广义相对论的基本原理
广义相对论的基本原理
广义相对论的基本原理广义相对论是爱因斯坦于1915年提出并发表的一种新的物理学理论，是经典力学的一种扩展，用于研究引力的自然现象。
广义相对论的基础是爱因斯坦等效原理，即一个自由下落的物体不受引力的影响，如果被另一个物体引力作用则等价于该参考系加速度。
具体来说，等效原理可以总结为以下几点：1. 物体不受引力的影响，在无重力的条件下自由下落。
2. 任何形式的引力场，都可以等效为一种加速度的形式，这个加速度会影响到运动在引力场中的物体。
3. 引力场的本质是由自由物体用来描述引力现象的。
基于等效原理，广义相对论从物理学的本质出发，对空间与时间的基本特性进行了重修正，使得各种物理量和现象都可以在引力场中得到详细的表述。
具体来说，广义相对论的基本原理包括以下几点：1. 引力的性质，即引力是由物体形成弯曲的时空结构来描述的。
这个结构被称为“时空弯曲空间”，它是由物体所形成的曲率和扭曲而成的。
形成弯曲空间的物体，被称为“质量”或“物质”。
2. 引力传递的中介物，广义相对论中引力的传递方式跟强力、电磁力截然不同。
广义相对论中认为，引力作用的传递并不存在于介质或中介物的作用下。
相反，引力的作用方式是通过构建时空结构来完成的。
3. 时空的曲率和扭曲，广义相对论认为，时空是有弯曲、扭曲的。
弯曲和扭曲所引起的影响可被表述为物体所感受到的引力力。
4. 规范不变性定理，即物理规则和方程式应该能够适用于所有规范中相同状态的物理系统，因此广义相对论具有规范不变性和数学的对称性。
广义相对论具有非常广泛的应用，包括众多未经论证的科学领域，如黑洞和宇宙学的研究。
在引力波探测、宇宙动力学等领域，广义相对论都深深地影响了我们对物理学世界的理解。
广义相对论
广义相对论广义相对论目录百科名片广义相对论（General Relativity），是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论，统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代传统对于引力是一种力的看法。
目录概况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的。
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-动量张量直接相关系，其关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，尤其是有关时间流逝、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（LIGO）这样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膨胀宇宙论的理论基础。
广义相对论原理是说物理规律
广义相对论原理是说物理规律广义相对论原理是爱因斯坦提出的一种关于物理规律的理论，它在描述时空结构和引力作用方面与牛顿经典力学存在根本的不同。
广义相对论原理认为，在任一空间中感受到的引力场都是由物体控制长的时空弯曲而形成的，这种弯曲可以被描述为黑洞、星体、行星和小天体向周围空间的形成影响，具有诸如引力透镜、莫比乌斯带和超越困境等非常奇特的数学性质。
这个理论的核心概念是时空结构，这是一个四维时空场，可以被描述为逐渐变化的几何形状。
下面是对广义相对论原理的详细描述。
一、时空结构广义相对论原理中的核心概念是时空结构。
这是一个四维时空场，可以被描述为逐渐变化的几何形状。
这个理论认为：所有物理现象都依赖于时空的结构。
不同的时空结构会导致不同的物理现象。
不同的时空结构可以由不同数量、质量和分布方式的物体被引起。
在广义相对论中，时空的曲率由能量和动量确定。
这使得引力透镜成为可能，其中天体的引力影响光线的路径是几何结构的结果。
二、弯曲时空广义相对论认为重力是由质量和能量引起的，而不是万有引力定律；这意味着引力不仅仅是一种拉力，电场中的引力和磁场中的引力被描述为弯曲时空的结果。
这种弯曲时空可以通过弯曲的坐标定义，这些坐标描述了物体在时空中的位置和运动。
由于时空结构的曲度导致引力的非线性性质，使得路径依赖关系和引力透镜效应成为可能。
这样，广义相对论可用于计算行星间运行轨迹和引力波，成为现代天文学和引力测量的基础。
三、能量动量与时空特殊相对论是爱因斯坦最早的成就，它将时空视为四维时空场。
如今广义相对论认为：能量动量与物理现象紧密相关，而这种关系是通过弯曲时空的方式实现的。
这个过程可以用能量质量张量来描述，这个张量描述物质的所有质量、能量和动量对时空的作用。
这个过程并不仅限于物质，其它物理现象中的相互作用也可以用此描述。
