廣義相對論與狹義相對論的區別是什麼?

時間 2021-07-06 13:44:03

1樓:無形枷鎖

狹義相對論描術的是慣性系物體遠動。

由兩個基本假設,物理定律在慣性系不變,光速在參考係中速度恆定。

從而推理出,時間膨脹,空間縮短。

廣義相對論先是把理論拓展到所有運動系

之前相對論只適應於慣性系,太過於理想化。

不僅如此,廣義相對論用等效原理,把引力和加速度等價。

也就是說,廣義相對論不只描述運動系,還包括引力,宇宙維度,天體物理。

2樓:鹽選科普

不那麼客觀地說,「相對論」算世界上最難的三個字之一。怎麼形容它的恐怖程度呢?你上一次被三個字嚇到,可能還是你的學生時代——

如果非要給狹義和廣義,加上乙個恐怖程度的區分,那分別是——

好了,廢話少說,咱們直奔主題,啃一啃這個難題。

相對論到底是幹啥的?

首先你得掌握乙個大前提:知道相對論為什麼難。

因為在相對論的世界裡,你跟盲人沒啥區別。

我們知道,物理學家這個物種,腦殼裡有著豐富的想法,他們能想到你想不到的、看到你看不到的。比如在他們眼裡,世界有三個尺度:

咱們只能感受到中間這個尺度,其他兩個太小或太大,接觸不到,所以很難被理解。

不過不用怕,跟著混子哥飛到科學最高處,非常通俗粗略地概括一下。

狹義相對論主要說的是:你跑得越快,衰老得越慢。

廣義相對論主要聊的是:

引力不存在,其實是時空被某種東西扭曲了……

咱們展開講講。

一、狹義相對論

在愛因斯坦之前,大家都覺得,時間和空間老公平了,對誰都一樣,一天就是一天,一公尺就是一公尺,誰也不多誰也不少。

這叫絕對時間和絕對空間。

牛頓的那些理論,就是建立在絕對時間和絕對空間的基礎上。

結果愛因斯坦出來反駁了:

每個人都有自己的時間。

這句話怎麼理解?

混子哥總結了一句不那麼嚴謹但方便你理解的話:

光速在任何時候都是不變的。

嚴謹地說,應該是在任何慣性參考係下光速都是不變的,大概就是說在勻速直線運動和靜止狀態下,光速不變。

這是狹義相對論的基礎前提。了解個大概就行。

如果你書讀得少,我來告訴你這句話啥意思。假設阿貓在車上開啟手電筒,

阿狗在車外面看著。

光從手電筒射到車廂上,阿貓看到的光速,和路邊阿狗看到的光速是一模一樣的!

但按照常理,阿狗看到的光速應該是這樣的:

3樓:樂樂

這裡只能簡單介紹一下相對論,稍微了解一下這個理論的一些基本內容。在二十世紀初,愛因斯坦相繼創立了狹義相對論和廣義相對論,給經典物理學帶來了變革,翻開了現代物理學的全新篇章。

在經典物理學中,時空是絕對的,但狹義相對論指出時空是相對的。狹義相對論有兩大基礎:其一是相對性原理,物理定律在所有的慣性系中都是相同的;其二是光速不變原理,光速在所有的慣性系中保持乙個恆定常數。

由此可以得出幾大推論:

1)動尺變短

如果一根尺子以一定的速度運動,則觀察者將會測量到這根尺子變得比靜止的時候更短。

2)動鐘變慢

如果乙個時鐘以一定的速度運動,則在它之上的時間流逝速度將會變慢。如果與靜止的時鐘相比,運動時鐘走得更慢。狹義相對論的時間膨脹效應表明,物體運動速度越快,時間流逝就越慢。

這個效應已在實驗中得到證實,而且還被應用於全球定位系統。

3)質能方程

從狹義相對論中還能匯出著名的質能方程E=mc^2,這個公式揭示了質量和能量可以互相轉換,它也是核反應的理論基礎。

廣義相對論主要與引力有關,它揭示了引力的本質——即引力是物體彎曲時空的結果。物體的質量越大,扭曲時空就越顯著,表現出的引力作用就越強。廣義相對論預言了諸多現象:

