相對論與引力理論導論 9787030507914 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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趙柳 著

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• 物理學
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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030507914

商品編碼：28159635059

包裝：平裝

齣版時間：2018-03-01

基本信息

書名：相對論與引力理論導論

定價：149.00元

作者：趙柳

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2018-03-01

ISBN：9787030507914

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：128開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書是關於相對論及引力理論的基礎理論性著作，以盡量短小的篇幅嚮讀者介紹現代相對論引力理論的基本知識和部分前沿方嚮，內容包括狹義相對論迴顧、等效原理與黎曼幾何初步、彎麯時空中的場方程(愛因斯坦方程、引力變分原理以及弱場極限)、球對稱的引力場、黑洞理論、標架形式與鏇量場、高維及帶宇宙學常數的時空、引力場的能量與哈密頓錶述、宇宙學簡介、擴展的引力理論以及額外維與時空緊化等。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《宇宙的宏偉織錦：從經典力學到量子場論的物理學之旅》 導言：探索自然規律的終極奧秘 自人類開始仰望星空，便從未停止過對宇宙本質的追問。我們腳下的大地如何運動？天體的運行遵循怎樣的法則？物質的最小構成單元究竟是什麼？《宇宙的宏偉織錦》旨在帶領讀者踏上一段跨越數個世紀的物理學探索之旅，從十七世紀牛頓力學的輝煌奠基，逐步邁嚮二十世紀相對論的深刻革命，最終觸及量子場論的奇特前沿。本書聚焦於物理學理論框架的演進、核心概念的建立，以及這些理論如何共同編織齣我們對自然界運行機製的整體理解。 本書不側重於對單一理論的深度數學推導，而是緻力於構建一個清晰、連貫的知識圖譜，闡明不同物理學分支之間的內在聯係與曆史發展脈絡。我們將探討物理學傢們如何麵對實驗的挑戰、概念的悖論，並最終以其非凡的洞察力，重塑我們對空間、時間、物質和能量的認知。 第一部分：牛頓的遺産——經典物理學的基石 本書的開篇將迴顧經典物理學的輝煌成就。我們將詳細考察艾薩剋·牛頓爵士構建的宏偉體係——牛頓力學。這套理論不僅成功解釋瞭行星繞日公轉的現象，也為後世所有宏觀尺度的物理學研究設定瞭基本框架。我們深入分析瞭力、質量、加速度這三個核心概念，探討瞭動量守恒、能量守恒等基本原理在經典世界中的普適性。 隨後，我們將視角轉嚮熱力學和統計力學。從焦耳對能量形式轉換的早期探索，到卡諾對熱機效率的理論分析，熱力學定律揭示瞭宇宙中能量不可逆的流動方嚮——熵增原理。我們隨後會闡述玻爾茲曼如何通過概率論的方法，將微觀粒子的無序運動與宏觀可見的溫度、壓力等熱力學量聯係起來，從而構建瞭統計力學的堅實基礎。理解經典物理學的邊界，對於認識後續理論的必要性至關重要。 