廣義相對論,廣義相對論與狹義相對論的區別

時間 2022-03-28 03:45:06

1樓:扶桑樹

狹義相對論和廣義相對的區別是,前者討論的是勻速直線運動的參照系(慣性參照系)之間的物理定律,後者則推廣到具有加速度的參照系中(非慣性係),並在等效原理的假設下,廣泛應用於引力場中。

狹義相對論的基本原理

一、在任何慣性參考係中,自然規律都相同,稱為相對性原理。

二、在任何慣性系中,真空光速c都相同,即光速不變原理。

其中第一條就是相對性原理,第二條是光速不變性。整個狹義相對論就建築在這兩條基本原理上。由此得出時間和空間各量從乙個慣性系變換到另一慣性系時,應該滿足洛倫茲變換,而不是滿足伽利略變換。

廣義相對論基本原理

1、廣義相對論原理,即自然定律在任何參考係中都可以表示為相同數學形式。

2、等價原理,即在乙個小體積範圍內的萬有引力和某一加速系統中的慣性力相互等效。

按照上述原理,萬有引力的產生是由於物質的存在和一定的分布狀況使時間空間性質變得不均勻(所謂時空彎曲);並由此建立了引力場理論;而狹義相對論則是廣義相對論在引力場很弱時的特殊情況。

2樓:匿名使用者

廣義相對論(general relativity) 描寫物質間引力相互作用的理論。其基礎有a.愛因斯坦於2023年完成,2023年正式發表。

這一理論首次把引力場解釋成時空的彎曲。

廣義相對論與狹義相對論的區別

3樓:

一、性質不同

1、狹義相對論:在光學和電動力學實驗同經典物理學理論相「矛盾」的激勵下產生的。

2、廣義相對論:描寫物質間引力相互作用的理論。

二、原理不同

1、狹義相對論原理:一切物理定律(除引力外的力學定律、電磁學定律以及其他相互作用的動力學定律)在所有慣性系中均有效;或者所有物理定律(重力定律除外)的方程在洛倫茲變換下保持不變。不同時期的實驗給出了相同的物理定律,這是相對論原理的實驗基礎。

2、廣義相對論原理: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。顯然,邏輯中有乙個很難消除的死迴圈。

這說明人們無法對慣性系統給出嚴格的定義,這是狹義相對論的乙個嚴重缺陷。

為了解決這個問題,愛因斯坦直接從相對論中去掉了慣性系的概念,用「任何參考係」取代了狹義相對論中原來的「慣性系」。

4樓:汲溫道綾

在同乙個慣性系中,存在統一的時間,稱為同時性,而相對論證明,在不同的慣性系中,卻沒有統一的同時性,也就是兩個事件(時空點)在乙個關性系內同時,在另乙個慣性系內就可能不同時,這就是同時的相對性,在慣性系中,同一物理過程的時間程序是完全相同的,如果用同一物理過程來度量時間,就可在整個慣性系中得到統一的時間。在今後的廣義相對論中可以知道,非慣性係中,時空是不均勻的,也就是說,在同一非慣性係中,沒有統一的時間,因此不能建立統一的同時性。

相對論匯出了不同慣性系之間時間進度的關係,發現運動的慣性系時間進度慢,這就是所謂的鐘慢效應。可以通俗的理解為,運動的鐘比靜止的鐘走得慢,而且,運動速度越快,鐘走的越慢,接近光速時,鐘就幾乎停止了。

尺子的長度就是在一慣性系中"同時"得到的兩個端點的座標值的差。由於"同時"的相對性,不同慣性系中測量的長度也不同。相對論證明,在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短,這就是所謂的尺縮效應,當速度接近光速時,尺子縮成乙個點。

由以上陳述可知,鐘慢和尺縮的原理就是時間進度有相對性。也就是說,時間進度與參考係有關。這就從根本上否定了牛頓的絕對時空觀,相對論認為,絕對時間是不存在的,然而時間仍是個客觀量。

