Теория относительности Скачать
презентацию
<<  Общая и специальная теории относительности Общая теория относительности Эйнштейна  >>
Физические основы механики
Физические основы механики
Понятие кривизны пространства
Понятие кривизны пространства
Минковский
Минковский
Чандра
Чандра
Ч е р н ы е д ы р ы
Ч е р н ы е д ы р ы
Черные дыры – самые загадочные явления во Вселенной
Черные дыры – самые загадочные явления во Вселенной
Компьютерный анализ вращения звезд
Компьютерный анализ вращения звезд
Галактика с активным ядром
Галактика с активным ядром
1998 г
1998 г
1998 г
1998 г
Оценку массы ЧД производят по скорости звезд
Оценку массы ЧД производят по скорости звезд
Черная дыра
Черная дыра
Схема строения нашей галактики
Схема строения нашей галактики
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Необычные объекты
Необычные объекты
Необычные объекты
Необычные объекты
Период вращения Земли
Период вращения Земли
ОТО предполагает наличие во Вселенной черных дыр
ОТО предполагает наличие во Вселенной черных дыр
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Общая теория относительности
Голубая звезда отдает вещество черной дыре
Голубая звезда отдает вещество черной дыре
Сингулярность
Сингулярность
Сингулярность
Сингулярность
Сингулярность
Сингулярность
Решение Шварцшильда
Решение Шварцшильда
Решение Шварцшильда
Решение Шварцшильда
Решение Шварцшильда
Решение Шварцшильда
Решение Шварцшильда
Решение Шварцшильда
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Понятие «средней плотности» чёрной дыры
Карл Шварцшильд
Карл Шварцшильд
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Радиус Шварцшильда
Два типа чёрных дыр
Два типа чёрных дыр
Два типа чёрных дыр
Два типа чёрных дыр
Два типа чёрных дыр
Два типа чёрных дыр
Основное уравнение для черных дыр
Основное уравнение для черных дыр
Основное уравнение для черных дыр
Основное уравнение для черных дыр
Основное уравнение для черных дыр
Основное уравнение для черных дыр
Лекция окончена
Лекция окончена
Фото из презентации «Общая теория относительности» к уроку физики на тему «Теория относительности»

Автор: Кузнецов С.И.. Чтобы познакомиться с фотографией в полном размере, нажмите на её эскиз. Чтобы можно было использовать все фотографии на уроке физики, скачайте бесплатно презентацию «Общая теория относительности» со всеми фотографиями в zip-архиве размером 6599 КБ.

Скачать презентацию

Общая теория относительности

содержание презентации «Общая теория относительности»
Сл Текст Эф Сл Текст Эф
1Физические основы механики. Сегодня пятница, 30 31гравитационном поле можно записать: Где ? – частота0
октября 2014 г. Кузнецов Сергей Иванович доцент кафедры света с точки зрения неподвижного наблюдателя, ?0 –
ОФ ЕНМФ ТПУ. частота света в подвижной системе отсчета.
2Тема 9. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ6 32Так, если свет испускается в точке с потенциалом0
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (ОТО). 9.1. Обобщение закона тяготения ?1, и приходит в точку с потенциалом ?2, то линии
Ньютона 9.2. Принцип эквивалентности сил инерции и сил спектра смещаются в сторону красного цвета на величину.
тяготения 9.3. Теория тяготения Эйнштейна. Основные Если на Земле наблюдать спектр, испускаемый на Солнце и
положения ОТО 9.4. Следствия из принципа звездах, то и ?? < 0, т.е. смещение происходит в
эквивалентности, подтверждающие ОТО. сторону меньших частот (красный спектр). Этот факт был
39.1. Обобщение закона тяготения Ньютона. Между1 доказан в 1960 г. с помощью эффекта Мессбауэра и
любыми видами материи существует универсальное подтверждает следствие ОТО с точностью до 1%.
взаимодействие, проявляющееся в притяжении тел. 331916 г. Эйнштейн, обобщая идеи СТО создал теорию0
Потенциальная энергия тела массы m в поле тяготения гравитации (ОТО): любой объект, обладающий энергией Е,
равна: где ? – потенциал поля тяготения. будет подвержен действию гравитационного поля как если
4Если величина U мала по сравнению с энергией тела0 бы он имел гравитационную массу mg. Связь mg с энергией
т.е. если и тело движется со скоростью, много меньшей определяется: Масса фотона равна нулю, но в любом
скорости света то мы имеем дело с классическим гравитационном поле он должен вести себя как частица с
гравитационным полем для которого справедлив закон гравитационной массой.
