广义相对论简介 ppt课件

mAa0 A mBa0 F弹
B
a0
2020/12/2
Βιβλιοθήκη Baidu、等效原理
惯性质量与引力质量
Fm惯a
F
GMm引 r2
在大约10-8的相对精度内，两者相等。
引力场和加速度的效应等价。
等效原理：一个均匀的引力场与一个匀加速运动的 非惯性系等效。
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引力场与加速度系统等效性说明 假想实验一
假设：在一个与外界隔绝的宇宙飞船中的密封舱内 宇航员放开手中小球。结果：小球以g加速下落。
2020/12/2
因此在非惯性系中定义虚拟力：惯性力 f惯ma非惯性系对惯性系
则非 惯性系中的牛顿定律形式为： F 相 互 作 f惯 用 性 m 力 a 力 物 体 对 非 惯 性 系
注意：上式表面上是非惯性系的，实质上是惯性
系 的变形而已
F 相互 m 作 a 物 用 体 力 对 f惯 非 性 惯 力 性系
广义相对论简介
general theory of relativity
狭义相对论的缺陷： 承认惯性系的特殊地位。 不能建立令人满意的引力理论。
爱因斯坦的思考
1、非惯性系与惯性系 平权?
2、时空与物质
有关?
突破 (对惯性和引力的思考)
广义相对论 超越了 牛顿的引力论
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一、非惯性系与惯性力
R
R
测地线
两点间的极值线
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测量结果
内角和
R 圆周长 2 R
圆周率 =
P < 2 R
测地线
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Q
R BC
A
>
圆周率
四、广义相对论的可观测效应
1.引力使光线偏转
恒星
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1.75
恒星虚像
1919年5月29日测
判断:(1)可能密封舱在自由空间（无引力作用） 以a=g加速向上所致。
（2）可能密封舱停在地面，小球受引力所致。
ag
惯性力
m惯 g
自由空间
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引力
m引 g
地球
引力场与加速度系统等效性说明 假想实验二
假设在一个与外界隔绝的宇宙飞船中的密封舱内,宇 航员放开手中小球, 结果小球浮在空中不动
时空性质由物质及其运动所决定
? 非惯性系里的时空
S'系，一个非惯性系。
绕转轴以半径 r 作一圆周。
所有点都静止。
S系，一个惯性系。 所有点沿切线方向运动。
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S 系：与盘边缘 P点相连的局惯系
根据等效原理，在S系看来
d sds 12 rc
ds
p
rr
s d s d s1 21 2s
ss/ 12s2 r2 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。
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结论
根据等效原理 引力场强是
转动参g 考系r等效2rˆ为引力场
引力场中空间弯曲
愈强弯曲愈烈
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弯曲空间的概念
平面 是二维平直空间 测地线是直线
由测量判定空间
球面 是二维弯曲空间 测地线是弧线
F相互作用 m 力a 物 体 对 m 非 a非 惯惯 性性 系系 对
ma物 体 对 惯 性 系
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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。
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F 0m a0
a0非惯性系对速 惯度 性系
则非惯性系中的牛顿定律形式为： F 真 F 0m a
a物体对非惯性 度系的
r
F
n
• F0
m
当物体相对非惯性系保持静止时，
即 a 0时 , F 真F 0
注意：1、上式表面上是非惯性系的，
实质上是惯性系的变形而已
F 真 m a m a 0m a a物体对惯性系的
设
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原时 dt
原长 dr
M
u ( r ) mS
1.98 0.16 1.61 0.40
人眼位置
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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
刚性微分尺
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标准时间 标准长度 无引力影响的时间和长度
标准钟 在无引力的地方, 有一系列的走时 完全一样的钟,然后把它们分别放到引力场中的 各个时空点,称各地的标准钟.
标准尺 在无引力的地方,有一系列的完全一 样的刚性微分尺,然后把它们分别放到引力场中 的各个时空点,称各地的标准尺
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M
u(r )
g (r )
S
r
无限远处引力为0 平直空间
mS
无限远
远离引 力场处
场各处引力不同 空间 时间各处不同
S 系的确定时空点处的标准钟C测得的是原时
同样在确定的时空点的标准尺测的是原长
局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效
三、广义相对论原理与时空弯曲
广义相对性原理 principle of general covariance (广义协变性原理):
一切参考系都是平权的,物理学定律在所有的 参考系中都具有相同的数学形式.
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小结 广义相对论基本原理
1)等效原理 2)相对性原理
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
判断:(1)可能密封舱在自由空间（无引力作用） 匀速直线运动所致。
（2）可能密封舱在引力场中自由下落，小球受 向下的引力和向上的惯性力,二力平衡。
ag
惯性力m 惯 g
自由空间 2020/12/2
引力 m 引 g 地球
结论:惯性力与引力等效或引力场与加速场等效
局域等效
等效并非等同
广义相对论的等效原理 equivalence principle
在非惯性系中, 经典力学定律不再成立. 在地面观测者(惯性系S)看来 , m受力 F
r
Fm amr2
在转盘上的观测者(相对转盘静
F
n
• F0
m
止,非惯性系S’)看来,
m受力
但并没有产生加速度.
为了在非惯性系中也能利用经典力学定律建立方程
2020/12/2
在非惯性 系中定义 虚拟力：惯性力 a0非惯 F 0 性 m 系 a0对速 惯度 性系的加