第四節(jié) 廣義相對論簡介.ppt

第四節(jié)廣義相對論簡介 1 超越狹義相對論的思考介紹愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題 第一個是引力問題 萬有引力定律不滿足洛倫茲變換 無法納人狹義相對論的理論框架 第二個是非慣性系問題 狹義相對論只適用于慣性系 它們是促成廣義相對論的前提 2 廣義相對論等效原理 在一個引力可以忽略的宇宙空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運動 船上的觀察者記錄光的徑跡是一條拋物線 半透明屏 光源 等效原理 引力場與勻加速參考系等價 假設飛船靜止 而在船尾存在一個巨大的物體 在它的引力場作用下 光的軌跡也是一條拋物線 3 廣義相對論主要結(jié)論 通常物體的引力場都太弱 20世紀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)亞灣和巴西進行觀測 證實了愛因斯坦的預言 這是對相對論的最早證實 廣義相對論結(jié)論 1 光線彎曲 廣義相對論結(jié)論 2 透鏡效應 星球的強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 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)生極強的引力場 引力透鏡是探索黑洞的途徑之一 廣義相對論結(jié)論 3 引力場影響時間 引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別 對于高速轉(zhuǎn)動的圓盤 除了轉(zhuǎn)動軸的位置外 各點都在做加速運動 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程較慢 圓盤上的人認為 盤上存在引力場 方向由盤心指向邊緣 引力勢較低 得出 引力勢較低的位置 時間進程比較慢 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 廣義相對論結(jié)論 4 引力紅移 引力場的存在使得空間不同位置的桿的長度出現(xiàn)了差別 地面上看到 越是靠近邊緣 速度越大 根據(jù)狹義相對論 靠近邊緣部位的桿的長度較短 圓盤上的人認為 引力勢較低的位置 桿的長度越短 廣義相對論結(jié)論 5 引力場影響長度 引力勢由高到低變化 由于物質(zhì)的存在 實際空間并不是均勻的 空間發(fā)生了 彎曲 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動的參考系等價 更進一步 等效原理 光速恒定 愛因斯坦相對性原理 廣義相對性原理 對于時空觀的認識 物質(zhì)本身的存在決