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爱因斯坦广义相对论
2011-10-26 中国教育网

  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。
  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。
  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。
  广义相对论基本原理:
  1、广义相对论原理,即自然定律在任何参考系中都可以表示为相同数学形式。
  2、等价原理,即在一个小体积范围内的万有引力和某一加速系统中的惯性力相互等效。

  按照上述原理,万有引力的产生是由于物质的存在和一定的分布状况使时间空间性质变得不均匀(所谓时空弯曲);并由此建立了引力场理论;而狭义相对论则是广义相对论在引力场很弱时的特殊情况。
  如果说到了二十世纪初狭义相对论因为经典物理原来固有的矛盾、大量的新实验以及广泛的关注而呼之欲出的话,那么广义相对论的提出则在某种意义下是“理论走在了实验前面”的一次实践。在此之前,虽然有一些后来用以支持广义相对论的实验现象(如水星轨道近日点的进动),但是它们并不总是物理学关注的焦点。而广义相对论的提出,在很大程度上是由于相对论理论自身发展的需要,而并非是出于有一些实验现象急待有理论去解释的现实需要,这在物理学的发展史上是并不多见的。因而在相对论提出之后的一段时间内其进展并不是很快,直到后来天文学上的一系列观测的出现,才使广义相对论有了比较大的发展。到了当代,在对于引力波的观测和对于一些高密度天体的研究中,广义相对论都成为了其理论基础之一。而另一方面,广义相对论的提出也为人们重新认识一些如宇宙学、时间旅行等古老的问题提供了新的工具和视角。
  在广义相对论建立之初,爱因斯坦提出了三项实验检验,一是水星近日点的进动,二是光线在引力场中的弯曲,三是光谱线的引力红移。其中只有水星近日点进动是已经确认的事实,其余两项后来也陆续得到了证实。60年代以后,又有人提出观测雷达回波延迟、引力波等方案。

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