广义相对论建立在下列原理的基础上。

广义相对论建立在下列原理的基础上。

1.等效原理：自由下落和惯性运动是等效的。即在不受外力干扰的情况下，所有物体都会以相同的加速度自由下落。

2. 相对性原理：物理定律在所有参考系中都是相同的，不存在

特定的参考系。

3. 宇宙学原理：大尺度上的宇宙是均匀且各向同性的。

基于这些原理，爱因斯坦提出了替代牛顿引力定律的普遍相对论，在描述引力的同时也将时空视为一体，提出了引力波等许多重要理论。广义相对论成为现代天文学和物理学的基石之一。

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广义相对论

目录 概况 广义相对论是阿尔伯特●爱因斯坦于1916年发表的用几何语言描述的引力理论，它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中，并在此基础上应用等效原理而建立的。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相关系，其关系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。 从广义相对论得到的有关预言和经典物理中的对应预言非常不相同，尤其是有关时间流逝、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题，例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应。广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——虽说广义相对论并非当今描述引力的唯一理论，它却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论。不过，仍然有一些问题至今未能解决，典型的即是如何将广义相对论和量子物理的定律统一起来，从而建立一个完备并且自洽的量子引力理论。 爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用：它直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出。有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象，这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像。广义相对论还预言了引力波的存在，引力波已经被间接观测所证实，而直接观测则是当今世界像激光干涉引力波天文台（LIGO）这样的引力波观测计划的目标。此外，广义相对论还是现代宇宙学膨胀宇宙论的理论基础。 目录 相关简介 相对论是现代物理学的理论基础之一。论述物质运动与空间时间关系的理论。20世纪初由爱因斯坦创立并和其他物理学家一起发展和完善，狭义相对论于1905年创立，广义相对论于1916年完成。19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家）麦克斯韦（1831~1879年）电磁理论趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”，但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时，发现一系列尖锐矛盾，对经典时空观产生疑问。爱因斯坦对这些问题，提出物理学中新的时空观，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，创立相对论。狭义相对论提出两条基本原理。（1）光速不变原理。即在任何惯性系中，真空中光速c都相同，与光源及观察者的运动状况无关。（2）狭义相对性原理是物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说都相同。 广义相对论 爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）。该理论认为引力是由空间——时间几何（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量. 广义相对论：爱因斯坦的基于光速对所有的观察者（而不管他们如何运动的）必须是相同的观念的理论。它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释。

6.3《广义相对论初步》教案

6． 3《广义相对论初步》学案 【学习目标】 初步了解广义相对论原理和等效原理，初步了解引力场对时间间隔和长度的影响，初步了解与广义相对论相关的天文观测事实。OQ2KNnV5tv 【学习重点】 广义相对论的等效原理； 【知识要点】 一、广义相对论的基本原理 （1）在不同参考系中观察到的物体运动状态是不同的； <2）惯性系与非惯性系的不同之处； <3）在加速的非惯性系中引入惯性力使牛顿运动定律能在非惯性系中成立。 二、广义相对论的时空结构 ①引力的存在对时间的影响 在引力场中，时钟变慢；引力场越强，时钟变得越慢。 ②引力的存在对空间的影响 引力场的存在会使空间变形，在引力方向上，空间间隔不变，在与引力垂直的方向上，空间空隔变短，发生了弯曲，引力越强的地方，这种效应越明显。OQ2KNnV5tv 三、广义相对论的实验检验 ①水星近日点的进动 ②光线在引力场中偏转 在引力场存在的情况下，光线是沿弯曲的路径传播的，引力场越强，弯曲越厉害。 ③引力红移现象 ④雷达回波延迟 【典型例题】 例题：在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光线垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是：< ）OQ2KNnV5tv A、船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播

B、船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播 C、航天员以飞船为参照系看到这束光是沿直线传播 D、航天员以飞船为参照系看到这束光是沿曲线传播 解读：在惯性参考系中，光是直线传播的，故A正确，B错误。而在非惯性参考系中，因为有相对加速度，根据等效原理，光将做曲线运动，D正确，C错误。OQ2KNnV5tv 【达标训练】 1．下列属于广义相对论结论的是 ( > A．尺缩效应 B．时间变慢 C．光线在引力场中弯曲 D．物体运动时的质量比静止时大大 2．广义相对论认为，在任何参考系中，物理规律都是_____________。 3．等效原理的基本内容是一个均匀的_____________场与一个做__________________运动的参考系是等价的。OQ2KNnV5tv 4．广义相对论告诉我们，____________的存在使得空间不同位置的____________出现差别，物质的____________使光线弯曲。OQ2KNnV5tv 5．．如果宇航员驾驶一艘宇宙飞船，以接近光速的速度朝某一星球飞行，他是否可以根据下列变化感觉到自己在运动( >OQ2KNnV5tv A．身体质量在减小 B．心脏跳动变慢 C．身体质量在增加 D．永远不可能由自身的变化知道他是否在运动 答案：

