广义相对论课件

“傻不傻的小可爱”通过精心收集，向本站投稿了11篇广义相对论课件，下面是小编给大家带来的广义相对论课件，以供大家参考，我们一起来看看吧!

篇1：广义相对论课件

概念介绍

黑洞

爱因斯坦的广义相对论理论在 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；而多大质量的恒星会塌陷为黑洞则是印裔物理学家 钱德拉塞卡的功劳—— 钱德拉塞卡极限（ 白矮星的质量上限）。

引力透像

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。

引力波

广义相对论还预言了 引力波的存在（爱因斯坦于19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。 [2]

时空关系

19世纪末由于牛顿力学和（苏格兰数学家） 麦克斯韦（1831~1879年） 电磁理论趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”，但当人们运用 伽利略变换解释光的传播等问题时，发现一系列尖锐矛盾，对经典时空观产生疑问。爱因斯坦对这些问题，提出物理学中新的 时空观，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，创立相对论。 狭义相对论提出两条基本原理。（1） 光速不变原理：即在任何 惯性系中， 真空中 光速c都相同，为299,792,458m/s，与光源及观察者的运动状况无关。（2） 狭义相对性原理：是指物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说都相同。

爱因斯坦的第二种相对性理论（19）。该理论认为引力是由空间——时间弯曲的几何效应（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。 [3]

万有引力

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。

篇2：广义相对论课件

狭义相对论与广义相对论：狭义相对论只适用于惯性系，它的时空背景是平直的四维时空，而广义相对论则适用于包括非惯性系在内的一切参考系，它的时空背景是弯曲的黎曼时空。

物理应用

引力透镜

爱因斯坦十字：同一个天体在引力透镜效应下的四个成像

引力场中光线的偏折效应是一类新的天文现象的原因。当观测者与遥远的观测天体之间

还存在有一个大质量天体，当观测天体的质量和相对距离合适时观测者会看到多个扭曲的天体成像，这种效应被称作引力透镜。受系统结构、尺寸和质量分布的影响，成像可以是多个，甚至可以形成被称作*因斯坦环的圆环，或者圆环的一部分弧。最早的引力透镜效应是在1979年发现的，至今已经发现了超过一百个引力透镜。即使这些成像彼此非常接近以至于无法分辨——这种情形被称作微引力透镜——这种效应仍然可通过观测总光强变化测量到，很多微引力透镜也已经被发现。

引力波

艺术家的构想图：激光空间干涉引力波探测器LISA对脉冲双星的观测是间接证实引力波存在的有力证据（参见上文轨道衰减一节）。已经有相当数量的地面引力波探测器投入运行，最著名的是GEO600、LIGO（包括三架激光干涉引力波探测器）、TAMA300和VIRGO；而美国和欧洲合作的空间激光干涉探测器LISA正处于开发阶段，其先行测试计划LISA探路者（LISAPathfinder）于底之前正式发射升空。

美国科研人员2月11日宣布，他们利用激光干涉引力波天文台(LIGO)于去年9月首次探测到引力波。 研究人员宣布，当两个黑洞于约13亿年前碰撞，两个巨大质量结合所传送出的扰动，于9月14日抵达地球，被地球上的精密仪器侦测到。证实了爱因斯坦1前所做的预测。

对引力波的探测将在很大程度上扩展基于电磁波观测的传统观测天文学的视野，人们能够通过探测到的引力波信号了解到其波源的信息。这些从未被真正了解过的信息可能来自于 黑洞、中子星或 白矮星等致密星体，可能来自于某些 超新星爆发，甚至可能来自宇宙诞生极早期的暴涨时代的某些烙印，例如假想的 宇宙弦。

黑洞和其它

基于广义相对论理论的计算机模拟一颗恒星坍缩为黑洞并释放出引力波的过程广义相对论预言了黑洞的存在，即当一个星体足够致密时，其引力使得时空中的一块区域极端扭曲以至于光都无法逸出。在当前被广为接受的恒星演化模型中，一般认为大质量恒星演化的最终阶段的情形包括1.4倍左右太阳质量的恒星演化为中子星，而数倍至几十倍太阳质量的恒星演化为恒星质量黑洞。具有几百万倍至几十亿倍太阳质量的超大质量黑洞被认为定律性地存在于每个星系的中心，一般认为它们的存在对于星系及更大的宇宙尺度结构的形成具有重要作用。

在天文学上 致密星体的最重要属性之一是它们能够极有效率地将引力能量转换为电磁辐射。恒星质量黑洞或超大质量黑洞对 星际气体和尘埃的吸积过程被认为是某些非常明亮的`天体的形成机制，著名且多样的例子包括星系尺度的 活动星系核以及恒星尺度的 微类星体。在某些特定场合下吸积过程会在这些天体中激发强度极强的相对论性 喷流，这是一种喷射速度可接近光速的且方向性极强的高能等离子束。在对这些现象进行建立模型的过程中广义相对论都起到了关键作用，而实验观测也为支持黑洞的存在以及广义相对论做出的种种预言提供了有力证据。

黑洞也是引力波探测的重要目标之一：黑洞双星的合并过程可能会辐射出能够被地球上的探测器接收到的某些最强的引力波信号，并且在双星合并前的啁啾信号可以被当作一种“标准烛光”从而来推测合并时的距离，并进一步成为在大尺度上探测宇宙膨胀的一种手段。而恒星质量黑洞等小质量致密星体落入超大质量黑洞的这一过程所辐射的引力波能够直接并完整地还原超大质量黑洞周围的时空几何信息。

