广义相对论与引力波

广义相对论与引力波

如果你觉得对道理分不清楚，说明你进步了。伽利略、牛顿：分不清静止和匀速直线运动状态狭义相对论：分不清绝对静止空间和一般惯性系广义相对论：分不清重力和加速度量子力学：测不准位置和速度超弦：本质上你们都是虚无相对性原理物理学进步的阶梯

伽利略相对性原理尚书纬·考灵曜：地恒动而人不知，譬如闭舟而行不觉舟之运也。在平稳行驶的大船内做的物理实验，与地面上做的物理实验，结果完全一样。我们不知道自己是否在平稳地运动还是静止。不同的参考系中，位置、速度是不一样的，因此需要做参考系变换，经过变换，物理定律在不同的参考系中具有相同的形式。伽利略变换——速度叠加定律

牛顿的发现不受力=静止或匀速直线运动受力=加速运动万有引力行星轨道、潮汐、地球进动、海王星

牛顿的绝对时空观在不平稳运行的大船中，观察到不受力的物体做加速运动，据此可以推测出参考系本身在做加速运动。相对性原理只适用于一种特殊的参考系：惯性系。如何定义惯性系？

牛顿的绝对时空观牛顿的水桶实验：水桶里的水旋转，水面下凹，水面下凹是由于水的旋转运动引起的，那么水相对于谁运动引起了水面下凹呢？肯定不是桶也不完全是地面好像太阳也不正确是一种绝对不动的东西牛顿认为，虽然静止和匀速直线运动是相对的，但加速运动是绝对的，绝对的加速运动相对于一个绝对静止的参考系。相对这个绝对静止的参考系静止或匀速直线运动的参考系都是惯性系。

以太参考系光是一种波，波的传播需要介质，这种介质充满了整个宇宙——以太。19世纪以太物理学大发展，从以太静止不动，不参与任何运动的假设出发，完美地解释了光的波动现象。麦克斯韦认为有一种电磁以太传递磁场变化，麦克斯韦推导出电磁波波动方程，电磁波速就是光速，电磁以太就是发光以太。以太静止不动正好对应于牛顿的绝对静止空间，找到了以太就证明了牛顿的绝对时空观。

狭义相对论以太参考系并不存在：除了光需要传播介质外，其他地方的计算不需要用到以太。以太参考系可以看做是一个引导人类思考的辅助工具，不是必须的条件。与相对性原理矛盾。测不出地球相对于以太参考系的速度。摒弃了以太参考系，就必须解释光速到底是相对谁的速度。爱因斯坦：相对所有惯性系

狭义相对论对于同一束光，不管是在地面上站着的人还是坐飞机高速飞行的人，测出来的速度是一样的。承认两个人的测量结果都正确，就必须承认他们的时间和空间尺度是不一样的。爱因斯坦：同时是相对的，不同参照系之间无法多次较对时间。时间和空间不是相互独立的两个维度。时空间隔是参考系变换中的不变量：参考系变换由伽利略变换改为洛伦兹变换，在洛伦兹变换下，相对性原理仍然成立。

狭义相对论狭义相对论否定了绝对时空，同时也否定了惯性系的定义。但它自己就是建立在惯性系上。如何定义惯性系？不受力无非就是测量物体有没有受到电磁力而已

万有引力物体m在引力场中运动：为什么可以约去m→惯性质量=引力质量（实验证实）物体在引力场中的运动与它自己本身的性质毫无关系，与当时所知的其他力的力学效应都不同与空间的（几何）性质有关

广义相对论爱因斯坦的电梯实验无法区分是在重力场中静止还是在加速运动中，非惯性系被等效为重力场中的惯性系。光在加速运动中走了曲线，但光永远走最短的路线，所以不是光弯曲了，而是时空弯曲了。

黎曼几何欧几里得：哥从五大公设出发推导出全世界其他人：第五公设太丑了，但我证明不了它过直线外一点有且只有一条直线与该直线平行罗巴切夫斯基：哥给你改一下也能推导出全世界过直线外一点有两条或以上的线与该直线平行黎曼：那我这么改也可以推导出全世界过直线外一点没有任何直线与该直线平行

微分几何引力等效于惯性力，只是在微观上成立，从全局看上引力是向心力，在不同的位置有不同的大小和方向，等效于不同的惯性力。借助黎曼几何，爱因斯坦将加速运动写成了时空弯曲，惯性力就是时空的曲率。在一点的邻域内，用几何方法展开，求得局部区域的几何性质。再对全空间积分，即可描述出全空间的几何性质。

广义相对论时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。时空弯曲的例子：行星轨道：时空弯曲的例子：潮汐

广义相对论对牛顿木桶实验的回答：马赫：水相对于全宇宙的物质（星空背景）转动爱因斯坦：水相对于它所在的时空转动如何定义惯性系？平直时空所有参考系都是惯性系

广义相对论广义相对论的时空中，仍然满足光速不变定律，造就了广义相对论与牛顿力学的不同。引力红移引力场造成光线弯曲的折角水星进动卫星信号的时间延迟

引力波可以把时空看作连续介质，引力在这个介质中传播。引力波产生的条件是系统具有四极距快速旋转的非球对称致密天体形状不对称的超新星爆发相互绕转的致密双星致密双星合并

引力波的测量引力波给一个人带来身高上的变化大约有10E-21米，是质子半径的百万分之一激光干涉仪：测量干涉条纹

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