广义相对论_第2章

第二章广义相对论的物理基础 Einstein狭义相对论的建立，抛弃了牛顿的绝对时空观，所有惯性参考系之间在描述物理规律时是平权的、等价的。新理论解决了牛顿绝对时空观与Maxwell方程的矛盾，把惯性参考系之间的伽利略变换扩展成洛仑兹变换。然而，狭义相对论的诞生又给物理学家带来了新的矛盾和问题，那就是惯性系如何定义以及万有引力定律不满足Lorentz协变性的困难。 2.1 等效原理和广义相对性原理 在牛顿理论中，惯性系被定义为相对于绝对空间静止或作匀速直线运动的参考系。狭义相对论不承认绝对空间，自然上述定义也就无法运用了。一个通常的办法就是利用惯性定律来定义惯性系，即定义惯性定律在其中成立的参考系为惯性系。惯性定律表述为：“一个不受外力的物体将保持静止或匀速直线运动的状态不变。”然而，“不受外力”如何判断？“不受外力”通常意味着一个物体能够在惯性系中保持静止或匀速直线运动状态。显然，这其中存在着无法摆脱的循环论证，本来以为很自然的惯性系都无法准确定义，于是整个狭义相对论理论就好像建立在了沙滩上的高楼大厦一样，没有了最起码的基

础。同时，另一个棘手的问题是，按照狭义相对性原理任何物理规律在不同的惯性参考系之间的变换应满足洛仑兹协变性。可是，作为自然界最普遍规律的万有引力定律，却不满足洛仑兹协变性。为了克服这两个严重的困难，Einstein 准确地抓住了等效原理这把金钥匙。 2.1.1 等效原理 牛顿力学中的质量概念从本质上讲可以从两个角度引入，一个反映了物体产生和接受万有引力的能力，即引力质量g m ；另一个则可看成物体惯性的量度，即惯性质量I m 。在经典力学中没有任何理由把二者混为一谈，但奇怪的是不把它们区别开来并没有给我们带来任何麻烦，似乎它们本来就应该相同一样。爱因斯坦曾以地球和石子之间的吸引力为例来说明这一点：“地球以引力吸引石头而对其惯性质量毫无所知，地球的‘召唤’力与引力质量有关，而石头所‘回答’的运动则与惯性质量有关。” 为了把这一点说清楚，我们来看一下电磁作用。惯性质量为I m 的荷电质点，在电磁场作用下所受的力为 ),(B c v E q a m F I ?+== (2-1-1) 显然，“召唤”力由物体的电荷q 决定，而所“回答”的运动则与物体的惯性质量I m 有关，二者毫无关系。 人们自然会想到，引力质量按理也应与惯性质量毫无关系；然而多次的精确实验表明， I g m m 却是一个与质量特性无关的普适常数。

2020从爱因斯坦到霍金的宇宙超星考试满分答案

2020从爱因斯坦到霍金的宇宙超星考试满分答案 1 月亮上的环形山是由()原因形成的。（分） 分 A、 火山喷发 B、 地震 C、 陨星撞击 D、 造山运动 正确答案： C 我的答案：C 2 古埃及的卢克索神庙和卡纳克神庙出现在公元前1500年左右,相当于我国的()。（分）分 A、 大禹治水时期 B、 尧舜时期 C、 商朝 D、 春秋战国 正确答案： C 我的答案：C 3

三星堆出土的青铜器是()。（分） 分 A、 尧舜时期的制品 B、 大禹时期的制品 C、 殷商时期的制品 D、 西周时期的制品 正确答案： C 我的答案：C 4 古埃及人的文字记录在()。（分） 分 A、 泥板上 B、 羊皮上 C、 纸草上 D、 丝绸上 正确答案： C 我的答案：C 5 北极星与天枢星的距离为天枢星与天璇星距离的()。（分）分 A、

四倍 B、 五倍 C、 六倍 D、 七倍 正确答案： B 我的答案：B 6 熵是系统混乱度的量度.首先指出黑洞表面积就是黑洞的熵的物理学家是()。（分）分 A、 霍金 B、 彭若斯 C、 贝肯斯坦 D、 斯亚玛 正确答案： C 我的答案：C 7 提出暗能量猜想是为了解释()。（分） 分 A、 氦丰度 B、

C、 哈勃定律 D、 爱因斯坦环 正确答案： B 我的答案：B 8 谁在实验中首先观察到了正电子()（分） 分 A、 安德逊 B、 狄拉克 C、 费米 D、 赵忠尧 正确答案： D 我的答案：D 9 球对称黑洞外部,t是时间坐标,r, θ, φ是空间坐标。黑洞内部“t, r, θ, φ”中哪一个是时 间坐标()（分） 分 A、 t B、 φ

