从系统上讲,广义相对论包括以下两个基本假设 。:
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广义相对论原理(广义协变原理):任何物理规律都应该用独立于参考系的物理量来表示 。用几何语言描述,任何出现在物理定律中的时间量空都应该是这个时间空的一个度规,或者是由其导出的一个物理量 。
爱因斯坦的场方程(详见广义相对论);
具体表达了物质(爱因斯坦张量)对时间的影响空几何(黎曼曲率张量)在时间空中,其中对应力-能量张量(其梯度为零)的要求包括了上述关于惯性所在物体运动方程的内容 。
广义相对论的一些发现;
重力时间膨胀:重力造成的时间空扭曲率越大,时间流逝越慢 。
进动:是旋转物体的旋转轴绕另一轴旋转的现象 。这已经在水星轨道和双星脉冲星中观察到了 。
光线偏转:光线通过重力场时发生偏转 。
参考系拖动:旋转的质量会拖动其周围的时间空的现象 。
宇宙加速膨胀:宇宙正在膨胀,其遥远的部分正以超过光速的速度远离我们 。
从技术上讲,广义相对论是一种引力理论,其主要特点是使用了爱因斯坦的场方程 。场方程的解是度规张量,它定义了时间空的拓扑结构,以及物体如何惯性运动 。
相对论主要在两个方面有用:一是高速运动(高速相当于光速),二是强重力场 。
在医院的放疗科,大部分都有粒子加速器,产生高能粒子到* * *同位素,用于治疗或放射照相 。氟脱氧葡萄糖的合成就是一个经典的例子 。由于粒子运动的速度相当接近光速(0.9c-0.9999c),在粒子加速器的设计和使用中必须考虑相对论效应 。
GPS卫星上的原子钟对于精确定位非常重要 。这些钟受到狭义相对论中高速运动导致的慢时间(-7.2微秒/天)和广义相对论中弱重力场导致的快时间(+45.9微秒/天)的影响 。相对论的净效应是GPS上的时钟比地面上的时钟跑得快 。因此,这些卫星的软件需要计算并取消所有相对论效应,以确保精确定位 。
GPS本身的算法就是基于光速不变的原理 。如果光速不变的原理不成立,GPS需要换成不同的算法才能精确定位 。
铂等过渡金属的内层电子跑得很快,相对论效应不可忽略 。在设计或研究新的催化剂时,需要考虑相对论对电子轨道能级的影响 。同样,相对论也可以解释铅的6s2惰性电子对效应 。这种效应可以解释为什么某些化学电池具有更高的能量密度,并为设计更轻的电池提供理论依据 。相对论也可以解释为什么水银在室温下是液体,而其他金属不是 。
广义相对论衍生出的引力透镜效应,让天文学家可以观测到不发射电磁波的黑洞和暗物质,并在Tai 空估算质量分布 。
值得一提的是,* * *的出现与著名的质能关系(E=mc2)关系不大,爱因斯坦本人也肯定了这一点 。质能关系只是解释* * * *威力的数学工具,对* * * *的实施意义不大 。
重力时间膨胀:重力造成的时间空扭曲率越大,时间流逝越慢 。
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引力时间膨胀是指时间在宇宙中不同势能的区域以不同速率流逝的现象 。重力造成的时间空失真率越大,时间流逝越慢 。爱因斯坦在其相对论中首次预言了这一现象,后来又被各种广义相对论实验所证实 。
证实这一点的一种方法是将两个原子钟放在不同的高度(这样来自地球的引力就会不同),一段时间后,它们测得的时间就会略有不同 。差别很小,即使以纳秒为单位 。
引力时间膨胀最早由爱因斯坦在1907年提出,是狭义相对论中参照物加速前进的结果 。在广义相对论中,它被视为时间空度规张量所描述的不同地方的原始时差 。庞德-雷布卡实验首次直接证实了这一现象的存在 。
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