網站首頁 教育 學前教育 精緻生活 飲食養生 命理 科普教育 金融 歷史 影視 數碼 熱門資訊
當前位置:生活百科站 > 科普教育 > 

廣義相對論基本原理

欄目: 科普教育 / 釋出於: / 人氣:3.24W

廣義相對性原理:物理定律的形式在一切參考系都是不變的。該定理是狹義相對性原理的推廣。在狹義相對論中,如果我們嘗試去定義慣性系,會出現死迴圈:一般地,不受外力的物體,在其保持靜止或勻速直線運動狀態不變的座標系是慣性系;但如何判定物體不受外力?回答只能是,當物體保持靜止或勻速直線運動狀態不變時,物體不受外力。很明顯,邏輯出現了難以消除的死迴圈。這說明對於慣性系,人們無法給出嚴格定義,這不能不說是狹義相對論的嚴重缺憾。為了解決這個問題,愛因斯坦直接將慣性系的概念從相對論中剔除,用“任何參考系”代替了原來狹義相對性原理中“慣性系”。

廣義相對論基本原理

誕生背景發展過程

愛因斯坦在1905年發表了一篇探討光線在狹義相對論中,重力和加速度對其影響的論文,廣義相對論的雛型就此開始形成。1912年,愛因斯坦發表了另外一篇論文,探討如何將重力場用幾何的語言來描述。至此,廣義相對論的運動學出現了。到了1915年,愛因斯坦引力場方程發表了出來,整個廣義相對論的動力學才終於完成。

開場方程式解

1915年後,廣義相對論的發展多集中在解開場方程式上,解答的物理解釋以及尋求可能的實驗與觀測也佔了很大的一部份。但因為場方程式是一個非線性偏微分方程,很難得出解來,所以在電腦開始應用在科學上之前,也只有少數的解被解出來而已。其中最著名的有三個解:史瓦西解、 雷斯勒——諾斯特朗姆解、克爾解。

三大驗證

在廣義相對論的實驗驗證上,有著名的三大驗證。在水星近日點的進動中,每百年43秒的剩餘進動長期無法得到解釋,被廣義相對論完滿地解釋清楚了。光線在引力場中的彎曲,廣義相對論計算的結果比牛頓理論正好大了1倍,愛丁頓和戴森的觀測隊利用1919年5月29日的日全食進行觀測的結果,證實了廣義相對論是正確的。再就是引力紅移,按照廣義相對論,在引力場中的時鐘要變慢,因此從恆星表面射到地球上來的光線,其光譜線會發生紅移,這也在很高精度上得到了證實。從此,廣義相對論理論的正確性被得到了廣泛地承認。

另外,宇宙的膨脹也創造出了廣義相對論的另一場高潮。從1922年開始,研究者們就發現場方程式所得出的解答會是一個膨脹中的宇宙,而愛因斯坦在那時自然也不相信宇宙會來漲縮,所以他便在場方程式中加入了一個宇宙常數來使場方程式可以解出一個穩定宇宙的解出來。但是這個解有兩個問題。在理論上,一個穩定宇宙的解在數學上不是穩定。另外在觀測上,1929年,哈勃發現了宇宙其實是在膨脹的,這個實驗結果使得愛因斯坦放棄了宇宙常數,並宣稱這是我一生最大的錯誤(the biggest blunder in my career)。

但根據最近的一形超新星的觀察,宇宙膨脹正在加速。所以宇宙常數似乎有再度復活的可能性,宇宙中存在的暗能量可能就必須用宇宙常數來解釋.