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广义相对论 阿尔伯特 爱因斯坦 1879 1955 1905年 建立狭义相对论 1916年 建立广义相对论 为什么在狭义相对论框架中不能建立令人满意的引力理论 广义相对性原理 广义相对性原理 所有参考物体 不论它们的运动状态如何 对于描述自然现象 表述普遍的自然定律 都是等效的 弯曲的时空 爱因斯坦认为 火箭舱中存在局部等效引力场 在这种引力场中时空是弯曲的 弯曲的时空 欧几里得空间 非欧几里得空间 弯曲的时空 结论 在引力场 或非惯性系 中 欧几里得几何学命题不成立 同一非惯性系中没有统一的时间 S系 圆盘边缘的时钟走得慢是因为运动的结果 系 边缘上的时钟走得较慢是因为处于较强的惯性力场 引力场 中 结论 引力场较强处比引力场较弱处时间流逝得较慢 三角形内角之和大于180 圆周率小于 广义相对论的实验验证 光线在引力场中弯曲 水星近日点的进动 水星是最靠近太阳的一颗行星 按牛顿力学的观点 水星运动轨道应该是一个固定的椭圆 从天文资料分析 这个椭圆轨道在不断地缓慢进动 在消除了地球不是一个真正的惯性系 以及其他行星对水星的引力摄动作用的影响后 仍然还有每百年42 6 的进动 引力红移 广义相对论结论 引力场越强的地方时间延缓效应越明显 引力红移 从大质量天体发出的光 由于处于强引力场中 其光振动周期要比同一种元素在地球上发出光的振动周期长 由此引起光谱线向红光波段偏移的现象 对太阳光谱中的钠 589 3nm 谱线进行了引力红移测量 其结果与理论值的偏差小于5 对白矮星 天狼星的一颗伴星 进行测量 其结果与理论值偏差小于7 太阳的红移量 2 10 6 1958年 庞德等人在22 6m的哈佛塔内第一次完成了地面上的引力红移实验 实验测量值 2 57 0 26 10 15 理论值 2 46 10 15 黑洞 世界上第一个提出黑洞设想的是18世纪著名法国数学家拉普拉斯 逃逸速度 飞船脱离引力所需的最小发射速度 黑洞的半径 施瓦氏半径 地球的质量 6 1024kg 地球成为黑洞的半径 0 89cm 一些不同质量天体的黑洞半径和 平均密度 在一些双星系统中很可能存在黑洞 一般的双星中都存在一个高密度 大质量的星体 比如说白矮星 中子星或是黑洞 质量巨大的星体周围激发出强大的引力场 把它的伴星物质吸引过来 形成旋转着的吸积盘 16 星体怎样成为黑洞 先看宇宙的概貌宇宙中的天体分为不同的层次 恒星 伴随着行星 星系 星系团 超星系团 宇宙 美丽的地球 17 银河系全貌 18 NGC4565星云侧视图 河外星系 19 河外星系 仙女座星云 20 H聚变成He放能抗恒自引力 形成恒星 热 太阳 45亿年 冷星 恒星的归宿 与其原始质量相关 氢 热核反应 氦 继续聚变 碳 其它元素 铁 反应到达极限 前途如何 21 这是一幅由哈勃太空望远镜观测到的图片 一个性质与太阳等同的恒星在 死亡 时分解出气体和尘埃形成星云的情景 22 1 4M M 3 2M 电子被压进原子核 超新星爆发 SN1054 SN1987a 中子星 M 1030kg R 104m 1017 超新星爆发 23 哈勃太空望远镜观测到的距地球7000光年的巨鹰星云 在1987年爆发处发现一颗中子星 回光返照 24 M 3 2M 黑洞 黑洞的探测和性质天鹅座x 1 cygx 1 天蝎座V861的x射线伴星 圆规座x 1和GX339 4 发出x射线 25 宇宙大尺度结构中的暗物质 26 暗物质的性质 暗物质不