всемирного тяготения Ньютона. В полях тяготения обычных 34При движении фотона вблизи поверхности Земли вверх0
небесных тел это условие выполняется: на поверхности по вертикали на расстояние l фотон должен затратить
Солнца на поверхности белых карликов, . часть своей энергии на совершение работы против сил
5Теория тяготения Ньютона предполагает мгновенное0 тяжести: Соответственно первоначальная энергия фотона
распространение полей тяготения, что не согласуется с должна уменьшится на величину Значит, частота фотона в
принципами специальной теории относительности, конце пути будет меньше на величину.
основанной на том экспериментальном факте, что любое 35Относительное уменьшение частоты фотона при0
взаимодействие распространяется со скоростью, меньшей распространении по вертикали было измерено в 1960 г.
или равной скорости света. Поэтому теорию тяготения американскими учеными Паундом и Ребкой. В условиях
Ньютона нельзя применять к сильным полям тяготения, опыта оно составило малую величину . Следовательно,
разгоняющим частицы до скорости, близкой к скорости перепад высот в опыте Паунда-Ребки составлял Эффект
света: изменения частоты света при удалении от большой
6Теория тяготения Ньютона неприменима для описания0 тяготеющей массы называется гравитационным красным
движения частиц вблизи массивных тел (в частности, для смещением.
описания траектории движения света в поле тяготения). 363. Отклонение светового луча массивными телами. ОТО0
Неприменима теория тяготения Ньютона и для описания объясняет вдвое большее отклонение светового луча
переменных полей тяготения, создаваемых движущимися вблизи массивных тел, чем это предсказывала теория
телами. Обобщение теории тяготения на основе Ньютона. Эксперимент был проведен в 1919 г. Световой
специальной теории относительности было сделано А. луч, вблизи одной из планет, отклонился на 1,75'',
Эйнштейном в 1908 – 1916 гг. Эта теория была названа им тогда как по теории Ньютона искривление должно было
общей теорией относительности (ОТО). произойти на 0,87'', т.е. вдвое меньше.
7В ОТО описываются сильные гравитационные поля и0 374. Объяснение смещения орбиты Меркурия. Известно,0
движение в них с большими скоростями В ОТО учитывается что за 100 лет орбита Меркурия сместилась на 1? 33'
воздействие материи на свойства пространства и времени, 20''. Из теории Ньютона следует смещение, за счет
а эти измененные свойства пространства-времени влияют влияния планет, на 1? 32' 37'', а где же еще 43''.
на сам характер физических процессов. Подставив в формулы ОТО параметры Солнца и Меркурия,
89.2. Принцип эквивалентности сил инерции и сил1 Эйнштейн получил скорость прецессии орбиты на 43'' за
тяготения. Важнейшей особенностью полей тяготения 100 лет!
является то, что тяготение совершенно одинаково 385. Черные дыры. ОТО предполагает наличие во0
действует на разные тела, сообщая им одинаковые Вселенной черных дыр – космических объектов,
ускорения, независимо от свойств тел. Это было известно поглощающих все частицы, в том числе фотоны, подходящие
еще в ньютоновской теории и положено в основу новой, к их поверхности. Допуская, что фотон обладает
эйнштейновской теории тяготения. гравитационной массой, можно оценить размеры rg и массу
9Под действием гравитационной силы. все тела на0 М космического объекта, способность стать черной дырой.
поверхности Земли падают с одинаковым ускорением – Для этого необходимо, чтобы кинетическая энергия фотона
ускорением свободного падения. Этот факт был установлен была меньше или равна его потенциальной энергии на
Ньютоном и может быть сформулирован как принцип строгой бесконечности: Уравнение черной дыры.
пропорциональности гравитационной массы mg, 39Отсюда. если то свет не сможет покинуть данный0
определяющей взаимодействие тела с полем тяготения, и космический объект. Уже есть достаточно веские
инертной массы min, определяющей сопротивление тела доказательства существования черных дыр. Основная
действующей на него силе и входящей во второй закон трудность состоит в том, что они поглощают все и почти
Ньютона: ничего не излучают. Поэтому об их существовании можно
10Уравнение движения тела в поле тяготения0 судить по косвенным данным: поглощению вещества и
записывается в виде: где – ускорение, приобретаемое испусканию в этом процессе излучения.
