3广义相对论系列论文3篇之3大32开版
大学课件：相对论
皮埃尔·居里
法国物理学家，他是放射性研究 的先驱之一，对狭义相对论的建 立也有所贡献。
02
相对论的基本原理
相对性原理
相对性原理指出物理定律在所有惯性参考系中都是一样的，即没有一个特殊的参 考系可以用来观察物理定律。这意味着在任何惯性参考系中，不能通过任何实验 区分均匀的引力场和加速参照系。
相对性原理是狭义相对论的基础，它限制了物理定律的形式，使得物理定律在所 有惯性参考系中都是相同的。
大学课件相对论
contents
目录
• 相对论的背景和历史 • 相对论的基本原理 • 狭义相对论 • 广义相对论 • 相对论的意义和影响
01
相对论的背景和历史
背景介绍
物理学的发展
在相对论之前，物理学的发展已经面临一些无法解释的现象和实验结果。例如，光速的恒定性和米氏 -摩雷森实验无法检测到地球相对于以太的运动速度。
狭义相对论提出，不同参考系中的观 察者对于事件是否同时发生的判断可 能存在差异，即同时性的相对性。
长度收缩
狭义相对论还预测，当物体以接近光 速运动时，其测量出来的长度会相对 于静止观察者而言缩短，这种现象被 称为长度收缩。
质能关系
质能等价原理
狭义相对论揭示了质量和能量之间的 等价关系，即著名的质能等价原理， 它表明物体的质量是其包含的能量的 一种表现形式。
光速不变原理
狭义相对论的另一个基本假设是光速不变原理，即在任何惯性参考系中，光在真空中的传 播速度都是恒定的。
物理规律的形式在所有惯性参考系中都相同
狭义相对论还假设物理规律的形式在所有惯性参考系中都是相同的，即相对性原理。
时间和空间的变换
时间膨胀
同时性的相对性
狭义相对论预测，当物体以接近光速 运动时，其内部的时间会相对于静止 观察者而言减慢，这种现象被称为时 间膨胀。
广义相对论论文（ＰＤＦ）
Schwarzschild 解与致密星摘要：本文推导了TOV 方程，求解出Schwarzschild 内部解及外部解，并介绍了致密星（白矮星和中子星）的存在，同时利用相对论讨论了白矮星和中子星的物理状态和结构性质。
为了简化工作，我们大量借助Mathematica 来辅助运算。
关键词：爱因斯坦引力方程Schwarzschild 内部解TOV 方程白矮星中子星1引言20世纪30年代从理论上预言存在中子星和黑洞，但一直没有观测到这些天体。
然而在60年代发现类星体、脉冲星、双星X 射线源等奇异天体后，相对论天体便发展起来。
恒星演化理论预言恒星演化到晚期应存在三类天体，即白矮星、中子星和黑洞。
一颗晚期演化的恒星变为哪类天体取决于它的质量。
质量为M 星而核燃料耗尽的恒星，由于引力收缩将释放能量，从而温度升高。
对于M 太阳<M <8M 太阳的晚期恒星将最后演化为白矮星，白矮星靠简并电子气的压力与引力平衡，从而维持星体的存在；对于8M 太阳<M <30M 太阳的晚期恒星将最后演化为中子星，中子星靠简并中子气与引力平衡而维持星体的存在；当一个晚期演化的恒星质量大于中子星质量上限时，便不能存在稳定的结构，这种星体无止境地塌缩下去，最后成为黑洞。
2理想流体的Schwarzschild 解2.1Tolman-Oppenheimer-Volkoff 方程的推导考虑爱因斯坦引力方程G T ννμμκ=-（1）在静态球对称星体内部的解。
由静态球对称度规的最普遍形式2222222()(sin )()ds a r dr r d d b r dt θθϕ=--++（2）可得度规张量分别为()rr g a r =-2g r θθ=-22sin g r ϕϕθ=-()tt g b r =0,g μνμν=≠对于（3）设星体物质为理想流体，则有2()P T U U Pg c νννμμμρ=++（4）其中P 是固有压强，ρ是固有总能密度，U μ是速度四矢，定义为1g U U μνμν=（5）因为流体是静止的，故可取0r U U U θϕ===1/2()tt t U g -==（6）由静态和球对称假设可知，P 和ρ仅仅是径向半径r 的函数。
[爱因斯坦广义相对论]广义相对论
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[爱因斯坦广义相对论]广义相对论广义相对论一:广义相对论课件概念介绍黑洞爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用：它直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出；而多大质量的恒星会塌陷为黑洞则是印裔物理学家钱德拉塞卡的功劳——钱德拉塞卡极限（白矮星的质量上限）。
引力透像有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。
光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象，这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像。
引力波广义相对论还预言了引力波的存在（爱因斯坦于1918年写的论文《论引力波》），现已被直接观测所证实。
此外,广义相对论还是现代宇宙学的膨胀宇宙模型的理论基础。
