狭义相对论力学基础.ppt

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1、 special relativity special relativity第十二章第十二章 相对论简介相对论简介12.1 狭义相对论的历史背景狭义相对论的历史背景 力学的相对性原理力学的相对性原理 伽利略变换伽利略变换12.2 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 洛伦兹坐标变换洛伦兹坐标变换 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观12.3 相对论的速度变换相对论的速度变换12.4 狭义相对论质点动力学狭义相对论质点动力学 相对论的动量和能量相对论的动量和能量12.5_6_7 广义相对论简介广义相对论简介现代时空的创始人。现代时空的创始人。创立了狭义相对论、创立了狭义相对论、广义相对论；广义相

2、对论；帮助创立了量子力学。帮助创立了量子力学。最伟大的物理学家。最伟大的物理学家。马克思、弗洛伊德、爱因斯坦马克思、弗洛伊德、爱因斯坦人类现代最伟大的思想家。人类现代最伟大的思想家。爱因斯坦爱因斯坦:Einstein:Einstein。主要内容：主要内容：狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设 同时性的相对性同时性的相对性 洛仑兹变换式洛仑兹变换式 运动时钟变慢和长度缩短运动时钟变慢和长度缩短 洛仑兹速度变换洛仑兹速度变换 相对论性质量和动量相对论性质量和动量 相对论性能量相对论性能量 相对论性力和加速度间关系相对论性力和加速度间关系12.1 狭义相对论的历史背景狭义相对论的历史背景 力学的

3、相对性原理力学的相对性原理 伽利略变换伽利略变换一一.相对性和不变性相对性和不变性 从两个互有相对运动的参照系对同一事物的观察从两个互有相对运动的参照系对同一事物的观察结果不同，结果不同，或对同一物理量测量结果不同，或对同一物理量测量结果不同，称称事物或物理量的相对性事物或物理量的相对性。如果任何两个有相对运动的参照系中的观察者如果任何两个有相对运动的参照系中的观察者对于某一个物理量的测量结果总是一样，对于某一个物理量的测量结果总是一样，或对于某一物理定律的表述形式完全一样，或对于某一物理定律的表述形式完全一样，称这个称这个物理量或物理定律具有不变性物理量或物理定律具有不变性。二二.力学相对性

4、原理力学相对性原理在平静的水面匀速航行的船在平静的水面匀速航行的船在笔直的铁轨匀速行进的火车在笔直的铁轨匀速行进的火车 高空飞行的航班高空飞行的航班 描述力学现象的规律不随观察者所选用描述力学现象的规律不随观察者所选用的惯性系而变的惯性系而变,或者说或者说,在研究力学规律时一切惯性系在研究力学规律时一切惯性系都是都是 等价等价 的的,这称为这称为力学相对性原理，力学相对性原理，又称之为伽利略相对性原理。又称之为伽利略相对性原理。在两个惯性系中考察同一物理事件在两个惯性系中考察同一物理事件 设惯性系设惯性系S 和相对和相对S运动的惯性系运动的惯性系St时刻，物体到达时刻，物体到达P点点三三.伽利

5、略变换伽利略变换 Galilean transformation重合时，重合时，计时开始。计时开始。正变换正变换逆变换逆变换速度变换与加速度变换速度变换与加速度变换正正逆逆两个都是两个都是惯性系惯性系是恒量是恒量在两个惯性系中在两个惯性系中Newton Principle of relativity 在牛顿力学中在牛顿力学中力与参考系无关力与参考系无关 质量与运动无关质量与运动无关四四.牛顿的相对性原理牛顿的相对性原理宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同或或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变或或 牛顿力学规

6、律是伽利略不变式牛顿力学规律是伽利略不变式如：动量守恒定律如：动量守恒定律五五.经典力学的时空观经典力学的时空观-绝对时空观绝对时空观 在伽利略变换式中在伽利略变换式中t=t，从而，从而t=t，表明：，表明：在一切惯性参考系中，时间的量度是一致的。在一切惯性参考系中，时间的量度是一致的。同理，可知对同一物体长度的测量也与同理，可知对同一物体长度的测量也与参考系无关，即参考系无关，即L=L。在经典力学里，时间和空间是绝对的，在经典力学里，时间和空间是绝对的，相互独立的。相互独立的。绝对空间，就其本性而言，与外界任何绝对空间，就其本性而言，与外界任何事物无关，而永是相同的和不动的。事物无关，而永是