宇宙学

威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）拍摄的全天微波背景辐射的温度涨落现代的宇宙模型是基于带有宇宙常数的爱因斯坦场方程建立的，宇宙常数的值对大尺度的宇宙动力学有着重要影响。

这个经修改的爱因斯坦场方程具有一个各向同性并均匀的解：弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规，在这个解的基础上物理学家建立了从一百四十亿年前炽热的 大爆炸中演化而来的 宇宙模型。只要能够将这个模型中为数不多的几个参数（例如宇宙的物质平均密度）通过天文观测加以确定，人们就能从进一步得到的实验数据检验这个模型的正确性。这个模型的很多预言都是成功的，这包括太初核合成时期形成的化学元素初始丰度、宇宙的大尺度结构以及早期的宇宙温度在今天留下的“回音”：宇宙微波背景辐射。

从天文学观测得到的宇宙膨胀速率可以进一步估算出宇宙中存在的物质总量，不过有关宇宙中物质的本性还是一个有待解决的问题。估计宇宙中大约有90%以上的物质都属于暗物质，它们具有质量（即参与引力相互作用），但不参与电磁相互作用，即它们无法（通过电磁波）直接观测到。在已知的粒子物理或其他什么理论的框架中还没有办法对这种物质做出令人满意的

描述。另外，对遥远的超新星红移的观测以及对宇宙微波背景辐射的测量显示，我们的宇宙的演化过程在很大程度上受宇宙常数值的影响，而正是宇宙常数的值决定了宇宙的加速膨胀。换句话说，宇宙的加速膨胀是由具有非通常意义下的状态方程的某种能量形式决定的，这种能量被称作 暗能量，其本性也仍然不为所知。

在所谓暴涨模型中，宇宙曾在诞生的极早期（～10-33秒）经历了剧烈的加速膨胀过程。这个在于二十世纪八十年代提出的假说是由于某些令人困惑并且用经典宇宙学无法解释的观测结果而提出的，例如宇宙微波背景辐射的高度各向同性，而对微波背景辐射各向异性的观测结果是支持暴涨模型的证据之一。然而，暴涨的可能的方式也是多样的，现今的观测还无法对此作出约束。一个更大的课题是关于极早期宇宙的物理学的，这涉及到发生在暴涨之前的、由经典宇宙学模型预言的大爆炸奇点。对此比较有权威性的意见是这个问题需要由一个完备的 量子引力理论来解答，而这个理论至今还没有建立（参加下文量子引力）。

量子理论

如果说广义相对论是现代物理学的两大支柱之一，那么量子理论作为我们借此了解基本粒子以及凝聚态物理的基础理论就是现代物理的另一支柱。然而，如何将量子理论中的概念应用到广义相对论的框架中仍然是一个未能解决的问题。 [11]

量子场论

作为现代物理中 粒子物理学的基础，通常意义上的 量子场论是建立在平直的闵可夫斯基时空中的，这对于处在像地球这样的弱引力场中的微观粒子的描述而言是一个非常好的近似。而在某些情形中，引力场的强度足以影响到其中的量子化的物质但不足以要求引力场本身也被 量子化，为此物理学家发展了弯曲时空中的量子场论。这些理论借助于经典的广义相对论来描述弯曲的背景时空，并定义了广义化的弯曲时空中的量子场理论。通过这种理论，可以证明黑洞也在通过黑体辐射释放出粒子，这即是霍金辐射，并有可能通过这种机制导致黑洞最终蒸发。如前文所述， 霍金辐射在 黑洞热力学的研究中起到了关键作用。 [12]

量子引力

物质的量子化描述和时空的几何化描述之间彼此不具有相容性，以及广义相对论中时空曲率无限大（意味着其结构成为微观尺度）的奇点的出现，这些都要求着一个完整的量子引力理论的建立。这个理论需要能够对黑洞内部以及极早期宇宙的情形做出充分的描述，而其中的引力和相关的时空几何需要用量子化的语言来叙述。尽管物理学家为此做出了很多努力，并有多个有潜质的候选理论已经发展起来，至今人类还没能得到一个称得上完整并自洽的量子引力理论。

一个 卡拉比-丘流形的投影，由 弦理论所提出的紧化额外维度的一种方法量子场论作为粒子物理的基础已经能够描述除引力外的其余三种基本相互作用，但试图将引力概括到量子场论的框架中的尝试却遇到了严重的问题。在低能区域这种尝试取得了成功，其结果是一个可被接受的引力的有效（量子）场理论，但在高能区域得到的模型是发散的（不可 重整化）。

圈量子引力中的一个简单自旋网络

试图克服这些限制的尝试性理论之一是 弦论，在这种量子理论中研究的最基本单位不再是点状粒子，而是一维的弦。弦论有可能成为能够描述所有粒子和包括引力在内的基本相互作用的 大统一理论，其代价是导致了在三维空间的基础上生成六维的额外维度等反常特性。在所谓第二次超弦理论革新中，人们猜测 超弦理论，以及广义相对论与 超对称的统一即所谓 超引力，能够构成一个猜想的十一维模型的一部分，这种模型叫做M理论，它被认为能够建立一个具有唯一性定义且自洽的量子引力理论。

