A First Course in General Relativity pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026
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具体描述
Clarity, readability, and rigor combine in the second edition of this widely used textbook to provide the first step into general relativity for undergraduate students with a minimal background in mathematics.
Topics within relativity that fascinate astrophysical researchers and students alike are covered with Schutz’s characteristic ease and authority – from black holes to gravitational lenses, from pulsars to the study of the Universe as a whole. This edition now contains recent discoveries by astronomers that require general relativity for their explanation; a revised chapter on relativistic stars, including new information on pulsars; an entirely rewritten chapter on cosmology; and an extended, comprehensive treatment of modern gravitational wave detectors and expected sources.
作者简介
Bernard Schutz is Director of the Max Planck Institute for Gravitational Physics, a Professor at Cardiff University, UK, and an Honorary Professor at the University of Potsdam and the University of Hannover, Germany. He is also a Principal Investigator of the GEO600 detector project and a member of the Executive Committee of the LIGO Scientific Collaboration. Professor Schutz has been awarded the Amaldi Gold Medal of the Italian Society for Gravitation.
目录信息
1.1 Fundamental principles of special relativity (SR) theory 1
1.2 Definition of an inertial observer in SR 3
1.3 New units 4
1.4 Spacetime diagrams 5
1.5 Construction of the coordinates used by another observer 6
1.6 Invariance of the interval 9
1.7 Invariant hyperbolae 14
1.8 Particularly important results 17
1.9 The Lorentz transformation 21
1.10 The velocity-composition law 22
1.11 Paradoxes and physical intuition 23
1.12 Further reading 24
1.13 Appendix: The twin ‘paradox’ dissected 25
1.14 Exercises 28
2 Vector analysis in special relativity 33
2.1 Definition of a vector 33
2.2 Vector algebra 36
2.3 The four-velocity 41
2.4 The four-momentum 42
2.5 Scalar product 44
2.6 Applications 46
2.7 Photons 49
2.8 Further reading 50
2.9 Exercises 50
3 Tensor analysis in special relativity 56
3.1 The metric tensor 56
3.2 Definition of tensors 56