7、相同的和不动的。绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着，绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象无关地流逝着。无关地流逝着。首先思考以下几个的问题：首先思考以下几个的问题：1速度合成律中的问题速度合成律中的问题 体育课传球、打网球体育课传球、打网球 超新星爆发超新星爆发2电磁现象不服从伽利略相对性原理电磁现象不服从伽利略相对性原理 以太风实验的零结果以太风实验的零结果迈克耳逊迈克耳逊-莫雷实验莫雷实验3质量随速度增加质量随速度增加 镭发出的镭发出的射线荷质比与速度有关射线荷质比与速度有关12.1 12.1 狭义相对论的历史

8、背景狭义相对论的历史背景1 1速度合成律中的问题速度合成律中的问题 体育课传球、打网球体育课传球、打网球甲抓球在手中，乙看到球实际比甲晚甲抓球在手中，乙看到球实际比甲晚t=L/c;甲传球给乙，球速为甲传球给乙，球速为v，此时乙看到球实际比甲晚此时乙看到球实际比甲晚t=L/(c+v);显然，显然，t t。说明：乙先看到球出手，后看到甲传球动作。说明：乙先看到球出手，后看到甲传球动作。不可思议！不可思议！超新星爆发超新星爆发1731年英国天文爱好者在南方天空发现年英国天文爱好者在南方天空发现“蟹状星云蟹状星云”。后来观测表明：后来观测表明：这只螃蟹在膨胀，膨胀速率为每年这只螃蟹在膨胀，膨胀速率为每

9、年0.21。到到1920年，它的半径达到年，它的半径达到180。推算一下，其开始膨胀的时刻应是在推算一下，其开始膨胀的时刻应是在860年前，年前，即公元即公元1060年左右。年左右。人们相信：蟹状星云是在人们相信：蟹状星云是在900年前的一次超新星爆发年前的一次超新星爆发中抛射出来的气体壳层。中抛射出来的气体壳层。宋朝宋要会记载：宋朝宋要会记载：嘉佑元年嘉佑元年(1056年年)三月，司天监言，客星没，三月，司天监言，客星没，客去之兆也。初，至元和元年客去之兆也。初，至元和元年(1054年）五月晨出年）五月晨出东方，守天关。昼见如太白，芒角四出，色赤白，东方，守天关。昼见如太白，芒角四出，色赤白

10、，凡见二十三日。凡见二十三日。A:c+v,t=L/(c+v);B:c,t=L/c.L=5000光年光年,v=1500km/s,t比比t短短25年，而不是历史记载的年，而不是历史记载的2年。年。表明：关于光的速度的叠加失效！表明：关于光的速度的叠加失效！2.2.伽利略变换的失效伽利略变换的失效1)1)电磁场方程组不服从伽利略变换电磁场方程组不服从伽利略变换;2)2)菲索流水实验菲索流水实验经典速度叠加失效经典速度叠加失效3)3)迈克耳逊迈克耳逊-莫雷实验的莫雷实验的“0”结果结果以太不存在以太不存在3.3.高速运动的粒子的质量和发光光速高速运动的粒子的质量和发光光速;19641964196619

11、66年，年，CERN-CERN-欧洲核子中心，同步欧洲核子中心，同步加速器产生的加速器产生的0 0介子以的高速飞行，介子以的高速飞行，在飞行中衰变，辐射出光子，测得光速依然是在飞行中衰变，辐射出光子，测得光速依然是c c。一一.爱因斯坦的狭义相对论基本假设爱因斯坦的狭义相对论基本假设1.1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同 -相对性原理相对性原理2.2.光在真空中的速度与发射体的运动状态无关光在真空中的速度与发射体的运动状态无关 光速不变原理光速不变原理 Einstein 的相对性理论的相对性理论 是是 Newton理论的发展理论的发展讨论讨论一切物一切物理

