請介紹一下廣義相對論的內容,簡單描述一下廣義相對論

時間 2022-03-02 01:40:18

1樓:清都山水郎

2023年,愛因斯坦發表了關於狹義相對論的第一篇文章後,並沒有立即引起很大的反響。但是德國物理學的權威人士普朗克注意到了他的文章,認為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美,正是由於普朗克的推動,相對論很快成為人們研究和討論的課題,愛因斯坦也受到了學術界的注意。

2023年,愛因斯坦聽從友人的建議,提交了那篇著名的**申請聯邦工業大學的編外講師職位,但得到的答覆是**無法理解。雖然在德國物理學界愛因斯坦已經很有名氣,但在瑞士,他卻得不到一個大學的教職,許多有名望的人開始為他鳴不平,2023年,愛因斯坦終於得到了編外講師的職位,並在第二年當上了副教授。2023年,愛因斯坦當上了教授,2023年,應普朗克之邀擔任新成立的威廉皇帝物理研究所所長和柏林大學教授。

在此期間,愛因斯坦在考慮將已經建立的相對論推廣,對於他來說,有兩個問題使他不安。第一個是引力問題,狹義相對論對於力學、熱力學和電動力學的物理規律是正確的,但是它不能解釋引力問題。牛頓的引力理論是超距的,兩個物體之間的引力作用在瞬間傳遞,即以無窮大的速度傳遞,這與相對論依據的場的觀點和極限的光速衝突。

第二個是非慣性系問題,狹義相對論與以前的物理學規律一樣,都只適用於慣性系。但事實上卻很難找到真正的慣性系。從邏輯上說,一切自然規律不應該侷限於慣性系,必須考慮非慣性系。

狹義相對論很難解釋所謂的雙生了佯謬,該佯謬說的是,有一對孿生兄弟,哥哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行,根據相對論效應,高速運動的時鐘變慢,等哥哥回來,弟弟已經變得很老了,因為地球上已經經歷了幾十年。而按照相 對性原理,飛船相對於地球高速運動,地球相對於飛船也高速運動,弟弟看哥哥變年輕了,哥哥看弟弟也應該年輕了。這個問題簡直沒法回答。

實際上,狹義相對論只處理勻速直線運動,而哥哥要回來必須經過一個變速運動過程,這是相對論無法處理的。正在人們忙於理解相對狹義相對論時,愛因斯坦正在接受完成廣義相對論。

2023年,愛因斯坦撰寫了關於狹義相對論的長篇文章《關於相對性原理和由此得出的結論》,在這篇文章中愛因斯坦第一次提到了等效原理,此後,愛因斯坦關於等效原理的思想又不斷髮展。他以慣性質量和引力質量成正比的自然規律作為等效原理的根據,提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運動的參照系。愛因斯坦並且提出了封閉箱的說法:

在一封閉箱中的觀察者,不管用什麼方法也無法確定他究竟是靜止於一個引力場中,還是處在沒有引力場卻在作加速運動的空間中,這是解釋等效原理最常用的說法,而慣性質量與引力質量相等是等效原理一個自然的推論。

2023年11月,愛因斯坦先後向普魯士科學院提交了四篇**,在這四篇**中,他提出了新的看法,證明了水星近日點的進動,並給出了正確的引力場方程。至此,廣義相對論的基本問題都解決了,廣義相對論誕生了。 2023年,愛因斯坦完成了長篇**《廣義相對論的基礎》,在這篇文章中,愛因斯坦首先將以前適用於慣性系的相對論稱為狹義相對論,將只對於慣性系物理規律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理,並進一步表述了廣義相對性原理:

物理學的定律必須對於無論哪種方式運動著的參照系都成立。

愛因斯坦的廣義相對論認為,由於有物質的存在,空間和時間會發生彎曲,而引力場實際上是一個彎曲的時空。愛因斯坦用太陽引力使空間彎曲的理論,很好地解釋了水星近日點進動中一直無法解釋的43秒。廣義相對論的第二大預言是引力紅移,即在強引力場中光譜向紅端移動,20年代,天文學家在天文觀測中證實了這一點。

廣義相對論的第三大預言是引力場使光線偏轉,。(原文如此,可能漏有內容)最靠近地球的大引力場是太陽引力場,愛因斯坦預言,遙遠的星光如果掠過太陽表面將會發生一點七秒的偏轉。2023年,在英國天文學家愛丁頓的鼓動下,英國派出了兩支遠征隊分赴兩地觀察日全食,經過認真的研究得出最後的結論是:

星光在太陽附近的確發生了一點七秒的偏轉。英國皇家學會和皇家天文學會正式宣讀了觀測報告,確認廣義相對論的結論是正確的。會上,著名物理學家、皇家學會會長湯姆孫(原文如此,通常譯為「遜」)說:

這是自從牛頓時代以來所取得的關於萬有引力理論的最重大的成果,愛因斯坦的相對論是人類思想最偉大的成果之一。愛因斯坦成了新聞人物,他在2023年寫了一本通俗介紹相對認的書《狹義相對論與廣義相對論淺說》,到2023年已經再版了40次,還被譯成了十幾種文字,廣為流傳。

參考資料

2樓:歲月不寒

廣義相對論是愛因斯坦(albert einstein)在2023年發表的理論。愛因斯坦提出「等效原理」,即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質量與慣性質量的等價性上(目前實驗證實,在10 − 12的精確度範圍內,仍沒有看到引力質量與慣性質量的差別)。

根據等效原理,愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。物體的運動方程即該參考系中的測地線方程。測地線方程與物體自身故有性質無關,只取決於時空局域幾何性質。

