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广义相对论简介
第十五章 4 广义相对论简介超越狭义相对论的思考狭义相对论出现以后，整个世界都处于震惊和争论之中，这时爱因斯坦自己却在冷静地思考着狭义相对论无法解决的问题。
万有引力与电磁力有很多相似之处，例如，两个相互作用的物体之间都不需要直接接触。
狭义相对论指出，电磁相互作用的传播速度c是自然界中速度的极限。
引力的作用以什么速度传递？现成的理论都不涉及这个问题。
难道一个星球的运动能够以超过光速的速度影响到远处的另一个星球吗？这是狭义相对论所不允许的。
所以，万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架。
另一方面，狭义相对论是惯性参考系之间的理论。
为什么惯性参考系具有这样特殊的地位？狭义相对论无法解释。
广义相对性原理和等效原理在前述思考的基础上，爱因斯坦向前迈进了一大步，把相对性原理推广到包括非惯性系在内的任意参考系，认为在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理（principle of general relativity）。
下面介绍广义相对论的另一个基本原理。
假设宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系。
但是，航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底。
这是为什么？这可能是由于飞船处于某个星球的引力场中，但也可能飞船正在远离任何天体的空间加速飞行。
后者的现象就像在加速前进的火车中，水平桌面上的小球不受水平方向的力也会加速运动。
实际上，不仅是自由落体的实验，飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们，飞船到底是在加速运动，还是停泊在一个行星的表面。
这里谈到的情景与本章第1节所述伽利略大船中的情景十分相似。
这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
爱因斯坦把它作为广义相对论的第二个基本原理，这就是著名的等效原理（equivalence principle）。
图15.4-1一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价广义相对论的几个结论从广义相对论的两个基本原理出发，可以直接得出一些意想不到的结论。
高二物理竞赛课件：广义相对论(引力的时空理论)简介(共14张PPT)
相当于20吨汽油燃烧的能量。
粒子的静质量一般用静能量表示
电子 0.510 999 06 Mev/c2
质子 938.272 31 Mev/c2
中子 939.565 63 Mev/c2
氘核 1875.613 39 Mev/c2
3
质能相互依存，且同增减
1.37 1025 kg
(2) E2 E02 ( pc)2 E E0 Ek
2E0Ek Ek2 ( pc)2
p 2E0Ek Ek2 4.11017 kg m / s c
例3、在一惯性系中一粒子具有动量6Mev/c（c为 光速），若粒子总能量E＝10Mev，计算在该系 中（1）粒子的运动速度；2）粒子的运动动能。
利用三角形有助记忆：Pc
E
E0
1）质速关系
m
m0
1
v
2
c
2）动量
P mv
m0 v
小
1 (v / c)2
结
3）质能关系 E mc2 m0c2 Ek
4）动量能量关系 E2 E02 (P c)2
5）动力学方程
F
d
(mv)
m
d
v
v
dm
dt
dt dt
例1、 设一质子以速度 v 0.80c 运动. 求
2克氘核反应结果可产生相当于60吨煤燃烧的能量
重核裂变 X Y Z 质量亏损
m0mX 0 (mY 0m Z 0 )
裂变能
E m0 c2
6
【例】氘核的结合能
+
mnc2 mpc2
mn 939.565 63 Mev / c 2 mp 938.272 31 Mev / c 2 md 1875.613 39 Mev / c 2
广义相对论的产生与发展
广义相对论的产生与发展
广义相对论的产生和发展
广义相对论是20世纪最重要的物理学理论之一，它是以爱因斯坦为主要领导者的一系列研究的结果。
在历史上，它改变了科学界对宇宙和物理学自然法则的看法。
广义相对论的起源要追溯到17世纪以前，起源于希腊哲学家柏拉图的两面运动定律。
由此，一些科学家，如牛顿，提出了其他的假设，即宇宙的空间和时间是相对的，但这种看法很快就被证明是错误的。
