广义相对论课堂一

第一&二章1. 设想有一光子火箭，相对于地球以速率v=0.95c 飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为15 m ，问以地球为参考系，此火箭有多长 ？解 ：固有长度,2. 一长为 1 m 的棒静止地放在 O ’x ’y ’平面内，在S ’系的观察者测得此棒与O ’x ’轴成45°角，试问从 S 系的观察者来看，此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少？设想S ’系相对S 系的运动速度4.68ml ==第三章1.简述狭义相对论与广义相对论的基本原理。

P9、15、2*①狭义相对论：所有的基本物理规律都在任一惯性系中具有相同的形式。

这就叫狭义相对性原理。

相对性原理：一切惯性参照系等效，即物理规律在所有的惯性系中都具有完全相同的形式。

光速不变原理：真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动状态无关，即不依赖于惯性系的选择。

②广义相对论：一切参照系都是平权的。

或者说，客观的物理规律应在任意坐标变换下保持形式不变。

等效原理：惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。

广义相对性原理：一切参考系都是平权的或客观的真实的物理规律应该在任意坐标变换下形式不变，即广义协变性。

2.什么是广义相对论的等效原理？强等效原理与弱等效原理有何区别？等效原理：惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。

3.在牛顿力学中是否能够定义惯性参照系？什么是局部惯性系？P12、29引力与惯性力有何异同？定义不同：惯性力的度量是惯性质量写为F=ma，而引力的度量是引力质量，由万有引力定律写成(1)(2)2g gm mF Gr，从物理本质上是不同的。

相同：二者的实验量值是相等的，根据等效原理引力与惯性力的任何物理效果都是等效的4.弯曲时空是用什么几何量来描述的？什么是引力场的几何化？P35处于形变的四维时空区域，从物理上说可以认为是有引力存在的时空区域。

所以，表示时空弯曲的几何量，同时也表示了引力场的状态。

引力场中的物理问题便等价于弯曲时空的几何问题，这种看法就称为引力场的几何化。

广义相对论简单入门1905年，阿尔伯特·爱因斯坦断定惯性系之间的物理定律应当完全相同以及真空中的光速和观测者的速度无关。

这些是狭义相对论的基础，狭义相对论提出了物理学的新框架同时提出了关于时间和空间的新概念。

之后爱因斯坦花费了十年时间尝试把狭义相对论推广到加速系，最终他发表了广义相对论。

广义相对论提出，大质量的物体会引起时空的畸变，它自身也会感受到引力。

引力的拖拽两个物体会感受到对方给自己的吸引，这就是我们知道的引力。

艾萨克·牛顿建立了运动三定律并量化了两个物体之间引力的大小。

两个物体之间的引力大小取决于两者各自的质量以及他们之间的距离。

当地心将你向它拖拽，你也在拉拽地球。

但是引力对质量较大的物体拖拽不明显，你自身较小的质量使你觉得自身被牢牢固定在地面。

不过牛顿假设引力是一种可以作用一段距离的物体所固有的力。

阿尔伯特·爱因斯在狭义相对论中断定物理定律在所有惯性系中都是一样的；无论观测者以什么速度运行，他测到的真空中光速都是一样的。

事实上，他发现时间和空间可以相互交织在一起形成连续的时空。

某一观察者眼中同时发生的事情在其他观察者眼中可能发生在不同时刻。

质量使时空发生弯曲来源：wikipedia当爱因斯坦得到了广义性对论的公式时，他意识到质量巨大的物体可以令时空发生弯曲。

可以想象在蹦床的中心放置一个巨大的物体。

这个物体会把布面往下压使得它的表面出现凹陷。

在蹦床边缘滚动的球体就会向着中心的物体螺旋运动，就像引力在太空中吸引着行星周围的石块。

实验证据尽管实验装置不能直接看到或者测量到时空，但是时空弯曲所预言的许多现象已经被观察到。

引力透镜：在质量巨大的物体周围，光线会发生弯曲。

对于它后面的物体来说，这个物体就像是巨大的透镜一样。

天文学家一般利用这种办法研究超大物体背后的恒星和星系。

爱因斯坦十字来源：wikipedia爱因斯坦十字是位于飞马星座的类星体，它是引力透镜的典型例子。

广义相对论教程广义相对论是物理学中的一个分支，包含了研究引力、时空和宇宙演化的理论。

它由阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪早期首先提出，是一项重要的科学成就。

下面是一份广义相对论的教程，包含以下主题：1. 引力和物质之间的关系2. 时空和宇宙的结构3. 黑洞和引力波4. 应用于宇宙学的广义相对论1. 引力和物质之间的关系引力是由物体之间的质量和距离产生的吸引力。

在广义相对论中，引力的本质是时空的弯曲。

具体而言，它是物质的存在使得时空出现弯曲的结果。

这个时空弯曲的概念是由爱因斯坦在1916年提出的。

他的理论是基于两个假设：首先，物体会沿着最短的路径（称为测地线）移动，而其路径是由弯曲的时空所确定的；其次，任何物体的质量都会影响时空的弯曲，从而影响其他物体的轨迹。

2. 时空和宇宙的结构在广义相对论中，时空不仅是物理现象的舞台，也是物理现象本身的一部分。

时空被认为是一个四维的坐标系，其中一个维度是时间。

这个坐标系被称为时空的Minkowski空间。

当物体存在时，它会改变Minkowski空间的形状，使其成为一个弯曲的空间。

这种弯曲是由物体质量的强度和位置所决定的。

宇宙这一概念在广义相对论中被定义为在空间和时间上统一的物理系统。

它是由大量物体和辐射组成的，其中每个物体都会影响时空的弯曲。

宇宙的演化可以通过求解爱因斯坦方程来描述，这个方程是将时空曲率与能量-动量张量相关联的方程。

3. 黑洞和引力波在广义相对论中，黑洞是一种极端的天体物理现象，它的引力强度超过其他物质的引力。

黑洞会吸引周围的物质，甚至是光线，因此被认为是绝对不透明的。

引力波是广义相对论的另一个预测。

它们是由加速物体所产生的时空弯曲所引起的，它们是与光速传播的引力的扰动。

当两个超 massive黑洞在合并时，就会产生引力波。

这一现象已被LIGO实验直接探测到。

4. 应用于宇宙学的广义相对论广义相对论在宇宙学领域中有着广泛的应用。

它的研究成果帮助我们更好地了解宇宙的演化。