四、引力透镜和黑洞广义相对论引起人们极大的兴趣是因为它描述了引力透镜和黑洞这样非常特殊的现象。
引力透镜是一种天体测量方法，利用重力的弯曲将显著影响光线传播的行为。
广义相对论两个基本原理
广义相对论两个基本原理小伙伴们！今天咱们来聊聊超级酷的广义相对论中的两个基本原理呀。
一、等效原理。
你能想象吗？等效原理就像是一场超级有趣的魔法。
这个原理说的是呀，引力和加速度是等效的。
啥意思呢？就好比你在一个封闭的电梯里。
如果电梯在加速上升，你会感觉自己变重了，就好像有一股神秘的力量把你往下拽，这个感觉和你站在地球上受到地球引力的感觉是一样一样的呢！反过来，如果电梯加速下降，你就会感觉自己变轻了，就像引力变小了似的。
这是不是特别奇妙？就好像引力和加速度这两个看起来不太一样的东西，其实是同一个魔法的两种表现形式。
我给你举个更形象的例子哈。
假如你是一个超级小的小人，住在一个小小的盒子里。
这个盒子呢，可能是在一个加速的火箭上，也可能是放在地球上。
你在盒子里做各种实验，比如说扔个小球啥的。
你会发现，不管是在火箭上还是在地球上，小球的运动轨迹看起来都是一样的。
这就是等效原理在捣鬼啦，它让我们在局部的时候，根本分不清到底是引力在起作用，还是加速度在搞事情。
这个原理就像是宇宙给我们开的一个小玩笑，让我们发现原来世界上有些东西看起来不同，本质上却是那么相似。
二、广义相对性原理。
那广义相对性原理呢，就更酷啦。
这个原理就像是在告诉整个宇宙：“没有什么特殊的参考系，大家都一样哦！”在广义相对论里，所有的参考系都是平等的。
不管你是在地球上静止不动，还是在一艘飞速航行的宇宙飞船里，物理定律都是一样的。
你想啊，这就好比在一个超级大的舞会上。
每个人都在按照自己的节奏跳舞，不管你是在舞池的左边还是右边，不管你是跳得快还是慢，大家遵循的舞蹈规则都是一样的。
物理定律就像是这个舞蹈规则。
不管你在宇宙的哪个角落，不管你相对于其他东西是怎么运动的，物理定律都不会改变。
比如说，光在真空中的速度是不变的，不管你是在一个静止的星球旁边观察它，还是在一个高速运动的彗星上观察它，这个速度始终都是那个神奇的数值。
这就是广义相对性原理的魅力所在啦。
它让我们知道，宇宙是一个非常公平的大舞台，物理定律对每个“演员”都是一视同仁的。
广义相对论
2、惯性力与引力 、 自由空间 加速电梯
比较
爱因斯坦假想实验之一
a=g
mI g 惯性力
引力场中静止 或匀速） （或匀速）的电梯
mG g 引力
两部电梯中考察: 两部电梯中考察 相对初态相同 mI = mg 运动规律相同 的物体的运动 惯性力与引力等效
3
爱因斯坦假想实验之二 引力场中某一时空 点自由下降电梯 远离引力场的自由空间 匀速运动的电梯
如果引力源质量M很大， 如果引力源质量 很大， 对应某 很大
1 2
−1 2
rs 值使
无限缓慢！ 无限缓慢！
例
M = 3M⊕ ≈ 6×10 kg
30
2GM =1 2 c rs
dτ = 0
黑洞
ρ= 10 k g/ m
18
2GM rs = 2 = 104 m c
r
3
s
视界半径
23
上述结果是对史瓦西场得出的。 上述结果是对史瓦西场得出的。 但是，注意到变换式： 但是，注意到变换式：
而某点附近小范围内 才可认为引力为常量
g
以该点的 引力强度 远离引力 场的 自由空间
5
2） “等效”仅就力 ） 等效” 学 效应，为弱等效！ 效应，为弱等效！
自由降落
3、广义相对论的等效原理 、 equivalence principle 惯性力与引力的一切物理效应 一切物理效应在局域内等效 惯性力与引力的一切物理效应在局域内等效 或说：在任何引力场中任一时空点， 或说：在任何引力场中任一时空点， 人们总可以建立一个自由下落的局域参考系， 人们总可以建立一个自由下落的局域参考系， 在这一参考系中狭义相对论所确立的物理规律 在这一参考系中狭义相对论所确立的物理规律 全部有效。 全部有效。 从对力学规律等效→ 从对力学规律等效→对全部物理规律等效 大胆推广！ 等效。 大胆推广！ “强”等效。
高一物理广义相对论知识点
高一物理广义相对论知识点
1、广义相对性原理和等效原理
①广义相对性原理：在任何参考性中，物理规律都是相同的；
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。
2、广义相对论的几个结论
①物质的引力使光线发生弯曲；
②引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别；
③引力红移。
高一物理广义相对论知识点（二）相对论简介知识点总结
1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。
相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。
