引力场的时空特性研究.pdfVIP

维普资讯 第 24卷 第 1期 邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报 Vb1．24 NO．1 2007年 2月 JournalofXingtaiPolytechnicCollege Feb．2oo7 引力场的时空特性研究 张 宁 (北京联合大学 信息技术研究所，北京 100101) 摘 要：引力场是一种矢量场，广义相对论对引力问题的描述是非常有效的。分析了广义相对论 中的等效原理和广义协变原理，讨论 了爱因斯坦引力场方程，研究了相对性原理、引力场中的 时间膨胀、长度收缩。 关键词：广义相对论；等效原理； 引力场；时间膨胀；长度收缩 中图分类号：O412，2 文献标识码：A 文章编号2007)0l—O00l—o4 爱因斯坦于1905年在 《物理学年签》上发表了“论运动物体的电动力学”这篇划时代的论文，宣告了 狭义相对论的诞生。在许多科学家还无法接受狭义相对论的时候，爱因斯坦又开始把相对论原理推广到 非惯性系中去，并在1913年提出了广义相对论的基本原理，即自然定律在任何参考系中都可以表示为相 同的数学形式，在一个小体积范围内的万有引力和某一加速系统中的惯性力相互等效。l【J按照这些原理， 爱因斯坦在1916年建立了广义相对论，把狭义相对论从惯性系推广到非惯性系，并把引力结合到其中， 建立起引力场理论。在引力场中，时间的测量发生了变化，空间标尺也发生改变，这些时空特性都涉及 到物理学的重大问题，值得进一步深入研究和探讨。 ． 一 、 引力场中的通量与散度 设质量为 的质点产生的引力场强为： 一 g 一-G=Mr0 (1) ： 一 一 其中G为万有引力常数， 则引力场的微分通量为 dcb=季·dg L 引入空间立体角的概念 ，则可得到引力场通量为 dtb=-GMd~~ (3) 对于闭合 曲面S， 如果将质量 包围在 内，则通过它的通量为 =一4nGM ，否则为零 。因此，通过闭 合 曲面 的通量为 ① =-4nGM (4) 另外，引力场的通量又可表示为： = 佧 ·dg=-4nGM (5) 由矢量场公式： ·击=II ·d j 可得到 喜·dg=I ·gay } 收稿 日期：2006．12．04 基金项 目：国家 “十五”教育科学重点立项课题 (编号：BIA010091．1．D03)。 作者简介：张宁 (1962．)，广东五华人。北京联合大学信息技术研究所教授，光学博士，光电子学博士后， 从事物理光学理论、光电子技术等方面的研究和教学。 l