本文目录一览:
- 1、广义相对论的基本原理包括()。
- 2、广义相对论基本理论
- 3、广义相对论的概念
- 4、广义相对论的基本原理是什么?
- 5、广义相对论的基本原理
- 6、广义相对论的基本原理是什么?
- 7、广义相对论的基本原理包括
- 8、广义相对论基本原理是什么
- 9、广义相对论原理包括哪些
- 10、简述广义相对论原理
广义相对论的基本原理包括()。
广义相对论的基本原理包括()。
A.相对性原理
B.光速不变原理
C.等效原理
D.广义协变原理
正确答案:CD
广义相对论基本理论
1、广义相对论的等效原理
广义相对论等效原理:惯性力和引力等效,就是一个加速度参考系等效一个引力场。我们知道一个相对地球以加速运动a向前运动的非惯性参考系,里面的物体会产生大小相等的反向加速-a运动,相当于物体受到惯性力F -ma的作用。如果在没有地球引力场之外有一个加速上升的电梯,里面的人会受到一个向下的惯性力,就好比受到一个向下的引力作用,所以说惯性力等效引力,加速惯性场等效引力场。根据广义相对论:引力会使得时间变慢,引力越大,时间越慢,例如一个加速(或减速)运动的参考系,参考系内的物体都会受到方向相反的惯性力作用,惯性力等效引力,加速度惯性场等效引力场,加速度越大,引力场就越强,参考系中物体的受到的等效引力就越大,参考系的时间就越慢,如果在这个加速运动的参考系中放一个时钟,时钟就会受到引力的作用,时间就会走慢。
2、孪生子佯谬
有一对双生子兄弟,其中弟弟坐上宇宙飞船以接近光速的去太空旅行,而哥哥则留在地球上。结果当旅行者回到地球后,我们发现弟弟比留在地球的哥哥更年轻。按狭义相对论解释,彼此都是相对运动,站在弟弟角度应该说哥哥年轻,站在哥哥角度应该说弟弟年轻,哪么到底谁年轻呢?这里用狭义相对论无法解释,只能用广义相对论来分析,在哥哥看来,弟弟的飞船离开地球不断加速直到接近光速,然后进入太空匀速旅行,然后经过减速、回头、加速,接近光速后匀速运动,到地球再减速。根据广义相对论的等效原理,飞船加速减速运动的参考系等效一个引力场,惯性力等效引力,参考系中的物体受到等效引力作用,所以时间变慢。在弟弟看来哥哥的运动是匀速运动,没有经过加速减速运动,所以哥哥的运动不存在等效原理。所以弟弟回到地球比孪生子哥哥更年轻。
3、广义相对论的时间膨胀
广义相对论研究的对象是非惯性系,非惯性系是有加速度的参考系,根据广义相对论等效原理:加速度惯性场等效引力场。所以说非惯性系是一个惯性系再加上一个引力场。非惯性系的时间膨胀是惯性系狭义相对论时间膨胀和引力场时间膨胀共同引起的。狭义相对论时间膨胀是由速度决定的。
引力场引起的时间膨胀与引力场的引力质量有关,与被测参考系到引力场中心距离有关。
例如,GPS卫星导航系统是非惯性系,可以看成是有引力场的惯性系,狭义相对论和引力场共同引起了GPS的时间膨胀。
(1)狭义相对论引起GPS时间膨胀
狭义相对论计算时间膨胀公式: T t 1-(v2/c2),GPS卫星飞行速度v 3889m/s,光速c 3 10^8m/s, t地面时钟流逝时间, T是GPS时钟流逝时间,由上式计算得 T=0.9999999999159 t,这意味着地面时间流逝1秒,GPS时间流逝0.9999999999159秒,按一天的时间计算,GPS卫星时钟所走的时间要比地面时钟慢了(1-0.9999999999159) 3600 24 10^6 7.27微秒。这是由于狭义相对论速度引起时钟时间变慢。
(2)引力场引起GPS时间膨胀
引力场时间膨胀已经通过实验得到了证实,并且广泛应用到全球GPS时间计算系统中。引力场时间膨胀公式: T t 1-(2GM rc2),式中参数:引力常数G=6.67408 10^ 11 ,地球质量M=5.97237 10^24 kg,r为被观测参考系距离地球中心距离,地球的平均半径为6371 km,c为光速3 10^8m/s, t是距引力场以外无引力惯性系观测者时钟流逝的时间。
