第六章相对论.ppt

Albert Einstein: Life Born in Ulm, Germany, 1879 Student at ETH Zurich, 1886-1900 Patent Clerk in Berne, Switzerland, 1902-09 Professor of Physics in Zurich, Prague and Berlin, 1909-33 Emigrated to United States, 1933 Died in Princeton, New Jersey, 1955 Albert Einstein: Life Four papers in Annalen der Physik (1905) Photoelectric effect Brownian motion Special Theory of Relativity Equivalence of Mass and Energy Papers on General Theory of Relativity Principle of Equivalence (1907) Deflection of starlight by the Sun (1911) Albert Einstein: Life Gravitational deflection of starlight observed (1919) Work on Unified Field Theory (1922) Awarded Nobel Prize for Photoelectric Effect (1922) 光速的测量 Galileo (1610): “experimentally instantaneous”. Descartes (1637): “must be instantaneous”. Roemer (1676): “is finite in speed”. Michelson and Morley (1887): “speed is independent of observer’s speed”. Present day value: c = 2× 108 m/s (? 3 × 108 m/s) 四.伽利略相对性原理的局限性 §5-6 广义相对论简介* 1) 惯性质量与引力质量相等 其中 m 反映物体产生和接受引力的性质：引力质量 其中 m’ 反映物体惯性的大小：惯性质量 地球以引力吸引石块而对其惯性质量毫无所知，地球的“召唤”力与引力质量有关，而石块“回答”的运动则与惯性质量有关。 ——爱因斯坦 落体实验 物体 A、B 在地球引力作用下自由下落， 计算物体对地球的加速度。 实验结果：在引力场中同一点，一切物体有相同的加速度 适当选取单位制： 证明引力质量与惯性质量相等的实验结果 实验者 伽利略 牛顿 厄阜等 迪克等 布拉金斯基等 年 代 1610 1680 1890-1915 1964 1971 实 验 落体 单摆 扭秤 扭秤 扭秤 2) 等效原理——揭示引力场与惯性力场的内在联系 小球在无引力场的加速参考系和有引力场的惯性系中的运动规律相同，无法区分。 结论：惯性力和引力等效； 惯性力场与同方向引力场 等效。 爱因斯坦理想实验之一 在封闭火箭中考查小球的运动 自由空间加速火箭 引力场中静止的火箭 惯性系 非惯性系 爱因斯坦理想实验之二 小球在无引力场的惯性系和有引力场的加速参考系中的运动规律相同，无法区分。 结论：惯性力和引力等效；惯性力场抵消反方向引力场。 无引力场的自由空间 匀速运动的升降机 惯性系 引力场中某一时空点 自由下落的升降机 g 非惯性系 局部惯性系：在小体积内，引力场可视为均匀，从而可通过参考系的加速运动消除其中各点的引力影响。这种在局部空间范围消去了引力场的参考系称为局部惯性系。例如在引力场中自由下落的升降机。 在一个局部惯性系中，引力的效应消失了，其中所有物理定律和在远离任何引力物体的真正的惯性系中一样。反过来说，一个在太空中加速的参考系中将会出现表观的引力，在这样的参考系中，物理定律就和该参考系静止在一个引力物体附近一样。 比较 自身无加速度 自身有加速度，但惯性力消除了引力影响 是理想参考系 能够实际操作，在局部范围实现 经典惯性系 局部惯性系 等效原理：对于一切物理过程，引力场与匀加速运动的参考系局部等效，即引力与惯性力局部等效。 或：在引力场中的任一时空点，总能建立一个自由下落的局部惯性系，其中狭义相对论确立的规律全部有效。 广义相对论 狭义相对论 无引力 二.广义相对论时空观 1. 非欧几何 欧氏