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第1章 狭义相对论的引入 1

1.1相对性原理 1

1.2麦克斯韦电磁理论的挑战 3

1.3洛伦兹变换 7

第1章习题 12

第2章 学一点点几何 13

2.1线元与几何 13

2.2闵氏几何 15

2.3球面几何 17

2.4曲率 18

2.5测地线 18

第2章习题 21

第3章 相对论的几何表述 22

3.1世界线和时空图 22

3.2惯性观者、参考系和坐标系 27

3.3光速不变的4维表述 30

3.4固有时与坐标时的区别和联系 33

3.5时空图中的坐标轴 34

3.6时序和因果关系 36

3.7何谓几何语言？何以要用几何语言？ 41

第3章习题 44

第4章 趣味运动学效应 45

4.1尺缩效应和车库佯谬 45

4.1.1尺缩效应 45

4.1.2车库佯谬 47

4.2钟慢效应 48

4.2.1通常的钟慢效应 48

4.2.2用洛伦兹变换讨论尺缩钟慢[选读] 50

4.2.3不同比钟方式有不同结果 54

4.2.4多普勒频移 57

4.2.5钟慢尺缩效应的实验验证 57

4.3双子效应（佯谬） 60

4.3.1双子效应的戏剧性描述 60

4.3.2双子效应的几何剖析 61

4.3.3双子“悖论”的长期论战 62

4.3.4双子效应的实验验证 68

4.4高速物体的视觉形象 72

4.5用几何语言导出洛伦兹变换[选读] 84

第4章习题 86

第5章 相对论质点力学 88

5.1动量和动量守恒 88

5.2力的定义 90

5.3动能 93

5.4能量和能量守恒 95

5.5对“质能相当性”的述评 98

5.6结合能和质量亏损 101

5.7质能动关系式 103

5.8光子及其能量和动量 104

5.9质点为何必须亚光速？ 105

第5章习题 106

第6章 广义相对论初步 108

6.1引力的实质是时空的弯曲 108

6.2弯曲时空的物理定律 113

6.3等效原理 114

6.4潮汐力与测地偏离 118

6.5爱因斯坦场方程 122

第7章 恒星演化和黑洞 126

7.1引力是天体物理学的主角 126

7.2恒星演化 128

7.2.1恒星的形成 红巨星 128

7.2.2白矮星 130

7.2.3中子星 133

7.2.4超新星 135

7.2.5脉冲星 136

7.3奇点、视界和黑洞 138

7.4黑洞无毛定理 143

7.5黑洞的搜寻 149

第8章 史瓦西时空 156

8.1史瓦西真空解 156

8.2广义相对论的实验验证 160

8.3引力钟慢和引力红移 161

8.3.1引力钟慢效应 161

8.3.2引力红移 167

8.4水星近日点进动 168

8.5星光偏转 172

8.5.1理论预言值和日全食观测 172

8.5.2用星光偏转检验引力理论[选读] 175

8.5.3牛顿引力论对星光偏角的推导[选读] 177

8.5.4雷达回波的时间延缓[选读] 178

8.6相对论在GPS（全球定位系统）中的应用 181

8.7史瓦西时空的最大延拓 195

8.7.1奇点和奇性 195

8.7.2克鲁斯科尔坐标系 196

8.7.3克鲁斯科尔最大延拓 199

8.7.4黑洞、白洞和视界 204

8.8伯克霍夫定理 205

8.9恒星的引力坍缩和史瓦西黑洞 206

第9章 虫洞和时间机器 212

9.1嵌入图 212

9.2虫洞 217

9.2.1史瓦西虫洞 217

9.2.2可穿越虫洞 219

9.3时间机器 221

9.3.1把虫洞转化为时间机器 221

9.3.2弑母悖论 224

9.3.3物理学允许时间机器吗？ 227

附录A 单位制、量纲和公式转换 229

A.1单位制基本知识 229

A.1.1基本单位和导出单位 229

A.1.2量纲式和量纲 232

A.2几何单位制 234

A.2.1几何单位制 234

A.2.2几何单位制公式转换为国际单位制公式 235

习题答案 238

参考文献 240

索引 243