第2講廣義相對論初步探索宇宙目標定位1.了解廣義相對論的基本原理.2.初步了解廣義相對論的幾個主要觀點以及主要觀測證據(jù).3.了解宇宙起源與宇宙內(nèi)部構(gòu)成一、廣義相對論初步1廣義相對論的基本原理(1)廣義相對性原理：在任何參考系(包括非慣性系)中物理規(guī)律都是相同的(2)等效原理：勻加速參考系中的慣性力場與均勻引力場不可區(qū)分2廣義相對論的時空結(jié)構(gòu)(1)引力的存在對時間的影響：在引力場中，時鐘變慢(2)引力的存在對空間的影響：引力的存在會使空間變形，在引力方向上，空間間隔不變在與引力垂直的方向上，空間間隔變短，發(fā)生了彎曲3廣義相對論的實驗檢驗(1)水星近日點的進動愛因斯坦用廣義相對論引力場方程，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學運算，得出水星近日點的進動還應(yīng)有每百年43.03的附加值，這是時空彎曲對平方反比律的修正引起的(2)光線在引力場中發(fā)生彎曲(3)引力紅移現(xiàn)象引力場的存在使原子在太陽表面附近發(fā)出的光比同類原子在地球表面附近發(fā)出的光，波長長、頻率偏低、顏色偏紅(4)雷達回波延遲：從地球上發(fā)出的雷達信號經(jīng)太陽附近到達某一星球后再反射回地球，傳播時間會有所延遲二、探索宇宙1宇宙的起源宇宙起源于一個“奇點”，在該奇點，溫度為無窮大，物質(zhì)密度為無窮大，空間急劇膨脹，即發(fā)生宇宙大爆炸之后，宇宙不斷膨脹，溫度不斷降低，大約經(jīng)歷了150億年，形成了我們今天的宇宙2宇宙里有什么宇宙中有眾多由恒星組成的星系，天穹上大多數(shù)光點是銀河系中的恒星，太陽是銀河系中的一顆恒星在太陽系中除了八大行星外還有幾十顆衛(wèi)星、眾多小行星、難以計數(shù)的彗星和流星體等.對廣義相對論的理解1廣義相對性原理與狹義相對性原理并不相同狹義相對性原理僅適用于慣性系，而廣義相對性原理適用于一切參考系2光線在引力場中彎曲，以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場很強的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)3光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象，在我們的日常生活中仍然成立例1下列說法中正確的是()A在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義相對性原理B在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓定律僅適用于慣性參考系C一個均勻的引力場與一個做勻速運動的參考系等價，這就是著名的等效原理D一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價，這就是著名的等效原理解析根據(jù)廣義相對論基本原理可知，選項A、D正確答案AD例2下列說法中正確的是()A物質(zhì)的引力使光線彎曲B光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C在強引力的星球附近，時間進程會變慢D廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象解析從廣義相對論的兩個基本假設(shè)可以得出：物質(zhì)的引力使光線彎曲；引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別，如在矮星表面的引力很強，那里的時間進程變慢，從而導致引力紅移，所以正確的選項為A、C、D.答案ACD對廣義相對論的理解1廣義相對論的兩條基本原理分別如下，廣義相對性原理：_；等效原理：_.答案在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價2在日全食的時候，通過儀器可以觀察到太陽后面的恒星，這說明星體發(fā)出的光()A經(jīng)太陽時發(fā)生了衍射B可以穿透太陽及其他障礙物C在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲D經(jīng)過太陽外的大氣層時發(fā)生了折射解析根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論可知，光線在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當?shù)臅r候(如日全食時)通過儀器觀察到太陽后面的恒星，故C正確答案C3下列說法中正確的是()A萬有引力可以用狹義相對論作出正確的解釋B電磁力可以用狹義相對論作出正確的解釋C狹義相對論是慣性參考系之間的理論D萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架答案BCD4關(guān)于廣義相對論和狹義相對論之間的關(guān)系下列說法正確的是()A它們之間沒有任何聯(lián)系B有了廣義相對論，狹義相對論就沒有存在的必要了C狹義相對論能夠解決時空彎曲問題D為了解決狹義相對論中的參考系問題提出了廣義相對論解析狹義相對論之所以稱為狹義相對論，就是只能對于慣性參考系來講的，時空彎曲問題是有引力存在的問題，需要用廣義相對論進行解決答案D5下列說法中，正確的是()A由于太陽引力場的影響，我們有可能看到太陽后面的恒星B強引力作用可使光譜線向紅端偏移C引力場越強的位置，時間進程越快D由于物質(zhì)的存在，實際的空間是彎曲的解析由廣義相對論可知：物質(zhì)的引力使光線彎曲，因此選項A、D是正確的；在引力場中時間進程變慢，而且引力越強，時間進程越慢，因此我們能觀察到引力紅移現(xiàn)象，所以選項B正確，C錯誤答案ABD6若宇宙飛船是全封閉的，航天員與外界沒有任何聯(lián)系，當他發(fā)現(xiàn)飛船內(nèi)沒有支撐的物體都以某一加速度落向艙底，由此，他作出如下判斷中，正確的說法是()A此飛船一定是停在某個星球的表面上B此飛船一定是正在遠離任何天體的空間加速飛行C此飛船可能是停在某個星球的表面上，也可能是正在遠離任何天體的空間加速飛行D此飛船可能在遠離任何天體的空間中勻速飛行答案C