廣義相對論的主要內容是什麼,公式是什麼

時間 2021-09-02 13:09:09

1樓:匿名使用者

廣義相對論把相對原理推廣到非慣性參照系和彎曲空間,從而建立了新的引力理論

引力場方程:

rμν-(1/2)gμνr=(8g/c4)tμν希臘字母為角標,書寫的時候小寫在右下角,rμν、gμν、tμν這三個是描述引力場的張量,g是牛頓引力常數,c為光速,4次方。

2樓:匿名使用者

廣義相對論是基於狹義相對論的。如果後者被證明是錯誤的,整個理論的大廈都將垮塌。

為了理解廣義相對論,我們必須明確質量在經典力學中是如何定義的。

質量的兩種不同表述:

首先,讓我們思考一下質量在日常生活中代表什麼。「它是重量」?事實上,我們認為質量是某種可稱量的東西,正如我們是這樣度量它的:

我們把需要測出其質量的物體放在一架天平上。我們這樣做是利用了質量的什麼性質呢?是地球和被測物體相互吸引的事實。

這種質量被稱作「引力質量」。我們稱它為「引力的」是因為它決定了宇宙中所有星星和恆星的執行:地球和太陽間的引力質量驅使地球圍繞後者作近乎圓形的環繞運動。

現在,試著在一個平面上推你的汽車。你不能否認你的汽車強烈地反抗著你要給它的加速度。這是因為你的汽車有一個非常大的質量。

移動輕的物體要比移動重的物體輕鬆。質量也可以用另一種方式定義:「它反抗加速度」。

這種質量被稱作「慣性質量」。

因此我們得出這個結論:我們可以用兩種方法度量質量。要麼我們稱它的重量(非常簡單),要麼我們測量它對加速度的抵抗(使用牛頓定律)。

人們做了許多實驗以測量同一物體的慣性質量和引力質量。所有的實驗結果都得出同一結論:慣性質量等於引力質量。

牛頓自己意識到這種質量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的。但他認為這一結果是一種簡單的巧合。與此相反,愛因斯坦發現這種等同性中存在著一條取代牛頓理論的通道。

日常經驗驗證了這一等同性:兩個物體(一輕一重)會以相同的速度「下落」。然而重的物體受到的地球引力比輕的大。

那麼為什麼它不會「落」得更快呢?因為它對加速度的抵抗更強。結論是,引力場中物體的加速度與其質量無關。

伽利略是第一個注意到此現象的人。重要的是你應該明白,引力場中所有的物體「以同一速度下落」是(經典力學中)慣性質量和引力質量等同的結果。

現在我們關注一下「下落」這個表述。物體「下落」是由於地球的引力質量產生了地球的引力場。兩個物體在所有相同的引力場中的速度相同。

不論是月亮的還是太陽的,它們以相同的比率被加速。這就是說它們的速度在每秒鐘內的增量相同。(加速度是速度每秒的增加值)

引力質量和慣性質量的等同性是愛因斯坦論據中的第三假設

愛因斯坦一直在尋找「引力質量與慣性質量相等」的解釋。為了這個目標,他作出了被稱作「等同原理」的第三假設。它說明:

如果一個慣性系相對於一個伽利略系被均勻地加速,那麼我們就可以通過引入相對於它的一個均勻引力場而認為它(該慣性系)是靜止的。

讓我們來考查一個慣性系k』,它有一個相對於伽利略系的均勻加速運動。在k 和k』周圍有許多物體。此物體相對於k是靜止的。

因此這些物體相對於k』有一個相同的加速運動。這個加速度對所有的物體都是相同的,並且與k』相對於k的加速度方向相反。我們說過,在一個引力場中所有物體的加速度的大小都是相同的,因此其效果等同於k』是靜止的並且存在一個均勻的引力場。