而引力正是時空局域幾何性質的表現。物質質量的存在會造成時空的彎曲,在彎曲的時空中,物體仍然順著最短距離進行運動(即沿著測地線運動——在歐氏空間中即是直線運動),如地球在太陽造成的彎曲時空中的測地線運動,實際是繞著太陽轉,造成引力作用效應。正如在彎曲的地球表面上,如果以直線運動,實際是繞著地球表面的大圓走。

簡單描述一下廣義相對論

3樓:作文小編

相對論是一種哲學思想,總的意思是一切事物都是相對的、對立統一的形式存在的。比如沒的長就無所謂短,沒有大就無所謂小,沒有高就無所謂低,沒有多就無所謂少。一張紙無論多薄,沒有正面的同時就沒有背面。

單獨說一個數值是沒有意義的,比如單獨說1千米,沒有長或短的概念。但是要和一光年比,就短得可以忽略,要和電子的直徑比就是個天文數字。

我們平時說的相對論一般是指相對論物理學(也叫愛因斯坦相對論)。是把相對論的哲學思想與物理學相結合形成的可以適應更廣泛領域的物理學理論。

相對論物理學的基礎是:經典物理學的基本理論、光速不變原理、相對性原理。

相對論中一個非常重要的概念就是速度。相對論中的速度與經典物理學中的速度是不完全相同的概念。這一點非常重要,是理解相對論的關鍵所在。

經典物理學中的速度是指:質點在單位時間內移動的距離。裡面沒有說相對誰的距離。

在相對論中的速度則是指:兩個點之間的相對距離的變化率,這裡強調了是兩個點。在相對論中,單獨一個物體不存在速度。任何速度必須有確定的參照系。

我們可以發現,在經典物理學中經常可以說某個物體的速度是多少,但是在相對論中,不存在這樣的表達,必須是某個物體相對某個物體的速度是多少。

想象一下就會發現速度這個概念的真正含義。假設宇宙中只有一個物體,沒有任何其他的物體了,那麼在這個物體上就像在一個封閉的空間一樣,不會感覺物體自身有任何運動。就像我們在地球上如果沒有太陽月亮星星,我們不可能感覺地球在運動。

如果宇宙中有兩個物體,那麼就有了兩個物體的相對速度,就算兩個物體相對是靜止的,那也有相對速度的概念,只不過相對速度是0。

相對速度只限於兩個質點之間的距離變化率,與第三者無關。這一點決定了速度是不能直接線性疊加的。當然剛說到這裡我們還不能證明速度不能線性疊加,這要在我們瞭解了空間的概念後才能理解。

空間的概念三兩句話說不清楚,我們先不理會這個概念,直接來看一下洛倫茲變換顯示的速度不能直接疊加的原因。

上圖中a是相對o以速度v運動的慣性系。b是a上的一點。

在a運動到與o重合的時刻,一光子從a射向b。

在a看,光子的路徑是ct' ,在o看,光子的路徑是ct 並且在t 時間內a 移動了vt的距離。

三個長度的關係是:(ct') +(vt) =(ct)

解出t' 就得到了:t'=t×√(1-v /c )

這就是狹義相對論中必須記住的公式,洛倫茲變換(√(1-v /c )也叫相對論因子)。

從t'=t×√(1-v /c ) 這個公式看,直接的印象是運動的系統上的時間變慢了。但是要注意的恰恰是前面說過的,在相對論中不存在單獨一個物體的運動,只有兩個物體的相對運動。因為事實上我們完全可以把a當參照系,說o在運動。

現在我們必須理解:a相對o的運動速度是v,o相對a的運動速度必然也是v。就像我和你的距離是s,你和我的距離也必然是s一樣。

但是兩個時間卻存在著換算關係。因此:a與o之間的距離在不同系統上看到的結果就不一樣了:

在a上看是s『=vt',在o上看則是s=vt,s』/s=t'/t,s'=s×√(1-v /c )。

這是不是和前面說的我看你的距離是s,你看我的距離也必然是s相悖了呢?不是。前面說的距離必然相等是指相對速度是0的情況,現在是兩個系統的相對速度不是0的情況。

從上面的圖可以看出來:速度v影響了什麼?只對o的觀測值ct有影響,對ct'沒有任何影響。

實際上t 是因為a相對o有速度才變快(數值變大)了。無論速度v是多少,對a上的觀測值ct'沒有任何影響,也就是說t' 並沒有改變。因此洛倫茲因子√(1-v /c )修正的是o的觀測值,使之與a的觀測值相等。

同樣的,也是由於相對速度的原因,使o觀測到的a走過的距離vt要比a實際走過的距離vt'長。

現在再回到速度不能疊加的問題上。

假如高速運動的火車上有人打乒乓球,地面上有人在看。球與火車的相對速度是以火車上的時間為標準的v1,地面人看火車的速度是以地面上的時間為標準的v2,兩個時間標準不同,怎麼可以直接線性疊加呢?所以人相對乒乓球的速度不能用v1+v2來計算。

這就是狹義相對論的主要內容,解決了不同系統上的時間和距離的換算問題。

但是也許你發現了,前面的公式為什麼和我們平時用的換算公式不同?哪個是對的?

這裡說明一下:洛倫茲因子的推導是建立在時間處處均勻的條件下的,從圖上可以看到,a從o所在位置移動到vt'的位置是需要時間的,而a在vt'位置處的資訊傳遞到o處時,光需要一定的時間,因此,o上觀測到的時間必須是在變換的基礎上加上距離帶來的光程差。

可以說,洛倫茲變換實際上是一個微分概念上的變換,是消除了光程差後的純變換。但是巨集觀上只要有距離就一定有光程差,因此,沒有光程差的可能性就必須是t無限短,t→0時,

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