chap4-6廣義相對(duì)論簡介解析

1、愛因斯坦為什么要?jiǎng)?chuàng)立廣義相對(duì)論？愛因斯坦為什么要?jiǎng)?chuàng)立廣義相對(duì)論？1.1.狹義相對(duì)論只適用于慣性系，即慣性系比非慣性系狹義相對(duì)論只適用于慣性系，即慣性系比非慣性系“優(yōu)越優(yōu)越”，所反映的自然規(guī)律的對(duì)稱性不完善。，所反映的自然規(guī)律的對(duì)稱性不完善。2.2.狹義相對(duì)論的洛侖茲變換不能保持引力形式不變，即狹義相對(duì)論的洛侖茲變換不能保持引力形式不變，即狹義相對(duì)論不能包容萬有引力定律。狹義相對(duì)論不能包容萬有引力定律。4.6 4.6 廣義相對(duì)論簡介廣義相對(duì)論簡介一一. .廣義相對(duì)論基本原理廣義相對(duì)論基本原理如何實(shí)現(xiàn)慣性系和非慣性系的平權(quán)？如何實(shí)現(xiàn)慣性系和非慣性系的平權(quán)？物理定律在一切參考系（慣性系、非慣性系）中

2、物理定律在一切參考系（慣性系、非慣性系）中數(shù)學(xué)形式相同。數(shù)學(xué)形式相同。1.1.廣義相對(duì)性原理廣義相對(duì)性原理意義：意義：實(shí)現(xiàn)慣性系和非慣性系的平權(quán)，完善對(duì)稱性，是實(shí)現(xiàn)慣性系和非慣性系的平權(quán)，完善對(duì)稱性，是構(gòu)建理論的出發(fā)點(diǎn)。構(gòu)建理論的出發(fā)點(diǎn)。r rMmG)r(F2 其中其中 m 反映物體產(chǎn)生和接受引力的性質(zhì)反映物體產(chǎn)生和接受引力的性質(zhì)：引力質(zhì)量引力質(zhì)量 地球以引力吸引石塊而對(duì)其慣性質(zhì)量毫無所知，地球以引力吸引石塊而對(duì)其慣性質(zhì)量毫無所知，地球的地球的“召喚召喚”力與引力質(zhì)量有關(guān)，而石塊力與引力質(zhì)量有關(guān)，而石塊“回答回答”的運(yùn)動(dòng)則與慣性質(zhì)量有關(guān)。的運(yùn)動(dòng)則與慣性質(zhì)量有關(guān)。 愛因斯坦愛因斯坦)r(am)r

3、(F 其中其中 反映物體慣性的大?。悍从澄矬w慣性的大?。簯T性質(zhì)量慣性質(zhì)量m 2.2.等效原理等效原理1 1）實(shí)驗(yàn)事實(shí)：慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等）實(shí)驗(yàn)事實(shí)：慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等落體實(shí)驗(yàn)落體實(shí)驗(yàn) 物體物體 A、B 在地球引力作用下自由下落，在地球引力作用下自由下落， 計(jì)算物體對(duì)地球的加速度。計(jì)算物體對(duì)地球的加速度。AAAamF慣慣 20rMmGFAA引引 20rMGmmaAAA 慣慣引引BBBamF慣慣 20rMmGFBB引引 20rMGmmaBBB 慣慣引引 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在引力場(chǎng)中同一點(diǎn)，一切物體有相同的在引力場(chǎng)中同一點(diǎn)，一切物體有相同的 加速度加速度BAaa 恒恒量量即即慣慣引引慣慣引

4、引 kmmmmBBAA適當(dāng)選取單位制：適當(dāng)選取單位制：慣慣引引得得mmk 1證明引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)者伽利略伽利略牛頓牛頓厄阜等厄阜等迪克等迪克等布拉金斯基等布拉金斯基等年年 代代161016801890-191519641971慣慣引引慣慣mmm/)( 3102 3101 9103 11101 13109 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)落體落體單擺單擺扭秤扭秤扭秤扭秤扭秤扭秤2)2)等效原理等效原理揭示引力場(chǎng)與慣性力場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系揭示引力場(chǎng)與慣性力場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系 小球在無引力場(chǎng)的加速參小球在無引力場(chǎng)的加速參考系和有引力場(chǎng)的慣性系考系和有引力場(chǎng)的慣性系中的運(yùn)動(dòng)

