廣義相對論（General Relativity） 描寫物質(zhì)間 引力相互作用的理論。其基礎有A. 愛因斯坦于1915年完成，1916年正式發(fā)表。這一理論首次把引力場 解釋成時空的 彎曲。下面是小編為你帶來的廣義相對論課件 ，歡迎閱讀。

概念介紹

　　黑洞

　　愛因斯坦的廣義相對論理論在 天體物理學中有著非常重要的應用：它直接推導出某些大質(zhì)量恒星會終結(jié)為一個 黑洞——時空中的某些區(qū)域發(fā)生極度的扭曲以至于連光都無法逸出；而多大質(zhì)量的恒星會塌陷為黑洞則是印裔物理學家 錢德拉塞卡的功勞—— 錢德拉塞卡極限（ 白矮星的質(zhì)量上限）。

　　引力透像

　　有證據(jù)表明 恒星質(zhì)量黑洞以及 超大質(zhì)量黑洞是某些天體例如 活動星系核和 微類星體發(fā)射高強度輻射的直接成因。光線在引力場中的偏折會形成 引力透鏡現(xiàn)象，這使得人們能夠觀察到處于遙遠位置的同一個天體的多個成像。

　　引力波

　　廣義相對論還預言了 引力波的存在（愛因斯坦于1918年寫的論文《論引力波》），現(xiàn)已被直接觀測所 證實。此外,廣義相對論還是現(xiàn)代 宇宙學的 膨脹宇宙模型的理論基礎。 [2]

　　時空關(guān)系

　　19世紀末由于牛頓力學和（蘇格蘭數(shù)學家） 麥克斯韋（1831~1879年） 電磁理論趨于完善，一些物理學家認為“物理學的發(fā)展實際上已經(jīng)結(jié)束”，但當人們運用 伽利略變換解釋光的傳播等問題時，發(fā)現(xiàn)一系列尖銳矛盾，對經(jīng)典時空觀產(chǎn)生疑問。愛因斯坦對這些問題，提出物理學中新的 時空觀，建立了可與光速相比擬的高速運動物體的規(guī)律，創(chuàng)立相對論。 狹義相對論提出兩條基本原理。（1） 光速不變原理：即在任何 慣性系中， 真空中 光速c都相同，為299,792,458m/s，與光源及觀察者的運動狀況無關(guān)。（2） 狹義相對性原理：是指物理學的基本定律乃至自然規(guī)律，對所有慣性參考系來說都相同。

　　愛因斯坦的第二種相對性理論（1916年）。該理論認為引力是由空間——時間彎曲的幾何效應（也就是，不僅考慮空間中的點之間，而是考慮在空間和時間中的點之間距離的幾何）的畸變引起的，因而引力場影響時間和距離的測量。 [3]

　　萬有引力

　　廣義相對論：是一種關(guān)于萬有引力本質(zhì)的理論。愛因斯坦曾經(jīng)一度試圖把萬有引力定律納入相對論的框架，幾經(jīng)失敗后，他終于認識到，狹義相對論容納不了萬有引力定律。于是，他將狹義相對性原理推廣到廣義相對性，又利用在局部 慣性系中萬有引力與 慣性力等效的原理，建立了用彎曲時空的 黎曼幾何描述引力的廣義相對論理論。

　　狹義相對論

　　狹義相對論與廣義相對論：狹義相對論只適用于慣性系，它的時空背景是平直的四維時空，而廣義相對論則適用于包括非慣性系在內(nèi)的一切參考系，它的時空背景是彎曲的黎曼時空。

物理應用

　　引力透鏡

　　愛因斯坦十字：同一個天體在引力透鏡效應下的四個成像

　　引力場中光線的偏折效應是一類新的天文現(xiàn)象的原因。當觀測者與遙遠的觀測天體之間

　　還存在有一個大質(zhì)量天體，當觀測天體的質(zhì)量和相對距離合適時觀測者會看到多個扭曲的天體成像，這種效應被稱作引力透鏡。受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、尺寸和質(zhì)量分布的影響，成像可以是多個，甚至可以形成被稱作*因斯坦環(huán)的圓環(huán)，或者圓環(huán)的一部分弧。最早的引力透鏡效應是在1979年發(fā)現(xiàn)的，至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過一百個引力透鏡。即使這些成像彼此非常接近以至于無法分辨——這種情形被稱作微引力透鏡——這種效應仍然可通過觀測總光強變化測量到，很多微引力透鏡也已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。

　　引力波

　　藝術(shù)家的構(gòu)想圖：激光空間干涉引力波探測器LISA對脈沖雙星的觀測是間接證實引力波存在的有力證據(jù)（參見上文軌道衰減一節(jié)）。已經(jīng)有相當數(shù)量的地面引力波探測器投入運行，最著名的是GEO600、 LIGO（包括三架激光干涉引力波探測器）、TAMA300和VIRGO；而美國和歐洲合作的空間激光干涉探測器LISA正處于開發(fā)階段，其先行測試計劃LISA探路者（LISAPathfinder）于2009年底之前正式發(fā)射升空。

　　美國科研人員2016年2月11日宣布，他們利用激光干涉引力波天文臺(LIGO)于去年9月首次探測到引力波。 研究人員宣布，當兩個黑洞于約13億年前碰撞，兩個巨大質(zhì)量結(jié)合所傳送出的擾動，于2015年9月14日抵達地球，被地球上的精密儀器偵測到。證實了愛因斯坦100年前所做的預測。

　　對引力波的探測將在很大程度上擴展基于電磁波觀測的傳統(tǒng)觀測天文學的視野，人們能夠通過探測到的引力波信號了解到其波源的信息。這些從未被真正了解過的信息可能來自于 黑洞、 中子星或 白矮星等致密星體，可能來自于某些 超新星爆發(fā)，甚至可能來自宇宙誕生極早期的暴漲時代的'某些烙印，例如假想的 宇宙弦。

　　黑洞和其它

　　基于廣義相對論理論的計算機模擬一顆恒星坍縮為黑洞并釋放出引力波的過程廣義相對論預言了黑洞的存在，即當一個星體足夠致密時，其引力使得時空中的一塊區(qū)域極端扭曲以至于光都無法逸出。在當前被廣為接受的恒星演化模型中，一般認為大質(zhì)量恒星演化的最終階段的情形包括1.4倍左右太陽質(zhì)量的恒星演化為中子星，而數(shù)倍至幾十倍太陽質(zhì)量的恒星演化為恒星質(zhì)量黑洞。具有幾百萬倍至幾十億倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞被認為定律性地存在于每個星系的中心，一般認為它們的存在對于星系及更大的宇宙尺度結(jié)構(gòu)的形成具有重要作用。

　　在天文學上 致密星體的最重要屬性之一是它們能夠極有效率地將引力能量轉(zhuǎn)換為電磁輻射。恒星質(zhì)量黑洞或超大質(zhì)量黑洞對 星際氣體和塵埃的吸積過程被認為是某些非常明亮的天體的形成機制，著名且多樣的例子包括星系尺度的 活動星系核以及恒星尺度的 微類星體。在某些特定場合下吸積過程會在這些天體中激發(fā)強度極強的相對論性 噴流，這是一種噴射速度可接近光速的且方向性極強的高能等離子束。在對這些現(xiàn)象進行建立模型的過程中廣義相對論都起到了關(guān)鍵作用，而實驗觀測也為支持黑洞的存在以及廣義相對論做出的種種預言提供了有力證據(jù)。