廣義相對論

前言

狹義相對論和廣義相對論分別建立于1905年和1915年前后，它們是許多實驗物理學(xué)家、理論物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家長期集體努力的產(chǎn)物。而在該領(lǐng)域中有突出貢獻(xiàn)的集大成者則是偉大的物理學(xué)家愛因斯坦（A.。Einstein，1879-1955）。兩個理論都是物質(zhì)世界的時空理論和在時空中物質(zhì)運動的普遍理論。但兩者仍有所不同，狹義相對論認(rèn)為物質(zhì)世界存在一種優(yōu)越的所謂慣性系，從慣性系看來，空間的大小和時間的快慢與物體的運動狀態(tài)有關(guān)，但時空的幾何性質(zhì)卻絲毫不受運動物質(zhì)的影響。例如，靜置空間各處的標(biāo)準(zhǔn)鐘，一旦調(diào)整同步，就不受周圍運動物質(zhì)的影響，永遠(yuǎn)保持同步；用靜置空間各處的標(biāo)準(zhǔn)尺所測得空間的幾何性質(zhì)也不受周圍運動物質(zhì)的影響，永遠(yuǎn)遵守歐幾里得幾何學(xué)。廣義相對論則不然，它首先認(rèn)為，一切坐標(biāo)系都是平權(quán)的，不僅空間的大小和時間的快慢與物體的運動狀態(tài)有關(guān)，而且物質(zhì)世界的時空性質(zhì)完全取決于運動著的物質(zhì)，完全取決于運動物質(zhì)所產(chǎn)生的引力場，它斷言，我們事實上并不是生活在平直的歐幾里得空間而是生活在一個彎曲的黎曼空間。從哲學(xué)上看，廣義相對論比狹義相對論更進(jìn)一步地揭示了時間、空間與運動著的物質(zhì)之間的辯證關(guān)系，標(biāo)志著人類對客觀物質(zhì)世界的時空結(jié)構(gòu)認(rèn)識上的深化。從物理學(xué)看，在不同領(lǐng)域，狹義相對論和廣義相對論所起的作用則有所不同。大家知道，在通常的宏觀物理學(xué)中，不論廣義相對論或狹義相對論都是可以忽略不計的，而在微觀高能物理學(xué)中，狹義相對論卻取得了輝煌的成就，例如，目前認(rèn)為，任何正確的基本粒子理論都必須滿足洛倫茲協(xié)變性要求，正是在這一思想的指引下，20世紀(jì)30年代狄拉克（P.A.M.Dirac）把狹義相對論和量子力學(xué)結(jié)合起來，預(yù)言了正電子和其他反粒子的存在。40年代以來發(fā)展起來的洛倫茲協(xié)變量子場論在研究基本粒子的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律方面又取得了巨大成就。所有這些都表明狹義相對論是我們認(rèn)識微觀高能物理現(xiàn)象所不可缺少的一個重要基礎(chǔ)理論。但迄今為止，廣義相對論在當(dāng)今的微觀物理學(xué)中還沒有得到應(yīng)用，其原因乃在于引力相互作用比其他已知的三種相互作用，即強(qiáng)相互作用、電磁相互作用和弱相互作用分別小100倍到10拍倍，因此一些物理學(xué)家認(rèn)為，在微觀領(lǐng)域，廣義相對論的影響或引力作用可忽略不計。

內(nèi)容概要

　　《廣義相對論》第一版是劉遼教授根據(jù)多年來在北京師范大學(xué)物理系講授“廣義相對論”課程的經(jīng)驗，在《廣義相對論》講義的基礎(chǔ)上整理、撰寫而成的，《廣義相對論》第二版由劉遼教授和趙崢教授修訂而成，新版改正了原版中不少錯誤并增添了一些新內(nèi)容。　　《廣義相對論》是廣義相對論的入門書，內(nèi)容敘述深入淺出，詳盡全面，材料的選擇比較恰當(dāng)，不少篇幅吸收了廣義相對論一些經(jīng)典著作的若干精華，并吸收了近年來有關(guān)領(lǐng)域的新成果。內(nèi)容包括：廣義相對論的物理基礎(chǔ)、黎曼空間的張量運算、愛因斯坦引力場方程和引力場的能量表述、引力輻射、Kruskal度規(guī)、致密物質(zhì)和致密星、黑洞物理、宇宙學(xué)。　　《廣義相對論》可作為我國高等學(xué)校理工科高年級大學(xué)生、研究生的廣義相對論課程的教學(xué)用書，也可供有關(guān)的科學(xué)研究人員、教師參考。