5、規(guī)律相同，無法中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，無法區(qū)分。區(qū)分。結(jié)論：慣性力和引力等效；結(jié)論：慣性力和引力等效；慣性力場(chǎng)與同方向引力場(chǎng)慣性力場(chǎng)與同方向引力場(chǎng)等效。等效。慣慣F引引F慣慣性性系系非非慣慣性性系系ga 愛因斯坦理想實(shí)驗(yàn)之一愛因斯坦理想實(shí)驗(yàn)之一在封閉火箭中考在封閉火箭中考查小球的運(yùn)動(dòng)查小球的運(yùn)動(dòng)自由空間加速火箭自由空間加速火箭引力場(chǎng)中靜止的火箭引力場(chǎng)中靜止的火箭)(ga )(mgF 引引愛因斯坦理想實(shí)驗(yàn)之二愛因斯坦理想實(shí)驗(yàn)之二小球在無引力場(chǎng)的慣性系和有引力場(chǎng)的加速參小球在無引力場(chǎng)的慣性系和有引力場(chǎng)的加速參考系中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，無法區(qū)分。考系中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，無法區(qū)分。結(jié)論：慣性力和引力等效；慣性力場(chǎng)

6、抵消反方向結(jié)論：慣性力和引力等效；慣性力場(chǎng)抵消反方向 引力場(chǎng)。引力場(chǎng)。無引力場(chǎng)的自由空間無引力場(chǎng)的自由空間 勻速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)慣性系慣性系引力場(chǎng)中某一時(shí)空點(diǎn)引力場(chǎng)中某一時(shí)空點(diǎn)自由下落的升降機(jī)自由下落的升降機(jī)慣慣F引引F非慣性系非慣性系g局部慣性系：局部慣性系：在小體積內(nèi)，引力場(chǎng)可視為均勻，在小體積內(nèi)，引力場(chǎng)可視為均勻，從而可通過參考系的加速運(yùn)動(dòng)消除其中各點(diǎn)的引從而可通過參考系的加速運(yùn)動(dòng)消除其中各點(diǎn)的引力影響。這種在局部空間范圍消去了引力場(chǎng)的參力影響。這種在局部空間范圍消去了引力場(chǎng)的參考系稱為局部慣性系。例如在引力場(chǎng)中自由下落考系稱為局部慣性系。例如在引力場(chǎng)中自由下落的升降機(jī)。的升

7、降機(jī)。ggg 在一個(gè)局部慣性系中，引在一個(gè)局部慣性系中，引力的效應(yīng)消失了，其中所有物力的效應(yīng)消失了，其中所有物理定律和在遠(yuǎn)離任何引力物體理定律和在遠(yuǎn)離任何引力物體的真正的慣性系中一樣。反過的真正的慣性系中一樣。反過來說，一個(gè)在太空中加速的參來說，一個(gè)在太空中加速的參考系中將會(huì)出現(xiàn)表觀的引力，考系中將會(huì)出現(xiàn)表觀的引力，在這樣的參考系中，物理定律在這樣的參考系中，物理定律就和該參考系靜止在一個(gè)引力就和該參考系靜止在一個(gè)引力物體附近一樣。物體附近一樣。比較比較自身無加速度自身無加速度自身有加速度，但慣性自身有加速度，但慣性力消除了引力影響力消除了引力影響是理想?yún)⒖枷凳抢硐雲(yún)⒖枷的軌驅(qū)嶋H操作，在局部能

