狭义相对论和广义相对论分别是什么

狭义相对论和广义相对论分别是什么,第1张

狭义相对论和广义相对论的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中,并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中。

相对论的研究发现,使人类对宇宙和自然的常识性概念产生了翻天覆地的变化,'弯曲时空'、'四维时空'等一系列的全新概念刷新了全人类对时、空间的认知。根据相对论的说法,在四维空间中加上时间轴这一尺后,物体的速度就会与时间成反比。空间中的物体运动速度越快,时间就会变慢。当物体的速度。

首先是“狭义相对论“:速度越快,时间流逝得越慢。相信许多掌握一些物理知识的朋友,应该了解这句话的意思。对于高速运动的物体,它的时间流逝要比低速运动的物体要慢。

如果物体的速度能够达到光速,那么对于它而言时间就是静止的,是完全不存在的一个概念,因为光速相对于任何的参考系来说,它的速度都是恒定不变的。

然后是“广义相对论”:引力越大,时间流逝得越慢。所谓的“引力”,也就是万有引力。我们知道光线在经过一些大质量的天体时,原有的直线的传播路径会发生偏折,这就是由于大引力的物质,让周围的时空发生了扭曲,所以光线传播的路径也就扭曲了。而引力导致的时空扭曲,让时空的曲率变大,相对的时间流逝就变得越来越慢了。

最开始这只是爱因斯坦做出的预言,但是随着科学技术的不断进步,这一预言也被不断证实,成为了客观存在的一种物理现象。而一旦物体的引力大到了一定程度,连光线也无法逃脱(就是所谓的黑洞),那么这里的时空曲率也变成了负数,也就是时间会“倒流”。所以有人认为“黑洞”是时间旅行的通道,也正是因为这一原因。

爱因斯坦的广义相对论研究的是物体相对周围被加速的情况,尤其是那些在过去来看被认为是“引力”作用而引起的加速。 广义相对论将引力解释为时空的弯曲。物体在被其他物体的质量弯曲的空间中只是沿着“最容易的”路径运动,按照这个理论, 行星围绕恒星运行的轨道,彗星走过的双曲线路径,并不是因为引力的“作用”,而是恒星质量引起空间的扭曲使然。

爱因斯坦受到他后来称之为“我一生中最幸福的思考,如果一个人自由下落,他将感知不到自己的质量”的启发。其重要的思想就是关于空间和时间的一—在他的狭义相对论中,二者已经被关联起来了,并非平直的,而是弯曲的,被存在的物质所弯曲。爱因斯坦认识到这个曲率将导致一种被称为引力的现象。牛顿认为引力是物体之间相互吸引的力,虽然他的方程很完美,但是他经常会小心翼翼地说,自己并不知道这作用于遥远物体之间的奇怪的力到底是什么。广义相对论解决了这个问题。其实并没有力,物体只是简单地沿着时空中最短的路径运动而已。

在平整的表面,最短的路径是直线,也称测地线。在地球这样的球面上,测地线则是圆上的一段圆弧。但在复杂的弯时空中,物体所遵循的测地线也许是椭圆或双曲线,或是牛顿引力理论所描述的任何路径。其实根本没有所谓的引力:就像美国物理学家约翰·惠勒总结的那样,“空间告诉物质如何运动,物质告诉空间如何弯曲”。

实际上,一旦爱因斯坦掌握了描述他四维曲面的微妙的数学工具后,相对论就像17世纪的牛顿方程式一样,使一切都变得清楚了,除了一些极端的情况外。这些情况包括质量极大的事物,在那里时空弯曲严重,牛顿方程式不能成立。爱因斯坦意识到这种差异在水星轨道上就能观测到。天文学家对那颗距离太阳很近的小小的行星进行了长期观测,发现它的轨道一直在变化,这种运动在经典的引力理论中无法解释。但是在相对论看来,这种由于在太阳附近而产生的额外的空间弯曲,正好将水星的轨道扭曲成目前的样子。

几年后,爱因斯坦将广义相对论的场方程扩展应用到宇宙学中,令他沮丧的是,方程预言了一个动态的宇宙,宇宙必须是膨胀或收缩的,而不可能是科学界普遍认为的静态的。于是爱因斯坦引入了一个他称为“宇宙常数”的力, 来使他的方程能够得到静态宇宙的结果。“这是我一生中犯下的最大的错误”,他后来回忆道。 这之后不久,天文学家发现了宇宙确实在膨胀,相对论自始至终都是正确的。

广义相对论是描述物质之间引力互相作用的科学理论,最早是由科学家爱因斯坦提出的,于1916年正式向社会发表。

相对论,相信不少的物理爱好者都听说过这个理论,这个科学理论在科学界具有很大的用途,相对论又分为广义相对论和狭义相对论,究竟广义相对论是什么意思呢?下面让我们共同去了解吧。

详细内容 01

广义相对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;能够形成黑洞的恒星最小质量称为奥本海默极限。

02

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。

03

广义相对论还预言了引力波的存在(爱因斯坦于1918年写的论文《论引力波》),现已被直接观测所证实。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。

04

广义相对论:是一种关于万有引力本质的理论。爱因斯坦曾经一度试图把万有引力定律纳入相对论的框架,几经失败后,他终于认识到,狭义相对论容纳不了万有引力定律。于是,他将狭义相对性原理推广到广义相对性,又利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理,建立了用弯曲时空的黎曼几何描述引力的广义相对论理论。

05

狭义相对论与广义相对论:狭义相对论的时空背景是平直的四维时空,而广义相对论则适用于任意伪黎曼空间,它的时空背景是弯曲的黎曼时空。

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