第十五章相對論簡介 第四節(jié)廣義相對論簡介 復習 一 狹義相對論的兩點假設 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 觀察者間的相對運動沒有關系 二 由狹義相對論推出的幾個結論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 相對論質量6 質能方程 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有什么不同 3 根據廣義相對論的兩個基本原理可以導出那些重要結論 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入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動的參考系等價 如果飛船做勻加速運動 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論 1 物質的引力使光線發(fā)生彎曲 如果飛船做勻速直線運動 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亞灣和巴西進行觀測 證實了愛因斯坦的預言 這是對廣義相對論的最早證實 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 但是它的巨大質量和極小的體積使其附近產生極強的引力場 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程出現差別 對于高速轉動的圓盤 除了轉動軸的位置外 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 靠近邊緣的位置引力勢較低 得出 引力勢較低的位置 時間進程比較慢 各類星體對比 宇宙中有一類恒星 體積很小 質量卻很大 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 這個現象叫做引力紅移 3 引力紅移 由于物質的存在 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 物質本身的存在決定時空的性質 時空性質和物質的運動有關 狹義相對論 廣義相對論 慣性系平權 所有參考系平權 時空觀 光速恒定 等效原理 課題研究 題目 一 愛因斯坦的貢獻 二 方興未艾的宇宙學 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 互聯網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 文章的時間脈絡清晰 無科學性錯誤