爱因斯坦在20世纪初开始针对这一问题的研究，他意识到两个宇宙存在的相性，这一理论最终修正了新牛顿力学，出现了“散射物理学”。
不久，爱因斯坦提出了“广义相对论”，依据这一理论，宇宙是十分广阔的时空结构，物理现象受到“弯曲”，他宣称它是“相对论”。
之后，爱因斯坦不断改进他的理论，它最终在1920年被写入论文并用于引力的解释，推动了物理学的发展。
由此，这项天才的理论改变了宇宙，物理学和天文学的研究方向，使得更多的科学家介入这一新的领域，并形成了新的模型。
今天，广义相对论仍然是物理学的重要基础，在天文学方面，它也发挥了至关重要的作用，并给人们提供了关于宇宙结构和未来展望的非常重要的科学框架。
8广义相对论_第八章
第八章 Einstein 场方程的某些严格解在第七章中我们详细求解了真空球对称Einstein 引力场方程的Schwarzschild 解，并对球对称真空引力场的引力红移以及静质量不为零粒子和光子在其中的运动轨道进行了研究。
本章将进一步介绍几个Einstein 引力场方程的严格解，因为它们在广义相对论的应用研究中是一个最基本的基础。
8.1 静态球对称理想流体的恒星的结构方程与内解在7.2节我们已经求解了Schwarzschild 内解，下面将在此基础上进行更加详细的讨论。
考虑球对称物质分布的内部解，必须考虑非空空间的Einstein 场方程8G GT μνμνπ=，其中0Λ=。
静态球对称度规最普遍的形式表示成2222222()()(sin )ds B r dt A r dr r d d θθϕ=-+++。
设星体由静态理想流体组成，则()T pg p U U μνμνμνρ=++，其缩并的能量-动量张量则为()3T p U U p p μμμμμμρδρ=++=-+， (8-1-1)其中p 为固有压强，ρ为固有能量密度，U μ为四维速度。
对静态流体，四维速度是U μ=。
(8-1-2) 由于静态及球对称的假设，p 和ρ只是径向坐标r 的函数，因此得到Einstein 场方程为'''00'''4(3)24B B A B B R G p B A A A B rAπρ⎛⎫=-++=+ ⎪⎝⎭， (8-1-3)''''''114()24B B A B A R G p A B B A B rA πρ⎛⎫=-+++=- ⎪⎝⎭， (8-1-4) ''222114()2r A B R G p r A A B Aπρ⎛⎫=--+-=- ⎪⎝⎭， (8-1-5)其中“'”表示ddr，33R 方程与22R 完全类同，其它非对角元的场方程都是零。
广义相对论是如何被证明的？
广义相对论是如何被证明的？广义相对论是如何被证明的？光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。
但对这一预言的验证常被戏剧化地、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史史实。
那么，真实的情形如何呢？在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》中，有这样一个镜头，1919年秋季某一天在德国柏林，爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片，对普朗克说：（大意）多么真实的光线弯曲啊，多么漂亮的验证啊！光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。
但对这一预言的验证常被戏剧化、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史史实。
笔者觉得围绕光线弯曲的预言与验证，有以下三个方面的史实需要澄清。
首先，光线弯曲不是广义相对论独有的预言。
早在1801年索德纳（Johann von Soldner，1766－1833）就根据牛顿力学，把光微粒当做有质量的粒子，预言了光线经过太阳边缘时会发生0.87角秒的偏折。
1911年在布拉格大学当教授的爱因斯坦根据相对论算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒。
1912年回到苏黎士的爱因斯坦发现空间是弯曲的，到1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。
获得的量。
靠近太阳最近的一、二颗恒星往往非常强烈地影响最后的结果。
作了上述澄清之后，再来看本文开头所述的电影《爱因斯坦》中的艺术表达手法，过分得有点在愚弄观众的味道了；而一些科学类读物中的说法，譬如“爱丁顿率领着考察团，去南非看日食，真的看见了”这样的描述也过于粗略，容易产生误导。
