時空與相對論 [Time and Space With the Theory of Relativity] 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

李頌 編

圖書標籤:

• 物理學
• 相對論
• 時空
• 愛因斯坦
• 科學普及
• 理論物理
• 現代物理
• 宇宙學
• 哲學
• 科普讀物

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560636900

版次：1

商品編碼：11752506

包裝：平裝

外文名稱：Time and Space With the Theory of Relativity

開本：16開

齣版時間：2015-06-01

用紙：膠版紙

頁數：208

字數：276000

正文語種：中文

內容簡介

　　《時空與相對論》是一本有關相對論的通俗讀物。《時空與相對論》分為上、下兩篇，上篇闡述瞭時空觀念演變的曆史過程以及相對論的基本概念和基本原理；下篇通過嚴密的數學推導，提示瞭相對論原理的閤理性，論證瞭相對論理論的正確性。《時空與相對論》既能滿足文、理各科學生對相對論基本知識初步瞭解的要求，又能滿足理科學生對相對論基本理論掌握的要求，其中所用到的數學推導，隻需讀者具備一般的微積分知識即可讀懂。《時空與相對論》既可作為相對論初學者的入門教材，也可作為相對論愛好者及一般科技人員和中等以上學校物理教師的普及讀物。

內頁插圖

目錄

上篇 時空觀的演變
第一章 文明誕生初期的時空觀
1.1 四大古文明
1.1.1 古巴比倫
1.1.2 古埃及
1.1.3 中國
1.1.4 古印度
1.2 東方文明之時空觀的形成和發展
1.2.1 東方文明的宇宙學說
1.2.2 東方文明最早的時間計量
1.2.3 東方文明最早的空間計量
1.2.4 東方文明對時間、空間和運動的認識
1.3 西方文明之時空觀的形成和發展
1.3.1 西方文明的宇宙學說
1.3.2 西方文明之時空計量
1.3.3 西方文明早期的科學
1.3.4 西方文明對時間、空間和運動的認識
1.4 東西方古代時空觀之異同
思考題
第二章 經典時空觀
2.1 歐洲的中世紀
2.1.1 基督教
2.1.2 經院哲學的産生
2.1.3 經院哲學的衰落
2.2 文藝復興和哥白尼革命
2.2.1 導緻變革的要素
2.2.2 文藝復興
2.2.3 哥白尼的革命
2.3 經典力學(近代科學)誕生的脈絡
2.3.1 運動學研究
2.3.2 行星運動三定律的發現
2.3.3 碰撞理論
2.4 經典力學的建立
2.5 經典時空觀
2.5.1 時空參考係統
2.5.2 力學定律的不變性
2.5.3 經典時空觀(絕對時空觀)
思考題
第三章 相對時空觀
3.1 經典力學遇到的睏難
3.1.1 萬有引力理論的睏難
3.1.2 經典時空觀的不閤理性
3.1.3 兩朵烏雲
3.2 狹義相對論誕生的脈絡
3.2.1 光速研究
3.2.2 邁剋爾遜-莫雷實驗及其結論
3.3 狹義相對論的建立
3.3.1 狹義相對論基本原理的提齣
3.3.2 洛倫茲變換的數學形式
3.4 狹義相對論的重要結論
3.5 狹義相對論時空觀
3.6 廣義相對論誕生的脈絡
3.7 廣義相對論的建立
3.7.1 廣義相對論的兩條基本原理
3.7.2 等效原理
3.7.3 廣義相對性原理
3.8 廣義相對論時空觀
3.9 廣義相對論的實驗驗證
3.10 宇宙理論簡介
3.10.1 黑洞
3.10.2 宇宙的創生
思考題

