相对论相对论.ppt

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1、第五章 相 对 论1/6/20231第五章 相 对 论本章内容简介本章内容简介狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设时空观时空观洛仑兹变化洛仑兹变化狭义相对论的实验检验狭义相对论的实验检验广义相对论的简单介绍广义相对论的简单介绍1/6/20232第五章 相 对 论一、相对性一、相对性二、二、牛顿力学牛顿力学的的相对性原理和伽利略变换相对性原理和伽利略变换三、三、爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设第一节第一节 狭义相对性原理狭义相对性原理1/6/20233第五章 相 对 论A A君说：头朝上。君说：头朝上。但，但，A 君

2、君 看看 B 君，君，B 头朝下！头朝下！如：什么是上？下？如：什么是上？下？科学的语言必须准确！科学的语言必须准确！上、下可用物理规律来表述上、下可用物理规律来表述B B君也说：头朝上。君也说：头朝上。相对性相对性下：重力加速度的方向下：重力加速度的方向A A君君B B君君1/6/20234第五章 相 对 论（一）已经了解的相对性（一）已经了解的相对性运动描述与参考系有关运动描述与参考系有关,运动规律与参考系无关。运动规律与参考系无关。对牛顿定律的认识对牛顿定律的认识(惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系)一、一、相对性相对性 （二）进一步认识相对性（二）进一步认识相对性认识论的问题认识论的问题

3、:教育人们要脱离自我教育人们要脱离自我,客观地看问题。客观地看问题。相对性问题的核心是：相对性问题的核心是：物理规律是客观存在的，与参考系无关。物理规律是客观存在的，与参考系无关。即参考系平权即参考系平权 ，没有特殊的参考系。，没有特殊的参考系。1/6/20235第五章 相 对 论哥白尼哥白尼:抛弃地心说抛弃地心说 抛弃以我为中心抛弃以我为中心爱因斯坦爱因斯坦:提出所有的参考系平权：惯性系提出所有的参考系平权：惯性系，非惯性系平权非惯性系平权一切物理规律在任何参照系中形式相同一切物理规律在任何参照系中形式相同.牛顿牛顿:力学规律在任何惯性系中形式相同力学规律在任何惯性系中形式相同.一切物理规律

4、在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同.牛顿的相对性原理牛顿的相对性原理狭义相对性原理狭义相对性原理广义相对性原理广义相对性原理（三）历史（三）历史:从哥白尼到爱因斯坦从哥白尼到爱因斯坦1/6/20236第五章 相 对 论（四）学习本章的正确态度（四）学习本章的正确态度1)1)超越自我认识的局限超越自我认识的局限2)2)自觉摆脱经验的束缚自觉摆脱经验的束缚 -以事实为依据以事实为依据二、二、牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理 和和 伽利略变换伽利略变换研究的问题研究的问题:在两个惯性系中考察同一物理事件在两个惯性系中考察同一物理事件.实验室参考系实验室参考系运动参考系运

5、动参考系牛顿力学的绝对时空：牛顿力学的绝对时空：长度和时间的测量与参照系无关。长度和时间的测量与参照系无关。1/6/20237第五章 相 对 论伽利略相对性原理：一切惯性系中力学规律相同。伽利略相对性原理：一切惯性系中力学规律相同。ut一切惯性系中，测量某质点加速一切惯性系中，测量某质点加速度（或力）相同。度（或力）相同。伽利略伽利略变换变换两个惯性系之间的坐标变换：两个惯性系之间的坐标变换：设设 S 系静止，系静止，S 系相对于系相对于 S 系作匀速直线运动。系作匀速直线运动。(一一)牛顿定律只在惯性系成立牛顿定律只在惯性系成立;(二二)惯性系之间的坐标变换满足伽利略变换惯性系之间的坐标变换

