《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》是2006年1月1日北京大學(xué)出版社出版的圖書(shū)，該書(shū)作者是（美）阿爾伯特·愛(ài)因斯坦，譯者是楊潤(rùn)殷。
內(nèi)容簡(jiǎn)介
相對(duì)論作為物理學(xué)的重要組成部分，是近代物理學(xué)的兩大支柱之一。它的創(chuàng)立者愛(ài)因斯坦是一位享有盛譽(yù)的科學(xué)家。那么，相對(duì)論是一種什么樣的理論？愛(ài)因基坦又是怎樣的人呢？
本書(shū)是愛(ài)因斯坦豐富博大的科學(xué)成果中一部比較淺顯的著述。通過(guò)此書(shū)，可使讀者對(duì)相對(duì)論有初步的接觸，從而打下一定烙印，受到一些啟迪。這是一種對(duì)神秘宮殿的初步探求，也是一種對(duì)制高點(diǎn)的初步領(lǐng)略。相信，走近愛(ài)因斯坦，了解相對(duì)論，對(duì)于知識(shí)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，思維方法的啟迪，科學(xué)精神的激發(fā)，都會(huì)大有裨益。
“你和一個(gè)漂亮姑娘在公園長(zhǎng)椅上坐一小時(shí)，覺(jué)得只過(guò)了一分鐘；你緊挨著一個(gè)火爐坐一分鐘，卻覺(jué)得過(guò)了一小時(shí)。這就是相對(duì)論?！?a href="/hebeideji/7222850576806248480.html">阿爾伯特·愛(ài)因斯坦常常這樣向媒體和公眾開(kāi)玩笑。相對(duì)論為什么會(huì)受到如此狂熱追捧？連愛(ài)因斯坦本人也覺(jué)得不可思議！
科學(xué)元典是科學(xué)史和人類(lèi)文明史上劃時(shí)代的豐碑，是人類(lèi)文化的優(yōu)秀遺產(chǎn)，是歷經(jīng)時(shí)間考驗(yàn)的不朽之作，它們不僅是科學(xué)創(chuàng)造的結(jié)晶，而且是科學(xué)精神、科學(xué)思想和科學(xué)方法的載體，具有永恒的意義和價(jià)值。讓我們一起仰望先賢，回眸歷史，體悟原汁原味的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
作品目錄
《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》導(dǎo)讀
序
第十五版說(shuō)明
第一部分狹義相對(duì)論
1.幾何命題的物理意義
2.坐標(biāo)系
3.經(jīng)典力學(xué)中的空間和時(shí)間
4.伽利略坐標(biāo)系
5.相對(duì)性原理(狹義)
6.經(jīng)典力學(xué)中所用的速度相加定理
7.光的傳播定律與相對(duì)性原理的表面抵觸
8.物理學(xué)的時(shí)間觀
9.同時(shí)性的相對(duì)性
10.距離概念的相對(duì)性
11.洛倫茲變換
12.量桿和鐘在運(yùn)動(dòng)時(shí)的行為
13.速度相加定理斐索實(shí)驗(yàn)
14.相對(duì)論的啟發(fā)作用
15.狹義相對(duì)論的普遍性結(jié)果
16.經(jīng)驗(yàn)和狹義相對(duì)論
17.赫爾曼·閔可夫斯基四維空間
第二部分 廣義相對(duì)論
18.狹義和廣義相對(duì)性原理
19.引力場(chǎng)
20.慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等是廣義相對(duì)性公理的一個(gè)論據(jù)
21.經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)和狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)在哪些方面不能令人滿意
22.廣義相對(duì)性原理的幾個(gè)推論
23.在轉(zhuǎn)動(dòng)的參考物體上的鐘和量桿的行為
24.歐幾里得和非歐幾里得連續(xù)區(qū)域
25.gaussian坐標(biāo)
26.狹義相對(duì)論的空時(shí)連續(xù)區(qū)可以當(dāng)做歐幾里得連續(xù)區(qū)
27.廣義相對(duì)論的空時(shí)連續(xù)區(qū)不是歐幾里得連續(xù)區(qū)
28.廣義相對(duì)性原理的嚴(yán)格表述.