3.3 The (0,1) tensors: one-forms 58
3.4 The (0,2) tensors 66
3.5 Metric as a mapping of vectors into one-forms 68
3.6 Finally: (M,N) tensors 72
3.7 Index ‘raising’ and ‘lowering’ 74
3.8 Differentiation of tensors 76
3.9 Further reading 77
3.10 Exercises 77
4 Perfect fluids in special relativity 84
4.1 Fluids 84
4.2 Dust: the number–flux vector N 85
4.3 One-forms and surfaces 88
4.4 Dust again: the stress–energy tensor 91
4.5 General fluids 93
4.6 Perfect fluids 100
4.7 Importance for general relativity 104
4.8 Gauss’ law 105
4.9 Further reading 106
4.10 Exercises 107
5 Preface to curvature 111
5.1 On the relation of gravitation to curvature 111
5.2 Tensor algebra in polar coordinates 118
5.3 Tensor calculus in polar coordinates 125
5.4 Christoffel symbols and the metric 131
5.5 Noncoordinate bases 135
5.6 Looking ahead 138
5.7 Further reading 139
5.8 Exercises 139
6 Curved manifolds 142
6.1 Differentiable manifolds and tensors 142
6.2 Riemannian manifolds 144
6.3 Covariant differentiation 150
6.4 Parallel-transport, geodesics, and curvature 153
6.5 The curvature tensor 157
6.6 Bianchi identities: Ricci and Einstein tensors 163
6.7 Curvature in perspective 165
6.8 Further reading 166
6.9 Exercises 166
7 Physics in a curved spacetime 171
7.1 The transition from differential geometry to gravity 171
7.2 Physics in slightly curved spacetimes 175
7.3 Curved intuition 177
7.4 Conserved quantities 178
7.5 Further reading 181
7.6 Exercises 181
8 The Einstein field equations 184
8.1 Purpose and justification of the field equations 184
8.2 Einstein’s equations 187
8.3 Einstein’s equations for weak gravitational fields 189
8.4 Newtonian gravitational fields 194
8.5 Further reading 197
8.6 Exercises 198
9 Gravitational radiation 203
9.1 The propagation of gravitational waves 203
9.2 The detection of gravitational waves 213
9.3 The generation of gravitational waves 227
9.4 The energy carried away by gravitational waves 234
9.5 Astrophysical sources of gravitational waves 242
9.6 Further reading 247
9.7 Exercises 248
10 Spherical solutions for stars 256
10.1 Coordinates for spherically symmetric spacetimes 256
10.2 Static spherically symmetric spacetimes 258
10.3 Static perfect fluid Einstein equations 260
10.4 The exterior geometry 262
