2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：相對(duì)論動(dòng)力學(xué)

1、相對(duì)論動(dòng)力學(xué)2例：在引力場(chǎng)中自由飛行的航天飛機(jī) 恒星參考系是慣性系。 恒星參考系有引力，不是慣性系。而航天飛機(jī)內(nèi)慣性力和引力抵消可以看成不受力，是局域慣性系。引力慣性力恒星牛頓觀點(diǎn)：廣義相對(duì)論觀點(diǎn)： 而航天飛機(jī)相對(duì)恒星參考系有加速度，不是慣性系。3等效原理和局域慣性系失重現(xiàn)象加速度和引力等效4 引力被慣性力精確抵消，自由下落的電梯內(nèi)的區(qū)域無(wú)引力場(chǎng)。引力慣性力mI g地球自由下落的小電梯gmg gmI,mg“加速度產(chǎn)生的慣性力”與“真實(shí)的引力”等價(jià)。等效原理： 參考系的加速度和引力場(chǎng)等效。 因此，它與一個(gè)沒(méi)有引力場(chǎng)、沒(méi)有加速度的慣性系等效，任何物理實(shí)驗(yàn)都不能把二者區(qū)分開小電梯是一個(gè)“局域慣性系”

2、。5在宇宙飛船中 在每一事件的時(shí)空點(diǎn)的鄰域內(nèi)，都存在一個(gè)局域慣性系，即與在引力場(chǎng)中自由降落的粒子共動(dòng)的參考系。在此局域慣性系中，一切物理定律服從狹義相對(duì)論（如光速不變，時(shí)間延遲，長(zhǎng)度收縮等）。 “強(qiáng)等效原理”：6引力和時(shí)空 在引力場(chǎng)中發(fā)生的物理過(guò)程，在遠(yuǎn)處（無(wú)引力）觀察，其時(shí)間節(jié)奏比當(dāng)?shù)氐脑瓡r(shí)慢，其空間距離比當(dāng)?shù)氐脑L(zhǎng)短 設(shè)一勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤，邊緣處慣性離心力較大，引力場(chǎng)較強(qiáng)。Odt,dl 在t內(nèi)，邊緣相對(duì)O點(diǎn)可看成以速度v的勻速直線運(yùn)動(dòng)。由狹義相對(duì)論 “時(shí)緩尺縮”效應(yīng)。7圓周長(zhǎng) 2R 引力使空間成為非歐幾里德的空間彎曲引力場(chǎng)中時(shí)間空間（四維空間）彎曲， 引力場(chǎng)越強(qiáng)，彎曲越嚴(yán)重。R周長(zhǎng)收縮R不收

3、縮時(shí)間膨脹大質(zhì)量天體8 光線按最短路線（短程線）行進(jìn)，因此 在引力場(chǎng)中，光線象粒子被引力加速一樣，變彎曲了。廣義相對(duì)論預(yù)言的幾個(gè)可觀察效應(yīng)光線的引力偏轉(zhuǎn)大質(zhì)量天體光線9星光的偏折角。日全食時(shí)拍攝太陽(yáng)附近的星空照片，可測(cè)出1919年愛(ài)丁頓(Eddington)等測(cè)得1.98 0.16。1973年光學(xué)測(cè)量結(jié)果是1.60 0.13。近年用射電天文技術(shù)測(cè)得1.761 0.016。愛(ài)因斯坦預(yù)言星光偏轉(zhuǎn)角為1.75。*S星的實(shí)際位置*星的視覺(jué)位置10光束在引力場(chǎng)中彎曲，還可解釋如下：時(shí)刻1g引力場(chǎng)局域慣性系2g3g4g光束直線傳播光束？ 在慣性系中時(shí)空平直，而在引力場(chǎng)（非慣性系）中時(shí)空彎曲。11由于時(shí)緩尺

4、縮效應(yīng)，引力場(chǎng)中光速減小。雷達(dá)回波延遲 太陽(yáng)引力使回波時(shí)間加長(zhǎng)，稱為雷達(dá)回波延遲。地球與水星間的雷達(dá)回波最大時(shí)間差可達(dá)240s。 1964年，夏皮羅（Shapiro）提出一個(gè)方法，由地球發(fā)射雷達(dá)脈沖，到達(dá)行星后返回地球，測(cè)量信號(hào)往返時(shí)間，比較雷達(dá)波遠(yuǎn)離太陽(yáng)和靠近太陽(yáng)兩種情況下，回波時(shí)間的差異。 到上世紀(jì)70年代末，測(cè)量值與理論值之間的差約為1%，80年代利用火星表面的“海盜著陸艙”進(jìn)行測(cè)量，不確定度降到了0.1%。12引力紅移 在沒(méi)有引力的情況下，每種元素輻射譜線的頻率是確定的。 1961測(cè)太陽(yáng)光譜中鈉5896譜線的引力紅移，結(jié)果與理論偏離小于5。 1971測(cè)太陽(yáng)光譜中鉀7699譜線的引力紅移，結(jié)果與理論偏離小于6。 而在引力場(chǎng)中，由于時(shí)緩效應(yīng)，譜線的頻率變小，這稱為引力紅移。13H0 他們把發(fā)射14.4keV的光子的57Co放射源放在高度為H22.6m的塔頂，在塔底測(cè)量它射來(lái)的光子的頻率，發(fā)現(xiàn)比在塔頂?shù)念l率0高了。地面附近的引力紅移效應(yīng)更為微弱。 1959年，龐德(R.V.Pound )和瑞布卡(Q.A.Rebka )在哈佛塔做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，理論值：實(shí)驗(yàn)結(jié)果為14水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng) 按嚴(yán)格平方反比律計(jì)算，行星軌道為閉合橢圓。 但實(shí)際天文學(xué)觀測(cè)表明，行星軌道并不是嚴(yán)格閉合的，而是繞近日點(diǎn)有進(jìn)動(dòng)。 按牛頓