《廣義相對論簡介》PPT課件.ppt
廣義相對論簡介,一、狹義相對論的兩點假設(shè):1、狹義相對性原理在不同的慣性參考系,一切物理規(guī)律都是相同的2、光速不變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的,光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系。,二、由狹義相對論推出的幾個結(jié)論1、“同時”的相對性2、動尺變短3、動鐘變慢4、速度變換公式,5、相對論質(zhì)量6、質(zhì)能方程,閱讀思考題,1、狹義相對論遇到哪兩個無法解決的問題?2、廣義相對論的兩個基本原理是什么?與狹義相對論的兩個假設(shè)有什么不同?3、根據(jù)廣義相對論的兩個基本原理可以導(dǎo)出那些重要結(jié)論?,一、超越狹義相對論的思考,愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題:1、引力問題萬有引力定律無法納人狹義相對論的理論框架;2、非慣性系問題,狹義相對論只適用于慣性系,為什么慣性系具有這樣的地位?狹義相對論無法解釋,二、廣義相對性原理和等效原理,1、廣義相對性原理:在任何參考系中,物理規(guī)律都是相同的。,伽利略相對性原理力學(xué)規(guī)律在任何慣性系都是相同的,愛因斯坦狹義相對性原理(1905年)在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都有是相同的;,愛因斯坦廣義相對論原理(1916年)在任何參考系中(包括非慣系)所有的物理規(guī)律都是相同的,稱為廣義相對性原理。,邏輯形式逐漸簡約,2、等效原理:一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。,如果飛船做勻加速運動,在光向右傳播的同時,飛的速度也在不斷增大,因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。,三、廣義相對論的幾個結(jié)論,1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲,如果飛船做勻速直線運動,船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條直線(虛線),飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的(水平向右),通常物體的引力場都太弱,20世紀只能觀測到太陽引力場引起的光線彎曲,太陽,由于太陽引力場的作用,我們有可能觀測到太陽后面的恒星,最好的觀測時間是發(fā)生日全食的時候,1919年5月29日,發(fā)生日全食,英國考察隊分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進行觀測,證實了愛因斯坦的預(yù)言,這是對廣義相對論的最早證實,透鏡效應(yīng),星球的強引力場能使背后傳來的光線匯聚,這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng),星體,星體,無法觀測,黑洞,宇宙中很可能存在黑洞,它不輻射電磁波,因此無法直接觀測,但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使其附近產(chǎn)生極強的引力場,引力透鏡是探索黑洞的途徑之一,2、引力場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別,對于高速轉(zhuǎn)動的圓盤,除了轉(zhuǎn)動軸的位置外,各點都在做加速運動,越是靠近邊緣,加速度越大,方向指向盤心,地面上看到:越是靠近邊緣,速度越大根據(jù)狹義相對論,靠近邊緣部位的時間進程較慢,圓盤上的人認為:盤上存在引力場,方向由盤心指向邊緣,靠近邊緣的位置引力勢較低,得出:引力勢較低的位置,時間進程比較慢,各類星體對比,宇宙中有一類恒星,體積很小,質(zhì)量卻很大,叫做矮星,引力勢比地球低的多,矮星表面的時間進程比較慢,哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低,看起來偏紅,這個現(xiàn)象叫做引力紅移,3、引力紅移,由于物質(zhì)的存在,實際空間并不是均勻的,空間發(fā)生了“彎曲”:,點擊觀看,狹義、廣義相對論比較,狹義相對論,廣義相對論,不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的,任何參考系(包括非慣性系)中物理規(guī)律都是相同的,真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的,一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價,更進一步,等效原理,光速恒定,愛因斯坦相對性原理,廣義相對性原理,對于時空觀的認識,物質(zhì)本身的存在決定時空的性質(zhì),時空性質(zhì)和物質(zhì)的運動有關(guān),狹義相對論,廣義相對論,慣性系平權(quán),所有參考系平權(quán),時空觀,光速恒定,等效原理,(一)愛因斯坦的貢獻(二)方興未艾的宇宙學(xué)(三)有趣的相對論佯謬(四)黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論的建立.組織:小組(2-3人)方案:利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)資源寫一篇愛因斯坦與狹義相對論建立的科普小文章.要求:文章的時間脈絡(luò)清晰,無科學(xué)性錯誤.,課題研究,題目:(一)愛因斯坦的貢獻(二)方興未艾的宇宙學(xué)(三)有趣的相對論佯謬(四)黑洞的研究愛因斯坦與狹義相對論的建立.組織:小組(2-3人)方案:利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)資源寫一篇愛因斯坦與狹義相對論建立的科普小文章.要求:文章的時間脈絡(luò)清晰,無科學(xué)性錯誤.,