廣義相對論是什麼,廣義相對論是什麼

時間 2022-10-05 04:10:51

1樓:匿名使用者

簡單地說,廣義相對論的兩個基本原理是:一,等效原理:引力與慣性力等效;二,廣義相對性原理: 等效原理

所有的物理定律在任何參考係中都取相同的形式。

等效原理

等效原理:分為弱等效原理和強等效原理,弱等效原理認為引力質量和慣性質量是等同的。強等效原理認為,兩個空間分別受到引力和與之等大的慣性力的作用,在這兩個空間中從事一切實驗,都將得出同樣的物理規律。

現在有不少學者在從事等效原理的論證研究,但是至少目前能夠做到的精度來看,未曾從實驗上證明等效原理是破缺的。

廣義相對性原理

廣義相對性原理:物理定律的形式在一切參考係都是不變的。   普通物理學(大學課本)中是這樣描述這兩個原理的:

  等效原理:在處於均勻的恆定引力場影響下的慣性系,所發生的一切物理現象,可以和乙個不受引力場影響的,但以恆定加速度運動的非慣性係內的物理現象完全相同。   廣義相對論的相對性原理:

所有非慣性係和有引力場存在的慣性系對於描述物理現象都是等價的。

編輯本段基本概念

廣義相對論是基於狹義相對論的。如果後者被證明是錯誤的,整個理論的大廈都將垮塌。

質量的兩種不同表述

為了理解廣義相對論,我們必須明確質量在經典力學中是如何定義的。   首先,讓我們思考一下質量在日常生活中代表什麼。「它是重量」?

事實上,我們認為質量是某種可稱量的東西,正如我們是這樣度量它的:我們把需要測出其質量的物體放在一架天平上。我們這樣做是利用了質量的什麼性質呢?

是地球和被測物體相互吸引的事實。這種質量被稱作「 小球落到正在加速的地板上和落到地球上

引力質量」。我們稱它為「引力的」是因為它決定了宇宙中所有星星和恆星的執行:地球和太陽間的引力質量驅使地球圍繞後者作近乎圓形的環繞運動。

  現在,試著在乙個平面上推你的汽車。你不能否認你的汽車強烈地反抗著你要給它的加速度。這是因為你的汽車有乙個非常大的質量。

移動輕的物體要比移動重的物體輕鬆。質量也可以用另一種方式定義:「它反抗加速度」。

這種質量被稱作「慣性質量」。   因此我們得出這個結論:我們可以用兩種方法度量質量。

要麼我們稱它的重量(非常簡單),要麼我們測量它對加速度的抵抗(使用牛頓定律)。   人們做了許多實驗以測量同一物體的慣性質量和引力質量。所有的實驗結果都得出同一結論:

慣性質量等於引力質量。   牛頓自己意識到這種質量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的。但他認為這一結果是一種簡單的巧合。

與此相反,愛因斯坦發現這種等同性中存在著一條取代牛頓理論的通道。   日常經驗驗證了這一等同性:兩個物體(一輕一重)會以相同的速度「下落」。

然而重的物體受到的地球引力比輕的大。那麼為什麼它不會「落」得更快呢?因為它對加速度的抵抗更強。

結論是,引力場中物體的加速度與其質量無關。伽利略是第乙個注意到此現象的人。重要的是你應該明白,引力場中所有的物體「以同一加速度下落」是(經典力學中)慣性質量和引力質量等同的結果。

  現在我們關注一下「下落」這個表述。物體「下落」是由於地球的引力質量產生了地球的引力場。兩個物體在所有相同的引力場中的加速度相同。

不論是月亮的還是太陽的, 光錐

它們以相同的比率被加速。這就是說它們的速度在每秒鐘內的增量相同。(加速度是速度每秒的增加值)

引力質量和慣性質量的等同性

愛因斯坦一直在尋找「引力質量與慣性質量相等」的解釋。為了這個目標,他作出了被稱作「等同原理」的第三假設。它說明:

如果乙個慣性系相對於乙個伽利略系被均勻地加速,那麼我們就可以通過引入相對於它的乙個均勻引力場而認為它(該慣性系)是靜止的。   讓我們來考查乙個慣性系k』,它有乙個相對於伽利略系的均勻加速運動。在k 和k』周圍有許多物體。

此物體相對於k是靜止的。因此這些物體相對於k』有乙個相同的加速運動。這個加速度對所有的物體都是相同的,並且與k』相對於k的加速度方向相反。

我們說過,在乙個引力場中所有物體的加速度的大小都是相同的,因此其效果等同於k』是靜止的並且存在乙個均勻的引力場。   因此如果我們確立等同原理,物體的兩種質量相等只是它的乙個簡單推論。 這就是為什麼(質量)等同是支援等同原理的乙個重要論據。

