广义相对论是狭义相对论的发展,它实质上是一种引力理论,把几何学和物理学统一起来,用空间结构的几何性质来表述引力场,使得非欧几何学获得了实际的物理意义。
德国物理学家爱因斯坦(A.Einstein,1879-1955)1905年发表狭义相对论后,世界范围内充满了质疑的声音,而他本人却已开始了新的探索。
1907年,爱因斯坦提出是否可以将相对性原理由非加速参考系进一步推广到加速参考系?而引力场是研究加速参考系最便捷的途径。为此,他提出了等效原理——可以用一个均匀加速的参照系来代替一个均匀的引力场。但是要建立引力理论,运用传统的欧几里德几何学是远远不够的。最终爱因斯坦找到了由德国数学家高斯和黎曼刚刚建立半个多世纪的曲面几何学。1916年初,他发表了《广义相对论的基础》。
广义相对论提出了“空间弯曲”的概念,即物质的存在和运动会使空间变形。据此,爱因斯坦提出了三个预言:水星近日点每百年向前移动43角秒;光线掠过太阳边缘时会发生1.75角秒的偏折;光谱在引力场中会发生红移。这三个预言均被天文学家的观测所证实,从而验证了广义相对论的科学性。
20世纪的诸多天文学成果,如白矮星、脉冲星、类星体的发现和黑洞、宇宙起源大爆炸理论的提出,无不得益于广义相对论。广义相对论与狭义相对论一道变革了近300年来的物理学时空观,它以崭新的时空观建立起全新的物理学知识体系,不仅把人类对自然的认识提升到一个新的高度,而且深深地影响了人们的思维方式和世界观。
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