比如在下期將討論的雙生子理想實驗中,哥哥乘飛船回來後是15歲,弟弟可能已經是45歲了,說明時間是相對的,但哥哥的確是活了15年,弟弟也的確認為自己活了45年,這是與參考係無關的,時間又是"絕對的"。這說明,不論物體運動狀態如何,它本身所經歷的時間是乙個客觀量,是絕對的,這稱為固有時。也就是說,無論你以什麼形式運動,你都認為你喝咖啡的速度很正常,你的生活規律都沒有被打亂,但別人可能看到你喝咖啡用了100年,而從放下杯子到壽終正寢只用了一秒鐘。

在廣義相對論的觀測上,也有著許多的進展。水星的歲差是第乙個證明廣義相對論是正確的證據,這是在相對論出現之前就已經量測到的現象,直到廣義相對論被愛因斯坦發現之後,才得到了理論的說明。第二個實驗則是2023年愛丁頓在非洲趁日蝕的時候量測星光因太陽的重力場所產生的偏折,和廣義相對論所**的一模一樣。

這時,廣義相對論的理論已被大眾和大多的物理學家廣泛地接受了。之後,更有許多的實驗去測試廣義相對論的理論,並且證實了廣義相對論的正確。在廣義相對論中,引力的作用被「幾何化」——即是說:

狹義相對論的閔氏空間背景加上萬有引力的物理圖景在廣義相對論中變成了黎曼空間背景下不受力(假設沒有電磁等相互作用)的自由運動的物理圖景,其動力學方程與自身質量無關而成為測地線方程。

5樓:

狹義相對論和廣義相對的區別是,前者討論的是勻速直線運動的參照系(慣性參照系)之間的物理定律,後者則推廣到具有加速度的參照系中(非慣性係),並在等效原理的假設下,廣泛應用於引力場中。

狹義相對論的基本原理

一、在任何慣性參考係中,自然規律都相同,稱為相對性原理。

二、在任何慣性系中,真空光速c都相同,即光速不變原理。

其中第一條就是相對性原理,第二條是光速不變性。整個狹義相對論就建築在這兩條基本原理上。由此得出時間和空間各量從乙個慣性系變換到另一慣性系時,應該滿足洛倫茲變換,而不是滿足伽利略變換。

廣義相對論基本原理

1、廣義相對論原理,即自然定律在任何參考係中都可以表示為相同數學形式。

2、等價原理,即在乙個小體積範圍內的萬有引力和某一加速系統中的慣性力相互等效。

按照上述原理,萬有引力的產生是由於物質的存在和一定的分布狀況使時間空間性質變得不均勻(所謂時空彎曲);並由此建立了引力場理論;而狹義相對論則是廣義相對論在引力場很弱時的特殊情況。

6樓:匿名使用者

相對論分為廣義相對論和狹義相對論

廣義相對論的基本概念解釋:

廣義相對論是愛因斯坦繼狹義相對論之後,深入研究引力理論,於2023年提出的引力場的相對論理論。這一理論完全不同於牛頓的引力論,它把引力場歸結為物體周圍的時空彎曲,把物體受引力作用而運動,歸結為物體在彎曲時空中沿短程線的自由運動。因此,廣義相對論亦稱時空幾何動力學,即把引力歸結為時空的幾何特性。

如何理解廣義相對論的時空彎曲呢?這裡我們借用乙個模型式的比擬來加以說明。假如有兩個質量很大的鋼球,按牛頓的看法,它們因萬有引力相互吸引,將彼此接近。

而愛因斯坦的廣義相對論則並不認為這兩個鋼球間存在吸引力。它們之所以相互靠近,是由於沒有鋼球出現時,周圍的時空猶如一張拉平的網,現在兩個鋼球把這張時空網壓彎了,於是兩個鋼球就沿著彎曲的網滾到一起來了。這就相當於因時空彎曲物體沿短程線的運動。

