One Hundred Years of General Relativity

出版者:WSPC

作者:Wei-Tou Ni

页数:636

出版时间:2017-7-29

价格:GBP 123.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789814678490

具体描述

The aim of this two-volume title is to give a comprehensive review of one hundred years of development of general relativity and its scientific influences. This unique title provides a broad introduction and review to the fascinating and profound subject of general relativity, its historical development, its important theoretical consequences, gravitational wave detection and applications to astrophysics and cosmology. The series focuses on five aspects of the theory:

Genesis, Solutions and Energy

Empirical Foundations

Gravitational Waves

Cosmology

Quantum Gravity

The first three topics are covered in Volume 1 and the remaining two are covered in Volume 2. While this is a two-volume title, it is designed so that each volume can be a standalone reference volume for the related topic.

目录信息

Cosmology:
General Relativity and Cosmology (Martin Bucher and Wei-Tou Ni)
Cosmic Structure (Marc Davis)
Physics of the Cosmic Microwave Background Anisotropy (Martin Bucher)
SNe Ia as a Cosmological Probe (Xiangcun Meng, Yan Gao and Zhanwen Han)
Gravitational Lensing in Cosmology (Toshifumi Futamase)
Inflationary Cosmology: First 30+ Years (Katsuhiko Sato and Jun'ichi Yokoyama)
Inflation, String Theory and Cosmic Strings (David Chernoff and S-H Henry Tye)
Quantum Gravity:
Quantum Gravity: A Brief History of Ideas and Some Outlooks (Steven Carlip, Dah-Wei Chiou, Wei-Tou Ni and Richard Woodard)
Black Hole Thermodynamics (S Carlip)
Loop Quantum Gravity (Dah-Wei Chiou)
· · · · · · (收起)

用户评价

作为一名对宇宙奥秘充满好奇的普通读者，我发现这本书是打开广义相对论之门的绝佳钥匙。作者在书中展现了非凡的科普能力，他能够将极其抽象和复杂的物理概念，以一种清晰、生动且引人入胜的方式呈现出来。我特别喜欢他对于“惯性系”和“非惯性系”的区分，以及如何在这种区分中自然地过渡到广义相对论的框架。他并没有强求读者去记住那些数学公式，而是着重于概念的理解和物理意义的阐释。书中关于“等效原理”的解读，我读了好几遍。作者用电梯的例子，以及在一个加速的宇宙飞船中的感受，来解释为什么引力效应和加速度效应在局部是无法区分的。这个看似简单的原理，却是整个广义相对论的基石。我被书中关于“引力波探测”的最新进展所震撼。作者详细介绍了LIGO等实验是如何设计和操作的，以及探测到引力波信号时，科学家们所经历的激动人心的一刻。这种对前沿科学实践的生动描绘，让我感觉自己仿佛置身于科研现场，与科学家们一同感受科学发现的魅力。书中还探讨了引力波在研究黑洞合并、中子星碰撞等宇宙事件中的巨大潜力，这让我对未来宇宙学的研究充满了期待。

坦白说，我拿起这本书的时候，是带着一丝忐忑的。广义相对论，这个词汇在我脑海中一直代表着“高难度”和“遥不可及”，总觉得是属于那些超级大脑的领域。然而，“One Hundred Years of General Relativity”这本书，以一种出乎意料的亲切和循序渐进的方式，逐渐消除了我的这种顾虑。作者在讲解核心概念时，并没有直接丢给我抽象的数学方程，而是先从更广阔的背景切入，例如牛顿的万有引力定律为何无法解释某些天体运动的细微偏差。这种“问题导向”的叙述方式，让我更容易理解为什么需要广义相对论的出现。他花了相当大的篇幅，用非常形象的比喻来解释“时空弯曲”这一核心思想。我记得其中一个比喻是说，想象一张被放在桌子上的橡皮膜，在上面放置一个重球，橡皮膜就会向下凹陷，而周围的小球则会沿着凹陷的曲面滚动，这就是引力在起作用。这个比喻虽然简单，却极大地帮助我构建了对时空几何的初步认知。作者还详细探讨了广义相对论的几个重要预言，比如光线在强引力场中的弯曲，以及水星近日点的进动。他不仅解释了这些预言的意义，还介绍了后来的实验如何一步步证实了这些预言的准确性，这种严谨的科学求证过程，让我对理论的可靠性充满了敬意。我特别欣赏书中对于“引力波”这一概念的阐述，它就像是宇宙中的涟漪，一旦探测到，就能为我们揭示宇宙诞生之初的秘密。

