广义相对论主要内容是什么？

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广义相对论几乎涵盖了物理学中所有与时间、空间、质量、能量、力等与力学（包括电力学）相关的领域.

主要内容是用相对的时空观替代了经典物理学中的绝对时空概念,同时承认所有的经典物理学理论的正确性（注意这一点非常重要）,从而将经典物理学的应用领域拓展到高速度大空间的更广泛的应用领域.

句话说就是,承认经典物理学理论的正确性,并把经典物理学中一些绝对物理量换成了相对物理量,从而拓展了物理学的应用领域.

举个简单的例子,最简单的就是速度.

在经典物理学中虽然也认识到了速度的相对性,没有参照系就不可能测量速度.但是,经典物理学中还是认为速度有绝对性.以太就是绝对静止的物质,一切物体相对以太的速度就是在宇宙中的绝对速度.

但是,人们探测以太的实验失败了,不但没找到以太存在的证据反而发现了一个足以让经典物理学崩溃的结果,那就是光速即不受发光体速度的影响,也不受光接收器速度的影响,无论是以什么速度运动的发光体还是光接收器,测量到的光速竟然都是一样的.这一结果沉重的打击了经典物理学的速度叠加原理以及一切与速度（时间和空间）有关的物理理论.

相对论抛弃了绝对速度的概念,代之以宇宙中一切速度都是相对的.

也就是说（我的解释）：

如果在宇宙中只有一个天体,没有任何其他参照系的情况下,在这个天体上绝对不可能测量出自己的速度是多少.而这个天体上测量到光速是恒定的.

假如空间只有两个天体,两个天体都可以无视另一天体的存在,则相对速度是两个天体间唯一的（观测）关系.比如,只能知道它们互相接近或远离,不能知道它们是同向运动还是相向运动,或同时向其他某个方向运动.每个天体上测量到的光速与附近是否有其他天体无关.

只有当把其中一个定为参照系时才能知道另一个天体的速度.而把谁定为参照系都与光速无关.光速不会因为人为的变更参照系而改变速度.

人们甚至可以指定任何一个不存在的点作为参照系,而随意认定自己的速度是多少,光速不会因为人们随意指定的速度而改变.

由此,引出了更多的问题.

学过物理学的人都知道一个倒背如流的公式 F＝ma.

那么 我们看一下物理单位的关系：牛顿＝千克×米/秒2

两边乘上 米 就是能量了：牛顿×米＝千克×米2/秒2

再还原成物理量公式就是：能量＝质量×速度 2.即：E=mv2

问题来了：假如宇宙中有一个天体,在这个天体上,能量是守恒的,质量是守恒的,速度就一定是守恒的.这个速度到底是什么?绝对不可能是任何一个可以随便指定的参照系上测量到的速度.显然是一个不变的速度,那只有光速不变.因而只能是一个结果：E＝mc2 .这就是蓍名的质能公式.

再看一下那个让人倒背如流的公式：F＝ma

F/m＝a 必须承认经典理论的正确性,那么,F/m是什么?显然是引力场的强度.就是“单位质量所受的引力”.物理意义就是：引力场强度＝加速度,即：引力与加速度等价.

再有,还是那个公式,F＝ma

牛顿＝千克×米/秒2

秒＝千克/牛顿×米/秒

时间＝速度 / 引力场强度

时间与速度成正比,与引力场强度成反比.

说明在引力场（或加速度）很大的空间,时间会变慢.

题外话：

很多人以为高速运动的物体上的时间会变慢,其实是大错特错,时间变慢不是速度的原因,而是加速度或引力场的原因.

狭义相对论中的√(1-v2/c2)因子是一个小于等于1的因子.

t'＝t×√(1-v2/c2)表示的是观测到的时间t 比运动的惯性系上的时间t' 快.

所以,把t 乘上一个小于1的因子后才能和t' 相等.

我们平时说高速度运动的物体上的时间“变慢”了,指的是它的实际时间比我们观测到的时间慢.而我们观测到的是真实的时间吗?其实是我们观测到的时间变快了.

