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狭义相对论认为：在全部惯性坐标系中，物理学定律都含有相同表示式。在非惯性系中，物理规律又将怎样呢？

爱因斯坦从非惯性系入手，研究与认识了等效原理，进而建立了研究引力本质和时空理论广义相对论。广义相对论等效原理

一观察者在火箭舱里做自由落体试验。在(a)中火箭静止在地面惯性系上，他将看到质点因引力作用而自由下落；

*§4-5广义相对论介绍1/11gga=-g(a)静止于引力场中火箭(b)含有加速度a

孤立火箭2/11

在(b)中火箭不受引力作用而孤立，质点静止，但当火箭突然取得一定向上加速度（非惯性系），观察者将观察到和（a）中完全相同自由落体运动。

假如不知舱外情况，此该观察者无法判断自己终究是在自由空间相对于恒星做加速运动，还是静止在引力场中！因为惯性质量相等。

等效原理：在处于均匀恒定引力场影响下惯性系中，所发生一切物理现象，能够和一个不受引力影响，但以恒定加速度运动非惯性系内物理现象完全相同。3/11广义相对论等效原理

爱因斯坦据此把相对性原理推广到非惯性系。得到广义相对论相对性原理：

物理定律在非惯性系中，能够和局部惯性系中完全相同，但在局部惯性系中要有引力存在，或者说，全部非惯性系和全部引力场存在惯性系对于描述物理现象都是等价。在非均匀引力场中，其中一点所在局部可看作惯性系，叫局部惯性系。许多局部惯性系间有相对速度，可应用狭义相对论结果。4/11

广义相对论考虑了引力场作用，因而认识物质、时间、空间关系比经典物理更为复杂。广义相对论证实：引力场越强地方，时钟走越慢。从此预测了光谱线红移；光线经过质量较大物体，受其引力场影响，应向该物体方向偏转。光线经过太阳附近，偏转1.75"太阳地球地球1.75"5/11水星在近日点进动水星轨道不是严格闭合。从牛顿力学可得到解释但计算值比观察值每世纪5600.73"进动少43.11"。

从广义相对论出发，考虑时空弯曲，就能得到43.03"附加值。

相对论是关于时间、空间和引力当代物理理论，在整个物理学史上含有深远意义。6/11例题4-7

有一对孪生弟兄，在20岁时，哥哥从地球出发乘飞船运行10年后，哥俩年纪各是多少？（已知飞船速度）afe0.

弟

弟..哥哥哥哥测是原时弟弟测是两地时解：以地面为K系，飞船为系。7/11孪生子佯谬twinparadoxa..慢慢..哥哥20.5岁和弟弟30岁。到底那只钟变慢？依据狭义相对论时间延缓可知8/11由动钟变慢产生了“孪生子佯谬”。这个问题关键是周游天外哥要回到出发点。倘若哥飞船仅仅作匀速直线运动，是办不到这一点。哥飞行路线必定是有来有去，或是转一个圈子；在弟看来，哥是在作有速度改变运动，当然，在哥看来，弟相对于他也在作变速运动。按照动钟变慢理论，弟看飞船钟变慢，哥看地球钟变慢这种对称性，只有当弟和哥之间相对运动是匀速直线运动时才能保持。一旦出现了变速相对运动，就不能使用这个对称性了。即这种情况超出狭义相对论理论范围,按照广义相对论来讨论,这种现象是能够发生。9/11

1971年美国科学家将准确度极高铯原子钟放在飞机上,沿赤道向东和向西绕地球一周,回到原处后,分别比静止在地面上钟慢59ns和快273ns(1ns等于10-9s)。因为地球以一定角速度从西往东转,地面不是惯性系,而从地心指向太阳参考系是惯性系。飞机速度总是小于太阳速度,不论向东还是向西,它相对于惯性系都是向东转,只是前者转速大,后者转速小,而地面上钟转速介于二者之间。上述试验表明,相对于惯性系转速愈大钟走得愈慢,这和孪生子问题所预期效应是一致。上述试验结果与广义相对论理论计算比较,在试验误差范围内相符。因而,我们今天不应再说“孪生子佯谬”，而应改称孪生子效应了。10/11选择进入下一节§4-0教学基本要求§4-1狭义