1)黑洞

如果物體的質量大到一定程度,它會極度扭曲時空,以至於連光都無法從中逃逸出來,這就是黑洞。

2)廣義相對論的時間膨脹效應

時空扭曲的程度還會影響時間的流逝速度。時空扭曲越顯著,引力場越強,時間流逝速度就越慢。這個效應已在實驗中得到證實,而且還被應用於全球定位系統。

3)引力波

兩個大質量天體互相接觸,會在時空中產生顯著的漣漪,它以光速向外傳播,這就是引力波。在去年年初,引力波已經被直接探測到。

簡而言之,廣義相對論可以借用著名物理學家約翰·惠勒的一句名言來概述:物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。

以上是關於狹義相對論和廣義相對論的簡單介紹,想要深入了解可以去看一些相關專著,或者直接去拜讀愛因斯坦的原著。

4樓:小咖啡

諸多回答均是從黎曼曲率張量是否為0(即時空是否彎曲),來解釋廣義相對論和狹義相對論的區別

這是正確的,但這種解釋適合於給已經系統學過廣義相對論以後的人

對於初學者或者只看過科普的,不適合,也不會理解

因為樓主原話說是「相對論和時間簡史引發的問題」,我估計樓主還只看過科普

所以要解釋,最好從狹義相對論到廣義相對論的建立過程來講,或者愛因斯坦的研究思路順序來講,更容易令人理解

廣義相對論和狹義相對論在物理上是什麼理念? - 小咖啡的回答 - 知乎

廣義相對論和狹義相對論在物理上是什麼理念?

另外,我看有樓層在爭論「曲率不存在和曲率等於0是兩回事」,可能是語義習慣,有人說的「曲率不存在」應該指的就是曲率為0的意思,當然 @盧健龍 說數學上不存在和等於0是兩回事,這是對的,我意思是說「曲率不存在」這句話的人想表達的意思應該就是「曲率等於0」。因為不管語義如何,廣義相對論和狹義相對論分界線在於 是否等於0,這是毫無爭議的

但是, @悟性無明 進一步舉例說「奇點處需要強調曲率不存在」,這種說法是錯的。首先,奇點,是廣義相對論的奇點,而不是像某些科幻科普誤導性的說法「奇點是不存在物理定律的區域」「奇點處一切物理定律都崩潰」,簡單說是指廣相沒有能力描述黑洞中心區域,並不能體現這個地方時空到底有沒有曲率,因為奇點僅僅體現廣相不完備,但不代表不會出現其他理論來完備描述它,其他理論對其的描述有可能匯出它不僅存在曲率,而且還能匯出等不等於0。

5樓:陳弘煦

狹義相對論是時空的運動學;廣義相對論是時空的動力學。

狹義相對論裡的時空平坦(即,「剛性」的絕對時空);廣義相對論裡的時空未必平坦(即,局域作用的慣性-重力場)。

狹義相對論無法自洽地描述滿足等效原理的重力現象(直接的原因是,光速不變原理在重力系統當中被破壞而只能在局域上成立,全域慣性系不復存在並且迫使時空彎曲) ;廣義相對論自然地內蘊了重力現象。

6樓:

「廣義」「與狹義」的區別在於相對性原理的適用範圍和隨之匯出的結論的區別。狹義相對論中相對性原理要求的是在平直時空(曲率為0的閔式度規)中,物理量之間的等式/不等式不隨測量所在參考係變化,換句話說就是物理概念之間的關係是一定的,其匯出結論就是物理量都必須是滿足洛倫茲協變的矩陣,而L氏變換矩陣為啥是這幾個數歸根結底還是度規+光速不變決定的。

廣義相對性也作廣義協變原理,則要求物理概念之間的關係式在任意時空度規下不隨參考係變化。其匯出結論就是物理量必須是(廣義)張量,滿足特定的幾個運算法則,當然狹相中滿足L氏協變的矩陣也滿足這個要求。那麼L氏變換在廣相下的對應物是什麼呢?

是乙個廣義的變換族。邏輯是這麼個邏輯: 我們的目的是在非平直時空下做從座標系a到b各物理量的變換,現在這些變換的關係是和倆座標系所處的情景下的時空度規的分布,所謂geometry,有關的。

在具體分析問題前我們是不知道geometry的,但是所幸無論何種geometry,得出的變換關係都屬於乙個變換族,愛因斯坦就說只要物理量都是張量的公式,就一定可以滿足,變換族裡任意乙個變換作用其上,公式形式不變。對於這個假設,以及對於廣義協變的適用範圍的質疑,處在超越廣相的研究範疇內。