如果还不理解,我们换个方式来解释.

近大远小是我们非常熟悉的自然规律.当一个物体离我们很远时我们看到它“变小”了.如果你的大脑的自动计算功能让你感觉它没变小,你可以用仪器来测量一下,比如用相机照下来再用尺子量.

如果要想知道远处物体的真实大小,我们一定是应该乘上一个大于1的因子.虽然我们不知道这个因子是什么形式的,但是知道那个因子一定大于1.

能不能说因为我们要乘一个大于1的因子,所以远处的物体就“变大”了?

其实是因为我们测量到尺寸的比真实的小,才需要乘一个大于1的因子.

同样的,因为我们测量到高速运动的系统上的时间快了,所以才需要乘一个小于1的因子.

目的是还原真实的尺寸或时间.

但是我们习惯上还是说近大远小,也习惯的说高速运动的惯性上的时间变慢,那仅仅是习惯说法.时间（或物体大小）不会因为我们习惯的说法而改变.引起时间改变的原因不是速度,而是引力或加速度.

如果再不相信,那么想一下,如果有一个参照系相对地球以0.8C的速度运动,它测量地球的时间,地球会按它测量的结果改变时间吗?

如果同时还有另一个惯性系相对地球以0.6C的速度运动,也在测量地球的时间,地球的时间是按0.6C的参照系变还是按0.8C的参照系变?我们甚至可以假想一个不存在的参照系以10c的速度相对地球运动,地球的时间真的就倒着走了吗?

其他回答

广义相对论（General Relativity），是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论，统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代传统对于引力是一种力的看法。

其他类似问题

问题1：广义相对论的主要内容是什么?[物理科目]

广义相对论（General Relativity?）,是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论,统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律,将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空,以取代传统对于引力是一种力的看法.

问题2：广义相对论的主要内容[物理科目]

重力等效加速度；

非惯性系的局部等效惯性系；

物理学公式,在非惯性系也有相同表现形式；

光走直线,空间是弯曲的.

问题3：广义相对论内容是什么?[物理科目]

●★●广义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦于1916年发表的用几何语言描述的引力理论,它代表了现代物理学中引力理论研究的最高水平.

●★●广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中,并在此基础上应用等效原理而建立.在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系,其联系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）.

●★●从广义相对论得到的有关预言和经典物理中的对应预言非常不相同,尤其是有关时间流逝、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题,例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应.广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——虽说广义相对论并非当今描述引力的唯一理论,它却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论.不过,仍然有一些问题至今未能解决,典型的即是如何将广义相对论和量子物理的定律统一起来,从而建立一个完备并且自洽的量子引力理论.爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用：它直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出.有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因.光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象,这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像.广义相对论还预言了引力波的存在,引力波已经被间接观测所证实,而直接观测则是当今世界像激光干涉引力波天文台（LIGO）这样的引力波观测计划的目标.此外,广义相对论还是现代宇宙学的膨胀宇宙模型的理论基础.

●★● 相对论是现代物理学的理论基础之一.论述物质运动与空间时间关系的理论.20世纪初由爱因斯坦创立并和其他物理学家一起发展和完善,狭义相对论于1905年创立,广义相对论于1916年完成.19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家）麦克斯韦（1831~1879年）电磁理论趋于完善,一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”,但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时, 发现一系列尖锐矛盾,对经典时空观产生疑问.爱因斯坦对这些问题,提出物理学中新的时空观,建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律,创立相对论.

●★●狭义相对论提出两条基本原理.（1）光速不变原理. 即在任何惯性系中, 真空中光速c都相同, 与光源及观察者的运动状况无关.（2）狭义相对性原理是物理学的基本定律乃至自然规律,对所有惯性参考系来说都相同.