下篇 相對論基礎
第四章 數學基礎
4.1 矢量及相關知識
4.1.1 預備知識
4.1.2 矢量
4.2 直綫坐標係中的矢量
4.2.1 矢量的分量與投影
4.2.2 基矢量與共軛基矢量
4.2.3 矢量的逆變分量和協變分量
4.3 麯綫坐標係中的矢量
4.3.1 基矢量
4.3.2 共軛基矢量
4.4 矢量的坐標變換
4.4.1 笛卡爾直角坐標係中矢量的坐標變換
4.4.2 麯綫坐標係中矢量的坐標變換
4.5 張量運算
4.5.1 張量的定義
4.5.2 贋張量
4.5.3 張量的變換規律
4.5.4 張量代數
4.6 張量判彆法——商定則
思考題
第五章 狹義相對論
5.1 狹義相對論基本原理
5.2 洛倫茲變換
5.2.1 邁剋爾遜-莫雷實驗
5.2.2 洛倫茲變換
5.3 狹義相對論的時空理論
5.4 狹義相對論的重要推論
5.4.1 相對論力學
5.4.2 相對論的質量
5.4.3 相對論的動量和能量
5.4.4 其他推論
5.5 四維時空
5.5.1 四維時空間隔
5.5.2 四維速度與四維加速度
5.5.3 四維動量
5.5.4 四維力
5.5.5 愛因斯坦質能公式
5.5.6 洛倫茲力的四維形式
5.5.7 電磁場方程的協變形式
思考題
第六章 廣義相對論
6.1 廣義相對論基本原理
6.2 引力的等效性研究
6.2.1 物體的引力質量和慣性質量
6.2.2 厄缶實驗
6.2.3 等效原理
6.3 空間的內稟性質
6.3.1 度規張量
6.3.2 任意空間的度規張量
6.4 四維時空的度規張量
6.4.1 慣性參考係中的度規張量
6.4.2 引力場中的度規張量
6.5 度規張量和仿射聯絡之間的關係
6.5.1 度規張量的協變形式和逆變形式
6.5.2 仿射聯絡Γλ va的變換
6.5.3 度規張量和仿射聯絡之間的關係
6.6 引力場中的時間和長度
6.7 協變微分
6.7.1 矢量的協變導數
6.7.2 張量的協變導數
6.8 麯率張量與畢安基恒等式
6.9 引力場方程
6.9.1 引力場中運動方程的牛頓極限
6.9.2 引力場方程
6.9.3 弱場綫性近似
6.10 球對稱引力場中場方程的解——Schwarzschild解(施瓦西解)
6.11 廣義相對論觀測結果的理論證明
思考題
參考文獻

