《廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介》.ppt

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1、15.4《廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介》閱讀思考題1、狹義相對(duì)論遇到哪兩個(gè)無(wú)法解決的問(wèn)題？2、廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理是什么？與狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)有什么不同？3、根據(jù)廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以導(dǎo)出那些重要結(jié)論？一、超越狹義相對(duì)論的思考愛(ài)因斯坦思考狹義相對(duì)論無(wú)法解決的兩個(gè)問(wèn)題：1、引力問(wèn)題萬(wàn)有引力定律無(wú)法納人狹義相對(duì)論的理論框架；2、非慣性系問(wèn)題狹義相對(duì)論只適用于慣性系，為什么慣性系具有這樣的地位？狹義相對(duì)論無(wú)法解釋二、廣義相對(duì)性原理和等效原理1、廣義相對(duì)性原理：在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。伽利略相對(duì)性原理力學(xué)規(guī)律在任何慣性系都是相同的愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)性原理在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)

2、律都有是相同的；愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論原理在任何參考系中(包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是相同的，稱(chēng)為廣義相對(duì)性原理。2、等效原理：一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。如果在一個(gè)參考系中牛頓定律能夠成立，這個(gè)參考系稱(chēng)作慣性參考系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能成立的參考系則是非慣性參考系．在不同參考系中觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況非慣性系和慣性系非慣性系和慣性系以車(chē)廂為參考系，當(dāng)列車(chē)加速運(yùn)行時(shí)，小球會(huì)相對(duì)于車(chē)廂加速向后運(yùn)動(dòng)．光滑表面非慣性系和慣性系加速運(yùn)動(dòng)的列車(chē)是個(gè)非慣性參考系為了讓牛頓定律在非慣性系中能夠成立，引入慣性力．光滑表面非慣性系和慣性系牛頓第二定律的表達(dá)式慣性力的定義式“－”號(hào)表示慣性力的方

3、向與非慣性系的加速度方向相反．注意不要混淆非慣性系和慣性系以加速上升的電梯為參考系，我們可以認(rèn)為乘坐電梯的人除了受到重力的作用，還受到一個(gè)向下的慣性力，重力和慣性力的合力使人感受到了超重．21世紀(jì)，人類(lèi)在空間站中長(zhǎng)期生活，為了克服失重帶來(lái)的不利影響，可以將空間站設(shè)計(jì)成一個(gè)大轉(zhuǎn)輪，繞軸自轉(zhuǎn)，其上各點(diǎn)都有一個(gè)指向轉(zhuǎn)動(dòng)軸的向心加速度，因此，以空間站為參考系，與它一起旋轉(zhuǎn)的物體都受到一個(gè)背離轉(zhuǎn)動(dòng)軸的慣性力，這就是所謂的人造重力．非慣性系和慣性系慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量地面靜止加速飛行引力和慣性力都可以使物體加速下落引力質(zhì)量慣性質(zhì)量廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介牛頓第二定律的表達(dá)式慣性力的定義式“－”號(hào)表示慣

4、性力的方向與非慣性系的加速度方向相反．注意不要混淆“m”應(yīng)該叫做慣性質(zhì)量．慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量事實(shí)上，到目前為止的一切實(shí)驗(yàn)研究都沒(méi)有找到慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量之間的差別，這向我們提示：加速運(yùn)動(dòng)的參考系和萬(wàn)有引力，二者之間可能存在某種深刻的聯(lián)系．廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同的真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)更進(jìn)一步等效原理光速恒定愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理廣義相對(duì)性原理廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以得出一些意想不到的結(jié)論．廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介在一個(gè)引力

5、可以忽略的宇宙空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，船上的觀察者記錄光的徑跡是一條拋物線．半透明屏光源等效原理物體的引力能使光線彎曲假設(shè)飛船靜止，而在船尾存在一個(gè)巨大的物體，在它的引力場(chǎng)作用下，飛船內(nèi)的物理過(guò)程受到影響．廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介通常物體的引力場(chǎng)都太弱，20世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的光線彎曲．太陽(yáng)由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的作用，我們有可能觀測(cè)到太陽(yáng)后面的恒星，最好的觀測(cè)時(shí)間是發(fā)生日全食的時(shí)候．1919年5月29日，發(fā)生日全食，英國(guó)考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測(cè)，證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，這是對(duì)相對(duì)論的最早證實(shí)．廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介星球的強(qiáng)引力場(chǎng)能使背后傳來(lái)的光線匯聚，這種現(xiàn)象叫

6、做引力透鏡效應(yīng)．星體星體無(wú)法觀測(cè)黑洞宇宙中很可能存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無(wú)法直接觀測(cè)，但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使其附近產(chǎn)生極強(qiáng)的引力場(chǎng)，引力透鏡是探索黑洞的途徑之一．時(shí)間間隔與引力場(chǎng)有關(guān)引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別．對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)，除了轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置外，各點(diǎn)都在做加速運(yùn)動(dòng)，越是靠近邊緣，加速度越大，方向指向盤(pán)心．地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大．根據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊緣部位的時(shí)間進(jìn)程較慢．圓盤(pán)上的人認(rèn)為：盤(pán)上存在引力場(chǎng)，方向由盤(pán)心指向邊緣，引力勢(shì)較低，得出：引力勢(shì)較低的位置，時(shí)間進(jìn)程比較慢．各類(lèi)星體對(duì)比宇宙中有一類(lèi)恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，

7、叫做矮星，引力勢(shì)比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)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)光頻率低，看起來(lái)偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移．時(shí)間間隔與引力場(chǎng)有關(guān)引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的桿的長(zhǎng)度出現(xiàn)了差別．地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大．根據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊緣部位的桿的長(zhǎng)度較短．圓盤(pán)上的人認(rèn)為：引力勢(shì)較低的位置，桿的長(zhǎng)度越短．桿的長(zhǎng)度與引力場(chǎng)有關(guān)引力勢(shì)由高到低變化桿的長(zhǎng)度與引力場(chǎng)有關(guān)由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了“