[2]时空关系19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家）麦克斯韦（1831~1879年）电磁理论趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”，但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时，发现一系列尖锐矛盾，对经典时空观产生疑问。
爱因斯坦对这些问题，提出物理学中新的时空观，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，创立相对论。
狭义相对论提出两条基本原理。
（1）光速不变原理：即在任何惯性系中，真空中光速c都相同，为299,792,458m/s，与光源及观察者的运动状况无关。
（2）狭义相对性原理：是指物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说都相同。
爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）。
该理论认为引力是由空间——时间弯曲的几何效应（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量。
[3]万有引力广义相对论：是一种关于万有引力本质的理论。
爱因斯坦曾经一度试图把万有引力定律纳入相对论的框架，几经失败后，他终于认识到，狭义相对论容纳不了万有引力定律。
爱因斯坦提出的广义相对论与宇宙模型
爱因斯坦提出的广义相对论与宇宙模型一、概述1.1 爱因斯坦是一位伟大的科学家，在他的一生中，他提出了很多重要的理论。
1.2 其中，广义相对论是他最著名的理论之一，它对于我们理解宇宙的结构和演化起到了非常重要的作用。
1.3 本文将从爱因斯坦提出的广义相对论出发，探讨其与宇宙模型之间的关系。
二、广义相对论的基本原理2.1 广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种描述引力的理论。
2.2 它认为，引力是由物质弯曲时空而产生的。
2.3 根据广义相对论，时空不是一个静止不变的背景，而是随着物质的分布和运动而弯曲和变形的。
2.4 这一理论深刻地改变了我们对时空的看法，也为我们理解宇宙的演化提供了新的视角。
三、广义相对论与宇宙的演化3.1 广义相对论对宇宙的演化模型提出了新的解释。
3.2 根据广义相对论，宇宙是一个四维时空的结构。
3.3 宇宙中的物质和能量会引起时空的弯曲和变形，从而影响宇宙的演化。
3.4 广义相对论提供了描述宇宙演化的数学工具，帮助我们理解宇宙从诞生到今天的演化过程。
3.5 广义相对论还预言了很多宇宙现象，比如宇宙膨胀和黑洞。
四、宇宙模型4.1 宇宙模型是对宇宙结构和演化过程的一种理论描述。
4.2 目前，宇宙模型主要有两种：大爆炸模型和稳态模型。
4.3 大爆炸模型是目前最被广泛接受的宇宙模型，它认为宇宙在13.8亿年前由于一次大爆炸而诞生，随后不断膨胀。
4.4 大爆炸模型得到了广义相对论的支持，因为在这个模型下，广义相对论的方程很好地描述了宇宙的演化。
4.5 而稳态模型则认为宇宙是一个永恒不变的系统，它与广义相对论有一定的冲突。
五、广义相对论在宇宙学中的应用5.1 广义相对论为宇宙学研究提供了重要的理论基础和数学工具。
5.2 宇宙学家通过广义相对论的方程，可以推导出对宇宙演化和结构起到重要作用的方程。
5.3 广义相对论还帮助我们理解很多宇宙现象，比如黑洞和宇宙膨胀。
5.4 宇宙学是一个非常前沿的领域，广义相对论的研究也在不断拓展和深化。
爱因斯坦广义相对论解密
爱因斯坦广义相对论解密爱因斯坦广义相对论解密1. 什么是相对论?相对论是物理学的一个分支，主要研究物理量随着运动状态的变化而发生的变化。
相对论实际上有两个版本，一般相对论和广义相对论。
2. 广义相对论的基本原理广义相对论是爱因斯坦的杰作之一，它解释了引力是如何作用于空间和时间的。
广义相对论的基本原理是：物质和能量决定了时空的形态，而时空反过来决定了物体如何运动。
3. 引力的本质广义相对论揭示了引力的本质。
在牛顿的引力定律中，物体之间的引力是通过空间传递的，而在广义相对论中，物体和物体之间的引力真正被认为是时空的弯曲。
物体的质量和能量将时空弯曲，弯曲的时空又影响物体的运动轨迹。
这样，引力就成了时空的一个属性。
4. 黑洞的实质广义相对论还解释了黑洞的实质。
在广义相对论中，黑洞是由于弯曲的时空使得物质在一个特定的位置无法逃脱引力的束缚而形成的。
这就像你在一个峡谷里，无法爬出去一样。
当物质已经足够密集时，弯曲的时空会让它们被压缩到一个点上，形成一个类似于奇点的物体，即黑洞。
5. 宇宙膨胀的原因广义相对论也解释了为什么宇宙正在膨胀。
在广义相对论中，宇宙的膨胀是由于和宇宙物质和能量相关的弯曲的时空的不断扩张而产生的。
这就像一个球被扩胀的表面不停地变大一样。
实际上，宇宙的加速膨胀是由于物质能量密度的变化导致弯曲的时空的变化所造成的。
6. 广义相对论的应用广义相对论的应用非常广泛，它不仅解释了宇宙的大规模结构和黑洞的形成，还解释了GPS系统的误差、红移和光线偏转等现象。
广义相对论的影响深远，它不仅推进了物理学的发展，而且还对哲学和文化等领域产生了深远的影响。
广义相对论的基本思想