另外一种尝试来自于量子理论中的 正则量子化方法。应用广义相对论的初值形式（参见上文演化方程一节），其结果是惠勒-得卫特方程（其作用类似于 薛定谔方程）。虽然这个方程在一般情形下定义并不完备，但在所谓阿西特卡变量的引入下，从这个方程能够得到一个很有前途的模型：圈量子引力。在这个理论中空间是一种被称作自旋网络的网状结构，并在离散的时间中演化。

篇3：具有启发性的广义相对论

具有启发性的广义相对论

在国庆十周年之际,我曾奉命陪同来访的`波兰贵宾、物理学家因费尔德(L. Infeld).因费尔德曾是爱因斯坦的合作研究者,他们合著的科普书<物理学的进化>影响广泛.当我提到广义相对论不如狭义相对论或量子力学那样有许多科学检验和效益时,他说广义相对论仍是一个启发性的理论(stimulating theory).我对他的看法深以为然,在这次会上由我自己发言来展示这一点,因为受到同样“刺激”不同人的反应不尽相同.

作 者：彭桓武 Peng Huanwu  作者单位：中国科学院理论物理研究所,中国科学院,北京,100080 刊 名：科学(上海)  PKU英文刊名：SCIENCE 年，卷(期)： 58(1) 分类号：B0 关键词：广义相对论   大数假设   内部坐标  

篇4：广义相对论是怎样被证明的

广义相对论是怎样被证明的

光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。但对这一预言的验证常被戏剧化地、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史史实。那么，真实的情形如何呢？

在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》中，有这样一个镜头，19秋季某一天在德国柏林，爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片，对普朗克说：（大意）多么真实的光线弯曲啊，多么漂亮的验证啊！

光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。但对这一预言的验证常被戏剧化、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史史实。笔者觉得围绕光线弯曲的预言与验证，有以下三个方面的史实需要澄清。

首先，光线弯曲不是广义相对论独有的预言。早在18索德纳（Johann von Soldner，1766－1833）就根据牛顿力学，把光微粒当做有质量的粒子，预言了光线经过太阳边缘时会发生0.87角秒的偏折。19在布拉格大学当教授的爱因斯坦根据相对论算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒。19回到苏黎士的爱因斯坦发现空间是弯曲的，到19已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。

其次，需要观测来检验的不只是光线有没有弯曲，更重要的是光线弯曲的量到底是多大，并以此来判别哪种理论与观测数据符合得更好。这里非常关键的一个因素就是观测精度。即使观测结果否定了牛顿理论的预言，也不等于就支持了广义相对论的预言。只有观测值在容许的误差范围内与爱因斯坦的预言符合，才能说观测结果支持广义相对论。20世纪60年代初，有一种新的引力理论——布兰斯－迪克理论（Brans－Dicke Theory）也预言星光会被太阳偏折，偏折量比广义相对论预言的量小8％。为了判别广义相对论和布兰斯－迪克理论哪个更符合观测结果，对观测精度就提出了更高的要求。

第三，光线弯曲的效应不可能用眼睛直观地在望远镜内或照相底片上看到，光线偏折的量需要经过一系列的观测、测量、归算后得出。要检验光线通过大质量物体附近发生弯曲的程度，最好的机会莫过于在发生日全食时对太阳所在的附近天区进行照相观测。在日全食时拍摄若干照相底片，然后最好等半年之后对同一天区再拍摄若干底片。通过对相隔半年的两组底片进行测算，才能确定星光被偏折的程度。这里还需要指出，即使是在日全食时，在紧贴太阳边缘处也是不可能看到恒星的。以1973年的一次观测为例，被拍摄到的恒星大多集中在离开太阳中心5到9个太阳半径的距离处，所以太阳边缘处的星光偏折必定是根据归算出来的曲线而外推获得的量。靠近太阳最近的一、二颗恒星往往非常强烈地影响最后的结果。

作了上述澄清之后，再来看本文开头所述的电影《爱因斯坦》中的艺术表达手法，过分得有点在愚弄观众的味道了；而一些科学类读物中的说法，譬如“爱丁顿率领着考察团，去南非看日食，真的看见了”这样的描述也过于粗略，容易产生误导。那么，对光线弯曲预言的验证的真实历史是怎样的呢？

爱丁顿对检验广义相对论关于光线弯曲的预言十分感兴趣。为了在1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测，英国人组织了两个观测远征队。一队到巴西北部的.索布拉尔（Sobral），另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛（Principe），爱丁顿参加了后一队，但他的运气比较差，日全食发生时普林西比的气象条件不是很好。1919年11月两支观测队的结果被归算出来：索布拉尔观测队的结果是1.98″±0.12″；普林西比队的结果是1.61″±0.30″。1919年11月6日，英国人宣布光线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折。

但是这一宣布是草率的，因为两支观测队归算出来的最后结果后来受到人们的怀疑。天文学家们明白，在检验光线弯曲这样一个复杂的观测中，导致最后结果产生误差的因素很多。其中影响很大的一个因素是温度的变化，温度变化导致大气扰动的模型发生变化、望远镜聚焦系统发生变化、照相底片的尺寸因热胀冷缩而发生变化，这些变化导致最后测算结果的系统误差大大增加。爱丁顿他们显然也认识到了温度变化对仪器精度的影响，他们在报告中说，小于10°F的温差是可以忽略的。但是索布拉尔夜晚温度为75°F，白天温度为97°F，昼夜温差达22°F。后来研究人员考虑了温度变化带来的影响，重新测算了索布拉尔的底片，最大的光线偏折量可达2.16″±0.14″。

