1、第十五章 相對論簡介第四節(jié) 廣義相對論簡介2022/7/27教學(xué)目標 知識與技能：（1）了解廣義相對論基本原理 廣義相對性原理和等效原理（2）廣義相對論主要結(jié)論 物質(zhì)的引力使光線彎曲和強引力場附近的時間進程會變慢（3）介紹廣義相對論的實驗驗證過程與方法：（1）了解愛因斯坦思考和推演廣義相對論思維過程情感態(tài)度和價值觀：（1）體會在宇宙中人類的渺小和科學(xué)的巨大力量 教學(xué)重點、難點 ：1、廣義相對性原理和等效原理2、廣義相對論的主要結(jié)論：引力使光線彎曲和強引力場附近的時間進程會變慢復(fù) 習(xí)一、狹義相對論的兩點假設(shè)：1、狹義相對性原理 在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的2、光速不變原理 真空中的

2、光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系。二、由狹義相對論推出的幾個結(jié)論1、“同時”的相對性2、動尺變短3、動鐘變慢4、速度變換公式5、相對論質(zhì)量6、質(zhì)能方程閱讀思考題1、狹義相對論遇到哪兩個無法解決的問題？2、廣義相對論的兩個基本原理是什么？ 與狹義相對論的兩個假設(shè)有什么不同？3、根據(jù)廣義相對論的兩個基本原理可以導(dǎo)出那些重要結(jié)論？一、超越狹義相對論的思考 愛因斯坦思考狹義相對論無法解決的兩個問題：1、引力問題 萬有引力定律無法納人狹義相對論的理論框架；2、非慣性系問題， 狹義相對論只適用于慣性系，為什么慣性系具有這樣的地位？狹義相對論無法解釋 二、廣義相對性原

3、理和等效原理1、廣義相對性原理： 在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。伽利略相對性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系都是相同的愛因斯坦狹義相對性原理(1905年) 在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都有是相同的； 愛因斯坦廣義相對論原理（1916年） 在任何參考系中(包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是相同的，稱為廣義相對性原理。邏輯形式逐漸簡約2、等效原理： 一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。 如果飛船做勻加速運動，在光向右傳播的同時，飛的速度也在不斷增大，因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。三、廣義相對論的幾個結(jié)論1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲 如果飛船做勻速直線運動，船上觀察者記錄

4、下的光的徑跡是一條直線（虛線） 飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的（水平向右） 通常物體的引力場都太弱，20世紀只能觀測到太陽引力場引起的光線彎曲太陽 由于太陽引力場的作用，我們有可能觀測到太陽后面的恒星，最好的觀測時間是發(fā)生日全食的時候 1919年5月29日，發(fā)生日全食，英國考察隊分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進行觀測，證實了愛因斯坦的預(yù)言，這是對廣義相對論的最早證實透鏡效應(yīng) 星球的強引力場能使背后傳來的光線匯聚，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng)星體星體無法觀測黑洞 宇宙中很可能存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無法直接觀測，但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使其附近產(chǎn)生極強的引力場，引力透鏡是探索黑洞的途徑之一2、引力

5、場的存在使得空間不同位置的時間進程出現(xiàn)差別 對于高速轉(zhuǎn)動的圓盤，除了轉(zhuǎn)動軸的位置外，各點都在做加速運動，越是靠近邊緣，加速度越大，方向指向盤心 地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對論，靠近邊緣部位的時間進程較慢 圓盤上的人認為：盤上存在引力場，方向由盤心指向邊緣，靠近邊緣的位置引力勢較低，得出：引力勢較低的位置，時間進程比較慢各類星體對比 宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時間進程比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個現(xiàn)象叫做引力紅移3、引力紅移狹義、廣義相對論比較狹義相對論廣義相對論不同的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的 任何參考系（包括非慣性系）中物理規(guī)律都是相同的真空中的光速在不同慣性參考系中都是相等的 一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價更進一步等效原理光速恒定愛因斯坦相對性原理廣義