說回來,那麼所謂的「狹」就狹在,給定了乙個特殊的geometry(平直時空處處度規一樣為閔式度規)結合光速不變,得出了變換族的乙個特殊變換(洛倫茲變換),進而要求物理量為滿足該特殊變換的一類特殊張量(滿足L氏協變的矩陣)。

不恰當地單單用空間形象一下,知道路徑和每一點的度規就能做標架變換,但無論如何,標架變換一定是滿足特定一些屬性的變換族中的一員。

7樓:悟性無明

反對 @盧健龍 的回答,學數學學傻了。

「沒有加速度」 和 「加速度為0」 意思是不是相同的?

does not exist 是你自己的錯誤翻譯,「沒有曲率」 完全可以翻譯成 there is no curvature,也就是曲率為0的意思。反倒是對於時空中的奇點處,需要強調 「曲率不存在」,說成 「沒有曲率」 反倒是不適合的。

此外,物理學中 」引力「 一詞通常是在力學的範疇下使用的,廣義相對論採用幾何的語言描述引力現象,是一種突破傳統的做法,因此我們要格外強調 」時空彎曲「 導致了 」引力「。並且,廣義相對論只是描述引力的理論框架之一,既不是完備的理論也不是唯一的理論,把引力直接等同於時空彎曲並不是在任何場合下都適合的說法。

8樓:UsernameRedacted

狹義相對論其實就是廣義相對論中的一種特殊情況,即metric tensor取Minkowski metric的情況(不考慮test particle和photon的stress-energy tensor)。

9樓:梅路艾姆

狹義相對論:物體在時空運動時,合速度是光速。如果在空間運動快了,在時間維上的運動就變慢了。所以物體在空間運動的速度越快,他所經歷的時間就越慢。

廣義相對論:物質的質量越大,體積越小(既密度越大),它對時空的扭曲就越大。時空被扭曲後,被扭曲得小的地方相對扭曲得大的地方會有一種勢能,我們稱之為重力勢能。

小白拋磚引玉,望大神指正。

10樓:盧健龍

反對@Porcre Lee有誤導性的回答。

第一,狹義相對論中的時空並不是「沒有曲率」,而是曲率為零。時空彎曲與否對應的不是有無曲率,而是曲率的數值。在數學和物理學中,「不存在」和「存在但為零」是完全不一樣的,比如對於乙個一般的集合,我們無法定義曲率,此時才能說曲率不存在。

但Minkowski時空是可以定義曲率的。

第二,嚴格上來說,狹義相對論與廣義相對論的根本區別並不是所謂的「時空是不是彎的」。廣義相對論處理的是比平直的Minkowski時空更一般的流形,其中也包含著平直的Minkowski時空這種特殊情況。因此我們只能說狹義相對論所處理的時空是廣義相對論所處理的更一般的時空在曲率為零時的特殊情況。

第三,「是否存在引力」、「平直時空與彎曲時空」說的都是同乙個東西,只是前者更偏向物理味道,後者更偏向數學味道,並不存在後者比前者更本質這種說法。

廣義相對論在哪些方面突破了狹義相對論?

自學生 我發現了自身生命時間的研究學習經驗,都是一對一環扣一環拉力重力壓力的鏈結時間模型。任何什麼研究經驗理論,都是一環扣一環正中時間統一標準原理系統模型。 其他回答都很數學,估計題主應該是希望科普一下。我來科普一下。第一點 首先我們要了解,物理學中,或者說數學中,對稱是什麼意思。對稱,比如圓形,就...

狹義相對論的發現比廣義相對論的發現還重要嗎?

只是基礎而已。說點別的 牛頓的經典物理學也是乙個概念但是過時了,之後相對論也是乙個概念,量子理論也是乙個概念,兩者都和牛頓經典力學一樣有過時的時候,目前愛因斯坦解釋質能方程的時候很簡略的說光是特殊的,但是都知道光也是一種物質,也就是說應該對應質能方程,也就是說愛因斯坦掩蓋了真相,沒有證明為什麼,因為...

如何學好狹義相對論?

李德甲 就狹義相對論而言,我總結如下幾點 1 從時間 空間的思維轉變到時空的思維。譬如靜止的物體,在空間中軌跡是乙個點,運動的物體,在空間中軌跡是一條線,點跟線是完全不同的影象。但是如果換到時空思維,那麼靜止的物體在時空中也是一條線,跟運動的物體是沒有本質上的區別的。再譬如,在空間中一根桿子是有長度...