底片的成像质量也影响最后结果。1919年7月在索布拉尔一共拍摄了26张比较底片，其中19张由格林尼治皇家天文台的天体照相仪拍摄，这架专门用于天体照相观测的仪器所拍摄的底片质量却较差，另一架4英寸的望远镜拍摄了7张成像质量较好的底片。按照前19张底片归算出来的光线偏折值是0.93″，按照后7张底片归算出来的光线偏折值却远远大于爱因斯坦的预言值。最后公布的值是所有26张底片的平均值。研究人员验算后发现，如果去掉其中成像不好的一、二颗恒星，会大大改变最后结果。

后来1922年、1929年、1936年、1947年和1952年发生日食时，各国天文学家都组织了检验光线弯曲的观测，公布的结果有的与广义相对论的预言符合较好，有的则严重不符合。但不管怎样，到20世纪60年代初，天文学家开始确信太阳对星光有偏折，并认为爱因斯坦预言的偏折量比牛顿力学所预言的更接近于观测，但是爱因斯坦的理论可能需要修正。

1973年6月30日的日全食是20世纪全食时间第二长的日全食，并且发生日全食时太阳位于恒星最密集的银河星空背景下，十分有利于对光线偏折进行检验。美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲建造了专门用于观测的绝热小屋，并为提高观测精度作了精心的准备，譬如把暗房和洗底片液保持在20°C、对整个仪器的温度变化进行监控等等。在拍摄了日食照片后，观测队封存了小屋，用水泥封住了望远镜上的止动销，到11月初再回去拍摄了比较底片。用精心设计的计算程序对所有的观测量进行分析之后，得到太阳边缘处星光的偏折是1.66″±0.18″。这一结果再次证实广义相对论的预言比牛顿力学的预言更符合观测，但是难以排除此前已经提出的布兰斯－迪克理论。

光学观测的精度似乎到了极限，但1974年到1975年间，福马伦特和什拉梅克利用甚长基线干涉仪，观测了太阳对三个射电源的偏折，最后得到太阳边缘处射电源的微波被偏折1.761″±0.016″。终于天文学家以误差小于1％的精度证实了广义相对论的预言，只不过观测的不是看得见的光线而是看不见的微波。

那么，我们难道只能说直到1975年爱因斯坦的广义相对论才成为“正确”的理论？才上升为科学？

从本文前述广义相对论提出之后半个多世纪里人们对光线弯曲预言的检验情况来看，1919年所谓的验证在相当程度上是不合格的。但爱因斯坦因这次验证而获得了极大的荣誉也是毋庸置疑的。如今的媒体和大多数科学史家也都把1919年的日食观测当做证实了爱因斯坦理论的观测。那么爱因斯坦本人又是如何看待他的理论预言和观测验证的呢？

早在19，爱因斯坦还没有算出正确的光线偏折值，就已经在给贝索（Besso）的信中说：“无论日食观测成功与否，我已毫不怀疑整个理论体系的正确性（correctness）。”还有一个故事也广泛流传，说的是当预言被证实的消息传来，爱因斯坦正在上课，一位学生问他假如他的预言被证明是错的，他会怎么办？爱因斯坦回答说：“那么我会为亲爱的上帝觉得难过，毕竟我的理论是正确的。”1930年爱因斯坦写道：“我认为广义相对论主要意义不在于预言了一些微弱的观测效应，而是在于它的理论基础的简单性。”

在爱因斯坦看来，是广义相对论内在的简单性保证了它的“正确”性。1919年的证实确实给爱因斯坦带来了荣誉，但那是科学之外的事情；1919年的证实或许还让更多的人“相信”广义相对论是“正确”的，但这种证实很大程度上只是起到了“说服”的作用。从科学史上来看，精密的数理科学的进步模式确实有着这样的规律和特点：它们往往是运用了当时已有的最高深的数学知识而构建起来的一些精致的理论模型，它们的“正确”性很大程度上由它们内在的简单性和统一性所保证。虽然它们必然会给出可供检验的预言，譬如哥白尼日心说预言了恒星周年视差，爱因斯坦广义相对论预言了光线弯曲，霍金的黑洞理论预言了霍金辐射，但不必等到这些预言被证实，那些理论就应该并可以被当做科学理论。

那么“预言的证实”除了给爱因斯坦带来科学之外的荣誉外，还有没有别的意义呢？笔者以为，通过观测来证实某一理论，对于该理论被科学共同体接受有至关重要的作用。在理论提出者譬如爱因斯坦来说，他自信理论的正确性有内在的保证。而对于更多的其他人，他们并没有能力在深刻理解理论的基础上来判断该理论的正确性，所以只能采取“预言－证实”这样一种在其他场合也能行之有效的模式来判断理论的正确性。这“更多的其他人”包括了从较为专业的研究人员到一般大众的复杂人群构成。在理论提出者和“更多其他人”眼里，理论“正确”的标准也显然是不一致的。爱因斯坦在1914年就确信他的理论是正确的；从报纸等媒体上获悉科学信息的一般大众则在1919年相信了爱因斯坦是正确的；而在更为专业的研究人员那里，还要经过半个多世纪的反复检验，才敢说广义相对论在当时的认识水平上是正确的。

篇5：评福克对爱因斯坦《广义相对论》的责难

评福克对爱因斯坦《广义相对论》的责难(4)

评福克对爱因斯坦

《广义相对论》的责难

(四)

