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上篇 时空观的演变5

第一章 文明诞生初期的时空观5

1.1 四大古文明5

1.1.1 古巴比伦5

1.1.2 古埃及6

1.1.3 中国7

1.1.4 古印度7

1.2 东方文明之时空观的形成和发展8

1.2.1 东方文明的宇宙学说8

1.2.2 东方文明最早的时间计量11

1.2.3 东方文明最早的空间计量13

1.2.4 东方文明对时间、空间和运动的认识14

1.3 西方文明之时空观的形成和发展16

1.3.1 西方文明的宇宙学说16

1.3.2 西方文明之时空计量20

1.3.3 西方文明早期的科学21

1.3.4 西方文明对时间、空间和运动的认识24

1.4 东西方古代时空观之异同29

思考题30

第二章 经典时空观31

2.1 欧洲的中世纪31

2.1.1 基督教32

2.1.2 经院哲学的产生33

2.1.3 经院哲学的衰落33

2.2 文艺复兴和哥白尼革命34

2.2.1 导致变革的要素35

2.2.2 文艺复兴36

2.2.3 哥白尼的革命38

2.3 经典力学（近代科学）诞生的脉络41

2.3.1 运动学研究41

2.3.2 行星运动三定律的发现46

2.3.3 碰撞理论47

2.4 经典力学的建立48

2.5 经典时空观50

2.5.1 时空参考系统50

2.5.2 力学定律的不变性51

2.5.3 经典时空观（绝对时空观）53

思考题54

第三章 相对时空观55

3.1 经典力学遇到的困难55

3.1.1 万有引力理论的困难55

3.1.2 经典时空观的不合理性56

3.1.3 两朵乌云58

3.2 狭义相对论诞生的脉络58

3.2.1 光速研究58

3.2.2 迈克尔逊-莫雷实验及其结论59

3.3 狭义相对论的建立62

3.3.1 狭义相对论基本原理的提出62

3.3.2 洛伦兹变换的数学形式65

3.4 狭义相对论的重要结论65

3.5 狭义相对论时空观70

3.6 广义相对论诞生的脉络73

3.7 广义相对论的建立75

3.7.1 广义相对论的两条基本原理75

3.7.2 等效原理75

3.7.3 广义相对性原理77

3.8 广义相对论时空观78

3.9 广义相对论的实验验证83

3.10 宇宙理论简介86

3.10.1 黑洞86

3.10.2 宇宙的创生88

思考题92

下篇 相对论基础96

第四章 数学基础96

4.1 矢量及相关知识96

4.1.1 预备知识96

4.1.2 矢量97

4.2 直线坐标系中的矢量97

4.2.1 矢量的分量与投影97

4.2.2 基矢量与共轭基矢量98

4.2.3 矢量的逆变分量和协变分量101

4.3 曲线坐标系中的矢量101

4.3.1 基矢量102

4.3.2 共轭基矢量103

4.4 矢量的坐标变换104

4.4.1 笛卡尔直角坐标系中矢量的坐标变换104

4.4.2 曲线坐标系中矢量的坐标变换107

4.5 张量运算110

4.5.1 张量的定义110

4.5.2 赝张量112

4.5.3 张量的变换规律113

4.5.4 张量代数116

4.6 张量判别法——商定则118

思考题119

第五章 狭义相对论120

5.1 狭义相对论基本原理120

5.2 洛伦兹变换120

5.2.1 迈克尔逊-莫雷实验120

5.2.2 洛伦兹变换122

5.3 狭义相对论的时空理论127

5.4 狭义相对论的重要推论131

5.4.1 相对论力学131

5.4.2 相对论的质量132

5.4.3 相对论的动量和能量133

5.4.4 其他推论136

5.5 四维时空138

5.5.1 四维时空间隔139

5.5.2 四维速度与四维加速度139

5.5.3 四维动量141

5.5.4 四维力142

5.5.5 爱因斯坦质能公式142

5.5.6 洛伦兹力的四维形式143

5.5.7 电磁场方程的协变形式145

思考题152

第六章 广义相对论153

6.1 广义相对论基本原理153

6.2 引力的等效性研究153

6.2.1 物体的引力质量和惯性质量153

6.2.2 厄缶实验154

6.2.3 等效原理155

6.3 空间的内禀性质156

6.3.1 度规张量156

6.3.2 任意空间的度规张量158

6.4 四维时空的度规张量162

6.4.1 惯性参考系中的度规张量162

6.4.2 引力场中的度规张量162

6.5 度规张量和仿射联络之间的关系165

6.5.1 度规张量的协变形式和逆变形式165

6.5.2 仿射联络Γλvα的变换167

6.5.3 度规张量和仿射联络之间的关系168

6.6 引力场中的时间和长度169

6.7 协变微分171

6.7.1 矢量的协变导数171

6.7.2 张量的协变导数174

6.8 曲率张量与毕安基恒等式176

6.9 引力场方程183

6.9.1 引力场中运动方程的牛顿极限183

6.9.2 引力场方程186

6.9.3 弱场线性近似189

6.10 球对称引力场中场方程的解——Schwarzschild解（施瓦西解）194

6.11 广义相对论观测结果的理论证明198

思考题206

参考文献207