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《愛因斯坦建立廣義相對論的思路》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、維普資訊http://www.cqvip.com@13第22卷第6期臨沂師范學院學報2000年l2月Vo1．22No．6JournalofLinyiTeachers’CollegeDec．2O()o文章編號：1009—6051(2000)06—0091—03愛因斯坦建立廣義相對論的思路劉漢忠(濟寧師專物理系，山東濟寧，272025)O}2l／摘要：分析并闡述了愛因斯坦在狹義相時論基礎(chǔ)上創(chuàng)建廣義相時論的思路關(guān)鍵詞：廣義相時論；廣義相時論兩個基本原理；時空度規(guī)；多引力場方程因茸j：呈目于三中圖分類號：04—09文獻標識碼：A協(xié)生重星愛因斯坦對人類科學事業(yè)做出了巨大貢獻，他的每一項貢獻都帶有革
2、命的創(chuàng)造性，給人類的思想帶來了偉大的變革，而且許多成就已經(jīng)對自然科學的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響，分析愛因斯坦在狹義相對論基礎(chǔ)上創(chuàng)建廣義相對論的思路，對我們學習愛因斯坦的思想方法大有俾益．1狹義相對論的局限性愛因斯坦于1905年9月在《物理紀事》上發(fā)表了《論動體的電動力學》這篇劃時代的論文，宣告了狹義相對論的誕生．但隨著研究的深入，愛因斯坦對自己建立的狹義相對論并不滿意，他注意到了狹義相對論存在的兩個重要的局限性：(1)“為什么慣性系在物理上比其他坐標系都特殊，都優(yōu)越?”．在經(jīng)典力學中，力學運動方程在不同的慣性系中是不變的，但在非慣性系中這一性質(zhì)失效．然而，在經(jīng)典力學中找不到實在的充分的理由來
3、說明為什么相對于慣性系和非慣性系來考察物體會有不同的表現(xiàn)，牛頓、馬赫都曾意識到這個缺陷，并試圖解決它，但沒有成功．狹義相對論原理對這個理論問題同樣做不出解答，愛因斯坦尖銳地意識到這一點，并認為這是經(jīng)典力學、狹義相對論都“固有的認識論上的缺點”．?解決這個困難，出路只有兩條：要么從理論上闡明慣性坐標系特殊、優(yōu)越的物理原因，要么從理論上消除慣性坐標系特殊、優(yōu)越的物理地位．愛因斯坦選擇了第二條出路，就是擴大狹義相對論原理的物理內(nèi)容1933年愛因斯坦曾回憶說：“如果速度概念只能有相對的意義，難道我們還固執(zhí)地把加速度當作一個絕對的概念嗎?”(2)狹義相對論原理與引力現(xiàn)象存在著矛盾愛因斯坦通過狹義相
4、對論，把電場與磁場統(tǒng)一起來，把質(zhì)量和能量統(tǒng)一起來，把牛頓力學方程作了相對論修正，使之與麥克斯韋方程協(xié)調(diào)起來了；接著，愛因斯坦想把引力現(xiàn)象也納入狹義相對論的范疇．他作了初步嘗試后發(fā)現(xiàn)：物體的質(zhì)量是它所含能量的量度，若物體的能量改變￡，那么質(zhì)量也要改變s／c．按這個結(jié)論，物體的慣性質(zhì)量將隨其能量而變，落體的加速度同它的水平速度或者物體的內(nèi)能有關(guān)．這不符合實驗事實：在引力場中的一切物體都具有同一加速度1907年，愛因斯坦已經(jīng)認識到：“在狹義相對論的框架里，是不可能有令人滿意的引力理論．”2廣義相對論兩個基本原理的提出對于慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量，通過伽利略、牛頓、Bessel等所進行的實驗研究，尤其
5、是著名的Etitv~s扭擺實驗，使人們得出結(jié)論：慣性質(zhì)量恒等于引力質(zhì)量．愛因斯坦決心以慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等這一事實出發(fā)，尋求新的引力理論．在進一步認識了慣性力的本質(zhì)是非慣性系加速度的反映之后，1907年，愛因斯坦在《關(guān)于相對論原理和由此得出的結(jié)論》一文中，首次提出了等效原理的假設(shè)：“引力場同參照系相當?shù)募铀俣仍谖锢砩贤耆葍r．”他說：“這個假說的啟發(fā)性意義在于，它允許用一個均勻加速參照系來代替一個均勻引力場，而均勻加速參照系這種情況，從理論研究的觀點看來，在一定程度上是可以接受的．”在上述文章中，愛因斯坦又把狹義相對性原理作了相應的推廣，第一次正式提出：“迄今為止，我們只把相對性原理，
6、即認為自然規(guī)律同參照系的狀況無關(guān)這一假設(shè)應用于非加速參照系．是否可以設(shè)想．相對性運動原理對于相互做加速運動的參照系也仍然成立?”他還利用均勻加速參照系與均勻引力場的等效性，研究了引力場對時空的影響．收稿日期：2000．10．18作者簡介：劉漢忠(1948一)，男，山東濟寧人，濟寧師專副教授維普資訊http://www.cqvip.com92臨沂師范學院學報第22卷3時空“柔性”度規(guī)概念的建立狹義相對論對于絕對時空觀給予了有力的沖擊，克服了同時性的絕對性及時間間隔與空間長度的測量與參照系運動狀態(tài)無關(guān)的傳統(tǒng)觀念．但是，在同一參照系中，仍保持著統(tǒng)一的時間和長度的測量標準，即具有剛性的尺和同步的
7、鐘．空間長度、時間間隔的測量，通常與坐標差對應．然而，根據(jù)等效原理及加速度運動的相對論，對于物理定律來說，不能僅限于滿足洛侖茲變換的協(xié)變性(這對應于速度的相對性)，而應擴大為更普遍的非線性變換協(xié)變性(這對應著加速度的相對性以及與引力場之間的等效性)，即應把洛侖茲變換推廣為非線性變換．愛因斯坦在談到當時的認識情況時曾寫道：“接受了等效原理所要求的非線性變換，對于坐標的簡單的物理解釋無可避免是致命的——那就是說，不能再要求：坐標差應當表
