狭义相对论基础 (2).ppt

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1、相对论初步,机械运动,牛顿定律,分子物理,麦克斯韦 方程,能量守恒定律,温度，压强，气体内能,一切电磁现象,相对论,1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到：,也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！,但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：,“在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”-开尔文-,相对论,这两朵乌云是指什么呢？,热辐射实验,迈克尔逊-莫雷实验,后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，

2、浇灌着两朵鲜花。,相对论,普朗克量子力学的诞生,相对论问世,经典力学,量子力学,相对论,微观领域,高速领域,今天来介绍相对论,相对论,相对论有狭义相对论广义相对论之分：,相对论从根本上改变了旧的经典的时空观，那么，什么是旧的、经典的时空观呢？,1 伽利略变换、经典力学时空观力学相对性原理,物理学中将牛顿运动定律所适用的参考系称为惯性系。相对于某一惯性系作匀速直线运动的一切参考系，牛顿运动定律同样适用，因而也都是惯性系。这就是说，研究一个力学现象时，不论取哪一个惯性系，对这一现象基本规律的描述都一样。这就是经典力学的相对性原理，它还可以表述为：一切惯性系都是等价的。,经典力学的相对性原理要求：描

3、述力学基本规律的公式从一个惯性系换算到另一个惯性系时，形式必须保持不变。伽利略变换满足了这种换算关系。,一、伽利略变换 在一个坐标系中的某一事件要用四个坐标 x、y、z、t 来描述，称为时空坐标。设S系是惯性参照系，S系相对于S系沿X轴以速度 u 运动，开始时 O 和 O重合。现在，在两个坐标系中描述P点某事件的时空坐标分别为（x，y，z，t）和（x，y，z，t），它们之间满足如下关系：,u,上面两组方程分别称为伽利略变换及其逆变换。伽利略变换的矢量形式为：,二、经典力学时空观 棒长为 l，静止放在S系中。分别在S系和S系中测量其长度。S系中测得：,S系中测得：,A,B,由上面结果可见，在伽利

4、略变换下，一切惯性系中测得的长度都是相同的，即空间是绝对的,与参照系无关。设有两事件P1和P2，S系中的观察者测得两事件发生的时间为t1和t2，S系中的观察者测得两事件发生的时间为t1和t2，由伽利略变换有：,可见在两个参照系中时间和时间间隔也是相同的，即时间是绝对的，时间间隔也是绝对的，与参照系无关。因此我们得出结论：经典力学的时间和空间都是绝对的，它们毫不相关、相互独立。这样的时空观叫绝对时空观。,三、力学相对性原理,由伽利略变换导出速度变换法则,质点的加速度,即质点的加速度在伽利略变换下是不变量。,S系是惯性系，牛顿第二定律成立，即 F=m a 在经典力学中，m被认为是不变量，与参照系无

5、关，即 m=m 力F在伽利略变换下也是不变量，即 F F 而 a=a，故有 F=m a 牛顿第二定律在S系和S 系中具有相同的形式，或者说牛顿第二定律在伽利略变换下形式不变。同理，牛顿第一定律和第三定律在所有惯性系中都具有相同的形式，由牛顿定律推导出来的其它力学定律也必然在所有惯性系中都具有相同的形式。即在所有惯性系中力学定律都具有相同的形式，或者说在伽利略变换下形式不变，这一结论称为力学相对性原理,相对论,一、经典时空观的局限 由麦克斯韦的光的电磁波理论知道，光在真空中沿各个方向传播的速度都等于C=3108 m/s。如果光的传播定律在一个参照系中成立，那么从经典的速度变换公式可以看出，在对这

6、个参照系作匀速运动的惯性系里，光的传播定律就不再成立，沿各个方向的光速就不再相等，而是 了。照这样说来，在所有惯性系里，只有一个参照系光的传播定律成立，这个参照系可认为是一个“绝对静止”的参照系。何为“绝对静止”的参照系？当时人们认为光波是靠“以太”这种媒质传播的，“以太”必须绝对静止，这“以太”大概就是“绝对静止”的参照系。,2 迈克尔逊-莫雷实验,迈克尔逊莫雷实验,相对论,迈克尔逊莫雷实验,当时很多科学家都力图证实这个绝对静止 的参照系，而结果呢？大家费了九牛二虎之力，这种参照系却没有找到，却为相对论的产生提供了实验基础。这些实验都是一些电磁学方面的实验，其中最出名的是迈克尔逊-莫雷（Am

