大学物理广义相对论简介.pptx
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1、1广义相对论简介广义相对论简介general theory of relativity 爱因斯坦的思考爱因斯坦的思考1 1、非惯性系与惯性系、非惯性系与惯性系 平权平权?2 2、时空与物质、时空与物质 有关有关?突破突破 (对惯性和引力的思考对惯性和引力的思考)在引力场中,一个自由降落的参考系中,在引力场中,一个自由降落的参考系中,人们无法感觉引力的存在!人们无法感觉引力的存在!g g引力场中引力场中第1页/共26页21 1 广义相对论的基本原理广义相对论的基本原理一、等效原理一、等效原理 1 1、惯性质量与引力质量、惯性质量与引力质量实验表明实验表明定义定义称称 该场点的该场点的引力强度引力
2、强度引力场引力场奇迹奇迹第2页/共26页32 2、惯性力与引力、惯性力与引力 自由空间加速电梯自由空间加速电梯引力场中静止的电梯引力场中静止的电梯爱因斯坦假想实验一爱因斯坦假想实验一比较比较考察考察 相对观察者静止的物体的运动相对观察者静止的物体的运动运动规律相同运动规律相同但各自分析的原因不同但各自分析的原因不同惯性力惯性力引力引力惯性力与引力的惯性力与引力的力学效应相同力学效应相同第3页/共26页4 自由下降的参考系自由下降的参考系等效等效惯性系惯性系引力场中某一时空引力场中某一时空点自由下降电梯点自由下降电梯远离引力场的自由空间远离引力场的自由空间 匀速运动的电梯匀速运动的电梯惯性力可以
3、惯性力可以“抵消抵消”引力引力爱因斯坦假想实验二爱因斯坦假想实验二结论:结论:第4页/共26页5 在引力场中在引力场中的某一时空点的某一时空点自由下落自由下落的参考系的参考系 和和惯性系惯性系等效等效在这样两个参考系中得到的力学规律相同在这样两个参考系中得到的力学规律相同远离引力远离引力 场的场的自由空间自由空间以该点的以该点的引力强度引力强度自由降落自由降落 局域等效局域等效 等效并非等同等效并非等同结论结论讨论讨论第5页/共26页63 3、广义相对论的等效原理、广义相对论的等效原理 equivalence principleequivalence principle 局域内加速参考系与引力
4、场的一切物理效应等效局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效 或说:或说:在任何引力场中任一时空点,人们总可以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,在这一参考系中狭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全部有效。义相对论所确立的物理规律全部有效。4 4、广义相对论的广义相对论的局域局域惯性系惯性系 狭义相对论成立的参考系狭义相对论成立的参考系 或引力为或引力为 0 0 的参考系的参考系5 5、广义相对论的惯性定律、广义相对论的惯性定律在局惯系内在局惯系内,物体不受力物体不受力,则维持原状态。则维持原状态。第6页/共26页7 牛力的惯
5、性定律与广义的惯性定律牛力的惯性定律与广义的惯性定律 表述相同表述相同 但含义不同但含义不同 在引力场中在引力场中 每个时空点的每个时空点的邻域邻域可以建立若干个局惯系可以建立若干个局惯系 同一点各局惯系作匀速运动同一点各局惯系作匀速运动 (相互间可用洛仑兹变换相互间可用洛仑兹变换)不同时空点的局惯系间有不同时空点的局惯系间有相对加速度相对加速度牛力:牛力:惯性系是区域性的惯性系是区域性的 各惯性系间无相对加速度各惯性系间无相对加速度讨论讨论真实力真实力还包括还包括“惯性力惯性力”第7页/共26页8无限远无限远 引力为引力为0 0 惯性系惯性系g(r)g(r)引力场源引力场源r r以该点的引力
6、场强自由降落以该点的引力场强自由降落可有多个可有多个 相对匀速运动相对匀速运动可用洛仑兹变换可用洛仑兹变换一系列的一系列的局惯系局惯系图示局惯系图示局惯系第8页/共26页9二、广义相对性原理二、广义相对性原理 principle of general principle of general covariance(covariance(广义协变性原理广义协变性原理)物理规律在一切参考系中形式相同物理规律在一切参考系中形式相同小结小结 广义相对论基本原理广义相对论基本原理 1)1)等效原理等效原理 2)2)相对性原理相对性原理 3)3)马赫原理马赫原理 Mach principleMach pr
7、inciple 时空性质由物质及其运动所决定时空性质由物质及其运动所决定第9页/共26页102)2)引力作用几何化引力作用几何化 时空的几何结构时空的几何结构的启示的启示本课介绍:本课介绍:引力场引力场时空时空的基本概念的基本概念 广义相对论的广义相对论的理论框架理论框架 1)1)物理规律中引入引力作用物理规律中引入引力作用 等效原理等效原理 加速度加速度引力引力广义相对论是关于引力的理论广义相对论是关于引力的理论 弱引力场弱引力场狭义狭义低速低速牛顿牛顿第10页/共26页112 2 引力场的时空弯曲引力场的时空弯曲一、弯曲空间的概念一、弯曲空间的概念 平面平面是二维平直空间是二维平直空间测地
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