《广义相对论》

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1、由于惯性系无法定义，爱因斯坦将相对性原理推广到非惯性系，提出了广义相对论的第一个原理：广义相对性原理。其内容是，所有参考系在描述自然定律时都是等效的。这与狭义相对性原理有很大区别。在不同参考系中，一切物理定律完全等价，没有任何描述上的区别。但在一切参考系中，这是不可能的，只能说不同参考系可以同样有效的描述自然律。这就需要我们寻找一种更好的描述方法来适应这种要求。通过狭义相对论，很容易证明旋转圆盘的圆周率大于3。14。因此，普通参考系应该用黎曼几何来描述。第二个原理是光速不变原理：光速在任意参考系内

2、都是不变的。它等效于在四维时空中光的时空点是不动的。当时空是平直的，在三维空间中光以光速直线运动，当时空弯曲时，在三维空间中光沿着弯曲的空间运动。可以说引力可使光线偏折，但不可加速光子。第三个原理是最著名的等效原理。质量有两种，惯性质量是用来度量物体惯性大小的，起初由牛顿第二定律定义。引力质量度量物体引力荷的大小，起初由牛顿的万有引力定律定义。它们是互不相干的两个定律。惯性质量不等于电荷，甚至目前为止没有任何关系。那么惯性质量与引力质量(引力荷)在牛顿力学中不应该有任何关系。然而通过当代最精密的试

3、验也无法发现它们之间的区别，惯性质量与引力质量严格成比例(选择适当系数可使它们严格相等)。广义相对论将惯性质量与引力质量完全相等作为等效原理的内容。惯性质量联系着惯性力，引力质量与引力相联系。这样，非惯性系与引力之间也建立了联系。那么在引力场中的任意一点都可以引入一个很小的自由降落参考系。由于惯性质量与引力质量相等，在此参考系内既不受惯性力也不受引力，可以使用狭义相对论的一切理论。初始条件相同时，等质量不等电荷的质点在同一电场中有不同的轨道，但是所有质点在同一引力场中只有唯一的轨道。等效原理使爱因

4、斯坦认识到，引力场很可能不是时空中的外来场，而是一种几何场，是时空本身的一种性质。由于物质的存在，原本平直的时空变成了弯曲的黎曼时空。在广义相对论建立之初，曾有第四条原理，惯性定律：不受力(除去引力，因为引力不是真正的力)的物体做惯性运动。在黎曼时空中，就是沿着测地线运动。测地线是直线的推广，是两点间最短(或最长)的线，是唯一的。比如，球面的测地线是过球心的平面与球面截得的大圆的弧。但广义相对论的场方程建立后，这一定律可由场方程导出，于是惯性定律变成了惯性定理。值得一提的是，伽利略曾认为匀速圆周运

5、动才是惯性运动，匀速直线运动总会闭合为一个圆。这样提出是为了解释行星运动。他自然被牛顿力学批的体无完肤，然而相对论又将它复活了，行星做的的确是惯性运动，只是不是标准的匀速圆周而已。广义相对论场方程方程是：R{i,j}-0.5g{i,j}=-8PiGT{i,j}R{i,j}是四阶空间张量R{i,j,k,m}的退化值（或计算值），T{i,j}是动能动量张量（见分析力学），G是引力常数，g{i,j}是度规张量。廣義相對論原理愛因斯坦最高的榮譽,或可稱為科學史上最優美的理論,是發表於1916年的廣義相對論

6、.,他靠著思考時驗--思考一個在太空中做加速度運動的實驗室--而提出了重力與時空的關係.愛因斯坦花了八年時間發展廣義相對論──探討重力與宇宙時空結構的關係，才得到答案，整個過程並不是平順的邏輯推衍，還涉及對於宇宙秩序的信念。
後來,天文學家花了三年來證實廣義相對論.結果由J.J.Thomson(電子的發現者)於英國皇家協會的會議上發表.Thomson說:我們對於宇宙的觀念要從此改變.
在閱讀以下文章並了解廣義相對論的關鍵特點之前,我們先假定一件事情:狹義相對論是正確的.也就是說,廣義相

7、對論是基於狹義相對論的.

廣義相對論聽來十分理論化,十分抽象,但其實要理解廣義

相對論的精義,並不需要複雜的數學推導

愛因斯坦把引力場和時空幾何相結合,建立了廣義相對論；

即研究非慣性系的時空關系問題。


廣義相對論認為任何物質的運動都與引力場有關,

我們生活在一個彎曲的黎曼空間。
當有一大質量存在時，時空就會被扭曲，物體的運動

路徑「向著質量彎曲」，物體就好像被那質量吸引著

8、>-重力(gravity)效應，廣義相對論是一嶄新的重力

理論。當考慮微弱的重力場時,它可被簡化為牛頓理論。

它的一些奇異結果包括在強大的重力場下，時空被扭曲

,因此光線亦會被扭曲；鐘錶在強大的重力場下行得

較慢；木棒在強大的重力場下變得較短。太陽的重力

場會使通過太陽附近的星光彎曲，但是平常陽光太強

無法觀測。



空間扭曲就好像把一塊石子放在橡皮模上
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