廣東省揭陽(yáng)一中高中物理 154 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介課件 新人教版選修34

第四節(jié)第四節(jié) 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介(1)超越狹義相對(duì)論的思考超越狹義相對(duì)論的思考 介紹愛(ài)因斯坦思考狹義相對(duì)論無(wú)法解決介紹愛(ài)因斯坦思考狹義相對(duì)論無(wú)法解決的兩個(gè)問(wèn)題：的兩個(gè)問(wèn)題：第一個(gè)是引力問(wèn)題，萬(wàn)有引力定律不滿(mǎn)足洛第一個(gè)是引力問(wèn)題，萬(wàn)有引力定律不滿(mǎn)足洛倫茲變換，無(wú)法納人狹義相對(duì)論的理論框架；倫茲變換，無(wú)法納人狹義相對(duì)論的理論框架；第二個(gè)是非慣性系問(wèn)題，狹義相對(duì)論只適用第二個(gè)是非慣性系問(wèn)題，狹義相對(duì)論只適用于慣性系。它們是促成廣義相對(duì)論的前提。于慣性系。它們是促成廣義相對(duì)論的前提。 （2 2）廣義相對(duì)論等效原理）廣義相對(duì)論等效原理 在一個(gè)引力可以在一個(gè)引力可以忽略的宇宙空間有一艘忽略的宇宙空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直宇宙飛船在做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，船上的觀察者線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，船上的觀察者記錄光的徑跡是一條拋記錄光的徑跡是一條拋物線(xiàn)物線(xiàn)a半半透透明明屏屏光光源源等效原理等效原理引力場(chǎng)與勻加速參考系等價(jià)引力場(chǎng)與勻加速參考系等價(jià) 假設(shè)飛船靜止，而在船尾存在一個(gè)巨大的物體，假設(shè)飛船靜止，而在船尾存在一個(gè)巨大的物體，在它的引力場(chǎng)作用下在它的引力場(chǎng)作用下, ,光的軌跡也是一條拋物線(xiàn)。光的軌跡也是一條拋物線(xiàn)。（3 3）廣義相對(duì)論主要結(jié)論）廣義相對(duì)論主要結(jié)論通常物體的引力場(chǎng)都太弱，通常物體的引力場(chǎng)都太弱，2020世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)世紀(jì)只能觀測(cè)到太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的光線(xiàn)彎曲引力場(chǎng)引起的光線(xiàn)彎曲由于太陽(yáng)引由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的作用，我力場(chǎng)的作用，我們有可能觀測(cè)到們有可能觀測(cè)到太陽(yáng)后面的恒星，太陽(yáng)后面的恒星，最好的觀測(cè)時(shí)間最好的觀測(cè)時(shí)間是發(fā)生日全食的是發(fā)生日全食的時(shí)候時(shí)候19191919年年5 5月月2929日，發(fā)生日全食，英國(guó)考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣日，發(fā)生日全食，英國(guó)考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西進(jìn)行觀測(cè)，證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，這是對(duì)相對(duì)論的最和巴西進(jìn)行觀測(cè)，證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言，這是對(duì)相對(duì)論的最早證實(shí)早證實(shí)廣義相對(duì)論結(jié)論（廣義相對(duì)論結(jié)論（1）光線(xiàn)彎曲光線(xiàn)彎曲廣義相對(duì)論結(jié)論（廣義相對(duì)論結(jié)論（2）透鏡效應(yīng)透鏡效應(yīng) 星球的強(qiáng)引力場(chǎng)能使背后傳來(lái)的光線(xiàn)匯聚，這星球的強(qiáng)引力場(chǎng)能使背后傳來(lái)的光線(xiàn)匯聚，這種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng)種現(xiàn)象叫做引力透鏡效應(yīng)星體星體星體星體無(wú)無(wú)法法觀觀測(cè)測(cè)黑黑洞洞宇宙中很可能存在黑洞，宇宙中很可能存在黑洞，它不輻射電磁波，因此無(wú)法直它不輻射電磁波，因此無(wú)法直接觀測(cè)，但是它的巨大質(zhì)量和接觀測(cè)，但是它的巨大質(zhì)量和極小的體積使其附近產(chǎn)生極強(qiáng)極小的體積使其附近產(chǎn)生極強(qiáng)的引力場(chǎng)，引力透鏡是探索黑的引力場(chǎng)，引力透鏡是探索黑洞的途徑之一洞的途徑之一廣義相對(duì)論結(jié)論（廣義相對(duì)論結(jié)論（3）引力場(chǎng)影響時(shí)間引力場(chǎng)影響時(shí)間引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別出現(xiàn)差別 