2020届人教版高中历史必修3第四单元 第11课 物理学的重大进展材料解析

第11课物理学的重大进展 经典力学 1．伽利略对物理学的贡献 〔材料一〕外力是改变物体运动状态的原因： 一个运动的物体假如有了某种速度以后，只要没有增加或减小速度的外部原因，便会始终保持这种速度──这个条件只有在水平的平面上才有可能，因为假如在沿斜面运动的状况里，朝下运动则已经有了减速的起因。由此可知，只有水平的平面上的运动才是不变的，运动既不会减小或减弱，更不会消灭。 ──伽利略《关于两门新科学的对话》 〔材料二〕加速度概念的确定： 正如匀速运动被解释为相等时间中保持相等的速度，所以我们也可以用类似的方法，设想在一段相等的时间中，速度的增加并不会复杂，这样我们可以认为速度是平衡的、连续的变化着，在任意相等的时间间隔中，速度的增加总是确定的。 ──伽利略《关于两门新科学的对话》 【解读】《关于两门新科学的对话》是伽利略关于自然运动科学和材料强度科学的一部重要著作，为物理学的发展作出卓越的贡献。 伽利略对于力学的研究，在他的科学活动中占有极为重要的地位，他所建立的摆的定律、惯性定律、落体运动定律，以及对抛体运动的研究和他提出的相对性原理，奠定了动力学的重要基础。以后经牛顿的发展完善，建立了现代经典力学的系统理论。 2．伽利略捍卫发展哥白尼的日心说

〔材料〕萨：如果世界的中心确是所有天层以及星体（即行星）环绕运行的中心点，那就完全可以肯定，处于宇宙中心的是太阳，而不是地球。因此，作为第一个普遍概念而言，中心的地点就是太阳的地点，而地球离开中心的距离就是它离开太阳的距离。 辛：你是怎样引申出行星环绕的中心是太阳而不是地球呢？ 萨：这是根据最明显，因而也是最具有说服力的许多观察而引申出来的。在这些把地球从中心排除出去，而把太阳放在中心的观察中，一个最确实可靠的观察是，我们发现所有的行星在某一个时候靠近地球，而在另一个时候又距地球较远。 ──《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》 【解读】《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》一书，是伽利略天文学研究成果总集。在天文学方面，伽利略的贡献是极其巨大的。他的宇宙观的核心是维护和坚持、发展了哥白尼学说。他的日心说观点是完全建立在对天文的长期观测所获得的大量新发现的可靠事实基础之上的。 3．伽利略的科学研究方法 〔材料一〕哲学被写在宇宙这本大书中，正一页一页的为我们展开。但我们只有先学懂它的语言，认识组成语言的字母，才能读懂这本书。这本书是用数学的语言写成的，它的字母就是三角形、圆和其他几何图形，没有这些字母，人类就不能懂得书里的任何一个单词：没有这些字母，人类只能迷失在黑暗的迷宫中。 ──《伽利略的发现与见解》转引自S．德雷克著唐云江译《伽利略》 〔材料二〕抛射体45度时射程最远 仅用数学便得到如此严格的证明，这使我心中充满又惊又喜的感觉。……大炮和破击炮轰击时，最大射程（即炮弹发射的最远距离），是在仰角45度时获得的……但是要理解为什么发生这种情况，这比从别人那里得到证据甚至反复实验得到的证据重要的多……通过探索原因而达到对某一效应的理解会使人顿开茅塞，从而使理解和确证其他事实无须再借助实验，目前的例子恰好证明了这一点…… ──伽利略《关于两门新科学的对话》

狭义相对论和广义相对论的基本原理

狭义相对论和广义相对论的基本原理 狭义相对论和广义相对论是现代物理学的基本理论之一，它们解释了时间、空间、质量和能量之间的关系。以下是对这两种相对论的基本原理的讲解。 一、狭义相对论的基本原理 狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的理论，它提出了一个与牛顿力学不同的观点，即光速在所有惯性参考系中都是常数。这一原则被称为“光速不变原理”，它是狭义相对论的核心。 基于“光速不变原理”，狭义相对论提出了以下原则： 1. 所有物理定律在所有惯性参考系中都是相同的。 2. 物体的质量随着速度的增加而增加，速度越快，增加的质量越大。 3. 时间和空间是相对的，没有绝对的标准。 4. 能量和质量是等价的，它们之间可以相互转化。 这些原则反映了狭义相对论的基本特征，它推翻了牛顿力学中的一些假设，如时间和空间的绝对性、万有引力的绝对性等。狭义相对论为我们提供了更加准确和完整的描述物理规律的框架，同时也为后来的广义相对论的发展提供了基础。 二、广义相对论的基本原理 广义相对论是爱因斯坦在1916年提出的理论，它是在狭义相对论的基础上进一步发展而来的。广义相对论初衷是想解释引力的本质，它基于“等效原理”提出了新的物理规律。 广义相对论的基本原理包括： 1. 等效原理：自由下落的物体在惯性参考系中运动是匀速直线运动。 2. 引力不是一种真正的力，而是由物体所在空间弯曲而产生的一种现象。 3. 时间和空间的弯曲程度受到物质分布的影响。 4. 光线会沿着最短路径传播。 这些原理反映了广义相对论的基本特征，它描述了物质的引力性质和空间的几何形态之间的关系。广义相对论证明了狭义相对论中的“光速不变原理”是任何物质和能量影响的最高速度，同时也为黑洞、宇宙学等领域的研究提供了新的工具和思路。

