第四讲 广义相对论简介.ppt

2021/10/15 * 在无引力的地方 有一系列的走 时完全一样的钟 然后把它们分别放到引力场中 的各个时空点 称各地的标准钟 3、 标准时间 标准长度 无引力影响的时间和长度 标准钟 标准尺 在无引力的地方 有一系列的 完全一样的刚性微分尺 然后把它们分别放 到引力场中的各个时空点 称各地的标准尺 2021/10/15 * 远离引力场处 无限远处引力为0 平直空间 场各处引力不同 空间 时间各处不同 2021/10/15 * 4、引力场中的固有时与真实距离 S 系 -- 史瓦西场 S? 系 --瞬时静止在S系中确定时空点的局惯系 S0 系 -- 飞来局惯系 由无限远处沿径向 自由飞到史瓦西场确定的时空点 S S0 S? r 无限远 2021/10/15 * 原时 原长 S′ S?系中的一只标准钟 S0 系中先后与 C? 相遇的两只钟 系的确定时空点处的标准钟C?测得的是原时 设 S0 同样 在确定的时空点的标准尺测的是原长 2021/10/15 * 弱引力场牛顿近似 飞来惯性系S0到达 r 处的速度由下式定出 S′ v S0 2021/10/15 * 1) 爱因斯坦假设-- 钟和尺的性形只与速 度有关 与加速度无关 4) 时空与物质分布有关 r 处引力势 r处的固有时 r邻域的真实距离 2)双生子中谁年轻? 引力场愈强 钟愈慢 3)空间弯曲 引力场愈强 尺缩愈烈 讨论 2021/10/15 * 黑洞 对黑洞的预言是广义相对论的杰作 史瓦西半径（引力半径） 发现:在这个奇异的球面上发生一个物理过程, 从很远地方观察，则它的时间趋于无限长， 频率等于零，光速也变为零。 这个奇异球面对远处的观测者完全是黑的。 这种质量完全分布在引力半径内的体系称为黑洞。 Rs称为黑洞的视界 四、史瓦西场和黑洞 2021/10/15 * 如果引力源质量M很大 对应有关值 例 黑洞 视界半径 Black hole 无限缓慢 2021/10/15 * 史瓦西半径奇异球面将引力场分成两个部分: 1、球面上只存在物质和信息单向流动。 外部流向内部。 2、内部任何物体从外部看不到。 只有引力仍然作用在史瓦西半径以外。 黑洞:质量全部分布在史瓦西半径以内的物体。 事件的视界:史瓦西半径所规定的界面。 半径压缩到3000m以内 太阳 黑洞 半径压缩到0.01m以内 地球 黑洞 2021/10/15 * 谢 谢! THANK YOU! * 2021/10/15 * 公共选修课 现代物理概论 2021/10/15 * 第四讲 广义相对论简介 2021/10/15 * 2021/10/15 * 广义相对论简介 爱因斯坦的思考 1、非惯性系与惯性系 平权? 2、时空与物质 有关? 突破 (对惯性和引力的思考) 在引力场中,一个自由降落的参考系中， 人们无法感觉引力的存在! g 引力场中 2021/10/15 * 1 广义相对论的基本原理 一、等效原理 1、惯性质量与引力质量 实验表明 定义 称 该场点的引力强度 引力场 奇迹 2021/10/15 * 2、惯性力与引力 自由空间加速电梯 引力场中静止的电梯 爱因斯坦假想实验一 比较 考察 相对观察者静止的物体的运动 运动规律相同 但各自分析的原因不同 惯性力 引力 惯性力与引力的力学效应相同 2021/10/15 * 自由下降的参考系 等效 惯性系 引力场中某一时空 点自由下降电梯 远离引力场的自由空间 匀速运动的电梯 惯性力可以“抵消”引力 爱因斯坦假想实验二 结论: 2021/10/15 * 在引力场中的某一时空点自由下落的参考系 和惯性系等效 在这样两个参考系中得到的力学规律相同 远离引力 场的 自由空间 以该点的 引力强度 自由降落 ? 局域等效 ? 等效并非等同 结论 讨论 2021/10/15 * 又:引力场与加速度系统等效性说明 实验:宇航员放开手中小球。 结果:小球以g加速下落。 判断:(1)由于密封舱在太空（无引力作用）以a=g 加速向上所致。 （2）由于密封舱停在地面,小球受引力所致。 等效原理:一个均匀的引力场与一个匀加速运动的 非惯性系等效。 假设:在一个与外界隔绝的宇宙飞船中的密封舱内 2021/10/15 * 等效原理和广义相对性原理 等效原理:在一个相当小的时空范围内,不可能不可能通过实验来区分引力与