第四节广义相对论简介(新)详解

动的参考系等价。
三、广义相对论的几个结论
1.物质的引力使光线发生弯曲
飞船外观察者看到这束光是
a 光源
透明屏
直线传播的（水平向右）
如果飞船做匀速直线运动，
船上观察者记录下的光的径迹是 一条直线（虚线）
在加速运动的飞 船中光线姓弯曲
如果飞船做匀加速运动，
在光向右传播的同时，飞的速度 也在不断增大，因此船上观察者 记录下的光的径迹是一条抛物线。
3、引力红移
各 类 星 体 对 比
宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫 做矮星，引力势比地球低的多，矮星表面的时间进程 比较慢，哪里的发光的频率比同种的原子在地球上发 光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移。
由于物质的存在，实际空间并不是 均匀的，空间发生了“弯曲”：
点 击 观 看
狭义、广义相对论比较
透镜效应：星球的强引力场能使背后传来的光线 汇聚，这种现象叫做引力透镜效应。
星体
宇宙中很可能存在黑洞， 它不辐射电磁波，因此无法直 接观测，但是它的巨大质量和 极小的体积使其附近产生极强 的引力场，引力透镜是探索黑 洞的途径之一。
无
法黑
星体
观洞
测
2、引力场的存在使得空间不同位置 的时间进程出现差别。
复习
一、狭义相对论的两点假设：
1、狭义相对性原理
在不同的惯性参考系，一切物理 规律都是相同的
2、光速不变原理
真空中的光速在不同的惯性参考 系中是相同的，光速与光源、观察者 间的相对运动没有关系。
复习
二、由狭义相对论推出的几个结论
1.“同时”的相对性
2.动尺变短
l l0
1 v 2 c
3.动钟变慢
伽利略相对性原理
力学规律在任何惯性系都是相同的
逻
辑
爱因斯坦狭义相对性原理(1905年)
形
式 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都有是相同的； 逐
渐
爱因斯坦广义相对论原理（1916年） 在任何参考系中(包括非惯系）所有的物理规律都是
简 约
相同的，称为广义相对性原理。
二、广义相对性原理和等效原理
2.等效原理： 一个均匀的引力场与一个做匀加速运
通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测 到太阳引力场引起的光线弯曲。
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。
1919年5月29日，发生日全食，英国考察队 分赴几内亚湾和巴西进行观测，证实了爱因斯坦 的预言，这是对广义相对论的最早证实。
狭义相对论
时空性质和物 质的运动有关
时 空 观
惯性系平权
广义相对论
物质本身的存在决 定时空的性质
所有参考系平权
光速恒定
等效原理
今日作业：
1、阅读教材，把教材后的练习做在书上。 2、研读《成材之路》本节内容。 3、完成《成材之路》课后强化作业(二 十六)，明天早上交。
再见
对于高速转动的圆 盘，除了转动轴的位置外， 各点都在做加速运动，越 是靠近边缘，加速度越大， 方向指向盘心。
地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭 义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢。
圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心 指向边缘，靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力 势较低的位置，时间进程比较慢。
t
t0
1
v
2
c
4.速度变换公式
u
u v
1
uv c2
复习
5.相对论质量
m
m0
1
v
2
c
6.质能方程 E mc2
阅读思考题
1.狭义相对论遇到哪两个无法解决 的问题？
2.广义相对论的两个基本原理是什 么？与狭义相对论的两个假设有 什么不同？
3.根据广义相对论的两个基本原理 可以导出那些重要结论？
狭义相对论
广义相对论 广
爱因
义
斯坦 不同的惯性
任何参考系 相
相对 参考系中一 更进一步 （包括非惯性 对
性原 切物理规律
系）中物理规 性
理 都是相同的
律都是相同的 原
理
光 真空中的光 速 速在不同惯 恒 性参考系中 定 都是相等的
一个均匀的 等 引力场与一个 效 做匀加速运动 原 的参考系等价 理
对于时空观的认识
一、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
万有引力定律无法纳人狭义相对论 的理论框架； 2.非惯性系问题，
狭义相对论只适用于惯性系，为什 么惯性系具有这样的地位？狭义相对论 无法解释
二、广义相对性原理和等效原理
1ຫໍສະໝຸດ Baidu广义相对性原理：
在任何参考系中，物理规律都是相同的。