301、廣義相對論（二）grace科學女神

《初識『廣義相對論』》 

簡介『廣義相對論』——學習筆記 

『廣相』把時空描述成一張鬆軟的床墊，物質和能量就像一個睡不醒的人或物件，沉重的物件把時空壓彎了，從而形成重力效應，這些效應，迫使光束、下落的蘋果等林林總總，在穿越空間時，走出一道道彎曲的路徑。自科學革命興起牛頓發現重力以來，科學家、哲學家都把時空當作舞台，各種物質和能量都是演員，物質和能量在舞台上闊步行走。而有了『廣相』之後，舞台突然動起來。時空可以被彎曲，時空會像聖誕老人的肚子一樣地晃動，並射出一波又一波的引力波，時空也像料理機的麵糰一樣會形成旋渦……。

一、 從狹義到廣義相對論 

狹義相對論建立后，對物理學起了很大作用， 

並且這種理論能深入量子領域， 

成為研究高速粒子的組成部分， 

但是狹義相對論，在取得成就的同時， 

發現仍有問題沒解決。例如， 

由「慣性系」( 即靜止或勻速運動系) 引起的難題： 

狹義相對論，拋棄了絕對 時空觀， 

但這個「慣性系」，在現實中卻成了被架空的概念 

（「慣性系」，只在物體保持靜止 

       或作勻速直線運動時才成立）， 

在現實中，狹義相對論的適用範圍受到限止。 

在我們的宇宙中，只能找到近似慣性系， 

難以找到真正意義的慣性系。 

愛因斯坦為解決上述問題花了10時間。 

愛因斯坦在深入研究了慣性力和引力后， 

提出二者「等效的原理」。最後，愛因斯坦創立了 

由「引力場方程」為代表的廣義相對論 （即一般相對論） 。 

複習（1）

物理學最早變換，是伽利略變換。

伽利略變換，只是空間坐標的變換，與時間無關！

但是在把電和磁統一成一組方程后，發現：

光速可以從方程算出來，光速是個常量，

通過光速不變，會推導出高速運動的

時間膨脹、空間收縮和質能公式

及時間和空間是個整體等概念。 

複習（2）

質量如何轉為能量，參看下圖：

二、廣義相對論概述

廣義相對論，要比狹義相對論難。 

尤其是廣義相對論的現代部分 

（即對引力本質的進一步探討）， 

其間充滿為常人所不熟悉的內容， 

什麼熵力、焓、熱力學定律、麥克斯威妖、 

自由能、吉布斯自由能、亥姆霍茲自由能， 

旋轉坐標系、函數、導數、 

微分、積分、黎曼幾何等， 

一群不速之客，紛沓而至， 

光是這些概念就令人應接不暇了， 

更不要說其間所含眾多公式定理了。 

面對難題一籌莫展…… 

人說，廣義相對論包含了現代人的思維因素， 

這使我們不得不『見招-拆招』了， 

所謂：

學海長雲掩高山，冰火百戰透金甲， 

清凈無為心為學，心心學罄無盡時……。

（一）概述 

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