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1、第十五章第十五章 相对论简介相对论简介第四节第四节 广义相对论简介广义相对论简介2021/8/8 星期日1复复 习习一、狭义相对论的两点假设：一、狭义相对论的两点假设：1、狭义相对性原理、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的相同的2、光速不变原理、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。关系。2021/8/8 星期日2二、由狭义相对论推出的几个结论二、由狭义相对论推出的几个结论1 1、“同时同时”的相对性的
2、相对性2 2、动尺变短、动尺变短3 3、动钟变慢、动钟变慢4 4、速度变换公式、速度变换公式2021/8/8 星期日35 5、相对论质量、相对论质量6 6、质能方程、质能方程2021/8/8 星期日4阅读思考题阅读思考题1 1、狭义相对论遇到哪两个无法解决的问题？、狭义相对论遇到哪两个无法解决的问题？2 2、广义相对论的两个基本原理是什么？、广义相对论的两个基本原理是什么？与狭义相对论的两个假设有什么不同？与狭义相对论的两个假设有什么不同？3 3、根据广义相对论的两个基本原理可以导出、根据广义相对论的两个基本原理可以导出那些重要结论？那些重要结论？2021/8/8 星期日5一、超越狭义相对论的
3、思考一、超越狭义相对论的思考 爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：1、引力问题 万有引力定律无法纳入狭义相对论的理论框架；2、非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系，为什么惯性系具有这样的地位？狭义相对论无法解释 2021/8/8 星期日6二、广义相对性原理和等效原理二、广义相对性原理和等效原理1 1、广义相对性原理：、广义相对性原理：在任何参考系中，物理规律都是相同的。在任何参考系中，物理规律都是相同的。伽利略相对性原理伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系都是相同的力学规律在任何惯性系都是相同的爱因斯坦狭义相对性原理爱因斯坦狭义相对性原理(1905年年)在不同的惯性参考系中，一切物理
4、规律都有是相同的；在不同的惯性参考系中，一切物理规律都有是相同的；爱因斯坦广义相对论原理（爱因斯坦广义相对论原理（1916年）年）在任何参考系中在任何参考系中(包括非惯系）所有的物理规律都是相同的，称为包括非惯系）所有的物理规律都是相同的，称为广义相对性原理。广义相对性原理。逻逻辑辑形形式式逐逐渐渐简简约约2021/8/8 星期日72 2、等效原理：、等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。动的参考系等价。2021/8/8 星期日8 如果飞船做匀加速运动，在光向右传播的如果飞船做匀加速运动，在光向右传播的同时，飞的速度也在不断增大，因此船上观察
5、同时，飞的速度也在不断增大，因此船上观察者记录下的光的径迹是一条抛物线。者记录下的光的径迹是一条抛物线。三、广义相对论的几个结论三、广义相对论的几个结论1 1、物质的引力使光线发生弯曲、物质的引力使光线发生弯曲 如果飞船做匀速直线运动，船上观察者记如果飞船做匀速直线运动，船上观察者记录下的光的径迹是一条直线（虚线）录下的光的径迹是一条直线（虚线）飞船外观察者看到这束光飞船外观察者看到这束光是直线传播的（水平向右）是直线传播的（水平向右）2021/8/8 星期日9通常物体的引力场都太弱，通常物体的引力场都太弱，通常物体的引力场都太弱，通常物体的引力场都太弱，20202020世纪只能观测到太阳世纪
6、只能观测到太阳世纪只能观测到太阳世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲引力场引起的光线弯曲引力场引起的光线弯曲引力场引起的光线弯曲太阳太阳太阳太阳由于太阳引力由于太阳引力由于太阳引力由于太阳引力场的作用，我们有场的作用，我们有场的作用，我们有场的作用，我们有可能观测到太阳后可能观测到太阳后可能观测到太阳后可能观测到太阳后面的恒星，最好的面的恒星，最好的面的恒星，最好的面的恒星，最好的观测时间是发生日观测时间是发生日观测时间是发生日观测时间是发生日全食的时候全食的时候全食的时候全食的时候1919191919191919年年年年5 5 5 5月月月月29292929日，发生日全食，英国考察队分赴几
7、内亚湾日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾日，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，这是对广义相对论和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对广义相对论和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对广义相对论和巴西进行观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对广义相对论的最早证实的最早证实的最早证实的最早证实2021/8/8 星期日10透镜效应透镜效应 星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这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
8、效应种现象叫做引力透镜效应种现象叫做引力透镜效应种现象叫做引力透镜效应星体星体星体星体星体星体星体星体无无无无法法法法观观观观测测测测黑黑黑黑洞洞洞洞宇宙中很可能存在黑洞，宇宙中很可能存在黑洞，宇宙中很可能存在黑洞，宇宙中很可能存在黑洞，它不辐射电磁波，因此无法直它不辐射电磁波，因此无法直它不辐射电磁波，因此无法直它不辐射电磁波，因此无法直接观测，但是它的巨大质量和接观测，但是它的巨大质量和接观测，但是它的巨大质量和接观测，但是它的巨大质量和极小的体积使其附近产生极强极小的体积使其附近产生极强极小的体积使其附近产生极强极小的体积使其附近产生极强的引力场，引力透镜是探索黑的引力场，引力透镜是探索
9、黑的引力场，引力透镜是探索黑的引力场，引力透镜是探索黑洞的途径之一洞的途径之一洞的途径之一洞的途径之一2021/8/8 星期日112 2、引力场的存在使得空间不同位置的时间、引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别进程出现差别 对于高速转动的圆对于高速转动的圆对于高速转动的圆对于高速转动的圆盘，除了转动轴的位置外，盘，除了转动轴的位置外，盘，除了转动轴的位置外，盘，除了转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越各点都在做加速运动，越各点都在做加速运动，越各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，是靠近边缘，加速度越大，是靠近边缘，加速度越大，是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心方向指向盘
10、心方向指向盘心方向指向盘心 地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，地面上看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，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靠近边缘部位的时间进程较慢靠近边缘部位的时间进程较慢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，圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进靠
