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1、第四节 广义相对论简介 (1)超越狭义相对论的思考 介绍爱因斯坦思考狭义相对论无法解决 的两个问题： 第一个是引力问题，万有引力定律不满足洛 伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架 ； 第二个是非惯性系问题，狭义相对论只适用 于惯性系。它们是促成广义相对论的前提。 （2）广义相对论等效原理 在一个引力可以 忽略的宇宙空间有一艘 宇宙飞船在做匀加速直 线运动，船上的观察者 记录光的径迹是一条抛 物线 半 透 明 屏 光 源 等效原理引力场与匀加速参考系等价 假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大的物体， 在它的引力场作用下,光的轨迹也是一条抛物线。 （3）广义相对论主要结论 通常物体的引力场都太弱，
2、20世纪只能观测到太阳 引力场引起的光线弯曲 太阳太阳 由于太阳引 力场的作用，我 们有可能观测到 太阳后面的恒星 ，最好的观测时 间是发生日全食 的时候 1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾 和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最 早证实 广义相对论结论（1）光线弯曲 广义相对论结论（2）透镜效应 星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这 种现象叫做引力透镜效应 星体 星体 无 法 观 测 黑 洞 宇宙中很可能存在黑洞，它 不辐射电磁波，因此无法直接 观测，但是它的巨大质量和极 小的体积使其附近产生极强的 引力场，引力透镜是探索黑洞 的途径之一 广义相对论
3、结论（3）引力场影响时间 引力场的存在使得空间不同位置的时间进程 出现差别 对于高速转动的圆盘 ，除了转动轴的位置外，各点 都在做加速运动，越是靠近边 缘，加速度越大，方向指向盘 心 地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相 对论，靠近边缘部位的时间进程较慢 圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向 边缘，引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较 慢 各 类 星 体 对 比 宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫 做矮星，引力势比地球低的多，矮星表面的时间进程 比较慢，哪里的发光的频率比同种的原子在地球上发 光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移 广义相对论结论（4）
4、引力红移 引力场的存在使得空间不同位置的杆的长度 出现了差别 地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对 论，靠近边缘部位的杆的长度较短 圆盘上的人认为：引力势较低的位置，杆的长度越短 广义相对论结论（5）引力场影响长度 引力势由高到低变化 由于物质的存在，实际空间并不是均匀 的，空间发生了“弯曲”： 狭义、广义相对论比较 狭义相对论广义相对论 不同的惯性 参考系中一 切物理规律 都是相同的 任何参考系 （包括非惯性 系）中物理规 律都是相同的 真空中的光 速在不同惯 性参考系中 都是相等的 一个均匀的 引力场与一个 做匀加速运动 的参考系等价 更进一步 等 效 原 理 光 速 恒 定 爱因 斯坦 相对 性原 理 广 义 相 对 性 原 理 对于时空观的认识 物质本身的存在决 定时空的性质 时空性质和物 质的运动有关 狭义相对论广义相对论 惯性系平权所有参考系平权 时 空 观 光速恒定等效原理