相对于一个惯性系做变速运动的另一个参考系是非惯性系，在非惯性系中牛顿运动定律不成立。
2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。
3、狭义相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中都是相同的。
4、广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都是相同的。
5、经典速度变换公式：。
(是矢量式)
6、狭义相对论的两个基本假设：
（1）狭义相对性原理，如3所述；
（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
7、广义相对论的两条基本原理：。
广义相对论和量子力学
广义相对论和量子力学广义相对论和量子力学是现代物理学中两个最基本、最重要的理论。
广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的，量子力学则由多位科学家共同发展而来，为我们解释了微观世界的奇妙现象。
本文将讨论广义相对论和量子力学的基本原理、应用以及彼此之间的关系。
一、广义相对论广义相对论是描述引力的理论，它是一种描述空间和时间如何被物质和能量弯曲的理论。
在经典物理学中，引力被描述为物体之间的相互作用力，但爱因斯坦通过广义相对论的提出，将引力解释为物体沿曲线运动的结果。
广义相对论的基本原理是爱因斯坦场方程，它将引力场与时空几何相联系。
该方程描述了物体和能量如何影响时空的弯曲程度，并通过解方程得到物体在弯曲时空中的运动轨迹。
广义相对论的应用非常广泛，其中最为著名的就是对黑洞和宇宙大爆炸的解释。
广义相对论预言了黑洞的存在，并通过数学模型描述了黑洞的性质。
此外，它还提供了宇宙大爆炸理论，解释了宇宙的起源和演化。
二、量子力学量子力学是描述微观世界中粒子行为的理论，它是在20世纪初逐步发展起来的。
与经典物理学不同，量子力学将物体的性质描述为具有粒子和波动性质的量子。
量子力学的基本原理是薛定谔方程，它描述了量子系统的演化和性质。
薛定谔方程的解决了微观粒子的运动和态的问题，并提出了波粒二象性的概念。
量子力学的应用十分广泛，涉及到粒子物理学、原子物理学、固体物理学等领域。
例如，通过量子力学理论，科学家们解释了光的粒子性和波动性，揭示了微观粒子碰撞的本质，以及材料中电子行为的规律。
三、广义相对论与量子力学之间的关系尽管广义相对论和量子力学分别适用于大尺度和小尺度的物理系统，它们却在某些问题上存在冲突，并且尚未实现统一。
这是理论物理学的一个重大难题，即寻求统一场论，能够既描述宏观引力，又能解释微观粒子行为。
这一困境被称为“引力量子化”的问题。
引力量子化的研究是当代理论物理学的热点，其中许多学者尝试将广义相对论和量子力学进行融合，寻找新的理论框架。
15-6 广义相对论简介
15-6 广 义 相 对 论 简 介
第 十 五 章 狭 义 相 对 论
广义相对论时空观： 时空是由物质分布状况决定的引力场的结构性质， 只有在无引力场存在时，时空才是平直的（欧几里 德空间），有引力场存在时，时空是弯曲的（黎曼
间），引力场强度分布与空间曲率分布一一对应。
第 十 五 章 狭 义 相 对 论
比 较
经典惯性系 自身无加速度 是理想参考系
局部惯性系 自身有加速度，但惯性力消 除了引力影响 能够实际操作，在局部范围 实现
15-6 广 义 相 对 论 简 介
等效原理：对于一切物理过程，引力场与匀加速运 动的参考系局部等效，即引力与惯性力局部等效。
或：在引力场中的任一时空点，总能建立一个自 由下落的局部惯性系，其中狭义相对论确立的规 律全部有效。
－－－薛定谔（奥地利.1887－1961 ）
四、广义相对论的可观测效应和实验验证
第 十 五 章 狭 义 相 对 论
1、引力使光线偏转
a a
a
a
t1 t 3
15-6 广 义 相 对 论 简 介
t2 t4
t1
t2
t3
t4
升降机
在加速运动的升降机内的观察者看到，光线相对 于升降机走弯曲的路线。由等效原理可知，加速运动 的参考系与引力场等效，因此，可以得出：光线在引 力场中要发生偏转。
15-6 广 义 相 对 论 简 介
三角形内角和
测地线(短程线) : 空间两点间距离最短的路径
判断空间是否弯曲的方法：测圆周长与直径的比
第 十 五 章 狭 义 相 对 论
C
D
15-6 广 义 相 对 论 简 介
平面
C D
爱因斯坦广义相对论的主要内容
爱因斯坦广义相对论的主要内容
广义相对论,就是有引力的相对论,其实也就是用相对论来描述引力.其基本内容是说引力和惯性力是同一的,引力的本质是有质量物体使周围的时空弯曲所产生的结果.引力除了产生力,还可以形成和速度一样的效应,也就是长度变小,时间变慢.