广义相对论的基本思想摘要:所有参考物体,不论他们的运动状态如何,对于描述自然现象(表述普遍的自如定律)是有效的.”这就是爱因斯坦"广义相对性原理"的一种叙述.所有参考系在描述普遍的自然界定律时是等效的,而不是这些参考系在物理上是没有区别的。
关键词:广义相对论引言自然界中并不广泛地存在一种优越的,专能体现自然规律的特殊参考系.这就表明,自然界中存在的一切参考系(物)都应能同样有效地体现出自然规律,即"描述上等效".这是广义相对论中蕴含着的一种哲学思想.1.非惯性系与弯曲时空（1）匀速转动：一种不需要由外力维持，而且在自然界中广泛存在的非惯性系。
（2）在同一非惯性系中没有统一的时间，各处时钟的快慢是不同的，即，在同一惯性系中各处都有当地的时间进程。
在非惯性系中不但空间是弯曲了，而且时间的进程也复杂化了。
比如：同一圆周上的钟，钟慢效应是相同的，应能互相校准，其实不然。
这一情况与“佯谬”有关。
2.牛顿桶与马赫原理牛顿为了证明绝对空间的存在和加速度的绝对性，曾提出了一个著名的假想实验——牛顿桶实验：一桶水旋转，当桶还没有将角动量传递给水之前，水是静止的，水面呈水平状，这时水和桶之间有相对运动，以后，水随桶一起旋转，水和桶之间没有相对运动，水面呈凹形。
此实验表明，水面呈水平还是凹形，与水和桶之间的相对运动无关，而与水本身是否在旋转，也就是相对于“绝对空间”是否在旋转有关。
努道认为:“转动必须看是绝对运动”。
这个例子十分有力地否定了加速运动的相对性，而证实了绝对空间的存在。
对爱因斯坦的思想具有重大影响的奥地利物理学家兼哲学家马赫对怒道的观点提出了反对意见。
他只承认相对运动，但不承认存在绝对运动。
他认为水面之所以呈凹形，是由于水相对于宇宙中无数的恒星和天体有相对转动而引起的。
马赫认为，物体的惯性不是物体本身所固有的属性。
而是由宇宙中无数巨大的天体对该物体的作用所产生的。
爱因斯坦接受了马赫思想中正确的一面，认定了引力是建立非惯性系理论的关键所在。
一篇关于广义相对论科普的民科文
一篇关于广义相对论科普的民科文1.之所以是民科文，是因为“我相信我是对的”，但是我又拿不出完整的逻辑链，这种行为常被喻为民科的蜜汁自信。
本来是想搞狭义相对论的。
指指点点，画图会引起一些人的不满，但也无可奈何，因为都是些初等的知识，简单的逻辑。
他们不再生气找不到逻辑错误，只能哼哼唧唧。
按道理，有哼哼声，也应该有嗯嗯，哦哦，哦哦，然后还有聪明的人才爬上山来看。
而鹅，经过两年多的思辨辩论，嬉笑怒骂，往往被当成苍蝇。
顺其自然，给自己灌个大鹅，强硬起来！第一次说狭义相对论的时候，我是在为相对论辩护，只是话有点直白。
说没有看透狭义相对论，对大多数人来说是一种耻辱。
但是简单的推导过程摆在那里，我认为相对论是正确的，所以无论从立场上还是逻辑上，他们都别无选择，只能露出狰狞的面目。
我学不会广香。
强求的话，难免会犯一些错误，何必呢？请不要做一个好的激励者。
有了这样的机会，一个门外汉可以吹嘘自己擅长什么，也可以在舞台上观看表演。
2.废话说了不少，言归正传。
话说不是早有一众武林高手、名门大师登凌绝顶，论华山剑，破碎虚空，解开了宇宙的真相嘛——“弯曲时空” ！嗯，嗯，事情就是这么个事情，情况就是这么个情况。
不过事情还得看具体的事情，情况还得看当时的情况。
我们不说科学研究，单从科普角度来讲，狭义相对论说的“尺缩钟慢”，就不如说“时空交叉”更容易理解，参见我的其它文章。
而广义相对论用“弯曲时空”来进行科普，不如说“时空穿越”更直观。
在与某网友交流时，我是这么说的，【“平直时空”和“弯曲时空”并不是一个好的科普词汇，严谨些说，狭义相对论描述的是“均匀时空”，广义相对论描述的是“非均匀时空”。
但这些词均未触及本质，不如说“时空平行”、“时空交叉”和“时空穿越”更显得直观。
】，这个回复中，“但这些词均未触及本质”，这句话如果细细追究，的确是说的欠妥，其它还算中规中矩。
到了该同学的地盘，就得听他的：【均未涉及本质是吧？那你告诉我Riemann curvature tensor 与你所谓的时空（manifold)上的dual vector作用非零时，所包含的那些不“交叉”的时空（就是manifold ）该怎么叫？line element 没有定义，metric 没有定义，还谈时空穿越？还有Killing vector field 、geodesic 你是否清楚呢？】篇幅原因，其它内容就不贴了。
广义相对论初稿
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广义相对论的宇宙膨胀
广义相对论的宇宙膨胀广义相对论是爱因斯坦于20世纪初提出的一种描述引力的理论，它不仅改变了我们对空间和时间的认识，还对宇宙的膨胀做出了重要的解释。
本文将探讨广义相对论对宇宙膨胀的阐述和相关的观测结果。
一、广义相对论的基本概念广义相对论是描述引力作用的理论，它认为物质和能量使得时空弯曲，物体在弯曲的时空中运动。
引力的作用是由物体周围时空的几何形状决定的，这种几何形状的变化又与物体的分布和性质有关。
二、宇宙膨胀的观测结果广义相对论提供了解释宇宙膨胀的理论框架，而一系列观测结果也验证了宇宙的膨胀现象。
首先是哈勃定律的发现，哈勃定律表明远离我们的物体移动速度越快，这说明整个宇宙正在膨胀。
此外，宇宙微波背景辐射的发现也支持了宇宙膨胀的观点，这是宇宙大爆炸后形成的余辉，也可以视为宇宙的“指纹”。
三、宇宙膨胀的理论解释根据广义相对论的理论模型，宇宙的膨胀可以用宇宙标度因子来描述，标度因子是随着时间变化的。
