目录

  • 1 爱因斯坦与物理学的革命
    • 1.1 物理学的起源
    • 1.2 “物理”一词在中国
    • 1.3 物理学的诞生
    • 1.4 “1642年”在物理学上的意义
    • 1.5 热学的发展
    • 1.6 明朗天空的两朵乌云
    • 1.7 并非神童的爱因斯坦
    • 1.8 求职不顺的爱因斯坦
    • 1.9 爱因斯坦的丰收年
  • 2 相对论从乌云中降生
    • 2.1 相对论的建立(Ⅰ)
    • 2.2 相对论的建立(Ⅱ)
    • 2.3 相对论的建立(Ⅲ)
    • 2.4 狭义相对论(Ⅰ)
    • 2.5 狭义相对论(Ⅱ)
    • 2.6 双生子佯谬
    • 2.7 爱因斯坦的创新之处
    • 2.8 爱因斯坦的关键贡献
  • 3 激动人心的量子之谜
    • 3.1 元素周期律的发现
    • 3.2 放射性的发现
    • 3.3 探索原子模型
    • 3.4 人才培养的成功方式
    • 3.5 矩阵力学与波动力学
    • 3.6 奇妙的波粒二象性
    • 3.7 关于薛定谔
    • 3.8 关于爱因斯坦
    • 3.9 相对论性量子理论
  • 4 比一千个太阳还亮
    • 4.1 中子的发现
    • 4.2 裂变的发现
    • 4.3 链式反应的发现
    • 4.4 原子弹与氢弹的研制背景
    • 4.5 伟大的奥本海默与玩“龙尾巴”的斯洛廷
    • 4.6 爱开玩笑的费曼
    • 4.7 原子弹的研制
    • 4.8 氢弹的研制及聚变原理
    • 4.9 中国决心制造原子弹
    • 4.10 中国原子弹研制的趣事
    • 4.11 原子能的和平利用
    • 4.12 杨振宁对科学的贡献
  • 5 点燃科学的朝霞
    • 5.1 中心火——毕达哥拉斯的宇宙
    • 5.2 地心火
    • 5.3 哥白尼与“地心说”
    • 5.4 伽利略与土星的光环
    • 5.5 开普勒——行星运动三定律
    • 5.6 牛顿与万有引力
    • 5.7 牛顿的生平
    • 5.8 走下神坛的牛顿
  • 6 弯曲的时空——广义相对论
    • 6.1 狭义相对论的困难
    • 6.2 马赫原理
    • 6.3 等效原理
    • 6.4 爱因斯坦对新理论的构想
    • 6.5 黎曼几何
    • 6.6 广义相对论的建立
    • 6.7 广义相对论的三个实验验证
    • 6.8 相对论的进展
    • 6.9 探索引力波
    • 6.10 展望
    • 6.11 爱因斯坦的学术成就与影响
  • 7 从白矮星、中子星到黑洞
    • 7.1 历史上的黑洞
    • 7.2 恒星的演化
    • 7.3 西北望 射天狼
    • 7.4 白矮星与红巨星
    • 7.5 中子星与脉冲星
    • 7.6 超新星爆发
    • 7.7 球对称黑洞
    • 7.8 转动和带电的黑洞
  • 8 霍金与黑洞
    • 8.1 黑洞的“激发态”
    • 8.2 霍金的学业生涯
    • 8.3 初露锋芒的天才
    • 8.4 奇性定理与面积定理
    • 8.5 霍金辐射
    • 8.6 真空热效应与边界效应
    • 8.7 霍金的主要成就和中国之行
    • 8.8 黑洞与时空性质的研究
    • 8.9 信息疑难与霍金打赌
  • 9 星空与太阳系
    • 9.1 太阳与月球
    • 9.2 八颗行星及其卫星
    • 9.3 小行星
    • 9.4 彗星
    • 9.5 什么是流星雨?
    • 9.6 星空巡礼
    • 9.7 星系与星系团
  • 10 膨胀的宇宙,虫洞和时间机器
    • 10.1 什么是宇宙学原理?
    • 10.2 爱因斯坦有限无边的宇宙模型
    • 10.3 膨胀的宇宙
    • 10.4 暗物质与暗能量
    • 10.5 关于“大爆炸”的错误观念
    • 10.6 虫洞——时空隧道
    • 10.7 时空涨落与时空泡沫
    • 10.8 时间机器
  • 11 对时间的认识和探索
    • 11.1 古希腊与中国古代的时间观
    • 11.2 两种科学时空观的争论
    • 11.3 时间的性质
    • 11.4 对奇性定理的质疑与第三定律
    • 11.5 自由光线的加速度
    • 11.6 时间的度量
    • 11.7 热力学第零定律
  • 12 文明的起源--探索人类的童年
    • 12.1 宇宙何时创生
    • 12.2 宇宙的编年史
    • 12.3 崇拜与图腾、文明与野蛮
    • 12.4 海洋文明与大河文明(Ⅰ)
    • 12.5 海洋文明与大河文明(Ⅱ)
    • 12.6 埃及考古与希腊考古
    • 12.7 三版《尚书》之辩
    • 12.8 司马迁与《史记》
    • 12.9 班固兄妹与《汉书》
    • 12.10 陈寿与《三国志》
    • 12.11 司马光与《资治通鉴》
    • 12.12 商代考古
  • 13 东西方文明的演进和比较
    • 13.1 思想大解放的时代:百家争鸣
    • 13.2 列强争霸与韬光养晦
    • 13.3 灿烂的古希腊文明
    • 13.4 大统一的西方:马其顿与亚历山大科学院
    • 13.5 大统一的西方:布匿战争与罗马的崛起
    • 13.6 大统一的东方:领先世界的秦汉
    • 13.7 大统一的东方:帝国的兴衰
    • 13.8 冲击东西方的游牧民族
    • 13.9 处于世界巅峰的隋唐
    • 13.10 宋:繁荣和创造的黄金时代
    • 13.11 资本主义前夜的曙光
    • 13.12 革命与变革:危机与机遇并存
  • 14 阅读
    • 14.1 阅读
  • 15 直播
    • 15.1 第一次直播
    • 15.2 第二次直播
等效原理
  • 1 视频
  • 2 章节测验


