广义相对论简介

1第五章相对论问题：1.为什么提出广义相对论？2.广义相对论的基本思想是什么？3.为什么光线经过引力场要弯曲？4.为什么光在引力场传播其频率要变化？… …§5.8 广义相对论简介(简单了解)2第五章相对论■ 广义相对论的提出狭义相对论建立后留下两个疑难问题：1.自然界中什么参考系才是惯性系？狭义相对论中惯性系有特殊的地位？在现实中能找到真正的惯性系吗？2.牛顿引力理论不具有洛伦兹不变性即不满足相对论要求!怎么才能建立一个相对论性的引力理论？3第五章相对论※第一个疑难问题的思考：引力作用普遍⇒自然界中不存在真正的惯性系⇒物理规律数学式找不到现实坐标系惯性系概念上存在逻辑死循环如下惯性系定义: 静止或匀速直线运动的物体?⇒不受外力静止或匀速直线运动的物体不受外力?⇒因此，爱因斯坦产生想法：任一参考系在表达物理规律上都应该是等价的狭义相对性原理⇒推广⇒广义相对性原理4第五章相对论※第二个疑难问题的思考：引力场(惯性系)非惯性系加速度a⇒处理引力问题洛伦兹不变性⇒相对性原理因此，爱因斯坦想法：非惯性系与引力场等效在非惯性系中物体运动规律与有引力场的惯性系中运动规律相同⇒gm引⇒“等效原理”gm惯g加速非惯性系无引力静止地面惯性系有引力为此须认定 m惯= m引惯性力5第五章相对论实验证实: m惯= m引m惯: 物体惯性大小的量度,反映物体加速的难易程度m引:物体引力属性的量度,反映物体产生和接收引力的能力牛顿实验如图→由角动量定理有:θθsin dd 222glmtlm−=引惯0 dd sin dd 2222=+≈+∴θθθθlmgmtlmgmt惯引引惯ω2∴ 单摆周期为： 22gmlmTπωπ ==惯引选各种材料各种质量,T都相同 ⇒m惯= m引θlm引g单摆6第五章相对论※广义相对论的两个基本原理：等效原理-----物体在非惯性系中的运动等效于惯性系中引力场作用下的运动或说非惯性系与引力场等效(局域等效)广义相对原理------物理规律在一切参考系中都是等价的,没有哪一个比另一个更优越引力与惯性力抵消⇒ F合=0 ⇒惯性系--如自由落体系等引力场由物质产生，充满了整个宇宙惯性力仅在引力场中自由落体(参考系)上仅局部消除引力局部惯性系7第五章相对论※引力会引起时空弯曲爱因斯坦转盘→S测量周长2πR,半径R周长2πR直径2R= πS'测量周长半径无法事先知道,但不妨从S推测:测半径仍为R 测量尺与运动方向垂直⇒ 无收缩测周长＞2πR 测量尺运动⇒ 收缩周长'直径2R＞π转盘边缘处速度大⇒ 其钟比中心处钟慢非惯性系 ...