根据宇宙标度因子变化的速率，可将宇宙的膨胀分为加速膨胀和减速膨胀两种情况。
加速膨胀是指宇宙膨胀的速度越来越快，而减速膨胀则是指宇宙膨胀的速度逐渐减慢。
四、暗能量和宇宙加速膨胀宇宙加速膨胀的原因是近年来引起科学家极大兴趣的问题之一。
根据观测结果和理论计算，科学家提出了暗能量的概念，它是一种特殊的能量形态，可以解释宇宙加速膨胀的原因。
暗能量并不是我们通常所熟知的能量形态，它是一种带负压的能量，具有斥力的特性。
目前，对暗能量的研究还在进行中，科学家们希望通过进一步的观测和实验证实其存在，并深入研究其性质和作用机制。
五、未来的研究方向广义相对论的宇宙膨胀理论为我们提供了对宇宙演化的基本认识，但仍有很多未解之谜等待我们去解答。
例如，宇宙膨胀的速度是否会继续加快？宇宙膨胀的终极命运是什么？这些问题激发了科学家们的好奇心，未来的研究将继续关注宇宙膨胀的动力学演化和宇宙结构的形成。
结论广义相对论是研究宇宙膨胀的重要理论基础，它提供了解释宇宙膨胀的框架和工具。
广义相对论对现代物理学与宇宙学的影响
广义相对论对现代物理学与宇宙学的影响广义相对论是爱因斯坦于20世纪初提出的一种描述引力的物理理论。
它对现代物理学与宇宙学的发展产生了深远影响。
本文将从史诗般的理论革命、引力波的发现、黑洞研究和宇宙学原理四个方面展开，探讨广义相对论对现代物理学与宇宙学的影响。
首先，在物理学史上，广义相对论的提出是一次史诗般的理论革命。
在牛顿力学观念下，物体运动被视为受到力的作用，而引力被认为是通过质量的引力场传播。
然而，爱因斯坦通过运用几何学概念，将引力视为时空弯曲而非力的传播，开创了一种全新的物理学观念。
这一革命性的理论架构不仅深刻影响了物理学家对引力的认知，也为后来发展出量子力学和其他基本粒子理论提供了启示。
其次，广义相对论的关键预测之一是引力波的存在。
引力波是由引力场扰动引起的时空波动，类似于水波在水中传播。
然而，由于其微弱的振幅，直到2015年才被直接探测到。
探测到引力波的重力波探测器LIGO项目的成功，证实了爱因斯坦的理论预言，也为物理学开辟了一种全新的观测手段。
引力波的发现不仅直接支持了广义相对论的正确性，也为研究黑洞、中子星等极端天体提供了重要的证据。
第三，广义相对论对黑洞的研究产生了深刻影响。
黑洞是由具有极大质量的物体引力坍缩形成的天体，它对光和物质具有极强吸引力，连光都无法逃脱。
广义相对论提供了描述黑洞性质的理论框架，揭示了它们的奇异性质和事件视界的存在。
黑洞的研究引发了对引力塌缩和量子引力的思考，推动了理论物理学的发展。
近年来，通过天文观测和数值模拟，科学家们对黑洞的性质有了更深入的认识，这些成果不仅填补了对黑洞的认知空白，也对理解宇宙演化奠定了理论基础。
最后，广义相对论对宇宙学的贡献是不可忽视的。
宇宙学研究了宇宙的起源、演化和结构。
广义相对论提供了描述宇宙演化的理论框架，揭示了宇宙在时间与空间中的扩展和变形。
它预言了宇宙膨胀的存在，并通过引力透镜效应等现象的观测得到了验证。
同时，广义相对论也为宇宙学的更深层次研究提供了基础，如暗能量、暗物质和宇宙微波背景辐射等。
现代物理概论-第三章-广义相对论和宇宙学
现代物理概论
第一章 狭广义相对论和宇宙学
近年最引人注目的天文及航天成就
宇宙起源新成果及暗能量的发现 新型太空望远镜的建成 火星探测器成功着陆 深度撞击 中国神州系列载人飞船成功上天
现代物理概论
第一章 狭广义相对论和宇宙学
§2 人类对宇宙的认识
一．宇宙的概念
早在2300多年前，战国时代的思想家庄子（大约公元 前369—前286年）就浪漫激情地幻想“旁（傍）日月，挟 宇宙”。其实中文的“宇”、“宙”二字原指“屋檐”和 “栋梁”，都是指人居住的地方，后来才延伸为“天地四 方（空间）、古往今来（时间）”的总称。它超越了东西 南北的方位，无边无际；超越了一朝一夕的时间，无穷无 尽。与“宇宙”混用的“世界”二字则出于佛教的说法， 也是时间（世代）和空间（边界）的合称。
1912年，勒维特发现造父变星（其亮度由于星体的 膨胀收缩运动而发生周期性变化的一类变星）的光变周 期同光度之间存在确定的关系，使测定包含这类变星的 遥远恒星集团的距离成为可能。
6年后，沙普利分析当时已知的100多个球状星团的 距离和视分市资料，得出银河系是一个直径达10万光年 的庞大的透镜形天体系统，太阳并不处于其中心的正确 结论。
古代天文学家为了表达太阳在黄道上所处的位置 而将黄道这个大圆划分为12段，称为黄道12宫， 每宫占30度，又将黄道12宫和黄道附近的12个 星座联系起来。如白羊座所在的那个宫称为白羊 宫。
由于岁差运动，黄道12宫和12个黄道星座渐渐 错开，如今白羊宫已和双鱼座重合在一起。公元 2世纪，经过古希腊天文学家的详细描述，北部 天空约40个星座的雏形便大体确定下来。
七.广义相对论与几何学
第一章 狭广义相对论和宇宙学
几何学反应的是人对空间关系的认识。有史以 来人们只在比较小的空间尺度中接触比较弱的引力 场．这种情况下空间的弯曲可以忽略，在此基础上 人类发展了欧几里得几何学，它反映了平直空间的 实际。广义相对论告诉我们实际空间是弯曲的，因 此描述实际空间的应该是更具有一般意义的非欧几 何。
广义相对论简介
2、惯性力是一个虚拟的力，没有施力的物体，也 没有反作用力;它不是物体间作用力,而只是非惯性 系加速度的反映.
