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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