按照GPS卫星位于距离地面2 10^4千米的太空计算,r 20000 6336 2.6336 10^7m,引力场外观察者时间流逝和GPS时间流逝的关系:计算得 T=0.999999999832 t,这表示引力场外观测者时间流逝1秒,GPS卫星时间流逝0.999999999832秒,按一天来计算,GPS卫星时钟所走的时间要比引力场外时钟慢了(1-0.999999999832) 3600 24 10^6 14.51微秒。
同样计算,引力场外观察者时间流逝和地球上时间流逝的关系,地球半径r 6336 10^3m,由公式计算得: T=0.999999999304 t,这表示引力场外观测者时间流逝1秒,地面时间流逝0.999999999304秒,按一天来计算,地面时钟所走的时间要比引力场外时钟慢了(1-0.999999999304) 3600 24 10^6 60.134.微秒。
因此,按一天计算,GPS卫星时钟所走的时间要比地面时钟快了60.134-14.51=45.62微秒。
综合以上,引力场对GPS时间膨胀要比狭义相对论对GPS时间膨胀更明显。按一天计算,GPS卫星时钟流逝的时间要比地面时钟流逝的时间快45.624-7.27=38.36微秒。
卫星的定位误差等于时钟的误差乘上光速。相对论每天的时钟误差引起的定位误差 Δx = 3x105x38.36x10-6 = 11.5km ,由此可知,未经相对论修正的GPS会产生较大的定位误差,只有消除这种系统误差才能保证GPS定位的准确度,GPS卫星通常采用四颗卫星定位测量来消除误差。
4、引力红移和引力透镜
太阳的质量很大,使周围的时空弯曲,弯曲的曲率产生引力波,当遥远处恒星的光线经过这个曲率的时空时,在引力波的作用下光线发生弯曲,弯曲偏转角度1.75''角秒,光线沿着曲率路线运动,光子具有粒子性,有运动质量,所以在引力作用下能发生弯曲。而且在强大引力下产生红移,即光线的频率减少,波长增大。红移现象被天文观测所证实的。
光线在引力场中的偏转会形成引力透镜现象,太阳远处的天体光线经过太阳周边引力场,引力场像透镜一样使光线发生偏转,将光线聚焦在太阳周围的某个区域形成天体的图像,人们能够观察到一个和多个天体的图像。引力透镜现象,说明太阳周围是弯曲的空间。
5、万有引力产生的本质-引力波
广义相对论认为,只要是非零质量的物体,都会导致时空弯曲,并产生像水波一样向外无限延伸展的引力波,我们把空间弯曲产生的涟漪称为引力波。爱因斯坦认为,物体的万有引力的本质就是物体的质量使时空弯曲产生的引力波,引力是通过引力波形式对外发生作用,没有引力波就没有引力,引力波的传播速度等于光速。爱因斯坦揭开了万有引力的本质,并通过天体测量证实了这些理论正确性。
6、爱因斯坦时空弯曲理论和牛顿万有引力定律
牛顿的万有引力方程F GMm/r2,与质量成正比,与距离平方成反比。牛顿万有引力方程只能计算低速运动物体万有引力的大小,但不能解释万有引力产生的原因。爱因斯坦认为万有引力不是物体质量之间的超距作用,而是物体质量导致时空弯曲产生的引力波产生的。爱因斯坦引力场方程:
利用爱因斯坦引力场方程,计算出的数据和实际观测到的结果完全相符。爱因斯坦引力场方程计算太阳附近光线的偏折1.75 "角秒,利用牛顿万有引力定律计算的偏转角0.875″ 角秒,与实际数据相差一半以上。爱因斯坦空间弯曲理论从根本上解决了万有引力的问题。牛顿万有引力公式有一定使用范围,只适用于低速运动的弱引力场,在高速运动的强引力场下误差较大。牛顿万有引力方程能用于卫星发射速度、宇宙飞船运行轨道等计算,开普勒在万有引力方程基础上导出了开普勒三定律。例如水星近日点的振动计算,由于太阳对水星的近日点的引力非常强,利用牛顿万有引力定律计算水星近日点进动值比实测值出现43.11''角秒偏差,这是因为水星近日点是强引力场,所以牛顿理论出现误差,在大质量物体附近的强引力场下,爱因斯坦空间弯曲理论非常适用,用爱因斯坦相对论方程进行计算,所得结果和实测值符合得非常好,所以爱因斯坦的广义相对论是非常正确的。
