南京大學大學物理下課件-第14章廣義相對論

匯報人:鄭老師2023-12-31南京大學《大學物理（下》課件-第14章廣義相對論目錄CONTENCT廣義相對論簡介廣義相對論中的幾何基礎廣義相對論中的引力理論廣義相對論的應用與影響01廣義相對論簡介經(jīng)典物理學無法解釋某些實驗現(xiàn)象，如光速不變、米氏-摩雷森實驗等。19世紀末的物理學危機他提出等效原理和廣義協(xié)變原理，奠定了廣義相對論的基礎。愛因斯坦的突破廣義相對論的起源等效原理廣義協(xié)變原理廣義相對論的基本假設在小區(qū)域內(nèi)，不能通過任何實驗區(qū)分均勻引力場和加速參照系。物理定律在任何參照系中都保持形式不變，即參照系相對慣性參照系做加速或旋轉(zhuǎn)運動時，物理定律的形式不變。光線在引力場中的彎曲雷達回波延遲引力紅移愛丁頓等人在日食期間觀測到光線在太陽附近彎曲的現(xiàn)象，證實了廣義相對論的預言。通過觀測雷達回波延遲效應，實驗驗證了引力場中時間的延緩現(xiàn)象。通過觀測天體發(fā)出的光譜紅移現(xiàn)象，證實了引力場中頻率的變化。廣義相對論的實驗驗證02廣義相對論中的幾何基礎基于平直空間，點與點之間的距離是固定的，且兩點之間只能有一條直線。歐式幾何空間彎曲，點與點之間的距離會因位置而變化，兩點之間可以有無數(shù)條“直線”。非歐式幾何歐式幾何與非歐式幾何研究彎曲空間的幾何特性，是廣義相對論中使用的幾何基礎。描述空間曲率，在黎曼幾何中，度規(guī)張量決定了空間曲率。黎曼幾何與度規(guī)張量度規(guī)張量黎曼幾何

廣義相對論中的時空幾何時空連續(xù)體廣義相對論中，時間和空間不再是獨立的，而是構成一個連續(xù)的時空結構。大質(zhì)量物體引起時空彎曲大質(zhì)量物體可以引起周圍的時空發(fā)生彎曲。等效原理在小區(qū)域內(nèi)，不能通過任何實驗區(qū)分均勻引力場和加速參照系。03廣義相對論中的引力理論引力場方程的推導基于愛因斯坦的場方程，推導出描述物質(zhì)和引力場之間相互作用的引力場方程。引力場方程的意義解釋了物質(zhì)如何通過彎曲時空產(chǎn)生引力，從而影響其他物體的運動軌跡。引力場方程物體在引力場中的運動規(guī)律根據(jù)物體在彎曲時空中的軌跡，研究物體在引力場中的運動規(guī)律，如行星繞太陽的軌道運動。引力場對物質(zhì)運動的影響分析引力場對物體運動速度、加速度等物理量的影響，以及物體在強引力環(huán)境下可能出現(xiàn)的奇異現(xiàn)象。引力場中的物質(zhì)運動引力透鏡效應與黑洞理論引力透鏡效應描述當光線經(jīng)過強引力場時，由于時空彎曲造成的光線折射現(xiàn)象，以及由此產(chǎn)生的多個像的現(xiàn)象。黑洞理論探討黑洞作為強引力場的代表，其形成、結構和演化過程，以及黑洞對周圍物質(zhì)和光線的影響。04廣義相對論的應用與影響VS廣義相對論為宇宙學提供了理論基礎，解釋了宇宙的起源、演化和終極命運。大爆炸理論廣義相對論為大爆炸理論提供了框架，解釋了宇宙大爆炸后物質(zhì)和能量的起源和演化。宇宙學宇宙學與大爆炸理論引力波探測廣義相對論預言了引力波的存在，通過先進的技術手段探測到引力波，證實了廣義相對論的預言。驗證廣義相對論引力波探測為驗證廣義相對論提供了實驗證據(jù)，進一步證實了廣義相對論的正確性和普適性。引力波探測與驗證廣義相對論為統(tǒng)一場論的發(fā)展提供了基礎，為探索宇宙的統(tǒng)一理論提供了方向。廣義相對論改變了人們對物質(zhì)、空間