6、满足伽利略变换1/6/20238第五章 相 对 论Vt牛顿力学规律在伽利略变牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。换下形式不变。两个事件两个事件A和和B之间的时间间隔之间的时间间隔:一个惯性系同时发生的事件在所用惯性系都是同时一个惯性系同时发生的事件在所用惯性系都是同时.不同惯性系作长度测量得到同样结果不同惯性系作长度测量得到同样结果.两点之间的空间间隔两点之间的空间间隔:若在同一时刻测量若在同一时刻测量:1/6/20239第五章 相 对 论一维真空平面电磁波波动方程一维真空平面电磁波波动方程:问题：在一切惯性系中，其它的物理规律，比如电磁学规律问题：在一切惯性系中，其它的物理规律，比如电磁学规

7、律是否也是相同的呢是否也是相同的呢?或问或问:伽利略相对性原理仅对力学才成伽利略相对性原理仅对力学才成立立?还是一个普适的原理呢还是一个普适的原理呢?在在S系两静止电荷只有静电力，而在系两静止电荷只有静电力，而在S系（相对系（相对S系系匀速运动匀速运动 u）看来除了静电力以外，还有磁力，且看来除了静电力以外，还有磁力，且磁力大小与速度磁力大小与速度 u 相关。相关。电磁理论电磁理论电磁理论电磁理论不能不能不能不能在伽利略变换下保持形式不变在伽利略变换下保持形式不变在伽利略变换下保持形式不变在伽利略变换下保持形式不变.1/6/202310第五章 相 对 论解决这一矛盾解决这一矛盾:3.Maxwe

8、ll方程和伽利略变换都成立，但方程和伽利略变换都成立，但Maxwell理论和光速理论和光速C对特殊惯性系（绝对静止）成立。对特殊惯性系（绝对静止）成立。*1904.5 洛仑兹提出长度收缩假设洛仑兹提出长度收缩假设.走到了相对论的边缘。走到了相对论的边缘。Michlson和和Maylor寻找以太实验否定以太的存在。寻找以太实验否定以太的存在。开尔文称之为两朵乌云之一。开尔文称之为两朵乌云之一。*1905 爱因斯坦提出狭义相对论。爱因斯坦提出狭义相对论。1.相对性原理只适用于力学规律，不能推广；宇宙存在一个相对性原理只适用于力学规律，不能推广；宇宙存在一个绝对的惯性系（以太）绝对的惯性系（以太）2

9、.Maxwell电磁理论需要修改；电磁理论需要修改；1/6/202311第五章 相 对 论三、狭义相对性原理三、狭义相对性原理(1)相对性原理：物理定律在所有惯性系中都相同；相对性原理：物理定律在所有惯性系中都相同；(2)光速不变原理：在所有惯性系，真空中光速都是光速不变原理：在所有惯性系，真空中光速都是C。1964 W.Bertozzi加速电子，加速电子，电场和速度：电场和速度：0.999 999 999 95 CC=299 792 458 m/suMeV光速不变原理：在真空中，不论是一匀速运光速不变原理：在真空中，不论是一匀速运动的光源所发出的光，还是静止光源所发出动的光源所发出的光，还是

10、静止光源所发出的光，其速度都为的光，其速度都为C。1964 CERN（欧洲粒子物理实验室）：欧洲粒子物理实验室）：0.999 75C的的p p介子，介子，g g射线速度与相对实验室静止的射线速度与相对实验室静止的p p介子发出的介子发出的g g射线速度相同。射线速度相同。1/6/202312第五章 相 对 论双星周期的测量双星周期的测量双星周期测量AB整周期测量：整周期测量：整周期测量：整周期测量：半周期测量：半周期测量：半周期测量：半周期测量：光速与参考系以及观测者的运动无关，与光源的传播方向无关。光速与参考系以及观测者的运动无关，与光源的传播方向无关。光速与参考系以及观测者的运动无关，与光