因此如果我們確立等同原理,兩個物體的質量相等只是它的一個簡單推論。 這就是為什麼(質量)等同是支援等同原理的一個重要論據。

通過假定k』靜止且引力場存在,我們將k』理解為一個伽利略系,(這樣我們就可以)在其中研究力學規律。由此愛因斯坦確立了他的第四個原理。

[編輯本段]主要內容

愛因斯坦提出「等效原理」,即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質量與慣性質量的等價性上。根據等效原理,愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。

物體的運動方程即該參考系中的測地線方程。測地線方程與物體自身固有性質無關,只取決於時空局域幾何性質。而引力正是時空局域幾何性質的表現。

物質質量的存在會造成時空的彎曲,在彎曲的時空中,物體仍然順著最短距離進行運動(即沿著測地線運動——在歐氏空間中即是直線運動),如地球在太陽造成的彎曲時空中的測地線運動,實際是繞著太陽轉,造成引力作用效應。正如在彎曲的地球表面上,如果以直線運動,實際是繞著地球表面的大圓走。

引力是時空局域幾何性質的表現。雖然廣義相對論是愛因斯坦創立的,但是它的數學基礎的源頭可以追溯到歐氏幾何的公理和數個世紀以來為證明歐幾里德第五公設(即平行線永遠保持等距)所做的努力,這方面的努力在羅巴切夫斯基、bolyai、高斯的工作中到達了頂點:他們指出歐氏第五公設是不能用前四條公設證明的。

非歐幾何的一般數學理論是由高斯的學生黎曼發展出來的。所以也稱為黎曼幾何或曲面幾何,在愛因斯坦發展出廣義相對論之前,人們都認為非歐幾何是無法應用到真實世界中來的。

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:

而萬有引力定律也代之以愛因斯坦場方程: r_ - \fracg_ r = - 8 \pi t_

其中 g 為牛頓萬有引力常數

該方程是一個以時空為自變數、以度規為因變數的帶有橢圓型約束的二階雙曲型偏微分方程。它以複雜而美妙著稱,但並不完美,計算時只能得到近似解。最終人們得到了真正球面對稱的準確解——史瓦茲解。

加入宇宙學常數後的場方程為:

r_ - \fracg_ r + \lambda g_= - 8 \pi t_

廣義相對論的宇宙現象與科研應用

按照廣義相對論,在區域性慣性系內,不存在引力,一維時間和三維空間組成四維平坦的歐幾里得空間;在任意參考系內,存在引力,引力引起時空彎曲,因而時空是四維彎曲的非歐黎曼空間。愛因斯坦找到了物質分佈影響時空幾何的引力場方程。時間空間的彎曲結構取決於物質能量密度、動量密度在時間空間中的分佈,而時間空間的彎曲結構又反過來決定物體的運動軌道。

在引力不強、時間空間彎曲很小情況下,廣義相對論的預言同牛頓萬有引力定律和牛頓運動定律的預言趨於一致;而引力較強、時間空間彎曲較大情況下,兩者有區別。廣義相對論提出以來,預言了水星近日點反常進動、光頻引力紅移、光線引力偏折以及雷達回波延遲,都被天文觀測或實驗所證實。近年來,關於脈衝雙星的觀測也提供了有關廣義相對論預言存在引力波的有力證據。

廣義相對論由於它被令人驚歎地證實以及其理論上的優美,很快得到人們的承認和讚賞。然而由於牛頓引力理論對於絕大部分引力現象已經足夠精確,廣義相對論只提供了一個極小的修正,人們在實用上並不需要它,因此,廣義相對論建立以後的半個世紀,並沒有受到充分重視,也沒有得到迅速發展。到20世紀60年代,情況發生變化,發現強引力天體(中子星)和3k宇宙背景輻射,使廣義相對論的研究蓬勃發展起來。

廣義相對論對於研究天體結構和演化以及宇宙的結構和演化具有重要意義。中子星的形成和結構、黑洞物理和黑洞探測、引力輻射理論和引力波探測、大**宇宙學、量子引力以及大尺度時空的拓撲結構等問題的研究正在深入,廣義相對論成為物理研究的重要理論基礎。