29.在廣義相對(duì)性原理的基礎(chǔ)上解引力問(wèn)題
第三部分 關(guān)于整個(gè)宇宙的一些考慮
30.牛頓理論在宇宙論方面的困難
31.一個(gè)“有限”而又“無(wú)界”的宇宙的可能性
32.以廣義相對(duì)論為依據(jù)的空間結(jié)構(gòu)
附錄Ⅰ
1.洛倫茲變換的簡(jiǎn)單推導(dǎo)
2.赫爾曼·閔可夫斯基四維空問(wèn)(“世界”)
3.廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)證實(shí)
4.以廣義相對(duì)論為依據(jù)的空間結(jié)構(gòu)
5.相對(duì)論與窄問(wèn)問(wèn)題
附錄Ⅱ
1.自述
2.自述片段
3.以太和相對(duì)論
4.物理學(xué)中的空間、以太和場(chǎng)的問(wèn)題
5.相對(duì)性：相對(duì)論的本質(zhì)
6.論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)
7.關(guān)于統(tǒng)一場(chǎng)論
作品前言
本書(shū)的目的，是盡可能使那些從一般科學(xué)和哲學(xué)的角度對(duì)相對(duì)論有興趣而又不熟悉理論物理的數(shù)學(xué)工具的讀者對(duì)相對(duì)論有一個(gè)正確的了解。本書(shū)假定讀者已具備相當(dāng)于大學(xué)入學(xué)考試的知識(shí)水平，而且，盡管本書(shū)篇幅不長(zhǎng)，讀者仍須具有相當(dāng)大的耐心和毅力。作者力求以最簡(jiǎn)單、最明了的方式來(lái)介紹相對(duì)論的主要概念，并大體上按照其實(shí)際創(chuàng)生的次序和聯(lián)系來(lái)敘述。為了便于明了起見(jiàn)，我感到不能不經(jīng)常有所重復(fù)，而不去考慮文體的優(yōu)美與否。我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刈裾战艹龅睦碚撐锢韺W(xué)家路德維?！げ柶澛?/a>的格言，即形式是否優(yōu)美的問(wèn)題應(yīng)該留給裁縫和鞋匠去考慮。但是我不敢說(shuō)這樣已可為讀者解除相對(duì)論中固有的難處。另一方面，我在論述相對(duì)論的經(jīng)驗(yàn)性物理基礎(chǔ)時(shí)，又有意識(shí)地采用了“繼母”式的做法，以便不熟悉物理的讀者不致感到像一個(gè)只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林的迷路人。但愿本書(shū)能為某些讀者招致愉快的思考時(shí)間。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦 1916年12月
作品片段
愛(ài)因斯坦作為一個(gè)著名的科學(xué)家，不僅創(chuàng)造了深?yuàn)W的相對(duì)論理論，而且試圖把這種深?yuàn)W的科學(xué)理論讓更多的人了解，于是他寫(xiě)作了《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》。這本書(shū)分為兩部分：《狹義相對(duì)論》（1905年發(fā)表），《廣義相對(duì)論》（1915年發(fā)表）。《狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)》是物理學(xué)科中的重要經(jīng)典著作之一，也是愛(ài)因斯坦親自對(duì)他的相對(duì)論所做的大眾化解釋。
愛(ài)因斯坦根據(jù)自然科學(xué)和幾何學(xué)發(fā)展?fàn)顩r，批判了歐幾里得幾何，接受和運(yùn)用了非歐幾里得幾何，并運(yùn)用非歐幾何來(lái)建立和論證他的相對(duì)論理論。
狹義相對(duì)論有兩個(gè)基本原理：第一個(gè)原理是相對(duì)性原理，即物理學(xué)定律在所有慣性系中是相同的，不存在一種特殊的慣性系。時(shí)間與空間觀念都具有相對(duì)性。一個(gè)觀察者看來(lái)是同時(shí)發(fā)生的事件，另一個(gè)向他做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀察者看來(lái)便不是同時(shí)發(fā)生的。兩個(gè)這樣的觀察者對(duì)兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔的估計(jì)將會(huì)不一致，同時(shí)他們對(duì)距離的衡量也會(huì)不一致。假定兩個(gè)相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的觀察者所得到的光速相同，那么只要他們對(duì)時(shí)間與空間運(yùn)用不同的量度，就能對(duì)于現(xiàn)象得到相同的自然規(guī)律，并能精確地說(shuō)明這種差別有多少。換句話說(shuō)，每個(gè)觀察者都有自己一套時(shí)間———空間的框架，對(duì)于一切觀察者全都相同的絕對(duì)空間時(shí)間是不存在的。