телом под действием поля тяготения, напряженностью В 40Подобное явление можно наблюдать в системе двойных0
этом случае, согласно Ньютону и – ускорение не зависит звезд, в частности, обычно называют двойную систему
от массы и равно напряженности поля тяготения. Таким SудXI (Лебедь XI). Пространство внутри черных дыр
образом, все тела в поле тяготения и в поле сил сворачивается, время останавливается. Предсказанные ОТО
инерции, при движутся совершенно одинаково. гравитационные волны в прямых экспериментах еще не
11Например, движение тел в космическом корабле,0 наблюдались, но последствия их излучения системами
летящим с ускорением и в корабле стоящем на Земле в небесных тел обнаружены. Согласно ОТО, период
поле тяжести с напряженностью будет одинаковым. Силы орбитального движения двойной звездной системы должен
инерции в ускоренно движущемся корабле будут неотличимы уменьшиться из-за излучения гравитационных волн.
от гравитационных сил, действующих в истинном поле 41Это уменьшение открыто в системе, одним из0
тяготения. Поэтому силы инерции можно считать компонентов которой является пульсар PSR193 + 16. По
эквивалентными гравитационным силам. Тождественность расчетам ОТО относительное уменьшение периода в этой
инерциальной и гравитационной масс , является системе за один оборот должно составлять 2,4·10–12, а
следствием эквивалентности сил инерции и сил тяготения. наблюдения дают значение (2,3 ± 0,2)·10–12. Все
12Этот факт называется принципом эквивалентности0 вышеизложенное говорит о правильности принципов,
Эйнштейна. Согласно этому принципу, все физические положенных в основу ОТО, о непротиворечивости ее
процессы в истинном поле тяготения и в ускоренной выводов и фундаментальности предсказанных ею физических
системе отсчета, в отсутствии тяготения, протекают эффектов.
одинаковым образом. Это фундаментальный закон природы. 42Чандра.0
Следствием этого закона является то, что находясь 43Ч е р н ы е д ы р ы.0
внутри закрытой кабины, невозможно определить, чем 44Черные дыры – самые загадочные явления во0
вызвана сила mg, тем, что кабина движется с ускорением Вселенной. Их нельзя увидеть, но можно обнаружить по
или действием притяжения Земли. тому, как они изменяют вокруг себя пространство.
13Ярчайшим доказательством равенства сил инерции и0 45Автор термина - Ч е р н а я Д ы р а - американский1
гравитации является состояние невесомости космонавтов в физик Дж. Уилер (предложен в 1968 году). Это настолько
космическом корабле (падают под действием массивный объект, что его поле тяготения удерживает все
гравитационных сил и отлетают под действием электромагнитные излучения.
центробежных сил инерции). Принцип эквивалентности – 46Чтобы понять как возникает черная дыра, надо0
основополагающий в ОТО Эйнштейна. вспомнить о том, каков жизненный цикл звезды.
149.3. Теория тяготения Эйнштейна. Основные положения2 47Звезда образуется, когда большое количество газа (в0
ОТО. основном водорода) начинает сжиматься силами
15Эти рассуждения предполагают так называемое0 собственного гравитационного притяжения. В процессе
дальнодействие сил инерции, в то время как возмущения сжатия атомы газа все чаще и чаще сталкиваются друг с
гравитационного поля распространяются с конечной другом, двигаясь со все большими и большими скоростями.
скоростью, равной скорости света. То есть, 48В результате газ разогревается и в конце концов0
гравитационные взаимодействия являются становится таким горячим, что атомы водорода, вместо
близкодействующими. Ускоренно движущийся космический того чтобы отскакивать друг от друга, будут сливаться,
корабль имитирует только однородное поле тяготения, образуя гелий.
одинаковое по величине и направлению во всем 49В классическом естествознании такие объекты2
пространстве. Но поля тяготения, создаваемые отдельными рассматривались как абстрактные модели. Основное
телами, не таковы. уравнение ЧД:
16Чтобы имитировать, например, сферическое поле0 50Компьютерный анализ вращения звезд в М322
тяготения, надо, исходя из принципа эквивалентности, (подозревается присутствие Черной дыры).
потребовать, чтобы истинное гравитационное поле 51Галактика с активным ядром.0
создавалось локальными, соответствующим образом 521998 г.2
ускоренными в каждой точке системами отсчета. В 53Оценку массы ЧД производят по скорости звезд в4
результате, в любой конечной области, аккреционном диске. M = 1,2 млрд Солнц. 100 млн св. Лет
пространство-время окажется искривленным – от нас.
неевклидовым. Сумма углов треугольника в таком 54Это выброс замагниченной плазмы. Д ж е т -. Плазма3
пространстве не равна ?, отношение длины окружности к - релятивистская!
