题目

广义相对论和狭义相对论都是什么意思,为什么要有广义和狭义

提问时间：2020-06-13

答案

相对论包括两部分,一是爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论(惯性系),另一是爱因斯坦在1915年创立的广义相对论(非惯性系),从根本上改变了牛顿力学中关于时间和空间的概念,建立了新的时空观.
广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后,深入研究引力理论,于1913年提出的引力场的相对论理论.这一理论完全不同于牛顿的引力论,它把引力场归结为物体周围的时空弯曲,把物体受引力作用而运动,归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动.因此,广义相对论亦称时空几何动力学,即把引力归结为时空的几何特性.
如何理解广义相对论的时空弯曲呢?这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明.假如有两个质量很大的钢球,按牛顿的看法,它们因万有引力相互吸引,将彼此接近.而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力.它们之所以相互靠近,是由于没有钢球出现时,周围的时空犹如一张拉平的网,现在两个钢球把这张时空网压弯了,于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了.这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动.所以,爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论.
进一步说,这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的.等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发,认为引力与加速系中的惯性力等效,两者原则上是无法区分的；广义协变原理,可以认为是等效原理的一种数学表示,即认为反映物理规律的一切微分方程应当在所有参考系中保持形式不变,也可以说认为一切参考系是平等的,从而打破了狭义相对论中惯性系的特殊地位,由于参考系选择的任意性而得名为广义相对论.
我们知道,牛顿的万有引力定律认为,一切有质量的物体均相互吸引,这是一种静态的超距作用.
在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示,它所反映的引力作用是动态的,以光速来传递的.
广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论,牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似.所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能,力场中,才显示出两者的差别,这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题.
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,这些不久即为当时的实验观测所证实.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.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.
爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果,他说过,“要是我没有发现狭义相对论,也会有别人发现的,问题已经成熟.但是我认为,广义相对论不一样.”确实,广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想,这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论.没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力,没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础,是不可能建立起广义相对论的.伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝狭义相对论是A.爱因斯坦创立的理论,主要内容是依据两个公设与一个变换.
一个变换是洛仑兹变换(不同惯性系之间的变换必须是loretz变换).
两个公设是:相对性原理(就是:物理定律在一切惯性系中都相同.)与光速不变原理(就是:光在真空中总有确定速度,与观察者或光源的运动无关).
从而有四个推论(运动的尺变短;运动的钟变慢;光子的静质量为零;物质不可能超过光速)和三个关系式(速度合成公式;质量速度公式;质能关系式).
我认为,狭义相对论并不是科学理论,请看下面的问题:
同类的问题为什么不能用同样的解释法?
例一:乌鲁木齐市有一肾外伤病人,已经出现尿中毒症状,急需透析或换肾,否则最多再活12小时,经上网查询,坐火车从乌鲁木齐到上海最快也要47小时,他乘火车肯定会死在半路上,请求空军部队支援后,他的病得到及时救治.对于他来说,可以说空军部队把乌鲁木齐与上海的距离拉近了;也可以说,空军部队延长了他的生命,人们都说飞机比火车快.
例二:离地表20公里的高空产生的μ介子,固有寿命仅2.2微秒,即使它依光速运动,最多也只能走660米,事实上它能跑到地面上,狭义相对论解释说,它把自己的寿命延长了,或者说它把这段距离缩短了,人们为什么不能说它的速度比光速快?
对于病人,至于抢救后的生命延续,我并没有考虑在内,我只考虑从乌鲁木齐市到上海这段行程.他们都有有限的寿命,都行走了一段距离,都可以用两种速度计算,为什么不是同类问题?我想问一问,狭义相对论是不是错了?
狭义相对论把超过光速的运动物体都说成是速度不超过光速,就像把飞机的速度说成是没有火车快一样,同样能解释许多问题,可是这些解释都是似是而非的.狭义相对论说的(时延与尺缩)效应,都只有运动物体自己感觉到,对周围环境没有影响就是证明.再说空间与量杆是同时缩短的,量度的数据也不变呀!高空中的μ介子从20公里外能跑到地面,只用.2.2微秒时间这个事实,说明它就是超光速运动物体.
现代,对于基本粒子的研究,大多采用“速度选择仪”测定速度,测量高能粒子的速度选择仪从未测到过超光速粒子,我认为是仪器测量发生了误差,只要把“速度选择仪”测得的速度 代 入 求出真实速度 ,所谓质量变化,长度变化,时间变化都不存在了.经典力学就可应用了.
这样,空间、时间、质量都保持恒定,经典力学就可以应用了.