  通過假定k』靜止且引力場存在,我們將k』理解為乙個伽利略系,(這樣我們就可以)在其中研究力學規律。由此愛因斯坦確立了他的第四個原理。

編輯本段主要內容

愛因斯坦提出「等效原理」,即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質量與慣性質量的等價性上。根據等效原理,愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考係都是不變的。

物體的運動方程即該參考係中的測地線方程。測地線方程與物體自身固有性質無關,只取決於時空局域幾何性質。而引力正是時空局域幾何性質的表現。

物質質量的存在會造成時空的彎曲,在彎曲的時空中,物體仍然順著最短距離進行運動(即沿著測地線運動——在歐氏空間中即是直線運動),如地球在太陽造成的彎曲時空中的測地線運動,實際是繞著太陽轉,造成引力作用效應。正如在彎曲的地球表面上,如果以直線運動,實際是繞著地球表面的大圓走。   引力是時空局域幾何性質的表現。

雖然廣義相對論是愛因斯坦創立的,但是它的數學基礎的源頭可以追溯到歐氏幾何的公理和數個世紀以來為證明歐幾里德第五公設(即平行線永遠保持等距)所做的努力,這方面的努力在羅巴切夫斯基、bolyai、高斯的工作中到達了頂點:他們指出歐氏第五公設是不能用前四條公設證明的。非歐幾何的一般數學理論是由高斯的學生黎曼發展出來的。

所以也稱為黎曼幾何或曲面幾何,在愛因斯坦發展出廣義相對論之前,人們都認為非歐幾何是無法應用到真實世界 光波從乙個大質量物體表面出射頻率發生紅移

中來的。   在廣義相對論中,引力的作用被「幾何化」——即是說:狹義相對論的閔氏空間背景加上萬有引力的物理圖景在廣義相對論中變成了黎曼空間背景下不受力(假設沒有電磁等相互作用)的自由運動的物理圖景,其動力學方程與自身質量無關而成為測地線方程:

  而萬有引力定律也代之以愛因斯坦場方程:   r_uv-1/2*r*g_uv=κ*t_uv    (rμν-(1/2)gμνr=8gπtμν/(c*c*c*c) -gμν)   其中 g 為牛頓萬有引力常數   該方程是乙個以時空為自變數、以度規為因變數的帶有橢圓型約束的二階雙曲型偏微分方程。它以複雜而美妙著稱,但並不完美,計算時只能得到近似解。

最終人們得到了真正球面對稱的準確解——史瓦茲解。   加入宇宙學常數後的場方程為:   r_uv-1/2*r*g_uv+λ*g_uv=κ*t_uv

2樓:恰同學少年

研究引力場與運動、時空的關係的理論

廣義相對論是什麼?

廣義相對論是什麼 5

3樓:手機使用者

在開始閱讀本短文並了解廣義相對論的關鍵特點之前,我們必須假定一件事情:狹義相對論是正確的。這也就是說,廣義相對論是基於狹義相對論的。

如果後者被證明是錯誤的,整個理論的大廈都將垮塌。

為了理解廣義相對論,我們必須明確質量在經典力學中是如何定義的。

質量的兩種不同表述:

首先,讓我們思考一下質量在日常生活中代表什麼。「它是重量」?事實上,我們認為質量是某種可稱量的東西,正如我們是這樣度量它的:

我們把需要測出其質量的物體放在一架天平上。我們這樣做是利用了質量的什麼性質呢?是地球和被測物體相互吸引的事實。

這種質量被稱作「引力質量」。我們稱它為「引力的」是因為它決定了宇宙中所有星星和恆星的執行:地球和太陽間的引力質量驅使地球圍繞後者作近乎圓形的環繞運動。

現在,試著在乙個平面上推你的汽車。你不能否認你的汽車強烈地反抗著你要給它的加速度。這是因為你的汽車有乙個非常大的質量。

移動輕的物體要比移動重的物體輕鬆。質量也可以用另一種方式定義:「它反抗加速度」。

這種質量被稱作「慣性質量」。

因此我們得出這個結論:我們可以用兩種方法度量質量。要麼我們稱它的重量(非常簡單),要麼我們測量它對加速度的抵抗(使用牛頓定律)。

人們做了許多實驗以測量同一物體的慣性質量和引力質量。所有的實驗結果都得出同一結論:慣性質量等於引力質量。

牛頓自己意識到這種質量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的。但他認為這一結果是一種簡單的巧合。與此相反,愛因斯坦發現這種等同性中存在著一條取代牛頓理論的通道。