8、夠?qū)嶋H操作，在局部范圍實(shí)現(xiàn)范圍實(shí)現(xiàn)經(jīng)典慣性系經(jīng)典慣性系局部慣性系局部慣性系 等效原理：等效原理：對(duì)于一切物理過程，引力場(chǎng)與勻加速運(yùn)對(duì)于一切物理過程，引力場(chǎng)與勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系局部等效，即引力與慣性力局部等效。動(dòng)的參考系局部等效，即引力與慣性力局部等效。或：或：在引力場(chǎng)中的任一時(shí)空點(diǎn)，總能建立一個(gè)自由在引力場(chǎng)中的任一時(shí)空點(diǎn)，總能建立一個(gè)自由下落的局部慣性系，其中狹義相對(duì)論確立的規(guī)律全下落的局部慣性系，其中狹義相對(duì)論確立的規(guī)律全部有效。部有效。廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論無引力無引力二二. .廣義相對(duì)論時(shí)空觀廣義相對(duì)論時(shí)空觀1.非歐幾何非歐幾何歐氏幾何：歐氏幾何：平直空間的幾何，可采用

9、笛卡兒坐標(biāo)平直空間的幾何，可采用笛卡兒坐標(biāo)描述一個(gè)描述一個(gè) n 維彎曲空間，至少需要維彎曲空間，至少需要 n+1 維平直空間維平直空間非歐幾何：非歐幾何：彎曲空間的幾何，不借助于彎曲空間的幾何，不借助于n+1 維平直維平直空間，直接在空間，直接在n 維空間中研究其彎曲性維空間中研究其彎曲性兩點(diǎn)間大圓弧距離最短兩點(diǎn)間大圓弧距離最短兩條平行線會(huì)相交兩條平行線會(huì)相交三角形內(nèi)角和三角形內(nèi)角和 測(cè)地線測(cè)地線( (短程線短程線) :) :空間兩點(diǎn)間距離最短的路徑空間兩點(diǎn)間距離最短的路徑判斷空間是否彎曲的方法：判斷空間是否彎曲的方法：測(cè)圓周長與直徑的比測(cè)圓周長與直徑的比平面平面 DCDC凹面凹面 DC彎曲空

10、間是空間的整體性質(zhì)，彎曲空間的局部小彎曲空間是空間的整體性質(zhì)，彎曲空間的局部小范圍范圍 平直空間平直空間小范圍平直空間小范圍平直空間 大范圍不一定平直，只是大范圍不一定平直，只是彎曲空間的局部效果彎曲空間的局部效果凸面凸面 DC2.2.非慣性系中的彎曲時(shí)空非慣性系中的彎曲時(shí)空由洛侖茲變換：由洛侖茲變換：rr lcrl d1d22 lcvlcrll 22221d1d 平板：平板：S S 系，慣性系系，慣性系轉(zhuǎn)盤：轉(zhuǎn)盤： 系，非慣性系系，非慣性系S rl 2 系中的鐘、尺處于與盤邊緣系中的鐘、尺處于與盤邊緣（如（如 點(diǎn)）相聯(lián)的瞬時(shí)共動(dòng)慣點(diǎn)）相聯(lián)的瞬時(shí)共動(dòng)慣性系中。性系中。 PSoorrllP即即r

11、rlcvll 22122:2rl 在非慣性系在非慣性系 中，空間彎曲。中，空間彎曲。s3.3.引力場(chǎng)的幾何化引力場(chǎng)的幾何化用時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)來描述引力用時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)來描述引力由等效原理：由等效原理：引力場(chǎng)引力場(chǎng)慣性力場(chǎng)（加速系）慣性力場(chǎng)（加速系）等價(jià)等價(jià)彎曲時(shí)空彎曲時(shí)空g( (r) )引力場(chǎng)源引力場(chǎng)源 Ss 理想實(shí)驗(yàn)理想實(shí)驗(yàn)SS：在引力場(chǎng)中自由降落：在引力場(chǎng)中自由降落局域慣性系局域慣性系其中狹義相對(duì)論成立，時(shí)空平直。其中狹義相對(duì)論成立，時(shí)空平直。)(rga S S ：引力場(chǎng)源，相對(duì)：引力場(chǎng)源，相對(duì)SS，以以 向上運(yùn)動(dòng)。向上運(yùn)動(dòng)。 非慣性系，每時(shí)刻都處于瞬時(shí)共動(dòng)慣性系中非慣性系，每時(shí)刻都處于瞬時(shí)

