《广义相对论讲》PPT课件.ppt

1,广义相对论简介 general theory of relativity,2,广义相对论简介general theory of relativity,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),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！,3,1 广义相对论的基本原理一、等效原理 1、惯性质量与引力质量,实验表明,定义,称 该场点的引力强度,4,2、惯性力与引力,自由空间加速电梯,引力场中静止的电梯,考察 相对观察者静止的物体的运动,但各自分析的原因不同,惯性力,引力,5,引力场中某一时空点自由下降电梯,远离引力场的自由空间 匀速运动的电梯,惯性力可以“抵消”引力,结论：,6,在引力场中的某一时空点自由下落的参考系 和惯性系等效,在这样两个参考系中得到的力学规律相同,局域等效,等效并非等同,7,3、广义相对论的等效原理 equivalence principle 局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效 或说：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，在这一参考系中狭义相对论所确立的物理规律全部有效。4、广义相对论的局域惯性系 狭义相对论成立的参考系 或引力为 0 的参考系,5、广义相对论的惯性定律在局惯系内,物体不受力,则维持原状态。,8,牛力的惯性定律与广义的惯性定律 表述相同 但含义不同,在引力场中 每个时空点的邻域可以建立若干个局惯系 同一点各局惯系作匀速运动(相互间可用洛仑兹变换)不同时空点的局惯系间有相对加速度牛力：惯性系是区域性的 各惯性系间无相对加速度,9,引力场源,r,以该点的引力场强自由降落可有多个 相对匀速运动可用洛仑兹变换,图示局惯系,10,二、广义相对性原理 principle of general covariance(广义协变性原理)物理规律在一切参考系中形式相同小结 广义相对论基本原理 1)等效原理 2)相对性原理 3)马赫原理 Mach principle 时空性质由物质及其运动所决定,11,2)引力作用几何化,时空的几何结构,的启示,本课介绍：,广义相对论的理论框架 1)物理规律中引入引力作用 等效原理 加速度引力,弱引力场,牛顿,12,2 引力场的时空弯曲,一、弯曲空间的概念,平面是二维平直空间,测地线是弧线,由测量判定空间,测地线是直线,球面是二维弯曲空间,13,测地线,圆周率=,圆周率,14,二、引力场的空间弯曲 以爱因斯坦转盘为例说明,在此，我们涉及两个惯性系：,系：即实验室系,研究的问题：测量一段弧的长度及圆周长,15,根据等效原理 转动参考系等效为引力场 引力场强是,注意到,由洛仑兹变换 可得,愈强弯曲愈烈,16,三、史瓦西场中固有时与真实距离Schwarcchild field,1、场的特征,相对静止的球对称分布的物质球外部的场,2、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,17,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,3、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,18,远离引力场处,19,4、引力场中的固有时与真实距离,S 系-史瓦西场S 系-瞬时静止在S系中确定时空点的局惯系S0 系-飞来局惯系 由无限远处沿径向 自由飞到史瓦西场确定的时空点,20,S系中的一只标准钟,S0 系中先后与 C 相遇的两只钟,系的确定时空点处的标准钟C测得的是原时,设,同样 在确定的时空点的标准尺测的是原长,21,弱引力场牛顿近似 飞来惯性系S0到达 r 处的速度由下式定出,22,1)爱因斯坦假设-钟和尺的性形只与速度有关 与加速度无关,4)时空与物质分布有关,r 处引力势,r处的固有时,r邻域的真实距离,2)双生子中谁年轻？,引力场愈强 钟愈慢,3)空间弯曲,引力场愈强 尺缩愈烈,23,四、史瓦西场和黑洞如果引力源质量M很大 对应有关值,例,视界半径,Black hole,无限缓慢,24,3 广义相对论的可观测效应一、光的引力频移,处发光频率为,处接收到的频率为,频移,设,25,若太阳发光,引力红移 gravitational redshift,频移,26,二、光线的引力偏折引力的作用 1)空间弯曲 2)光线偏离测地线,1919年5月29日测,三、行星(水星)近日点的旋进 雷达回波延迟效应,27,谢 谢,作者：刘凤英陈惟蓉制作：刘凤英秦联华清华大学出版社 98.11,