蔡笑晚/文

1980.10 于浙江瑞安

（四）福克认为爱因斯坦在使用“相对性”一词时存在概念上的混乱，【4】在狭义相对论中“相对性”是理解为均匀性；而在广义相对论中“相对性”却被理解为协变性。其实爱因斯坦在狭义相对论的情形中“相对性”也是被理解为“协变性”的；只是福克本人把相对性概念的内容加强了，才使得“相对性”与“均匀性”连系在一起。

在经典物理学中惯性系之间的伽类略变换不改变力学定律，也就是说牛顿方程对于伽利略变换是不变的。但是电动力学定律（即麦克斯韦方程）对于伽类略变换却不是不变的。爱因斯坦根据当时的实验事实迈出了决定性的一步，认为在两个彼此相对作匀速直线运动的参考系中不仅力学定律（牛顿方程）而且电动力学定律（麦克斯韦方程）也应该保持不变。因此定律（方程）的不变性是他建立理论的最基本点出发。爱因斯坦在建立狭义相对论时提出的“相对性原理”是：

“若有两坐标系作相对均速运动，则物理系统的状态发生变化时，它们所遵循的定律，无论对这两个坐标系中的哪一个来说，都不受影响”。【5】

我们知道物理定律总是表达为方程，爱因斯坦相对性原理中所强调的是“定律的不受影响”，既然定律总是表达为方程，那未定律的不受影响则必定表现为方程的“协变性”。因此即使在狭义相对论中“相对性”也是理解为“协变性”。在这里爱因斯坦不惜抛弃经人类几千年常识所认可的时空观念和修正牛顿力学来达到一切自然定律（方程）的协变性要求。为此他以洛仑兹换变代替了伽利略变换，从而导致时空观念的.伟大革命。

福克把“相对性”概念的涵义加强了，他把相对性理解为计算系中存在对应的物理过程。物理过程对应性的保持不仅需要方程的协变性，而且需要边界条件和物理条件的不变性，但这只能在空间具有均匀性时才有可能。因此物理过程对应性的保持需要空间的均匀性，既然福克把“相对性”理解为物理过程的对应性，而物理过程的对应性是与空间的均匀性相联系的；因此他把“相对性”与“均匀性”拉在一起，尽管这两个概念是毫不相关的。（正如福克自己所指出的：协变性与均匀性是毫不相关的）福克的上述思想在数学上的表述是：由洛仑兹变换相联系的两个伽利略坐标系中物理过程的对应性是成立的，即相对性原理成立，而且有十个参数的洛仑兹变换群的存在是空间均匀性的表征。因此在福克看来“相对性”和“均匀性”由洛仑兹变换群作为纽带连系在一起。

但是不同惯性系中物理过程对应性的保持只能从狭义相对论的角度来看才是正确的；如果从经典物理学角度来看，物理过程的对应性已不复存在了。因为在经典物理学中，物理过程所需要的时间和物理事件的空间距离显然是包括在对应性的要求之内，而且是最重要的对应条件之一，如果在两个坐标系中所观察到的物理过程所需要的时间不同，那未从经典角度来看就绝对不可能是同一个物理过程。因此如果把“相对性”理解为“物理过程的对应性”，那未从经典角度来看即使把力学定律从伽利略协变性推广到洛仑兹协变性也是以牺牲“相对性”为条件的。于是从经典物理学角度来看，“相对性”也就不存在了。

狭义相对论本身却认为“物理过程对应性”并没有被破坏，只是对“相对性”的理解有所不同。因为它不再把时间和空间间隔看作两个有独立意义的物理量，而把两者的结合看作一个有客观意义的物理量；所以它并不把物理过程的时间和空间间隔看作是“物理过程对应性”的条件之一，而是把两者的联合“间距”看作是物理过程对应性的条件。因此在这里“相对性”的物理内容被改变了，也就是说狭义相对论也是以物理内容的改变来保持定律（方程）的数学形式。（这或许就是海森堡所谓的“物理学家们是力图使自己的语言适应新理论的数学结构”【6】），由此可见，爱因斯坦在建立狭义相对论时的基本思想是如何使自然定律（方程）在一切惯性系中保持不变，并不是以要求较强的物理过程对应性作为出发点。尽管新理论中也可以建立自己的“相对性”条件。

篇6：哲学相对论浅论

哲学相对论浅论

哲学相对论是马克思主义的基本命题.第一个出发点是绝对相对无条件关联的本体论;第二个出发点是绝对相对有机结合的.认识论;第三个出发点是绝对相对总体制约的方法论.以此阐发哲学相对论的主要内涵,力图廓清理论界的一些学术疑点.

作 者：宋新军  作者单位：国立华侨大学人文社科系,福建,泉州,36 刊 名：平原大学学报 英文刊名：JOURNAL OF PINGYUAN UNIVERSITY 年，卷(期)： 20(3) 分类号：B023 关键词：哲学   相对论   出发点  