12、规律理规律力学力学规律规律12.2 12.2 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式 光速不变与伽利略变换光速不变与伽利略变换与伽利略的速度相加原理针锋相对与伽利略的速度相加原理针锋相对 观念上的变革观念上的变革牛顿力学牛顿力学革命性革命性时间标度时间标度长度标度长度标度质量的测量质量的测量与参考系无关与参考系无关速度与参考系有关速度与参考系有关(相对性相对性)狭义相对狭义相对论力学论力学长度长度 时间时间 质量质量与参考系有关与参考系有关光速不变光速不变(相对性相对性)同时发出闪光同时发出闪光经一段时间经一段时间 光传到光传到 P P点点事件事件1.1.洛仑兹变换的导

13、出洛仑兹变换的导出寻找寻找重合重合两个参考系中两个参考系中相应的坐标值相应的坐标值之间的关系之间的关系二二.洛仑兹变换洛仑兹变换Lorentz transformation由光速不变原理：由光速不变原理：由发展的观点：由发展的观点：狭义狭义牛顿力学牛顿力学有有情况下情况下由客观事实是确定的由客观事实是确定的 且空间均匀各向同性：且空间均匀各向同性：与与下面的任务是下面的任务是 根据上述四式根据上述四式 利用比较利用比较系数法系数法 确定系数确定系数的关系是的关系是设一事件在设一事件在S系中于系中于t时刻时刻发生在发生在O点，即点，即x=0。但在但在S系中观察为该事件系中观察为该事件发生在发生在

14、x=ut处，处，即即 x+ut=0。说明该事件的两观测值说明该事件的两观测值x与（与（x+ut）必成比率，）必成比率，即即 x=k(x+ut)。同样地，对于在同样地，对于在S系中系中O点于点于t时刻发生的事件，时刻发生的事件，其其x=0。但在。但在S系中观察为该事件发生在系中观察为该事件发生在x=ut处，处，即即 xut=0 。说明该事件的两观测值说明该事件的两观测值x与（与（xut）必成比率，）必成比率，即有即有 x=k(xut)。由上述分析可知，对于任意一事件，有由上述分析可知，对于任意一事件，有x=k(x+ut)以及以及x=k(xut)再由相对性原理可知，两参照系是等价的，再由相对性原理

15、可知，两参照系是等价的，故变换系数故变换系数 k=k于是于是 x x=k2(x+ut)(xut)设当设当OO重合时，沿重合时，沿X(X)轴发出一闪光，轴发出一闪光，在在S系中测得系中测得t时刻，闪光到达时刻，闪光到达 x=ct；同样在同样在S系中测得系中测得t时刻，闪光到达时刻，闪光到达 x=ct；将将x=ct和和x=ct代入前式，代入前式，于是于是有有 c2tt=k2(c-u)t(c+u)t,从而解得：从而解得：总结：洛伦兹坐标变换式总结：洛伦兹坐标变换式令令则则正变换正变换逆变换逆变换正变换正变换与与时空坐标时空坐标伽利略变换伽利略变换发展发展 0.0.时间测量的定义和校准时间测量的定义和

16、校准三三.洛仑兹变换蕴含的时空观洛仑兹变换蕴含的时空观(一一)时间的测量：时间的测量：在同一地点测量时间，在同一地点测量时间，即即“看看”当地的钟。当地的钟。时钟的校准：将所有的时钟放在一起，时钟的校准：将所有的时钟放在一起，进行校准，进行校准，然后再非常缓慢地搬运到测量地方。然后再非常缓慢地搬运到测量地方。光脉冲校准：在两个时钟连线的中点处放置光脉冲校准：在两个时钟连线的中点处放置 一个光脉冲仪，约定当两个时钟收到一个光脉冲仪，约定当两个时钟收到 光脉冲时，开始置零。光脉冲时，开始置零。一个参照系可以校准所有的时钟，有统一时间基准。一个参照系可以校准所有的时钟，有统一时间基准。1.1.由洛仑

