廣義相對論課堂一課件

廣義相對論課堂5

引力紅移/時間膨脹檢驗和推論2012.9.25廣義相對論課堂5

引力紅移/時間膨脹檢驗和推論2012.9.1作業(yè)改為周四收發(fā)收在課前發(fā)在講臺或我下去今天的可節(jié)后交作業(yè)改為周四收發(fā)收在課前2研究生課程沖突嗎？1.本科生課程安排：9月29日(星期六)上10月4日(星期四)的課程,原安排在9月29日（星期六）和9月30日（星期日）的課程停上,安排在10月6日(星期六)和10月7日(星期日)的課程正常進行。

2.研究生課程安排：9月30日至10月7日的課程停上。9月29日（星期六）的課程正常進行。

研究生課程沖突嗎？1.本科生課程安排：9月29日(星期六)上3批改后，你最好做什么？事實性知識信博學、審問概念性知識（陳述性）結(jié)構(gòu)解慎思、明辨策略性知識（程序性）How行篤行、行盡反思性知識元認知證反者道之動批改后，你最好做什么？事實性知識信概念性知識（陳述性）解策略4例程活動：總結(jié)上次課主題例程活動：總結(jié)上次課主題5分解=Lorentz×Einstein

=運動學×引力分解=Lorentz×Einstein

=運動學×引力6疊成——乘——綜合效應實際鐘——v≠0推導鐘——固定v=0疊成——乘——綜合效應實際鐘——v≠07水平平移vs斜坡平移

信號速度水平平移vs斜坡平移

信號速度8列表比較三種推導相同：固定？——同步軌道近似？低速《=》弱場牛頓orSR在原理上唯一區(qū)別信號速度無限vs有限=Doppler輔助鐘加速系信號光慢子光框架牛頓SR獨特牛頓特點快清晰繁瑣列表比較三種推導相同：Doppler輔助鐘加速系信號光慢子光9唯一工業(yè)應用

極端重要GPS論文項目MIT材料唯一工業(yè)應用

極端重要GPS10量綱分析

dimensionalanalysisC——信號速度GM、R量綱分析

dimensionalanalysisC——信號11活動1：快速說明無量綱。

思考20秒、寫下或解釋給鄰座活動1：快速說明無量綱。

思考20秒、寫下或解釋給鄰座12記憶術(shù)記憶術(shù)13能量比能量比14Action2:推導比例

=引力能/靜質(zhì)量能條件：球天體——質(zhì)量M、半徑R、均勻密度ρ1、什么叫束縛能？Bindingenergy?引力束縛能=-牛頓（自）引力勢能分解、2、用M、R=》ρ3、比例MartinRees《7NumbersinUniverse》Action2:推導比例

=引力能/靜質(zhì)量能條件：球天體—15結(jié)果：引力勢能結(jié)果：引力勢能16MartinRees,JustSixNumbers——TheDeepForcesthatShapetheUniverseN1036MartinRees,JustSixNumbers—17示范：走時率比例差異rateν=N/TN=νT示范：走時率比例差異rateν=N/T18Action2:locallaw=>globaleffects——

locallaw=equation+measure，globallycompareandverify.三種推導——討論課Action2:locallaw=>global191：FF(2)、auxiliaryclock輔助鐘推導=思想實驗示范！dt為什么相等？如何區(qū)分坐標時和固有時速度相對優(yōu)點——LPI1：FF(2)、auxiliaryclock輔助鐘推導=20思路圖前半思路圖前半21EinsteinEquivalencePrinciple

=EEPWEPLLI=LocalLorentzInvarianceLPI=LocalPositionInvarianceEinsteinEquivalencePrinciple22WEP