第二部分：概念的重塑——經典電磁學的統一與極限 在經典物理學的後期，麥剋斯韋的工作標誌著一個重要的裏程碑。本書將詳細剖析麥剋斯韋方程組的革命性意義。這些優美的偏微分方程，不僅統一瞭電學、磁學和光學，證明光本身就是一種電磁波，更在數學上展現齣驚人的內在一緻性。 然而，經典電磁學在麵對高速運動物體和微觀現象時，暴露齣其內在的局限性。我們將討論以太問題的睏境、光速的恒定性帶來的哲學和物理學衝擊，以及經典理論無法解釋的黑體輻射問題和光電效應。這些未解之謎，如同黎明前的陰影，預示著一場更為深刻的物理學革命即將到來。 第三部分：時空的革命——經典理論的根本性突破 本部分是全書的核心之一，我們將探討阿爾伯特·愛因斯坦對時間和空間概念的顛覆性構建。我們將側重於對狹義相對論（Special Relativity）的深入解讀，而非繁復的數學證明。重點在於理解“同時性的相對性”、“洛倫茲變換”如何取代伽利略變換，以及質能等價原理（$E=mc^2$）對物理學世界觀的深遠影響。我們分析瞭高速運動對時間和尺度的效應，以及它如何從根本上改變瞭我們對四維時空結構的直觀感受。 緊接著，我們將引領讀者進入廣義相對論（General Relativity）的思想殿堂。本書會用清晰的語言描述愛因斯坦如何將引力現象從一種超距作用力，轉變為時空幾何的彎麯。我們將探討等效原理（Equivalence Principle）的意義，並解釋引力如何影響光綫傳播和時間的流逝。雖然我們將避免深入研究黎曼幾何，但會清晰描繪齣引力場方程的核心思想——物質告訴時空如何彎麯，時空告訴物質如何運動。通過對引力透鏡、水星近日點進動等現象的討論，我們將展示該理論在解釋宇宙尺度現象上的無與倫比的成功。 第四部分：微觀世界的奇點——量子力學的興起 與宏觀世界中確定性的經典描述形成鮮明對比的是，微觀粒子的行為展現齣令人睏惑的概率性和不確定性。本書將係統迴顧量子力學的起源，從普朗剋的黑體輻射假設，到波爾對原子結構的量子化描述。 隨後，我們將探討量子力學體係的建立。重點關注海森堡的矩陣力學和薛定諤的波動力學如何殊途同歸，以及波函數$psi$的概率詮釋（玻恩定則）如何將物理描述從確定性轉嚮概率性。不確定性原理（Uncertainty Principle）被視為該理論的基石之一，它揭示瞭測量行為對係統狀態的根本性乾預。我們將討論波粒二象性，電子如何錶現齣波動性，光子如何錶現齣粒子性，以及量子疊加態和量子糾纏等反直覺但已被實驗證實的現象。 第五部分：現代物理學的交匯點——場論的展望 在本書的尾聲，我們將探討物理學試圖將狹義相對論與量子力學相融閤的嘗試，即量子場論（Quantum Field Theory, QFT）。我們介紹場作為描述基本粒子的基本實體，以及粒子被視為場的激發態的概念。 我們將簡要概述量子電動力學（QED）——相對論性量子力學的第一個巨大成功，它精確描述瞭光與物質的相互作用。最後，本書將展望標準模型，即我們目前描述除引力外所有基本粒子及其相互作用的理論框架。雖然標準模型本身是一個極為復雜的數學結構，但本書會強調其核心思想：通過規範對稱性來構建基本力的描述。 結語：未完待續的探索 《宇宙的宏偉織錦》提供瞭一個全麵的視圖，展示瞭人類心智如何從對蘋果落地的簡單觀察，發展到對時空彎麯和基本粒子相互作用的精確描述。本書強調瞭物理學理論的相互繼承性、突破性以及它們在描述自然界不同尺度上的互補性。理解這些理論的建立過程、它們之間的張力與融閤，是理解現代科學精神的關鍵所在。宇宙的宏偉織錦仍在編織之中，更深層次的統一與全新的物理學範式，仍在等待著後繼的探索者。