那么，对光线弯曲预言的验证的真实历史是怎样的呢？爱丁顿对检验广义相对论关于光线弯曲的预言十分感兴趣。
为了在1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测，英国人组织了两个观测远征队。
一队到巴西北部的索布拉尔（Sobral），另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛（Principe），爱丁顿参加了后一队，但他的运气比较差，日全食发生时普林西比的气象条件不是很好。
《广义相对论》课件
1915年，爱因斯坦发表了广义相对论 ，描述了引力是由物质引起的时空弯 曲所产生。
爱因斯坦的灵感来源
爱因斯坦受到马赫原理、麦克斯韦电 磁理论和黎曼几何的启发，开始思考 引力与几何之间的关系。
广义相对论的基本假设
1 2
等效原理
在小区域内，不能通过任何实验区分均匀引力场 和加速参照系。
广义协变原理
物理定律在任何参照系中都保持形式不变，即具 有广义协变性。
研究暗物质与暗能量的性质有助于深入理 解宇宙的演化历史和终极命运。
05
广义相对论的未来发展
超弦理论与量子引力
超弦理论
超弦理论是一种尝试将引力与量子力学统一的理论框架，它认为基本粒子是一 维的弦，而不是传统的点粒子。超弦理论在数学上非常优美，但目前还没有被 实验证实。
量子引力
量子引力理论试图用量子力学的方法描述引力，解决广义相对论与量子力学之 间的不兼容问题。目前，量子引力理论仍在发展阶段，尚未有成熟的理论框架 。
广义相对论为宇宙学提供了重 要的理论基础，用于描述宇宙
的起源、演化和终极命运。
大爆炸理论
广义相对论解释了大爆炸理论 ，即宇宙从一个极度高温和高 密度的状态开始膨胀和冷却的 过程。
黑洞理论
广义相对论预测了黑洞的存在 ，这是一种极度引力集中的天 体，能够吞噬一切周围的物质 和光线。
宇宙常数
广义相对论引入了宇宙常数来 描述空间中均匀分布的真空能
宇宙加速膨胀与暗能量研究
宇宙加速膨胀
通过对宇宙微波背景辐射和星系分布的研究，科学家发现宇 宙正在加速膨胀。这需要进一步研究以理解其中的原因，以 及暗能量的性质和作用。
暗能量
暗能量是一种假设的物质，被认为是宇宙加速膨胀的原因。 需要进一步研究暗能量的性质和作用机制，以更好地理解宇 宙的演化。
普及物理——广义相对论简介
广义相对论简介20世纪早期，自然科学中物理学开始崛起，物理学由古典物理中的经典力学发现其存在一定的局限性，19世纪末到20世纪初物理中的现代理论逐渐形成并走向成熟，其中现代力学中贡献最大的科学家无疑是德国著名物理学家——爱因斯坦，其建立了最有名的力学理论——《广义相对论》。
在广义相对论发表之后爱因斯坦曾经说过：“如果我不发现《狭义相对论》5年之内必定有人会发现，但如果我不发现《广义相对论》50年之后也不一定有人能发现！”由此可见广义相对论的难度在当时是相当高的，据说即使是现在《广义相对论》也是很难被人们普遍理解和接受的一个理论。
但这种理论实际上并不难，只是一般的人普遍缺乏一种空间想象力，由于在《广义相对论》中的内容在现实中很难观察到才导致这样一个理论很难被人们普遍接受。
如果具有一定的空间构思能力，那么对于理解《广义相对论》也就不会太困难。
等效原理：在经典力学中参考系的定义为静止、匀速直线运动、匀速圆周运动的空间可作为参考系。
由于经典力学中时间是一个不会变化的量而在相对论中时间与空间合为一体，因此不能只考虑空间而不考虑时间。
正是有了这样的一条限制导致研究相对论的人在这里停止研究。
而爱因斯坦并不这样想，之后并对其作出了两个假设假设：第一个是，如果有两个密闭的空间内分别存在两个人，其中一个空间静止、而另一个空间保持移动的速度运动，此时如果空间内的两个人与外界完全隔离，则会出现两个空间内的人都认为知己所在的空间是静止的，这时可以认为做匀速直线运动的空间参考系等效于静止的空间参考系。
第二个假设是，如果存在两个空间，一个空间静止在星球表面，重力加速度为a，另一个空间在宇宙中保持加速度为a的匀加速直线运动，如果两个空间完全封闭，则可以认为两个空间是等效的。
上述的内容称为《广义相对论》内容中的等效原理。
光线的弯曲：总所周知，如果在地球上抛出一个物体，若其运动速度达到7.9km/s，此时物体将绕着地球做圆周运动。
广义相对论知识点
广义相对论知识点广义相对论是由爱因斯坦在20世纪提出的一种物理理论。
它是一种描述引力作用的理论，通过改变空间和时间的几何结构来描述物质和能量的运动。
广义相对论是现代物理学的基石之一，具有重要的理论和实际应用价值。
本文将介绍广义相对论的基本概念、重要原理和理论预测等知识点。