12、共動(dòng)慣性系中最初：最初：S S 與與SS相對(duì)靜止，相對(duì)靜止， 二者中的鐘、尺標(biāo)度相同二者中的鐘、尺標(biāo)度相同下落：下落：S S 相對(duì)于相對(duì)于SS運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，SS中的觀中的觀察者認(rèn)為察者認(rèn)為S S 中的鐘慢尺縮，相對(duì)速度中的鐘慢尺縮，相對(duì)速度越大，鐘慢尺縮越顯著。越大，鐘慢尺縮越顯著。引力場(chǎng)強(qiáng)越大處的鐘越慢、豎直尺引力場(chǎng)強(qiáng)越大處的鐘越慢、豎直尺越短。越短。引力場(chǎng)中不同位置處的時(shí)空標(biāo)度不同引力場(chǎng)中不同位置處的時(shí)空標(biāo)度不同 時(shí)空彎曲。時(shí)空彎曲。引力場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)、引力勢(shì)越低處的鐘越慢、徑向尺越短，引力場(chǎng)強(qiáng)越強(qiáng)、引力勢(shì)越低處的鐘越慢、徑向尺越短，空間曲率越大。空間曲率越大。 （只有在強(qiáng)引力場(chǎng)中才明顯）（只有在

13、強(qiáng)引力場(chǎng)中才明顯）廣義相對(duì)論時(shí)空觀：廣義相對(duì)論時(shí)空觀：時(shí)空是由物質(zhì)分布狀況決定的引力場(chǎng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，時(shí)空是由物質(zhì)分布狀況決定的引力場(chǎng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，只有在無引力場(chǎng)存在時(shí)，時(shí)空才是平直的（歐幾里只有在無引力場(chǎng)存在時(shí)，時(shí)空才是平直的（歐幾里德空間），有引力場(chǎng)存在時(shí)，時(shí)空是彎曲的（黎曼德空間），有引力場(chǎng)存在時(shí)，時(shí)空是彎曲的（黎曼空間），引力場(chǎng)強(qiáng)度分布與空間曲率分布一一對(duì)應(yīng)?？臻g），引力場(chǎng)強(qiáng)度分布與空間曲率分布一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)用彎曲空間取代引力場(chǎng)后，受引力場(chǎng)作用的質(zhì)點(diǎn)當(dāng)用彎曲空間取代引力場(chǎng)后，受引力場(chǎng)作用的質(zhì)點(diǎn)就成了自由質(zhì)點(diǎn)，沿彎曲空間中的就成了自由質(zhì)點(diǎn)，沿彎曲空間中的短程線運(yùn)動(dòng)。短程線運(yùn)動(dòng)。 自從廣義相對(duì)論出

14、現(xiàn)以來，不能再自從廣義相對(duì)論出現(xiàn)以來，不能再把空間時(shí)間看做舞臺(tái)，把物質(zhì)看做把空間時(shí)間看做舞臺(tái)，把物質(zhì)看做演員；兩者的性質(zhì)如此密切相關(guān)，人演員；兩者的性質(zhì)如此密切相關(guān)，人們幾乎可以把它們稱作同一種事物的們幾乎可以把它們稱作同一種事物的不同名稱。不同名稱。 薛定諤薛定諤（奧地利（奧地利.1887.18871961 1961 ）引力作用使小球運(yùn)動(dòng)軌道偏轉(zhuǎn)引力作用使小球運(yùn)動(dòng)軌道偏轉(zhuǎn)彎曲空間使小球運(yùn)動(dòng)軌道偏轉(zhuǎn)彎曲空間使小球運(yùn)動(dòng)軌道偏轉(zhuǎn)四、廣義相對(duì)論的可觀測(cè)效應(yīng)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證四、廣義相對(duì)論的可觀測(cè)效應(yīng)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 在加速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)內(nèi)的觀察者看到，光線相對(duì)在加速運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)內(nèi)的觀察者看到，光線相對(duì)于升降機(jī)走彎曲

