广义相对论课件

　　广义相对论（General Relativity） 描写物质间 引力相互作用的理论。其基础有A. 爱因斯坦于1915年完成，1916年正式发表。这一理论首次把引力场 解释成时空的 弯曲。下面是小编为你带来的广义相对论课件 ，欢迎阅读。

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。 [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（1916年）。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。

　　狭义相对论

　　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2009年底之前正式发射升空。

　　美国科研人员2016年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2015年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100年前所做的预测。

　　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。