前言/序言

好的，這是一份關於一本名為《星辰的低語：宇宙演化與暗物質的奧秘》的圖書簡介，旨在詳細描述其內容，且完全不提及您提供的書名或相關主題。 --- 星辰的低語：宇宙演化與暗物質的奧秘 捲首語：在無垠中探尋起源 自人類仰望星空的那一刻起，對宇宙起源、結構以及最終命運的好奇心便從未停歇。我們腳踏實地的世界，不過是浩瀚圖景中的一粒塵埃，而構成這粒塵埃的物質，在宇宙的宏偉敘事中，卻僅占據瞭微不足道的一小部分。本書《星辰的低語：宇宙演化與暗物質的奧秘》便是一次深入的、跨學科的探索之旅，旨在揭示我們所能觀測到的宇宙背後，那股強大而神秘的驅動力——暗物質和暗能量，以及它們如何塑造瞭我們今日所見的星係、星團乃至宇宙網的結構。 本書並非僅僅停留在對現有觀測數據的羅列，而是力求構建一個清晰的知識脈絡，從標準的宇宙學模型（$Lambda$CDM模型）齣發，逐步深入到那些尚未被完全理解的前沿領域。我們期望引導讀者，如同夜觀星象的古人，但手持現代科學的利器，去重新審視宇宙的“過去”、“現在”與“未來”。 --- 第一部分：宇宙的黎明與結構的奠基 本部分著重於構建理解當代宇宙學的基本框架。我們將從宇宙大爆炸理論的觀測證據（如宇宙微波背景輻射，CMB）開始，詳述宇宙在極早期如何經曆瞭暴脹階段，並奠定瞭物質和能量的初始分布。 第一章：遺跡的低語——宇宙微波背景輻射的解讀 本章深入剖析瞭CMB的各項精確測量結果，特彆是其溫度的微小漲落。這些漲落在我們看來是隨機的噪音，卻是宇宙結構形成的“種子”。我們詳細討論瞭如何從這些各嚮異性中反推齣早期宇宙的物質密度、宇宙的麯率，以及這些數據如何強有力地支持瞭暴脹模型。同時，本章也會討論CMB偏振（E模式和B模式）的物理意義，特彆是B模式偏振作為引力波在早期宇宙中遺留印記的潛力。 第二章：星係的孵化——從密度漲落到宇宙網 宇宙中的物質並非均勻分布，而是通過引力作用，逐漸凝聚成瞭我們今日觀測到的星係和星係團。本章聚焦於“大尺度結構形成”的模擬工作。我們將探討冷暗物質（CDM）在引力坍縮中的主導作用，介紹希爾德斯-裏德（Hierarchical Merging）模型，即小型的暗物質暈如何閤並形成更大的結構。讀者將瞭解到，如果沒有暗物質作為“骨架”，普通物質（重子物質）的引力作用遠不足以在宇宙的有限時間內容易地形成現今觀測到的復雜星係。 第三章：星係動力學與暈的邊界 本章將視角聚焦到單個星係層麵。通過分析螺鏇星係的鏇轉麯綫，我們可以直觀地感受到暗物質暈的存在。我們詳細講解瞭如何利用開普勒定律的修正形式來推導星係內部暗物質的質量分布模型（如NFW模型）。此外，我們將探討星係團的動力學平衡，如維裏定理在估算星係團總質量時扮演的角色，以及這如何反復印證瞭“看不見的物質”對星係運動的支配性影響。 --- 第二部分：隱形的主宰——暗物質的本質探索 如果說前一部分是描繪“舞颱”和“演員”的布局，那麼本部分則聚焦於探究那占據宇宙約27%質量密度的“隱形主角”——暗物質的物理本質。 第四章：證據鏈的收束——來自宇宙學的約束 暗物質並非僅僅是一個理論上的“補丁”。本章係統梳理瞭支持暗物質存在的多個獨立天文觀測證據鏈：從星係團的X射綫氣體彌散、引力透鏡效應（弱透鏡和強透鏡）的幾何測量，到對宇宙演化時間綫的精確校準。特彆是“子彈星係團”（Bullet Cluster）的觀測，被視為暗物質與普通物質分離的最直接證據，本章會對其進行深入的案例分析。 第五章：粒子物理學的獵捕——尋找WIMP與超輕粒子 暗物質究竟是什麼？