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1、第四節(jié)第四節(jié) 廣義相對論簡介廣義相對論簡介(1)超越狹義相對論的思考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介紹愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題：的兩個問題：第一個是引力問題，萬有引力定律不滿足洛第一個是引力問題，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；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。于慣性系。它們是促成廣義相對論的前提。 （2 2）廣義相對論等效原理）廣義相對論等效原理 在一個引力可以在一個引力可以忽略的宇宙空間有一艘忽略的宇宙

2、空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直宇宙飛船在做勻加速直線運動，船上的觀察者線運動，船上的觀察者記錄光的徑跡是一條拋記錄光的徑跡是一條拋物線物線a半半透透明明屏屏光光源源等效原理等效原理引力場與勻加速參考系等價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，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在它的引力場作用下, ,光的軌跡也是一條拋物線。光的軌跡也是一條拋物線。（3 3）廣義相對論主要結論）廣義相對論主要結論通常物體的引力場都太弱，通常物體的引力場都太弱，2020世紀只能觀測到太陽世紀只能觀測到太陽引力場引起的光線彎曲引力場引起的光線彎曲由于太陽引由于太

3、陽引力場的作用，我力場的作用，我們有可能觀測到們有可能觀測到太陽后面的恒星，太陽后面的恒星，最好的觀測時間最好的觀測時間是發(fā)生日全食的是發(fā)生日全食的時候時候19191919年年5 5月月2929日，發(fā)生日全食，英國考察隊分赴幾內亞灣日，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，這是對相對論的最和巴西進行觀測，證實了愛因斯坦的預言，這是對相對論的最早證實早證實廣義相對論結論（廣義相對論結論（1）光線彎曲光線彎曲廣義相對論結論（廣義相對論結論（2）透鏡效應透鏡效應 星球的強引力場能使背后傳來的光線匯聚，這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種

4、現(xiàn)象叫做引力透鏡效應星體星體星體星體無無法法觀觀測測黑黑洞洞宇宙中很可能存在黑洞，宇宙中很可能存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無法直它不輻射電磁波，因此無法直接觀測，但是它的巨大質量和接觀測，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，引力透鏡是探索黑的引力場，引力透鏡是探索黑洞的途徑之一洞的途徑之一廣義相對論結論（廣義相對論結論（3）引力場影響時間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引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別出現(xiàn)差別 對于高速轉動的圓盤，對于高速轉動的圓盤，除了轉動軸的位置外，各點都除了轉動軸的位置外，各點都在做加速運動，

5、越是靠近邊緣，在做加速運動，越是靠近邊緣，加速度越大，方向指向盤心加速度越大，方向指向盤心 地面上看到：地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相越是靠近邊緣，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對論，靠近邊緣部位的時間進程較慢 圓盤上的人認為：圓盤上的人認為：盤上存在引力場，方向由盤心指向盤上存在引力場，方向由盤心指向邊緣，引力勢較低，得出：引力勢較低的位置，時間進程比較邊緣，引力勢較低，得出：引力勢較低的位置，時間進程比較慢慢各各類類星星體體對對比比宇宙中有一類恒星，體積很小，質量卻很大，叫宇宙中有一類恒星，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

6、進程做矮星，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)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論（廣義相對論結論（4）引力引力紅移紅移引力場的存在使得空間不同位置的桿的長度引力場的存在使得空間不同位置的桿的長度出現(xiàn)了差別出現(xiàn)了差別 地面上看到：地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對越是靠近邊緣，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論，靠近邊緣部位的桿的長度較短 圓盤上的人認為：圓盤上的人認為：引力勢較低的位置，桿的長度越短引力勢較

7、低的位置，桿的長度越短廣義相對論結論（廣義相對論結論（5）引力場影響長度引力場影響長度引力勢由高到低變化引力勢由高到低變化 由于物質的存在，實際空間并不是均勻由于物質的存在，實際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了的，空間發(fā)生了“彎曲彎曲”：狹義、廣義相對論比較狹義、廣義相對論比較狹義相對論狹義相對論廣義相對論廣義相對論不同的慣性不同的慣性參考系中一參考系中一切物理規(guī)律切物理規(guī)律都是相同的都是相同的 任何參考系任何參考系（包括非慣性（包括非慣性系）中物理規(guī)系）中物理規(guī)律都是相同的律都是相同的真空中的光真空中的光速在不同慣速在不同慣性參考系中性參考系中都是相等的都是相等的 一個均勻的一個均勻的引力場與一個引力場與一個做勻加速運動做勻加速運動的參考系等價的參考系等價更進一步更進一步等等效效原原理理光光速速恒恒定定愛因愛因斯坦斯坦相對相對性原性原理理廣廣義義相相對對性性原原理理對于時空觀的認識對于時空觀的認識物質本身的存在決物質本身的存在決定時空的性質定時空的性質時空性質和物時空性質和物質的運動有關質的運動有關狹義相對論狹義相對論廣義相對論廣義相對論慣性系平權慣性系平權所有參考系平權所有參考系平權時時空空觀觀光速恒定光速恒定等效原理等效原理