11、源的传播方向无关。光速与参考系以及观测者的运动无关，与光源的传播方向无关。1/6/202313第五章 相 对 论第二节第二节 时空观和时空几何时空观和时空几何事件（事件（event）：灯的开、关；两粒子的碰撞；光过某点；灯的开、关；两粒子的碰撞；光过某点；爆炸爆炸;事件的测量需要空间和时间。事件的测量需要空间和时间。空间坐标：观测者参考系坐标；空间坐标：观测者参考系坐标；时间坐标：钟；时间坐标：钟；时空坐标：空间坐标时空坐标：空间坐标+钟钟一、牛顿的时空观一、牛顿的时空观Vt1/6/202314第五章 相 对 论欧几里德空间欧几里德空间线元：线元：线元：线元：dsds牛顿的时空间：牛顿的时空间

12、：伽利略变化：几何上的空间平移变换。伽利略变化：几何上的空间平移变换。欧氏空间满足：坐标平移、旋转、反演不变性。欧氏空间满足：坐标平移、旋转、反演不变性。几何量几何量(1)时空的不对称性；时空的不对称性；(2)时空的绝对性；时空的绝对性；(3)时空几何的欧几里德性时空几何的欧几里德性Vt1/6/202315第五章 相 对 论二、狭义相对论的时空观二、狭义相对论的时空观光速不变原理：光速不变原理：定义时空间隔（线元）的平方定义时空间隔（线元）的平方结论：惯性系中时空间隔的平方结论：惯性系中时空间隔的平方 ds2 是一个不变量。是一个不变量。rictop闵可夫斯基空间：时间为虚轴的时空间闵可夫斯基

13、空间：时间为虚轴的时空间.相对性1相对性21/6/202316第五章 相 对 论xxictoictS S u1.两惯性系两惯性系S和和S之间的变换之间的变换1).坐标变换是线性变换坐标变换是线性变换2).S系的原点在系的原点在S系中的坐标为系中的坐标为(x,t)，该点在该点在S系看来是以速度系看来是以速度u朝正向运行朝正向运行3).S系的原点在系的原点在S系中的坐标为系中的坐标为(x,t)，该点在该点在S系看来系看来是以速度是以速度u朝负向运行朝负向运行（y=y,z=z)1/6/202317第五章 相 对 论xxictoictS S u两惯性系两惯性系S和和S之间的坐标变换之间的坐标变换4).

14、ds=ds综上所述综上所述洛仑兹变换洛仑兹变换时空几何不变时空几何不变时空几何不变时空几何不变1/6/202318第五章 相 对 论xxictoictS S u洛仑兹变换洛仑兹变换收缩因子收缩因子同时性因子同时性因子洛仑兹逆变换洛仑兹逆变换说明说明:可能是b 一阶或者二阶小量1/6/202319第五章 相 对 论2.洛仑兹变换与伽利略变换比较洛仑兹变换与伽利略变换比较 时、空间具有对称性；时、空间具有对称性；时、空间互相关联，构成统一的时空间整体；时、空间互相关联，构成统一的时空间整体；时空几何不是欧几里德空间时空几何不是欧几里德空间,而是闵可夫斯基空间而是闵可夫斯基空间;几何：线元几何：线元

15、ds2是不变量是不变量;所有惯性系量度所有惯性系量度ds2的结果（长度）相同；的结果（长度）相同；但在不同惯性系中量度的空间间隔但在不同惯性系中量度的空间间隔dr(dx)和时间间隔和时间间隔dt可能各不相同；可能各不相同；ds如同一矢量，如同一矢量，dx和和dt只是其投影分量。只是其投影分量。ictr(x)狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论时空观时空观时空观时空观1/6/202320第五章 相 对 论时空间隔（线元几何长度）不变时空间隔（线元几何长度）不变时空间隔（线元几何长度）不变时空间隔（线元几何长度）不变相对论的精髓相对论的精髓相对论的精髓相对论的精髓洛仑兹变换式中：洛仑兹变换式中

16、：洛仑兹变换式中：洛仑兹变换式中：空间坐标与时间坐标相空间坐标与时间坐标相空间坐标与时间坐标相空间坐标与时间坐标相互包含，紧密相连，互相转化与影响，构互包含，紧密相连，互相转化与影响，构互包含，紧密相连，互相转化与影响，构互包含，紧密相连，互相转化与影响，构成统一的整体成统一的整体成统一的整体成统一的整体时空间。时空间。时空间。时空间。欧氏空间中：欧氏空间中：空间坐标三个分量空间坐标三个分量X、Y、Z（三个维度）互相区三个维度）互相区别又互相影响。转动一把尺子（或转动坐标轴），三个维度此别又互相影响。转动一把尺子（或转动坐标轴），三个维度此消彼长，互相转换，但尺子总长不变。消彼长，互相转换，但