радиусу отлично от 2?, время в разных точках течет по 55А. Черная дыра (схема). И з л у ч е н и е.4
разному. 56Синхрокомптоновский котел.8
17Согласно Эйнштейну, истинное гравитационное поле0 57Схема строения нашей галактики.2
есть проявление искривления четырехмерного пространства 580
времени. Кривизна пространства-времени создается 59Необычные объекты Пульсар – источник5
источниками гравитационного поля – массами вещества и радиоизлучения, причем быстрого и правильной
всеми видами энергии, присутствующими в системе, переменности. Их появление связано со взрывом
поскольку энергия и масса эквивалентны Поэтому сверхновых звезд. Вся звезда состоит из нейтронов,
тяготение зависит не только от распределения масс в которые очень тесно прижаты друг к другу. Отсюда
пространстве, но и от их движения, давления и название – нейтронная звезда. Изучение пульсаров
напряжений, имеющихся в телах от всех физических полей. позволяет исследовать свойства мощных гравитационных и
18Движение тел в искривленном пространстве-времени0 магнитных полей, недоступных в земных условиях. Схема
происходит по кратчайшим траекториям – геодезическим, пульсара.
которые в трехмерном пространстве-времени 60Высокое постоянство периодов пульсаров дало2
воспринимаются как движение по искривленным траекториям возможность с большой точностью измерить период
с переменной скоростью. Изменение гравитационных полей вращения Земли. Изменяясь при прохождении через
в вакууме распространяется со скоростью света. В основу межзвездный газ, излучения пульсаров несет важную
ОТО положены два постулата: информацию о составе и физических свойствах межзвездной
19ДВА ПОСТУЛАТА ОТО 1. Принцип эквивалентности сил0 среды.
инерции и сил гравитации. (Этот факт можно считать 61ОТО предполагает наличие во Вселенной черных дыр -3
доказанным. Эффект гравитации и ускорения движения космических объектов, поглощающих все частицы, в том
частиц – неразличимы). 2. Гравитационное взаимодействие числе фотоны, подходящие к их поверхности. Они
распространяется с конечной скоростью, равной скорости образуются в результате взрыва гигантских звезд массой
света с в виде гравитационных волн. (Пока кванты более 3 масс Солнца. Вблизи черной дыры газ сильно
гравитационного поля – гравитоны, не обнаружены). разогревается и. Становится источником
20Еще одним ключевым моментом в ОТО является понятие0 высокоэнергичного электромагнитного излучения в
кривизны пространства времени. Проведем мысленный рентгеновском и гамма - диапазоне.
эксперимент: Рисунок 9.1. 620
21В ходе путешествия плоские двумерные существа0 630
(ПЛОСКАТИКИ) отправившиеся из А и В по параллельным 640
дорогам будут замечать, что они приближаются друг к 650
другу (кривизны сферы, если она достаточно велика, они 66Голубая звезда отдает вещество черной дыре.0
не замечали и не знали, что живут на сфере). И 67Сингулярность- всё вещество черной дыры собранное в7
приближаются они все быстрее и быстрее – с ускорением, бесконечно малую точку бесконечной плотности в самом ее
как будто под действием некой силы. Назовем эту силу центре. Горизонт событий -граница черной дыры.
гравитацией. Наблюдатель со стороны видит, что сама Структура черной дыры. Лучи света отклоняются мощным
кривизна выступает в роли силы, т.е. геомет-рические гравитационным полем, окружающим черную дыру. Вдали от
свойства пространства высту-пают в роли реально дыры лучи искривляются слабо. Если же луч проходит
действующих сил! совсем рядом с дырой, она может захватить его на
22Анализируя этот мысленный эксперимент и тот факт,0 круговую орбиту или засосать в себя совсем.
что любые массы притягиваются всегда, Эйнштейн пришел к 68Решением Шварцшильда точно описывается3
мысли, что сила тяготения не есть специфическая сила, изолированная невращающаяся, незаряженная и не
то что мы принимаем за силу притяжения, следует испаряющаяся чёрная дыра (это сферически симметричное
рассматривать лишь как проявление специфики решение уравнений гравитационного поля (уравнений
геометрических свойств пространства-времени. СТО Эйнштейна) в вакууме). Её горизонт событий — это сфера,
оперирует плоским пространством-временем, а ОТО – радиус которой, определённый из её площади по формуле S
искривленным. Любая масса, искривляет = 4?r2, называется гравитационным радиусом или радиусом
пространство-время, другая масса, попадая в область Шварцшильда. Все характеристики решения Шварцшильда
искривления, испытывает силу притяжения. однозначно определяются одним параметром — массой. Так,
23Минковский, Герман, (1864– 1909), немецкий0 гравитационный радиус чёрной дыры массы M равен. где G
математик. Предложил идею единого, четырехмерного — гравитационная постоянная, а С — скорость света.
континуума «пространство-время», в котором время имеет Решение Шварцшильда.