广义相对论简介由牛顿力学到狭义相对论基本观念的发展是其一

广义相对论简介 由牛顿力学到狭义相对论，基本观念的发展是，其一：由一切惯性系对力学规律平权到一切惯性系对所有物理规律平权；其二：由绝对时空到时空与运动有关。 爱因斯坦进一步地思考：非惯性系与惯性系会不平权吗？物质与运动密不可分，那么时空与物质有什么关系？ 关于惯性和引力的思考，是开启这一迷宫大门的钥匙，最终导致广义相对论的建立。 一、广义相对论的基本原理 1. 等效原理 (1) 惯性质量与引力质量 实验事实：引力场中同一处，任何自由物体有相同的加速度a 。 根据上述事实及力学定律，可得任一物体的惯性质量m I 与引力质量m G 满足==)(g a I G m m 常量，与运动物体性质无关，选择合适的单位，可令I m ＝G m ＝m ，即惯性质量与引力质量相等。从而，在引力场中自由飞行的物体，其加速度a 必等于当地的引力强度g 。 (2) 惯性力与引力 已知在非惯性系中引入惯性力后，可应用力学规律，而惯性力m m F I I ∝∝。在此基础上，讨论下述假想实验。 自由空间中的加速电梯S '(如图1) 以S '为参考系，无法区分ma 是惯性力还是引力。因此，也可以认为S '是在引力场中匀速运动的电梯。 引力场中自由下落的电梯S *(如图2) 以S *为参考系，无法区分是二力平衡还是无引力。因此，也可认为S *是自由空间中匀速运动的电梯。

′ 图1 自由空间中的加速电梯S ′ 图1 引力场中自由下落的电梯S * 以上二例表明，由I m ＝G m ，可导出惯性力与引力的力学效应不可区分，或者说，一加速参考系与引力场等效。当然，由于真实引力场大范围空间内不均匀，因此，这种等效只在较小范围空间内才成立，我们称之为局域等效。 (3) 等效原理 弱等效原理：局域内加速参考系与引力场的一切力学效应等效。 强等效原理：局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效。 广义相对论的等效原理是指强等效原理。 (4) 对惯性系的再认识——局域惯性系 按牛顿力学的定义，惯性定律成立的参考系叫惯性系。恒星参考系是很好的惯性系，不存在严格符合此定义的真正的惯性系。惯性系之间无相对加速度。 按爱因斯坦的定义，狭义相对论成立的参考系，或（总）引力为零的参考系叫惯性系。因此，以引力场中自由降落的物体为参考的局域参考系是严格的惯性系，简称为局惯系。 引力场中任一时空点的邻域内均可建立局惯系，在此参考系内运用狭义相对论。同一时空点的各局惯系间无相对加速度，不同时空点的各局惯系间有相对加速度。 2. 广义相对性原理 原理叙述为：一切参考系对物理规律平权，即物理规律在一切参考系中的表述形式相同。 为了在广义相对性原理的基础上建立广义相对论理论，爱因斯坦所做的进一步工作是使引力几何化，即把引力场化作时空几何结构加以表述。对广义相对论普遍理论的研究数学上涉及黎曼几何、张量分析等，超出本简介范围，下面只作浅显的说明。 二、引力场的时空弯曲 1. 弯曲空间的概念 从高维平直空间可观测低维平直空间与弯曲空间的差异。 平面——二维平直空间内：测地线（即两点间距离的极值线）为直线，三角形内角和= ，

2019年高考历史考点专项训练：经典力学、相对论和量子论

经典力学、相对论和量子论 1．某科学理论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“时空的相对性”“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。该理论( ) A.弥补了经典力学认识世界的不足 B.开创了以实验为基础的近代科学 C.奠定了电气技术应用的理论基础 D.解决了热辐射理论上的疑点问题 答案：A 解析：本题旨在考查相对论,题眼是“时空的相对性”。依据材料“时空的相对性”等内容可知,该理论是相对论,相对论否定了经典力学的绝对时空观,深刻地揭示了时间和空间的本质属性,发展了牛顿力学,故A项正确;伽利略通过实验,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,故B项错误;1831年,英国科学家法拉第发现了电磁感应现象,为电气技术应用奠定了理论基础,故C项错误;1900年,为了解决热辐射理论上的疑点,德国物理学家普朗克提出了量子假说,故D项错误。 2．历史学家们认为：“17世纪后期科学革命的胜利为启蒙运动提供了先决条件。”这里的“科学革命的胜利”指的是（） A.太阳中心说的提出 B.经典力学的形成 C.进化论的提出 D.相对论的提出 答案：B 解析：本题主要考查学生的再认、再现知识的能力，注意时间“17世纪后期”即可回答，ACD时间均不符合，A出现于文艺复兴时期，C出现于1859年，D出现于20世纪初期。B出现于1687年，以牛顿的《自然哲学的数学原理》为标志，故选B。 3．这部著作的发表，“是人类认识自然及历史的第一次大飞跃和理论的大综合，它开辟了一个新的时代，标志着近代理论自然科学的诞生”。该著作获得这么高的评价，是因为它（） A．深刻揭示了时间和空间的本质特征 B．建立起一个完整的经典力学体系 C．成为20世纪最有成就的科学理论 D. 是世界上最先进的应用数学著作