1916年,爱因斯坦又经过10年探索,进一步完成了广义相对论创立工作。
广义相对论是一种没有引力的新引力理论,是适用于所有参照系的物理定律。
它与狭义相对论不同,狭义相对论仅仅适用于不存在引力的物理过程。
改造了牛顿力学，抛弃了欧几里德几何学，而采用黎曼几何，证明出物体的质量使得它周围的空间发生了弯曲，物体运动只是眼短程线运动，而并不是由于存在引力，从而解决了水星进动的问题。
同时引入惯性力，将所有的参考系统一起来。
广义相对论建立在下列原理的基础上。
广义相对论建立在下列原理的基础上。
广义相对论建立在以下原理的基础上：
1. 等效原理：任何物体自由下落时体验到的加速度与该物体在重力作用下的加速度的效应相同。
2. 相对性原理：在相对惯性系中，所有物理定律都具有相同的形式。
3. 时空的连续性和相对性：时间和空间并不是独立的实体，而是一种统一、相互关联的物理概念，它们的存在和性质取决于观察的方式和参考系。
4. 惯性质量和引力质量相等原理：惯性质量和引力质量是等价的，即物体的质量决定了它受到引力作用的大小和运动方式。
这些原理构成了相对论的基础，揭示了时间、空间、质量和引力等基本概念之间的密切关系，对现代物理学的发展产生了深远影响。
从零开始学广义相对论
从零开始学广义相对论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，它是现代物理学的重要组成部分。
广义相对论的基本观点是：物质和能量决定了时空的弯曲，而物体在弯曲时空中的运动轨迹受到引力的影响。
本文将从零开始，为读者介绍广义相对论的基本概念和原理。
我们需要了解时空的概念。
在经典物理学中，时空被视为一个固定的背景，物体在其中运动。
然而，广义相对论将时空视为可弯曲的，这是相对论与经典物理学最大的不同之处。
爱因斯坦认为，物体的质量和能量会弯曲时空，而其他物体则沿着该弯曲的时空运动。
我们需要了解引力的本质。
在经典物理学中，引力被视为一种相互作用力，物体之间通过引力相互吸引。
然而，在广义相对论中，引力被解释为时空的弯曲。
当物体沿着弯曲的时空运动时，我们会感受到这种运动所产生的引力。
这就是为什么我们在地球上感受到地球引力的原因。
接下来，让我们来看看广义相对论的基本原理。
广义相对论的核心是爱因斯坦场方程，描述了物质和能量如何影响时空的弯曲。
这个方程是一个非线性的偏微分方程，非常复杂。
然而，我们可以简化这个方程，以便更好地理解广义相对论的基本原理。
广义相对论的另一个重要概念是等效原理。
等效原理认为，惯性质量和引力质量是相等的。
这意味着，一个物体的惯性质量决定了它对引力的响应，也就是说，一个物体的质量越大，它所受到的引力就越大。
这个原理是广义相对论的基础之一。
广义相对论还提供了一种解释黑洞的理论。
黑洞是一种极度弯曲时空的区域，它具有极高的引力，甚至连光都无法逃脱。
根据广义相对论的理论，黑洞是由质量非常庞大的物体塌缩而成的，它的引力非常强大，甚至连光都无法逃脱。
我们需要了解广义相对论的实验验证。
广义相对论的预测已经通过多次实验得到了确认，其中最著名的是1919年的日食观测实验。
爱因斯坦预测了光线在重力场中的偏折现象，而这个预测在日食观测实验中得到了验证，从而使广义相对论得到了更广泛的认可。
总结起来，广义相对论是一门描述引力的理论，它将时空视为可弯曲的，并将引力解释为时空的弯曲。
广义相对论方程式
广义相对论方程式广义相对论公式是：Gab=8πTab。
广义相对论是描述物质间引力相互作用的理论。
其基础由爱因斯坦于1915年完成，1916年正式发表。
这一理论首次把引力场解释成时空的弯曲。
广义相对论的两个基本原理是：1、等效原理：惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。
分为弱等效原理和强等效原理，弱等效原理认为惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。
2、广义相对性原理：所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。
物理定律的形式在一切参考系都是不变的。
广义相对论（General Relativity）是描述物质间引力相互作用的理论。
其基础由阿尔伯特·爱因斯坦于1915年完成，1916年正式发表。
这一理论首次把引力场等效成时空的弯曲。
黑洞广义相对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；能够形成黑洞的恒星最小质量称为昌德拉塞卡极限。
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。
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。
狭义相对论是以两条基本假设为前提推导出来的：（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。