第二個(gè)原理是光速不變?cè)?/a>，即在所有的慣性系中，真空中光的速度具有相同的值。假定一個(gè)觀察者，帶著一把碼尺和一只座鐘，并把碼尺指向他運(yùn)動(dòng)的方向。當(dāng)他向觀察者B旁邊走過(guò)時(shí)，在A看來(lái)他的尺子不足一碼長(zhǎng)，他的鐘也慢了。B 相對(duì)于A的速度愈大，這差額也就愈大。假如B用光速在A的旁邊通過(guò)，我們得到的結(jié)果是驚人的，這時(shí)B的碼尺長(zhǎng)度將等于0，他的鐘也完全不走了。這就是說(shuō)光速是速度的極限，宇宙間沒(méi)有任何東西能以大于光速的速度運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)尺子的縮短和運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘的變慢效應(yīng)，都是相對(duì)論時(shí)空的基本屬性，與物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。如果物體速度比光速小得多，相對(duì)論力學(xué)就可解釋牛頓力學(xué)。
在相對(duì)論之前，物理學(xué)中承認(rèn)兩條極重要的守恒定律，一條是能量守恒定律，一條是質(zhì)量守恒定律，兩條基本定律似乎彼此獨(dú)立。但通過(guò)相對(duì)論它們便可結(jié)合成一條定律，質(zhì)量和能量可以變成互換的項(xiàng)目。一個(gè)物體如果放射出能量就會(huì)損失質(zhì)量，如果接受能量就會(huì)增加質(zhì)量，當(dāng)一物體加快運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的能量和質(zhì)量都會(huì)增加，在光速的情況下，它的質(zhì)量將變成無(wú)窮大。這個(gè)質(zhì)量與能量的關(guān)系可以通過(guò)數(shù)學(xué)上推導(dǎo)，寫(xiě)成一個(gè)表達(dá)式：E=mc^2 (E為能量，m為質(zhì)量，c為光速）。
建立狹義相對(duì)論后，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦看到了這個(gè)理論的局限性，因?yàn)樗?a href="/hebeideji/2124714271423064544.html">相對(duì)性原理限制在兩個(gè)做相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的慣性系里。它否定了靜止的以太陽(yáng)作為特殊的坐標(biāo)系是一大進(jìn)步，但實(shí)際上還沒(méi)有真正解決經(jīng)典力學(xué)中的古老難題。
早在200年前，伽利略·伽利萊就發(fā)現(xiàn)，所有的慣性系，對(duì)于表述力學(xué)定律都是同樣有效的，平等的，不存在任何特殊的慣性系，這就是說(shuō)，任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都無(wú)法辨別慣性系本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，在古典力學(xué)中普遍存在，但在麥克思韋電動(dòng)力學(xué)中不能成立，因?yàn)樗贿m用于靜止的坐標(biāo)系。經(jīng)典力學(xué)是無(wú)法回到慣性系在物理學(xué)中的優(yōu)越性的，因此阿爾伯特·愛(ài)因斯坦意識(shí)到要進(jìn)一步探明這個(gè)問(wèn)題，就必須擴(kuò)大相對(duì)性原理的應(yīng)用范圍。他將自己的研究領(lǐng)域從慣性系拓展到了非慣性系。