17、兹变换看同时性的相对性由洛仑兹变换看同时性的相对性事件事件1 1事件事件2 2两事件同时发生两事件同时发生？三三.洛仑兹变换蕴含的时空观洛仑兹变换蕴含的时空观(一一)若若则则不同地的同时，不同时。不同地的同时，不同时。若若则则同地的同时，同时。同地的同时，同时。比如：两物体的碰撞。比如：两物体的碰撞。1.2 1.2 时序问题因果关系能否颠倒？时序问题因果关系能否颠倒？事件事件1 1出生出生事件事件2 2死亡死亡出生是因，死亡是果出生是因，死亡是果？任何传递信息或能量的速度都不可能大于光速，任何传递信息或能量的速度都不可能大于光速，所以具有因果的两事件，时序不会颠倒；所以具有因果的两事件，时序不

18、会颠倒；但是，对两个独立事件，时序可颠倒！为什么？但是，对两个独立事件，时序可颠倒！为什么？三三.狭义相对论的时空观（二）狭义相对论的时空观（二）1.同时的相对性同时的相对性 Relativity of simultaneity -光速不变原理的直接结果光速不变原理的直接结果 以爱因斯坦火车为例以爱因斯坦火车为例 Einstein train采用测量的观点来确定事件发生的时空坐标采用测量的观点来确定事件发生的时空坐标（1）事件）事件 时空坐标时空坐标（2）同步钟）同步钟 synchronized clocksEinstein trainEinstein train地面参考系地面参考系在火车上在

19、火车上分别放置信号接收器分别放置信号接收器发一光信号发一光信号中点中点放置光信号发生器放置光信号发生器实验装置实验装置站台上站台上 有一个观察者有一个观察者M研究的问题研究的问题两事件发生的时间间隔两事件发生的时间间隔发一光信号发一光信号事件事件1 1接收到闪光接收到闪光事件事件2 2接收到闪光接收到闪光发出的闪光发出的闪光 光速为光速为同时接收到光信号同时接收到光信号？事件事件1 1、事件、事件2 2 同时发生同时发生事件事件1 1、事件、事件2 2 不同时发生不同时发生事件事件1 1先发生先发生处闪光处闪光 光速也为光速也为系中的观察者又系中的观察者又如何看呢？如何看呢？同时性的相对性是光

20、速不变原理的直接结果同时性的相对性是光速不变原理的直接结果 相对效应相对效应 当速度远远小于当速度远远小于 c 时，两个惯性系结果相同时，两个惯性系结果相同随随运动运动迎着光迎着光 比比 早接收到光早接收到光讨论讨论原因：两者承认光速都是原因：两者承认光速都是c c，但光通过的距离不一样！但光通过的距离不一样！考察一只钟考察一只钟在研究一个物理过程的时间间隔中在研究一个物理过程的时间间隔中在某系中，同一地点先后发生的两个事件的在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔时间间隔(同一只钟测量同一只钟测量)固有时间固有时间 ，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间与另一系中，在两个地点的这两

21、个事件的时间间隔间隔(两只钟分别测量两只钟分别测量)两地时间的关系。两地时间的关系。研究的问题是：研究的问题是：time dilation 运动时钟变慢运动时钟变慢 2.2.时间膨胀时间膨胀（1 1）固有时原时间）固有时原时间 Proper time Proper time（2 2）原时最短）原时最短 时间膨胀时间膨胀在某一参考系中，同一地点先后发生的两个在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔叫固有时原时间。事件的时间间隔叫固有时原时间。考察考察中的一只钟中的一只钟两事件发生在同一地点两事件发生在同一地点运动时两地时运动时两地时固有时原时间固有时原时间由洛仑兹逆变换由洛仑兹逆变换

