15.4廣義相對論簡介

1、15.4 廣義相對論簡介,復(fù) 習(xí),一、狹義相對論的兩點(diǎn)假設(shè)： 1、狹義相對性原理 在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的 2、光速不變原理 真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運(yùn)動沒有關(guān)系。,二、由狹義相對論推出的幾個結(jié)論 1、“同時(shí)”的相對性 2、動尺變短 3、動鐘變慢 4、速度變換公式,5、相對論質(zhì)量 6、質(zhì)能方程,閱讀思考題,1、狹義相對論遇到哪兩個無法解決的問題？ 2、廣義相對論的兩個基本原理是什么？ 與狹義相對論的兩個假設(shè)有什么不同？ 3、根據(jù)廣義相對論的兩個基本原理可以導(dǎo)出那些重要結(jié)論？,一、超越狹義相對論的思考,愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的

2、兩個問題： 1、引力問題 萬有引力定律無法納人狹義相對論的理論框架； 2、非慣性系問題， 狹義相對論只適用于慣性系，為什么慣性系具有這樣的地位？狹義相對論無法解釋,二、廣義相對性原理和等效原理,1、廣義相對性原理： 在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。,伽利略相對性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系都是相同的,愛因斯坦狹義相對性原理(1905年) 在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都有是相同的；,愛因斯坦廣義相對論原理（1916年） 在任何參考系中(包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是相同的，稱為廣義相對性原理。,邏輯形式逐漸簡約,2、等效原理： 一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系等價(jià)。,如果飛船做

3、勻加速運(yùn)動，在光向右傳播的同時(shí)，飛的速度也在不斷增大，因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。,三、廣義相對論的幾個結(jié)論,1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲,如果飛船做勻速直線運(yùn)動，船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條直線（虛線）,飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的（水平向右）,通常物體的引力場都太弱，20世紀(jì)只能觀測到太陽引力場引起的光線彎曲,太陽,由于太陽引力場的作用，我們有可能觀測到太陽后面的恒星，最好的觀測時(shí)間是發(fā)生日全食的時(shí)候,1919年5月29日，發(fā)生日全食，英國考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測，證實(shí)了愛因斯坦的預(yù)言，這是對廣義相對論的最早證實(shí),透鏡效應(yīng),星球的強(qiáng)引力場能使背后傳來的光線

4、匯聚，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng),星體,星體,無法觀測,黑洞,宇宙中很可能存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無法直接觀測，但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使其附近產(chǎn)生極強(qiáng)的引力場，引力透鏡是探索黑洞的途徑之一,2、引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別,對于高速轉(zhuǎn)動的圓盤，除了轉(zhuǎn)動軸的位置外，各點(diǎn)都在做加速運(yùn)動，越是靠近邊緣，加速度越大，方向指向盤心,地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對論，靠近邊緣部位的時(shí)間進(jìn)程較慢,圓盤上的人認(rèn)為：盤上存在引力場，方向由盤心指向邊緣，靠近邊緣的位置引力勢較低，得出：引力勢較低的位置，時(shí)間進(jìn)程比較慢,各類星體對比,宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大

5、，叫做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)程比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移,3、引力紅移,由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了“彎曲”：,點(diǎn)擊觀看,狹義、廣義相對論比較,狹義相對論,廣義相對論,不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的,任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同的,真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的,一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系等價(jià),更進(jìn)一步,等效原理,光速恒定,愛因斯坦相對性原理,廣義相對性原理,對于時(shí)空觀的認(rèn)識,物質(zhì)本身的存在決定時(shí)空的性質(zhì),時(shí)空性質(zhì)和物質(zhì)的運(yùn)動有關(guān),狹義相對論,廣義相對論,慣性系平權(quán),所有參考系平權(quán),時(shí)空觀,光速恒定,等效原理,（一）愛因斯坦的貢獻(xiàn) （二）方興未艾的宇宙學(xué) （三）有趣的相對論佯謬 （四）黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論的建立. 組織：小組（2-3人） 方案： 利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)資源寫一篇愛因斯坦與狹義相對論建立的科普小文章. 要求： 文章的時(shí)間脈絡(luò)清晰，無科學(xué)性錯誤.,課題研究,題目： （一）愛因斯坦的貢獻(xiàn) （二）方興未艾的宇宙學(xué) （三）有趣的相對論佯謬 （四）黑洞的