篇7：相对论读后感

相对论读后感

终于看完了相对论，大部分都懂了，其中有些部分需要用到高等代数和很复杂的数学公式推理，弄得我头晕晕的。

在天文物理学方面我的局限性很大，因为我所感兴趣的大多为纯理论化的东西，处在学科前沿，甚至部分尚存在争议，想真正将其弄懂并提出猜想必须有很深的相关知识积淀，我的造诣显然不怎么地。这类东西不是想想就行的，即便是猜想，也得有一定的理论依据可循，不过我仍想阐述一下我幼稚的观点。 爱因斯坦用两个坐标系论证了光速不变定理，过程严谨，推理中没有疏漏，但得出的结果我还是很难理解。假设一个物体A以光速前进，难道一束光对它来说仍是以光速前进？速度是相对的，物体必然是相对于另一个物体B以光速运动。我们再假设上述那束光从物体B上发出，就得到一个矛盾的推理结果。光束与物体A相对于B来说皆以光速运行，以此来比较可得出光束与物体A相对静止（两者速度方向相同），但是爱因斯坦却证明出了光速不变定理，与光束和物体A相对静止矛盾。（本来是自己的疑问，不过在之后的推论中解决了，我没考虑到光速的特殊性，具体在后边详述） 除了光速不变定理外，我对“双子悖论”中爱因斯坦赞同的第一种假设也有异议。在距离的相对性上，根据洛伦兹的理解，物体在运动方向上的密度会因长度缩短而增大，这样对于一个透明物体来说就会存在双折射现象，但实验否定了这一结论。爱因斯坦的狭义相对论则认为这种那个长度缩短和时间变慢都是由于测量者处于不同的参照系引起的，并不是实际意义上的缩短和变慢。在此我是认同爱因斯坦的说法的，即绝对时间和绝对长度不因速度而改变（这是不完全的表达，前提是空间未发生扭曲，()我认为当物体速度达到一定程度时会扭曲空间，这点后面会谈到）。回过头来我们再看“双子悖论”，“双子悖论”最初是作为反对相对论的一个证据提出的。一位太空旅行者，如果以地球为参照系，由于高速飞行其时间流逝应当比地球上慢一些，他返回地球是应该比留在地球上的兄弟年轻。但是如果以飞船为参照系，那么出于同样的理由，得到的结论却是他比兄弟年老。爱因斯坦本人认为前一种推论是对的。这主要是由于飞船返航时的加速度以及飞船和地球上的引力场差所导致的（这里也有一个关于参照系的选取问题，在关于飞船不适合作参照系的附注中会详细提到）。然而当我们把相对论拿出来时，“双子悖论”这个推理本身就是错误的。当宇航员在高速飞行时，他处于另一参照系内，以我们的参照系去观察他，自然觉得他的时间流速比我们慢，反之亦然（附注1）。在此过程中，我必须要申明一点，看到的未必是真的。这里我们看到的就是一个假象，就像电影中的慢动作，我们看到演员做一个动作需要五秒，感觉时间流逝很慢，事实上他只用了不到一秒或更少。这是从大众直观的认识上来解释，实际上这种认识方法本身就不正确，往往偏离事实、真相。爱因斯坦在相对论中通过洛伦兹变换导出了速度――时间方程，排除了视觉等直观感知上的错觉。然而正如爱因斯坦所说，时间变慢是由于测量者处于不同的参照系而改变的，上述现象就像我们和宇航员都以分钟来计时，但他所在的参照系中一分钟在绝对时间上却与我们的两分钟相等（附注2）。当宇航员返航后，无论先前两者所在参照系有何不同，宇航员又回到了我们的参照系之内，他与他的兄弟应该仍是同一年龄，而不是谁比谁老。

篇8：记忆相对论

假设你正在一架飞机上，飞机水平地以每小时几百英里的恒定速度飞行，没有任何颠簸，一个人从机舱那边走过来，说：“把你的那袋花生扔过来好吗？”你抓起花生袋，但突然停了下来，想道：“我正坐在一架以每小时几百英里速度飞行的飞机上，我该用多大的劲扔这袋花生，才能使它到达那个人手上呢？”当然，你根本不用考虑这个问题，你只需要用与你在机场时相同的动作（和力气）投掷就行了，因为花生的运动同飞机停在地面时一样。这是爱因斯坦对宇宙本性的第一个假设：所有惯性参照系中的物理规律是相同的。这和心理学有什么关系？

爱因斯坦：狭义相对论

爱因斯坦在第一假设的基础上，将此原则推广到电和磁的规律中，得出第二个假设：光在所有惯性系中速度相同，也被称为光速不变原理。问题是，在经典力学中，速度合成法则实际依赖于这两个假设：

1．两个事件发生的时间间隔与测量时间所用的钟的运动状态没有关系；

2．两点的空间距离与测量距离所用的尺的运动状态无关。

爱因斯坦发现，如果承认光速不变原理与相对性原理是相容的，那么这两条假设都必须摒弃。对于一个钟是同时发生的事件，对另一个钟不一定是同时的，同时性有了相对性。在两个有相对运动的坐标系中，测量两个特定点之间的距离得到的数值不再相等，距离也有了相对性。

假设：记忆相对论

也就是说，钟会因为运动而变慢，尺在运动时要比静止时短。 第一种效果被称作“时间膨胀”，第二种效果被称作“长度收缩”。这种收缩并非幻觉，当尺子从我们身边高速经过时，任何精确的试验都表明其长度比静止时要短；尺子并非看上去短了，它的确短了！时间膨胀也并非是个疯狂的想法，它已经为实验所证实。关于时间膨胀最著名的假说是双生子佯谬：假设有一对双胞胎哈瑞和玛丽，玛丽登上一艘快速飞离地球的飞船，并且很快就返回来。我们可以将两个人的身体视为一架用年龄计算时间流逝的钟。因为玛丽运动得很快，因此她的“钟”比哈瑞的“钟”走得慢。结果是，当玛丽返回地球的时候，她将比哈瑞更年轻。至于年轻多少要看她以多快的速度走了多远。

