《廣義相對(duì)論點(diǎn)滴（選學(xué)）》參考課件

6.5廣義相對(duì)論點(diǎn)滴（選學(xué)）一、廣義相對(duì)論原理和等效原理愛因斯坦有一個(gè)基本思想：自然界遵循的規(guī)律是統(tǒng)一的。根據(jù)這一思想，自1905年發(fā)表狹義相對(duì)論后，經(jīng)過10年的刻苦研究，他在1916年又建立了廣義相對(duì)論。1.廣義相對(duì)性原理（principleofgeneralrerelativity）：這一原理是把狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理從慣性參考系推廣到非慣性參考系，愛因斯坦認(rèn)為在任何參考系中物理規(guī)律都是一樣的。2.等效原理（equivalenceprinciple）:一個(gè)不受引力作用的加速度系統(tǒng)跟一個(gè)受引力作用的慣性系統(tǒng)是等效的。等效原理是在研究質(zhì)量的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。（1）牛頓力學(xué)中的質(zhì)量是物體慣性的量度，也就是說在一定外力作用下，物體的加速度越小，質(zhì)量越大；物體的加速度越大質(zhì)量越小，按這樣的定義測(cè)量的質(zhì)量稱為慣性質(zhì)量。（2）牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力，當(dāng)然也可以根據(jù)萬(wàn)有引力的大小來(lái)衡量質(zhì)量的大小，這樣測(cè)得的質(zhì)量稱為引力質(zhì)量。（3）物理學(xué)家所做的一系列精確度很高的實(shí)驗(yàn)表明慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量是相等的。愛因斯坦認(rèn)為，同一物體的這兩種質(zhì)量相等不應(yīng)該是偶然的巧合，而應(yīng)有深刻的內(nèi)在聯(lián)系。他深入分析了自由降落的電梯里發(fā)生的現(xiàn)象，提出了等效原理。二、支持廣義相對(duì)論的幾個(gè)觀測(cè)結(jié)果1.光在引力場(chǎng)中傳播時(shí)，將會(huì)發(fā)生偏折，而不再是直線傳播。在光線經(jīng)過質(zhì)量巨大的天體，如太陽(yáng)時(shí)，這種偏折可以由天文觀測(cè)來(lái)測(cè)定。日全食時(shí)是觀測(cè)的最好時(shí)機(jī)。這時(shí)，可以看到在太陽(yáng)周圍天區(qū)的恒星因?yàn)楣饩€偏折而似乎改變了位置。廣義相對(duì)論建立之后不久，1919年5月29日發(fā)生日全食。英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)派出兩個(gè)考察隊(duì)分別到西非普林西比島和巴西索布拉爾進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果完全證實(shí)了愛因斯坦的預(yù)言，在當(dāng)時(shí)曾引起轟動(dòng)，媒體的報(bào)道使愛因斯坦稱為家喻戶曉的新聞人物。2.引力作用使光波發(fā)生頻移，在引力勢(shì)能低處發(fā)出的光波在引力勢(shì)能高處接收到時(shí)光波頻率變低，發(fā)生“紅移”；相反，從引力勢(shì)能高處向引力勢(shì)能低處發(fā)射光波，接收到的頻率變高，發(fā)生“藍(lán)移”。這曾被地面上精密的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。3.在引力場(chǎng)中時(shí)間也會(huì)延緩，引力越強(qiáng)（如太陽(yáng)周圍的空間），時(shí)鐘就走得越慢。例如從地球向金星發(fā)射雷達(dá)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)又從金星表面上反射回地球。如果雷達(dá)信號(hào)來(lái)回路程經(jīng)過太陽(yáng)表面附近，所經(jīng)過的時(shí)間要比不經(jīng)過太陽(yáng)附近的情況變長(zhǎng)。4.水星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道與根據(jù)牛頓萬(wàn)有引力定律計(jì)算所得的不一致，這是一個(gè)在天文學(xué)史上長(zhǎng)達(dá)百年的困惑。人們?cè)?jīng)懷疑可能在水星軌道內(nèi)有一顆小行星，由于它的存在造成水星軌道的異常，然而始終未找到。愛因斯坦用新建立的引力場(chǎng)方程取代了經(jīng)典的萬(wàn)有引力定律，計(jì)算結(jié)果和實(shí)際觀測(cè)符合得很好，解決了天文學(xué)上的百年疑難。5.當(dāng)兩個(gè)天體相互繞轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)向外界輻射處引力波。這一點(diǎn)也已被越來(lái)越精密的實(shí)際觀測(cè)間接證明。實(shí)際上，廣義相對(duì)論認(rèn)為物體因具有質(zhì)量而使其周圍的時(shí)間和空間發(fā)生了“彎曲”，而引力正是這種“時(shí)空彎曲”的表現(xiàn)。在廣義相對(duì)論中，時(shí)空觀念比狹義相對(duì)論更推進(jìn)了一步。時(shí)間、空間不僅顯示出它們不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，它們組成了一個(gè)密切聯(lián)系、不可分割的整體，并且它們不能脫離整個(gè)物質(zhì)世界而單獨(dú)存在。

愛因斯坦認(rèn)為：要是物質(zhì)不存在了，時(shí)間、空間也就不會(huì)再存在。時(shí)間和空間的各種性質(zhì)和規(guī)律都與物質(zhì)的質(zhì)量、能量、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等緊密相關(guān)。

牛頓則認(rèn)為：時(shí)間和空間的性質(zhì)“與外界任何事物”無(wú)關(guān)。三、宇宙的演化

在日常生活中，除重力外，與物體質(zhì)量相關(guān)的引力沒有任何明顯的效果。在微觀領(lǐng)域，引力更是完全可以忽略。但是在宇宙范圍內(nèi)，由于星體的質(zhì)量巨大，時(shí)空彎曲就十分明顯，而必須用廣義相對(duì)論加以研究。實(shí)際的觀測(cè)和理論研究（結(jié)合關(guān)于微觀粒子的理論）已產(chǎn)生了