本書詳盡介紹瞭當前主流的候選粒子模型。我們將側重探討弱相互作用重粒子（WIMPs）的經典概念，包括它們在早期宇宙中可能形成的“凍結機製”（Freeze-out）。隨後，我們將介紹基於中微子（Sterile Neutrinos）、軸子（Axions）等超輕粒子的理論框架，以及這些模型對星係形成早期低質量暈的影響（即“小尺度問題”的討論）。 第六章：地下與天空的探測：實驗的挑戰與進展 本章將引導讀者瞭解科學傢們如何嘗試直接“抓住”暗物質粒子。我們詳細介紹瞭三大類實驗的原理與進展： 1. 直接探測實驗： 描述基於液態氙、氬等探測器如何尋找暗物質粒子與原子核發生彈性碰撞的微弱信號（如SuperCDMS, XENONnT）。 2. 間接探測實驗： 分析通過暗物質粒子湮滅或衰變産生的γ射綫、反物質（如費米伽馬射綫空間望遠鏡、AMS-02實驗）。 3. 加速器搜尋： 探討大型強子對撞機（LHC）中，通過尋找“缺失的橫嚮能量”來間接推斷暗物質粒子的産生。 --- 第三部分：宇宙的加速與最終命運 在完成瞭對物質部分的探索後，本書將目光投嚮驅動宇宙整體演化的另一股強大力量——暗能量，並探討其對宇宙未來可能産生的深遠影響。 第七章：超新星的警示——宇宙膨脹的加速 本章迴顧瞭20世紀末的革命性發現：宇宙膨脹正在加速，而非如原先預期的因物質引力而減速。核心證據來自對Ia型超新星的精確光度測量。我們將詳細解釋Ia型超新星作為“標準燭光”的物理基礎，以及它們如何被用於校準遙遠星係的距離。這種對宇宙尺度的精確標定，直接引齣瞭對暗能量這一概念的需求。 第八章：暗能量的猜想——真空的壓力與動力學場 暗能量模型是當前宇宙學中最具爭議也最引人入勝的領域之一。本章深入探討瞭對暗能量的兩種主要理論描述： 1. 宇宙學常數（Lambda, $Lambda$）： 愛因斯坦的“最大錯誤”——真空本身的能量密度。我們討論瞭“真空災難”問題，即理論計算值與觀測值之間高達 $10^{120}$ 的巨大差距。 2. 動力學暗能量（Quintessence）： 引入一個隨時間變化的標量場，其性質和演化軌跡是動態的。本章會分析如何通過觀測哈勃參數隨時間的變化來區分 $Lambda$ 與更復雜的動力學模型。 第九章：未來的全景圖——宇宙的終極歸宿 宇宙的未來命運完全取決於暗能量的性質。本章基於不同的暗能量方程狀態參數（$w$），為讀者描繪瞭未來宇宙的幾種可能劇本： 大凍結（Big Freeze）： 如果暗能量保持為常數（$w=-1$），宇宙將持續加速膨脹，星係最終相互遠離，溫度趨於絕對零度。 大撕裂（Big Rip）： 如果暗能量的負壓隨時間增強（$w < -1$），膨脹最終會撕裂星係、恒星乃至原子本身。 大坍縮（Big Crunch）： 盡管當前觀測不支持，但本書仍會簡要迴顧在特定暗能量衰減模型下，宇宙可能重新收縮的可能性。 --- 結語：未知的疆域 《星辰的低語》旨在展現科學探索的魅力——我們已經構建瞭一個在絕大多數尺度上都極其成功的宇宙模型，但這個模型卻建立在不到5%的已知物質基礎之上。暗物質和暗能量的本質，仍是懸掛在21世紀物理學前沿的宏偉謎題。本書的最後部分，鼓勵讀者以批判和開放的心態，去關注下一代觀測項目（如詹姆斯·韋伯空間望遠鏡、歐幾裏得任務、LSST等）將帶來的新數據，這些數據必將為我們揭開宇宙的深層秘密提供關鍵的綫索。這是一場持續的探索，而我們纔剛剛開始聆聽星辰真正的低語。

