时空与相对论PDF电子书下载

上篇 时空观的演变 5

第一章 文明诞生初期的时空观 5

1.1 四大古文明 5

1.1.1 古巴比伦 5

1.1.2 古埃及 6

1.1.3 中国 7

1.1.4 古印度 7

1.2 东方文明之时空观的形成和发展 8

1.2.1 东方文明的宇宙学说 8

1.2.2 东方文明最早的时间计量 11

1.2.3 东方文明最早的空间计量 13

1.2.4 东方文明对时间、空间和运动的认识 14

1.3 西方文明之时空观的形成和发展 16

1.3.1 西方文明的宇宙学说 16

1.3.2 西方文明之时空计量 20

1.3.3 西方文明早期的科学 21

1.3.4 西方文明对时间、空间和运动的认识 24

1.4 东西方古代时空观之异同 29

思考题 30

第二章 经典时空观 31

2.1 欧洲的中世纪 31

2.1.1 基督教 32

2.1.2 经院哲学的产生 33

2.1.3 经院哲学的衰落 33

2.2 文艺复兴和哥白尼革命 34

2.2.1 导致变革的要素 35

2.2.2 文艺复兴 36

2.2.3 哥白尼的革命 38

2.3 经典力学（近代科学）诞生的脉络 41

2.3.1 运动学研究 41

2.3.2 行星运动三定律的发现 46

2.3.3 碰撞理论 47

2.4 经典力学的建立 48

2.5 经典时空观 50

2.5.1 时空参考系统 50

2.5.2 力学定律的不变性 51

2.5.3 经典时空观（绝对时空观） 53

思考题 54

第三章 相对时空观 55

3.1 经典力学遇到的困难 55

3.1.1 万有引力理论的困难 55

3.1.2 经典时空观的不合理性 56

3.1.3 两朵乌云 58

3.2 狭义相对论诞生的脉络 58

3.2.1 光速研究 58

3.2.2 迈克尔逊-莫雷实验及其结论 59

3.3 狭义相对论的建立 62

3.3.1 狭义相对论基本原理的提出 62

3.3.2 洛伦兹变换的数学形式 65

3.4 狭义相对论的重要结论 65

3.5 狭义相对论时空观 70

3.6 广义相对论诞生的脉络 73

3.7 广义相对论的建立 75

3.7.1 广义相对论的两条基本原理 75

3.7.2 等效原理 75

3.7.3 广义相对性原理 77

3.8 广义相对论时空观 78

3.9 广义相对论的实验验证 83

3.10 宇宙理论简介 86

3.10.1 黑洞 86

3.10.2 宇宙的创生 88

思考题 92

下篇 相对论基础 96

第四章 数学基础 96

4.1 矢量及相关知识 96

4.1.1 预备知识 96

4.1.2 矢量 97

4.2 直线坐标系中的矢量 97

4.2.1 矢量的分量与投影 97

4.2.2 基矢量与共轭基矢量 98

4.2.3 矢量的逆变分量和协变分量 101

4.3 曲线坐标系中的矢量 101

4.3.1 基矢量 102

4.3.2 共轭基矢量 103

4.4 矢量的坐标变换 104

4.4.1 笛卡尔直角坐标系中矢量的坐标变换 104

4.4.2 曲线坐标系中矢量的坐标变换 107

4.5 张量运算 110

4.5.1 张量的定义 110

4.5.2 赝张量 112

4.5.3 张量的变换规律 113

4.5.4 张量代数 116

4.6 张量判别法——商定则 118

思考题 119

第五章 狭义相对论 120

5.1 狭义相对论基本原理 120

5.2 洛伦兹变换 120

5.2.1 迈克尔逊-莫雷实验 120

5.2.2 洛伦兹变换 122

5.3 狭义相对论的时空理论 127

5.4 狭义相对论的重要推论 131

5.4.1 相对论力学 131

5.4.2 相对论的质量 132

5.4.3 相对论的动量和能量 133

5.4.4 其他推论 136

5.5 四维时空 138

5.5.1 四维时空间隔 139

5.5.2 四维速度与四维加速度 139

5.5.3 四维动量 141

5.5.4 四维力 142

5.5.5 爱因斯坦质能公式 142

5.5.6 洛伦兹力的四维形式 143

5.5.7 电磁场方程的协变形式 145

思考题 152

第六章 广义相对论 153

6.1 广义相对论基本原理 153

6.2 引力的等效性研究 153

6.2.1 物体的引力质量和惯性质量 153

6.2.2 厄缶实验 154

6.2.3 等效原理 155

6.3 空间的内禀性质 156

6.3.1 度规张量 156

6.3.2 任意空间的度规张量 158

6.4 四维时空的度规张量 162

6.4.1 惯性参考系中的度规张量 162

6.4.2 引力场中的度规张量 162

6.5 度规张量和仿射联络之间的关系 165

6.5.1 度规张量的协变形式和逆变形式 165

6.5.2 仿射联络Γλvα的变换 167

6.5.3 度规张量和仿射联络之间的关系 168

6.6 引力场中的时间和长度 169

6.7 协变微分 171

6.7.1 矢量的协变导数 171

6.7.2 张量的协变导数 174

6.8 曲率张量与毕安基恒等式 176

6.9 引力场方程 183

6.9.1 引力场中运动方程的牛顿极限 183

6.9.2 引力场方程 186

6.9.3 弱场线性近似 189

6.10 球对称引力场中场方程的解——Schwarzschild解（施瓦西解） 194

6.11 广义相对论观测结果的理论证明 198

思考题 206

参考文献 207