15、的路線。由等效原理可知，加速運(yùn)動(dòng)于升降機(jī)走彎曲的路線。由等效原理可知，加速運(yùn)動(dòng)的參考系與引力場(chǎng)等效，因此，可以得出：的參考系與引力場(chǎng)等效，因此，可以得出：光線在引光線在引力場(chǎng)中要發(fā)生偏轉(zhuǎn)。力場(chǎng)中要發(fā)生偏轉(zhuǎn)。1 1、引力使光線偏轉(zhuǎn)、引力使光線偏轉(zhuǎn)4t3t2t1t升降機(jī)升降機(jī)a1t4t3t2taaa日全食時(shí)觀測(cè)恒星視位置與恒星實(shí)際位置比較，日全食時(shí)觀測(cè)恒星視位置與恒星實(shí)際位置比較，可測(cè)得光線偏折角?？蓽y(cè)得光線偏折角。恒星視位置恒星視位置恒星恒星太陽太陽地球地球月球月球預(yù)言值：預(yù)言值：571 .實(shí)測(cè)值：實(shí)測(cè)值：19191919年年19751975年年010071 .60101761 .原因：原因：一

16、個(gè)質(zhì)量為太陽十一個(gè)質(zhì)量為太陽十分之一的超級(jí)天文密暈物分之一的超級(jí)天文密暈物體通過恒星與地球之間，體通過恒星與地球之間，恒星光被吸引聚集。恒星光被吸引聚集。類星類星體像體像視在視在光線光線星系或黑洞星系或黑洞視在視在光線光線B現(xiàn)象：現(xiàn)象：一個(gè)恒星突然發(fā)出比平常強(qiáng)一個(gè)恒星突然發(fā)出比平常強(qiáng)7 7倍的光，倍的光， 兩個(gè)月后恢復(fù)正常。兩個(gè)月后恢復(fù)正常。引力透鏡引力透鏡: : 19931993年，美國、澳大利亞天文小組發(fā)現(xiàn)年，美國、澳大利亞天文小組發(fā)現(xiàn)“引力微凸透鏡成象引力微凸透鏡成象”19981998年年3 3月英國用月英國用“默林默林”射電望遠(yuǎn)鏡和哈勃太空望射電望遠(yuǎn)鏡和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到完整的引力透

17、鏡成象遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到完整的引力透鏡成象“愛因斯坦環(huán)愛因斯坦環(huán)”2.2.光的引力頻移光的引力頻移( (引力使時(shí)間膨脹引力使時(shí)間膨脹) )光沿引力場(chǎng)方向傳播光沿引力場(chǎng)方向傳播藍(lán)移藍(lán)移光逆引力場(chǎng)方向傳播光逆引力場(chǎng)方向傳播紅移紅移光源光源探測(cè)器探測(cè)器地球表面地球表面藍(lán)藍(lán)移移紅紅移移在地面上接收到的太陽上某種原子發(fā)光頻率比地面在地面上接收到的太陽上某種原子發(fā)光頻率比地面上同種原子發(fā)光頻率低。上同種原子發(fā)光頻率低。年代年代實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)者理論預(yù)言理論預(yù)言19591959AdamAdamBlamontBlamontBranltBranlt1510462 . 610122050521 .塔高塔高實(shí)驗(yàn)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)地地球

18、球引引力力場(chǎng)場(chǎng)太太 陽陽引力場(chǎng)引力場(chǎng)恒恒 星星引力場(chǎng)引力場(chǎng)/196019601960196019641964196119611963196319711971天狼星伴星天狼星伴星玻江座玻江座40 40 伴星伴星B BChanshowChanshowPoundPoundRebkaRebkaPoundPoundSniderSniderGreenstemGreenstem12.5m12.5m22.6m22.6m22.5m22.5m太陽太陽1510361 .5410651082 .610122 .1510462 . 1510361450960 . 1510260572 . 151092400809970

19、 .6102 5107 410050003 .光的引力頻移光的引力頻移實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3.3.行星行星( (水星水星) ) 近日點(diǎn)的旋進(jìn)近日點(diǎn)的旋進(jìn)行理論值理論值觀測(cè)值觀測(cè)值水星水星金星金星地球地球百百年年/.1642 百百年年/.043 百百年年/.8448 百百年年/. 483 百百年年/.21005 百百年年/. 368 18591859年發(fā)現(xiàn)水星軌道不是固定的橢圓，其近日點(diǎn)有附年發(fā)現(xiàn)水星軌道不是固定的橢圓，其近日點(diǎn)有附加旋進(jìn)，牛頓引力理論無法解釋，可用廣義相對(duì)論時(shí)加旋進(jìn)，牛頓引力理論無法解釋，可用廣義相對(duì)論時(shí)空彎曲理論解釋?？諒澢碚摻忉尅?.4.雷達(dá)回波延遲效應(yīng)雷達(dá)回波延遲效應(yīng)通過太陽附近的