第6章：第2节 广义相对论初步
第3节广义相对论初步第4节探索宇宙[先填空]1．广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系(包括非惯性参考系)中物理规律都是的．(2)等效原理：参考系中的惯性力场与引力场不可区分．2．广义相对论的时空结构(1)引力的存在对时间的影响：在引力场中，时钟．引力场越，时钟变慢越甚．(2)引力的存在对空间的影响引力的存在会使空间变形，在引力方向上，空间间隔，在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了，引力越强的地方，这种效应越明显．3．广义相对论的实验检验广义相对论建立之后，爱因斯坦提出了三项实验检验：、光线在引力场中的、光谱线的引力.20世纪60年代后，人们又提出了雷达回波．[再判断]1．提出狭义相对论后，没必要再提广义相对论．()2．广义相对论的结论只是猜想，没有科学依据．()3．在广义相对论的时空结构中，引力场越强，时钟变慢的效应越明显．() [后思考]地球表面有引力，为什么说在地球表面均匀介质中光沿直线传播？[核心点击]1．广义相对论的两个基本原理的理解(1)广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理从惯性参考系推广到了非惯性系在内的所有参考系，一切参考系对于描述物理规律和物理现象来说都是平等的，无论用什么参考系，物理规律都是相同的．(2)等效原理：在物理学中，一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系的惯性力场有等效性．2．光线在引力场中弯曲：根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越厉害．通常物体的引力场都太弱，但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲．3．引力红移：按照广义相对论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．例如，在强引力的星球附近，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象．广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测证实．还有其他一些事实也支持广义相对论．目前，广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥了主要作用．1．下面说法符合广义相对论的是()【导学号：78510072】A．物质的引力使光线弯曲B．物质的引力不能使光线弯曲C．强引力场附近的时间进程会变慢D．强引力场附近的时间进程会变快E．恒星发出的光在太阳引力场作用下会发生弯曲2．在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是()A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的E．在加速参考系中的惯性力场等效于引力场应用广义相对论的原理解决时空变化问题的方法1．应该首先分析研究的问题或物体做怎样的运动，是处于怎样的参考系中．无论是匀加速运动的参考系，还是均匀的引力场中，其规律是相同的．2．然后根据“引力使时间变慢，空间变短”的理论分析其所在位置或运动情况会产生怎样的变化．[先填空]1．宇宙的起源“大爆炸”宇宙模型认为，宇宙起源于一个“”，在该奇点，温度为，物质密度为，空间急剧膨胀，即发生宇宙大爆炸之后，宇宙不断膨胀，温度不断降低．大约经历了年，形成了我们今天的宇宙．2．宇宙里有什么太阳是一颗恒星，在太阳系中，除有八大行星外，还有卫星、彗星和流星体，由恒星组成的集团叫，现在已知存在的星系有1 000亿个以上．3．永不停息的探索宇宙茫茫无际，人类的探索也不会停止，为了摆脱大气层的影响，人们先后发射了许多人造卫星及宇宙飞行器，用于天文观测．著名的是目前最先进的空间望远镜．[再判断]1．哈勃发现远处的星系正急速地远离我们而去．()2．宇宙起源于一个“奇点”．()3．科学家还没有证据证明黑洞的存在．()[后思考]有限无边的静态宇宙模型中“有限”和“无边”是否相矛盾？[核心点击]1．宇宙的起源(1)爱因斯坦用广义相对论引力场方程建立了有限无边的静态宇宙模型．(2)“大爆炸”宇宙模型宇宙起源于一个“奇点”，在该奇点，温度无穷大，密度无穷大，发生了大爆炸，空间急剧膨胀，温度不断降低．大约经历了150亿年，形成了现在的宇宙．(3)对于宇宙演化的认识大爆炸宇宙模型告诉我们，决定宇宙几何性质的两个因素——膨胀率和密度，决定了宇宙的命运．如果宇宙膨胀率很小，或者质量密度很高，宇宙将成为闭合的，宇宙现在的膨胀将停止并将转为收缩；如果宇宙膨胀率很大，质量密度小，宇宙将持续膨胀下去，未来的发展有两种可能：一是开宇宙，二是闭宇宙．2．