10.5 The interior structure of the star 263
10.6 Exact interior solutions 266
10.7 Realistic stars and gravitational collapse 269
10.8 Further reading 276
10.9 Exercises 277
11 Schwarzschild geometry and black holes 281
11.1 Trajectories in the Schwarzschild spacetime 281
11.2 Nature of the surface r = 2M 298
11.3 General black holes 304
11.4 Real black holes in astronomy 318
11.5 Quantum mechanical emission of radiation by black holes: the Hawking process 323
11.6 Further reading 327
11.7 Exercises 328
12 Cosmology 335
12.1 What is cosmology? 335
12.2 Cosmological kinematics: observing the expanding universe 337
12.3 Cosmological dynamics: understanding the expanding universe 353
12.4 Physical cosmology: the evolution of the universe we observe 361
12.5 Further reading 369
12.6 Exercises 370
Appendix A Summary of linear algebra 374
References 378
Index 386
· · · · · · (收起)
读后感
非常棒的一本广相书，美中不足就是到后面感觉不如前面那种慢慢过关斩将，一步步走近大师的理论的感觉。如果仔细看的话，全书最精彩的大头便是微分几何与张量分析（虽然占了很大篇幅，但并不是啰嗦，如果你和同类书去比的话，你会发现大多在第四第五章就涉足场方程了，而这本书...
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用户评价
《A First Course in General Relativity》这本书的出版，对我这样一直渴望深入理解引力本质的读者来说，无疑是一场及时雨。我一直觉得，牛顿的万有引力定律虽然在解释行星运动方面取得了巨大成功，但在解释一些精细的现象，比如水星近日点进动时，就显得力不从心了。广义相对论的出现，彻底改变了我们对引力的认知，它不再是空间中一种作用于物体的“力”，而是物质分布对时空结构造成的弯曲。这本书在开篇就强调了这一转变的重要性，并且从狭义相对论中的惯性系和非惯性系出发，引导读者思考引力的本质。我非常期待书中关于惯性参考系和加速参考系之间的联系，以及如何通过张量分析来统一描述它们。这对于理解广义相对论的核心——协变性——至关重要。书中对度规张量的讲解更是我的重点关注对象，度规张量如何编码了时空的几何信息，并且决定了物体在时空中运动的路径，这让我感到非常新奇。我想知道书中是否会通过一些具体的度规，比如平直时空的闵可夫斯基度规，来展示度规张量的作用。爱因斯坦场方程的推导过程和解释，我相信是本书的核心内容之一。我希望它能帮助我理解为什么引力可以被描述为时空的曲率，以及方程中各个部分的物理含义。这本书的理论深度和清晰的讲解相结合，让我有信心能够克服广义相对论的数学挑战，并真正领略到它所描绘的宇宙图景。
评分这本书的内容安排和讲解深度，都非常契合我作为一名对广义相对论感兴趣但非专业人士的需求。我一直觉得，理解引力不仅仅是理解一种“力”，更是理解物质如何塑造我们所处的时空。《A First Course in General Relativity》这本书在这方面做得非常到位。从对狭义相对论的回顾，到引入等效原理，再到利用张量分析描述弯曲时空，每一步都显得恰到好处。我尤其欣赏作者在介绍张量分析时所使用的生动例子，这帮助我克服了对抽象数学工具的畏惧。我非常期待书中关于度规张量的详细讲解，它如何编码了时空的几何属性，并决定了物理定律的形式，这让我感到新奇。我想知道书中是否会展示一些具体的度规，例如史瓦西度规，并解释它们在描述黑洞等天体现象中的应用。爱因斯坦场方程是广义相对论的核心，我对它的推导和解释尤为关注。我希望书中能够深入浅出地阐述方程的物理意义，以及它如何将物质的分布与时空的弯曲联系起来。这本书的出现，为我提供了一个系统学习广义相对论的宝贵机会，让我能够更深刻地理解宇宙的运作机制，以及我们所处空间和时间的本质。