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3樓:命運終點

廣義相對論是對牛頓萬有引力定律的修正與推廣,是用張量語言寫成的專引力論。它將引力描述成背景屬時空而不是一種力,一個物體若只受引力作用則在廣義相對論看來是自由質點不受力。引力的作用是使直線變得彎曲,數學上體現在度規張量分量非常數,等價於黎曼曲率張量非零,協變導數和普通偏導數不同,克氏符非0等。

其公式主要是引力場方程,其數學形式為rab-0.5gabr=8πtab。式中rab叫做裡奇張量,為上升第四指標的黎曼曲率張量上標和第一或第二下標縮並後的結果。

協變向量兩次協變導數交換順序相減後的結果是黎曼曲率張量和協變向量的內積。gab叫做度規張量是該方程的待求量,其在某個座標系的分量是該座標系基向量的內積。r叫做曲率標量,是度規張量的逆變分量和裡奇張量分量的內積。

tab是能動張量。

其他的一些相關數學公式如圖

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4樓:小咖影堂

廣義來相對論是對牛頓萬有引力定律源

的修正與推廣,是用張量語言寫成的引力論。它將引力描述成背景時空而不是一種力,一個物體若只受引力作用則在廣義相對論看來是自由質點不受力。引力的作用是使直線變得彎曲,數學上體現在度規張量分量非常數,等價於黎曼曲率張量非零,協變導數和普通偏導數不同,克氏符非0等。

其公式主要是引力場方程,其數學形式為rab-0.5gabr=8πtab。式中rab叫做裡奇張量,為上升第四指標的黎曼曲率張量上標和第一或第二下標縮並後的結果。

協變向量兩次協變導數交換順序相減後的結果是黎曼曲率張量和協變向量的內積。gab叫做度規張量是該方程的待求量,其在某個座標系的分量是該座標系基向量的內積。r叫做曲率標量,是度規張量的逆變分量和裡奇張量分量的內積。

tab是能動張量。

廣義相對論的主要內容

5樓:匿名使用者

重力等效加速度;

非慣性系的區域性等效慣性系;

物理學公式,在非慣性系也有相同表現形式;

光走直線,空間是彎曲的。

6樓:

定域性假設和區域性慣性系的存在性假設。

這兩個假設數學上無非是說洛倫茲度規的存在(後者)和正交標架場的平權(前者)。

由此可推出引力場的存在,並匯出愛因斯坦場方程。

愛因斯坦相對**式是啥?

7樓:景田不是百歲山

1、廣義相對論:r_uv-1/2×r×g_uv=κ×t_uv2、狹義相對論:s(r4,η_αβ)

3、相對速度公式:△v=|v1-v2|/√(1-v1v2/c^2)4、相對長度公式l=lo* √(1-v^2/c^2)lo5、相對質量公式m=mo/√(1-v^2/c^2)mo6、相對時間公式t=to* √(1-v^2/c^2)to7、質能方程e=mc^2

相對論是關於時空和引力的理論,主要由愛因斯坦創立,依其研究物件的不同可分為狹義相對論和廣義相對論。相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化,它們共同奠定了現代物理學的基礎。相對論極大地改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」、「四維時空」、「彎曲時空」等全新的概念。

不過近年來,人們對於物理理論的分類有了一種新的認識——以其理論是否是決定論的來劃分經典與非經典的物理學,即「非經典的=量子的」。在這個意義下,相對論仍然是一種經典的理論。

相對論的主要內容是什麼啊,相對論的主要內容是什麼?

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相對論的狹義和廣義是什麼意思,廣義相對論和狹義相對論有什麼區別

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...

什麼是相對論,什麼是相對論 相對論的內容

相對論的內容是很廣泛的,自然一句話說不太清楚,樓主有空可以去幽靈蝶吧去坐坐,相信你在那裡會有收穫的。相對論分為狹義相對論和廣義相對論兩部分,狹義相對論是建立在相對性原理和光速不變原理基礎上的,相對性原理是相對論的核心,即慣性系之間彼此等價,不可區分。光速不變原理是光在任意慣性系內的速度都是一個常數。...