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第九章

广义相对论物理基础简介

整个这一章都是介绍

所以同学们听一听就可以了

我们也不再做

更详细的分析

爱因斯坦1905年

建立起狭义相对论

开创了物理学的新纪元

但是还有一些问题

没有得到彻底的解决

一个就是引力问题

牛顿的引力理论

是不符合洛伦兹变换的

所以它不是一个

严格的引力理论

这是需要讨论和修正的

还有一个

就是相对性原理

在狭义相对性原理里边

惯性系是相同的

它的一切物理规律

在惯性系里都相同

但是惯性系具有了特殊地位

那么爱因斯坦

是想把相对性原理

推广到所有参考系

那么这样的话

要去掉惯性系的特殊地位

所以这两个问题

都没有解决

当然还有时空问题

在狭义相对论里边

时空是孤立的

跟物质无关

那么这样一些问题

都没有解决

所以

爱因斯坦

又经过了一些年的努力

提出了广义相对论

一举解决了这些问题

第一节

广义相对论的基本原理

爱因斯坦在1915年

建立了广义相对论

把相对性原理

推广到任意参考系

建立了关于

时间空间引力的理论

把时空与物质及其分布

和运动联系起来

这样的话

就使得我们整个的物理学

和人类对自然的认识

跨上一个新的台阶

并且对宇宙学的发展

也起了巨大的作用

广义相对论

基于两个基本原理

等效原理和广义相对性原理

我们来看一下

等效原理

爱因斯坦从

引力质量等于惯性质量出发

提出等效原理

一举解决了

引力和加速系的问题

本来惯性质量

和引力质量

是物质的不同属性的两种体现

但是它们两个竟然成比例

显然这里边蕴含着

一个巨大的自然的规律

那么爱因斯坦就从这里出发

提出了等效原理

首先看弱等效原理

我们看一个例子

一个密闭的小屋子里边

我做力学实验

就看不到外边一点东西

我只在小屋子里做力学实验

发现自由落体

它有个重力加速度g

这样的话

就有两种可能

一种可能

我这小屋子就在地球表面

所以是地球的引力

使得物体自由落体

它有一个重力加速度g

但是还有另一种可能

就是我跟地球一点关系没有

我在一个自由空间里面

我这小屋子

以一个负g的加速度向上运动

于是任何一个质点

都受到一个惯性力

惯性力等于m乘以g

是向下的

所以是惯性力

使得它产生了重力加速度

这个你在小室里

做任何一个力学实验

都不能区分这两种可能性

于是

就是提出了等效原理

什么呢

在局域上

所谓局域

就再一个时空点附近的区域

局域上引力和惯性力

在力学实验上等效

那么

引力跟惯性力在局域内等效

并不是说这两个是相同的

因为它们还有本质的区别

比如说引力是由物质产生的

它一定有一个作用者

还有一个被作用者

一定是相互作用力

而且使时空弯曲

惯性力是来自非惯性系

你如果不是非惯性系是惯性系

这个惯性力就没了

它不会使得时空弯曲

所以还是有区别的

而且

在一个大的区域里面

引力跟惯性力

是不能完全抵消的

只能在局域内才能抵消

下面我们看一下强等效原理

爱因斯坦

把弱等效原理推广为强等效原理

什么意思呢

惯性力与引力的任何物理效应

前边说的是力学效应

现在是任何物理效应

在局域内等效

强等效原理

简称为等效原理

我们说的等效原理

都指的是强等效原理

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