1、广义相对论简介 general theory of relativity,一、等效原理 惯性质量与引力质量,在大约10-8的相对精度内，两者相等。,引力场和加速度的效应等价。,引力场与加速度系统等效性说明,实验：宇航员放开手中小球。,结果：小球以g加速下落。,判断:(1)由于密封舱在太空（无引力作用）以a=g加速向上所致。（2）由于密封舱停在地面，小球受引力所致。,等效原理：一个均匀的引力场与一个匀加速运动的非惯性系等效。,假设：在一个与外界隔绝的宇宙飞船中的密封舱内,二、广义相对性原理与时空弯曲,物理学定律在所有的参考系中都是等价的，也就是说所有的参考系都是平权的。广义相对性原理,非惯性系里
2、的时空,S系，一个非惯性系。 绕转轴以半径r作一圆周。 所有点都静止。,S系，一个惯性系。 所有点沿切线方向运动。,根据等效原理，在S系看来,在转动的非惯性系中，圆的周长 s 2r,非惯性系的空间是弯曲的。,如何判定面是平面、球面或其他什么面？,研究面上的几何学。,太阳系附近，引力场很大，光线偏转。,三角形内角和大于1800,结论：太阳周围的空间是弯曲的，并且具有正曲率。,光线在引力场中发生了偏转， 或者引力场中的空间是弯曲的。,三、广义相对论的可观测效应,引力时缓尺缩效应及引力红移,远离引力中心的地方观察引力场中发生在不同地点的同一物理过程，引力场越强的地方，观测时间越慢，空间距离越短，即引
3、力的时缓尺缩效应越显著。,引力场中光速变慢,引力红移,广义相对论的时空是一个由三维空间和一维时间组成的黎曼空间(时空弯曲)。,物质光谱周期变长，频率发生变化,光线的引力偏转,太阳将使在它表面通过的光线偏转1.75“角度,水星轨道的进动,牛顿理论：行星的轨道是严格闭合的椭圆,观测表明：行星的椭圆轨道存在进动现象，即椭圆的长轴也缓慢转动。,广义相对理论： 太阳附近的时空连续系统的弯曲性质， 必然引起水星轨道产生进动。,牛顿力学预言水星进动5557.62“,水星进动实际观测值5600.73“,广义相对论理论预言水星进动每世纪有43.03“,雷达回波延迟,用雷达向水星和金星发射电磁波,1、雷达波经过太
4、阳附近时测往返时间t1,2、雷达波不经过太阳附近时测往返时间t2,表明：太阳引力场引起时间延缓效应,黑洞,对黑洞的预言是广义相对论的杰作,史瓦西半径（引力半径）,发现：在这个奇异的球面上发生一个物理过程，从很远地方观察，则它的时间趋于无限长，频率等于零，光速也变为零。,这个奇异球面对远处的观测者完全是黑的。,史瓦西半径奇异球面将引力场分成两个部分： 1、球面上只存在物质和信息单向流动。外部流向内部。 2、内部任何物体从外部看不到。只有引力仍然作用在史瓦西半径以外。,黑洞：质量全部分布在史瓦西半径以内的物体。,事件的视界：史瓦西半径所规定的界面。,半径压缩到3000m以内,半径压缩到0.01m以内,
