广义相对论简介1

1广义相对论简介generaltheoryofrelativity2广义相对论简介generaltheoryofrelativity爱因斯坦的思考1、非惯性系与惯性系平权?2、时空与物质有关?突破(对惯性和引力的思考)在引力场中，一个自由降落的参考系中，人们无法感觉引力的存在！g引力场中3§1广义相对论的基本原理一、等效原理1、惯性质量与引力质量gmrfrgrgmrfgramrfIIgmfga实验表明mmgI定义称该场点的引力强度rM引力场奇迹42、惯性力与引力自由空间加速电梯引力场中静止的电梯gmg爱因斯坦假想实验一比较ga考察相对观察者静止的物体的运动gmI运动规律相同但各自分析的原因不同惯性力引力gImm惯性力与引力的力学效应相同5自由下降的参考系等效惯性系引力场中某一时空点自由下降电梯远离引力场的自由空间匀速运动的电梯惯性力可以“抵消”引力爱因斯坦假想实验二结论：)(rggmIgmg6在引力场中的某一时空点自由下落的参考系和惯性系等效在这样两个参考系中得到的力学规律相同远离引力场的自由空间以该点的引力强度自由降落g局域等效等效并非等同结论讨论73、广义相对论的等效原理equivalenceprinciple局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效或说：在任何引力场中任一时空点，人们总可以建立一个自由下落的局域参考系，在这一参考系中狭义相对论所确立的物理规律全部有效。4、广义相对论的局域惯性系狭义相对论成立的参考系或引力为0的参考系5、广义相对论的惯性定律在局惯系内,物体不受力,则维持原状态。8牛力的惯性定律与广义的惯性定律表述相同但含义不同在引力场中每个时空点的邻域可以建立若干个局惯系同一点各局惯系作匀速运动(相互间可用洛仑兹变换)不同时空点的局惯系间有相对加速度牛力：惯性系是区域性的各惯性系间无相对加速度讨论真实力还包括“惯性力”9无限远引力为0惯性系g(r)引力场源r以该点的引力场强自由降落可有多个相对匀速运动可用洛仑兹变换一系列的局惯系图示局惯系10二、广义相对性原理principleofgeneralcovariance(广义协变性原理)物理规律在一切参考系中形式相同小结广义相对论基本原理1)等效原理2)相对性原理弱引力场狭义低速牛顿11§2广义相对论的效应一、引力场的空间弯曲以爱因斯坦转盘为例说明Psd根据等效原理转动参考系等效为引力场引力场强是rrgˆ2引力场中空间弯曲愈强弯曲愈烈1213NASA和马里兰大学联合地球系统技术研究中心的帕夫里斯及其同事在《自然》(Nature2004.10)周刊撰文称，他们观测了两颗环绕地球的人造卫星，并发现由于地球的吸引，它们的轨道发生了偏移。稍稍脱离轨道的卫星显示，地球自转时的确在扭曲时空构造。他们称，这是首次直接测量到并证实了爱因斯坦广义相对论的一个重要层面－旋转天体会使由三维(度)空间和四维时间构成的时空结构产生扭曲。图为奋进号太空梭2002年6月15日在地球上空飞行的资料照。14二、光的引力频移156211012.2RcGM若太阳发光引力红移gravitationalredshift•宇宙中有一类恒星，体积很小，质量很大，叫做矮星.矮星表面的引力很强，引力势比地球表面低得多.矮星表面的时间进程比较慢，那里的原子发光的频率比同种原子在地球上发光的频率低，看起来偏红.这个现象叫做引力红移，已经在天文观测中得到证实.现代技术也能够在地球上验证引力红移.16三、光线的引力偏折引力的作用1919年5月29日测04.061.161.098.1175.恒星光线受太阳引力偏折理论：1718天体结构的生长速度早在55亿年前已开始减慢。这一时期是暗能量向外的推力与向内的重力之间“拔河”的一个至关重要的时期。换句话说，因为暗能量的存在使得星系团很难将遥远的物质吸引过来，宇宙被拉伸了许多。于是，不但现有的星系团减慢了自己的生长速度，而且新的星系团的形成速度也因此减慢。美国普林斯顿大学的理论天体物理学家大卫·斯伯格声称，这两项研究结果之间的一致性“是爱因斯坦广义相对论的一次胜利”，这一理论将引力描述为时间与空间几何体系中的属性之一。2009年2月10日出版的《天体物理学杂志》星系团在几十亿年间生长的图表四.暗物质