如果时钟会因为运动而变慢，那么人类的记忆是否也会随运动而变慢呢？当我们处于高速运动时，我们对周围场景的记忆，是否会出现如电影里的慢动作那样？我们是真正体验了这种慢动作，还是时间只是在回忆中好像变慢？

惯性参照系中心理学实验

这则消息：为了检验时间是否会在危难时刻如电影慢动作一样变慢，

得克萨斯州休斯敦贝勒医学院神经与心理学副教授戴维·伊格尔曼最近做了这个实验：在一个45米的跳台上，参与者不系任何绳索，在3秒的下落时间中以自由落体状态下落30米，最后跌入一个安全网。研究人员要求志愿者通过秒表来记录其他人落地的时长和自己落地的时长。志愿者都佩戴了被称为“知觉计时器”的特殊手表，上面显示着闪烁的数字。实验设计的初衷是，如果志愿者对时间的感觉的确在下落过程中放缓，他们将能够辨识这些数字。

实验结果：不会变慢

志愿者虽然能够在一般速度下认清“知觉计时器”上的数字，但他们在加速后就无法分辨它们。此外，所有的志愿者都认为，自己下落的时间比别人长大约36%。研究人员相信，在可怕的事件发生时，大脑中的杏仁核将更加活跃，使得记忆的内容增加。

伊格尔曼说：“通过这种方式，恐怖的事件通常包含了更丰富、更密集的回忆。而你对一件事情的回忆越多，你就会认为它持续的时间越长。但这并不意味着你当时体验到的时间实际拉长了。这只意味着，当你回顾这件事时，你认为时间变长了。”

未尽的问题？

虽然这个实验通过30米的自由落体来模拟“高速”运动，但仍然是在惯性参照系中完成的，因此实验的结论“不会变慢”从心理学角度验证了爱因斯坦相对论的第一个假设。但我们之前的提问和假设尚未得到验证：人类的记忆是否也会随运动而变慢？这个问题的意义目前还不是很大，毕竟我们绝对大多数人都处在惯性参照系中，如果能请杨利伟对此发表感受或许有所帮助。

实验的结论还可以引发我们进一步思索：如果恐怖事件会丰富记忆内容，我们是否可以利用这种方式来提高我们的记忆——比如，在坐过山车的时候背单词？同样，如果对一件事情的回忆越多，我们就认为它持续的时间越长，那么，我们是否可以通过控制回忆内容的多少，来控制对时间长短的感觉？——似乎爱因斯坦就曾发表过这种言论：“如果你在一个漂亮的姑娘身旁坐一个小时，你只觉得坐了片刻；反之，你如果坐在一个热火炉上，片刻就像一个小时。”原来，上班的8小时其实可以很短，也可能很长。

篇9：爱因斯坦和“相对论”

19的一天，在著名的布拉格大学校园里的一片草地上，一群大学生围坐在一位年轻学者的身旁，正进行着激烈的讨论。 “请您通俗地解释一下，什么叫相对论?”一位学生微笑着向青年学者发问。 年轻学者环视一下周围的男女学生，微笑着答道：“如果你在一个漂亮的姑娘旁边坐了两个小时，就会觉得只过了1分钟;而你若在一个火炉旁边坐着，即使只坐1分钟，也会感觉到已过了两个小时。这就是相对论。” 大学生们先是一愣，接着便大笑起来。 “好!今天我们就谈到这里。”年轻学者站起身来，向大家告别后，便向图书馆走去。 这位年轻学者，就是伟大的科学家，相对论的创始人——爱因斯坦。

爱因斯坦1879年3月14日出生在德国的一个犹太人家庭。父亲是一个电器作坊的小业主，当爱因斯坦15岁时，父亲因企业倒闭带领全家迁往意大利谋生。

18秋天，爱基斯坦就读于瑞士联邦高等工业学校。在学校里，除了数学课以外，他对其它讲得枯燥无味的课程都不感兴趣。但热衷于探索自然界的奥秘，对此他产生了浓厚的兴趣，利用课外时间阅读大量有关哲学和自然科学的书籍。 19，爱因斯坦从瑞士联邦高等工业学校毕业后，加入了瑞士国籍，长期找不到工作。两年后，他才在瑞士联邦专利局找到同科学研究无关的固定职业。但在专利局供职期间，他不顾工资低微的清贫生活，坚持不懈地利用业余时间进行科学研究，并不断取得成果。19，爱因斯坦在物理学方面的研究，取得突破性进展，创立了狭义相对论。这时他刚刚26岁。

相对论是爱因斯坦在自己题为《论动体的电动力学》这篇论文中提出的。在此之前，传说物理学的时空观是静止的、机械的、绝对的，空间、时间、物质和物质运动相互独立，彼此没有什么内在联系。也就是说，物质只不过是孤立地处于空间的某一个位置，物质运动只是在虚无的、绝对的空间作位置移动，时间也是绝对的，它到处都是一样的，是独立于空间的不断流逝着的长流。这就是牛顿古典力学的时空观。爱因斯坦以极大的毅力和胆识，突破了传统物理学的束缚，猛烈地冲击形而上学的自然观。他认为，空间、时间、物质和物质运动，彼此不可分割，它们之间紧密相联。作为物质存在形式的空间和时间，在本质上是统一的，随着物质的运动而变化。狭义相对论的最重要的结论之一，是关于质量和能量的关系(E=MC2)。