评分这本书的序言就奠定了一种探索未知的基调，让我对接下来的阅读充满期待。《A First Course in General Relativity》以其严谨的结构和循序渐进的讲解方式，为我这个对广义相对论充满好奇的读者打开了一扇新世界的大门。我特别欣赏作者在开篇对狭义相对论的简要回顾，这为我理解更深层次的理论打下了坚实的基础。书中对时空概念的引入，特别是“事件”和“世界线”的定义，以及对度规张量的介绍，都让我对时空的几何属性有了全新的认识。我非常期待书中关于等效原理的详细阐述，它如何连接惯性力和引力，以及它在建立广义相对论中的核心作用。同时，我对书中如何运用张量分析来描述弯曲时空的几何性质也充满了兴趣。我想知道书中是否会通过一些具体的例子，例如球面的曲率，来帮助我直观地理解这些抽象的数学概念。爱因斯坦场方程的推导和解释，无疑是本书的重头戏。我希望作者能够清晰地讲解方程的数学形式，以及它所蕴含的深刻物理意义，即物质和能量如何决定时空的弯曲。这本书不仅是一本知识的宝库，更是一次智力的挑战，让我有机会去理解宇宙最深层的规律。
评分这本书的封面设计就透露着一股学术的严谨与艺术的浪漫，深邃的蓝色背景仿佛浩瀚的宇宙，而书名则以简洁的字体呈现，让人立刻感受到一种探索未知的吸引力。作为一名在物理领域有一定基础但对广义相对论感到陌生的人，我一直寻求一本能够清晰、系统地讲解该理论的书籍。《A First Course in General Relativity》正是这样一个选择。我特别关注书中如何从狭义相对论的框架出发，逐步过渡到广义相对论的四大基本原理，尤其是等效原理。作者对等效原理的细致阐述，以及它如何将引力与时空几何联系起来，是我非常感兴趣的部分。我希望书中能通过一些具体的思想实验，比如自由落体和电梯实验，来帮助我更深刻地理解等效原理的物理含义。对于张量分析在广义相对论中的应用，我抱有极大的期待。我知道张量是描述弯曲时空的必备工具，而这本书如何将抽象的张量概念与具体的物理现象联系起来，将是决定我能否真正掌握该理论的关键。我尤其想了解曲率张量是如何量化时空的弯曲程度，以及它在描述引力场中的作用。爱因斯坦场方程的建立过程及其物理解释，是我阅读本书的最大动力。我希望书中能够详细讲解方程的推导，并分析方程中物质-能量张量和爱因斯坦张量之间的关系，从而揭示引力的几何本质。本书的出现，为我打开了通往理解宇宙终极规律的大门。
评分这本书的封面设计就很吸引我，那种深邃的蓝色背景，搭配上简洁而有力的字体，瞬间就传达出一种探索宇宙奥秘的宏大感。作为一名对物理学充满好奇心的爱好者，我一直对广义相对论这个概念感到既敬畏又着迷。它描绘了一个充满引力场的时空弯曲的世界，与我们日常生活中所熟悉的牛顿引力有着截然不同的视角。我一直想找到一本能够循序渐进地引导我理解这个复杂理论的书籍，而《A First Course in General Relativity》似乎就是我一直在寻找的那一本。我特别期待它能够从最基础的概念讲起，比如如何从狭义相对论过渡到广义相对论，时空度规扮演着怎样的角色，以及张量分析在其中所起到的核心作用。要知道，张量这种数学工具对我来说一直是一个相对抽象的存在，我希望这本书能用更直观的方式来解释它，展示它是如何描述弯曲时空的几何性质的。同时，我对于爱因斯坦场方程也充满了期待，它应该是整个广义相对论的核心，书中会不会详细讲解方程的推导过程，以及它所蕴含的深刻物理意义？例如，方程如何将物质的分布与时空的弯曲联系起来，这本身就是一个令人惊叹的联系。我更希望这本书能够不仅仅停留在数学推导上，而是能通过一些生动的例子来阐释理论，比如黑洞、引力波、宇宙膨胀等等，这些都是广义相对论最令人兴奋的应用，也是我最想深入了解的部分。这本书的标题“A First Course”也让我感到一丝安心，这表明它并非一本面向专业研究人员的艰深著作，而是为初学者量身打造的入门教材，这对于像我这样希望系统学习相对论但又缺乏深厚物理学背景的读者来说，无疑是一个巨大的福音。我希望这本书能让我真正理解“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”这句话背后的深刻内涵。
评分《A First Course in General Relativity》这本书的封面设计就如同一个邀请函，邀请我去探索宇宙中最深刻的奥秘。我一直以来都对广义相对论充满好奇，但市面上很多书籍要么过于科普，缺乏严谨性，要么过于专业，难以入门。这本书的标题“A First Course”让我看到了希望，它暗示了这本书将为初学者提供一个扎实的起点。我特别期待书中对狭义相对论基本原理的梳理，以及它如何自然地引出广义相对论的四大基本原理，特别是等效原理。我希望作者能够用清晰的语言和直观的例子来解释等效原理，以及它如何改变我们对引力的理解。对张量分析的介绍也是我关注的重点，我知道它是广义相对论的数学语言，而这本书能否帮助我掌握这一语言，将是我能否真正理解该理论的关键。我尤其期待书中关于曲率张量的讲解，它如何量化时空的弯曲，以及它如何与引力场联系起来，这让我充满好奇。爱因斯坦场方程的推导和解释，我相信是本书的重中之重。我希望能够理解方程中物质-能量张量和时空几何之间的深刻联系，以及它如何预测宇宙中的各种现象。这本书不仅是一本教材，更是一次心灵的旅行，带我深入理解宇宙的本质。