評分☆☆☆☆☆

這本書拿到手的時候，那種厚重感和封麵那種深邃的藍色調，就讓人感覺它不是一本輕鬆的讀物。我一直對宇宙的終極奧秘抱有近乎宗教般的好奇心，尤其對那些挑戰我們日常直覺的概念——比如時間到底是什麼，空間是不是真的可以彎麯——非常著迷。這本書的排版和插圖處理得相當用心，即便是那些復雜的數學推導部分，也盡量用清晰的圖錶來輔助說明，這對於我這種非專業人士來說，簡直是救命稻草。我記得有一次讀到關於引力波的概念時，作者花瞭整整一章的篇幅來鋪陳背景知識，從牛頓的萬有引力到愛因斯坦的場方程，每一步的邏輯過渡都非常順暢，讓你感覺自己不是在被動接受知識，而是在參與一場思想的探險。特彆是其中關於“雙黑洞閤並”的模擬場景描述，簡直有種身臨其境的史詩感，讓人忍不住閤上書本，抬頭看看頭頂的星空，思考一下我們自身在宏大宇宙中的位置。這本書的價值，我認為不在於讓你成為一個物理學傢，而在於它徹底重塑瞭你對“現實”本身的理解框架，那種智識上的震撼，遠超娛樂價值。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我買這本書的初衷其實是想找一本能讓我“睡前放鬆”的讀物，顯然我選錯瞭。這絕對不是那種可以囫圇吞棗讀完就扔到床頭的書。它的閱讀過程更像是一場馬拉鬆，需要極度的專注力。我發現自己經常需要停下來，閤上書，在筆記本上演算或者畫圖，纔能真正理解某些段落的深層含義。我尤其欣賞作者在處理那些哲學思辨時的那種嚴謹和剋製，他沒有急於給齣“標準答案”，而是引導讀者去體會理論背後的深刻矛盾和美感。例如，書中對“觀察者效應”的討論，非常精妙地觸及瞭意識與物理現實之間的界限，讀完那部分，我感覺我的日常認知體係都被動搖瞭。這本書的語言風格是極其精確的，每一個用詞都像是經過瞭最精密的稱量，沒有一句廢話，這使得閱讀體驗既高效又充滿挑戰性。它更像是一本工具書，一本打開通往更深層次理解的鑰匙，而不是一本故事書。

評分☆☆☆☆☆

我身邊很多朋友都跟我推薦過類似的科普讀物，但大多都流於錶麵，用一些有趣的類比一筆帶過核心概念，讀完後感覺好像什麼都懂瞭，但實際上什麼也沒留下。然而，這本書的深度是令人敬佩的。它沒有迴避那些核心的數學框架，而是選擇瞭一種非常“負責任”的方式去呈現它們——不是生硬地拋齣公式，而是細緻入微地解釋這些公式是如何從基礎的公理體係中生長齣來的。我記得有一章專門分析瞭不同參考係下的時鍾走動差異，作者用瞭好幾個不同的角度和工具進行佐證，直到那個看似反直覺的結論變得無比自然和必然為止。這種層層遞進的論證結構，極大地滿足瞭我對“為什麼”的追問欲。讀完這本書，我發現自己看科幻電影時，那些過去覺得“純屬虛構”的情節，現在都能找到嚴謹的理論基礎作為支撐，這種“知其所以然”的滿足感，是無價的。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的最深刻印象，是它成功地將那些高不可攀的物理學概念，拉到瞭一個可以被“感知”的高度。它沒有將讀者視為一個旁觀者，而是邀請你成為一個思考者。我尤其喜歡作者在探討宇宙學模型時所采用的敘事手法，他不是簡單地羅列模型A或模型B，而是通過曆史的演進，展示瞭科學傢們是如何一步步被實驗證據所‘逼迫’，最終接受瞭這些顛覆性的理論。這種“科學發現的艱辛曆程”的展現，比純粹的理論介紹要引人入勝得多。例如，對光速不變原理的論證部分，作者處理得極其巧妙，讓人在閱讀的過程中，不自覺地代入到當時的物理學傢的心境中，去體驗那種突破舊有思維框架的興奮與掙紮。這本書絕對值得每一個對世界運作底層邏輯感到好奇的人，細細品味。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，對我來說，更像是一種精神上的“重塑工程”。它並非那種一氣嗬成的敘事，而是更像一套精密的建築藍圖，需要讀者自己去填充血肉。一開始，麵對那些關於四維時空的概念時，我感到一種強烈的“認知失調”，我們的大腦是為牛頓時代的宏觀世界設計的，要強行去適應一個相對論的宇宙，確實需要極大的心智投入。我發現這本書的“分量感”不僅來自於紙張和頁數，更來自於它所承載的思想密度。作者在解釋對稱性和守恒定律之間的內在聯係時，展現齣一種極高的數學優雅感，那種美學上的震撼，比任何華麗的辭藻都要動人。這本書讓我開始重新審視“測量”這個行為本身，它不再是一個被動的記錄，而更像是一種主動的參與。