广义相对论的概念
无法完全求解的广义相对论
简单地说,广义相对论的两个基本原理是:一,等效原理:引力与惯性力等效;二,广义相对性原理: 等效原理所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。 等效原理 等效原理:分为弱等效原理和强等效原理,弱等效原理认为引力质量和惯性质量是等同的。强等效原理认为,两个空间分别受到引力和与之等大的惯性力的作用,在这两个空间中从事一切实验,都将得出同样的物理规律。 现在有不少学者在从事等效原理的论证研究,但是至少目前能够做到的精度来看,未曾从实验上证明等效原理是破缺的。 广义相对性原理 广义相对性原理:物理定律的形式在一切参考系都是不变的。 普通物理学(大学课本)中是这样描述这两个原理的: 等效原理:在处于均匀的恒定引力场影响下的惯性系,所发生的一切物理现象,可以和一个不受引力场影响的,但以恒定加速度运动的非惯性系内的物理现象完全相同。 广义相对论的相对性原理:所有非惯性系和有引力场存在的惯性系对于描述物理现象都是等价的。 编辑本段广义相对论的基本概念 广义相对论是基于狭义相对论的。如果后者被证明是错误的,整个理论的大厦都将垮塌。 质量的两种不同表述 为了理解广义相对论,我们必须明确质量在经典力学中是如何定义的。 首先,让我们思考一下质量在日常生活中代表什么。“它是重量”?事实上,我们认为质量是某种可称量的东西,正如我们是这样度量它的:我们把需要测出其质量的物体放在一架天平上。我们这样做是利用了质量的什么性质呢?是地球和被测物体相互吸引的事实。这种质量被称作“ 小球落到正在加速的地板上和落到地球上引力质量”。我们称它为“引力的”是因为它决定了宇宙中所有星星和恒星的运行:地球和太阳间的引力质量驱使地球围绕后者作近乎圆形的环绕运动。 现在,试着在一个平面上推你的汽车。你不能否认你的汽车强烈地反抗着你要给它的加速度。这是因为你的汽车有一个非常大的质量。移动轻的物体要比移动重的物体轻松。质量也可以用另一种方式定义:“它反抗加速度”。这种质量被称作“惯性质量”。 因此我们得出这个结论:我们可以用两种方法度量质量。要么我们称它的重量(非常简单),要么我们测量它对加速度的抵抗(使用牛顿定律)。 人们做了许多实验以测量同一物体的惯性质量和引力质量。所有的实验结果都得出同一结论:惯性质量等于引力质量。 牛顿自己意识到这种质量的等同性是由某种他的理论不能够解释的原因引起的。但他认为这一结果是一种简单的巧合。与此相反,爱因斯坦发现这种等同性中存在着一条取代牛顿理论的通道。 日常经验验证了这一等同性:两个物体(一轻一重)会以相同的速度“下落”。然而重的物体受到的地球引力比轻的大。那么为什么它不会“落”得更快呢?因为它对加速度的抵抗更强。结论是,引力场中物体的加速度与其质量无关。伽利略是第一个注意到此现象的人。重要的是你应该明白,引力场中所有的物体“以同一加速度下落”是(经典力学中)惯性质量和引力质量等同的结果。 现在我们关注一下“下落”这个表述。物体“下落”是由于地球的引力质量产生了地球的引力场。两个物体在所有相同的引力场中的加速度相同。不论是月亮的还是太阳的, 光锥它们以相同的比率被加速。这就是说它们的速度在每秒钟内的增量相同。(加速度是速度每秒的增加值) 引力质量和惯性质量的等同性 爱因斯坦一直在寻找“引力质量与惯性质量相等”的解释。为了这个目标,他作出了被称作“等同原理”的第三假设。它说明:如果一个惯性系相对于一个伽利略系被均匀地加速,那么我们就可以通过引入相对于它的一个均匀引力场而认为它(该惯性系)是静止的。 让我们来考查一个惯性系K’,它有一个相对于伽利略系的均匀加速运动。在K 和K’周围有许多物体。