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1、第十五章相对论简介 第四节广义相对论简介 复习 一 狭义相对论的两点假设 1 狭义相对性原理在不同的惯性参考系 一切物理规律都是相同的2 光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的 光速与光源 观察者间的相对运动没有关系 二 由狭义相对论推出的几个结论1 同时 的相对性2 动尺变短3 动钟变慢4 速度变换公式 5 相对论质量6 质能方程 阅读思考题 1 狭义相对论遇到哪两个无法解决的问题 2 广义相对论的两个基本原理是什么 与狭义相对论的两个假设有什么不同 3 根据广义相对论的两个基本原理可以导出那些重要结论 一 超越狭义相对论的思考 爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题 1 引
2、力问题万有引力定律无法纳入狭义相对论的理论框架 2 非惯性系问题 狭义相对论只适用于惯性系 为什么惯性系具有这样的地位 狭义相对论无法解释 二 广义相对性原理和等效原理 1 广义相对性原理 在任何参考系中 物理规律都是相同的 伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系都是相同的 爱因斯坦狭义相对性原理 1905年 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都有是相同的 爱因斯坦广义相对论原理 1916年 在任何参考系中 包括非惯系 所有的物理规律都是相同的 称为广义相对性原理 逻辑形式逐渐简约 2 等效原理 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价 如果飞船做匀加速运动 在光向右传播的同时 飞的速度也
3、在不断增大 因此船上观察者记录下的光的径迹是一条抛物线 三 广义相对论的几个结论 1 物质的引力使光线发生弯曲 如果飞船做匀速直线运动 船上观察者记录下的光的径迹是一条直线 虚线 飞船外观察者看到这束光是直线传播的 水平向右 通常物体的引力场都太弱 20世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲 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 这是对广义相对论的最早证实 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
4、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 2 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 靠近边缘的位置引力势较低 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
5、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 3 引力红移 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 课题研究 题目 一 爱因斯坦的贡献 二 方兴未艾的宇宙学 三 有趣的相对论佯谬 四 黑洞的研究爱因斯坦与狭义相对论的建立 组织 小组 2 3人 方案 利用图书馆 互联网资源写一篇爱因斯坦与狭义相对论建立的科普小文章 要求 文章的时间脉络清晰 无科学性错误