日常經驗驗證了這一等同性:兩個物體(一輕一重)會以相同的速度「下落」。然而重的物體受到的地球引力比輕的大。

那麼為什麼它不會「落」得更快呢?因為它對加速度的抵抗更強。結論是,引力場中物體的加速度與其質量無關。

伽利略是第乙個注意到此現象的人。重要的是你應該明白,引力場中所有的物體「以同一速度下落」是(經典力學中)慣性質量和引力質量等同的結果。

現在我們關注一下「下落」這個表述。物體「下落」是由於地球的引力質量產生了地球的引力場。兩個物體在所有相同的引力場中的速度相同。

不論是月亮的還是太陽的,它們以相同的比率被加速。這就是說它們的速度在每秒鐘內的增量相同。(加速度是速度每秒的增加值)

引力質量和慣性質量的等同性是愛因斯坦論據中的第三假設

愛因斯坦一直在尋找「引力質量與慣性質量相等」的解釋。為了這個目標,他作出了被稱作「等同原理」的第三假設。它說明:

如果乙個慣性系相對於乙個伽利略系被均勻地加速,那麼我們就可以通過引入相對於它的乙個均勻引力場而認為它(該慣性系)是靜止的。

讓我們來考查乙個慣性系k』,它有乙個相對於伽利略系的均勻加速運動。在k 和k』周圍有許多物體。此物體相對於k是靜止的。

因此這些物體相對於k』有乙個相同的加速運動。這個加速度對所有的物體都是相同的,並且與k』相對於k的加速度方向相反。我們說過,在乙個引力場中所有物體的加速度的大小都是相同的,因此其效果等同於k』是靜止的並且存在乙個均勻的引力場。

因此如果我們確立等同原理,兩個物體的質量相等只是它的乙個簡單推論。 這就是為什麼(質量)等同是支援等同原理的乙個重要論據。

通過假定k』靜止且引力場存在,我們將k』理解為乙個伽利略系,(這樣我們就可以)在其中研究力學規律。由此愛因斯坦確立了他的第四個原理。

什麼叫廣義相對論,什麼是廣義相對論

廣義相對論是愛因斯坦相對論的積分表達。相應的微分表達叫作狹義相對論。我們知道狹義相對論講的是速度與時間 距離之間的測量關係。前提是兩個慣性系之間的互相測量。但是宇宙中真正的慣性系幾乎不存在。就算是勻速直線運動的系統,也未必相對測量者是勻速直線運動的。如上圖 b相對於a點所在的系統是勻速直線運動的,但...

關於廣義相對論等效原理的問題,關於廣義相對論等效原理的乙個問題?

你的問題牽扯東西很多,我回答你會變形.但也許這個答案並不是你要問的效應的答案.即使僅考慮狹義相對論,在運動方向上也會變形,所以不考慮引力,也會變形.你說物體變形是因為上下距離導致引力大小不同,即你沒有考慮均勻引力場,而是實際的有心立場,那麼物體下落的任何瞬間,這個有心力場依然存在,同樣會造成變形.我...

廣義相對論廣在哪裡?狹義相對論狹在哪裡

我們可以就他們的英文作為了解,廣義相對論是general relativity,意思是全體的 大多數的相對論,而狹義相對論是special relativity,意為特殊的相對論,狹義相對論從空間上看是平直的,不考慮時空彎曲,即不考慮外界對參考係的力作用,或者說是討論的都是慣性系情況。但廣義相對論要...

廣義相對論和狹義相對論,究竟有什麼區別呢

其實這裡所說的相對論僅僅是狹義相對論,其中長度收縮僅僅是一種相對效應,也就是地面人看運動的物體,長度變短了,但是運動物體自己看自身,長度依然是沒變的,這就是長度的相對性.狹義相對論適用範圍僅僅是慣性系 也就是不受力的參考係 如果乙個參考係有加速度,就不是慣性系。不知道大家發現沒有,有了慣性系這個前提...

誰能通俗的說下 狹義相對論和廣義相對論 的意思 最好舉個例子

狹義相對論建立在光相對於任何慣性系,光速恆定 它告訴我們,質量 速度 時空都是相對的。牛頓只說速度是相對的。舉例 由於觀察者速度不同,考察同一光走的路,速度不同,路的長短不同,而光速對每個觀察者相同,因此,光走的時間不同,所以時間是相對的。廣義相對論說慣性力 引力,由此建立了數學公式,將慣性比成引力...