7、ichelson-Morley）实验。其实验大致思路是：光对以太的速度为C，地球在以太系中运动，依伽俐略速度变换：地球上测出的光速不是C而是另一值。,测得为：,测得为：,相对论,迈克尔逊莫雷实验,相对论,迈克尔逊莫雷实验,迈克尔逊干涉仪是通过干涉的办法通过干涉条纹的移动来测量光速的。但实验结果并没有看到预期的条纹移动。干涉仪是精度很高的仪器，这一结果只能得出光沿任何方向传播时光速都是一样的结论。这结果正于人们顺风骑自行车与顶风骑自行车时感觉到的风速是相同的一样。不合人们的逻辑，称之为实验的零结果。使人大吃一惊！,因为这意味着经典物理学出了问题，意味着绝对时间、绝对空间、伽利略变换等等都是有问题

8、。就像一朵乌云一样遮住了物理学晴朗的天空。,一部分人感到沮丧，我们顶礼模拜的牛顿定律尽然不灵了，这岂不是科学的毁灭吗!,“以太”观点带来的问题：,承认“以太”，即承认惯性系中，有一个惯性系地位特殊，因而最重要，但从牛顿力学是不可能找到这个惯性系的；,试图利用光学和电磁学的方法，测量真空中的光速来确定绝对参考系，但实验结果是否定的；,“以太”观点有一系列自相矛盾的假设，不易回避。,惯性系优越于非惯性系，绝对参考系优越于惯性系。尤其是后一优越极不自然，又没有实验验证。,“以太”观点的困难是无法克服的。我们知道，物理学的基本思想是：宇宙应有更简明的描述方法。,相对论,迈克尔逊莫雷实验,还有不少解释.

9、但总有矛盾的地方。这样一来物理学面临着一埸危机，对于经典物理的大厦，人们想扶起东墙却倒了西墙，想扶起西墙却倒了东墙。为什么会产生这样的现象呢？因为人们受着传统思想的束缚，仍抱着牛顿的时空观不放。抱着伽利略坐标变换不放。在这种情况下就看谁能冲破传统思想的束缚，就能在大量的实验事实面前创建新的理论。,正是他对任何一个看来无可非议的问题总要问一个为什么，如他对一米就是一米，一秒就是一秒也要产生怀疑，他说：“时间、空间，人们都说弄清了，不再研究，我从小就没有弄懂，长大以后就继续究。就研究出相对论”。正是这样一个人，1905年，年仅仅26岁的爱因斯坦提出了两条假设，创建了狭义相对论（1916年又发表了广

10、义相对论）。当然现在已不是什么假设，而是两条基本的原理。,是谁冲破了旧的传统的思想的束缚呢！,相对论,迈克尔逊莫雷实验,爱因斯坦（Albert Einstein 1879-1955）,一、爱因斯坦假设（1）相对性原理 在所有惯性系里，一切物理定律都具有相同的形式。这是力学相对性原理的推广。即在所有惯性系里，不但力学定律成立，而且电磁定律、光的定律、原子物理定律和其它物理定律都同样成立。爱因斯坦认为，相对性原理是自然界中一条普遍的原理，在任何惯性系里的任何物理现象都不能确定该惯性系是静止还是在作匀速直线运动。因此所谓“绝对参照系”是不存在的，当然也不存在什么“绝对运动”。,3 爱因斯坦假设、洛仑

11、兹变换,比如说有两个彼此相对作匀速直线运动的惯性参照系K和K系,力学规律,K系,K系,电学规律,.,.,这就是说：一切惯性系都是彼此彼此、半斤八两、谁 也不比谁特殊，一切惯性系都是平权的。这意味着不能通过本参照系的实验确定本参照系与其它参照系有什么不同。没有一个特殊地位的参照系，否定了绝对参照系的存在。当然要找到对电磁波的速度有特殊值的参照系是找不到的。,（2）光速不变原理 在一切惯性系里所测得的光在真空中沿各方向传播的速度都相等，都等于 c=3108 m/s，与光源和观察者的运动无关。,也就是说任何惯性系去测量光速都是C，与光源及参照系的运动无关。,如果不满足光速不变原理，因果关系将颠倒，可