22、原时最短原时最短 1 1给一个具体实例：给一个具体实例：运动时钟变慢效应运动时钟变慢效应火车上放置一个光脉冲钟，火车相对地面运动，火车上放置一个光脉冲钟，火车相对地面运动，火车上观察者：光脉冲上下反射来计时。火车上观察者：光脉冲上下反射来计时。地面上观察者：光脉冲沿折线向前反射。地面上观察者：光脉冲沿折线向前反射。运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征 原时间原时间 固有时固有时 最短最短 双生子效应双生子效应 包含广义相对论效应。包含广义相对论效应。讨论讨论例：我国宇航员杨利伟乘坐神舟五号飞船例：我国宇航员杨利伟乘坐神舟五号飞船 绕地球飞行了绕地球飞行了21

23、小时小时(飞船上的时间飞船上的时间)。如果不计广义相对论效应，只考虑狭义如果不计广义相对论效应，只考虑狭义 相对论效应，相对论效应，且以第一宇宙速度飞行，且以第一宇宙速度飞行，试计算杨利伟试计算杨利伟 比在地球上年轻了多少秒？比在地球上年轻了多少秒？解：解：例：例：介子以高速飞行，飞行距离介子以高速飞行，飞行距离实验室测得为，而实验室测得为，而介子的介子的固有寿命为固有寿命为:2.610-8s.1.用经典时空观分析用经典时空观分析;2.用相对论分析。用相对论分析。解：解：1.2.2 实验室观察，介子的平均寿命为：实验室观察，介子的平均寿命为：length contractionlength c

24、ontraction对运动长度的测量问题对运动长度的测量问题怎么测？怎么测？同时测同时测（1 1）固有长度原长，静长）固有长度原长，静长棒静止时测得的它的长度棒静止时测得的它的长度也称静长，或固有长度也称静长，或固有长度棒静止在棒静止在系中系中静长静长3.3.长度收缩长度收缩棒静止在棒静止在系中系中静长静长棒以极高的速度相对棒以极高的速度相对S S系运动系运动S S系测得棒的长度值是什么呢？系测得棒的长度值是什么呢？事件事件1 1：测棒的左端：测棒的左端事件事件2 2：测棒的右端：测棒的右端同时测的条件是必要的同时测的条件是必要的相应的时空坐标相应的时空坐标事件事件1 1：测棒的左端：测棒的左

25、端事件事件2 2：测棒的右端：测棒的右端2.2.原长最长原长最长 由洛仑兹变换由洛仑兹变换 相对效应相对效应 纵向效应纵向效应 在低速下在低速下 伽利略变换伽利略变换 同时性的相对性的直接结果同时性的相对性的直接结果讨论讨论四四.时空不变量时空不变量洛仑兹不变量洛仑兹不变量例：例：介子以高速飞行，飞行距离介子以高速飞行，飞行距离实验室测得为，而实验室测得为，而介子的介子的固有寿命为固有寿命为:2.610-8s.1.用经典时空观分析用经典时空观分析;2.用相对论分析。用相对论分析。解：解：1.2.2 实验室观察，介子的平均寿命为：实验室观察，介子的平均寿命为：2.3 采用介子参考系来观察，介子在

26、实验室采用介子参考系来观察，介子在实验室 飞行的距离，在介子看来此距离为：飞行的距离，在介子看来此距离为：由洛仑兹由洛仑兹坐标变换坐标变换上面两式之比上面两式之比定义定义12.3 12.3 相对论的速度变换相对论的速度变换由洛仑兹变换知由洛仑兹变换知由上两式得由上两式得同样得同样得洛仑兹速度变换式洛仑兹速度变换式逆变换逆变换正变换正变换例：设想一飞船以例：设想一飞船以c 的速度在地球上空飞行，的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体 相对飞船速度为相对飞船速度为c 。问：从地面上看，物体速度多大？问：从地面上看，物体速度多大？解

