爱因斯坦的广义相对论的主要内容是?请各位帮帮忙!
爱因斯坦又做了进一步深入研究,从而得出了更多的结论:处于磁力场中的光线是弯曲的。既然光线是弯曲的,那么三维空间呢?爱因斯坦的思维跃到了更深、更广的层面。
只是要想找到三维空间里弯曲的曲线存在,爱因斯坦深知自己的数学知识是远远不够的。他想到了老朋友格罗斯曼——一位很有名气的数学家,恐怕只有借助于老友的帮忙自己的设想才会在现实中被找出来。两个好朋友,把物理和数学两方面的知识结合一起,终于又有了新的发现。
引力实际上是不存在的,两个物体之间被人们称为引力的作用,其实只是物理作用使物体的周围空间发生了弯曲,从而对另一个运动的物体产生了作用,这就是爱因斯坦的广义相对论的总体内容。
广义相对论的基本概念解释:
广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把物体受引力作用而运动,归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。因此,广义相对论亦称时空几何动力学,即把引力归结为时空的几何特性。
如何理解广义相对论的时空弯曲呢?这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明。假如有两个质量很大的钢球,按牛顿的看法,它们因万有引力相互吸引,将彼此接近。而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力。它们之所以相互靠近,是由于没有钢球出现时,周围的时空犹如一张拉平的网,现在两个钢球把这张时空网压弯了,于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了。这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动。所以,爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论。
进一步说,这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的。等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发,认为引力与加速系中的惯性力等效,两者原则上是无法区分的;广义协变原理,可以认为是等效原理的一种数学表示,即认为反映物理规律的一切微分方程应当在所有参考系中保持形式不变,也可以说认为一切参考系是平等的,从而打破了狭义相对论中惯性系的特殊地位,由于参考系选择的任意性而得名为广义相对论。
我们知道,牛顿的万有引力定律认为,一切有质量的物体均相互吸引,这是一种静态的超距作用。
在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示,它所反映的引力作用是动态的,以光速来传递的。
广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论,牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似。所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能,力场中,才显示出两者的差别,这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题。
广义相对论在1915年建立后,爱因斯坦就提出了可以从三个方面来检验其正确性,即所谓三大实验验证。这就是光线在太阳附近的偏折,水星近日点的进动以及光谱线在引力场中的频移,这些不久即为当时的实验观测所证实。以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验,很快在更高精度上证实了广义相对论。60年代天文学上的一系列新发现:3K微波背景辐射、脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力地支持了广义相对论,从而使人们对广义相对论的兴趣由冷转热。特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学,已成为物理学中的一个热门前沿。
爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果,他说过,“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟。但是我认为,广义相对论不一样。”确实,广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想,这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论。没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力,没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础,是不可能建立起广义相对论的。伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一。
狭义相对论就是
狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容,要先对相对论的时空观有个大体了解。在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间。现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义,在此不做讨论。
四维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知。一把尺子在三维空间里(不含时间)转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的。四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系。