所以,愛因斯坦的廣義相對論是不存在「引力」的引力理論。

進一步說,這個理論是建立在等效原理及廣義協變原理這兩個基本假設之上的。等效原理是從物體的慣性質量與引力質量相等這個基本事實出發,認為引力與加速系中的慣性力等效,兩者原則上是無法區分的;廣義協變原理,可以認為是等效原理的一種數學表示,即認為反映物理規律的一切微分方程應當在所有參考係中保持形式不變,也可以說認為一切參考係是平等的,從而打破了狹義相對論中慣性系的特殊地位,由於參考係選擇的任意性而得名為廣義相對論。

我們知道,牛頓的萬有引力定律認為,一切有質量的物體均相互吸引,這是一種靜態的超距作用。

在廣義相對論中物質產生引力場的規律由愛因斯坦場方程表示,它所反映的引力作用是動態的,以光速來傳遞的。

廣義相對論是比牛頓引力論更一般的理論,牛頓引力論只是廣義相對論的弱場近似。所謂弱場是指物體在引力場中的引力能遠小於固有能,力場中,才顯示出兩者的差別,這時必須應用廣義相對論才能正確處理引力問題。

廣義相對論在2023年建立後,愛因斯坦就提出了可以從三個方面來檢驗其正確性,即所謂三大實驗驗證。這就是光線在太陽附近的偏折,水星近日點的進動以及光譜線在引力場中的頻移,這些不久即為當時的實驗觀測所證實。以後又有人設計了雷達回波時間延遲實驗,很快在更高精度上證實了廣義相對論。

60年代天文學上的一系列新發現:3k微波背景輻射、脈衝星、類星體、x射電源等新的天體物理觀測都有力地支援了廣義相對論,從而使人們對廣義相對論的興趣由冷轉熱。特別是應用廣義相對論來研究天體物理和宇宙學,已成為物理學中的乙個熱門前沿。

愛因斯坦一直把廣義相對論看作是自己一生中最重要的科學成果,他說過,「要是我沒有發現狹義相對論,也會有別人發現的,問題已經成熟。但是我認為,廣義相對論不一樣。」確實,廣義相對論比狹義相對論包含了更加深刻的思想,這一全新的引力理論至今仍是乙個最美好的引力理論。

沒有大膽的革新精神和不屈不撓的毅力,沒有敏銳的理論直覺能力和堅實的數學基礎,是不可能建立起廣義相對論的。偉大的科學家湯姆遜曾經把廣義相對論稱作為人類歷史上最偉大的成就之一。

狹義相對論就是

狹義相對論是建立在四維時空觀上的乙個理論,因此要弄清相對論的內容,要先對相對論的時空觀有個大體了解。在數學上有各種多維空間,但目前為止,我們認識的物理世界只是四維,即三維空間加一維時間。現代微觀物理學提到的高維空間是另一層意思,只有數學意義,在此不做討論。

四維時空是構成真實世界的最低維度,我們的世界恰好是四維,至於高維真實空間,至少現在我們還無法感知。一把尺子在三維空間裡(不含時間)轉動,其長度不變,但旋轉它時,它的各座標值均發生了變化,且座標之間是有聯絡的。四維時空的意義就是時間是第四維座標,它與空間座標是有聯絡的,也就是說時空是統一的,不可分割的整體,它們是一種」此消彼長」的關係。

四維時空不僅限於此,由質能關係知,質量和能量實際是一回事,質量(或能量)並不是獨立的,而是與運動狀態相關的,比如速度越大,質量越大。在四維時空裡,質量(或能量)實際是四維動量的第四維分量,動量是描述物質運動的量,因此質量與運動狀態有關就是理所當然的了。在四維時空裡,動量和能量實現了統一,稱為能量動量四矢。

