简单描述一下广义相对论

2025-03-28 07:34:36

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回答1：

相对论是一种哲学思想，总的意思是一切事物都是相对的、对立统一的形式存在的。比如没的长就无所谓短，没有大就无所谓小，没有高就无所谓低，没有多就无所谓少。一张纸无论多薄，没有正面的同时就没有背面。单独说一个数值是没有意义的，比如单独说1千米，没有长或短的概念。但是要和一光年比，就短得可以忽略，要和电子的直径比就是个天文数字。

我们平时说的相对论一般是指相对论物理学（也叫爱因斯坦相对论）。是把相对论的哲学思想与物理学相结合形成的可以适应更广泛领域的物理学理论。

相对论物理学的基础是：经典物理学的基本理论、光速不变原理、相对性原理。

相对论中一个非常重要的概念就是速度。相对论中的速度与经典物理学中的速度是不完全相同的概念。这一点非常重要，是理解相对论的关键所在。
经典物理学中的速度是指：质点在单位时间内移动的距离。里面没有说相对谁的距离。
在相对论中的速度则是指：两个点之间的相对距离的变化率，这里强调了是两个点。在相对论中，单独一个物体不存在速度。任何速度必须有确定的参照系。

我们可以发现，在经典物理学中经常可以说某个物体的速度是多少，但是在相对论中，不存在这样的表达，必须是某个物体相对某个物体的速度是多少。

想象一下就会发现速度这个概念的真正含义。假设宇宙中只有一个物体，没有任何其他的物体了，那么在这个物体上就像在一个封闭的空间一样，不会感觉物体自身有任何运动。就像我们在地球上如果没有太阳月亮星星，我们不可能感觉地球在运动。

如果宇宙中有两个物体，那么就有了两个物体的相对速度，就算两个物体相对是静止的，那也有相对速度的概念，只不过相对速度是0。

相对速度只限于两个质点之间的距离变化率，与第三者无关。这一点决定了速度是不能直接线性叠加的。当然刚说到这里我们还不能证明速度不能线性叠加，这要在我们了解了空间的概念后才能理解。

空间的概念三两句话说不清楚，我们先不理会这个概念，直接来看一下洛伦兹变换显示的速度不能直接叠加的原因。

上图中A是相对O以速度v运动的惯性系。B是A上的一点。
在A运动到与O重合的时刻，一光子从A射向B。
在A看，光子的路径是ct' ，在O看，光子的路径是ct 并且在t 时间内A 移动了vt的距离。
三个长度的关系是：(ct') ＋(vt) ＝(ct)
解出t' 就得到了：t'＝t×√(1－v /c )
这就是狭义相对论中必须记住的公式，洛伦兹变换（√(1－v /c )也叫相对论因子）。

从t'＝t×√(1－v /c ) 这个公式看，直接的印象是运动的系统上的时间变慢了。但是要注意的恰恰是前面说过的，在相对论中不存在单独一个物体的运动，只有两个物体的相对运动。因为事实上我们完全可以把A当参照系，说O在运动。

现在我们必须理解：A相对O的运动速度是v，O相对A的运动速度必然也是v。就像我和你的距离是S，你和我的距离也必然是S一样。但是两个时间却存在着换算关系。因此：A与O之间的距离在不同系统上看到的结果就不一样了：在A上看是S‘＝vt'，在O上看则是S＝vt，S’/S＝t'/t，S'＝S×√(1－v /c )。

这是不是和前面说的我看你的距离是S，你看我的距离也必然是S相悖了呢？不是。前面说的距离必然相等是指相对速度是0的情况，现在是两个系统的相对速度不是0的情况。

从上面的图可以看出来：速度v影响了什么？只对O的观测值ct有影响，对ct'没有任何影响。实际上t 是因为A相对O有速度才变快（数值变大）了。无论速度v是多少，对A上的观测值ct'没有任何影响，也就是说t' 并没有改变。因此洛伦兹因子√(1－v /c )修正的是O的观测值，使之与A的观测值相等。
同样的，也是由于相对速度的原因，使O观测到的A走过的距离vt要比A实际走过的距离vt'长。

现在再回到速度不能叠加的问题上。
假如高速运动的火车上有人打乒乓球，地面上有人在看。球与火车的相对速度是以火车上的时间为标准的v1，地面人看火车的速度是以地面上的时间为标准的v2，两个时间标准不同，怎么可以直接线性叠加呢？所以人相对乒乓球的速度不能用v1＋v2来计算。

这就是狭义相对论的主要内容，解决了不同系统上的时间和距离的换算问题。

但是也许你发现了，前面的公式为什么和我们平时用的换算公式不同？哪个是对的？
这里说明一下：洛伦兹因子的推导是建立在时间处处均匀的条件下的，从图上可以看到，A从O所在位置移动到vt'的位置是需要时间的，而A在vt'位置处的信息传递到O处时，光需要一定的时间，因此，O上观测到的时间必须是在变换的基础上加上距离带来的光程差。
可以说，洛伦兹变换实际上是一个微分概念上的变换，是消除了光程差后的纯变换。但是宏观上只要有距离就一定有光程差，因此，没有光程差的可能性就必须是t无限短，t→0时，

回答2：

无法完全求解的广义相对论

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