3、引入惯性力，在非惯性系中可用惯性力来解释现象。 A物体因受惯性力而向后作加速运动，而B物体 因弹性力与惯性力平衡而静止。
mAa0
A
mBa0
B
F弹 a0
二、等效原理
惯性质量与引力质量
Fm a 惯
弱引力场牛顿近似 飞来惯性系S到达 r 处的速度由 下式定出
1 2 GMm mu 0 2 r
2GM u r
2
dt
dt 2GM 1 c 2r
2GM dr 1 2 dr cr
r处的观测时
r邻域的运动长度
讨论 1) 爱因斯坦假设-- 钟和尺的性形只与速 度有关 与加速度无关 2)双生子中谁年轻？
恒星 恒星虚像
引力的作用 1)空间弯曲
2)光线偏离测地线 理论上：
太阳
恒星光线受太阳引力偏折17 .5
1919年5月29日测
1.98 0.16 1.61 0.40
人眼位置
2.引力时间延缓 固有时与真实距离
某处的固有时
由静止在该处的标准钟测得的时间间隔
某处真实距离
由静止在该处的标准尺测得的空间间隔
r c
p
rr
2 2 s ds d s 1 1 s
2 s s /1 s 2 r 2 r
在转动的非惯性系中，圆的周长 s' >2r'
非惯性系的空间是弯曲的。
结论
根据等效原理 引力场强是 转动参考系等效为引力场
在非惯性系中,
2广义相对论系列论文3篇之2A4普通版
惯性系力新剖析
——广义相对论系列论文 3 篇之 2 师教民 1,2
（1.石家庄广播电视大学 科学技术部，河北 石家庄 050081； 2.石家庄经济学院 信息工程学院，河北 石家庄 050031） 摘 要：惯性参照系不是合理的概念．把惯性参照系和非惯性参照系统一起来，否定了惯性力 的概念，力在不同加速度的参照系中测量结果的不同叫做力相对性原理． 关键词：惯性参照系；非惯性参照系；所谓惯性力；力相对性原理 中图分类号：O 313.1；O 412.1 文献标识码：A
G mg≠0，
并且物体 B 在重力 G mg≠0 的作用下，相对于地球做自由落体运动（即做直线加速运动） ．不少专家
对此反驳说： “静止在电梯 D 中的物体 B 的重力是绝对的， 即为在地球表面上测得的数值 G mg． 在
电梯 D 中测得的 0 是失重现象，不是物体 B 的真实的重力． ”可是，没有一位专家反驳说： “上述的滑 块 A 受到的合外力是绝对的，即为在太阳上测得的数值
1
在车厢中牛顿第二定律也成立，故车厢系和地面系是完全一样的，根本不需要也不应该再分惯性系和非惯 性系．
f
A
F
●
a
地 面 图 1Байду номын сангаас14
文[1]上述分析的根本错误是：判断车厢是否惯性系时，用在地面上测得的力 0 和在车厢中测得的加 速度 a 去组成牛顿第二运动定律．如果按照文[1]的这种逻辑，地面也就不是惯性系了，因为在地面
相对论论文
爱因斯坦与相对论研究袁长征200731610098 测绘学院相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分，狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性，建立了新的时空观。
广义相对论把相对原理推广到非惯性参照系和弯曲空间，从而建立了新的引力理论。
在相对论的建立过程中，爱因斯坦起了主要的作用。
爱因斯坦是美籍德国物理学家。
1914年任德国威廉皇帝物理研究所所长和普鲁士科学院院士，1933年因遭纳粹政权迫害迁往美国，任普林斯顿高等研究院主任。
1 905睥，在他26岁时，法文科学杂志《物理年鉴》刊登了他的一篇论文《论运动物体的电动力学》，这篇论文是关于相对论的第一篇论文，它相当全面地论述了狭义相对论，解决了从19世纪中期开始，许多物理学家都未能解决的有关电动力学以及力学和电动力学结合的问题。
提起狭义相对论，很多人马上就想到钟表慢走和尺子缩短现象。
许多科学幻想作品用它作题材，描写一个人坐火箭遨游太空回来以后，发现自己还很年轻，而孙子已经变成了老头。
其实，钟表慢走和尺子缩短只是狭义相对论的几个结论之一，它是指物体高速运动的时候，运动物体上的时钟变慢了，尺子变短了。
钟表慢走和尺子缩短现象就是时间和空间随物质运动而变化的结果。
狭义相对论还有一个质量随运动速度而增加的结论。
实验中发现，高速运动的电子的质量比静止的电子的质量大。
狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性。
它和能量守恒原理融合在一起，质量和能量可以互相转化。
如果物质质量是M，光速是C，它所含有的能量是E，那么E=MC^2。
这个公式只说明质量是M的物体所蕴藏的全部能量，并不等于都可以释放出来，在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来。
按这个公式，1克质量相当于9X10^3焦耳的能量。
这个质能转化和守恒原理就是利用原子能的理论基础。
在狭义相对论中，虽然出现了用牛顿力学观点完全不能理解的结论：空间和时间随物质运动而变化，质量随运动而变化，质量和能量的相互转化，但是狭义相对论并不是完全和牛顿力学割裂的，当运动速度远低于光速的时候，狭义相对论的结论和牛顿力学就不会有什么区别。
相对论的研究论文
相对论的研究论文相对论有许多与传统不同的思维，比如同时性问题、尺缩效应、钟慢现象、光速不变等等。
我想除专业人士之外，绝大多数人不懂这些理论，也不想去研究这些对普通人来讲深奥的东西。
但是权威容易变成迷信，真理离开了存在的条件就会变成谬误。
相对论的乱用就会把科学变成谬误，背离科学的基础。
在当今社会科学已经成为迷信，使它成为放之四海而皆准的真理，成为正确的代名词，不管人们懂不懂，只要是科学就代表正确，而忘记了科学是人们对世界的一种探索方式，它追求真理而不是把自己看做真理的代名词。
任何科学都是建立在经验的基础之上的，而经验是相对主体而存在的，研究科学的问题不能离开主体的影响。
我们需要对科学结论进行哲学的思考。