广义相对论的基本原理

广义相对论的基本原理 爱因斯坦提出马赫原理、广义协变性原理和等效原理作为广义相对论的基本原理;他采用弯曲时空的黎曼几何来描述引力场,给出引力场中的物理规律,进而提出引力场方程,奠定了广义相对论的理论基础; 1、1马赫原理 狭义相对论完全废除了以太概念,即电磁运动的绝对空间,但却仍然没有对经典力学把绝对空间当作世界的绝对惯性结构的理由做出解释,也没有为具有绝对惯性结构的力学提供新的替换;也就是说,惯性系的存在,对于力学和电磁学都是必不可少的;狭义相对论紧紧地依赖于惯性参考系,它们是一切非加速度的标准；它们使一切物理定律的形式表达实现了最简化;惯性系的这种特权在很长时间里保持着一种神秘性;为了满足狭义相对论而修改牛顿引力平方反比理论的失败,导致了广义相对论的兴起; 爱因斯坦是出于一种哲学欲望才把绝对空间彻底地从物理学中清除出去的;自一开始,狭义相对论就把惯性系当作一种当然的存在;可能,爱因斯坦本来也不反对在狭义相对论基础上建立的引力论;由此,爱因斯坦不得不超越狭义相对论;在这一工作中,他十分诚恳地反复强调,他得益于物理学家兼哲学家马赫的思想;爱因斯坦说：“没有人能够否认,那些认识论的理论家们曾为这一发展铺平了道路；从我自己来说,我至少知道：我曾经直接地或间接地特别从休漠和马赫那里受到莫大的启发;”爱因斯坦建立广义相对论的一个重要思想是认为时间和空间的几何不能先验地给定,而应当由物质及其运动所决定;这个思想直接导致用黎曼几何来描述存在引力场的时间和空间,并成为写下引力场方程的依据;爱因斯坦的这一思想是从物理学家和哲学家马赫对牛顿的绝对空间观念以及牛顿的整个体系的批判中汲取而来的;爱因斯坦把这一思想称为马赫原理; 马赫原理早在17世纪就已经有了萌芽;马赫的惯性思想包括四个方面的内容：1空间本身并不是一种“事物”,它纯粹是物质间距离关系总体的抽象;2粒子的惯性是由这个粒子与宇宙中所有其他物质的相互作用造成的;3局部的非加速度标准决定于宇宙中所有物质的平均运动;4力学中的所有物质都与所有物质存在相对运动;由此,马赫写道：“……如果我们认为地球在绕轴自转或处于静止状态,同时恒星在围绕着它公转,这都没有关系……惯性定律必定能证明,第二个假设和第一个假设得出的结果是精确地一致的;”我们说地球在“自旋”,自旋的弹性球在赤道上会凸起来;但是,弹性球是怎么“知道”自旋必然导致凸起的呢对于这个问题,牛顿的回答是,它“感受”到了绝对空间的运动；马赫的回答则是,变凸的弹性球“感受”到了宇宙物质在围绕它转;对于牛顿来说,相对于绝对空间的旋转产生离心力;这种离心力完全不同于万有引力;对于马赫来说,离心力也是引力;它是由物质与物质之间的作用引起的; 爱因斯坦在走向广义相对论的进程中,曾经推测牛顿的平方反比理论可能与完全的引力理论存在许多差异;1953年,夏马D．W．Sciama复活并推广了19世纪天体力学家、勒维烈的学生提泽兰F．Tisserand,1845～1896的一种麦克斯韦式的引力理论;并且发现,它大大地包括了马赫原理：惯性力对应于宇宙的引力“辐射场”,并与距离的一次方成反比;然而,不幸的是,这种理论在其他方面严重违背相对论;比如,在狭义相对论中,质量是随速度变化的；在麦克斯韦理论中,电荷却是不变的;还有,因为E＝mc2的关系式,物体的引力束缚能具有负的质量；这样,系统的总质量不可能等于部分的质量之和；而麦克斯韦理论中电荷类比于质量却是严格增加的;爱因斯坦的广义相对论对惯性问题的解决,比麦克斯韦理论要复杂得多;然而,在“一级近似”上,它可化为牛顿理论；在“二级近似”上它则具有麦克斯韦特征; 1、2 等效原理