17、尺子总长不变。空间间隔不变空间间隔不变闵氏空间中：闵氏空间中：空间坐标和时间坐标构成四个维度的统一空间坐标和时间坐标构成四个维度的统一整体整体时空间。时空坐标间隔不变时空间。时空坐标间隔不变时空线元几何时空线元几何长度不变。空间与时间之间的转换遵从洛仑兹变换。长度不变。空间与时间之间的转换遵从洛仑兹变换。伽利略变换：伽利略变换：伽利略变换：伽利略变换：两个不变量两个不变量两个不变量两个不变量距离和时间间隔。距离和时间间隔。距离和时间间隔。距离和时间间隔。绝对的时空观绝对的时空观绝对的时空观绝对的时空观1/6/202321第五章 相 对 论第三节第三节 相对论相应相对论相应 1.同时性的相对性同

18、时性的相对性xxictoictS S uS系中同时不同地点发生的两个事件系中同时不同地点发生的两个事件A和和BS系中观测者看这两个事件系中观测者看这两个事件A和和B结论：结论：结论：结论：S S系中同时发生的事件，系中同时发生的事件，系中同时发生的事件，系中同时发生的事件，SS系中观测者看并不同时发生。系中观测者看并不同时发生。系中观测者看并不同时发生。系中观测者看并不同时发生。1/6/202322第五章 相 对 论xxictoictS S uS系中同地点不系中同地点不同时间发生的两同时间发生的两事件事件A和和BS系中观测者看这两事件系中观测者看这两事件A和和B结论：结论：S S系中同地不同时

19、间发生的事件，系中同地不同时间发生的事件，SS系中观测者看并不在系中观测者看并不在同一地点发生。同一地点发生。若若S S系中同地同时间发生的事件，系中同地同时间发生的事件，SS系中观测者看也在同一地点系中观测者看也在同一地点同一时间发生。同一时间发生。1/6/202323第五章 相 对 论2.运动的钟缓运动的钟缓（时间的相对性）（时间的相对性）S系：运动的车厢，系：运动的车厢，ABBAS系：系：ABBCuSSdABuSSdABCuDtl时间测量静止在静止在S系中观测者测量的时间间隔系中观测者测量的时间间隔静止在静止在S系中观测者测量两事件系中观测者测量两事件(车厢车厢A处发射和接受处发射和接受

20、)的时间间隔的时间间隔原时原时原时原时121/6/202324第五章 相 对 论2.运动的钟缓（时间的相对性）运动的钟缓（时间的相对性）S系：运动的车厢，系：运动的车厢，ABBAS系：系：ABBCuSSdABuSSdABCuDtl洛仑兹洛仑兹洛仑兹洛仑兹变换关系变换关系变换关系变换关系相对观测者静止的钟的走时称为原时；运动的钟时间节奏变缓。相对观测者静止的钟的走时称为原时；运动的钟时间节奏变缓。相对观测者静止的钟的走时称为原时；运动的钟时间节奏变缓。相对观测者静止的钟的走时称为原时；运动的钟时间节奏变缓。在在在在SS系中同地发生的两个事件之间的系中同地发生的两个事件之间的系中同地发生的两个事件

21、之间的系中同地发生的两个事件之间的时间间隔，用时间间隔，用时间间隔，用时间间隔，用SS钟钟钟钟(静止在静止在静止在静止在SS系的钟系的钟系的钟系的钟)量起来较短，而相对量起来较短，而相对量起来较短，而相对量起来较短，而相对SS运动的参考系运动的参考系运动的参考系运动的参考系的钟量起来较长，即运动的的钟量起来较长，即运动的的钟量起来较长，即运动的的钟量起来较长，即运动的“钟慢钟慢钟慢钟慢”。1/6/202325第五章 相 对 论3.运动的尺缩运动的尺缩（长度相对性）（长度相对性）lSSS系：运动的车厢系：运动的车厢S系：地面静止观测者系：地面静止观测者,怎么量运动车厢的长度？怎么量运动车厢的长度