11、近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进靠近边缘的位置引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢程比较慢程比较慢程比较慢2021/8/8 星期日12各各类类星星体体对对比比宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫宇宙中有一类恒星，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原子在地球上发比较慢，哪里的发光的频率比同种的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光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红
12、移3 3、引力红移、引力红移2021/8/8 星期日13 由于物质的存在，实际空间并不是均匀由于物质的存在，实际空间并不是均匀的，空间发生了的，空间发生了“弯曲弯曲”：2021/8/8 星期日14狭义、广义相对论比较狭义、广义相对论比较狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论不同的惯性不同的惯性参考系中一参考系中一切物理规律切物理规律都是相同的都是相同的 任何参考系任何参考系（包括非惯性（包括非惯性系）中物理规系）中物理规律都是相同的律都是相同的真空中的光真空中的光速在不同惯速在不同惯性参考系中性参考系中都是相等的都是相等的 一个均匀的一个均匀的引力场与一个引力场与一个做匀加速运动做匀加速运动
13、的参考系等价的参考系等价更进一步更进一步等等效效原原理理光光速速恒恒定定爱因爱因斯坦斯坦相对相对性原性原理理广广义义相相对对性性原原理理2021/8/8 星期日15对于时空观的认识对于时空观的认识物质本身的存在决物质本身的存在决定时空的性质定时空的性质时空性质和物时空性质和物质的运动有关质的运动有关狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论惯性系平权惯性系平权所有参考系平权所有参考系平权时时空空观观光速恒定光速恒定等效原理等效原理2021/8/8 星期日16课题研究课题研究题目：题目：（一）爱因斯坦的贡献（一）爱因斯坦的贡献 （二）方兴未艾的宇宙学（二）方兴未艾的宇宙学 （三）有趣的相对论佯谬（
14、三）有趣的相对论佯谬 （四）黑洞的研究爱因斯坦与狭义相对论（四）黑洞的研究爱因斯坦与狭义相对论的建立的建立.组织：组织：小组（小组（2-32-3人）人）方案：方案：利用图书馆、互联网资源写一篇爱因斯利用图书馆、互联网资源写一篇爱因斯坦与狭义相对论建立的科普小文章坦与狭义相对论建立的科普小文章.要求：要求：文章的时间脉络清晰，无科学性错误文章的时间脉络清晰，无科学性错误.2021/8/8 星期日172021/8/8 星期日189、静夜四无邻，荒居旧业贫。2022/11/272022/11/27Sunday,November 27,202210、雨中黄叶树，灯下白头人。2022/11/272022
15、/11/272022/11/2711/27/2022 3:21:19 PM11、以我独沈久，愧君相见频。2022/11/272022/11/272022/11/27Nov-2227-Nov-2212、故人江海别，几度隔山川。2022/11/272022/11/272022/11/27Sunday,November 27,202213、乍见翻疑梦，相悲各问年。2022/11/272022/11/272022/11/272022/11/2711/27/202214、他乡生白发，旧国见青山。27 十一月 20222022/11/272022/11/272022/11/2715、比不了得就不比，得不到
16、的就不要。十一月 222022/11/272022/11/272022/11/2711/27/202216、行动出成果，工作出财富。2022/11/272022/11/2727 November 202217、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2022/11/272022/11/272022/11/272022/11/279、没有失败，只有暂时停止成功！。2022/11/272022/11/27Sunday,November 27,202210、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。2022/11/272022/11/272022/11/2711
17、/27/2022 3:21:19 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2022/11/272022/11/272022/11/27Nov-2227-Nov-2212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2022/11/272022/11/272022/11/27Sunday,November 27,202213、不知香积寺，数里入云峰。2022/11/272022/11/272022/11/272022/11/2711/27/202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。27 十一月 20222022/11/272022/11/272022/11/
18、2715、楚塞三湘接，荆门九派通。十一月 222022/11/272022/11/272022/11/2711/27/202216、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2022/11/272022/11/2727 November 202217、空山新雨后，天气晚来秋。2022/11/272022/11/272022/11/272022/11/279、杨柳散和风，青山澹吾虑。2022/11/272022/11/27Sunday,November 27,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2022/11/272022/11/272022/11/2711/27/2022 3:21:20
19、 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。2022/11/272022/11/272022/11/27Nov-2227-Nov-2212、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2022/11/272022/11/272022/11/27Sunday,November 27,202213、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。2022/11/272022/11/272022/11/272022/11/2711/27/202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。27 十一月 20222022/11/272022/11/272022/11/2715、最具挑战性的挑战莫过于提升自我
20、。十一月 222022/11/272022/11/272022/11/2711/27/202216、业余生活要有意义，不要越轨。2022/11/272022/11/2727 November 202217、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2022/11/272022/11/272022/11/272022/11/27MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉2021/8/8 星期日19