12、是从来没有看到过这种现象。,X,这两条原理，爱因斯坦当初是作为科学假设提出来的，后被很多的实验所证实，而成为举世公认的科学原理。这两条原理只涉及惯性系，相对论的这部分内容称为狭义相对论，它们是狭义相对论的基础。由这两条原理，可以推出在相对作匀速直线运动的两个坐标系里时空的新的变换关系，这个变换称为洛仑兹变换。由洛仑兹变换在一定条件下 还可以得到伽利略变换。,注意：,A）惯性系；B）真空中（介质中的光速v=C/n）,2）不要认为狭义相对论是迈克尔逊-莫雷实验的直接结果，它是近半个世纪大量实验的总结；当然迈克尔逊-莫雷实验对确认狭义相对论有重要影响。,1）光速不变原理适用的条件,那么，对应狭义相对

13、论的坐标变换又是什么呢？,二、洛仑兹变换（Lorentz Transfomation）,设有惯性参照系K、K,若空间某点P发生一件事，其时空坐标为,所谓坐标变换就是要找出它们之间的关系。,（以后不加声明均指这种参照系）,爱因斯坦说：“建立一种新理论不是像毁掉一个旧的仓库，在那里建立起一个摩天大楼。它倒是像在爬山一样，愈是往上爬愈能得到新的更宽广的视野，并且愈能显示出我们的出发点与其周围广大地域之间的出乎意外的联系。但是，我们出发的地点还是在那里，还是可以看得见，不过显现得更小了，只成为我们克服种种阻碍后爬上山巅所得到的广大视野中的一个极小的部分而已。”,牛顿定理与伽利略变换毕竟是低速状态下客观

14、事物的反映，因此新变换必须在低速下，即,时，回到伽利略变换,下面看一看新的变换应是一个什么样的变换：先看X坐标的变换。,低速状态下的变换是“GT”,同样反变换也应是线性的,又由于任何参照系都是平权的，K系向K系变换，或K向K系变换应没有两样。故,又由于任何参照系都是平权的，K系向K系变换，或K向K系变换应没有两样。故,则由光速不变原理：,(3)式自乘、（4）式自乘：,因（5）式=（6）式,（4）式代入（7）式,即：,令：,（11）式代入（3）得：,.(12),因在Y和Z方向没有相对运动,故有;,下面再求时间的变换:,.(12),下面再求时间的变换,由(12)式:,.(12),或:,综合以上几式

15、得:,以上称为洛仑兹坐标变换.,由洛仑兹变换可见，在两坐标系中，时间和空间不再是相互独立的了，而是有着密切的联系而不可分割；时间也不再是相同的、绝对的了。,就是说伽利略变换是洛仑兹变换在低速时的近似公式。可见洛仑兹变换有更为普遍的意义。当 u c 时 为虚数，洛仑兹变换失去意义。所以任何物体的速度都不能大于光速 c，光速是速度的极限。,洛仑兹变换变成了伽利略变换：,当 时 此时，,本节从洛仑兹变换式出发，导出同时性的相对性、时间间隔的相对性（即“时间延迟”、“时钟变慢”）、空间的相对性（即“长度收缩”），说明狭义相对论时空观与经典力学时空观的主要区别。,4 狭义相对论的时空观,4.1 同时的相

16、对性,由于光速不变，在某一个惯性系中同时发生的两个事件，在另一相对它运动的其它惯性系中并不一定是同时发生的，这个结论称为“同时的相对性”。,爱因斯坦列车,在列车中部一光源发出光信号，在列车中 AB 两个接收器同时收到光信号,但在地面来看，由于光速不变，A 先收到，B 后收到。,4.3.2 时间的膨胀,从第二式中消去d，有,解得：,原时：在S系中同一地点先后发生的两个事件的时间间隔。,测时：在S系中记录下该两事件的时间间隔。,结论：测时大于原时，时间测量上的这种效应通常叫做时间膨胀效应。,4.3.3 长度的收缩,往返时间：,入射路程：,解得,反射路程：,解得,全程所用时间：,即,所以,解得：,原