此物体相对于K是静止的。因此这些物体相对于K’有一个相同的加速运动。这个加速度对所有的物体都是相同的,并且与K’相对于K的加速度方向相反。我们说过,在一个引力场中所有物体的加速度的大小都是相同的,因此其效果等同于K’是静止的并且存在一个均匀的引力场。 因此如果我们确立等同原理,物体的两种质量相等只是它的一个简单推论。 这就是为什么(质量)等同是支持等同原理的一个重要论据。 通过假定K’静止且引力场存在,我们将K’理解为一个伽利略系,(这样我们就可以)在其中研究力学规律。由此爱因斯坦确立了他的第四个原理。
广义相对论的基本原理是什么?
物理定律的形式在一切参考系都是不变的。
人们做了许多实验以测量同一物体的惯性质量和引力质量。所有的实验结果都得出同一结论:惯性质量等于引力质量(实际上是成正比,调整系数后,就变成"等于"了,这么做是为了方便计算)。
牛顿自己意识到这种质量的等同性是由某种他的理论不能够解释的原因引起的。但他认为这一结果是一种简单的巧合。与此相反,爱因斯坦发现这种等同性中存在着一条取代牛顿理论的通道。
等效原理爱因斯坦提出“等效原理”,即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上。根据等效原理,爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。
测地线方程与物体自身固有性质无关,只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。
物质质量的存在会造成时空的弯曲,在弯曲的时空中,物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动),如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动,实际是绕着太阳转,造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上,如果以直线运动,实际是绕着地球表面的大圆走。
广义相对论的基本原理
广义相对论的基本原理是描述重力的理论,它基于爱因斯坦在1915年创立的可能是最著名的物理学理论之一。
1、等效原理
等效原理指出:在一个自由下落的参考系中,物体的运动会受到重力的影响。这表示了重力与加速度的等价性,也知道了重力场可以看做引力加速度。
分为弱等效原理和强等效原理,弱等效原理认为惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。强等效原理认为,则将动力学效应提升到任何物理效应。要强调,等效原理仅对局部惯性系成立,对非局部惯性系等效原理不一定成立。
2、时空弯曲
广义相对论提出,质量和能量会扭曲时空结构,这种扭曲会影响其他物体的运动轨迹。弯曲的数量取决于质量或能量的大小,这种现象就称为“引力”,而轨道上的物体则沿着这种扭曲的路径运动。
3、引力波
广义相对论的另一个重要观点是,当质量或能量的分布发生变化时,时间-空间的弯曲会产生震荡,这些震荡在时空中传播,并表现为引力波。根据这个理论,存在一种精密的实验去验证它。
4、膨胀的宇宙
广义相对论揭示了宇宙的膨胀现象,根据观测结果,宇宙是无限扩张的,在宇宙中心大爆炸的时候,创造了元素和宇宙结构。
广义相对论不仅完美描述了物理学中关于重力的许多问题,而且在其他领域也被证明有实用性,例如GPS系统就是使用广义相对论来进行时间计算和精确定位。
5、基础教案
广义相对性原理和等效原理狭义相对论认为,在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的.爱因斯坦在此基础上又向前迈进了一大步,认为在任何参考系中(包括非惯性系)物理规律都是相同的,这就是广义相对性原理。
广义相对论的基本原理是什么?