●★● 广义相对论 爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）.该理论认为引力是由空间——时间几何（也就是,不仅考虑空间中的点之间,而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的,因而引力场影响时间和距离的测量. 广义相对论：爱因斯坦的基于光速对所有的观察者（而不管他们如何运动的）必须是相同的观念的理论.它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释. 狭义相对论和万有引力定律,都只是广义相对论在特殊情况之下的特例.狭义相对论是在没有重力时的情况；而万有引力定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况.

●★● 爱因斯坦在1905年发表了一篇探讨光线在狭义相对论中,重力和加速度对其影响的论文,广义相对论的雏型就此开始形成.1912年,爱因斯坦发表了另外一篇论文,探讨如何将重力场用几何的语言来描述.至此,广义相对论的运动学出现了.到了1915年,爱因斯坦场方程式被发表了出来,整个广义相对论的动力学才终于完成. 1915年后,广义相对论的发展多集中在解开场方程式上,解答的物理解释以及寻求可能的实验与观测也占了很大的一部份.但因为场方程式是一个非线性偏微分方程,很难得出解来,所以在电脑开始应用在科学上之前,也只有少数的解被解出来而已.

●★●其中最著名的有三个史瓦西解(the Schwarzschild solution (1916)), the Reissner-Nordström solution and the Kerr solution. 在广义相对论的观测上,也有著许多的进展.水星的岁差是第一个证明广义相对论是正确的证据,这是在相对论出现之前就已经量测到的现象,直到广义相对论被爱因斯坦发现之后,才得到了理论的说明.第二个实验则是1919年爱丁顿在非洲趁日蚀的时候量测星光因太阳的重力场所产生的偏折,和广义相对论所预测的一模一样.这时,广义相对论的理论已被大众和大多的物理学家广泛地接受了.之后,更有许多的实验去测试广义相对论的理论,并且证实了广义相对论的正确.

●★● 另外,宇宙的膨胀也创造出了广义相对论的另一场高潮.从19 爱因斯坦解释广义相对论的手稿扉页22年开始,研究者们就发现场方程式所得出的解答会是一个膨胀中的宇宙,而爱因斯坦在那时自然也不相信宇宙会来涨缩,所以他便在场方程式中加入了一个宇宙常数来使场方程式可以解出一个稳定宇宙的解出来.但是这个解有两个问题.在理论上,一个稳定宇宙的解在数学上不是稳定.另外在观测上,1929年,哈勃发现了宇宙其实是在膨胀的,这个实验结果使得爱因斯坦放弃了宇宙常数,并宣称这是我一生最大的错误(the biggest blunder in my career). 但根据最近的一形超新星的观察,宇宙膨胀正在加速.所以宇宙常数似乎有败部复活的可能性,宇宙中存在的暗能量可能就必须用宇宙常数来解释.

●★● 简单地说,广义相对论的两个基本原理是：一,等效原理：引力与惯性力等效；二,广义相对性原理： 等效原理 所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式.

等效原理：分为弱等效原理和强等效原理,弱等效原理认为引力质量和惯性质量是等同的.强等效原理认为,两个空间分别受到引力和与之等大的惯性力的作用,在这两个空间中从事一切实验,都将得出同样的物理规律. 现在有不少学者在从事等效原理的论证研究,但是至少目前能够做到的精度来看,未曾从实验上证明等效原理是破缺的.

广义相对性原理

广义相对性原理：物理定律的形式在一切参考系都是不变的. 普通物理学(大学课本)中是这样描述这两个原理的： 等效原理：在处于均匀的恒定引力场影响下的惯性系,所发生的一切物理现象,可以和一个不受引力场影响的,但以恒定加速度运动的非惯性系内的物理现象完全相同. 广义相对论的相对性原理：所有非惯性系和有引力场存在的惯性系对于描述物理现象都是相对的.

广义相对论是基于狭义相对论的.如果后者被证明是错误的,整个理论的大厦都将垮塌.