一、引力与时空弯曲在广义相对论中，引力被理解为时空的弯曲。
爱因斯坦认为物质和能量会使时空产生弯曲，其他物体在这个弯曲的时空中运动时会受到引力的作用。
这与牛顿的引力观念有所不同，牛顿认为引力是物体之间的相互作用力。
二、等效原理等效原理是广义相对论的基础之一。
等效原理指出，在任何加速的参考系中，物体的运动与无重力的自由下落是等效的。
这就意味着，物体在引力场中的运动可以等效为在加速的非引力场中运动。
三、黎曼几何和度规张量广义相对论使用了黎曼几何和度规张量的概念。
黎曼几何是一种研究曲线和曲面的几何学，用于描述时空的弯曲。
度规张量用于描述时空中的长度和角度的度量方式，它描述了时空的几何结构。
四、爱因斯坦场方程爱因斯坦场方程是广义相对论的核心方程，它描述了时空的几何结构与物质分布之间的关系。
爱因斯坦场方程将时空的弯曲程度与能量动量的分布相联系，通过求解这些方程可以得到时空的几何结构和物质的运动。
五、引力波广义相对论预言了引力波的存在，并在2015年被直接探测到，这也是爱因斯坦的一个伟大预测。
引力波是一种由物质和能量产生的扰动，在时空中传播。
它们传播的速度等于光速，但与电磁波不同，引力波对物质的相互作用非常弱。
六、黑洞广义相对论预言了黑洞的存在，并对黑洞的性质进行了描述。
黑洞是由引力塌缩而成的天体，它具有非常强大的引力场，连光都无法逃离它的吸引。
黑洞具有奇点、事件视界等特殊的性质，对宇宙的演化和结构具有重要作用。
七、宇宙膨胀广义相对论对宇宙的演化提供了一种理论框架。
根据广义相对论的预测，宇宙可能是在大爆炸后经历了膨胀的过程，即所谓的宇宙大爆炸理论。
《广义相对论简介》PPT课件
§4～§5、广义相对论简介
2021/3/8
1
相对论简介
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入， 人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电 磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁 场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了 相对论的出现．
相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循 的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识， 它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座 重要的里程碑．
作为非欧几何的特例，欧几里得几何学在它的 适用范围内仍是正确的，还将继续发挥作用．
2021/3/8
22
2021/3/8
完
中央电教馆资源中心制作 高中物理
23
素材和资料部分来自 网络，如有帮助请下载!
2021/3/8
2
非惯性系和惯性系 如果在一个参考系中牛顿定律能够成立，这个
参考系称作惯性参考系，牛顿运动定律不能成立的参 考系则是非惯性参考系．
在不同参 考系中观 察物体的 运动情况
2021/3/8
3
非惯性系和惯性系
a a
光滑表面
以车厢为参考系，当列车加速运行时，小球会相
2对021/3于/8 车厢加速向后运动．
线．
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，飞船内的物理过程受到影响．
20等21/3/效8 原理
物体的引力能使光线弯曲 14
广义相对论简介 引力场引起的光线弯曲．
太阳
20世纪只能观测到太阳
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．
10
惯性质量和引力质量
事实上，到目前为止的一切实验研究都没有找到 惯性质量和引力质量之间的差别，这向我们提示：加 速运动的参考系和万有引力，二者之间可能存在某种 深刻的联系．
广义相对论全文
广义相对论全文介绍广义相对论是由爱因斯坦于1915年提出的一种描述引力的理论。
它是与牛顿引力理论相对立的一种物理学理论，通过重新定义了引力的本质，提供了一种更加准确的描述自然界中引力现象的方式。
广义相对论在宇宙学、黑洞研究以及引力波探测等领域起着重要的作用。
本文将对广义相对论的基本原理、数学形式和相关实验验证进行全面的探讨。
基本原理广义相对论的基本原理可以总结为以下几点：1.等效原理：等效原理指出，在引力场中的质点自由下落的过程中，其运动状态与在没有引力场中匀速直线运动的状态是等效的。
也就是说，引力场中的物体运动状态是由空间的弯曲决定的。