宇宙的组成与恒星的演化(1)卫星绕着行星转动，行星绕着恒星转动，众多的恒星组成星系，而众多的星系组成宇宙．(2)恒星将要消亡时会突然爆发，亮度在2～3天内突然增加几万倍或者几百万倍形成新星，或者亮度突然增加几千万倍或几亿倍形成“超新星”，爆发后的残骸是中子星，少数可能形成黑洞．黑洞是一个具有巨大引力的空间区域．3．关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是()A．宇宙起源于一个特殊的点，这个点大爆炸，是空间的开始B．宇宙起源于一个特殊的点，在这个点爆炸之前时间已经存在C．宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止D．宇宙起源的“奇点”温度无穷大，密度无穷大E．宇宙膨胀到某个极大值后会收缩4．黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片，那么关于黑洞，你认为正确的是()【导学号：78510073】A．内部也是漆黑一片，没有任何光B．内部的光由于引力的作用发生弯曲，不能从黑洞中射出C．内部应该是很亮的D．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去E．人类还没有发现黑洞存在的证据宇宙起源的三点说明1．所有关于宇宙的理论学说都有待于去进一步验证，“大爆炸”理论只是其中相对比较成熟的一种．2．关于宇宙的起源与演化要用到较多的高等数学知识，本节的许多结论都是直接给出的．3．黑洞是恒星演化而成的有着巨大引力的空间区域，产生的引力连光线都不能摆脱．学业分层测评(十六)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．下列说法中正确的是()A．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B．在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如，牛顿运动定律仅适用于惯性参考系C．一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理D．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理E．广义相对论把狭义相对性原理发展到了非惯性系2．以下说法中正确的是()【导学号：78510074】A．矮星表面的引力很强B．时钟在引力场弱的地方比在引力场强的地方走得快些C．在引力场越强的地方，物体长度越长D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移E．引力场越强，时钟变慢的效应越明显3．下列说法正确的是()A．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系正急速的远离我们B．哈勃发现的“红移”现象说明地球是宇宙的中心C．“新星”和“超新星”是刚刚产生的恒星D．“超新星”和“新星”的产生说明恒星正在不断灭亡E．“超新星”爆发后少数可能形成黑洞4．下列说法中正确的是()A．物质的引力使光线弯曲B．光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢D．广义相对论可以解释引力红移现象E．在强引力的星球附近，时间进程会变快5．惯性质量m i和引力质量m g的大小关系为m i____________m g(填“＞”“＝”或“＜”)【导学号：78510075】6．宇宙大爆炸理论被认为是________的开始．7．大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸．除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的．上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀．面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀，如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是下面哪个图象________(填序号)．[能力提升]8．有三只完全相同的时钟，时钟A放在高速行驶的火车上(火车时速200千米/小时)，时钟B放在高速旋转的圆盘边缘，随圆盘一起转动，其向心加速度约为2 000 g，时钟C放在中子星附近．关于这三只钟的变慢情况是时钟________和时钟________明显变慢，时钟________的变化不明显．9．关于广义相对论，下列说法中正确的是()【导学号：78510076】A．万有引力可以用广义相对论作出正确的解释B．惯性质量和引力质量相等，它们遵从相同的规律C．广义相对论是惯性参考系之间的理论D．万有引力理论无法纳入广义相对论的框架E．太阳的引力场会使周围空间发生弯曲10．