这本书的叙事结构和语言风格都非常独特，让我感到既严谨又不失趣味。作者并非简单地罗列事实和公式，而是将广义相对论的发展历程，与那些伟大的科学家们的心路历程巧妙地结合在一起。我被书中对于爱因斯坦晚年思考的描述所打动，他一直在试图寻找一个能够统一引力与其他基本力（如电磁力）的“统一场论”，尽管最终未能如愿，但他的探索精神却激励着后来的物理学家们。书中关于“引力红移”的解释也让我印象深刻。我之前只知道光速不变，但不知道引力也能影响光的频率。作者用一个生动的例子，比如从高处落下的钟表会比低处的钟表走得稍慢，来阐释引力红移的概念。这个看似微小的效应，却能够被高精度的实验所测量，并且在GPS定位系统中起到了至关重要的作用。这让我深刻体会到，基础科学的研究成果，往往能在意想不到的地方发挥巨大的实际价值。我对书中关于“宇宙加速膨胀”的讨论也充满了好奇。爱因斯坦最初的场方程似乎预示着一个动态的宇宙，但他为了让宇宙看起来静态，引入了“宇宙常数”。后来，哈勃的观测证明了宇宙正在膨胀，爱因斯坦也承认这是他“最大的错误”。然而，令人惊讶的是，近年的观测又表明宇宙的膨胀正在加速，这可能与一种被称为“暗能量”的神秘力量有关。这些故事充满了戏剧性，也展现了科学探索的曲折和不断修正的过程。

这本书的语言风格让我感到非常舒服，它没有那种高高在上的说教感，而是像一位老朋友在和你分享他对宇宙的理解。作者在处理广义相对论中的一些微妙概念时，非常注重细节的呈现。我记得关于“光锥”的解释，作者通过类比，将光线在时空中的传播路径形象地描绘出来，这让我对因果律有了更深刻的理解。他强调了在相对论中，信息传递的速度是有限的，任何事件的影响都只能在光锥之内传播。书中关于“宇宙学原理”的讨论也让我受益匪浅。这个原理是说，在足够大的尺度上，宇宙是均匀和各向同性的。作者解释了为什么这个假设对于我们理解整个宇宙的演化至关重要，以及它如何与哈勃定律和宇宙大爆炸理论相结合。我被书中关于“引力透镜”效应的最新应用所震撼。作者详细介绍了科学家们如何利用引力透镜来探测暗物质的分布，以及测量遥远星系的性质。这种“借力打力”的研究方法，让我感受到了科学的智慧和创造力。书中还简要提及了黑洞合并产生的引力波，是如何为我们提供了一个全新的“天文学窗口”，让我们能够观测到宇宙中最剧烈、最古老的一些事件。

我必须承认，这本书在某些章节的深度上确实让我花了一些心思去消化，但正是这种挑战，让我对广义相对论的理解更加深刻。作者在书中并没有回避那些略显抽象的数学表述，但他总是会用通俗易懂的语言来解释这些数学工具背后的物理意义。我被书中关于“协变导数”的介绍所吸引。作者解释了为什么在弯曲的时空中，简单的偏导数不足以描述向量的变化，我们需要使用协变导数来正确地描述时空中的物理量。这个概念虽然听起来比较抽象，但它却是描述弯曲时空几何的关键。书中关于“引力波探测”的最新进展，让我对科学的进步感到无比振奋。作者详细介绍了LIGO和Virgo等引力波探测器是如何工作的，以及它们是如何捕捉到来自遥远宇宙的微弱信号的。他甚至讨论了科学家们是如何通过分析引力波信号的波形，来推断出黑洞的质量、自旋等参数的。这让我感到，我们正在以前所未闻的方式“聆听”宇宙的“声音”。书中还触及了关于“宇宙弦”和“奇点”等更具 speculative 性的话题，这让我对接下来的物理学研究充满了好奇。

这本书的封面设计就有一种深邃而引人入胜的感觉，深蓝色的背景上，点缀着些许星辰，中央是书名“One Hundred Years of General Relativity”以一种古老而庄重的字体呈现。我并不是物理学专业出身，甚至可以说我对高深的理论物理知之甚少，但“广义相对论”这个词本身就自带一种神秘的吸引力，仿佛隐藏着宇宙最核心的秘密。翻开书的第一页，我被作者流畅而富有感染力的文字所吸引。他并没有上来就抛出一堆公式和定理，而是用一种非常宏观的视角，讲述了爱因斯坦提出广义相对论的历史背景，那个时代科学界正经历着翻天覆地的变化，经典物理学的疆界似乎已经触及到了瓶颈。作者生动地描绘了爱因斯坦当年是如何在重重困难中，凭借着超乎常人的想象力和严密的逻辑推理，最终构建起这个革命性的理论。我尤其喜欢他对于“等效原理”的解读，尽管我可能无法完全理解其数学上的严谨性，但他通过一些通俗易懂的比喻，比如电梯中的失重感，让我对这个核心概念有了模糊但深刻的印象。书中还穿插了许多关于广义相对论在天文学、宇宙学等领域应用的介绍，比如黑洞、引力波的预测，以及宇宙膨胀的理论。这些内容让我惊叹于一个理论的深远影响，它不仅仅是关于引力，更是关于我们理解整个宇宙运行方式的基石。读完第一部分，我感觉自己仿佛站在了历史的巨轮旁，看着一个伟大的思想如何诞生并改变了人类对宇宙的认知。