另外在四維時空裡還定義了四維速度,四維加速度,四維力,電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是,電磁場方程組的四維形式更加完美,完全統一了電和磁,電場和磁場用乙個統一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多,這說明我們的世界的確是四維的。

可以說至少它比牛頓力學要完美的多。至少由它的完美性,我們不能對它妄加懷疑。

相對論中,時間與空間構成了乙個不可分割的整體——四維時空,能量與動量也構成了乙個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯絡。在今後論及廣義相對論時我們還會看到,時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯絡。

物質在相互作用中作永恆的運動,沒有不運動的物質,也沒有無物質的運動,由於物質是在相互聯絡,相互作用中運動的,因此,必須在物質的相互關係中描述運動,而不可能孤立的描述運動。也就是說,運動必須有乙個參考物,這個參考物就是參考係。

伽利略曾經指出,運動的船與靜止的船上的運動不可區分,也就是說,當你在封閉的船艙裡,與外界完全隔絕,那麼即使你擁有最發達的頭腦,最先進的儀器,也無從感知你的船是勻速運動,還是靜止。更無從感知速度的大小,因為沒有參考。比如,我們不知道我們整個宇宙的整體運動狀態,因為宇宙是封閉的。

愛因斯坦將其引用,作為狹義相對論的第乙個基本原理:狹義相對性原理。其內容是:

慣性系之間完全等價,不可區分。

著名的麥克爾遜--莫雷實驗徹底否定了光的以太學說,得出了光與參考係無關的結論。也就是說,無論你站在地上,還是站在飛奔的火車上,測得的光速都是一樣的。這就是狹義相對論的第二個基本原理,光速不變原理。

由這兩條基本原理可以直接推導出相對論的座標變換式,速度變換式等所有的狹義相對論內容。比如速度變幻,與傳統的法則相矛盾,但實踐證明是正確的,比如一輛火車速度是10m/s,乙個人在車上相對車的速度也是10m/s,地面上的人看到車上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情況下,這種相對論效應完全可以忽略,但在接近光速時,這種效應明顯增大,比如,火車速度是0。

99倍光速,人的速度也是0。99倍光速,那麼地面觀測者的結論不是1。98倍光速,而是0。

999949倍光速。車上的人看到後面的射來的光也沒有變慢,對他來說也是光速。因此,從這個意義上說,光速是不可超越的,因為無論在那個參考係,光速都是不變的。

速度變換已經被粒子物理學的無數實驗證明,是無可挑剔的。正因為光的這一獨特性質,因此被選為四維時空的唯一標尺。

狹義相對論和廣義相對論

相對論因光速相對於任何系,速度不變,而速度為空間比時間,速度為常數,時空當然為函式。我們來看一公式 f a千克米 秒 e fs b千克米米 秒 由此得 a千克米 秒.s ab千克米米 秒 e 而e c2m 所以ab千克米米 秒 c2千克 由此得ab米米 秒 ab 為常數,於是時空關係為米2 秒 以上...

求愛因斯坦的相對論(狹義相對論和廣義相對論)

冒牌筆仙 狹義相對論是由愛因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎上創立的時空理論,是對牛頓時空觀的拓展和修正。愛因斯坦以光速不變原理出發,建立了新的時空觀。進一步,閔科夫斯基為了狹義相對論提供了嚴格的數學基礎,從而將該理論納入到帶有閔科夫斯基度量的四維空間之幾何結構中。光速不變原理 真空中的光速對任何...

廣義相對論

廣義相對論是愛因斯坦繼狹義相對論之後,深入研究引力理論,於1913年提出的引力場的相對論理論。這一理論完全不同於牛頓的引力論,它把引力場歸結為物體周圍的時空彎曲,把物體受引力作用而運動,歸結為物體在彎曲時空中沿短程線的自由運動。因此,廣義相對論亦稱時空幾何動力學,即把引力歸結為時空的幾何特性。如何理...