100 Years of Gravity and Accelerated Frames pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Jong-Ping Hsu 编

出品人:

页数:664

译者:

出版时间:2005-8-30

价格:USD 171.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789812563354

丛书系列:

图书标签:

物理学
广义相对论
引力
加速参考系
时空
爱因斯坦
物理史
理论物理
百年回顾
科学史

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具体描述

This collection of papers presents ideas and problems arising over the past 100 years regarding classical and quantum gravity, gauge theories of gravity, and spacetime transformations of accelerated frames. Both Einstein's theory of gravity and the Yang–Mills theory are gauge invariant. The invariance principles in physics have transcended both kinetic and dynamic properties and are at the very heart of our understanding of the physical world. In this spirit, this book attempts to survey the development of various formulations for gravitational and Yang–Mills fields and spacetime transformations of accelerated frames, and to reveal their associated problems and limitations. The aim is to present some of the leading ideas and problems discussed by physicists and mathematicians. We highlight three aspects: formulations of gravity as a Yang–Mills field, first discussed by Utiyama; problems of gravitational theory, discussed by Feynman, Dyson and others; spacetime properties and the physics of fields and particles in accelerated frames of reference. These unfulfilled aspects of Einstein and Yang–Mills' profound thoughts present a great challenge to physicists and mathematicians in the 21st century.

《宇宙的织锦：从牛顿到量子场论的演进》本书将带领读者踏上一段宏大而精妙的旅程，探索人类理解宇宙基本力量——引力的思想变迁史。这不是一部关于狭义或广义相对论的教科书，而是着重于引力概念在经典物理学范式下的发展脉络，以及它如何与新兴的电磁学、物质形态理论相互作用，最终铺设了通往现代物理学革命的基石。第一部分：机械宇宙的辉煌与局限（约1600年至1880年）本书的开篇将深入考察艾萨克·牛顿的万有引力定律的诞生及其在17世纪的革命性意义。我们将详细分析《自然哲学的数学原理》如何首次将地球上的力与天体运动统一于同一数学框架之下。重点将放在“超距作用”的哲学困境，以及莱布尼茨、休谟等哲学家对这种瞬时影响机制的深刻质疑。随后，我们将探讨牛顿体系在18世纪和19世纪的巩固与精细化。这部分将详述拉普拉斯在经典天体力学上的集大成工作，特别是他对月球运动的精确预测，以及引力理论在预测彗星回归、行星轨道扰动方面的巨大成功。我们不会触及爱因斯坦的场方程，而是聚焦于牛顿引力场在真空中的性质——一种纯粹的、与物质分布同步变化的保守力场。然而，牛顿引力理论的局限性也将在本部分得到充分展现。我们将回顾开普勒定律的遗留问题（例如，为什么行星会沿着椭圆轨道运动？），以及19世纪对水星近日点进动等微小异常的解释尝试。这些尝试主要集中于引入“以太”中的引力传播介质或修正牛顿平方反比定律的微小修正项，体现了经典物理学家在既有框架内解决问题的智慧与挣扎。第二部分：电磁学的崛起与时空的观念重塑（约1850年至1900年）引力理论的停滞期，正是电磁学蓬勃发展的时代。本书的第二部分将描绘法拉第的场概念如何挑战了传统的机械观。法拉第的“力线”思想，尽管最初带有强烈的唯心色彩，却为我们理解空间不再是空洞的背景，而是承载物理实在（场）的载体提供了新的视角。我们将详尽分析麦克斯韦方程组的建立过程。这不仅是电与磁的统一，更是对“瞬时作用”观念的致命一击。麦克斯韦成功地将电磁相互作用的速度限制在光速，这一成果在物理学界引起了巨大的震动——如果电磁力以有限速度传播，那么引力呢？这种对有限传播速度的普遍性探索，为后来的时空结构革命埋下了伏笔。这一部分还会关注洛伦兹对电磁场与物质相互作用的早期研究，特别是对电子（当时被称为“赫兹振子”）运动的描述。我们会探讨经典物理学家如何试图将引力现象“电磁化”——即尝试用电磁场的概念来解释引力，尽管这些尝试最终并未成功，但它们极大地推动了对场论的理解深化。第三部分：以太的终结与新几何学的曙光（约1880年至1905年）在理论物理学家忙于调和电磁学与经典力学时，实验物理学界也正在酝酿着一场风暴。本部分将重点回顾迈克尔逊-莫雷实验（不涉及其与狭义相对论的最终联系，而是将其视为对“绝对静止参考系”——即光以太——存在的实验性检验）。实验的“零结果”迫使物理学家重新审视时间、空间以及光速的绝对性。我们将追溯物理学家如何努力修补牛顿力学与麦克斯韦方程组之间的不协和音。这包括对伽利略相对性原理的严格审视，以及对“光在不同惯性系中传播速度是否恒定”这一问题的哲学争论。亨德里克·洛伦兹在尝试解释迈克尔逊实验时提出的变换式，以及他对时间、长度收缩的数学描述，将被视为经典物理学走向新纪元的关键一步。本书将详细分析这些数学工具在不诉诸于现代时空观的情况下，如何成功地在宏观尺度上统一了电磁现象和力学观测。第四部分：经典引力论的哲学反思与未来展望（1905年以后）本书的最后一部分将聚焦于20世纪初，物理学家们在解决了光速问题后，如何重新审视引力的本质。我们将探讨庞加莱和马赫的思想如何影响了后来的理论发展方向——特别是马赫原理（即物体的惯性来源于宇宙中所有其他物体的分布）对引力场的性质提出了深刻的哲学要求。我们将讨论20世纪初，物理学家们对于“引力是否也需要一个有限的传播速度？”这一问题的探索。这一探索揭示了牛顿引力框架的根本缺陷：它无法解释瞬时作用的缺失。总结而言，本书旨在描绘一幅清晰的画面：即在狭义相对论和广义相对论的革命到来之前，经典物理学的知识体系是如何一步步被自身的成功与局限性所推动，直至其内部产生了不可调和的矛盾。它详述了场论、有限速度相互作用以及时空观念的演变，这些都是促使科学家们最终彻底抛弃牛顿瞬时超距作用，转而寻求一种全新几何化引力理论的必要前提。本书是对经典物理学黄金时代中，关于引力本质的深刻哲学与数学探讨的全面回顾，其重点在于铺设背景，而非展示最终的革命性成果。