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广义相对论

已有 3025 次阅读 2018-3-18 20:55 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦| 广义相对论, 引力场方程

 

很漂亮的一个简介:

https://wenku.baidu.com/view/bd46294bc850ad02de8041ed.html?re=view&rec_flag=default

 【原理阐释】

广义相对论(General Relativity)是描述物质间引力相互作用的理论。其基础由爱因斯坦于1915年完成。这一理论首次把引力场解释成时空的弯曲

 

【发展历史】

1905年爱因斯坦发表狭义相对论后,他开始着眼于如何将引力纳入狭义相对论框架的思考。以一个处在自由落体状态的观察者的理想实验为出发点,他从1907年开始了长达八年的对引力的相对性理论的探索。在历经多次弯路和错误之后,他于191511 月在普鲁士科学院上作了发言,其内容正是著名的爱因斯坦引力场方程。

【引力场方程】


 

这个方程式的左边表达的是时空的弯曲情况,而右边则表达的是物质及其运动。它把时间、空间和物质、运动这四个自然界最基本的物理量联系了起来,具有非常重要的意义。

 

爱因斯坦的引力场方程是一个二阶非线性偏微分方程组,数学上想要求得方程的解是一件非常困难的事。爱因斯坦运用了很多近似方法,从引力场方程得出了很多最初的预言。

 

说明:这是一个二阶张量方程,R_uv为里契张量,表示了空间的弯曲状况,R是一个里奇标量(对里奇张量做张量缩并(tensor contraction)而得),g_uv为度规,Λ为宇宙常数。T_uv为能量-动量张量,表示了物质分布和运动状况,简称能动张量。

意义:空间的弯曲状况(R_uv= 空间物质的能量-动量(T_uv)分布

在广义相对论中,能动张量为重力场的源,一如牛顿重力理论中质量是重力场源一般。

【推导】

华东师范大学的钟双金一篇发表在《物理通报》上的一篇论文:

https://wenku.baidu.com/view/5c305d42ce84b9d528ea81c758f5f61fb7362863.html

 

1905年,爱因斯坦考察电动力学时提出光速不变以及洛伦兹变换后,1907年闵可夫斯基赋予新时空观以数学结构,即四维时空的连续体,从而大大简化了狭义相对论。时空的性质使物理学家放弃伽利略变换下不变的空间距离和时间间隔,而取代之以洛伦兹变换下不变的四维间隔(ds^2=dt^2-dx^2-dy^2-dz^2)。

 

【理论假设】

这个理论是建立在(强)等效原理广义协变原理这两个基本假设之上的。(强)等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个弱等效原理出发,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。

【狭义相对论】

尺缩效益和光的多普勒效应:

https://zhidao.baidu.com/question/1671715984823307987.html

相对论效应是真正的物理过程,不是观测效应。


双生子佯谬:

https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%8C%E7%94%9F%E5%AD%90%E4%BD%AF%E8%B0%AC/5364938?fr=aladdin#reference-[1]-295855-wrap

关键的掉头过程。

梁灿彬的书里有更多的细节。北师大,刘辽建立广义相对论课题组,2016年去世。



https://blog.sciencenet.cn/blog-485752-1104579.html

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