2.弯曲时空：广义相对论认为，质量和能量会弯曲时空，形成引力场。
这种弯曲是由物质的分布和运动引起的，被称为时空的曲率。
3.弯曲路径：在弯曲时空中，物体沿着一条路径运动时，会呈现出弯曲的轨迹。
这条路径被称为测地线，描述了物体在引力场中的运动轨迹。
4.引力是几何效应：广义相对论认为，引力不是通过作用力进行传递的，而是通过时空的几何效应产生的。
物体在弯曲时空中自由运动，看起来就像是受到了引力的作用。
数学形式广义相对论使用了爱因斯坦场方程来描述引力场的性质。
爱因斯坦场方程的数学形式如下：R_{\mu\nu} - \frac{1}{2} g_{\mu\nu} R = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu}其中，R_{\mu\nu}是时空的曲率张量，g_{\mu\nu}是时空的度规张量，R是时空的标量曲率，G是引力常数，c是光速。
T_{\mu\nu}是物质能量动量张量，描述了物质对时空的影响。
爱因斯坦场方程可以通过求解时空的度规张量来得到。
求解爱因斯坦场方程是一个非线性的偏微分方程问题，需要借助于数值方法来进行求解。
目前的研究主要集中在通过数值模拟来研究引力场的性质和时空的演化过程。
实验验证广义相对论的预言已经得到了多个实验的验证。
下面列举一些重要的实验验证结果：1.光线偏转：1919年，爱因斯坦的广义相对论的一项重要预言，在太阳附近的背景星星上观测到了太阳光的弯曲。
广义相对论
广义相对论(Redirected from 广义相对论)广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1916年发表的用几何语言描述的引力理论，它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平。
广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立。
在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系，其联系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。
从广义相对论得到的有关预言和经典物理中的对应预言非常不相同，尤其是有关时间流易、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题，例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应。
广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——虽说广义相对论并非当今描述引力的唯一理论，它却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论。
不过，仍然有一些问题至今未能解决，典型的即是如何将广义相对论和量子物理的定律统一起来，从而建立一个完备并且自洽的量子引力理论。
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。
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。
广义相对论还预言了引力波的存在，引力波已经被间接观测所证实，而直接观测则是当今世界像激光干涉引力波天文台的引力波观测计划的目标。
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。
历史主条目：广义相对论的替代理论爱因斯坦解释广义相对论的手稿扉页1905年爱因斯坦发表狭义相对论后，他开始着眼于如何将引力纳入狭义相对论框架的思考。
以一个处在自由落体状态的观察者的理想实验为出发点，他从1907年开始了长达八年的对引力的相对性理论的探索。
爱因斯坦及其广义相对论
爱因斯坦及其广义相对论摘要：爱因斯坦创立了相对论，对物理学发展和人类思想的发展产生了深远影响。
其中广义相对论把相对论原理推广到非惯性参考系和弯曲空间，建立了新的引力理论，为科学地研究宇宙结构开辟了道路。
本文在介绍爱因斯坦对现代宇宙论重要贡献的同时，详细介绍了广义相对论的理论和该理论为人类带来的深远影响。
关键词：爱因斯坦广义相对论时空弯曲广义相对论是1916年由爱因斯坦独立提出的科学史上的一大杰出理论。
它引用了高深数学的张量及黎曼几何，重新诠释了引力的概念，描述了一个完全不同的宇宙。
几乎宇宙所有的奥秘都隐藏在相对论简单的公式中，从相对论里人们发现了时间旅行、宇宙的起源和终结和黑洞等奇妙现象。
爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家。
他的基础理论深刻地影响着社会进步，甚至当代各类重要的消费产品在技术上也是依据爱因斯坦的理论。
如光效应理论为太阳能电池、光电探测器奠定了基础,射线受激辐射是激光器的理论基础,相对论则为GPS全球卫星导航系统提供所需的修正。
一、爱因斯坦完成了人类科学史上的一座丰碑爱因斯坦在瑞士苏黎世联邦理工学院读了四年师范的物理及数学。
在大学里，他精读了基尔霍夫、玻尔兹曼、洛伦兹、麦克斯韦等世界著名物理学家的主要著作，这些书籍对他影响颇深。
爱因斯坦对光线及以太非常好奇，在大学时，他设计了一个实验，用抽气机抽空一玻璃瓶。
他认为，当瓶内的空气及以太都被抽光后，因为没有以太传播光，玻璃瓶就会变成不透明的。
他用的瓶子很薄，以免光线从瓶子的玻璃中绕道而走，连续抽了几天，玻璃瓶还是透明的。
直到有一天，薄瓶子突然因高真空而炸掉了，爱因斯坦几乎因此受伤，但这次经历并没有打消掉他对物理和数学的热情。
毕业后不久，爱因斯坦从事瑞士伯尔尼专利局公务员工作，这期间，他和一些对物理、数学感兴趣的朋友，成立了一个科学讨论会。
他们定期在会员家中开读书会，讨论物理、数学及哲学问题。
他的很多论文都是在这段时期完成的。
1905年对爱因斯坦而言是奇迹的一年。
广义相对论_ppt01
2011-2-16
广义相对论_绪论
6
《物质的惯性同它所含的能量有关吗？》（Does the Inertia of a Body Depend Upon Its Energy Content?）作为对《论动体的电动力学》的补充，仅仅只有三页 纸，却是历史上最为短小精悍的论文之一，其中给出了大名鼎鼎的公式—— E=mc2！时至今日，这条公式甚至已经成为爱因斯坦和相对论的代名词。 将这5篇划时代的论文编纂成集的主编约翰·施塔赫尔这样概括了它们的意义： “努力扩展和完善经典力学传统；努力扩展和完善麦克斯韦电动力学并修正经典 力学使之与它一致；论证经典力学和麦克斯韦电磁学的有效性都是有限的，并试 图理解这些理论不能说明的现象。”（参见约翰·施塔赫尔 主编，范岱年 许良英 译，《爱因斯坦奇迹年——改变物理学面貌的五篇论文》导言，上海：上海科技 教育出版社，2001） 正是这五篇论文，改变了20世纪物理学的面貌，并深刻地影响了人类的命运至今。 爱因斯坦也正是凭借它们推倒了牛顿大楼和麦克斯韦大楼的那条天梯，最终使得 经典物理学大厦轰然倒塌，化为废墟。 为了纪念爱因斯坦，为了纪念这个充满神奇色彩的1905年，国际纯粹与应用物理 联合会（the International Union of Pure and Applied Physics，常简写为IUPAP） 和联合国将一百年后的2005年定为世界物理年（World Year of Physics 2005）， 并举行了一系列的活动，其中包括“物理照亮世界”的全球性光速传递活动。缅 怀伟人，继承遗志。
2005,北京,“世界物理年纪念大会”
2011-2-16 广义相对论_绪论 9
爱因斯坦，20世纪最伟大的物理学家之一，一生中开创了物理学的四个领域： 狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论。他不光是位伟大的科学家，还是 一个富有哲学探索精神的杰出的思想家。 一. 相对论及其推广： １．狭义相对论－－第一篇论文是1905年6月的《论动体的电动力学》，这是 Einstein青年时代多年探索的结果，以完整的形式提出了匀速运动下的相对论 理论，提出了空间、时间的新概念。这是一篇引起物理学理论基础变革的重要 文献。同时，作为相对论的一个推论，他又提出了质能相当关系，在理论上为 原子能的应用开辟了道路。 ２．广义相对论－－1907年，Einstein提出有必要把相对性理论从匀速运动推 广到加速运动，其基础就是惯性质量同引力质量的相当性。1912年开始，他 在M.格罗斯曼的合作下，用张量分析和曲面几何作为数学工具，终于在1915 年建立了广义相对论，1916年的论文《广义相对论的基础》就是这项工作的 总结。20世纪三十年代以后，他在相对论的运动问题的研究上取得了进展，这 就是从场定律推导运动定律。此外，早在1918年，他就预言了引力波的存在。 ３．宇宙学－－Einstein建成广义相对论后不久，就试图用来考查宇宙空间问 题，1917年的论文被认为是宇宙学的开创性文献。他创立了相对论宇宙学， 建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空 间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。 ４．统一场论－－企图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论，用 以解释物质的基元结构。他把自己后半生的主要精力都用在这方面。