在古典力學(xué)中，物質(zhì)有兩種質(zhì)量。一是牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律中的慣性質(zhì)量，二是萬(wàn)有引力定律中的引力質(zhì)量。地球表面上的任何一個(gè)物體都要受到地球?qū)λ囊?，并因此?huì)產(chǎn)生加速度。實(shí)驗(yàn)告訴人們，一切自由落體在引力作用下都具有同樣的加速度。由此可以推算，引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量是相等的。牛頓曾經(jīng)研究過(guò)這個(gè)問(wèn)題，但沒(méi)有得到理論上的解釋。長(zhǎng)期以來(lái)，物理學(xué)家一直認(rèn)為兩種質(zhì)量相等是理所當(dāng)然的，無(wú)需從理論上再加以研究。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦經(jīng)過(guò)一段時(shí)間認(rèn)真思索，認(rèn)識(shí)到慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是解決引力問(wèn)題的關(guān)鍵。以兩種質(zhì)量相等為基礎(chǔ)，他提出著名的等效原理：一個(gè)加速系統(tǒng)所看到的運(yùn)動(dòng)與存在引力場(chǎng)的慣性系統(tǒng)所看到的運(yùn)動(dòng)完全相同。愛(ài)因斯坦說(shuō)：完全等效性這一假說(shuō)，使我們不能說(shuō)任何參照系有絕對(duì)速度一樣，并且它使一切在引力場(chǎng)中等加速下落成為當(dāng)然的事。在“等效原理”的基礎(chǔ)上，他又進(jìn)一步提出了“廣義協(xié)變?cè)怼保涸谌魏螀⒄障抵校锢韺W(xué)規(guī)律的數(shù)學(xué)形式是相同的。就這樣，他把相對(duì)性原理從慣性系推廣到非慣性系。正因?yàn)椤皬V義協(xié)變?cè)怼笔?a href="/hebeideji/2775972352387320493.html">狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理的一種推廣，所以阿爾伯特·愛(ài)因斯坦把這種引力理論稱(chēng)為“廣義相對(duì)論”。
廣義相對(duì)論實(shí)質(zhì)上是一種引力理論，在有引力場(chǎng)的區(qū)域，空間的性質(zhì)不再服從歐幾里得幾何，而遵循著非歐幾里得幾何。比如19世紀(jì)德國(guó)數(shù)學(xué)家伯恩哈德·黎曼所建立的黎曼幾何學(xué)就是非歐幾何學(xué)的一種，它描寫(xiě)了非平直空間的性質(zhì)。愛(ài)因斯坦最終選擇了黎曼的嚴(yán)格非歐幾何作為廣義相對(duì)論的時(shí)空模型。他認(rèn)為，現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)空間不是平直的歐幾里得空間，而是彎曲的黎曼空間?？臻g的彎曲程度取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其在空間的幾何分布情況。物質(zhì)密度大的地方，則引力場(chǎng)的強(qiáng)度也大，時(shí)空就彎曲得厲害。所以把絕對(duì)真空看作一個(gè)物理實(shí)體是毫無(wú)意義的。很顯然，廣義相對(duì)論所揭示的物質(zhì)同時(shí)空的關(guān)系，比起狹義相對(duì)論來(lái)更為深刻。因?yàn)闀r(shí)空的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，而且更重要的是取決于物質(zhì)本身的分布。這就從新的高度徹底否定了艾薩克·牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀。
廣義相對(duì)論把幾何學(xué)與物理學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，用空間結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)來(lái)表述引力場(chǎng)。它同牛頓的引力論有本質(zhì)的不同，但在日常人們接觸到的現(xiàn)象中卻分辨不出兩者結(jié)果的差異。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦提供了三個(gè)可供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的推論。第一是水星軌道近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)。第二，光線在引力場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)。第三，在強(qiáng)引力場(chǎng)中，時(shí)鐘要走得慢些，因此從巨大質(zhì)量的星體表面射到地球上的光的譜線，必定顯得要向光譜的紅端移動(dòng)。這在1925年得到觀測(cè)驗(yàn)證。
參考資料 >