质量的两种不同表述

为了理解广义相对论,我们必须明确质量在经典力学中是如何定义的. 首先,让我们思考一下质量在日常生活中代表什么.“它是重量”?事实上,我们认为质量是某种可称量的东西,正如我们是这样度量它的：我们把需要测出其质量的物体放在一架天平上.我们这样做是利用了质量的什么性质呢?是地球和被测物体相互吸引的事实.这种质量被称作“ 小球落到正在加速的地板上和落到地球上

引力质量”.我们称它为“引力的”是因为它决定了宇宙中所有星星和恒星的运行：地球和太阳间的引力质量驱使地球围绕后者作近乎圆形的环绕运动. 现在,试着在一个平面上推你的汽车.你不能否认你的汽车强烈地反抗着你要给它的加速度.这是因为你的汽车有一个非常大的质量.移动轻的物体要比移动重的物体轻松.质量也可以用另一种方式定义：“它反抗加速度”.这种质量被称作“惯性质量”. 因此我们得出这个结论：我们可以用两种方法度量质量.要么我们称它的重量（非常简单）,要么我们测量它对加速度的抵抗（使用牛顿定律）. 人们做了许多实验以测量同一物体的惯性质量和引力质量.所有的实验结果都得出同一结论：惯性质量等于引力质量. 牛顿自己意识到这种质量的等同性是由某种他的理论不能够解释的原因引起的.但他认为这一结果是一种简单的巧合.与此相反,爱因斯坦发现这种等同性中存在着一条取代牛顿理论的通道. 日常经验验证了这一等同性：两个物体（一轻一重）会以相同的速度“下落”.然而重的物体受到的地球引力比轻的大.那么为什么它不会“落”得更快呢?因为它对加速度的抵抗更强.结论是,引力场中物体的加速度与其质量无关.伽利略是第一个注意到此现象的人.重要的是你应该明白,引力场中所有的物体“以同一加速度下落”是（经典力学中）惯性质量和引力质量等同的结果. 现在我们关注一下“下落”这个表述.物体“下落”是由于地球的引力质量产生了地球的引力场.两个物体在所有相同的引力场中的加速度相同.不论是月亮的还是太阳的, 光锥

它们以相同的比率被加速.这就是说它们的速度在每秒钟内的增量相同.（加速度是速度每秒的增加值）

引力质量和惯性质量的等同性

爱因斯坦一直在寻找“引力质量与惯性质量相等”的解释.为了这个目标,他作出了被称作“等同原理”的第三假设.它说明：如果一个惯性系相对于一个伽利略系被均匀地加速,那么我们就可以通过引入相对于它的一个均匀引力场而认为它（该惯性系）是静止的. 让我们来考查一个惯性系K’,它有一个相对于伽利略系的均匀加速运动.在K 和K’周围有许多物体.此物体相对于K是静止的.因此这些物体相对于K’有一个相同的加速运动.这个加速度对所有的物体都是相同的,并且与K’相对于K的加速度方向相反.我们说过,在一个引力场中所有物体的加速度的大小都是相同的,因此其效果等同于K’是静止的并且存在一个均匀的引力场. 因此如果我们确立等同原理,物体的两种质量相等只是它的一个简单推论. 这就是为什么（质量）等同是支持等同原理的一个重要论据. 通过假定K’静止且引力场存在,我们将K’理解为一个伽利略系,（这样我们就可以）在其中研究力学规律.由此爱因斯坦确立了他的第四个原理.

●★● 爱因斯坦提出“等效原理”,即引力和惯性力是等效的.这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上.根据等效原理,爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的.物体的运动方程即该参考系中的测地线方程.测地线方程与物体自身固有性质无关,只取决于时空局域几何性质.而引力正是时空局域几何性质的表现.物质质量的存在会造成时空的弯曲,在弯曲的时空中,物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动),如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动,实际是绕着太阳转,造成引力作用效应.正如在弯曲的地球表面上,如果以直线运动,实际是绕着地球表面的大圆走. 引力是时空局域几何性质的表现.虽然广义相对论是爱因斯坦创立的,但是它的数学基础的源头可以追溯到欧氏几何的公理和数个世纪以来为证明欧几里德第五公设（即平行线永远保持等距）所做的努力,这方面的努力在罗巴切夫斯基、Bolyai、高斯的工作中到达了顶点：他们指出欧氏第五公设是不能用前四条公设证明的.非欧几何的一般数学理论是由高斯的学生黎曼发展出来的.所以也称为黎曼几何或曲面几何,在爱因斯坦发展出广义相对论之前,人们都认为非欧几何是无法应用到真实世界 光波从一个大质量物体表面出射频率发生红移

中来的.

