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廣義相對論簡介,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”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。,如果飛船做勻加速運(yùn)動，在光向右傳播的同時，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，最好的觀測時間是發(fā)生日全食的時候．,1919年5月29日，發(fā)生日全食，英國考察隊分赴幾內(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，叫做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時間進(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,,,,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,,,,,,對于時空觀的認(rèn)識,物質(zhì)本身的存在決定時空的性質(zhì),時空性質(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：文章的時間脈絡(luò)清晰，無科學(xué)性錯誤.,