等效原理是引力的最基本的物理性质。在任何一个时空点上都可以选取适当的参考系,使一切物质的运动方程中不再含有引力项,即引力可以局部地消除。如果认为这种消除了引力的参考系是惯性系,那么,等效原理告诉我们,在任何一个时空点,一定存在局部惯性系。伽利略最早注意到,不同物体沿斜面的下滑运动是一样的,即引力加速度与物体的组成无关。

等效原理是广义相对论的第一个基本原理,也是整个广义相对论的核心。其基本含义是指重力场与以适当加速度运动的参考系是等价的。爱因斯坦于1911年注意到这一规律,1915年正式以原理的形式提出。



弱等效

弱等效原理原是指观测者不能在局部的区域内分辨出由加速度所产生的惯性力或由物体所产生的引力,而它是由引力质量与惯性质量成正比例这一事实推演出来,这个关系首先是由伽利略及牛顿用一系列的实验断定出来。

强等效

强等效原理是指在时空区域的一点内的引力场可用相应的局域惯性参考系去描述,而狭义相对论在其局域惯性参考系中完全成立。

强等效原理并不能从弱等效原理推演而出,仅仅只是弱等效原理的一个抽象结果。利用广义相对论几何方式(时空度规张量、时空曲率张量)去描述引力(引力场强度、引力势)的基础即在此原理之上。由于引力场本身是与引力场源的距离有关,形成了引力场在时空分布中并不均匀,是不能用一个全域的加速参考系去描述,即是用一个全域的加速参考系去抵消各时空点上的引力。但每一点的引力场是有一个相应的引力场强度,可用有一个与之相等的加速度(相对于静止的观察者)的局域的加速参考系,亦即是局域惯性参考系(相对于加速的观察者)去描述,即是用一个局域的加速参考系去抵消各相应的时空点上的引力,然后将各个局域惯性参考系的关系统合起来(即是曲率和能动张量的关系),就可对全域的时空作抽述(例如运动定律)。



设K是一个伽利略参照系,它是这样的一种参照系,相对于它(至少在所考查的四维区域内),有一个同别的物体离得足够远的物体在作匀速直线运动。设K’是第二个坐标系,它相对于K作均匀加速的平移运动。因此,一个离开别的物体足够远的物体,相对于K’该有一加速运动,而其加速度及其加速度的方向都同这一物体的物质组成和物理状态无关。

一位对K’相对静止的观察者能否由此得出结论,说他是在一个“真正的”加速参照系之中呢?回答是否定的;因为相对于K’自由运动的物体的上述性状可以用下面的方式作同样恰当的解释。参照系K’不是加速的;可是在所讨论的时间-空间领域里有一个引力场在支配着,它使物体得到了相对于K’的加速运动。

这种观点之所以成为可能,是因为经验告诉我们,存在一种力场(即引力场),它具有给一切物体以同样的加速度那样一种值得注意的性质。物体相对于K’的力学性状,同在那些被我们习惯上当作“静止的”或者当作“特许的”参照系中所经验到的物体的力学性状,都是一样的;因此,从物理学的立场看来,就很容易承认,K和K’这两参照系都有同样的权利可被看作是“静止的”,也就是说,作为对现象的物理描述的参照系,它们有同等的权利。