广义相对论的理论基础

广义相对论的理论基础

广义相对论的理论基础 爱因斯坦于1905年提出狭义相对论之后，便试图在狭义相对论的基础上对牛顿的引力理论进行改造。牛顿引力理论虽然在天文学上得到广泛的支持，但是，它不能说明水星近日点的剩余进动，也不能对宇宙大范围的性质给出完满的描述；而且，在理论的基本概念上同狭义相对论也是互相冲突的。 爱因斯坦在深入分析引力质量同惯性质量等价这一早已熟知的事实的基础上，提出了引力场同加速度场局域性等效的概念；他又把惯性运动的相对性的概念推广到加速运动；并在前人对牛顿时空观的批判中汲取了精华，提出了时间和空间的性质应当由物质运动决定这一革命性的思想。这些引导他采用黎曼几何来描述具有引力场的时间和空间，写出了正确的引力场方程；进而精确地解释了水星近日点的剩余进动，预言了光线偏折、引力红移、引力辐射等一系列新的效应。他还对宇宙的结构进行了开创性的研究。著名的1919年日全食观测，证实了爱因斯坦关于光线偏折的预言，一度轰动世界。随后，广义相对论便被物理学界普遍接受下来，并且被公认为经典理论物理学中最完美的理论。 几十年来，广义相对论又得到新的验证和发展，特别是60年代以来，在天文学中得到了广泛的应用。引力红移、雷达回波等实验进一步证实了这个理论的预言。

样认为的：广义协变性只有通过等效原理才能获得物理内容。 爱因斯坦建立广义相对论的另一个重要思想是认为时间和空间的几何不能先验地给定，而应当由物质及其运动所决定。这个思想直接导致用黎曼几何来描述存在引力场的时间和空间，并成为写下引力场方程的依据。爱因斯坦的这一思想是从物理学家和哲学家马赫对牛顿的绝对空间观念以及牛顿的整个体系的批判中汲取而来的。为了纪念这位奥地利学者，爱因斯坦把他的这一思想称为马赫原理。 引力场的几何描述 根据上述基本原理，广义相对论用存在局部惯性系的黎曼几何来描述引力场。在这种黎曼几何中，四维时空的线元是时空点的任意函数： gμυ(x)称为在x点时空的度规张量。x0=ct，с是光速，t是时间坐标。x1、x2、x3是空间坐标。重复指标表示求和。如果引入局部惯性系，线元可以表示为： ， ημυ就是狭义相对论中的闵可夫斯基度规，θ寶(x) 称

广义相对论导论_概述说明以及解释

广义相对论导论概述说明以及解释 1. 引言 1.1 概述 广义相对论是物理学中一门重要的理论，它提供了描述引力的全面框架。由爱因斯坦在20世纪初提出，并经过多次实验证实，广义相对论已经成为现代物理学不可或缺的组成部分。本文将对广义相对论进行概述、说明以及解释，以帮助读者更好地理解这一复杂但又创造性的理论。 1.2 文章结构 该文章分为以下几个部分： 2. 广义相对论导论：介绍广义相对论的定义、背景、原理和基本概念，以及其发展历程和重要里程碑。 3. 广义相对论的主要内容：探讨等效原理与引力场方程、时空曲率与引力波，以及黑洞与弯曲时空的性质。 4. 广义相对论在宇宙学中的应用：研究宇宙膨胀与宇宙学常数、大爆炸理论及其研究进展，以及暗物质和暗能量的作用与研究进展。 5. 结论与展望：总结主要观点和发现结果，并展望未来广义相对论研究的方向和挑战。

通过这样的结构，读者能够逐步了解广义相对论的基本概念和关键内容，并了解其在宇宙学中的重要应用。 1.3 目的 本文的目的是介绍广义相对论这一复杂而有趣的物理学理论。我们将从广义相对论导论开始，深入探讨其定义、背景以及基本原理。接着，我们将讨论广义相对论的主要内容，涉及到等效原理、引力场方程、时空曲率、引力波以及黑洞等重要概念。然后，我们会阐述广义相对论在宇宙学中的应用，包括宇宙膨胀、大爆炸理论、暗物质和暗能量等方面。最后，我们将通过总结发现结果和展望未来研究方向来结束文章。 希望通过这篇文章，读者能够初步了解广义相对论，并意识到其在现代物理学中的重要性和广泛应用。也希望读者能够产生兴趣，并进一步深入研究广义相对论这一领域。 2. 广义相对论导论: 广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种物理理论，用于描述引力的运动规律和时空结构。在广义相对论中，引力被解释为时空的弯曲效应，物体沿着弯曲时空产生运动。本节将介绍广义相对论的定义、背景、原理和基本概念，并回顾其发展历程和重要里程碑。

