廣義相對(duì)論

前言

狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論分別建立于1905年和1915年前后，它們是許多實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家、理論物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家長(zhǎng)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(gè)理論都是物質(zhì)世界的時(shí)空理論和在時(shí)空中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的普遍理論。但兩者仍有所不同，狹義相對(duì)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(lái)，空間的大小和時(shí)間的快慢與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，但時(shí)空的幾何性質(zhì)卻絲毫不受運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(cè)得空間的幾何性質(zhì)也不受周圍運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的影響，永遠(yuǎn)遵守歐幾里得幾何學(xué)。廣義相對(duì)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(shí)間的快慢與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，而且物質(zhì)世界的時(shí)空性質(zhì)完全取決于運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)，完全取決于運(yùn)動(dòng)物質(zhì)所產(chǎn)生的引力場(chǎng)，它斷言，我們事實(shí)上并不是生活在平直的歐幾里得空間而是生活在一個(gè)彎曲的黎曼空間。從哲學(xué)上看，廣義相對(duì)論比狹義相對(duì)論更進(jìn)一步地揭示了時(shí)間、空間與運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)之間的辯證關(guān)系，標(biāo)志著人類對(duì)客觀物質(zhì)世界的時(shí)空結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)上的深化。從物理學(xué)看，在不同領(lǐng)域，狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)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(duì)論或狹義相對(duì)論都是可以忽略不計(jì)的，而在微觀高能物理學(xué)中，狹義相對(duì)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(duì)論和量子力學(xué)結(jié)合起來(lái)，預(yù)言了正電子和其他反粒子的存在。40年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的洛倫茲協(xié)變量子場(chǎng)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(duì)論是我們認(rèn)識(shí)微觀高能物理現(xiàn)象所不可缺少的一個(gè)重要基礎(chǔ)理論。但迄今為止，廣義相對(duì)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(duì)論的影響或引力作用可忽略不計(jì)。

內(nèi)容概要

　　《廣義相對(duì)論》第一版是劉遼教授根據(jù)多年來(lái)在北京師范大學(xué)物理系講授“廣義相對(duì)論”課程的經(jīng)驗(yàn)，在《廣義相對(duì)論》講義的基礎(chǔ)上整理、撰寫而成的，《廣義相對(duì)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(cuò)誤并增添了一些新內(nèi)容?！　　稄V義相對(duì)論》是廣義相對(duì)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(duì)論一些經(jīng)典著作的若干精華，并吸收了近年來(lái)有關(guān)領(lǐng)域的新成果。內(nèi)容包括：廣義相對(duì)論的物理基礎(chǔ)、黎曼空間的張量運(yùn)算、愛因斯坦引力場(chǎng)方程和引力場(chǎng)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)?！　　稄V義相對(duì)論》可作為我國(guó)高等學(xué)校理工科高年級(jí)大學(xué)生、研究生的廣義相對(duì)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(duì)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(duì)性原理1.3 廣義相對(duì)論的空間與時(shí)間1.4 引力場(chǎng)中自由粒子的運(yùn)動(dòng)方程1.5 引力場(chǎng)的勢(shì)1.6 引力場(chǎng)中的光速1.7 引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)鐘的速率附錄A 引力常數(shù)G的測(cè)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(yùn)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(cè)量問題2.8 引力場(chǎng)的影響第三章 愛因斯坦引力場(chǎng)方程和引力場(chǎng)的能量表述3.1 引力場(chǎng)方程的建立3.2 引力場(chǎng)方程的幾點(diǎn)討論3.3 引力場(chǎng)方程的弱場(chǎng)線性近似能量條件3.4 馬赫原理3.5 廣義相對(duì)論的拉格朗日表述和哈密頓表述附錄C 求Gibbons-Hawking表面項(xiàng)（邊界項(xiàng)）3.6 正交標(biāo)架3.7 引力場(chǎng)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(cè)第五章 真空球?qū)ΨQ引力場(chǎng)和愛因斯坦引力理論的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)?zāi)易C5.1 球?qū)ΨQ度規(guī)5.2 Schwarzschild外音p解5.3 廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)7.2 費(fèi)米分布和玻色分布7.3 非相對(duì)論性簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體7.4 極端相對(duì)論性費(fèi)米氣體7.5 簡(jiǎn)并玻色氣體7.6 完全簡(jiǎn)并理想電子氣7.7 物質(zhì)的中子化7.8 完全簡(jiǎn)并理想中子氣7.9 完全簡(jiǎn)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(shí)測(cè)地線和類光測(cè)地線8.6 Penrose圖和時(shí)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(yùn)動(dòng)學(xué)宇宙論9.3 標(biāo)準(zhǔn)模型9.4 射電星系計(jì)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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《廣義相對(duì)論(第2版)》由高等教育出版社出版。

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