22、？让其停下来量？赶上去量？让其停下来量？赶上去量？合理办法：记下车厢两端的合理办法：记下车厢两端的“同时同时”位置。位置。ABAB=l0(原长原长)u1/6/202326第五章 相 对 论3.运动的尺缩（长度的相对性）运动的尺缩（长度的相对性）lSSS系：运动的车厢系：运动的车厢ABABS系：地面静止观测者系：地面静止观测者相对尺的静止观测者量度该尺的长度最长，相对尺运动相对尺的静止观测者量度该尺的长度最长，相对尺运动观测者量度尺的的长度观测者量度尺的的长度L小于静止不动时刻长度小于静止不动时刻长度L0。运动的尺缩运动的尺缩问：若问：若AB正好是段隧道，地面观测者认为列车和隧道等正好是段隧道，

23、地面观测者认为列车和隧道等长，若长，若A和和B同时打下两个雷，列车应该幸免无恙；列车同时打下两个雷，列车应该幸免无恙；列车观测者认为列车比隧道长，列车会幸免无恙？观测者认为列车比隧道长，列车会幸免无恙？u1/6/202327第五章 相 对 论3.运动的尺缩（长度的相对性）运动的尺缩（长度的相对性）S系：运动的车厢系：运动的车厢S系：地面静止观测者系：地面静止观测者SSSABuSSABuSABu1/6/202328第五章 相 对 论例例1：m m 粒子是一种不稳定的粒子，在静止参考系中观察，它们经粒子是一种不稳定的粒子，在静止参考系中观察，它们经过过 2m ms（其固有寿命）就衰变为电子和中微子

24、。宇宙线在大气上其固有寿命）就衰变为电子和中微子。宇宙线在大气上层产生的层产生的 m m子速度可达子速度可达0.998c。如果没有钟慢效应，它们从产生如果没有钟慢效应，它们从产生到衰变的时间里走过的距离为到衰变的时间里走过的距离为 0.998c*2 m ms 600 m，这样这样m m子就子就不可能到达地面的实验室。而实际上地面已经测到不可能到达地面的实验室。而实际上地面已经测到 m m子，可见实子，可见实际上际上 m m子可穿透大气子可穿透大气9000m。钟慢效应：以地面参考系来看，钟慢效应：以地面参考系来看，m m子的子的“运动寿命运动寿命”为：为：以地面参考系来看，以地面参考系来看，m

25、m子有生之年可运动距离为：子有生之年可运动距离为：对于对于m m子而言，大气层厚度为：子而言，大气层厚度为：1/6/202329第五章 相 对 论l0ux(x)yy例例2：一长为：一长为 l 0 的棒静止在的棒静止在S上（如上（如右图），与右图），与x轴夹角为轴夹角为q q 0，S相对地相对地面（面（S系）以速度系）以速度 u 向右运动，求在向右运动，求在S系中观测者看来该棒的长度和取向。系中观测者看来该棒的长度和取向。解：解：S中：该棒的坐标中：该棒的坐标S中：该棒的坐标中：该棒的坐标1/6/202330第五章 相 对 论4.洛仑兹速度变换洛仑兹速度变换1/6/202331第五章 相 对 论

26、4.洛仑兹速度变换洛仑兹速度变换问：垂直于运动方向的长度不变，为什么垂直方向速度变了？问：垂直于运动方向的长度不变，为什么垂直方向速度变了？答：长度不变，但时间间隔变了。答：长度不变，但时间间隔变了。速度：速度：速度：速度：t t t t 时刻单位时间位时刻单位时间位时刻单位时间位时刻单位时间位移的改变量。移的改变量。移的改变量。移的改变量。1/6/202332第五章 相 对 论例例2：一艘以：一艘以0.9c的速率离开地球的宇宙飞船，以相对自己的速率离开地球的宇宙飞船，以相对自己0.95c的速率向前发射一枚导弹，求该导弹相对于地球的速率。的速率向前发射一枚导弹，求该导弹相对于地球的速率。spa