广义相对论的原理

广义相对论的原理 广义相对论，简称GR，是爱因斯坦在1915年提出的一种描述引力的物理理论。相对论理论的出现，使得人们对物理学有了更加深刻的认识和了解，而广义相对论的提出更是使得人们对大自然的认知达到了一个新的高度。 一、相对论的出现 要了解广义相对论，我们必须先回顾一下相对论的出现。相对论是由爱因斯坦提出的，爱因斯坦以非常直观的方式打破了牛顿力学中的绝对时空观念。牛顿力学把时间当作绝对量，认为时间与空间没有任何联系，但爱因斯坦相对论却告诉我们，时间与空间是互相影响、相互作用的。如果我们沿着运动方向移动，则时间会变得较慢。这种相对论引起人们的极大关注，也对物理学做出了非常重要的贡献。 二、广义相对论的提出 引力一直是物理学研究的重要课题，牛顿力学中，引力的作用是由质量之间的作用造成的，牛顿对引力的描述可以解释地球围

绕太阳旋转，万物皆有重力的现象，但是牛顿力学不能够解释一 些现象，比如，水平飞行的飞机为什么不落地。为解决这一问题，爱因斯坦继续推广了自己的相对论体系，提出了广义相对论。 广义相对论把引力看做是时空弯曲的结果；即质量会使时空产 生变化，这种变化可以用曲率来描述。因此，质量之间的作用可 以被看做是它们所造成的几何曲率变化。在这个理论中，重力被 解释为物体在弯曲的时空中运动。这是一个完全革命性的想法， 为人们对引力的理解提供了全新的视角。 三、广义相对论的核心原理 广义相对论的核心原理是“等效原理”。等效原理的意思是，质 量和加速度是相同的，也就是说，在加速的观测系中，我们无法 区分是处于重力场内，还是处于拉力的作用下加速运动。比如， 如果我们把自己置身于免重力场的太空船内，也许你会觉得自己 感受不到重力，但只要它开始加速，你会立刻感觉到一种引力的 感觉，就好像你处在一个重力场一样。因此，我们可以把质量和 加速度等同起来，这也成为广义相对论的核心原理。

力10.广义相对论

力10.广义相对论 * 广义相对论简介 一. 惯性质量和引力质量的等价对地面附近的物体： G m引 M e 2 Re m惯 g 2 m引 gRe 常量 m惯 GM e 实验表明 m引 m惯（精度高于10 11） m引 m惯令 m = 选取适当的单位可使得： （ General Relativity ） 1 这是爱因斯坦建立广义相对论的基础! 2 二. 广义相对性原理（Principle of General Relativity） 地球引力场中匀速运动不在引力场中而加速度为的升降梯（惯性系） -g 的升降梯（非惯性系）m · F引=mg 地球m · 引力场和加速场的等价说明是否作加速运动也只有相对意义。 2. 广义相对性原理：一切参考系都是等价的，物理定律在任何参考系中都具有相同的形式。三. 广义相对论 的若干结论基于广义相对性原理的广义相对论，给出了引力对时间和空间的影响： 引力使时钟变慢（时间延缓）；引力使空间弯曲（靠近引力源长度变长）; 预言了黑洞和引力波的存在；万有引力定律也要加以修改。 4 -g F惯=mg 相对地球等价（局域）

1. 等价（等效）原理（equivalence principle）均匀引力场中的惯性系和不受引力场影响而以某恒定加速度运动的非惯性系是等价的。 3 1. 时间延缓（膨胀） r M 星球 2. 空间弯曲 r M 星球 dt （固有时） dt d t 2GM 1 2 c r dt dr （固有长度） dr 径向引力尺缩 d r d r 1 横向不存在引力尺缩。 2GM c 2r R r 6 这表明，在星体（引力源）附近观察一个物理过程，比在远离星体处（不受引力影响）观 5 察该过程所用时间要短。 球面 L 圆周长π——空间弯曲直径 1 任何质量都使它周围的空间区域产生向着它的“弯曲”。比喻：绷紧的弹性薄膜向重物下弹性薄膜小球使小球滚向重物，陷或弯曲， 3. 黑洞（black hole）由 d r d r 1 当 r rs 2GM c r 2 和 dt

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物理学的起源 1 【单选题】 Physics这个词最先是谁想出的?(B) A、柏拉图 B、亚里士多德 C、欧几里得 D、阿基米德 2【判断题】颐和园宝云阁的“物含妙理总堪寻”是由康熙题词。(X) “物理”一词在中国 1 【单选题】谁认为“格物致知”中的“格”意思是“变革”?(D) A、朱熹 B、王阳明 C、王艮 D、毛泽东 2【判断题】王阳明强调人心,良知,冉伟革去外物,良知自存。(对) 物理学的诞生 1 【单选题】 谁首先指出物理学是一门“实验的科学”、“测量的科学”?(B) A、阿基米德 B、伽利略 C、牛顿 D、亚里士多德 2【多选题】阿基米德的重要发现是(BC)。 A、自由落体定律 B、浮力定律 C、杠杆原理 D、相对性原理 3【多选题】下列哪些定律是伽利略首先确认的?(ACD) A、相对性原理 B、杠杆原理 C、自由落体定律 D、惯性定律 “1642年”在物理学上的意义 1【多选题】 牛顿的主要成就是(AB)。 A、力学三定律 B、万有引力定律 C、光的波动说 D、能量守恒定律 2【判断题】库伦从介质的弹性振动导出了电磁学的基本方程组。(对) 3【判断题】麦克斯韦从介质的弹性振动导出了电磁学的基本方程组。(对) 热学的发展 1 【单选题】热力学的哪一条定律说”不能从单一热源吸热做功,而对外界不