17、长：在相对于观察者静止的参考系中测得的物体长度。,运动物体的长度小于原长，这种现象称为长度缩短效应。,当,运动物体长度收缩是同时性的相对性的直接结果。,地球上宏观物体最大速度103m/s，比光速小5个数量级，在这样的速度下长度收缩约10-10，故可忽略不计。,注意：长度收缩只发生在运动的方向上。,小结：狭义相对论的时空观,在牛顿力学中，时间是绝对的。两事件在惯性系 S 中观察是同时发生的，那么在另一惯性系S中观察也是同时发生的。狭义相对论则认为：这两个事件在惯性系S中观察是同时的，而在惯性系S观察就不会再是同时的了。这就是狭义相对论的同时相对性。,一、同时的相对性,同时的相对性可由洛仑兹变换式

18、求得：,设在惯性系 中，不同地点 和 同时发生两个事件，即,则，,以上说明同时性是相对的。,注意：,（1）发生在同一地点的两个事件，同时性是绝对的，只有对发生在不同地点的事件同时性才是相对的。,（2）只有对没有因果关系的各个事件之间，先后次序才有可能颠倒。,（3）在低速运动的情况下，,时得,二、长度缩短,在 系观察者同时测棒两端的坐标，棒长为两坐标的差。即,在 S 系中的观测者认为棒相对 S 系运动，测得长度应该为,利用洛仑兹变换式有,结论：L L（原长最长）从对物体有相对速度的参考系中所测得的沿速度方向的物体长度，总比与物体相对静止的参考系中测得的长度为短。,说明：相对论“尺缩效应”是相对论

19、的时空属性，和平常看到远处物体变小是两回事。,同长度不是绝对的一样，时间也不是绝对的。设在S系中一固定坐标处有一只静止的钟，记录在该处前后发生的两个事件，两事件的时间间隔为,而有 S 系中的钟所记录两事件的时间间隔为,由于 S以一定的速度运动。根据洛仑兹变换式有：,三、时间的膨胀,说明：（1）运动时钟的变慢完全是相对论的时空效应，与钟的具体结构和其他外界因素无关。,（2）运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的实验证明。,（原时最短）,四、两种时空观对照,空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系。,经典时空观：,相对论时空观：,1、时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质运动是不

20、可分割的。,2、不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现对方的钟走慢了。,3、不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现对方的“尺”缩短了。,4、光在任何惯性系中传播速度都等于 C，并且是任何物体运动速度的最高极限。,5、在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯性系中可能是不同时的。,在狭义相对论中讨论运动学问题的思路如下：1、确定两个作相对运动的惯性参照系；2、确定所讨论的两个事件；3、表示两个事件分别在两个参照系中的时空坐标或其时空间隔；4、用洛仑兹变换讨论。,小结,注意,原时一定是在某坐标系中同一地点发生的两个事件的时间间隔；原长一定是物体相对某参照系静止时两端的空间间隔。,按照爱因斯坦的

21、相对性原理，一切物理定律在所有惯性系 中都具有相同的形式，在洛仑兹变换下形式不变。对经典力学定律显然不能满足要求，这就需要对其加以改造，就产生了相对论力学。一、质量与速度的关系 在经典力学中，牛顿第二定律F=ma 中质量m是一常数，与速度无关。若在恒力作用下，恒定加速度将使物体速度趋于无穷大，这与光速是速度的极限相矛盾。而狭义相对论的主要推论之一是：物体的质量随其速度而变化。即 m=f（v），随着速度的增加，物体质量加大，使加速度减小，速度增加趋缓，最后以光速为极限。,6 相对论动力学基础,下面我们找出具体的质量和速度的关系：一个相对于S系静止的观察者向Y方向发射一粒子弹，穿进一块相对于S系静

22、止的木块中。深度由子弹在Y方向的动量决定。,在S系中看，S系相对于S系以速度u沿X方向运动，由于子弹是沿Y方向射入木块，故子弹射进木块的深度对两个坐标系都相同，因此可以断定子弹动量在Y向的分量在两个坐标系中数值相同。即 Py=mvy Py=mvy,所以有,（质、速关系式）,由洛仑兹速度变换：因为 vx=0,爱因斯坦指出：如果一个物体的质量m随其速度按公式 变化，则经典的动量原理仍然有效。,质、速关系式：,当 v c 时，m m0 此时物体质量可视为不变。如：v=3 104 m/s，静止质量为m0=1 kg的物体的质量变为：,（质量变化极小，可视为不变）,当物体高速运动时就不同了，如当电子的速度