1、关于同时的相对性问题A和B两个物体在主体C看来是同时出现或同时落地，但在D看来却是A先于B出现和落地，在E看来是B先于A 出现和落地。
这表明同时性受观察者的影响，传统科学只考虑客观事物的关系，并不去考虑主体对科学结果的影响。
其实同时性的相对性是因主体而产生的，并不是一个深奥的问题。
不同的物体的信息传播到主体的时间受主体位置的影响，如果主体在两个物体中间，我会看到两个物体同时落地，如果这时我这是靠近A物体，而且A、B两个物体距离非常远，在同样的情况之下我会看到A比B先落地，反之我会看到B比A先落地。
任何科学知识都是主体的一种认识，任何认识都会受到主体的影响，离开主体来看认识就失去了认识的基础。
、关于钟慢效应相对论认为，快速运动的物体上的时间会变慢，这表明时间是与物体运动的速度联系在一起的，是相对的。
我们每一个人可能都有这样的感受：等车是时间过得特别慢，而热恋时时间却变得特别短暂。
因此时间的相对性只是对人而言。
但人们不去考虑相对论的理论对人的关系，受主体的影响，而认为时间的相对性是客观世界的本来面目。
当我们考虑物体与主体的关系时，时间的相对性问题并不神秘。
快速运动的物体，如果我们在它的上面，时钟不会变慢，时钟变慢只是相对于观察者而言，因为我们是通过光的传递来获得物体的信息的，我们的感官把物体的信息变成感觉。
关于广义相对论的数学理论
关于广义相对论的数学理论本文的目的是介绍广义相对论的数学背景以及关于数学家们对黑洞形成机制研究的历史。
爱因斯坦1915年11月25日,爱因斯坦向普鲁士科学院提交了广义相对论的论文。
而在五天前，希尔伯特也向普鲁士科学院递上了一份关于引力学的手稿。
长久以来，人们总是热衷于讨论究竟谁才是第一个提出广义相对论的人。
然而这却并不是我们想要讨论的问题，我们关心的是这两份手稿里共同包含的一个方程，这个方程现在普遍被称为爱因斯坦引力场方程。
首先让我们尝试在不写下精确的表达式的情况下来粗略地理解引力场方程。
爱因斯坦认为，引力场或者物质的存在导致了时空的弯曲，而时空的弯曲恰恰体现了引力本身。
引力场方程本身诠释这个想法。
方程的右边是能量-动量张量，这个张量描述了时空中物质的分布；方程的左边可以被认为是时空本身的Ricci曲率张量，恰如其名，这个张量描述了时空本身的弯曲。
从数学上来看，这个方程本身包含了10个变量和10个相互独立的子方程，并且是一个非线性的二阶双曲型非线性方程，仅仅写下这个方程就需要莫大的勇气和智能，更不要说是找到它的解了。
(博主注：事实上，由Bianchi恒等式知这10个方程只有6个方程是独立的。
如何处理这个问题呢，由于爱因斯坦场方程是一个张量方程，从而在求解度规张量时必须添加4个坐标条件，仅此而已。
这一点实际上是与广义协变性一脉相承的，因为后者意味着引力场方程及其解允许对4 个时空坐标作任意变换，从而只有在添加 4 个坐标条件后才能得到确定的解。
) 实际上，关于爱因斯坦和希尔伯特对于广义相对论的优先权之争就是围绕着谁先写下了这个方程。
据说，1915年初期爱因斯坦对于如何把引力数学化的想法已经相当的成熟，唯一的缺憾就是未找到描述引力分布的场方程。
是年七月，他应希尔伯特的邀请去哥廷根大学作了一系列毫无保留的演讲。
恰如这个众所周知的调侃之言，“哥廷根马路上一个孩子，都可以比爱因斯坦更懂得四维几何”，希尔伯特由于比哥廷根马路上一个孩子懂得更多的四维几何，很快地得到了引力场方程的表达式，当然这丝毫不影响爱因斯坦的伟大，因为希尔伯特本人都说过，“发现相对论的，是作为物理学家的爱因斯坦，而不是数学家”。
广义相对论的基本原理
广义相对论的基本原理爱因斯坦提出马赫原理、广义协变性原理和等效原理作为广义相对论的基本原理。
他采用弯曲时空的黎曼几何来描述引力场，给出引力场中的物理规律，进而提出引力场方程，奠定了广义相对论的理论基础。
1、1马赫原理狭义相对论完全废除了以太概念，即电磁运动的绝对空间，但却仍然没有对经典力学把绝对空间当作世界的绝对惯性结构的理由做出解释，也没有为具有绝对惯性结构的力学提供新的替换。
也就是说，惯性系的存在，对于力学和电磁学都是必不可少的。
狭义相对论紧紧地依赖于惯性参考系，它们是一切非加速度的标准；它们使一切物理定律的形式表达实现了最简化。
惯性系的这种特权在很长时间里保持着一种神秘性。
为了满足狭义相对论而修改牛顿引力（平方反比）理论的失败，导致了广义相对论的兴起。
爱因斯坦是出于一种哲学欲望才把绝对空间彻底地从物理学中清除出去的。
自一开始，狭义相对论就把惯性系当作一种当然的存在。
可能，爱因斯坦本来也不反对在狭义相对论基础上建立的引力论。
由此，爱因斯坦不得不超越狭义相对论。
在这一工作中，他十分诚恳地反复强调，他得益于物理学家兼哲学家马赫的思想。
爱因斯坦说：“没有人能够否认，那些认识论的理论家们曾为这一发展铺平了道路；从我自己来说，我至少知道：我曾经直接地或间接地特别从休漠和马赫那里受到莫大的启发。
” 爱因斯坦建立广义相对论的一个重要思想是认为时间和空间的几何不能先验地给定，而应当由物质及其运动所决定。
这个思想直接导致用黎曼几何来描述存在引力场的时间和空间，并成为写下引力场方程的依据。
爱因斯坦的这一思想是从物理学家和哲学家马赫对牛顿的绝对空间观念以及牛顿的整个体系的批判中汲取而来的。
爱因斯坦把这一思想称为马赫原理。
马赫原理早在17世纪就已经有了萌芽。
马赫的惯性思想包括四个方面的内容：（1）空间本身并不是一种“事物”，它纯粹是物质间距离关系总体的抽象。
（2）粒子的惯性是由这个粒子与宇宙中所有其他物质的相互作用造成的。
相对论小论文
相对论之我见看了相对论，似懂非懂，想真正将其弄懂并提出猜想必须有很深的相关知识积淀，我的造诣显然不怎么地。
这类东西不是想想就行的，即便是猜想，也得有一定的理论依据可循，不过我仍想阐述一下我幼稚的观点。
爱因斯坦用两个坐标系论证了光速不变定理，过程严谨，推理中没有疏漏，但得出的结果我还是很难理解。
假设一个物体A以光速前进，难道一束光对它来说仍是以光速前进？速度是相对的，物体必然是相对于另一个物体B以光速运动。