什么是引力红移现象？11．(1)假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，宇航员如何判断使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力？(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲吗？引力对光束的效应告诉我们什么？参考答案[先填空]1．(1相同．(2)匀加速，均匀．2．(1)变慢．强．(2)不变，弯曲，3．水星近日点的进动、弯曲、红移.，延迟．[再判断]1．(×)2．(×)3．(√)[后思考]【提示】地球表面的引力场很弱，对光的传播方向影响很小，所以认为光沿直线传播．1．【解析】观测结果证实了引力使光线弯曲的结论，A正确，B错误；引力红移的存在，证明了强引力场附近的时间进程会变慢，C正确，D错误；恒星发出的光在太阳引力场作用下会发生弯曲，E正确．【答案】ACE2．【解析】在惯性参考系中，光是沿直线传播的，故A正确，B错误．而在非惯性参考系中，因为有相对加速度，根据等效原理，光将做曲线运动，D正确，C错误．在加速参考系中的惯性力场等效于引力场，E正确．【答案】ADE[先填空]1．“奇点”，无穷大，无穷大，150亿2．星系，3．哈勃太空望远镜[再判断]1．(√)2．(√)3．(×)[后思考]【提示】二者并不矛盾，它们是从静止与运动的发展趋势两个方面对同一事物的辩证认识．3．【解析】根据大爆炸宇宙模型，宇宙起源于“奇点”，该“奇点”温度无穷高，密度无穷大，认为该点拥有无穷的能量，但体积无穷小．故D正确．宇宙爆炸后，急剧膨胀，宇宙未来的演化有两种可能，一是持续膨胀，另一种是膨胀到极限后又收缩成一个新的“奇点”，故C错．“奇点”爆炸是宇宙的始点，既是时间的起点又是空间的始点，故A正确，B错．宇宙膨胀到某个极大值后会收缩，E正确．【答案】ADE4．【解析】黑洞之所以黑是因为光不能从其中射出，而不是内部没有光线．由于引力的作用，其光线弯曲程度很大，不能射出，因此内部应该很亮．当有一个小的星体经过黑洞时，由于黑洞质量很大，对小星体有很强大的万有引力，把小星体吸引进去．科学家通过先进的探测手段已发现了黑洞存在的证据，E错误．因此正确选项是B、C、D.【答案】BCD1．【解析】由广义相对性原理和等效原理的内容知A、D、E正确．【答案】ADE2．【解析】因矮星体积很小，质量却不小，所以矮星表面引力很强，故A 正确；根据广义相对论的结论可知，引力场越强，时间进程越慢，物体长度越短，故B正确，C错误；在引力场强的地方，光谱线向红端偏移，称为“引力红移”，故D错误；引力场越强，时钟变慢的效应越明显，E正确．【答案】ABE3．【解析】哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系在远离我们，但不能说明我们就处于宇宙的中心，只能说明我们与远处的星系存在相对运动．故A对B错；“新星”和“超新星”是恒星消亡时的一种现象，故C错D对；“超新星”爆发后少数可能形成黑洞，E正确．【答案】ADE4．【解析】由广义相对论知选项A、C、D正确；B、E错误．【答案】ACD5．【解析】惯性质量和引力质量在本质上相同，二者相等．【答案】＝6．【解析】大爆炸之后，才有了时间和空间，时间和空间是不可分割的．【答案】时间和空间7．【解析】由题意知，宇宙半径R随时间t先匀速增大后加速膨胀，加速膨胀过程中R和时间平方成正比，半径随时间增大急剧增大，图象C符合．【答案】 C8．【解析】火车的速度相对光速而言很小，时钟变慢不明显，B钟有很大的加速度，C钟受强引力作用，都明显变慢．【答案】B C A9．【解析】万有引力可以纳入广义相对论的框架，可以用广义相对论作出正确的解释，A正确，D错；惯性质量和引力质量相等，遵从相同的规律，B正确；广义相对论是非惯性参考系之间的理论，C错；太阳的引力场会使周围空间发生弯曲，E正确．【答案】ABE10．【答案】根据广义相对论，在引力场中，时钟变慢，太阳表面附近的引力场很强，原子发光的振动周期可以看成一台时钟，所以原子在太阳表面附近发出光的周期应比同类原子在地球表面附近发出光的周期长，周期长表示波长长，频率偏低，颜色偏红，这种现象称为“光谱线的引力红移”现象．11．【解析】(1)宇宙飞船中的物体受到以某一加速度下落的力可能是由于受到某个星体的引力，也可能是由于宇宙飞船正在加速飞行．两种情况的效果是等价的，所以宇航员无法判断使物体以某一加速度下落的力是引力还是惯性力，即一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的．(2)在一个加速运动的参考系中观察，光束会弯曲，因为加速运动的参考系中出现的惯性力等效于引力，使得光线发生弯曲．引力对光束的效应说明，引力的存在使空间变形．【答案】见解析。
广义相对论基本内容
广义相对论基本内容
广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的一种描述引力的理论。