23、为v=0.98c 时，电子质量为：,此时电子质量为静止质量的5倍。,由图可见，只有在物体的速度接近光速时质量增加才明显。,二、相对论力学的基本方程,以 v 运动的物体的动量为：牛顿第二定律的形式：,此即低速时的牛顿第二定律。,低速时 v c 时有 m=m0 则,三、质量和能量的关系,相对论动能,用力对粒子做功计算粒子动能的增量，并用EK表示粒子速率为v时的动能，则有,将,两边求微分:,即相对论动能公式。,则：,又回到了牛顿力学的动能公式。,当vc时:,质量和能量的关系,静止能量,动能,总能量,为粒子以速率v运动时的总能量,动能为总能和静能之差。,结论：一定的质量相应于一定的能量，二者的数值只相

24、差一个恒定的因子c2。,为相对论的质能关系式,核反应中：,反应前：,反应后：,静质量 m01 总动能EK1,静质量 m02 总动能EK2,能量守恒：,因此：,核反应中释放的能量相应于一定的质量亏损。,总静止质量的减小质量亏损,总动能增量,由质能关系式 E=m C2 可见，当物体能量改变时，就伴随有质量的改变，同样当物体质量改变时也伴随有能量的改变。即：E=m C2 必须指出能量和质量的相应改变，并不意味着二者可以相互转化，质量不可以转化为能量，能量也不可以转化为质量。,物体的动能等于物体的总能量和静止能量之差。,质量和能量是物质不可分割的属性，物质有质量同时也具有能量，质量是通过物体的惯性和万

25、有引力现象显示的，能量则是通过物质系统状态变化时对外作功、传热等形式显示的。虽然表现方式不同，但二者是密切相关的。质量、能量不能被创造，也不能被消灭。在一个封闭系统内，总质量和总能量永远是守恒的。在封闭系统内能量转化的同时也伴随着系统内质量的转化。这就是质能关系式所包含的深刻的物理含义。在一般变化过程中，质量的改变是很微小的。,例如：使 0.001 kg 的水从 273 k 升到 373 k，吸收的热量为 418.6 J，求其质量的增加量。解：,这样小的质量增加量是观察不出来的。但在原子核反应中，质量的改变就不能忽略了。,在轻元素（氢或重氢）原子核相互结合成较重的原子核（如氦）时，会发生质量的

26、减少，这时会有大量的能量释放；重元素（如铀）原子核分裂成两个中等轻重的原子核时也会发生质量的减少，也会有大量的能量释放，这就是原子核能。原子反应堆就是利用重核分裂释放能量的原理设计和建造的。足见狭义相对论的重要结论已经在生产技术上和人类生活中发生了深刻的影响。书例208页计算氢弹爆炸中核聚变反应所释放出的能量。氘和氚结合成氦时，质量减少，释放出能量。1 kg 汽油燃烧时释放的热能（由化学能转化而来）约为5107 J，它仅仅相当于 1 kg 汽油所具有的静止能量的20亿分之一。,五、动量和能量的关系 由质能关系式 动量表达式 两式消去 v 可得动量和能量的关系：,得：,上式两边同乘C2 得：,这

27、就是相对论中的动量和能量的关系式。,光子永远以光速运动着，没有静止质量和静止能量，但光子有运动质量、动量和能量，这是光子物质性的具体表现。光子的能量 E=p c=m c2 光子的运动质量：光子的动量：,因为光子有质量，所以光子经过一个大的星体旁时，会 受到星球的万有引力的作用而使光线弯曲。这一点已为天文观察所证实。因为光子有动量，所以当光照射到物体表面上时，会产生光压。这一点已由列别捷夫测出光压所证实。因为光子有能量，所以当光照射到金属表面上时，会有光电子跑出来。光照射的物体会发热，等等。,小结：相对论动力学基础,一、相对论力学的基本方程,牛顿力学动量：,（1）在洛氏变换下保持不变,这里的 m

28、 是不随物体运动状态而改变的恒量,相对论动量必须满足以下两个条件：,（2）在 的条件下，还原为牛顿力学的动量形式,1,0,P,相对论质量：,静止质量,由此得相对论动量,说明：,（1）在 时，,（2）当 时，即不论对物体加多大的力，也不可能再使它的速度增加。,（3）当 时，必须 即以光速运动的物体是没有静止质量的。,（4）相对论力学基本方程,上式方程满足相对性原理,在 的条件下：,二、质量与能量的关系,1、相对论动能,设一质点在变力作用下，由静止开始沿X轴作一维运动，根据动能定律：,上式表明：质点以速率 运动时所具有的能量，与质点静止时所具有的能量 之差，等于质点的相对论动能,在 的条件下：,2

