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目 录1

绪言1

第一章经典力学中的空间和时间7

§1 空间的度量 标准尺7

§2 量角器9

§3 时间的度量 标准钟13

§4 坐标系15

§5 伽利略变换18

空间坐标 空时坐标18

伽利略变换 速度合成法则22

§6 牛顿力学中的相对性原理22

加速度变换式 质量变换式 力的变换式惯性参考系和非惯性参考系 相对性原理第二章狭义相对论中的空间和时间29

§1 经典物理学的困难30

经典电磁学的结论 经典力学和经典电磁学的矛盾 爱因斯坦的选择§2 狭义相对论的基本原理34

光速不变原理 狭义相对性原理38

§3 动钟延缓和动尺缩短38

动钟延缓 动尺缩短43

§4 相对运动的钟的同步43

§5 洛伦兹变换代替伽利略变换46

§6 洛伦兹变换的另一种推导方法49

§7 洛伦兹变换的物理意义51

长度的测量 时间的测量 经典极限§8 相对论的速度变换式和加速度变换式57

§9 光速和因果律64

§10 孪生子佯谬72

§11 孪生子佯谬的另一种讨论方法78

§12 质量不是恒量，质—速关系式的推导82

§13 1克质量能变成多少能量？86

§14狭义相对论的实验基础88

菲索实验和迈克尔逊实验 布拉格实验子衰变 飞机载原子钟所做的环球航行实验第三章从万有引力到弯曲空间99

§1 牛顿引力理论的成就和困难102

万有引力定律 行星运动之谜 牛顿引力理论的困难§2 同一物体的两个质量114

§3 虚构的力和引力等效117

惯性力 飞船上和地球上无法区分122

§4 非惯性系和惯性系平权122

§5 人类生活在弯曲空间中123

广义相对论中的空间 高山上的钟比山谷里的钟要快 广义相对论中的空时（4维空间）§6 4维空间（空时）的度规130

§7 坐标钟和标准钟134

平直空时的度规 弯曲空时的度规134

狭义相对论中的固有时 局部惯性参考系广义坐标变换 坐标时和标准时§8 引力场方程140

第四章弯曲空间的实验验证144

§1 引力场能改变光的波长145

氢原子光谱 多普勒效应 光谱线的引力红移§2 水星近日点的进动157

§3 引力场中光线的弯曲159

§4 雷达回波的延迟166

§5 双星引力辐射167

第五章白矮星、中子星和黑洞169

§1 白矮星170

§2 中子星173

§3 黑洞178

§4 黑洞的性质188

黑洞只有三根毛 黑洞的视界从黑洞获取能量 黑洞的熵和温度§5 黑洞的辐射194

霍金辐射 微观小黑洞198

§6 黑洞中的空时内禀奇点198

§7 黑洞的观测200

§1 宇宙学的内容特点206

第六章宇宙学206

§2 宇宙是均匀的和各向同性的208

宇宙天体的观测 宇宙学原理211

§3 爱因斯坦以前211

星星的数目是有限的还是无限的？ 天空不是无限明亮的 现在不是永远§4 现在的宇宙在膨胀214

历史的成见 字宙正在膨胀219

§5 宇宙的年龄219

R—W度规 宇宙时 宇宙的年龄222

§6 大爆炸宇宙学222

字宙早期 氦形成 辐射 物质为主的时期§7 大爆炸宇宙学的实验检验225

宇宙背景辐射 氦丰度 天体的年龄227

§8宇宙的极早期从何时开始227

§9 宇宙是闭合的还是开放的229

§10宇宙的暴胀230

大爆炸宇宙学的困难 宇宙的暴胀233

§1 1其它宇宙模型233

§12宇宙的创生234

§13宇宙演化的图象235

§14结束语237