●★● 在广义相对论中,引力的作用被“几何化”——即是说：狭义相对论的闵氏空间背景加上万有引力的物理图景在广义相对论中变成了黎曼空间背景下不受力(假设没有电磁等相互作用)的自由运动的物理图景,其动力学方程与自身质量无关而成为测地线方程： 而万有引力定律也代之以爱因斯坦场方程： R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv （Rμν-（1/2）gμνR=8GπTμν/（c*c*c*c） -gμν） 其中 G 为牛顿万有引力常数 该方程是一个以时空为自变量、以度规为因变量的带有椭圆型约束的二阶双曲型偏微分方程.它以复杂而美妙著称,但并不完美,计算时只能得到近似解.最终人们得到了真正球面对称的准确解——史瓦兹解. 加入宇宙学常数后的场方程为： R_uv-1/2*R*g_uv+∧*g_uv=κ*T_uv

问题4：爱因斯坦的广义相对论的主要内容是?请各位帮帮忙![物理科目]

相对论分为广义相对论和狭义相对论

广义相对论的基本概念解释：

广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论.这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把物体受引力作用而运动,归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动.因此,广义相对论亦称时空几何动力学,即把引力归结为时空的几何特性.

如何理解广义相对论的时空弯曲呢?这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明.假如有两个质量很大的钢球,按牛顿的看法,它们因万有引力相互吸引,将彼此接近.而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力.它们之所以相互靠近,是由于没有钢球出现时,周围的时空犹如一张拉平的网,现在两个钢球把这张时空网压弯了,于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了.这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动.所以,爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论.

进一步说,这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的.等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发,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.

我们知道,牛顿的万有引力定律认为,一切有质量的物体均相互吸引,这是一种静态的超距作用.

在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示,它所反映的引力作用是动态的,以光速来传递的.

广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论,牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似.所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能,力场中,才显示出两者的差别,这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题.

广义相对论在1915年建立后,爱因斯坦就提出了可以从三个方面来检验其正确性,即所谓三大实验验证.这就是光线在太阳附近的偏折,水星近日点的进动以及光谱线在引力场中的频移,这些不久即为当时的实验观测所证实.以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验,很快在更高精度上证实了广义相对论.60年代天文学上的一系列新发现：3K微波背景辐射、脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力地支持了广义相对论,从而使人们对广义相对论的兴趣由冷转热.特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学,已成为物理学中的一个热门前沿.

爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果,他说过,“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟.但是我认为,广义相对论不一样.”确实,广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想,这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论.没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力,没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础,是不可能建立起广义相对论的.伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一.

狭义相对论就是

狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容,要先对相对论的时空观有个大体了解.在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间.现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义,在此不做讨论.

四维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知.一把尺子在三维空间里（不含时间）转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的.四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系.

四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量（或能量）并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大.在四维时空里,质量（或能量）实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了.在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢.另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等.值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述.四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的.可以说至少它比牛顿力学要完美的多.至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑.

相对论中,时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空,能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量.这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系.在今后论及广义相对论时我们还会看到,时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系.

物质在相互作用中作永恒的运动,没有不运动的物质,也没有无物质的运动,由于物质是在相互联系,相互作用中运动的,因此,必须在物质的相互关系中描述运动,而不可能孤立的描述运动.也就是说,运动必须有一个参考物,这个参考物就是参考系.