我们再假设上述那束光从物体B上发出，就得到一个矛盾的推理结果。
光束与物体A相对于B来说皆以光速运行，以此来比较可得出光束与物体A相对静止(两者速度方向相同)，但是爱因斯坦却证明出了光速不变定理，与光束和物体A相对静止矛盾。
（本来是自己的疑问，不过在之后的推论中解决了，我没考虑到光速的特殊性，具体在后边详述）除了光速不变定理外，我对“双子悖论”中爱因斯坦赞同的第一种假设也有异议。
在距离的相对性上，根据洛伦兹的理解，物体在运动方向上的密度会因长度缩短而增大，这样对于一个透明物体来说就会存在双折射现象，但实验否定了这一结论。
爱因斯坦的狭义相对论则认为这种那个长度缩短和时间变慢都是由于测量者处于不同的参照系引起的，并不是实际意义上的缩短和变慢。
在此我是认同爱因斯坦的说法的，即绝对时间和绝对长度不因速度而改变（这是不完全的表达，前提是空间未发生扭曲，我认为当物体速度达到一定程度时会扭曲空间，这点后面会谈到）。
回过头来我们再看“双子悖论”，“双子悖论”最初是作为反对相对论的一个证据提出的。
一位太空旅行者，如果以地球为参照系，由于高速飞行其时间流逝应当比地球上慢一些，他返回地球是应该比留在地球上的兄弟年轻。
但是如果以飞船为参照系，那么出于同样的理由，得到的结论却是他比兄弟年老。
爱因斯坦本人认为前一种推论是对的。
这主要是由于飞船返航时的加速度以及飞船和地球上的引力场差所导致的（这里也有一个关于参照系的选取问题，在关于飞船不适合作参照系的附注中会详细提到）。
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[5]
． ”
态”是否“发生变化” ，从而就无法认定该参照系是否惯性系．因 此，在实际中还必须通过观察和实验来认定惯性系，事实上人们 也都是这样做的．这样，上述定义的新型惯性系就成了废物，失 去了定义的意义，并且还出现了如下的矛盾，即：当人们通过观 察和实验认定地球是惯性系后，一定会在地球上考察到那个“和
在．但是，爱因斯坦仍然把惯性参照系当成正确的概念加以使
用，这就说明爱因斯坦在理论上犯了科学错误． 可能有人说，爱因斯坦在广义相对论中使用的惯性参照系不 再是以“牛顿运动定律成立的参照系”为定义的，而是新定义的 概念，那就是：在广阔无垠的宇宙深处，总可以找到这样的一个 质点，它和其他物体都离得极其遥远，以至于可以认为它不受其 他任何物体作用．这样，如果在某个参照系中考察到它的运动状 态不发生变化，则这个参照系就定义为惯性系．而一切相对于这 个参照系做匀速直线平动的参照系，也都是惯性系．这些惯性系 都是平权的，相对于它们，牛顿运动定律都无例外地成立 事实上，这样定义的新型惯性系也存在两个问题： ①“和其他物体都离得极其遥远的质点”是无法保证能够找 到的．在找不到的情况下，就没有新型惯性参照系的定义了． ②人们无法 “在某个参照系中考察” “和其他物体都离得极其 遥远、以至于可以认为它不受其他物体作用”的质点的“运动状
等效原理新剖析
——广义相对论系列论文 3 篇之 3 师教民 1,2
（1.石家庄广播电视大学 科学技术部，河北 石家庄 050081； 2.石家庄经济学院 信息工程学院，河北 石家庄 050031）
摘 要：剖析了广义相对论中的等效原理，说明了爱因 斯坦没有认识到惯性系、惯性质量、引力质量、惯性力的错 误以及力的相对性． 关键词：等效原理；惯性系；惯性质量；引力质量；惯 性力；力相对性原理 中图分类号 O 412.1 文献标识码：A
义的新型惯性系也和旧有的惯性系一样，在实践中是不存在的． 再说，广义相对论中还有一条前提叫做协变原理（广义相对 性原理） ， 其内容为： 一切自然定律在所有参照系中都有相同的形 式． 该原理的正确性， 我们已在文献[4]中做了实践和理论两方面
的论证．但是，爱因斯坦承认了惯性系和非惯性系的区别，而 牛顿运动定律仅成立于惯性系而不成立于非惯性系，这一现实就 否定了广义相对论中的“一切自然定律在所有参照系中都有相同 的形式”的前提．这也是爱因斯坦在理论上犯的科学错误． ⑶在等效原理产生的过程中，用到了惯性力（为了在非惯性 系中运用牛顿运动定律而人为认定的力）的概念．其实，惯性力 的概念是错误的，惯性力的本质就是有施力物体的作用力．关于 惯性力的本质， 我们已经在文献[4]中做了详细的说明， 但是爱因 斯坦仍然把所谓的惯性力当成正确的概念加以使用，这就说明爱 因斯坦在理论上犯了科学错误．
社，2007．
[7]梁绍荣， 刘昌年， 盛正华． 普通物理学 第 1 分册 力学[M]． 北 京：高等教育出版社，1987：147150；168170． [8]张元仲.狭义相对论实验基础[M].北京： 科学出版社， 1979,9．
6
[9]刘辽，张允中．狭义相对论[M]．石家庄： 河北教育出版
社，1987．
公元第 1915 年 11 月 25 日，爱因斯坦（Albert Einstein，公 元 1879.3.14～1955.4.18）用完整的数学表述，创立了最后定稿的 广义相对论
[1 2]
．广义相对论最重要的前提是等效原理．等效原
理是爱因斯坦通过两个理想实验总结出来的， 这两个实验分别为： ⑴在遥远的宇宙深处的惯性参照系中，有一个密封的太空船 沿z 轴方向（向上）加速运动，其加速度为 9.8 m/s2．假设密封 的太空船内有一太空人及一铅球，该太空人在太空船内拿起铅球 时感觉到铅球有重力，并且也感觉到自身有重力．他认为其原因 可有两种解释：其中一种解释是：太空船在其所处的惯性参照系 中沿z 轴方向（即向上）加速运动，太空人感觉到的重力就是由 于加速系太空船中的惯性力的参与而使得船内地板对人、球的支 撑力大于太空船所在惯性参照系施与人、球的重力所致．其中另