書籍目錄

序言第一章 廣義相對論的物理基礎(chǔ)1.1 牛頓引力理論的成就和困難1.2 等效原理和廣義相對性原理1.3 廣義相對論的空間與時間1.4 引力場中自由粒子的運動方程1.5 引力場的勢1.6 引力場中的光速1.7 引力場中運動標(biāo)準(zhǔn)鐘的速率附錄A 引力常數(shù)G的測定附錄B 轉(zhuǎn)盤上的非歐幾里得幾何第二章 黎曼空間的張量運算2.1 度量空間的基本概念2.2 張量代數(shù)2.3 聯(lián)絡(luò)空間2.4 張量分析——協(xié)變微商2.5 黎曼空間的積分公式2.6 黎曼空間的曲率張量2.7 局部慣性系與測量問題2.8 引力場的影響第三章 愛因斯坦引力場方程和引力場的能量表述3.1 引力場方程的建立3.2 引力場方程的幾點討論3.3 引力場方程的弱場線性近似能量條件3.4 馬赫原理3.5 廣義相對論的拉格朗日表述和哈密頓表述附錄C 求Gibbons-Hawking表面項（邊界項）3.6 正交標(biāo)架3.7 引力場的能量第四章 引力輻射4.1 平面引力波4.2 弓I力輻射胄皂4.3 引力波的探測第五章 真空球?qū)ΨQ引力場和愛因斯坦引力理論的經(jīng)典實驗?zāi)易C5.1 球?qū)ΨQ度規(guī)5.2 Schwarzschild外音p解5.3 廣義相對論的實驗驗證第六章Kruskal度規(guī)6.1 Lemaitre度規(guī)6.2 Kruskal度規(guī)第七章 致密物質(zhì)和致密星7.1 預(yù)備知識7.2 費米分布和玻色分布7.3 非相對論性簡并費米氣體7.4 極端相對論性費米氣體7.5 簡并玻色氣體7.6 完全簡并理想電子氣7.7 物質(zhì)的中子化7.8 完全簡并理想中子氣7.9 完全簡并非理想氣體狀態(tài)方程7.10 理想流體的Schwarzschild內(nèi)解和星體結(jié)構(gòu)方程（T01man-Opl）enheimet-Volk off方程）7.11 星體的內(nèi)能7.12 多方球（p01ytrop）7.13 白矮星7.14 中子星.第八章 黑洞物理8.1 靜態(tài)荷電球外部解Reissner-Nordstr6m度規(guī)8.2 Kerr Newman度規(guī)8.3 靜界事件視界和能層8.4 Kerr度規(guī)的奇異性8.5 Kerr度規(guī)中的類時測地線和類光測地線8.6 Penrose圖和時空流形的最大解析區(qū)與最高完備性8.7 描述黑洞的參量8.8 Hawking面積不減定理8.9 黑洞熱力學(xué)8.10 Starobinsky Unruh過程8.11 Hawking輻射（蒸發(fā)）附錄D盒子與黑洞的結(jié)合能第九章 宇宙論9.1 宇宙學(xué)原理和R-W度規(guī)9.2 運動學(xué)宇宙論9.3 標(biāo)準(zhǔn)模型9.4 射電星系計數(shù)9.5 微波背景輻射9.6 早期宇宙熱歷史9.7 早期宇宙中元素的合成9.8 極早期宇宙9.9 其他宇宙模型

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《廣義相對論(第2版)》由高等教育出版社出版。

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