對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)，對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(pán)，除了轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置外，各點(diǎn)都除了轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置外，各點(diǎn)都在做加速運(yùn)動(dòng)，越是靠近邊緣，在做加速運(yùn)動(dòng)，越是靠近邊緣，加速度越大，方向指向盤(pán)心加速度越大，方向指向盤(pán)心 地面上看到：地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊緣部位的時(shí)間進(jìn)程較慢對(duì)論，靠近邊緣部位的時(shí)間進(jìn)程較慢 圓盤(pán)上的人認(rèn)為：圓盤(pán)上的人認(rèn)為：盤(pán)上存在引力場(chǎng)，方向由盤(pán)心指向盤(pán)上存在引力場(chǎng)，方向由盤(pán)心指向邊緣，引力勢(shì)較低，得出：引力勢(shì)較低的位置，時(shí)間進(jìn)程比較邊緣，引力勢(shì)較低，得出：引力勢(shì)較低的位置，時(shí)間進(jìn)程比較慢慢各各類(lèi)類(lèi)星星體體對(duì)對(duì)比比宇宙中有一類(lèi)恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫宇宙中有一類(lèi)恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢(shì)比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)程做矮星，引力勢(shì)比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)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)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(lái)偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移光頻率低，看起來(lái)偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移廣義相對(duì)論結(jié)論（廣義相對(duì)論結(jié)論（4）引力引力紅移紅移引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的桿的長(zhǎng)度引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的桿的長(zhǎng)度出現(xiàn)了差別出現(xiàn)了差別 地面上看到：地面上看到：越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對(duì)越是靠近邊緣，速度越大根據(jù)狹義相對(duì)論，靠近邊緣部位的桿的長(zhǎng)度較短論，靠近邊緣部位的桿的長(zhǎng)度較短 圓盤(pán)上的人認(rèn)為：圓盤(pán)上的人認(rèn)為：引力勢(shì)較低的位置，桿的長(zhǎng)度越短引力勢(shì)較低的位置，桿的長(zhǎng)度越短廣義相對(duì)論結(jié)論（廣義相對(duì)論結(jié)論（5）引力場(chǎng)影響長(zhǎng)度引力場(chǎng)影響長(zhǎng)度引力勢(shì)由高到低變化引力勢(shì)由高到低變化 由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了的，空間發(fā)生了“彎曲彎曲”：狹義、廣義相對(duì)論比較狹義、廣義相對(duì)論比較狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論不同的慣性不同的慣性參考系中一參考系中一切物理規(guī)律切物理規(guī)律都是相同的都是相同的 任何參考系任何參考系（包括非慣性（包括非慣性系）中物理規(guī)系）中物理規(guī)律都是相同的律都是相同的真空中的光真空中的光速在不同慣速在不同慣性參考系中性參考系中都是相等的都是相等的 一個(gè)均勻的一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)的參考系等價(jià)更進(jìn)一步更進(jìn)一步等等效效原原理理光光速速恒恒定定愛(ài)因愛(ài)因斯坦斯坦相對(duì)相對(duì)性原性原理理廣廣義義相相對(duì)對(duì)性性原原理理對(duì)于時(shí)空觀的認(rèn)識(shí)對(duì)于時(shí)空觀的認(rèn)識(shí)物質(zhì)本身的存在決物質(zhì)本身的存在決定時(shí)空的性質(zhì)定時(shí)空的性質(zhì)時(shí)空性質(zhì)和物時(shí)空性質(zhì)和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)狹義相對(duì)論狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論廣義相對(duì)論慣性系平權(quán)慣性系平權(quán)所有參考系平權(quán)所有參考系平權(quán)時(shí)時(shí)空空觀觀光速恒定光速恒定等效原理等效原理