评分《A First Course in General Relativity》这本书的排版和印刷质量都相当出色，清晰的字体和合理的页面布局，让阅读体验十分愉悦。我之前对广义相对论的了解主要来自于一些科普读物，虽然它们描绘了引力的奇妙图景，但总是缺乏系统性的讲解。《A First Course in General Relativity》则正好弥补了这一空白。作者从相对论的基本假设出发，逐步深入到时空的结构和几何性质。我特别期待书中关于黎曼几何的介绍，因为我了解到这是理解广义相对论数学基础的关键。希望书中能够以一种易于理解的方式讲解测地线、曲率等概念，并展示它们在描述引力现象中的重要作用。我对爱因斯坦场方程的推导过程充满好奇，它被誉为现代物理学中最美丽的方程之一，其简洁的数学形式背后蕴含着深刻的物理洞察。我希望书中能够清晰地解释方程的每一个组成部分，以及物质-能量张量如何决定时空的弯曲。此外，书中对于广义相对论在天体物理学中的应用，例如黑洞、引力波和宇宙学，我也非常期待。这些宏大的概念总是让我着迷，而这本书似乎能为我提供一个严谨的框架来理解它们。总而言之，这本书为我提供了一个系统学习广义相对论的绝佳机会，让我得以更深入地探索宇宙的奥秘。
评分这本书的语言风格非常适合我，没有那种学术期刊特有的枯燥和晦涩，更多的是一种平实质朴的讲解，就好像一位经验丰富的老师在循循善诱。在刚开始阅读时，我对广义相对论的理解基本上是零，但作者通过对狭义相对论的简要回顾，特别是光速不变原理和相对性原理，为进入更复杂的理论打下了坚实的基础。我特别赞赏作者在引入时空概念时所使用的“事件”和“世界线”等术语，这些概念的清晰定义帮助我建立起对时空结构的初步认识。接着，书中对等效原理的讲解，以及它如何引出现代引力理论的基石，让我对引力不再仅仅是“力”的简单理解，而是时空几何性质的体现有了更深的体会。我非常好奇书中会如何详细阐述等效原理的各种表述形式，以及它在解释引力现象中的关键作用。对于黎曼几何中的曲率概念，作者是如何通过曲率张量来描述时空弯曲的，这部分内容我非常期待。我想知道书中是否会展示一些具体的例子，例如在球面上测地线的行为，来帮助我直观地理解曲率的概念。爱因斯坦场方程的讨论更是我关注的焦点，它的形式本身就蕴含着深刻的物理意义，书中是否会分析方程的数学结构，以及它如何联系物质能量张量和时空几何？我希望它能解释清楚方程中的各项物理含义，以及如何通过求解方程来预测宇宙的演化。这本书的插图和图示也对我理解抽象概念起到了很大的帮助，它们有效地将数学语言转化为更易于理解的视觉信息。
评分阅读《A First Course in General Relativity》的过程，让我深刻体会到科学知识的魅力和探索的乐趣。这本书的结构安排非常科学，从对时空基本概念的引入，到对广义相对论核心方程的阐述，每一步都衔接得非常自然。我特别欣赏作者在讲解数学工具时所表现出的细致入微，比如在介绍微分几何中的联络和曲率概念时，书中不仅提供了严格的数学定义，还辅以大量的几何解释，帮助读者建立起直观的理解。这对我来说尤为重要，因为我一直觉得数学是连接物理概念的桥梁，而这本书很好地完成了这个任务。我非常期待书中关于测地线方程的详细推导，它是描述物体在弯曲时空中自由运动轨迹的关键。我想知道书中是否会展示一些具体的例子，比如在史瓦西度规下，自由粒子的运动轨迹是如何被描述的。爱因斯坦场方程的引入，无疑是这本书最令人兴奋的部分。我希望它能帮助我理解，物质和能量是如何“告诉”时空如何弯曲的，以及时空的弯曲又如何“告诉”物质如何运动。书中对场方程的数学形式的分析，以及对解的物理解释，是我非常期待的内容。此外，书中对一些重要的引力现象的介绍，例如引力透镜效应和引力时间膨胀，也让我对广义相对论的应用有了更深的认识。这本书不仅是一本教材，更是一扇让我窥探宇宙深层奥秘的窗户。
评分自从翻开《A First Course in General Relativity》这本书，我就被它严谨又不失趣味的讲解风格深深吸引。序言部分就开宗明义地强调了相对论对于我们理解宇宙的颠覆性意义，从牛顿的万有引力到爱因斯坦的引力场，这跨越了几个世纪的科学思想演变，书中都做了清晰的梳理。我尤其欣赏作者在介绍数学工具时所展现出的耐心和清晰度，例如在讲解微分几何和张量分析时，作者并没有直接抛出复杂的公式，而是通过一些类比和几何直观的解释，帮助读者理解这些抽象概念的物理意义。这对我来说非常重要，因为我曾经尝试阅读过其他关于相对论的书籍，但往往在数学的门槛上就望而却步了。这本书的章节安排也显得非常合理，从基础的四维时空概念，到黎曼几何，再到爱因斯坦场方程的建立和初步应用，每一步都循序渐进，让我感到知识的积累是水到渠成的。我特别期待后面章节关于黑洞物理的讨论，例如视界、奇点以及史瓦西度规的推导，这些都是广义相对论中最具魅力的研究对象。书中会不会涉及一些经典的黑洞模型，比如克尔黑洞，以及它们在天文学观测中的证据？另外，引力波的产生机制和探测方法也是我非常感兴趣的内容，这本书会在这方面提供怎样的视角？我希望它能帮助我理解引力波是如何携带宇宙的信息，以及它们如何改变我们对宇宙的认知。这本书的参考文献和习题设计也显得十分用心，相信通过练习，我能够更深入地掌握书中的概念和方法，并激发我进一步探索相对论的兴趣。
评分证明没细看当科普，的确解释得很清晰可以当作科普书。
评分用来入门最好的教材，不过深入学习还得再看更高等的书。亮点是前几张数学铺垫，可谓贴心～
评分证明没细看当科普，的确解释得很清晰可以当作科普书。
评分证明没细看当科普，的确解释得很清晰可以当作科普书。
评分数学看得费劲得很……
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