20、無線電信號(hào)往返時(shí)間增長。通過太陽附近的無線電信號(hào)往返時(shí)間增長。時(shí)間時(shí)間實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值/ /理論值理論值1968年年地球地球 水星水星地球地球 金星金星地球地球 人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星地球地球火星表面火星表面 海盜著陸艙海盜著陸艙1971年年1977年年90年代年代02. 09 . 005. 002. 104. 000. 1002. 000. 15. 引力波引力波1918年年 愛因斯坦預(yù)言存在引力輻射，愛因斯坦預(yù)言存在引力輻射，引力波探測(cè)引力波探測(cè)前沿課題。前沿課題。美國泰勒、赫爾斯發(fā)現(xiàn)脈沖雙星，測(cè)量其脈沖周期美國泰勒、赫爾斯發(fā)現(xiàn)脈沖雙星，測(cè)量其脈沖周期和軌道運(yùn)動(dòng)周期，得出由于引力輻射，雙星周

21、期減和軌道運(yùn)動(dòng)周期，得出由于引力輻射，雙星周期減小率為小率為 ，與廣義相對(duì)論預(yù)言相符，獲，與廣義相對(duì)論預(yù)言相符，獲1993年諾貝爾物理獎(jiǎng)。年諾貝爾物理獎(jiǎng)。周周/12103 引力波探測(cè)：引力波探測(cè)：左起：左起：泰勒（美泰勒（美.1941）赫爾斯（美赫爾斯（美.1950） 在在PSR1913PSR19131616區(qū)域的觀區(qū)域的觀測(cè)表明，兩個(gè)中子星因發(fā)射測(cè)表明，兩個(gè)中子星因發(fā)射引力波失去能量，它們因此引力波失去能量，它們因此以螺旋軌道相互靠近。以螺旋軌道相互靠近。引力波探測(cè)站引力波探測(cè)站美國華盛頓州漢福德的LIGO觀測(cè)站8.6 8.6 相對(duì)論的意義和局限相對(duì)論的意義和局限一一. .相對(duì)論把對(duì)稱性思想

22、提高到作為構(gòu)建物理理論的相對(duì)論把對(duì)稱性思想提高到作為構(gòu)建物理理論的出發(fā)點(diǎn)的高度出發(fā)點(diǎn)的高度1.1.表觀上的相對(duì)性蘊(yùn)藏著內(nèi)在的絕對(duì)性表觀上的相對(duì)性蘊(yùn)藏著內(nèi)在的絕對(duì)性長度、時(shí)間、質(zhì)量等的相對(duì)性來自具有絕對(duì)性的長度、時(shí)間、質(zhì)量等的相對(duì)性來自具有絕對(duì)性的基本原理：基本原理：物理定律的數(shù)學(xué)形式物理定律的數(shù)學(xué)形式真空中的光速真空中的光速不隨參考系變化不隨參考系變化力學(xué)相對(duì)性力學(xué)相對(duì)性原理原理狹義相對(duì)性狹義相對(duì)性原理原理廣義相對(duì)性廣義相對(duì)性原理原理力學(xué)定律的數(shù)學(xué)形式不隨慣性系變化力學(xué)定律的數(shù)學(xué)形式不隨慣性系變化物理定律的數(shù)學(xué)形式不隨參考系變化物理定律的數(shù)學(xué)形式不隨參考系變化物理定律的數(shù)學(xué)形式不隨慣性系變化物