Thetrajectoryofapointmassinagravitationalfielddependsonlyonitsinitialpositionandvelocity,andisindependentofitscomposition.運動學——力學——》其他物理LLI點質(zhì)量——SEPFFF——preferred——對應原理LIFWEPThetrajectoryofapoint23LLI=LocalLorentzInvarianceTheoutcomeofanylocal

non-gravitationalexperimentisindependentofthevelocityofthe

freely-fallingreferenceframeinwhichitisperformed.local非引力=失重自由下落——FFFSEP例：電磁——精細結(jié)構(gòu)常數(shù)測量速度——相對性原理SRLLI=LocalLorentzInvarianceTh24LPI=LocalPositionInvarianceTheoutcomeofanylocalnon-gravitationalexperimentisindependentofwhereandwhenin

theuniverseitisperformed.局域非引力同LLI——EEPvsSEP何地——引力紅移實驗GRE何時——物理學常數(shù)上兩者合起來——時空positionLPI=LocalPositionInvarianceT25活動3：測試你對實驗的理解時鐘考題活動3：測試你對實驗的理解時鐘考題26牛頓版本的EEP牛頓版本的EEP27EEP—》MetricTheoryEEP—》MetricTheory28Metrictheory1、Spacetimeisendowedwithasymmetricmetric

gμν.2、測地線Thetrajectoriesoffreelyfallingtestbodiesaregeodesicsofthatmetric.3、localSR=LLIInlocalfreelyfallingreferenceframes,thenon-gravitationallawsofphysicsarethosewritteninthelanguageofspecialrelativity.Metrictheory1、Spacetimeisen29不同Metrictheory不同在于1怎么來的——決定引力場的場方程不同Brans-Dicke——scalar+tensorEinsteinGR——tensor不同Metrictheory不同在于1怎么來的——決定引30Vessot&Levine1979

火箭引力紅移實驗

UCR=UniversalClockRateHartle§10.1§10五大經(jīng)典檢驗Vessot&Levine1979

火箭引力紅移實31引力紅移實驗1979Classicaltests4-5-6Transponder異頻雷達收發(fā)機一階、二階效應因子疊加vs疊乘引力紅移實驗197932火箭紅移實驗構(gòu)造設(shè)計（自動）雷達異頻收發(fā)機火箭紅移實驗構(gòu)造設(shè)計（自動）雷達異頻收發(fā)機33天才設(shè)計：自動異頻收發(fā)固定？教材第221頁第二段第一句:atransponderontherocket，whichthensendsitbackagainatthefrequencyitwasreceived.收（音、視）+發(fā)天才設(shè)計：自動異頻收發(fā)固定？34需要準確到Doppler效應二階需要準確到Doppler效應二階35往返Doppler效應是疊乘，非疊加！k≈1+V+V2/2k2=(1+V)/(1-V)≈(1+V)(1+V+V2) ≈(1+V)2+V2(1+V) ≈1+2V+2V2往返是否有二階？教材錯！有4倍的二階往返Doppler效應是疊乘，非疊加！k≈1+V+V2/236思路圖后半思路圖后半37Einstein引力場=彎曲時空？

四點引力時間膨脹=時間彎曲閔氏時空一體幾何轉(zhuǎn)盤——非歐幾何潮汐引力Einstein引力場=彎曲時空？

四點引力時間膨脹=時間彎38時空彎曲時間彎曲warped/curvedOhanian:runsslow

geodesicwarpSimilaronEarth——范式Indiagram:illusionbecausecurveddepictedinflatplane;curved/warpspacetimeasawholeflatspacetimecurved!關(guān)鍵要有Minkowski觀念時空彎曲時間彎曲warped/curved39Schild'sladder如何確定靜止無窮遠——精度雙曲加速常引力場倒數(shù)加速度vs平方反比Schild'sladder如何確定靜止40范式paradigm作業(yè)：哪種推導超距與場——Ohanian提及量子力學測量解釋范式paradigm作業(yè)：哪種推導41不相容推導時用的牛頓或狹義結(jié)果卻沒有全局平直時空=沒有全局慣性系（鐘尺）LIF不相容推導時用的牛頓或狹義42彎曲時間彎曲時空類比地球球面彎曲時間彎曲時空類比地球球面43彎曲直觀=測地線減速偏離

正曲率兩次相交——習題6.14彎曲直觀=測地線減速偏離

正曲率兩次相交——習題6.1444潮汐引力徑向拉伸+橫向擠壓三種擺法潮汐加速度=？測地線偏離加速度=曲率潮汐引力徑向拉伸+橫向擠壓45Einstein轉(zhuǎn)盤(勻速V)：數(shù)量桿數(shù)目L0=桌面測得外圍周長L=轉(zhuǎn)盤系測得自身盤周長量桿rod=ruler尺子Einstein轉(zhuǎn)盤(勻速V)：數(shù)量桿