29、、相对论总能量,质能关系式,说明：,（1）物体处于静止状态时，物体也蕴涵着相当可观的静能量。,（2）相对论中的质量不仅是惯性的量度，而且还是总能量的量度。,（3）如果一个系统的质量发生变化，能量必有相应的变化,（4）对一个孤立系统而言，总能量守恒，总质量也守恒,三、动量与能量的关系,在相对论中：,由以上两式消去 可得：,E,对于以光速运动的物体：,光子：,相对论简介,19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入，人们认识到了光的电磁本质我们已经知道，电磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论的出现 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律，而且

30、改变了我们对于时间和空间的认识，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑,如果在一个参考系中牛顿定律能够成立，这个参考系称作惯性参考系，牛顿运动定律不能成立的参考系则是非惯性参考系,在不同参考系中观察物体的运动情况,非惯性系和惯性系,非惯性系和惯性系,以车厢为参考系，当列车加速运行时，小球会相对于车厢加速向后运动,非惯性系和惯性系,加速运动的列车是个非惯性参考系,为了让牛顿定律在非惯性系中能够成立，引入惯性力,光滑表面,非惯性系和惯性系,牛顿第二定律的表达式,惯性力的定义式,“”号表示惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反,注意不要混淆,非惯性系和惯性系,以加速上升的电梯为参考系

31、，我们可以认为乘坐电梯的人除了受到重力的作用，还受到一个向下的惯性力，重力和惯性力的合力使人感受到了超重,21世纪，人类在空间站中长期生活，为了克服失重带来的不利影响，可以将空间站设计成一个大转轮，绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度，因此，以空间站为参考系，与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力，这就是所谓的人造重力,非惯性系和惯性系,惯性质量和引力质量,地面静止,加速飞行,引力和惯性力都可以使物体加速下落,引力质量,惯性质量,广义相对论简介,牛顿第二定律的表达式,惯性力的定义式,“”号表示惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反,注意不要混淆,“m”应该叫做惯性质量,惯性

32、质量和引力质量,事实上，到目前为止的一切实验研究都没有找到惯性质量和引力质量之间的差别，这向我们提示：加速运动的参考系和万有引力，二者之间可能存在某种深刻的联系,广义相对论简介,狭义相对论,广义相对论,不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的,任何参考系（包括非惯性系）中物理规律都是相同的,真空中的光速在不同惯性参考系中都是相等的,一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价,更进一步,等效原理,光速恒定,爱因斯坦相对性原理,广义相对性原理,广义相对论的两个基本原理可以得出一些意想不到的结论,广义相对论简介,广义相对论简介,在一个引力可以忽略的宇宙空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，船上的

33、观察者记录光的径迹是一条抛物线,半透明屏,光源,等效原理,物体的引力能使光线弯曲,假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大的物体，在它的引力场作用下，飞船内的物理过程受到影响,广义相对论简介,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，这是对相对论的最早证实,广义相对论简介,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,星体,无法观测,黑洞,宇宙中很可能存在黑洞，它不

34、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,时间间隔与引力场有关,引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别,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，引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢,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

35、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,时间间隔与引力场有关,引力场的存在使得空间不同位置的杆的长度出现了差别,地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，靠近边缘部位的杆的长度较短,圆盘上的人认为：引力势较低的位置，杆的长度越短,杆的长度与引力场有关,引力势由高到低变化,杆的长度与引力场有关,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,对于时空观的认识,物质本身的存在决定时空的性质,时空性质和物质的运动有关,狭义相对论,广义相对论,惯性系平权,所有参考系平权,时空观,光速恒定,等效原理,广义相对论与几何学,几何学反应的是人对空间关系的认识有史以来人们只在比较小的空间尺度中接触比较弱的引力场这种情况下空间的弯曲可以忽略，在此基础上人类发展了欧几里得几何学，它反映了平直空间的实际广义相对论告诉我们实际空间是弯曲的，因此描述实际空间的应该是更具有一般意义的非欧几何 作为非欧几何的特例，欧几里得几何学在它的适用范围内仍是正确的，还将继续发挥作用,完,