伽利略曾经指出,运动的船与静止的船上的运动不可区分,也就是说,当你在封闭的船舱里,与外界完全隔绝,那么即使你拥有最发达的头脑,最先进的仪器,也无从感知你的船是匀速运动,还是静止.更无从感知速度的大小,因为没有参考.比如,我们不知道我们整个宇宙的整体运动状态,因为宇宙是封闭的.爱因斯坦将其引用,作为狭义相对论的第一个基本原理：狭义相对性原理.其内容是：惯性系之间完全等价,不可区分.

著名的麦克尔逊--莫雷实验彻底否定了光的以太学说,得出了光与参考系无关的结论.也就是说,无论你站在地上,还是站在飞奔的火车上,测得的光速都是一样的.这就是狭义相对论的第二个基本原理,光速不变原理.

由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式,速度变换式等所有的狭义相对论内容.比如速度变幻,与传统的法则相矛盾,但实践证明是正确的,比如一辆火车速度是10m/s,一个人在车上相对车的速度也是10m/s,地面上的人看到车上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右.在通常情况下,这种相对论效应完全可以忽略,但在接近光速时,这种效应明显增大,比如,火车速度是0.99倍光速,人的速度也是0.99倍光速,那么地面观测者的结论不是1.98倍光速,而是0.999949倍光速.车上的人看到后面的射来的光也没有变慢,对他来说也是光速.因此,从这个意义上说,光速是不可超越的,因为无论在那个参考系,光速都是不变的.速度变换已经被粒子物理学的无数实验证明,是无可挑剔的.正因为光的这一独特性质,因此被选为四维时空的唯一标尺.

问题5：广义相对论含义是什么核心内容?[物理科目]

广义相对论将经典的牛顿万有引力定律包含在狭义相对论的框架中,并在此基础上应用等效原理而建立.在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性（曲率）；而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量-动量张量直接相联系,其联系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）. 从广义相对论得到的有关预言和经典物理中的对应预言非常不相同,尤其是有关时间流逝、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题,例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应.广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——虽说广义相对论并非当今描述引力的唯一理论,它却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论.不过,仍然有一些问题至今未能解决,典型的即是如何将广义相对论和量子物理的定律统一起来,从而建立一个完备并且自洽的量子引力理论. 爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用：它直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出.有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因.光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象,这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像.广义相对论还预言了引力波的存在,引力波已经被间接观测所证实,而直接观测则是当今世界像激光干涉引力波天文台（LIGO）这样的引力波观测计划的目标.此外,广义相对论还是现代宇宙学的膨胀宇宙模型的理论基础. 历史爱因斯坦解释广义相对论的手稿扉页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1915年11 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.这个方程描述了处于时空中的物质是如何影响其周围 的时空几何,并成为了爱因斯坦的广义相对论的核心. 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.不过很快天才的天体物理学家卡尔·史瓦西就在1916年得到了引力场方程的 第一个非平庸精确解——史瓦西度规,这个解是研究星体引力坍缩的最终阶段,即黑洞的理论基础.在同一年,将史瓦西几何 扩展到带有电荷的质量的研究工作也开始进行,其最终结果就是雷斯勒-诺斯特朗姆度规,其对应的是带电荷的静态黑洞. 1917年爱因斯坦将广义相对论理论应用于整个宇宙,开创了相对论宇宙学的研究领域.考虑到同时期的宇宙学研究中静态宇宙 的学说仍被广为接受,爱因斯坦在他的引力场方程中添加了一个新的常数,这被称作宇宙常数项,以求得和当时的“观测”相 符合.然而到了1929年,哈勃等人的观测表明我们的宇宙处在膨胀状态,而相应的膨胀宇宙解早在1922年就已经由亚历山 大·弗里德曼从他的弗里德曼方程（同样由爱因斯坦场方程推出）得到,这个膨胀宇宙解不需要任何附加的宇宙常数项.比利 时牧师勒梅特应用这些解构造了宇宙大爆炸的最早模型,模型预言宇宙是从一个高温高致密状态演化来的.爱因斯坦其后 承认添加宇宙常数项是他一生中犯下的最大错误. 在那个时代,广义相对论与其他物理理论相比仍保持了一种神秘感.由于它和狭义相对论相融洽,并能够解释很多牛顿引力无 法解释的现象,显然它要优于牛顿理论.爱因斯坦本人在1915年证明了广义相对论是如何解释水星轨道的反常近日点进动的现 象,其过程不需要任何附加参数（所谓“敷衍因子”）.另一个著名的实验验证是由亚瑟·爱丁顿爵士率领的探险队在非 洲的普林西比岛观测到的日食时的光线在太阳引力场中的偏折,其偏折角度和广义相对论的预言完全相符（是牛顿理论预 言的偏折角的两倍）,这一发现随后被全球报纸竞相报导,一时间使爱因斯坦的理论名声赫赫.但是直到1960年至1975年 间,广义相对论才真正进入了理论物理和天体物理主流研究的视野,这一时期被称作广义相对论的黄金时代.物理学家逐渐理 解了黑洞的概念,并能够通过天体物理学的性质从类星体中识别黑洞.在太阳系内能够进行的更精确的广义相对论的实验 验证进一步展示了广义相对论非凡的预言能力,而相对论宇宙学的预言也同样经受住了实验观测的检验.