等效原理:惯性质量与引力质量等效,也就是说引力场里任何一点都和一个非惯性系等效
广义协变原理:相对于狭义相对论的狭义等效原理(所有物理规律在任何坐标系下形式保持一致),广义协变原理是说:一切规律在所有参考系(不止是惯性系)中保持一致.
广义相对论的基本原理包括
广义相对论的基本原理是等效原理:一个以加速度a做匀加速直线运动的参考系,和一个重力加速度g=a的、静止的局域参考系是完全等效的。或者说,一个在引力场中自由下落的局域参考系,很一个没有引力场的惯性参考系完全等效。
爱因斯坦的广义相对论到底是什么理论?
广义相对论的基本原理包括两个点:广义相对性原理和等效原理。
我们再来梳理一下,爱因斯坦能建立广义相对论,首先是知道引力质量和惯性质量严格相等的事实,他认为有因必有果,既然有这种相等事实,就一定有相等的联系。然后受到了马赫关于惯性解释的启发。马赫认为惯性是全宇宙物质的作用产生的,不足之处是这个假设回到了超距理论了。但这种广域的思想,已经不言而喻了,很容易联想到“场”的概念。后来再接受了上面提到的,埃伦费斯特的转盘实验启发,想到了惯性力与弯曲空间的关系。有了这三点启发,他的思路就清晰了,但他空间几何能力一般,数学能力也一般。
1900年毕业的考试中,他仅仅强于没有毕业的米列娃【爱因斯坦的妻子】,以倒数第二名的成绩毕业。他的数学老师明可夫斯基,是著名的数学家。他认为爱因斯坦在数学技巧方面有局限性,训练也不够。
这里插一个题外话,一个人要知道自己需要什么。爱因斯坦就是这样的人。他当时专注于物理。他自认为自己在数学领域直觉力不强,而在物理领域却很敏感。虽然这些次要的东西【数学知识】会妨碍他理解物理的能力,但当时他并不重视。后来在建立广义相对论的时候,才意识到自己在这方面很欠缺。好在他身处的环境,都是数学界的大咖,所以这才能建立广义相对论。可以这样说,没有这些数学家,爱因斯坦要完成这个工作,是很难的。哪些数学家帮助过或和爱因斯坦合作了,有以下人员。他的老师明可夫斯基,他的同学格罗斯曼。经格罗斯曼推荐,又认识了列维-西维塔,希尔伯特。在写出场方程之后,为了完善理论,又和一大批数学家合作了,其中有魏尔,嘉当、奥斯卡克莱因和卡鲁扎。
爱因斯坦是1915年11月25日发表的广义相对论。在11月7日到20之间,他和希尔伯特就有6份通信,来讨论其中的关键点。很多人不知道,希尔伯特在1915年11月20日就完成了和爱因斯坦一模一样的引力方程。因此两个人闹的不愉快。爱因斯坦认为希尔伯特剽窃了他的想法。不过两个人很快重归于好,爱因斯坦主动给希尔伯特写信说:“我们之间有一点不愉快,起因我不愿去分析。我一直在同它所引起的痛苦做斗争,现在完全胜利了。我怀着往日的友好想您,请您也能这样对我。”我相信希尔伯特只是数学上优于爱因斯坦,他提前写出了这个公式,并非要窃取爱因斯坦的果实。不过从这个方面,我们可以看出,爱因斯坦可爱的一面,也会生气,也懂得给朋友台阶下,人格魅力可见一斑。
摘自灵遁者科普书籍《变化》
广义相对论基本原理是什么
广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种描述引力的理论。这个理论的基本原理是,引力不是一种力,而是由物体的质量和空间的弯曲所引起的效应。
具体地说,广义相对论认为物体的质量会使空间发生弯曲,而这种弯曲会影响其他物体的运动轨迹。在广义相对论中,空间和时间是不可分割的,它们组成了四维时空。引力的效应是由时空的弯曲所引起的,这种弯曲的大小和形状取决于物体的质量和速度。