27、cecraftmissileSS0.9c0.95c解：解：导弹相对地面而言导弹相对地面而言其速率仍然小于其速率仍然小于c问：若问：若u或或vx有一个等于有一个等于c，结果如何？结果如何？1/6/202333第五章 相 对 论第四节第四节 狭义相对论的动力学狭义相对论的动力学根据洛仑兹变换给出狭义相对论力学量的定义。根据洛仑兹变换给出狭义相对论力学量的定义。一切物理规律都应在洛仑兹变换下保持不变。一切物理规律都应在洛仑兹变换下保持不变。对应原理：当速度对应原理：当速度uc时，新定义的物理量必须时，新定义的物理量必须趋于经典物理中对应的量。趋于经典物理中对应的量。1/6/202334第五章 相 对

28、 论第四节第四节 狭义相对论的动力学狭义相对论的动力学一、相对论中的动量和质量一、相对论中的动量和质量vMeV相对论观念：粒子速度不超过光速相对论观念：粒子速度不超过光速c;经典观念：加速粒子其速度可达无穷大；经典观念：加速粒子其速度可达无穷大；粒子的质量与粒子的运动速度有关，速度越大，粒子质量越大，粒子的质量与粒子的运动速度有关，速度越大，粒子质量越大，以至于加速越困难；当速度等于光速时，粒子的质量无穷大。以至于加速越困难；当速度等于光速时，粒子的质量无穷大。m0 为粒子静止质量（为粒子静止质量（v=0)；光子的静止质量为零；速度为光子的静止质量为零；速度为c的的粒子的静止质量为零；粒子的静

29、止质量为零；m与速度大小有关与速度大小有关;与运动方向无关。与运动方向无关。1.质量质量1/6/202335第五章 相 对 论两个全同粒子的完全非弹性碰撞的理想实验两个全同粒子的完全非弹性碰撞的理想实验uABSvS系：碰撞前：系：碰撞前：碰撞后：碰撞后：质量守恒质量守恒动量守恒动量守恒-uABS-vS系：碰撞前：系：碰撞前：证明证明1/6/202336第五章 相 对 论两个全同粒子的完全非弹性碰撞的理想实验两个全同粒子的完全非弹性碰撞的理想实验uABSv-uABS-vvx(x)SS碰撞前碰撞前A粒粒子静止在子静止在S系中。系中。1/6/202337第五章 相 对 论2、动量、动量演示3、相对论

30、的力学方程、相对论的力学方程例例3:施恒力施恒力F将一静止质量为将一静止质量为m0的粒子从静止状态加速，若的粒子从静止状态加速，若F/m0=0.5c/s，求求t=0,0.1,1.0s时粒子的速度。时粒子的速度。解：解：t 时刻粒子的动量为时刻粒子的动量为 t=0，v=0；vN=0;t=0.1s，v=0.0499c；vN=0.05c;t=1s,v=0.447c；vN=0.5c;t=10s,v=0.981c；vN=5c;经典1/6/202338第五章 相 对 论二、相对论中的能量二、相对论中的能量1.牛顿力学中的功能关系：牛顿力学中的功能关系：拓展到相拓展到相对论对论1/6/202339第五章 相

31、 对 论相对论的质点动能定理：相对论的质点动能定理：它等于因运动而引起的质量增它等于因运动而引起的质量增加加D Dm=m-mm=m-m0 0 乘上光速的平方。乘上光速的平方。对应到低速情况（经典力学）：对应到低速情况（经典力学）：v c,D Ds0；因果矛盾，光锥面以外因果矛盾，光锥面以外类时区：类时区：uc,D Ds 所有物理规律所有物理规律惯性系拓宽到所有参考系惯性系拓宽到所有参考系一切参考系平权，客观真实的物理规律在任意坐标系变换下保一切参考系平权，客观真实的物理规律在任意坐标系变换下保持形势不变。简而言之：任意参考系中所有物理规律满足广义持形势不变。简而言之：任意参考系中所有物理规律满