равные права с пространством. 69Можно ввести понятие «средней плотности» чёрной4
24Герман Минковский (1864 – 1909), бывший учитель0 дыры, поделив её массу на «объём, заключённый под
математики Эйнштейна, ввел четырехмерное горизонтом событий». Средняя плотность падает с ростом
пространство-время и дал геометрическое представление массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой
теории относительности. Перестройка теории порядка солнечной обладает плотностью, превышающей
относительности в мировую геометрию вынудила Эйнштейна ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с
заявить: «С тех пор, как за теорию относительности массой в 109 солнечных масс обладает средней плотностью
взялись математики, я ее сам больше не понимаю». порядка 20 кг/м?. Таким образом, чёрную дыру можно
Математики Г. Риман и Н. Лобачевский создали теорию получить не только сжатием имеющегося объёма вещества,
искривленного пространства произвольного числа но и экстенсивным путём, накоплением огромного
измерений. Эйнштейн воспользовался математическими количества материала. Масса же определяется по формуле:
формулами Римана (четырехмерного пространства-времени). .
25Множество мировых точек есть четырехмерное4 70Карл Шварцшильд, 1873-1916, нем. астроном.0
пространство, называемое пространством Минковского. 71В 1915 году К. Шварцшильд выписал решения уравнений0
Минковский для описания пространственно-временных Эйнштейна для пустого пространства в сферически
событий ввел геометрическую терминологию. Совокупность симметричном статическом случае. Это решение оказалось
значений ?, x, y, z для характеристики места и времени пространством-временем с топологией и интервалом,
события - мировая точка. Линия в пространстве приводимым к виду где t — временная координата, в
Минковского называется мировой линией. секундах, r — радиальная координата, в метрах, ? —
26Серьезно ОТО начала проверяться лишь с двадцатых0 географическая широта (угол от севера), в радианах, —
годов прошлого века, т.е. недавно, и пока нет ни одного долгота, в радианах, rs — радиус Шварцшильда тела с
факта, противоречащего ОТО. массой M, в метрах.
279.4. Следствия из принципа эквивалентности,2 72Два типа чёрных дыр. Микроскопические чёрные дыры1
подтверждающие ОТО. (мини-дыры). Их масса – не больше массы большого
28С точки зрения неподвижного наблюдателя промежутки0 астероида. Эти дыры могли бы рождаться при коллапсе
времени dt в неподвижной и dt0 в подвижной системах материи на ранних стадиях Большого Взрыва. Если
отсчета связаны соотношением: Где dt – промежуток пространство имеет дополнительные невидимые измерения,
времени в пространстве без поля. то такие чёрные дыры могут рождаться и в современной
29Поскольку – гравитационный потенциал, то имеем в0 Вселенной при соударениях частиц большой энергии.
слабых гравитационных полях. – Время течет тем Вместо того, чтобы заглатывать материю, эти чёрные дыры
медленнее, чем больше абсолютная величина должны порождать излучение и быстро испаряться
гравитационного потенциала. (распадаться, коллапсировать, взрываться).
30Этот эффект был подтвержден прямым экспериментом: В0 Астрофизические чёрные дыры. Считается, что это остатки
1976 г. на высоту 104 км на ракете были подняты массивных звёзд, которые коллапсировали под
водородные часы, точность хода которых составляет 10–15 воздействием собственных сил тяготения. Когда на такую
с. На Земле оставили точно такие же часы, чёрную дыру падает вещество, она начинает работать как
предварительно синхронизировав с улетевшими часами. космическая гидростанция, высвобождая гравитационную
Через два года часы вернули и сравнили показания, потенциальную энергию – единственный мощный источник,
разность 4,5·10-10 с совпала с расчетной по ОТО, с который может отвечать за испускание интенсивных
точностью 0,02%. рентгеновских лучей и газовых струй – джетов, –
312. Красное гравитационное смещение частоты фотонов.0 наблюдаемых астрономами в таких системах, как
При приближении света к телам, создающим гравитационное показанный на рисунке двойной рентгеновский источник.
поле, частота света убывает с увеличением абсолютной 73Основное уравнение для Черных Дыр.3
величины потенциала поля. Для частоты света в 74Лекция окончена!!!0
74 «Общая теория относительности» | Общая теория относительности 72
http://900igr.net/fotografii/fizika/Obschaja-teorija-otnositelnosti/Obschaja-teorija-otnositelnosti.html
cсылка на страницу
Урок

Физика

133 темы
Фото
Презентация: Общая теория относительности | Тема: Теория относительности | Урок: Физика | Вид: Фото
900igr.net > Презентации по физике > Теория относительности > Общая теория относительности