1、单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十四章,广义相对论,阿尔伯特,爱因斯坦,1879 1955,1905,年：,建立狭义相对论,1916,年：,建立广义相对论,（,1,）为什么惯性系在物理学上具有特殊的地位？,（,2,）为什么在狭义相对论框架中不能建立令人满意的引力理论？,14-1-1,等效原理与局域惯性系,14-1,广义相对论基本原理,“在引力场中的同一地点，一切物体都具有相同的加速度,g,。,”,实验事实：,两个质量概念：,惯性质量（,m,i,）,反映物体惯性的量度,引力质量（,m,g,）,反映物体之间相互吸引的能力,根据牛顿第二定律：
2、密封舱在引力场中处于静止（或匀速直线运动）状态，物体在引力作用下做加速运动。,密封舱在没有引力场的空间向上做加速运动，物体受到惯性力的作用相对于密封舱向下做加速运动。,一个处于引力场中的静止参考系等效于一个无引力场的加速参考系。,弱等效原理：,强等效原理：,在引力场中任何一个时空点上，人们总能建立一个局域惯性系，一切物理规律在这个参考系中服从狭义相对论理论。,14-1-2,广义相对性原理,广义相对性原理：,所有参考物体，不论它们的运动状态如何，对于描述自然现象（表述普遍的自然定律）都是等效的。,14-2,弯曲的时空,爱因斯坦认为：火箭舱中存在局部等效引力场，在这种引力场中时空是弯曲的。,非惯
3、性系,引力场,时空弯曲,广义相对论,14-2-1,弯曲的时空,欧几里得空间：,非欧几里得空间：,14-2-1,弯曲的时空,结论：,在引力场（或非惯性系）中，欧几里得几何学命题不成立。,同一非惯性系中没有统一的时间。,S,系：,圆盘边缘的时钟走得慢是因为运动的结果；,系：,边缘上的时钟走得较慢是因为处于较强的惯性力场（“引力场”）中。,结论：,引力场较强处比引力场较弱处时间流逝得较慢。,三角形内角之和大于,180,圆周率小于,短程线：,两个时空点之间长度最短的线。,广义相对论中的“惯性定律”：,自由粒子沿短程线运动。,14-3,广义相对论的实验验证,14-3-1,光线在引力场中弯曲,14-3-2
4、水星近日点的进动,水星是最靠近太阳的一颗行星，按牛顿力学的观点，水星运动轨道应该是一个固定的椭圆。,从天文资料分析，这个椭圆轨道在不断地缓慢进动。在消除了地球不是一个真正的惯性系，以及其他行星对水星的引力摄动作用的影响后。仍然还有每百年,42.6,的进动。,14-3-3,引力红移,广义相对论结论：,引力场越强的地方时间延缓效应越明显。,引力红移：,引力红移：,从大质量天体发出的光，由于处于强引力场中，其光振动周期要比同一种元素在地球上发出光的振动周期长，由此引起光谱线向红光波段偏移的现象。,称为,红移量,为,引力势,为地球上的,引力势,对太阳光谱中的钠（,589.3nm,）谱线进行了引力红移
5、测量，其结果与理论值的偏差小于,5%,。,对白矮星（天狼星的一颗伴星）进行测量，其结果与理论值偏差小于,7%,。,太阳的红移量：,210,-6,1958,年，庞德等人在,22.6m,的哈佛塔内第一次完成了地面上的引力红移实验。,实验测量值：,（,2.570.26,）,10,-15,理论值：,2.4610,-15,14-4,黑洞,世界上第一个提出黑洞设想的是,18,世纪著名法国数学家拉普拉斯。,逃逸速度：,飞船脱离引力所需的最小发射速度。,黑洞的半径：,14-4-1,黑洞,施瓦氏半径：,地球的质量：,610,24,kg,地球成为黑洞的半径：,0.89cm,视界：,以施瓦氏半径构成的球面。,一些不
6、同质量天体的黑洞半径和“平均密度”,黑洞质量,/t,施瓦氏半径,/,cm,“平均密度”,/(,tcm,-3,),1,1.48,10,-22,7.36,10,64,地球,6,10,21,0.89,2.0,10,21,太阳,2,10,27,2.96,10,5,1.84,10,10,球状星团,2,10,33,2.96,10,11,1.84,10,-2,银河系,3,10,38,4.45,10,16,8.13,10,-13,14-4-2,探索黑洞,接近,远离,活动星系,M87,星系,M87,位于距地球五千万光年的室女星座。,银盘,在一些双星系统中很可能存在黑洞！,黑洞？,伴星,一般的双星中都存在一个高密度，大质量的星体，比如说白矮星、中子星或是黑洞。质量巨大的星体周围激发出强大的引力场，把它的伴星物质吸引过来，形成旋转着的吸积盘。,
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