評分☆☆☆☆☆

這本書的難度設置把握得非常精準，它顯然不是一本麵嚮零基礎的科普讀物，但它也絕非是為那些已經精通高等數學的專業人士準備的純粹教材。它更像是一座連接“入門”與“精深”之間的完美橋梁。對於那些已經學過經典力學和電動力學，希望係統進入現代引力理論領域的本科高年級學生或研究生而言，這本書提供的知識深度是恰到好處的。書中對慣性係與非慣性係的討論，特彆是如何用廣義相對論的視角重新審視“慣性”的本質，提供瞭一個非常深刻的視角轉換。我注意到作者在引入一些前沿概念時，比如黑洞視界或者引力波的初步概念時，總是會先將其置於一個更廣闊的經典場論的框架下進行對比，這種對比極大地增強瞭讀者對新理論革命性的認識。書中的習題部分設計得也十分巧妙，它們並非簡單的數值計算，而是更多地側重於概念的理解和邏輯的延伸，有些題目甚至能啓發讀者思考一些尚未完全解決的物理問題，這一點非常激發讀者的求知欲。

評分☆☆☆☆☆

從學術參考價值來看，這本書的引用和參考文獻部分做得非常紮實可靠，體現瞭作者嚴謹的學術態度。在涉及曆史發展脈絡的章節，例如愛因斯坦與希爾伯特在場方程優先權上的爭論，作者的處理方式是客觀而公正的，既梳理瞭理論發展的麯摺過程，也肯定瞭不同貢獻者的工作。特彆是在處理廣義相對論的幾何基礎時，作者沒有迴避剋裏斯托費爾符號和協變導數這些“攔路虎”，而是通過精心的圖示和比喻，將其復雜性降到瞭一個可以被物理直覺所接受的程度。有一點讓我印象深刻的是，作者在討論等效原理時，將弱等效原理和強等效原理進行瞭細緻的區分和論證，清晰地指齣瞭它們在物理內涵上的差異，這對於澄清許多常見的誤解至關重要。這本書的整體行文風格帶著一種沉穩的、學者的味道，很少有花哨的辭藻，所有的筆墨都聚焦於知識的精確傳遞和理論體係的完整構建，非常適閤作為一部長期置於書架上、隨時可以翻閱查證的權威參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本物理學著作的裝幀設計得相當大氣，封麵采用瞭深邃的藍色調，配上醒目的白色書名，給人一種嚴謹而又充滿探索精神的視覺感受。內頁紙張的質地非常精良，觸感溫潤，印刷字體清晰銳利，即便是麵對復雜的數學公式也能保持極高的可讀性。初次翻閱時，我注意到作者在引言部分就展現瞭其深厚的學術功底與清晰的邏輯脈絡。他沒有急於拋齣深奧的理論，而是花費瞭相當篇幅來迴顧經典物理學在處理宏觀尺度和高速運動問題時遇到的睏境，這為後續引入全新的時空觀和引力描述奠定瞭堅實的背景基礎。特彆是對於伽利略變換和洛倫茲變換的對比分析，作者的處理方式極為細膩，仿佛一位經驗豐富的教師在循循善誘，引導讀者一步步掙脫牛頓力學思維的束縛。這種從曆史脈絡和實驗現象齣發的敘事策略，極大地降低瞭初學者的心理門檻，讓人感覺高深的物理學並非遙不可及的空中樓閣，而是建立在嚴謹的觀察與邏輯推理之上的科學體係。排版上，關鍵的定義和定理都被加粗或用不同的字體突齣顯示，使得查找和迴顧特定知識點時非常高效，這對於需要經常翻閱參考的讀者來說，無疑是一個巨大的便利。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗上，這本書給我的感覺是那種既有嚴謹的數學推導，又不失生動物理圖像描繪的“雙核驅動”模式。作者似乎非常擅長在抽象的張量分析和具體的物理情境之間架起橋梁。比如，在闡述測地綫概念時，他不僅給齣瞭精確的微分方程，還巧妙地穿插瞭大量關於光綫彎麯和行星軌道攝動的實際例子。我特彆欣賞作者在處理愛因斯坦場方程推導過程中的那種耐心和分層解析。他沒有直接跳到最終形式，而是先從能量守恒和時空度規的幾何意義入手，逐步引入黎曼麯率張量，每一步都配有詳盡的數學注腳和物理圖像的輔助說明，這使得即便是對微分幾何不太熟悉的讀者，也能跟上推導的節奏。很多教科書在這裏會顯得過於跳躍，導緻讀者隻能死記硬背公式，而這本書卻緻力於讓讀者“理解”公式背後的物理含義。我甚至感覺作者在用文字“繪製”四維時空，使得原本難以想象的彎麯時空在腦海中逐漸具象化，這種教學上的投入感，是閱讀其他同類書籍時很少能體味到的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排體現瞭極高的組織性。它采取瞭一種螺鏇上升的講解模式，即在不同的章節中，核心的數學工具（比如張量運算）會被反復使用和深化，每一次的迴歸都伴隨著更深層次的物理內涵的揭示。例如，對林德勒圖的討論，最初可能隻是作為一種數學工具齣現，但隨著引力輻射和宇宙學模型的展開，這個工具的重要性被重新強調，並被賦予瞭更豐富的物理意義。我特彆喜歡作者在每一章末尾設置的“概念迴顧與展望”部分，這不僅是對本章內容的有效總結，更是為下一章的內容做瞭精妙的鋪墊，確保瞭知識的連貫性和流動性。這種設計使得讀者在閱讀過程中，不會感覺到知識點的散亂堆砌，而是能清晰地看到整個理論框架是如何一步步搭建起來的。整體而言，這本書不僅僅是知識的載體，更像是一份精心設計的學習路徑圖，它引領讀者從一個相對熟悉的起點，穩健地走嚮現代物理學的深水區，其專業性與啓發性達到瞭一個令人贊嘆的平衡點。