1、廣義相對(duì)論第1頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三阿爾伯特 愛(ài)因斯坦1879 19551905年： 建立狹義相對(duì)論1916年： 建立廣義相對(duì)論（1） 為什么慣性系在物理學(xué)上具有特殊的地位？ （2） 為什么在狹義相對(duì)論框架中不能建立令人滿意的引力理論？ 第2頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-1-1 等效原理與局域慣性系14-1 廣義相對(duì)論基本原理 “在引力場(chǎng)中的同一地點(diǎn)，一切物體都具有相同的加速度 g 。” 實(shí)驗(yàn)事實(shí)： 兩個(gè)質(zhì)量概念 ：慣性質(zhì)量（mi） 反映物體慣性的量度 第3頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三引力質(zhì)量（mg）

2、 反映物體之間相互吸引的能力 根據(jù)牛頓第二定律：第4頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三 密封艙在引力場(chǎng)中處于靜止（或勻速直線運(yùn)動(dòng)）狀態(tài)，物體在引力作用下做加速運(yùn)動(dòng)。 密封艙在沒(méi)有引力場(chǎng)的空間向上做加速運(yùn)動(dòng)，物體受到慣性力的作用相對(duì)于密封艙向下做加速運(yùn)動(dòng)。 第5頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三一個(gè)處于引力場(chǎng)中的靜止參考系等效于一個(gè)無(wú)引力場(chǎng)的加速參考系。 弱等效原理： 強(qiáng)等效原理：在引力場(chǎng)中任何一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上，人們總能建立一個(gè)局域慣性系，一切物理規(guī)律在這個(gè)參考系中服從狹義相對(duì)論理論。 14-1-2 廣義相對(duì)性原理 廣義相對(duì)性原理： 所有參考物體，不論它們

3、的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，對(duì)于描述自然現(xiàn)象（表述普遍的自然定律）都是等效的。 第6頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-2 彎曲的時(shí)空 愛(ài)因斯坦認(rèn)為：火箭艙中存在局部等效引力場(chǎng)，在這種引力場(chǎng)中時(shí)空是彎曲的。 非慣性系 引力場(chǎng) 時(shí)空彎曲 廣義相對(duì)論 第7頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-2-1 彎曲的時(shí)空 歐幾里得空間：非歐幾里得空間：第8頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-2-1 彎曲的時(shí)空 結(jié)論：在引力場(chǎng)（或非慣性系）中，歐幾里得幾何學(xué)命題不成立。 第9頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三 同一非慣性系中

4、沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)間。 S系：圓盤邊緣的時(shí)鐘走得慢是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的結(jié)果； 系： 邊緣上的時(shí)鐘走得較慢是因?yàn)樘幱谳^強(qiáng)的慣性力場(chǎng)（“引力場(chǎng)”）中。 結(jié)論：引力場(chǎng)較強(qiáng)處比引力場(chǎng)較弱處時(shí)間流逝得較慢。 第10頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三 三角形內(nèi)角之和大于180 圓周率小于短程線：兩個(gè)時(shí)空點(diǎn)之間長(zhǎng)度最短的線。 廣義相對(duì)論中的“慣性定律”：自由粒子沿短程線運(yùn)動(dòng)。 第11頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-3 廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 14-3-1 光線在引力場(chǎng)中彎曲 第12頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-3-2 水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng) 水星

5、是最靠近太陽(yáng)的一顆行星，按牛頓力學(xué)的觀點(diǎn)，水星運(yùn)動(dòng)軌道應(yīng)該是一個(gè)固定的橢圓。 從天文資料分析，這個(gè)橢圓軌道在不斷地緩慢進(jìn)動(dòng)。在消除了地球不是一個(gè)真正的慣性系，以及其他行星對(duì)水星的引力攝動(dòng)作用的影響后。仍然還有每百年42.6的進(jìn)動(dòng)。第13頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-3-3 引力紅移 廣義相對(duì)論結(jié)論：引力場(chǎng)越強(qiáng)的地方時(shí)間延緩效應(yīng)越明顯。 引力紅移：引力紅移：從大質(zhì)量天體發(fā)出的光，由于處于強(qiáng)引力場(chǎng)中，其光振動(dòng)周期要比同一種元素在地球上發(fā)出光的振動(dòng)周期長(zhǎng)，由此引起光譜線向紅光波段偏移的現(xiàn)象。稱為紅移量為引力勢(shì)為地球上的引力勢(shì)第14頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，

6、7點(diǎn)44分，星期三 對(duì)太陽(yáng)光譜中的鈉（589.3nm）譜線進(jìn)行了引力紅移測(cè)量，其結(jié)果與理論值的偏差小于5%。 對(duì)白矮星（天狼星的一顆伴星）進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果與理論值偏差小于7%。 太陽(yáng)的紅移量：210-6 1958年，龐德等人在22.6m的哈佛塔內(nèi)第一次完成了地面上的引力紅移實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)量值：（2.570.26）10-15 理論值： 2.4610-15 第15頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-4 黑洞 世界上第一個(gè)提出黑洞設(shè)想的是18世紀(jì)著名法國(guó)數(shù)學(xué)家拉普拉斯。逃逸速度：飛船脫離引力所需的最小發(fā)射速度。黑洞的半徑： 14-4-1 黑洞 第16頁(yè)，共19頁(yè)，2022年

7、，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三施瓦氏半徑：地球的質(zhì)量：61024 kg地球成為黑洞的半徑：0.89cm 視界：以施瓦氏半徑構(gòu)成的球面。一些不同質(zhì)量天體的黑洞半徑和“平均密度”黑洞質(zhì)量/t施瓦氏半徑/cm“平均密度”/(tcm-3)11.4810-227.361064地球610210.892.01021太陽(yáng)210272.961051.841010球狀星團(tuán)210332.9610111.8410-2銀河系310384.4510168.1310-13第17頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三14-4-2 探索黑洞 接近遠(yuǎn)離活動(dòng)星系M87星系M87位于距地球五千萬(wàn)光年的室女星座。 銀盤第18頁(yè)，共19頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)44分，星期三在一些雙星系統(tǒng)中很可能存在黑洞！ 黑洞？