产生影响”?(B) A、第一定律 B、第二定律 C、第三定律 D、第零定律 2【判断题】开尔文提出不能从单一热源吸热做工而不产生其他影响。对 明朗天空的两朵乌云 1 【单选题】 爱因斯坦提出下列理论中的哪一个,用以解释光电效应?(D) A、量子论 B、光子说 C、波动说 D、光量子论 2【判断题】瑞利—金斯曲线在短波波段与实验曲线完全符合,在长波波段变得无穷大。X 并非神童的爱因斯坦 1 【单选题】爱因斯坦在苏黎世工业大学上学期间,其物理教授是(A)。 A、韦伯 B、卢瑟福 C、玻尔 D、狄拉克 求职不顺的爱因斯坦 1【判断题】爱因斯坦从苏黎世工业大学毕业后曾向著名的物理学家奥斯特瓦尔德求职。对 爱因斯坦的丰收年 1【多选题】27岁那年,是爱因斯坦的丰收年,他做出了如下的创新工作(ABD)。 A、光量子说 B、狭义相对论 C、广义相对论 D、E = mc2 相对论的建立（Ⅰ） 1【判断题】 迈克耳孙实验结果与当时天文学的光行差现象相矛盾。对 相对论的建立（Ⅱ） 1【判断题】 法国斐索的流水实验结果肯定了伽利略变换。X 相对论的建立（Ⅲ） 1 【单选题】光速不变原理是指(D)。 A、真空中的光速在空间各点都相同 B、真空中的光速各向同性 C、真空中的光速不随时间变化

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1.5 、爱因斯坦生平与科学贡献（一） 1、爱因斯坦的第一任妻子是（A、米列娃）。 2、爱因斯坦在哪个国家上的大学（B、瑞士） 3、爱因斯坦是哪个民族的（C、犹太人） 4、数学家希尔伯特和闵可夫斯基是小学同学。（√） 5、爱因斯坦大学毕业的时候没有文凭（×） 1.6、爱因斯坦生平与科学贡献（二） 1、爱因斯坦在（D、1914）年到达柏林，开始在柏林大学任教。 2、在质能方程?中，c 表示什么？（C、光速） 3、爱因斯坦的博士论文的主题是（C、分子大小的测量） 4、爱因斯坦逝世的时候拥有哪两个国家的国籍？（B、美国和瑞士） 5、爱因斯坦1902-1909 年在下面哪个单位工作？（D、专利局） 6、爱因斯坦任职的第一个大学是格丁根大学。（×）

7、爱因斯坦的儿子拿到过诺贝尔奖（×） 1.7、迈克尔逊实验、洛伦兹变换与相对论的建立 1、“真空中的光速对任何观察者来说都是相同的”是什么原理？（A、光速不变原理） 2、“洛伦兹变换”最初用来调和19 世纪建立起来的经典电动力学同（）的矛盾。窗体顶端（C、牛顿力学） 3、谁通过实验证明了光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的？（C、迈克尔逊） 4、爱因斯坦提出相对论主要参考了哪个实验（B、斐索实验） 5、从“伽利略变换”能推出“洛伦兹收缩”。（×） 6、恒星以v 的速度运动，恒星发出光的速度是。（×） 7、洛伦兹提出“洛伦兹收缩”是为了解决迈克尔逊实验和光行差现象的矛盾。（√）1.8、相对论的几个结论 1、银河系的直径约多少光年？（C、10 万） 2、“相对论”的结论不包括下面哪一项？（D、安培定律）

3、除太阳以外离我们最近的恒星是（C、比邻星）。 4、“双生子佯谬”是谁提出来的？（A、郎之万） 5、火车以0.9 倍光速在运动，在火车上的人以0.9 倍光速同方向运动，我们就会看到火车上的人速度超过光速。（×） 6、“相对论”的质量公式最先是由爱因斯坦给出的。（×） 7、感受到惯性力的加速度是真加速度，经历加速度的人会比较年轻。（√） 1.9、爱因斯坦等人对相对论诞生的贡献 1、杨振宁曾评论彭卡莱和洛伦兹（B、彭卡莱只有远距离的眼光，洛伦兹只有近距离的眼光） 2、谁曾独立地提出和洛伦兹变换一样的学说（A、费兹杰惹） 3、以下哪位对相对论的产生做了大量的准备工作？（D、以上都对） 4、爱因斯坦在其论文《论运动物体的电动力学》的最后感谢了洛伦兹的热诚帮助。（×） 5、贝索在相对论发表之前并不清楚自己为相对论的诞生做了什么（√） 1.10 、原子物理学的发展（一）