27、：解：选飞船参考系为选飞船参考系为系系地面参考系为地面参考系为系系 狭义相对论动力学基础狭义相对论动力学基础高速运动时动力学概念如何？高速运动时动力学概念如何？基本出发点：基本出发点：基本规律在洛仑兹变换下形式不变；基本规律在洛仑兹变换下形式不变；低速时回到牛顿力学低速时回到牛顿力学时空不变量时空不变量洛仑兹不变量洛仑兹不变量时空不变量时空不变量 洛仑兹不变量洛仑兹不变量设设再设所谓时空间隔再设所谓时空间隔时空间隔是洛伦兹不变量，时空间隔是洛伦兹不变量，四维时空坐标变换满足洛伦兹变换。四维时空坐标变换满足洛伦兹变换。令令则则任务：任务：寻找具有不变量的寻找具有不变量的四维矢量，四维矢量，则它们

28、的变换则它们的变换由该由该44矩阵确定。矩阵确定。由于原时间由于原时间d不变不变,定义四维速度：定义四维速度：由于静质量不变由于静质量不变,定义四维动量：定义四维动量：定义相对论的质量：定义相对论的质量：相对论的质速关系相对论的质速关系动量依然写成：动量依然写成：第四维的动量：第四维的动量：相对论的质能关系相对论的质能关系一一.质量和动量质量和动量1.1.力与动量力与动量状态量状态量合理合理合理合理2.2.质量的表达质量的表达猜想形式？猜想形式？持续作用持续作用持续持续但但 的上限是的上限是 c随速率增大而增大随速率增大而增大要求要求12.4 12.4 狭义相对论质点动力学狭义相对论质点动力学

29、相对论的动量和能量相对论的动量和能量实验和理论证明实验和理论证明讨论讨论 合理性合理性 特殊情况下，理论证明特殊情况下，理论证明 最终由实验证明最终由实验证明(即将说明即将说明)由于空间的各向同性由于空间的各向同性 m与速度方向无关与速度方向无关 00 分析：分析：圆周运动圆周运动实验验证实验验证 与与 关系的理论基础关系的理论基础19081908年德国布歇勒做出了质量与速度的关系年德国布歇勒做出了质量与速度的关系有力地支持了相对论有力地支持了相对论产生均匀磁场的线圈产生均匀磁场的线圈-镭源镭源产生均匀电场的平行板电容器产生均匀电场的平行板电容器-感光底感光底片片实验物理学实验物理学家是伟大的

30、家是伟大的实验装置实验装置1.1.相对论动能相对论动能由由三三.相对论性能量相对论性能量动能定理应该是合理的动能定理应该是合理的设计质点从静止，通过力作功，使动能增加。设计质点从静止，通过力作功，使动能增加。讨论讨论合理否？合理否？损失的能量转换成静能损失的能量转换成静能3.3.相对论的动量能量关系式相对论的动量能量关系式由由两边平方得两边平方得光子光子又又*相对论动量能量变换相对论动量能量变换？用类比方用类比方法推导法推导 由由E PE P关系关系即即说明说明是洛仑兹不变量是洛仑兹不变量 由由E P关系关系是洛仑兹不变量是洛仑兹不变量 由时空变换由时空变换是洛仑兹不变量是洛仑兹不变量 对比相

31、对比相应的量应的量即即等等类比类比 洛仑兹坐标洛仑兹坐标 变换变换得出得出 动量动量 能量能量 变换变换等等类比类比*12-6 12-6 广义相对论简介广义相对论简介广义相对论简介广义相对论简介 狭义相对论认为：在所有惯性坐标系中，物理狭义相对论认为：在所有惯性坐标系中，物理学定律都具有相同的表达式。在非惯性系中，物理学定律都具有相同的表达式。在非惯性系中，物理规律又将如何呢？规律又将如何呢？爱因斯坦从非惯性系入手，研究与认识了等效爱因斯坦从非惯性系入手，研究与认识了等效原理，进而建立了研究引力本质和时空理论的广义原理，进而建立了研究引力本质和时空理论的广义相对论。相对论。广义相对论的等效原理

