第一篇 爱因斯坦与狭义相对论 1
第一章 并非神童的伟人 3
1．谁是最伟大的科学家 3
2．牛顿的不幸童年 5
3．成功的阶梯——幸遇恩师 7
4．牛顿的丰收年 8
5．爱因斯坦的童年 9
6．启蒙者与启蒙读物 10
7．不受欢迎的学生 11
8．阿劳中学——创新的摇篮 12
9．自主的大学生涯 14
10．四面碰壁的毕业生 16
11．发明专利局——空闲、宽容的环境 19
12．自由探讨的俱乐部——奥林匹亚科学院 21
第二章 乌云从何而来 23
1．爱因斯坦的丰收年 23
2．两朵乌云 24
3．惯性定律的发现与再发现 26
4．相对性原理——从经验到科学 27
5．自由落体定律——比萨斜塔上的实验是真的吗 29
6．斜面实验的“举一反三” 30
7．牛顿的“圣经” 31
8．光是波还是粒子 32
9．皇家学会的由来 33
10．神童托马斯·杨——光是波，是横波 34
11．麦克斯韦——光是电磁波 35
12．两朵乌云均来自对光的认识 37
第三章 乌云引向的革命 39
1．第一朵乌云——黑体辐射疑难 39
2．普朗克的突破——量子论的诞生 41
3．爱因斯坦的再突破——光量子 43
4．第二朵乌云——以太导致的疑难 44
5．天文学中的光行差现象 45
6．精密的迈克耳孙实验 46
7．河中的游泳者 47
8．出人意料的实验结果 48
9．突发奇想——洛伦兹收缩 49
10．凑出的洛伦兹变换 50
第四章 难以理解的相对论 53
1．爱因斯坦理论与洛伦兹理论的区别 53
2．难以置信的“光速不变原理” 54
3．走向“光速不变”的道路 54
4．艰难的思考 56
5．思想的突破 56
6．同时的相对性 58
7．动尺收缩 59
8．动钟变慢 61
9．速度迭加公式——拒绝超光速 62
10．双生子佯谬——这是真的吗 63
11．双生子佯谬有多酷 65
12．星际飞行员感受到的相对论效应 67
第五章 相对论的进展 69
1．存在争议的质量公式 69
2．质能关系——开启核能的大门 70
3．狄拉克：真空不空 71
4．预言存在反物质 73
5．赵忠尧与安德孙的发现 74
6．开拓相对论的人们 75
7．爱因斯坦是相对论的唯一创建者 77
第二篇 爱因斯坦与广义相对论 79
第六章 探寻天体运行之谜 81
1．从“中心火”到“地心说” 81
2．震撼人类的“日心说” 84
3．布鲁诺与无限的宇宙 86
4．伽利略、惠更斯与土星的光环 87
5．伟人的认罪声明 90
6．傲慢失鼻的第谷 92
7．开普勒与正多面体宇宙 94
8．幸遇恩师 95
9．无心插柳柳成荫 96
10．多难不屈的精英 97
11．有意栽花花绽放 98
12．运交华盖的开普勒 99
第七章 万有引力与牛顿的苹果 101
1．万有引力定律的发现 101
2．哈雷对彗星的预言 102
3．支配潮汐的力量 105
4．海王星的发现 106
5．苹果落地的故事 107
6．“我的门第将因为我而显赫” 108
7．伏尔泰幸福的流亡生活 110
8．“苹果落地的故事”是真的吗 111
9．牛顿与夫莱姆斯梯德的冲突 113
10．牛顿与莱布尼兹的争吵 113
11．神坛上、下的牛顿 115
第八章 走向广义相对论 117
1．相对论的困难 117
2．惯性系无法定义 118
3．万有引力纳不进相对论的框架 119
4．广义相对性原理 119
5．引力质量与惯性质量 120
6．惯性力的起源——水桶实验 121
7．马赫原理 123
8．等效原理 124
9．注意：“等效”只在一点的邻域 125
10．等效原理与mg＝m1 126
11．思想的飞跃：万有引力莫非是几何效应 127
12．“第五公设”带来的疑义 128
13．罗巴切夫斯基的突破 129
14．鲍耶的功绩 130
15．黎曼几何的创立 131
16．什么是弯曲空间中的“直线”和“平行线” 133
第九章 弯曲的时空 135
1．对新理论的构想 135
2．爱因斯坦与希尔伯特的竞争 136
3．场方程与运动方程 137
4．如何理解时空弯曲 138
5．引力红移——时空弯曲使时间变慢 140
6．行星轨道近日点的进动 142
7．光线偏折 143
8．关于引力波的风波 145
9．到底有没有引力波 147
10．未解之谜：惯性力究竟如何起源 149
第三篇 宇宙、黑洞与虫洞 153
第十章 膨胀的宇宙 155
1．哪里是广义相对论的用武之地 155
2．宇宙学原理 156
3．有限无边的宇宙 159
4．宇宙项 161
5．弗里德曼解——膨胀的宇宙 162
6．爱因斯坦的“最大错误” 163
7．勒梅特的“宇宙蛋” 164
8．α、β与γ的火球模型 164
9．哈勃定律 166
10．氦丰度 167
11．大爆炸的余热 168
12．无意中的重大发现 169
第十一章 膨胀宇宙释疑 171
1．大爆炸之前没有时间 171
2．大爆炸之前没有空间 172
3．大爆炸没有中心 173
4．宇宙学红移不是多普勒效应 173
5．星系的“退行速度”可以超光速 175
6．能看见超光速退行的星系吗 176
7．我们自己是否在膨胀 177
8．宇宙未来将如何演化 178
9．永远膨胀还是脉动胀缩 180
10．惊人的发现：宇宙膨胀在加速 181
11．奇怪的暗物质 182
12．不可思议的暗能量 184
第十二章 神秘的黑洞 187
1．牛顿理论预言的暗星 187
2．相对论对暗星的再次预言 188
3．飞近黑洞的飞船 189
4．时间与空间互换 191
5．有没有白洞 192
6．走向时间的终点 192
7．黑洞无毛 194
8．存在宇宙监督吗 195
第十三章 霍金与黑洞 197
1．并非神童的霍金 197
2．教改中的牛津大学 199
3．疾病造就了伟人 199
4．走进剑桥大学 201
5．闯进科研的战场 203
6．探索奇点之谜 204
7．面积定理导致的思索 206
8．贝肯斯坦的突破：黑洞有熵 206
9．霍金愤怒反击：黑洞没有熵 207
10．霍金改变主张：黑洞有温度和熵 208
11．不可忽略的真空涨落 209
12．重大突破：霍金热辐射 210
第十四章 信息疑难、虫洞疑难与奇点疑难 212
1．负比热与信息疑难 212
2．霍金打赌 214
3．信息守恒吗 216
4．第一个虫洞：爱因斯坦—罗森桥 218
5．宇宙泡与虫洞 220
6．可以穿越的虫洞——时空隧道 221
7．时间机器 223
8．形成虫洞的苛刻条件 225
9．不可忽视的热学定律 226
10．热学精英的悲喜剧：热力学第一定律的发现 227
11．革命风暴中的科学：第二定律的发现 229
12．第三定律与奇点疑难 231
13．第零定律与“同时的传递性” 231
14．热与时间 233
主要参考书目 234