四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量(或能量)并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大。在四维时空里,质量(或能量)实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢。另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等。值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的。可以说至少它比牛顿力学要完美的多。至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑。
相对论中,时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空,能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。在今后论及广义相对论时我们还会看到,时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。
物质在相互作用中作永恒的运动,没有不运动的物质,也没有无物质的运动,由于物质是在相互联系,相互作用中运动的,因此,必须在物质的相互关系中描述运动,而不可能孤立的描述运动。也就是说,运动必须有一个参考物,这个参考物就是参考系。
伽利略曾经指出,运动的船与静止的船上的运动不可区分,也就是说,当你在封闭的船舱里,与外界完全隔绝,那么即使你拥有最发达的头脑,最先进的仪器,也无从感知你的船是匀速运动,还是静止。更无从感知速度的大小,因为没有参考。比如,我们不知道我们整个宇宙的整体运动状态,因为宇宙是封闭的。爱因斯坦将其引用,作为狭义相对论的第一个基本原理:狭义相对性原理。其内容是:惯性系之间完全等价,不可区分。
著名的麦克尔逊--莫雷实验彻底否定了光的以太学说,得出了光与参考系无关的结论。也就是说,无论你站在地上,还是站在飞奔的火车上,测得的光速都是一样的。这就是狭义相对论的第二个基本原理,光速不变原理。
由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式,速度变换式等所有的狭义相对论内容。比如速度变幻,与传统的法则相矛盾,但实践证明是正确的,比如一辆火车速度是10m/s,一个人在车上相对车的速度也是10m/s,地面上的人看到车上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情况下,这种相对论效应完全可以忽略,但在接近光速时,这种效应明显增大,比如,火车速度是0。99倍光速,人的速度也是0。99倍光速,那么地面观测者的结论不是1。98倍光速,而是0。999949倍光速。车上的人看到后面的射来的光也没有变慢,对他来说也是光速。因此,从这个意义上说,光速是不可超越的,因为无论在那个参考系,光速都是不变的。速度变换已经被粒子物理学的无数实验证明,是无可挑剔的。正因为光的这一独特性质,因此被选为四维时空的唯一标尺。
爱因斯坦的广义相对论讲的是什么?
广义相对论描述的是物质与空间、运动与时空之间的精妙联系,揭示了万有引力的本质。1905年,爱因斯坦提出狭义相对论,狭义相对论的时空观已经颠覆了经典时空观,但是狭义相对论有一个非常大的缺陷,就是只能描述惯性系,无法描述非惯性系。狭义相对论的主要工作完成后,爱因斯坦着手把相对论推广到非惯性系,...
爱因斯坦的广义相对论
广义相对论是阿尔伯特●爱因斯坦于1916年发表的用几何语言描述的引力理论,它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中,并在此基础上应用等效原理而建立的。在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率);而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射...
爱因斯坦通过什么实验验证了广义相对论?
验证广义相对论的实验有三个,水星剩余进动、光线弯曲和引力红移。这三个实验对于广义相对论的验证起到了至关重要的作用,因而被称为广义相对论的三个经典实验。爱因斯坦继续运用归纳法,将不同概念的引力质量和惯性质量的表观等价提升为等效原理,规定这两个概念是完全相同的。于是作为物理对象的物质与作为...
爱因斯坦如何应用广义相对论解决问题?
可是,天文学家们花了几十年时间都没有找到这颗神秘的火神星。爱因斯坦用广义相对论最终揭开了火神星之谜。原来,由于太阳的巨大质量,使周围时空发生了弯曲,水星是离太阳最近的一个星,受这种影响最大,根据广义相对论计算,恰好每个世纪应该有43秒的近动,根本不存在什么火神星。其他行星离太阳较远,...
为什么说爱因斯坦能发现广义相对论
1915年11月,爱因斯坦发表三篇划时代的论文,建立广义相对论。他晚年的时候经常说,他是通过最自然的数学方式得到了广义相对论的场方程。但是他在发展广义相对论期间做的笔记展示的是一个不同的故事。。。这个月标志着爱因斯坦场方程发表100周年。场方程是广义相对论的顶石,也是爱因斯坦科学生涯中最闪亮的成就。空时曲线...
什么是广义相对论
广义相对论是一种关于引力、时空和物质之间关系的理论。广义相对论是由德国物理学家爱因斯坦于1915年提出的一个引力理论。它扩展了牛顿的引力理论,提供了一个描述引力如何作用于物体以及时空如何因物质的存在而弯曲或扭曲的框架。以下是关于广义相对论的详细解释:首先,广义相对论的核心观点是引力是时空的...
爱因斯坦在广义相对论中提出了什么新的观点?
1915年,爱因斯坦发表了广义相对论,其中涉及加速运动和万有引力问题。他提出了一种全新的观点,即将引力看作是空间的一个属性,而不是物体间的作用力;由于物质的影响,空间变得弯曲,而物体可以沿着阻力最小的曲线移动。广义相对论能够解释牛顿力学所无法解释的一些运动现象,例如行星间变化着的引力所造成的...
