广义相对论简介人教版高中物理选修3-4第十五章长沙县一中莫德智广义相对论产生背景1广义相对论的两大原理2广义相对论的几个结论与验证3牛顿万有引力与广义相对论理论4广义相对论的应用5主要内容广义相对论的产生背景狭义相对论无法解决的两个问题——惯性系疑难和引力超距作用问题（1）惯性系疑难实物或电磁场所服从的宏观物理规律（牛顿力学或电动力学），都只能在惯性系中成立，在非惯性系中不成立。所有物理规都满足相对性原理，即在所有惯性系中都成立。对于表述物理规律如此优越的惯性系，竟然在理论上无法定义，在实际上又找不到，这被称为惯性系疑难。广义相对论的产生的历史背景惯性系的定义导致逻辑循环。狭义相对论只适用于惯性系。什么是惯性系？答：牛顿力学规律成立的参考系叫惯性系，那么牛顿力学在什么参考系成立？答牛顿力学在惯性系中成立。这就导致了逻辑循环。关于惯性系的另一说法：通常把不受外力的物体保持静止或匀速直线运动状态的参考系定义为惯性系，然而怎么才叫“不受外力”呢?人们又定义在惯性系中保持静止或匀速直线运动状态的物体为“不受外力”的物体。也形成了逻辑循环的困惑，狭义相对论无法解释。广义相对论的产生的历史背景事实上，我们很难找到真正的惯性系，从逻辑分析上讲，一切自然规律也不应局限于惯性系，必须考虑在非惯性系也是成立的。爱因斯坦认为必须突破惯性系的束缚，先将狭义的惯性系拓展为广义的一般参考系，从而拓展狭义相对论。即在任何参考系中，物理规律都是相同的。广义相对论的产生的历史背景（2）引力问题物体之间的万有引力作用以什么速度传递？牛顿的万有引力理论是指两个物体相互的引力作用是一种超距的瞬间传递(即传递作用的速度为无穷大)，难道一个星球的运动能够以超过光速的速度影响到远处的一个星球吗？这与狭义相对论依据的自然界中一切物体的运动，包括电磁相互作用不超过极限光速c的基本原理冲突，这是狭义相对论所不允许的。同时，牛顿万有引力定律中的距离，按照狭义相对论的观点，将会随速度大小而变化，这又如何解决呢?广义相对论的产生的历史背景水星近日点剩余进动是万有引力定律无法解开的一个谜广义相对论的产生的历史背景这两个问题实质上就是一个受力的问题，物体受力后就不是惯性系了，力的表达式怎样，它的作用是超距吗?这是狭义相对论无法解决的。如何解决惯性系问题，如何寻找引力场的一般规律，成了爱因斯坦在建立狭义相对论后，必须解决的两大问题，下面我们将看到爱因斯坦通过广义相对论，同时解决了这两大问题。广义相对论的两大原理一是广义相对论原理（广义协变原理）二是等效原理1．广义相对论原理在任何参考系中，物理规律都是相同的一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价2.等效原理广义相对论的两大原理飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底。可能是由于飞船处于某个星球的引力场中，也可能飞船在远离任何天体的空间加速飞行。静止引力场与以g加速度上升的升降机无法区分结论：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价广义相对论的两大原理飞船飞到远离地球和其他星球的地方，可以认为飞船不再受到其他星球的引力，那么宇航员将发现他处于失重的状态，秤无法显示他的重量。可惜这只是一个可能，还有一个可怕的情况是，飞船发射失败，在地球的引力之下，宇航员和飞船都在加速落向地球，飞船完全失重，这时秤也无法显示他的重量。死亡电梯结论：自然界严格定义的惯性系不存在，因为任何物体都会受到引力作用，并且引力是不能隔离的。广义相对论的两大原理等效原理的证明过程：①惯性质量与引力质量相等惯性质量是衡量惯性大小的量度，是物体抵抗外力改变其运动状态的本领。引力质量是引力场的的源泉，它是物体产生引力场的本领。日常经验表明，物体愈重，要改变它的运动状态就愈难．这就是说，物体的引力质量愈大，它的惯性质量也就愈大，非常精密的实验证明，任何物体的惯性质量同它的引力质量严格地成正比.选择合适单位，两质量数值相等。广义相对论的两大原理“在引力场中一切物体都具有相同的加速度，这条定理也可以表述为惯性质量与引力质量的相等。它当...
