爱因斯坦广义相对论和狭义相对论的区别 爱因斯坦广义相对论
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1、 广义相对论基本原理 由于惯性系无法定义,爱因斯坦将相对性原理推广到非惯性系,提出了广义相对论的第一个原理:广义相对性原理。
2、其内容是,所有参考系在描述自然定律时都是等效的。
3、这与狭义相对性原理有很大区别。
4、在不同参考系中,一切物理定律完全等价,没有任何描述上的区别。
5、但在一切参考系中,这是不可能的,只能说不同参考系可以同样有效的描述自然律。
6、这就需要我们寻找一种更好的描述方法来适应这种要求。
7、通过狭义相对论,很容易证明旋转圆盘的圆周率大于3.14。
8、因此,普通参考系应该用黎曼几何来描述。
9、第二个原理是光速不变原理:光速在任意参考系内都是不变的。
10、它等效于在四维时空中光的时空点是不动的。
11、当时空是平直的,在三维空间中光以光速直线运动,当时空弯曲时,在三维空间中光沿着弯曲的空间运动。
12、可以说引力可使光线偏折,但不可加速光子。
13、第三个原理是最著名的等效原理。
14、质量有两种,惯性质量是用来度量物体惯性大小的,起初由牛顿第二定律定义。
15、引力质量度量物体引力荷的大小,起初由牛顿的万有引力定律定义。
16、它们是互不相干的两个定律。
17、惯性质量不等于电荷,甚至目前为止没有任何关系。
18、那么惯性质量与引力质量(引力荷)在牛顿力学中不应该有任何关系。
19、然而通过当代最精密的试验也无法发现它们之间的区别,惯性质量与引力质量严格成比例(选择适当系数可使它们严格相等)。
20、广义相对论将惯性质量与引力质量完全相等作为等效原理的内容。
21、惯性质量联系着惯性力,引力质量与引力相联系。
22、这样,非惯性系与引力之间也建立了联系。
23、那么在引力场中的任意一点都可以引入一个很小的自由降落参考系。
24、由于惯性质量与引力质量相等,在此参考系内既不受惯性力也不受引力,可以使用狭义相对论的一切理论。
25、初始条件相同时,等质量不等电荷的质点在同一电场中有不同的轨道,但是所有质点在同一引力场中只有唯一的轨道。
26、等效原理使爱因斯坦认识到,引力场很可能不是时空中的外来场,而是一种几何场,是时空本身的一种性质。
27、由于物质的存在,原本平直的时空变成了弯曲的黎曼时空。
28、在广义相对论建立之初,曾有第四条原理,惯性定律:不受力(除去引力,因为引力不是真正的力)的物体做惯性运动。
29、在黎曼时空中,就是沿着测地线运动。
30、测地线是直线的推广,是两点间最短(或最长)的线,是唯一的。
31、比如,球面的测地线是过球心的平面与球面截得的大圆的弧。
32、但广义相对论的场方程建立后,这一定律可由场方程导出,于是惯性定律变成了惯性定理。
33、值得一提的是,伽利略曾认为匀速圆周运动才是惯性运动,匀速直线运动总会闭合为一个圆。
34、这样提出是为了解释行星运动。
35、他自然被牛顿力学批的体无完肤,然而相对论又将它复活了,行星做的的确是惯性运动,只是不是标准的匀速圆周而已 。
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