相对论 少年版

本书是作者为自家的少年撰写的一本相对论入门书。全书共15章，按照朴素相对论、伽利略相对论、狭义相对论、广义相对论和整体相对论的顺序，以相对性思想的历史演化为线索，详细介绍了相对论所应包含的数学、物理和哲学内容。本书的一个重要特点是，它尽可能多地收录了相对论的原始文献和重要著作，强调相对论创立过程的细节。此外，本书还提供了修习相对论所需要的关键数学基础，以及相对论关键人物与事件和爱因斯坦的相对论著作目录。

作者序之一 ix
作者序之二 xi
少年能学会相对论吗？当然！ 1
如何读这本书 5
一页纸相对论 13
两页纸相对论 15
第1章 引子 19
第2章 物理时空、参照框架与坐标系 22
2.1 物理时空 23
2.2 参照框架 24
2.3 坐标系 27
2.4 参照框架与坐标系 28
第3章 朴素相对论 30
3.1 经典力学范式 31
3.2 参照点 32
3.3 开普勒三定律 33
3.4 朴素相对论 36
第4章 伽利略相对论 40
4.1 伽利略与近代物理学 41
4.2 伽利略相对论与伽利略变换 42
4.3 伽利略相对论下的物理学 45
4.4 惯性与惯性参照框架 47
第5章 变换不变性与洛伦兹变换 52
5.1 二次型、转动与变换不变性 54
5.2 波动方程的不变变换 60
5.3 麦克斯韦波动方程 61
5.4 洛伦兹变换 63
5.5 洛伦兹变换的历史 67
5.6 洛伦兹群与庞加莱群 73
第6章 狭义相对论基础 77
6.1 狭义相对论缘起 78
6.2 长度、时间与时空 81
6.3 光速 83
6.4 相对性原理 85
6.5 为什么叫狭义相对论？ 87
6.6 爱因斯坦的开山之作 88
6.7 狭义相对论时空关系 95
6.8 狭义相对论效应 96
6.9 再论光速 100
6.10 洛伦兹变换的一般性推导 102
6.11 相对论动力学 103
6.12 相对论经典电磁学 108
6.13 作为几何理论的狭义相对论 113
6.14 非常特别相对论 114
第7章 相对论质能关系 118
7.1 质量与能量 120
7.2 德.普莱托的质能关系 122
7.3 爱因斯坦的质能关系 123
7.4 电子-正电子湮灭 125
7.5 能量-动量张量 125
7.6 劳厄和克莱因的最终证明 127
7.7 一点补充说明 128
第8章 相对论量子力学 135
8.1 相对论与量子力学的结合 136
8.2 克莱因-戈登方程 138
8.3 狄拉克方程 140
8.4 相对论量子力学方程的一般构造 146
8.5 量子场论 147
第9章 弯曲空间与弯曲径迹 150
9.1 运动轨迹 151
9.2 平面、直线与平直空间 152
9.3 曲线、曲线长度与曲率 154
9.4 空间的曲率 163
9.5 测地线 164
第10章 曲线坐标 167
10.1 导言 168
10.2 曲线坐标系的定义 169
10.3 协变基和逆变基 170
10.4 曲线坐标语境下的积分与微分 171
10.5 曲线坐标系举例 174
第11章 变换视角下的物理量 177
11.1 物理量 177
11.2 张量变换 179
11.3 度规张量 181
11.4 协变微分 183
第12章 广义相对论基础 188
12.1 广义相对论的前驱 189
12.2 为什么要推广相对论？ 190
12.3 等价原理与广义协变性 193
12.4 广义相对论引力场方程 197
12.5 测地线方程 200
12.6 引力场方程的希尔伯特推导 202
12.7 关于弯曲空间的数学知识补充 205
第13章 引力场方程的解 212
13.1 史瓦西解 213
13.2 德西特解 214
13.3 多余的话 215
第14章 广义相对论效应 219
14.1 导言 219
14.2 反常水星近日点进动 220
14.3 引力弯曲光线 222
14.4 引力红移 226
14.5 关于光的感叹 227
第15章 整体相对论 230
15.1 引力作用下的两体运动 231
15.2 牛顿的水桶实验 231
15.3 爱因斯坦的马赫原理 233
15.4 整体相对论 234
15.5 结语 235
附录1 相对论物理数学预备知识罗列 237
附录2 相对论关键人物与事件 239
附录3 爱因斯坦的物理学成就与年谱 250
附录4 爱因斯坦相对论著作目录 257
跋 274