23、理定律的數(shù)學(xué)形式不隨慣性系變化對(duì)對(duì)稱稱性性擴(kuò)擴(kuò)展展2.2.相對(duì)論把對(duì)稱性思想提高到作為構(gòu)建物理理論的出相對(duì)論把對(duì)稱性思想提高到作為構(gòu)建物理理論的出發(fā)點(diǎn)的高度發(fā)點(diǎn)的高度 愛因斯坦把方法倒了過來，他不是愛因斯坦把方法倒了過來，他不是從已知的方程組出發(fā)去證明協(xié)變性是存從已知的方程組出發(fā)去證明協(xié)變性是存在的，而是把協(xié)變性應(yīng)當(dāng)存在這一點(diǎn)作在的，而是把協(xié)變性應(yīng)當(dāng)存在這一點(diǎn)作為假設(shè)提出來，并且用它演繹出方程組為假設(shè)提出來，并且用它演繹出方程組應(yīng)有的形式。應(yīng)有的形式。 洛侖茲洛侖茲（荷（荷.1853.18531928 1928 ）愛因斯坦式的工作程序：愛因斯坦式的工作程序：科學(xué)觀念科學(xué)觀念原理原理邏輯結(jié)論和邏

24、輯結(jié)論和可觀測(cè)事實(shí)可觀測(cè)事實(shí)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)4.4.相對(duì)論不變性成為約束其它理論的原則之一，用相對(duì)論不變性成為約束其它理論的原則之一，用以排除、改造不符合相對(duì)性原理的規(guī)律。以排除、改造不符合相對(duì)性原理的規(guī)律。3.3.揭示出一些物理量的關(guān)聯(lián)，建立起新的不變量，揭示出一些物理量的關(guān)聯(lián)，建立起新的不變量，更深刻地反映了自然界的對(duì)稱性。更深刻地反映了自然界的對(duì)稱性。四維時(shí)空，質(zhì)能關(guān)系，能量、動(dòng)量關(guān)系四維時(shí)空，質(zhì)能關(guān)系，能量、動(dòng)量關(guān)系 二二. .相對(duì)論改變了人類的觀念和生活相對(duì)論改變了人類的觀念和生活1.1.宇宙觀的發(fā)展宇宙觀的發(fā)展地球是宇宙的中心地球是宇宙的中心地球（太陽系、銀河系）是宇宙中特別優(yōu)越的

25、慣性系地球（太陽系、銀河系）是宇宙中特別優(yōu)越的慣性系一切慣性系等價(jià)，宇宙無中心，取消地球的特殊地位一切慣性系等價(jià)，宇宙無中心，取消地球的特殊地位一切參考系等價(jià)一切參考系等價(jià) 狹義相對(duì)論時(shí)空觀：狹義相對(duì)論時(shí)空觀： 揭示出時(shí)間、空間彼此關(guān)聯(lián)，并與運(yùn)動(dòng)揭示出時(shí)間、空間彼此關(guān)聯(lián)，并與運(yùn)動(dòng)密不可分，形成四維平直時(shí)空概念：不是密不可分，形成四維平直時(shí)空概念：不是“時(shí)間時(shí)間 + + 空間空間”，而是而是“時(shí)間時(shí)間 空間空間”統(tǒng)一體。不同慣性系中的觀察者有各自統(tǒng)一體。不同慣性系中的觀察者有各自不同的時(shí)空觀念，由洛侖茲變換相關(guān)聯(lián)。不同的時(shí)空觀念，由洛侖茲變換相關(guān)聯(lián)。絕對(duì)時(shí)空觀：絕對(duì)時(shí)空觀：時(shí)間、空間只是先驗(yàn)框架，它們彼此獨(dú)立，與時(shí)間、空間只是先驗(yàn)框架，它們彼此獨(dú)立，與物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)無關(guān)。慣性系依托于絕對(duì)時(shí)空，時(shí)間間隔、空間物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)無關(guān)。慣性系依托于絕對(duì)時(shí)空，時(shí)間間隔、空間距離的測(cè)量與慣性系的選擇無關(guān)。距離的測(cè)量與慣性系的選擇無關(guān)。 廣義相對(duì)論時(shí)空觀：廣義相對(duì)論時(shí)空觀： 時(shí)空不過是由物質(zhì)分布狀況決定的引時(shí)空不過是由物質(zhì)分布狀況決定的引力場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，時(shí)空彎曲描述了引力場(chǎng)的分布力場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，時(shí)空彎曲描述了引力場(chǎng)的分布弱引力弱引力低速低速2.2.時(shí)空觀、物質(zhì)觀的深化時(shí)