它告诉我们，物质的质量是不固 定的，运动的速度增加，质量也随着增加;一定质量的转化必定伴随着一定能量的转化，反之亦然。

这个著名的公式成为原子弹、氢弹以及各种原子能应用的理论基础，由此而打开了原子时代的大门。 狭义相对论的问世，震动了物理学界，也使这位年轻学者的名字，马上传遍了整个欧洲，给他带来了极高的声誉。

德国著名的理论物理学家普朗克，向布拉格大学推荐爱因斯坦时说：“要对爱因斯坦理论作出中肯评价的话，那么可以把他比作20世纪的哥白尼。这也正是我所期望的评价。” 1911年，年仅32岁的爱因斯坦，被布拉格大学聘为教授，19，他重新回到德国，任柏林大学教授，并当选为普鲁士皇家科学院正式院士，不到4个月，第一次世界大战爆发了。

爱因斯坦一向憎恶战争，主张民族和睦，公开发表反战宣言，同一位哲学家共同起草了《告欧洲人民书》，呼吁欧洲科学家应竭尽全力，尽快结束这场人类大屠杀。然而，却没有什么著名人士响应。在这段岁月里，爱因斯坦满腹愁肠，闭门不出，深入自己的科学研究。 在研究中，他发现狭义相对论的理论体系还不完善，它只解释了等速直线运动，而不能解释加速运动和万有引力的问题。因此，爱因斯坦又花了整整十年时间，于19又创立了广义相对论。 广义相对论的重要结论是，加速运动与引力场的运动是等价的，要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。对此，爱因斯坦作了一个形象的比喻。

他设想有一个人乘摩天楼的电梯自由降落，人不会感到自己在下降，因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降，仿佛在电梯里不存在地球引力。反之，如果电梯以不变的加速度上升，那么人在电梯里将觉得双脚紧贴在地板上，好象站在地球表面一样。这个等价原理是广义相对论的基础，它显示了等速运动的一些基本原理可以应用到加速度运动中，把狭义相对论推广到更为普通的情况。 爱因斯坦认为，光在引力场中不是沿着直线，而是沿着曲线传播。

并指出，当从一个遥远的星球上发出的光在到达地球的途中经过太阳的时候，应当由于太阳的引力而弯曲，因此，而使这个星球看起来的位置与实际不符。其偏斜的弧度，据爱因斯坦计算，应当是1.75秒。

因此建议，在下一次日全蚀时，通过天文观测来验证这个理论预见。 195月，英国一位天体物理学家率领两个天文考察队，拟定在日全蚀时分别在巴西和西非摄影，以验证从广义相对论推出的这一重要结论。同年11月，伦敦皇家学会和天文学会联席会议正式公布观测结果。测得的光线偏转度竟和爱因斯坦计算的非常一致。这下使牛顿的引力学说失去了普遍的意义。

这个消息公布后，全世界为之轰动，爱因斯坦的名字在社会上广为流传，几乎家喻户晓，科学爱们公认他是继伽里略、哥白尼以来最伟大的物理学家之一，是“20世纪的牛顿”。 1933年，德国法西斯头子希特勒上台后，加紧了对犹太人的迫害。爱因斯坦被迫迁居美国，任普林斯敦高级学校研究院教授，并于1940年取得美国国籍。 1955年4月，爱因斯坦在普林斯敦病逝。这位伟大的科学家在他的遗嘱中，要求把他的骨灰撒在不为人知的地方。但他那献身科学的精神和充满光芒相对论学说，则永远激励着后人。

篇10：广义外势中费米气体的相对论热力学性质

广义外势中费米气体的相对论热力学性质

采用Thomas-Fermi 的半经典近似方法,得到处于任意维空间一般幂函数型势阱中相对论理想费米气体的巨配分函数和巨热力学势.又用热力学基本公式得到了总粒子数、总能及热容量的解析表达式(这些表达式中都含有修正的贝赛尔函数),并在极高低温情况下得到总能量、化学势和热容的'表达式.由这些结果,得到了各种因素对费米气体的影响.

作 者：窦瑞波 范召兰 DOU Rui-bo FAN Zhao-lan  作者单位：窦瑞波,DOU Rui-bo(青岛拓谱信息工程学院,山东,青岛,266555)

范召兰,FAN Zhao-lan(中国石油大学(华东)物理科学与技术学院,山东,青岛,266555)

刊 名：江西科学  ISTIC英文刊名：JIANGXI SCIENCE 年，卷(期)： 27(6) 分类号：O414.2 关键词：费米气体   相对论效应   热力学性质  

篇11：耗散系统不可逆过程中的可拓展广义相对论时空关系

耗散系统不可逆过程中的可拓展广义相对论时空关系

在引入非保守非惯性系的基础上对不可逆过程建立非保守系等效性假设,在引入广域度规的基础上对具有复杂行为的时空建立非保守系协变性假设;利用密度分布的`不均匀度h(ρ)和粗粒熵S(ρtε)及推导的多标度因数η*计算式,引入非保守惯性质量和非保守引力质量.分析表明,新结果使引力理论与非平衡态统计理论和非线性动力学达到应有的谐和,发展并修正广义相对论.

作 者：李宗诚  作者单位：苏州大学东校区302信箱,苏州,215000 刊 名：物理学报  ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA 年，卷(期)：2003 52(4) 分类号：O4 关键词：时空关系   耗散系统,不可逆性   可拓展广义相对论   非保守引力质量  

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