2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：廣義相對論簡介

廣義相對論簡介

廣義相對論簡介一、狹義相對論的原則性缺陷非慣性系的時空結(jié)構(gòu)及其中的物理定律不清楚萬有引力定律沒有得到修正二、廣義相對論的基本原理

等效原理：引力和加速度等效。

廣義相對性原理：在一切參照系中，物理 定律都有相同的形式。

從整體上說廣義相對論是一個關(guān)于時間、空間和引力的理論，它指出，物質(zhì)的存在會使四維時空發(fā)生彎曲，萬有引力并不是真正的力，而是時空彎曲的表現(xiàn)愛因斯坦升降機實驗地球上靜止真實引力場和非慣性系無法區(qū)分，存在引力場的空間不是慣性系。太空中向上加速g太空中靜止地球上自由下落g在引力場的任一局域都可引入一自由降落系，在其中消除了引力場，成為“局域慣性系”，狹義相對論的公式在其中成立。光線在引力場中發(fā)生彎曲，這是因為空間本身彎曲了，連帶光線一起也被彎曲了。等效原理使引力場和彎曲的空間聯(lián)系起來愛因斯坦廣義相對論把非慣性系、引力場和彎曲空間統(tǒng)一起來，繼承了狹義相對論的合理內(nèi)容，將相對論物理學(xué)推廣到非慣性系，同時解決了引力問題。描述彎曲空間的黎曼幾何成為愛因斯坦建立廣義相對論的強有力數(shù)學(xué)工具。在黎曼空間建立的愛因斯坦場方程，此方程表明物質(zhì)和時空是統(tǒng)一的，由物質(zhì)的運動及其分布可以決定時空的結(jié)構(gòu)，由已知的時空結(jié)構(gòu)也可以推算出物質(zhì)的運動。三、廣義相對論的實驗驗證雷達(dá)回波的時間延遲引力紅移引力場中的光線的偏折水星近日點的進(jìn)動質(zhì)能關(guān)系已被實驗證實

放射性蛻變、原子核反應(yīng)、高能粒子實驗中均得證平常物體能量發(fā)生變化時為何測不出質(zhì)量變化?因為很大極小思考(b)相當(dāng)于燃燒60噸煤放出的能量??！例1.設(shè)一質(zhì)子以速度v=0.80c運動。求其總能量、動能和動量。解：質(zhì)子的靜能量為E0=m0c2=938MeV，所以，質(zhì)子的總能量為質(zhì)子的動量為質(zhì)子的動能為例2.兩全同粒子，以相同的速率相向運動，碰后復(fù)合。求：復(fù)合粒子的速度和質(zhì)量由能量守恒解：對撞，動量守恒，復(fù)合后速度為零。設(shè)復(fù)合粒子質(zhì)量為M系統(tǒng)的靜止質(zhì)量增加了。兩個粒子的動能，轉(zhuǎn)化為靜能，能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量。三、四維動量由和

可得最終有，如果設(shè)c=1，則有四維動量，間隔不變，動量守恒四維動量也滿足洛侖茲變換飛船中的速度：飛船中的能量：飛船中的動量：四維矢量點積常見的四維矢量：四維動量，間隔不變，動量守恒四維矢量，洛倫茲旋轉(zhuǎn)不變，點積不變選特殊坐標(biāo)系時空：類時或類光，或判定相關(guān)或無關(guān)能量或動量：自坐標(biāo)（光例外）運動坐標(biāo)系，尺縮效應(yīng)電現(xiàn)象穩(wěn)恒電流：靜止坐標(biāo)系磁現(xiàn)象光子動量守恒：