32、广义相对论的等效原理 一观测者在火箭舱里做自由落体实验。一观测者在火箭舱里做自由落体实验。在在(b)(b)中火箭静止在地面惯性系上，他将看到中火箭静止在地面惯性系上，他将看到质点因引力作用而自由下落；质点因引力作用而自由下落；广义相对论力学的等效原理广义相对论力学的等效原理 在在(a)(a)中火箭不受引力作用而孤立，质点静止，中火箭不受引力作用而孤立，质点静止，但当火箭突然获得一定的向上的加速度（非惯性系）但当火箭突然获得一定的向上的加速度（非惯性系），观测者将观测到和（，观测者将观测到和（b b）中完全相同的自由落体）中完全相同的自由落体运动。运动。如果不知舱外情况，此该观测者无法判断自己如

33、果不知舱外情况，此该观测者无法判断自己究竟是在自由空间相对于恒星做加速运动呢还是静究竟是在自由空间相对于恒星做加速运动呢还是静止在引力场中！因为惯性质量相等。止在引力场中！因为惯性质量相等。等效原理：等效原理：在处于均匀的恒定引力场影响下的在处于均匀的恒定引力场影响下的惯性系中，所发生的一切物理现象，可以和一个不惯性系中，所发生的一切物理现象，可以和一个不受引力影响，但以恒定加速度运动的非惯性系内的受引力影响，但以恒定加速度运动的非惯性系内的物理现象完全相同。物理现象完全相同。广义相对论的等效原理广义相对论的等效原理 爱因斯坦据此把相对性原理推广到非惯性系得到爱因斯坦据此把相对性原理推广到非惯

34、性系得到广义相对论相对性原理广义相对论相对性原理：物理定律在非惯性系中，可以和局部惯性系中完物理定律在非惯性系中，可以和局部惯性系中完全相同，但在局部惯性系中要有引力存在，或者说，全相同，但在局部惯性系中要有引力存在，或者说，所有非惯性系和所有引力场存在的惯性系对于描述物所有非惯性系和所有引力场存在的惯性系对于描述物理现象都是等价的。理现象都是等价的。在非均匀引力场中，其中一点所在的局部可看作在非均匀引力场中，其中一点所在的局部可看作惯性系，叫惯性系，叫局部惯性系局部惯性系。许多局部惯性系间有相对速。许多局部惯性系间有相对速度，可应用狭义相对论结果。度，可应用狭义相对论结果。广广义义相相对对论

35、论考考虑虑了了引引力力场场的的作作用用，因因而而认认识识物物质质、时时间间、空空间间的的关关系系比比经经典典物物理理更更为为复复杂杂。广广义义相相对对论论证证明明：引引力力场场越越强强的的地地方方，时时钟钟走走的的越越慢慢。从此预测了光谱线的红移；从此预测了光谱线的红移；光光线线经经过过质质量量较较大大的的物物体体，受受其其引引力力场场影影响响，应向该物体方向偏转。应向该物体方向偏转。光线经过太阳附近，偏转光线经过太阳附近，偏转太阳地球地球1.75 水星在近日点的进动。水星在近日点的进动。水星的轨道不是严格闭合的。水星的轨道不是严格闭合的。从从牛牛顿顿力力学学可可得得到到解解释释但但计计算算值

36、值比比观观测测值值每每世纪世纪 5600.73 的进动少的进动少43.11 。从从广广义义相相对对论论出出发发，考考虑虑时时空空弯弯曲曲，就就能能得得到到43.03 的附加值。的附加值。相相对对论论是是关关于于时时间间、空空间间和和引引力力的的现现代代物物理理理论，在整个物理学史上具有深远意义。理论，在整个物理学史上具有深远意义。水星在近日点的进动。水星在近日点的进动。水星的轨道不是严格闭合的。水星的轨道不是严格闭合的。从从牛牛顿顿力力学学可可得得到到解解释释但但计计算算值值比比观观测测值值每每世纪世纪 5600.73 的进动少的进动少43.11 。从从广广义义相相对对论论出出发发，考考虑虑时时空空弯弯曲曲，就就能能得得到到43.03 的附加值。的附加值。相相对对论论是是关关于于时时间间、空空间间和和引引力力的的现现代代物物理理理论，在整个物理学史上具有深远意义。理论，在整个物理学史上具有深远意义。