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他却用提出“均匀的引力场和相应的加速运动参照系等效”的手 段， 实现了加速度相对性原理与力相对性原理促成的客观效果． 也 就是说，爱因斯坦虽然没有创造出新的正确的理论，但是他却猜 对了那些新理论应该解决的问题的实践结果．这正像微积分理论 的创始人英国数学家、哲学家、物理学家牛顿(Isaac Newton，公 元 1642.12.25～1727.3.20)和德国数学家、哲学家、自然科学家莱 布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz，公元 1646.7.1～1716.11.14)虽 然没有从理论上解决微分 dx≠0 和 dx0 的矛盾或微分之谜或微 积分之谜或贝克莱悖论或第二次数学危机，但是他们却猜对了导 数值一样．猜对也是对，所以猜对的结果，也能准确地解决生产 实践中的许多重大问题．所以，猜对结果的牛顿、莱布尼茨、爱 因斯坦都不愧为伟大的科学家．然而他们猜对的结果，也需要我 们创立新的理论体系去解释． 我们的专著 《动力学之谜与美》 《低 速力学新原理》 《匀速力学新原理》做到了这一点儿． 参考文献： [1]爱因斯坦[德美]．狭义与广义相对论浅说[M]．杨润殷译．上 海：上海科学技术出版社，1964． [2]爱因斯坦[德美]．相对论的意义[M].李灏译．北京：科学出 版社，1961． [3]师教民．质量概念新剖析[J]．2007． [4]师教民．惯性系力新剖析[J]．2007． [5]常 利.牛顿运动定律[M].北京：北京教育出版社,1987． [6]师教民．动力学之谜与美[M]．石家庄：河北科学技术出版
2
量的表现形式而非质量本身．关于质量的本质问题和引力质量概 念、 惯性质量概念错误的问题， 我们已经在文献[3]中做了详细的 说明，爱因斯坦没有认识到质量的本质，没有认识到引力质量与 惯性质量的错误，仍然把引力质量与惯性质量当成正确的概念加 以使用，这就说明爱因斯坦在理论上犯了科学错误． ⑵在等效原理产生的过程中，用到了惯性参照系的概念．其 实，惯性参照系的概念是错误的，惯性参照系是不存在的．我们 已经在文献[4]中做了详细的说明： 在任何一个参照系中， 只要用 本参照系中测得的力和加速度去组成牛顿第二运动定律，那么就 必然会得出该参照系是惯性参照系的结论，也就是说任何一个参 照系都是惯性参照系，因此就没有非惯性参照系了．没有了非惯 性参照系，也就没有惯性参照系了．因此惯性参照系根本就不存
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⑷爱因斯坦在创立狭义相对论的过程中，发现了“在不同速 度的参照系中，对同一物体的质量、同一段长度、同一段时间测 量的结果不同”的质量相对性原理、空间相对性原理、时间相对 性原理，但是他却没有乘胜追击，继续发现“在不同加速度的参 照系中，对同一物体的加速度和受到的力测量的结果不同”的加 速度相对性原理和力相对性原理． 而我们却在文献[4]中发现了加 速度相对性原理和力相对性原理．例如，在做自由落体运动的电 梯中，用弹簧秤测得静止在电梯中的物体 A 的加速度为 0；受到 的重力为 0；在地面上，测得物体 A 的加速度为 g，受到的重力 为 mg．又如，在绕太阳做椭圆周运动的地球上，测得静止在地 面上的物体 B 的加速度为 0，受到的合力为 0；在太阳上，测得 物体 B 的加速度为 K
其他物体都离得极其遥远、以至于可以认为它不受其他物体作 用”的质点的“运动状态不发生变化” ．但是通过观察和实验，有 时“就不能把地球视为较好的惯性系、甚至根本就不能把地球视 为惯性系了” ．在这种新情况下，一定会在地球上考察到那个“和 其他物体都离得极其遥远、以至于可以认为它不受其他物体作 用”的质点的“运动状态发生变化” ．那么，对于这同一个“遥远 的质点”相对于同一个地球，一会儿“运动状态发生变化” ，一会 儿“运动状态不发生变化” ，这样的质点能存在吗？所以，上述定
A New Analysis of the equivalence principle
——Article No. 3 in the Series of 3 of the general relativity
Shi Jiao-min1,2
(1.Department of Science and Technology, Shijiazhuang Radio and Television University, Shijiazhuang 050081, China； rmation Engineering College in Shijiazhuang Economic Institute, Shijiazhuang 050031, China) Abstract ： We analyze the equivalence principle in the general relativity.Explained that Einstein did not realize errors of the inertial reference system，the inertial mass，the gravitational mass，the inertial
M Mm ， 受到的合力为 K 2 ． 我们把加速度 2 r r
和力在不同加速度的参照系中测量结果的不同分别叫做加速度相 对性原理与力相对性原理． 如果爱因斯坦能够发现上述的加速度相对性原理与力相对性 原理并认识到惯性系的错误，那么他就根本用不着再将均匀的引 力场和相应的加速运动参照系等效了，从而就不必再创立广义相 对论了，只用狭义相对论的知识解决广义相对论要解决的问题就 行了，当然，必须先剔除狭义相对论中的科学错误． 从上述分析的结果看来，爱因斯坦虽然坚持了错误概念引力 质量和惯性质量，但是他却用把引力质量和惯性质量等价的手段 承认了质量概念的唯一性（即物质质量）的现实；爱因斯坦虽然 坚持了惯性系和非惯性系的本质不同，但是他却用提出“一切自 然定律在所有参照系中都有相同的形式”的协变原理（广义相对 性原理）的手段，否决了惯性系的特殊地位；爱因斯坦虽然没有 发现加速度相对性原理与力相对性原理的客观性和正确性，但是