这本书的整体氛围非常吸引人，它不仅仅是一本关于物理学的教科书，更像是一部关于人类探索宇宙奥秘的史诗。作者在书中穿插了许多关于科学史上的趣闻轶事，以及那些做出伟大贡献的科学家的故事。我被书中关于爱因斯坦如何巧妙地利用“思想实验”来发展广义相对论的描述所打动。他那种直觉性的思考方式，以及对物理规律的深刻洞察力，让我感到无比钦佩。书中关于“黑洞熵”的讨论也让我产生了浓厚的兴趣。作者解释了为什么黑洞不仅仅是一个吞噬一切的“陷阱”，它还可能拥有熵，这意味着它可能在某种程度上储存了信息。这个观点连接了引力、热力学和信息论，展现了物理学不同分支之间的深刻联系。我被书中关于“引力透镜”效应的最新应用所震撼。作者详细介绍了科学家们如何利用引力透镜来探测暗物质的分布，以及测量遥远星系的性质。这种“借力打力”的研究方法，让我感受到了科学的智慧和创造力。书中还简要提及了黑洞合并产生的引力波，是如何为我们提供了一个全新的“天文学窗口”，让我们能够观测到宇宙中最剧烈、最古老的一些事件。

我必须说，这本书的结构设计非常巧妙，它能够同时满足我对广义相对论的理论深度和历史演进的好奇心。作者在书中花费了大量篇幅，讲述了广义相对论从提出到被接受，再到不断拓展应用的历史进程。他详细介绍了爱因斯坦在提出广义相对论过程中所面临的挑战，以及那些支持和质疑他的科学家们。我被书中关于“广义相对论检验”的章节所吸引。作者列举了几个经典的检验方式，比如测量水星近日点的进动、光线在太阳引力场中的弯曲，以及引力红移。他不仅仅是陈述这些检验，还深入地分析了这些检验的实验细节和结果，让我们看到理论是如何一步步被严谨的科学实验所证实的。我特别喜欢书中对于“引力场方程”的讨论。尽管作者并没有深入讲解其复杂的数学推导，但他清晰地阐释了方程的物理含义，即物质和能量如何影响时空的几何形状，以及时空几何如何反过来影响物质和能量的运动。这就像是宇宙的“游戏规则”，由物质来决定时空的形态，而时空的形态又决定了物质的轨迹。书中还触及了一些前沿的研究方向，比如量子引力、圈量子引力等，这些都让我看到了广义相对论未来发展的无限可能。

这本书给我的感觉，就像是走进了爱因斯坦的思维迷宫，但又被一位睿智的向导温柔地引领着，不至于迷失方向。作者在处理广义相对论的数学形式时，采取了一种非常谨慎和循序渐进的方式。他会在引入关键数学概念之前，先通过物理上的直觉和几何上的类比来铺垫。例如，在解释“度规张量”时，他并没有直接给出它的数学定义，而是先从欧几里得几何和非欧几里得几何的区别入手，然后引出度规张量是如何描述时空曲率的。我被书中关于“黑洞视界”的描述所吸引。作者解释了为什么任何物质（包括光）一旦越过视界，就无法逃脱，这是一种时空结构被极度扭曲的结果。他甚至讨论了“白洞”和“虫洞”这些更具科幻色彩的可能性，但都建立在广义相对论的框架之内。这让我意识到，理论物理的边界，往往也是想象力的边界。书中对“引力时间膨胀”的解释也让我感到惊奇。同一个时钟，在引力场强的地方走得比在引力场弱的地方慢。这种效应虽然微小，但却是极其精确的实验所能观测到的。这让我重新思考了时间的本质，它并不是一个绝对的、普适的概念，而是与时空结构紧密相关的。

这本书的深度和广度都令人印象深刻，尤其是对于那些像我一样，对基础物理有一定兴趣但又非专业背景的读者来说，简直是一份宝藏。作者在书中并没有回避那些略显复杂的概念，但他处理的方式却非常巧妙。他会先用一种宏观的、概念性的语言来描述一个现象或理论，然后再逐步引入更精细的解释，有时甚至会引用一些历史上的重要实验或观察结果来佐证。我被书中关于“黑洞”的章节深深吸引。作者以一种近乎诗意的语言，描绘了黑洞的诞生、它的“事件视界”以及“奇点”的神秘。他解释了黑洞不仅仅是引力极强的天体，更是时空结构发生剧烈扭曲的极端区域。他讨论了霍金辐射的可能性，尽管那已经触及了量子力学和广义相对论的交叉领域，但作者通过清晰的逻辑和类比，让我对这些前沿的思考有了初步的了解。此外，书中关于“引力透镜”效应的介绍也让我大开眼界。我之前只知道引力能使物体弯曲，但没想到它还能像透镜一样放大和扭曲遥远天体的图像，这为我们研究宇宙深处的奥秘提供了多么强大的工具！作者在描述这些应用时，并没有止步于理论，而是详细介绍了科学家们是如何利用这些效应来测量宇宙的尺度、研究暗物质的分布，甚至发现了系外行星。