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身边的相对论
GPS(全球定位系统)卫星位于距离地面大约2万千米。根 据广义相对论，物质质量的存在会造成时空的弯曲，质量越 大，距离越近，就弯曲得越厉害，时间则会越慢。受地球质 量的影响，在地球表面的时空要比GPS卫星所在的时空更加 弯曲，这样，从地球上看，GPS卫星上的时钟就要走得比较 快，用广义相对论的公式可以计算出，每天快大约45微秒。
二、广义相对论的两个基本原理
1、广义相对性原理：在任何参考系中，物理定律的 形式都是相同的。
2、等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运 动的参考系等价。
分为弱等效原理和强等效原理， 弱等效原理认为惯性力场与引力场的动力学效应是
局部不可分辨的。 强等效原理认为，则将“动力学效应”提升到“任何物
理效应”。 要注意：等效原理仅对局部惯性系成立，对非局部
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广义相对论方程：它将引力描述为时空的扭曲。“这个方 程的右边部分描述的是宇宙中的能量(包括加速宇宙膨胀 的暗能量)，而左边的部分描述的则是时空的几何形式。 这一方程展示了爱因斯坦广义相对论的核心，那就是质 量和能量决定了几何形式和曲率，而这便是引力的实质 。” 揭示了时空与物质-能量之间的关系：“这是一个非 常优雅的方程，它揭示了事物之间的相互关系，比如太 阳的存在扭曲了时空，因此地球才会在轨道上围绕太阳 运行。它同样揭示了宇宙自大爆炸以来是如何演化的， 并预言了黑洞的存在。”
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光线在太阳附近的偏折
通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳 引力场引起的光线弯曲．
δ
太阳
由于太阳引 力场的作用，我 们有可能观测到 太阳后面的恒 星，最好的观测 时间是发生日全 食的时候．
1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行 观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实．
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引力红移
各 类 星 体 对 比
宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫 做白矮星，其表面的时间进程比较慢，那里的发光频 率比同种的原子在地球上发光频率低，即发生红移， 这个现象叫做引力红移．
广义相对论对于研究天体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、量子引力以 及大尺度时空的拓扑结构等问题的研究正在深入，广 义相对论成为物理研究的重要理论基础。 特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学，已 成为物理学中的一个热门前沿。
§1-5 广义相对论简介
一、广义相对论产生的背景
爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题： 1、引力问题:万有引力定律无法纳人狭义相对论的理论框架； 2、非惯性系问题:狭义相对论只适用于惯性系，为什么惯性系
具有这样的地位？狭义相对论无法解释
1915年，继狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义 相对论，将引力、空间与时间三者联系了起来，是人类认识自 然界历史上的一次大飞跃。
惯性系等效原理不一定成立。
狭义、广义相对论比较
狭义相对论
广义相对论
不同的惯性 相对 参考系中一 性原 切物理规律 理 都是相同的
更进一步
任何参考系 广义 （包括非惯性 相对
系）中物理规 性原 律都是相同的 理
光 真空中的光 速 速在不同惯
恒 性参考系中 定 都是相等的
一个均匀的 等 引力场与一个 效 做匀加速运动 原 的参考系等价 理
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透镜效应
星球的强引力场能使背后传来的光线汇聚，这 种现象叫做引力透镜效应．
星体
宇宙中很可能存在黑洞， 它不辐射电磁波，因此无法直 接观测，但是它的巨大质量和 极小的体积使其附近产生极强 的引力场，引力透镜是探索黑 洞的途径之一．
பைடு நூலகம்
无
法
黑
星体
观
洞
测
爱因斯坦十字架”
(Einstein Cross)
在同时考虑了狭义相对论和广义相对论后，GPS卫星时 钟每天还要快上大约38微秒，GPS导航仪在定位时还必须根 据相对论进行计算纠正这些误差。
可见GPS的使用既离不开狭义相对论，也离不开广义相 对论，GPS让普通人也能亲身体验到了相对论。
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三、广义相对论的预言与验证
广义相对论在1915年建立后，爱因斯坦就提出了可以 从三个方面来检验其正确性，即所谓三大实验验证。 这就是光线在太阳附近的偏折，水星近日点的进动以 及光谱线在引力场中的频移，这三大检验均取得了令 人满意的结果。 以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验，很快在更 高精度上证实了广义相对论。 60年代天文学上的一系列新发现：3K微波背景辐射、 脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力 地支持了广义相对论，从而使人们对广义相对论的兴 趣由冷转热。