广义相对论（广义相对论的简单解释）

今天和大家分享一个关于广义相对论(广义相对论的简单解释)的问题。以下是边肖对这个问题的总结。让我们来看看。

1。什么是广义相对论

二、什么是广义相对论

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3。什么是广义相对论？

《广义相对论的基础》出版于1916年，是广义相对论的“标准版”。在这里，爱因斯坦的思想已经到了炉火纯青的地步，他的文笔如行云流水，毫无斧痕。玻恩在1955年的一份报告中说得好:“我过去和现在都认为，广义相对论的提出是人类对自然认识的最大成就，它惊人地融合了哲学的深奥、物理学的直觉和数学的技巧。”爱因斯坦在黑暗中探索，带着温暖的向往，时而信心满满，时而疲惫不堪，终于看到了光明。相对论(狭义相对论和广义相对论)的大楼都建好了。

1919年，爱因斯坦介绍相对论时说:“相对论有点像两层楼。这两层是狭义相对论和广义相对论。狭义相对论适用于除重力以外的所有物理现象；广义相对论提供了万有引力定律及其与自然界其他力的关系。”

广义相对论又称广义相对论，有两个基本原理:等效原理，即加速度运动的一个参照系中的惯性力在小体积范围内等效于引力；广义相对论原理，即物理定律在所有参照系中都是一样的。

广义相对论运用了大量黎曼几何、张量计算、绝对微分等艰深的数学知识，充满了深刻的哲学思辨，包含了全新的物理内容。就算是高级研究人员也要花大力气才能搞懂，普通人就不言而喻了，更别说哥廷根大街上的学童了。对于爱因斯坦同时代的人来说，很少有人有这方面的知识。但由于广义相对论的预言很快被实验验证，还是引起了不小的轰动。

四、什么是广义相对论

广义相对论是以现代物理学中的相对论原理为基础，用几何语言描述的引力理论。该理论由阿尔伯特·爱因斯坦等人于1907年提出，并于1915年基本完成。广义相对论扩展了经典的牛顿万有引力定律和狭义相对论。在广义相对论中，引力被描述为时间空的一种几何性质(曲率)，时间空的曲率通过爱因斯坦场方程与其中物质和辐射的能量和动量有关。

从广义相对论中得到的一些预言与经典物理学中相应的预言有很大的不同，特别是关于时间流，空之间的几何，自由落体的运动和光的传播，比如引力场中的时间膨胀，光的引力红移和引力时间延迟效应。广义相对论的预言已经被迄今为止所有的观测和实验所验证。虽然它不是当今描述引力的唯一理论，但它是能与实验数据相符的最简洁的理论。然而，仍有一些问题尚未解决。最基本的是如何将广义相对论和量子物理学的定律统一起来，形成一个完整的自洽的量子引力理论。

爱因斯坦的广义相对论在天体物理学中有非常重要的应用。例如，它预测一些大质量恒星结束后，将形成黑洞，这种黑洞扭曲到所有物质(包括光)都无法逃脱。有证据表明，恒星质量黑洞和超大质量黑洞是一些天体发出高强度辐射的直接原因，如活动星系核和微类星体。光在引力场中的偏转会形成引力透镜现象，使人们在遥远的位置观察同一天体形成的多个图像成为可能。广义相对论也预言了引力波的存在。引力波已经在2015年9月被激光干涉引力波天文台直接观测到。另外，广义相对论是现代宇宙学中膨胀宇宙模型的理论基础。

理论内容

等效原则

爱因斯坦提出了“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这个原理是基于引力质量和惯性质量的等效。根据等效原理，爱因斯坦将狭义的相对性原理推广到广义的相对性原理，即物理定律的形式在所有参考系中都是不变的。物体的运动方程是参考系中的测地线方程。测地线方程与物体本身的固有性质无关，只取决于时间空的局部几何性质。而引力是时间空的局部几何性质的表达。物质质量的存在会导致时间空弯曲。在弯曲时间空中，物体仍沿最短距离运动(即沿测地线运动——在欧几里德空)，如太阳引起的弯曲时间空中地球的测地线运动。就像在地球的曲面上，如果做直线运动，实际上是绕着地球表面的大圆走。

几何基础

引力是时间空的局部几何性质的表达。虽然广义相对论是爱因斯坦创立的，但其数学基础可以追溯到欧几里德几何的公理以及几个世纪以来为证明欧几里德第五公设(即平行线永远等距)所做的努力。这种努力在罗巴切夫斯基、波尔约和高斯的工作中达到顶峰:他们指出欧几里得的第五公设不能被前四个公设证明。非欧几何的一般数学理论由高斯于1827年完成(1828年出版)。他在研究曲面的性质时，并不依赖于外空空间，而是直接以曲面为研究对象，创造了曲面的“内禀”几何。1854年，高斯的学生黎曼将高斯的内禀几何推广到高维空空间，建立了任意维弯曲空的几何基础，称为黎曼几何。在爱因斯坦发展广义相对论之前，大多数人认为非欧几何不能应用于现实世界。

爱因斯坦场方程和史瓦西解

在广义相对论中，引力的作用是“几何上的”——也就是说，狭义相对论中的闵空背景和万有引力的物理图景，变成了黎曼空背景下自由运动的物理图景，其动力学方程与自身质量无关，变成了测地线方程。

重力场方程是一个非常复杂的二阶偏微分方程，有16个自变量。

具体形式如下:

重力对时间的影响可以用上面的标度得到。

app应用

广义相对论因其惊人的证实和理论之美，迅速得到人们的认可和赞赏。但由于牛顿的引力理论对大多数引力现象已经足够精确，广义相对论只提供了非常小的修正，人们在实际中并不需要。因此，广义相对论在建立后的半个世纪里，并没有得到充分的重视和迅速的发展。到了60年代，情况发生了变化，发现了强引力天体(中子星)和3K宇宙的背景辐射，使得广义相对论的研究蓬勃发展。广义相对论对于研究天体的结构和演化以及宇宙的结构和演化具有重要意义。中子星的形成和结构、黑洞物理和黑洞探测、引力辐射理论和引力波探测、大爆炸宇宙学、量子引力和大尺度时间空的拓扑结构正在被深入研究，广义相对论成为物理研究的重要理论基础。

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