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前言 1

第1章 狭义相对论简介 1

1.1 狭义相对论的基本原理 1

1.1.1 古典力学时空观、力学相对性原理 1

1.1.2 电磁理论引起的困惑 3

1.1.3 爱因斯坦相对性原理与光速不变原理--狭义相对论的基本原理 4

1.1.4 同时性的相对性--相对论时空观的精髓 6

1.2 洛伦兹坐标变换 9

1.2.1 洛伦兹坐标变换 9

1.2.2 同时性的相对性和时序 12

1.2.3 运动时钟变慢和运动长度缩短 13

1.2.4 相对论的速度变换和加速度变换 18

1.3 相对论动力学基础 20

1.3.1 相对论动量定理 21

1.3.2 要对论质量 22

1.3.3 力与加速度关系和牛顿第二定律修正 25

1.3.4 能量转化和守恒定律·相对论能量 27

1.3.5 相对论能量与动量关系 29

1.4 质量、动量、能量和力的相对论变换：相对论不变量；闵可夫斯基空间 30

1.4.1 质量、动量、能量和力的相对论变换 30

1.4.2 相对论变换不变量 32

1.4.3 闵可夫斯基空间和闵可夫斯基图 33

第2章 广义相对论的基本原理 38

2.1 广义相对论的基本原理 38

2.1.1 惯性质量和引力质量 39

2.1.2 等效原理 41

2.1.3 广义相对论中的局域惯性系 43

2.2 广义相对性原理 45

2.2.1 力学相对性原理和狭义相对性原理的回顾 45

2.2.2 广义相对性原理 50

2.2.3 光线偏折和时空弯曲 51

2.2.4 引力几何化·爱因斯坦场方程 55

第3章 广义相对论的时间与空间 58

3.1 弯曲时空 58

3.1.1 弯曲空间概念 58

3.1.2 弯曲时空的数学描述--黎曼几何及其度规 61

3.2.1 史瓦西场的固有时和真实长度 65

3.2 史瓦西场中的固有时和真实长度 65

3.2.2 引力对标准钟和标准尺的影响 66

3.2.3 坐标钟和坐标尺·史瓦西场度规 69

3.3 广义相对论的实验检验 74

3.3.1 引力引起的光谱线频率移动 75

3.3.2 史瓦西场中的运动标准钟的走时速率--Cs原子钟环球飞行实验 79

3.3.3 雷达回波引力延迟的简化计算 82

3.4 广义相对论中的普遍时空 88

3.4.1 引力场中同一地点固有时与坐标时普遍关系 89

3.4.2 引力场中的时间 89

3.4.3 引力场中的真实距离 93

4.1.1 测地线假设--自由粒子运动微分方程 95

4.1 史瓦西场中自由粒子的运动规律 95

第4章 史瓦西场中自由粒子的运动 95

4.1.2 史瓦西场的守恒量 97

4.1.3 史瓦西场中自由粒子能量和角动量 98

4.2 史瓦西场中自由质点的运动和行星近日点的进动 101

4.2.1 自由质点的运动方程和轨道方程 101

4.2.2 自由质点运动的定性讨论 103

4.2.3 质点运动轨道的相对论修正--行星近日点的相对论进动 107

4.3 史瓦西场中光子的运动规律 112

4.3.1 史瓦西场中光子的运动规律 112

4.3.2 光子运动轨迹·太阳引力场中光线偏折角 115

4.3.3 雷达回波延迟的严格计算 118

4.3.4 弱引力场中时空弯曲对自由粒子运动的影响 121

5.1.1 基本微分关系式 123

第5章 直线运动的内禀刚性加速系 123

5.1 具有内禀刚性的直线运动非惯性系 123

5.1.2 坐标变换关系的推导 126

5.2 内禀刚性直线运动非惯性系的性质 133

5.2.1 内禀刚性加速系的基本性质 133

5.2.2 只有一种常加速度的内禀刚性直线运动加速系 135

5.2.3 引力场S`系 137

5.3 双生子问题 140

5.3.1 狭义相对论的讨论 140

5.3.2 利用内禀刚性加速系讨论--甲的立场 144

5.3.3 利用内禀刚性加速系讨论--乙的立场 149

6.1.1 爱因斯坦场方程 157

第6章 爱因斯坦引力场方程和史瓦西外部解 157

6.1 爱因斯坦引力场方程和史瓦西外部解 157

6.1.2 史瓦西外部解 160

6.2 史瓦西外部解的简单讨论 162

6.2.1 史瓦西场的时空 162

6.2.2 史瓦西场中空间曲面的形象 164

6.2.3 空间弯曲引起的行星近日点的进动 169

6.3 史瓦西黑洞 172

6.3.1 史瓦西黑洞 172

6.3.2 史瓦西黑洞的视界 174

6.3.3 黑洞的性质 176

第7章 大爆炸宇宙学简介 179

7.1.1 当今宇宙概貌 181

7.1 宇宙的概貌 181

7.1.2 天体距离和天体质量的测定 184

7.1.3 恒星的诞生和演化 188

7.2 宇宙学原理和哈勃定律 194

7.2.1 宇宙学原理 194

7.2.2 哈勃定律 198

7.2.3 宇宙时空的度规 200

7.3 大爆炸宇宙学简介 204

7.3.1 宇宙动力学方程 205

7.3.2 辐射为主时期的宇宙--宇宙的早期历史和演化 208

7.3.3 物质为主时期的宇宙--宇宙的年龄和未来 220