它是对经典牛顿力学的一种扩展，可以应用于大质量物体和高速运动物体的研究。
广义相对论的基本内容如下：
1. 引力的几何描述：广义相对论认为，引力并不是像牛顿力学中的力那样作用在物体上，而是由物体的存在导致时空弯曲。
大质量物体在时空中形成一个“弯曲”的区域，其他物体沿着该弯曲区域移动，就会受到引力的作用。
2. 时空的弯曲：广义相对论中引入了度量张量来描述时空的几何性质。
时空的弯曲性由物质和能量分布决定，物质和能量的分布越密集、越集中，时空的弯曲程度就越大。
3. 时空的弹性：广义相对论中，物体在时空中的运动路径不再是直线，而是沿着弯曲路径。
物体在弯曲的时空中会产生惯性，称为“测地线”。
这种弯曲路径使得物体在引力作用下运动的轨迹呈现出不同于牛顿力学的效应。
4. 等效原理：广义相对论的一个重要原理是等效原理，它指出，在自由下落的系统中，物体的运动与无重力条件下物体的运动是等效的。
也就是说，不受外力作用的物体在引力场中的自由运动，与在没有引力的惯性参考系中的运动是相同的。
5. 引力波：广义相对论预言了引力波的存在。
引力波是由引力场在时空中传播产生的波动，类似于电磁波。
2015年，LIGO实验室首次直接观测到了引力波，这也是对广义相对论的重要验证。
研究广义相对论的基本内容对于理解宇宙的结构、黑洞、引力透镜效应等重要物理现象具有重要意义。
它不仅在天体物理学和宇宙学中发挥着重要作用，还对精确测量、卫星导航等技术领域有着广泛的应用价值。
狭义相对论和广义相对论的基本原理
狭义相对论和广义相对论的基本原理狭义相对论和广义相对论是现代物理学的基本理论之一，它们解释了时间、空间、质量和能量之间的关系。
以下是对这两种相对论的基本原理的讲解。
一、狭义相对论的基本原理狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的理论，它提出了一个与牛顿力学不同的观点，即光速在所有惯性参考系中都是常数。
这一原则被称为“光速不变原理”，它是狭义相对论的核心。
基于“光速不变原理”，狭义相对论提出了以下原则：1. 所有物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。
2. 物体的质量随着速度的增加而增加，速度越快，增加的质量越大。
3. 时间和空间是相对的，没有绝对的标准。
4. 能量和质量是等价的，它们之间可以相互转化。
这些原则反映了狭义相对论的基本特征，它推翻了牛顿力学中的一些假设，如时间和空间的绝对性、万有引力的绝对性等。
狭义相对论为我们提供了更加准确和完整的描述物理规律的框架，同时也为后来的广义相对论的发展提供了基础。
二、广义相对论的基本原理广义相对论是爱因斯坦在1916年提出的理论，它是在狭义相对论的基础上进一步发展而来的。
广义相对论初衷是想解释引力的本质，它基于“等效原理”提出了新的物理规律。
广义相对论的基本原理包括：1. 等效原理：自由下落的物体在惯性参考系中运动是匀速直线运动。
2. 引力不是一种真正的力，而是由物体所在空间弯曲而产生的一种现象。
3. 时间和空间的弯曲程度受到物质分布的影响。
4. 光线会沿着最短路径传播。
这些原理反映了广义相对论的基本特征，它描述了物质的引力性质和空间的几何形态之间的关系。
广义相对论证明了狭义相对论中的“光速不变原理”是任何物质和能量影响的最高速度，同时也为黑洞、宇宙学等领域的研究提供了新的工具和思路。
狭义相对论和广义相对论是现代物理学中最基本的理论之一，它们提供了理解时空的新视角和解释物理规律的新方法。
【狭义相对论】狭义相对论建立在“光速不变原理”之上，它意味着在不同的参考系中，光的速度是恒定不变的。
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广义相对论的基本原理
广义相对论是描述物质间引力相互作用的理论。
其基础由爱因斯坦于年完成，年正式发表。
这一理论首次把引力场解释成时空的弯曲。
广义相对性原理：物理定律的形式在一切参考系都是不变的，该定理是狭义相对性原理的推广。
发展过程：
爱因斯坦在年刊登了一篇深入探讨光线在狭义相对论中，重力和加速度对其影响的论文，广义相对论的雏型就此已经开始构成。
年，爱因斯坦刊登了另外一篇论文，深入探讨如何将引力场用几何的语言去叙述。
至此，广义相对论的运动学发生了。
至了年，爱因斯坦场方程刊登了出，整个广义相对论的动力学才终于顺利完成。
广义相对论的作用
爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有著非常关键的应用领域：它轻易推论出来某些小质量恒星可以破灭为一个黑洞——时空中的某些区域出现极度的歪曲以至于连光都无法逸出；而多小质量的恒星可以坍塌为黑洞则就是印裔物理学家钱德拉塞卡的功劳——钱德拉塞卡音速（白矮星的质量下限）。
广义相对论还预言了引力波的存在（爱因斯坦于年写的论文《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。