从经典力学到广义相对论理解广义相对论的最佳方法之一是从经典力学出发比较两者的异同点：这种方法首先需要认识到经典力学和牛顿引力也可以用几何语言来描述,而将这种几何描述和狭义相对论的基本原理放在一起对理解广义相对论具有启发性作用.

牛顿引力的几何学

经典力学的一个基本原理是：任何一个物体的运动都可看作是一个不受任何外力的自由运动（惯性运动）和一个偏离于这种自由运动的组合.这种偏离来自于施加在物体上的外力作用,其大小和方向遵循牛顿第二定律（外力大小等于物体的惯性质量乘以加速度,方向与加速度方向相同）.而惯性运动与时空的几何性质直接相关：经典力学中在标准参考系下的惯性运动是匀速直线运动.用广义相对论的语言说,惯性运动的轨迹是时空几何上的最短路径（测地线）,在闵可夫斯基时空中是直的世界线.

小球落到正在加速的火箭的地板上（左）和落到地球上（右）,处在其中的观察者会认为这两种情形下小球的运动轨迹没有什么区别反过来,原则上讲也可以通过观察物体的运动状态和外力作用（如附加的电磁力或摩擦力等）来判断物体的惯性运动性质,从而用来定义物体所处的时空几何.不过,当有引力存在时这种方法会产生一些含糊不清之处：牛顿万有引力定律以及多个彼此独立验证的相关实验表明,自由落体具有一个普遍性（这也被称作弱等效原理,亦即惯性质量与引力质量等价）,即任何测试质量的自由落体的轨迹只和它的初始位置和速度有关,与构成测试质量的材质等无关.这一性质的一个简化版本可以通过爱因斯坦的理想实验来说明,如右图所示：对于一个处在狭小的封闭空间中的观察者而言,无法通过观测落下小球的运动轨迹来判断自己是处于地面上的地球引力场中,还是处于一艘无引力作用但正在加速的火箭里（加速度等于地球引力场的引力加速度）；而作为对比,处于电磁场中的带电小球运动和加速参考系中的小球运动则是可以通过不同小球携带不同的电量来区分的.而由于引力场在空间中存在分布的变化,弱等效原理需要加上局部的条件,即在足够小的时空区域内引力场中的自由落体运动和均一加速参考系中的惯性运动是完全相同的.

由于自由落体的普遍性,惯性运动（实验中的火箭内）和在引力场中的运动（实验中的地面上）是无法通过观察来区分的.这是在暗示一类新的惯性运动的定义,即在引力作用下的自由落体也属于惯性运动.通过这种惯性运动则可以重新定义周围的时空几何——从数学上看引力场中惯性运动的轨迹（测地线）和引力势的梯度有关.