广义相对论一瞥I.ppt

地球附近的时空弯曲想像图 弯曲时空 人类认识上的飞跃 从潮汐现象到广义相对论 广义相对论一瞥 1.惯性的本质 和暗物质 2.弱等效原理 与 引潮力 强等效原理 与时空弯曲 广义相对论效应 黑洞简介 参考资料 赵凯华 罗蔚茵 新概念物理 力学 第八章 第6节 参考书 赵凯华 罗蔚茵编著 新概念力学十讲 四川教育出版社 2002年3月第一版 第九讲 第十讲 参考书 郑庆璋 崔世治编著 相对论与时空 山西科学技术出版社 1998年8月第一版 第四章至第五章 参考书 郑庆璋 崔世治 编著 广义相对论 基本教程 中山大学出版社 第三章至第五章 引 言 1905年，爱因斯坦建立狭义相对论。 1916年，爱因斯坦在格罗斯曼(Grossmann)协助下，运用张量分析和黎曼(Riemann)几何建立广义相对论。 1919年，爱丁顿(Eddington) 领导两个远征队，到非洲和 南美洲观测日全蝕，证实了 广义相对论关于光线在引力 场中走弯路的预言。 1960年以前，由于广义相对 论的效应一般都比较微弱，在 当时的技术条件下没有什么重 大的发现。 1960年以后，广义相对论对天文学上的许多重大发现的预言和解释都起了重大的作用。 研究对象 广义相对论的研究对 象是存在引力场、即“弯曲时空”中物质的运动规律及其相互作用的关系 。 基本原理 广义相对论认为一切参考系(坐标系)是平权的，运动定律都有相同的数学形式，不存在优越的惯性坐标系。 (广义相对性原理) 2.物质世界的时空性质，完全取决于运动着的物质，取决于物质所激发的引力场。在宇观领域中，引力效应上升为主导力量。 (等效原理) 伽利略的不朽功勋 惯性原理 伽利略的发现以及 他所用的科学推理方 法是人类思想史上最 伟大的成就之一，而 且标志着物理学的开 端。 ——A.Einstein 伽利略的思想实验 伽利略在《对话》中创立惯性定律和相对性原理，为哥白尼的地动说辩护。 牛顿的“绝对空间” 水桶实验    对绝对时空观的批判 同时代人——惠更斯、莱布尼兹等贝克莱(英国主教)都对牛顿的绝对时空观提出批判。 马赫提出: 设想把桶壁的厚度增大到几公里，甚至几十公里,这一怪桶的旋转将对桶内的水产生一个等效的惯性离心力作用。 惯性原理的历史背景 要给惯性原理以一个确切的意义，就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来. 这就是那个时代一位具有最高思能力和创造力的人所能发现的唯一道路. —A. Einstein 惯性原理的弱点 爱因斯坦指出：“惯性原理的弱点在于它含有循环的论证： 如果一个质量离开其他物体足够遥远, 它就作没有加速度的运动；而我们却又只能根据它运动时没有加速度的事实才知道它 离其他物体足够遥远”. —A. Einstein 循环的论证 我们把惯性原理在其中成立的参考系称为惯性系, 在惯性系中的匀速直线运动称为惯性运动. 惯性参考系 实验表明：在一个参考系中，只要某个物体符合惯性定律，则惯性定律将对其它物体成立。 定义：对某一特定物体，惯性定律成立的参考系为惯性系。 可见，惯性系反映了某种时空的特性，是时空中一个客观存在。 全局惯性系？ 地面参考系相对于地心参考系 a1=3×10-2 m/s2 地心参考系相对于日心参考系 a2=6×10-3 m/s2 日心参考系相对于银心参考系 a3=10-10 m/s2 如此类推，以整个宇宙中的物质为参照物，是否就是一个理想的惯性系？ 宇宙参考系（cosmological frame） 参照物——微波背景辐射1983年Lubin等人测得微波背景辐射谱。偶极各向异性 。按多普勒效应可求得地球相对于微波背景辐射运动的速度. 1996年地球相对于微波背景辐射运动的速度必威体育精装版数据：360km/s. 由此可进一步求得银河系相于微波背景辐射的速度： 600km/s. 微波背景辐射COBE （Cosmic Backgrou Explorer） 膨胀的宇宙 这是否意味着宇宙参考系是一个全局的惯性系呢？ 否！因为宇宙在膨胀，不相对静止. 以微波背景辐射为参照物的宇宙参考系