32、足广义协变原理。协变原理。等效原理：局部范围内一个加速系统的运动学效应等效于一个等效原理：局部范围内一个加速系统的运动学效应等效于一个引力的动力学效应。引力的动力学效应。1/6/202352第五章 相 对 论三、广义相对论初步简介三、广义相对论初步简介爱因斯坦的电梯实验爱因斯坦的电梯实验等效原理分类：等效原理分类：WEP，EEP，就粒子的力学而言，加速参考系中的就粒子的力学而言，加速参考系中的就粒子的力学而言，加速参考系中的就粒子的力学而言，加速参考系中的惯性力场和一个均匀的引力场等效惯性力场和一个均匀的引力场等效惯性力场和一个均匀的引力场等效惯性力场和一个均匀的引力场等效就粒子的力学而言，引

33、力场中自由下就粒子的力学而言，引力场中自由下就粒子的力学而言，引力场中自由下就粒子的力学而言，引力场中自由下落的参考系与一个惯性系等效。落的参考系与一个惯性系等效。落的参考系与一个惯性系等效。落的参考系与一个惯性系等效。等效原理：任意引力场中的每一时空点，有可能选择一个等效原理：任意引力场中的每一时空点，有可能选择一个“局局部惯性系部惯性系”，使得在该点附近充分小的邻域内，自然定律的形，使得在该点附近充分小的邻域内，自然定律的形式，与没有引力场时非加速系中所具有的形式相同。式，与没有引力场时非加速系中所具有的形式相同。弱等效原理：自然定律局限于力学定律。弱等效原理：自然定律局限于力学定律。强等

34、效原理强等效原理:(1)WEP成立；成立；(2)任何局部非引力实验的结果与任何局部非引力实验的结果与自由下落实验装置的速度无关；自由下落实验装置的速度无关；(3)任何局部非引力实验的结任何局部非引力实验的结果与自由下落实验装置的时空位置无关；果与自由下落实验装置的时空位置无关；1/6/202353第五章 相 对 论甚强等效原理甚强等效原理:力学定律推及到任何自然定律。力学定律推及到任何自然定律。(1)1)WEPWEP对试验物体及自引力物体均成立；对试验物体及自引力物体均成立；(2)(2)任何局部实验的结果与自由下落实验装置的速度无关；任何局部实验的结果与自由下落实验装置的速度无关；(3)(3)

35、任何局部实验的结果与自由下落实验装置的时空位置无关；任何局部实验的结果与自由下落实验装置的时空位置无关；三、广义相对论初步简介三、广义相对论初步简介ENDEND弱等效原理：自然定律局限于力学定律。弱等效原理：自然定律局限于力学定律。强等效原理强等效原理:(:(1)1)WEPWEP成立；成立；(2)(2)任何局部非引力实验的结果与自任何局部非引力实验的结果与自由下落实验装置的速度无关；由下落实验装置的速度无关；(3)(3)任何局部非引力实验的结果任何局部非引力实验的结果与自由下落实验装置的时空位置无关；与自由下落实验装置的时空位置无关；广义相对论引力理论：引力不是寻常意义下的广义相对论引力理论：引力不是寻常意义下的广义相对论引力理论：引力不是寻常意义下的广义相对论引力理论：引力不是寻常意义下的“力力力力”，而是，而是，而是，而是时空弯曲的一种表现；引力效应实际上是一种几何现象。时空弯曲的一种表现；引力效应实际上是一种几何现象。时空弯曲的一种表现；引力效应实际上是一种几何现象。时空弯曲的一种表现；引力效应实际上是一种几何现象。广义相对论研究内容：广义相对论研究内容：物质使时空弯曲，时空使物质运动物质使时空弯曲，时空使物质运动物质使时空弯曲，时空使物质运动物质使时空弯曲，时空使物质运动1/6/202354