广义相对论的另一个关键原理是等效原理。这个原理认为,惯性力和引力是等效的,也就是说,在一个引力场中的物体的运动轨迹和在没有引力的惯性参考系中的物体的运动轨迹是一样的。这个原理揭示了引力和惯性的本质相同性质,从而将引力的描述与其他基本力的描述统一在了一起。
总的来说,广义相对论的基本原理是引力不是一种力,而是由物体的质量和空间的弯曲所引起的效应。这个理论的发现对于我们理解宇宙和物质的本质有着重要的意义,也为未来的物理研究提供了重要的指导思想。
广义相对论原理包括哪些
爱因斯坦的广义相对论到底是什么理论?
追问: 确定么?~?~?有什么理由? 回答: 1907年,爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》,在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理,此后,爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据,提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法:在一封闭箱中的观察者,不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中,还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中,这是解释等效原理最常用的说法,而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。
由于等效原理能够使我们在加速运动现象中找到狭义相对论的“惯性系”,因此,这个原理的存在,使狭义相对论的定律能够被推广到非惯性运动中,使狭义相对论与广义相对论联系起来。
通过等效原理,我们可以推导出:越大的加速度,就会使有质量的物体受到越大的重力(引力),那么达不到光速就是因为我们在那之前会受到无穷大阻力,也同样可以推导出,接近光速的超快速度会使时间变慢,在大引力场中就同样会使时间变慢,以至于在黑洞中时间停止。
等效原理和协变性原理直接导致了广义相对论的出现,广义相对论已在很多实验和观测上取得成功。
当然,广义相对论并非最终的真理(就像牛顿力学一样),但是广义相对论仍被科学界认为是至今少有的完美的成功的理论。
>>>>>>以上全文摘自百度。本人概不负责。有事找百度。 追问: 你选择B答案从何而知?~ 回答: 广义协变原理就是广义相对性原理是广义相对论的两个基本
原理之一,是狭义相对论中的相对论原理的推广,这也正是
广义与狭义名字上区别的由来。广义相对性原理:
一切物理定律在一切参考系中保持相同的形式。
简述广义相对论原理
广义相对论原理是由阿尔伯特·爱因斯坦于1915年提出的一种关于引力的理论,它描述了物质和能量如何影响时空的结构和运动。广义相对论原理认为,引力是由时空的弯曲引起的,物体沿着这个弯曲的路径运动。这个弯曲是由物体的质量或能量造成的,它改变了周围的时空结构。
广义相对论的基本原理是:物体的运动受到周围时空的影响,时空的弯曲也受到物体的质量或能量的影响。在广义相对论中,时空被看作是一个四维的时空连续体,称为时空坐标系。物体的运动在时空中的路径被称为世界线。
广义相对论的一个重要预测是黑洞的存在。黑洞是由非常大的质量引起的极度弯曲的时空,使得任何进入黑洞的物体都无法逃脱。广义相对论还预测了引力波的存在,这是一种微小的时空扭曲,它可以通过高精度的实验进行探测。
总之,广义相对论原理是关于引力的一种理论,它描述了时空的结构和运动,以及物体运动的路径。它的应用范围非常广泛,包括黑洞、引力波、宇宙学等领域,是现代物理学的重要组成部分。