6个能验证相对论权威的例子，从而证明相对论“无间可摧”
6个能验证相对论权威的例子，从而证明相对论“无间可摧”当爱因斯坦公布他的广义相对论时，听到的并不全是掌声。
因为几乎没有人能理解其中的数学，进而了解他提出的抽象概念，当时他也没有任何证据来支持这个理论。
但广义相对论被提出一个世纪以来，它已经连续不断地通过了许多严苛的检验。
广义相对论至今仍是我们对引力现象最好的解释。
它提出了各式各样的惊人概念，其中大部分可以归结为一点：由于弯曲的时空结构，对所有的观测者而言，引力的行为都是相同的。
就像爱因斯坦自己预计的那样，从一个煎饼大小的尺度到数百万光年的范围，他的这些观点都已获得了验证。
在解释行星反常的轨道和死亡恒星运动的同时，广义相对论还在与日常生活休戚相关的全球定位系统中发挥了作用。
大图模式今天我们使用的广义相对论，仍是其100年前被提出时的那个样子，但它在许多不同的条件下依然非常有效。
下面的6个例子，彰显了爱因斯坦的广义相对论是如何经受住实验检验的。
1.水星近日点进动：牛顿引力的瑕疵大图模式19世纪中叶海王星的发现也许是牛顿引力定律最伟大的胜利。
1846年，法国数学家勒威耶发现天王星轨道异常，并认为可能是由另一颗行星引起的。
他利用牛顿引力定律对后者所在的位置进行了预言。
仅仅几个月后，德国天文学家便据此发现了海王星。
有趣的是，牛顿引力框架下的另一个轨道异常却佐证了爱因斯坦的想法。
1859年，勒威耶指出，水星到达其轨道上最靠近太阳的位置——近日点——的时间比“预定”的晚了半秒。
水星并没有严格遵照牛顿所说的方式运动。
这一现象被称为水星近日点进动异常，它的数值并不大，只有牛顿引力预言值的10-8。
然而，在水星每次为期88天的公转过程中，近日点出现的位置总是与天文学家预计的不符。
起初，人们认为与天王星问题的解决方案一样，还有另一颗更为靠近太阳的行星在影响水星的轨道。
这颗想象中的行星甚至还有一个名字：祝融。
然而，历经数十年的搜寻，天文学家也没有发现它的踪影。
1905年，爱因斯坦登场。
高中物理人教版选修3-4学案：第十五章第4节-广义相对论简介-
4．广义相对论简介1．知道相对论速度叠加规律。
2．知道相对论质能关系。
3．初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据。
4．关注宇宙学的新进展。
狭义相对论告诉我们，物体运动的极限速度都不可能越过真空中的光速。
在宏观低速运动的条件下，伽利略的速度叠加原理简单有效，但对高速运动的物体及微观高速粒子，速度的叠加原理与传统经典观念矛盾，必须要考虑相对论效应。
考虑相对论效应的情况下速度的叠加是怎样的呢？提示：相对论效应指的是“动尺变短”或“动钟变慢”等。
在高速运动的参考系中，速度的叠加必须考虑这个因素，低速宏观状态下遵守伽利略的速度叠加原理，高速的情况下任何运动的速度不能超过光速。
一、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式设车对地的速度为v，人对车的速度为u′，车上人相对于地面的速度为u，(1)经典的时空观：u＝u′＋v。
(2)相对论的速度变换公式为：_______________________________________________。
如果车上人运动方向与车运动方向相同，u′取____值，如果车上人运动方向与车运动方向相反，u′取____值。
(3)结论：光速c是宇宙万物速度的极限，且相对于任何参考系都是不变的。
注意：它只适用于沿同一直线运动物体速度的叠加。
2．相对论质量(1)经典力学：物体的质量是______的，一定的力作用在物体上，产生的加速度也是______的，足够长的时间以后物体就可以达到______速度。
(2)相对论情况下：物体的质量随其速度的增大而增大。
物体以速度v运动时的质量m 与静止时的质量m0的关系式为：____________________。
3．质能方程质能方程：________。
质能方程表达了物体的质量m和它所具有的能量E之间的关系。
思考：有人根据E＝mc2得出结论：质量可以转化为能量、能量可以转化为质量。
这种说法对吗？二、广义相对论简介1．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)引力问题，万有引力理论无法纳入______________的框架。