第14章广义相对论课件.ppt

阿尔伯特 爱因斯坦,1879 1955,1905年：建立狭义相对论,1916年：建立广义相对论,（1）为什么惯性系在物理学上具有特殊的地位？,（2）为什么在狭义相对论框架中不能建立令人满意的引力理论？,14-1-1 等效原理与局域惯性系,14-1 广义相对论基本原理,“在引力场中的同一地点，一切物体都具有相同的加速度 g。”,实验事实：,两个质量概念：,惯性质量（mi）反映物体惯性的量度,引力质量（mg）反映物体之间相互吸引的能力,根据牛顿第二定律：,密封舱在引力场中处于静止（或匀速直线运动）状态，物体在引力作用下做加速运动。,密封舱在没有引力场的空间向上做加速运动，物体受到惯性力的作用相对于密封舱向下做加速运动。,一个处于引力场中的静止参考系等效于一个无引力场的加速参考系。,弱等效原理：,强等效原理：在引力场中任何一个时空点上，人们总能建立一个局域惯性系，一切物理规律在这个参考系中服从狭义相对论理论。,14-1-2 广义相对性原理,广义相对性原理：,所有参考物体，不论它们的运动状态如何，对于描述自然现象（表述普遍的自然定律）都是等效的。,14-2 弯曲的时空,爱因斯坦认为：火箭舱中存在局部等效引力场，在这种引力场中时空是弯曲的。,14-2-1 弯曲的时空,欧几里得空间：,非欧几里得空间：,14-2-1 弯曲的时空,结论：在引力场（或非惯性系）中，欧几里得几何学命题不成立。,同一非惯性系中没有统一的时间。,S系：圆盘边缘的时钟走得慢是因为运动的结果；,系：边缘上的时钟走得较慢是因为处于较强的惯性力场（“引力场”）中。,结论：引力场较强处比引力场较弱处时间流逝得较慢。,三角形内角之和大于180,圆周率小于,短程线：两个时空点之间长度最短的线。,广义相对论中的“惯性定律”：,自由粒子沿短程线运动。,14-3 广义相对论的实验验证,14-3-1 光线在引力场中弯曲,14-3-2 水星近日点的进动,水星是最靠近太阳的一颗行星，按牛顿力学的观点，水星运动轨道应该是一个固定的椭圆。,从天文资料分析，这个椭圆轨道在不断地缓慢进动。在消除了地球不是一个真正的惯性系，以及其他行星对水星的引力摄动作用的影响后。仍然还有每百年42.6的进动。,14-3-3 引力红移,广义相对论结论：引力场越强的地方时间延缓效应越明显。,引力红移：,引力红移：从大质量天体发出的光，由于处于强引力场中，其光振动周期要比同一种元素在地球上发出光的振动周期长，由此引起光谱线向红光波段偏移的现象。,称为红移量,为引力势,为地球上的引力势,对太阳光谱中的钠（589.3nm）谱线进行了引力红移测量，其结果与理论值的偏差小于5%。,对白矮星（天狼星的一颗伴星）进行测量，其结果与理论值偏差小于7%。,太阳的红移量：210-6,1958年，庞德等人在22.6m的哈佛塔内第一次完成了地面上的引力红移实验。,实验测量值：（2.570.26）10-15,理论值：2.4610-15,14-4 黑洞,世界上第一个提出黑洞设想的是18世纪著名法国数学家拉普拉斯。,逃逸速度：飞船脱离引力所需的最小发射速度。,黑洞的半径：,14-4-1 黑洞,施瓦氏半径：,地球的质量：61024 kg,地球成为黑洞的半径：0.89cm,视界：以施瓦氏半径构成的球面。,一些不同质量天体的黑洞半径和“平均密度”,14-4-2 探索黑洞,星系M87位于距地球五千万光年的室女星座。,银盘,