什么是广义相对论 广义相对论的意思
有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体(例如活动星系核和微类星体)发射高强度辐射的直接成因。光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象,这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像。广义相对论还预言了引力波的存在(爱因斯坦于1918年写的论文《论引力波》),现已被直接观测所...
检验广义相对论有哪些的预言?
后来,由于注意到显示近日点进步的是最靠近太阳的那些行星,天文学家开始寻找由太阳内部产生的扰动力。太阳显然不是精确球形的。这种变形原则上能引起近日点进动,然而实际上太阳还是太圆了,牛顿引力理论,无论经过修改与否,仍然被这一小撮古怪行星挫败了。1916年爱因斯坦广义相对论终于为行星近日点进动提供了...
爱因斯坦的广义相对论与狭义相对论有什么区别
广义相对论主要是 处理引力和加速度等效的问题,牵涉到时空扭曲。2、发表时间不同 狭义相对论(Special Theory of Relativity)是阿尔伯特·爱因斯坦在1905年发表的题为 《论动体的电动力学》一文中提出的区别于牛顿时空观的新的平直时空理论。广义相对论(General Relativity) 描写物质间引力相互作用的理论...
守田小儿:[答案] 广义相对论认为引力是由空间——时间几何的畸变引起的,因而引力场影响时间和距离的测量.是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论,统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律,将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空,...
景德镇市18918239016: 爱因斯坦的广义相对论的主要内容是?请各位帮帮忙! - ?
守田小儿:[答案] 相对论分为广义相对论和狭义相对论 广义相对论的基本概念解释: 广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论.这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把...
景德镇市18918239016: 爱因斯坦的广义相对论的主要内容是什么呢? - ?
守田小儿: 广义相对论认为引力是由空间——时间几何的畸变引起的,因而引力场影响时间和距离的测量.是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论,统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律,将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空,以取代传统对于引力是一种力的看法.
景德镇市18918239016: 广义相对论的具体内容 - ?
守田小儿: 广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1915年发表的用几何语言描述的引力理论(发表于《普鲁士科学院会议报告》1915年,778-786),它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平.广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论...
景德镇市18918239016: 广义相对论的主要内容是什么重力场又是怎样描述的呢 - ?
守田小儿:[答案] 广义相对论(General Relativity),是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论,统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律,将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空,以取代传统对于引力是一种力的看法.
景德镇市18918239016: 爱因斯坦提出的狭义和广义相对论的内容是什么 - ?
守田小儿: 相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论).相对论的基本假设是光速不变原理,相对性原理和等效原理.相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱.奠定了经典...
景德镇市18918239016: 相对论的主要内容是那些? - ?
守田小儿:[答案] 相对论(Relativity)的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无 大质量物体扭曲时空改变物体行进方向 关.狭义相对论(Special Relativity)和广义相对论(General Relativity)的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系(惯性参照...
景德镇市18918239016: 爱因斯坦的“广义相对论”包括什么? - ?
守田小儿: 狭义相对论又称特殊相对论,广义相对论又称一般相对论. 狭义相对论只限于讨论惯性系情况的相对论.牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间,时间是独立于空间的单独一维(因而也是绝对的).狭义相对论认为空...
景德镇市18918239016: 物理学问题:爱因斯坦的广义相对论主要说的是什么?
守田小儿: 相对论:这是爱因斯坦打破牛顿定律的绝对空间与绝对时间的理论.它大概在说,任何物理定律对于以任何速度运动的观察者都是相同的.它将引力描述为时空的弯曲,并且预言了引力时间膨胀.狭义相对论:之所以称为“狭义”,是因为它没...
景德镇市18918239016: 爱因斯坦广义相对论讲的是什么啊? - ?
守田小儿: 广义相对论的基本概念解释: 广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论.这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把物体受引力作用而运动,归结...