Spacetime, Geometry and Gravitation

Spacetime, Geometry and Gravitation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Birkhäuser Basel
作者:Pankaj Sharan
出品人:
页数:355
译者:
出版时间:2009-10-23
价格:USD 99.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9783764399702
丛书系列:
图书标签:
  • 广义相对论
  • 时空
  • 几何学
  • 引力
  • 物理学
  • 宇宙学
  • 黑洞
  • 场论
  • 微分几何
  • 爱因斯坦场方程
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具体描述

Teaching Einsteina (TM)s general relativity at introductory level poses problems because students cannot begin to appreciate the basics of the theory unless they learn a sufficient amount of Riemannian geometry. Most elementary books take the easy course of telling the students a few working rules stripping the mathematical details to a minimum while the advanced books take the mathematical background for granted. Students eager to study Einsteina (TM)s theory at a deeper level are forced to learn the mathematical background on their own and they feel lost because pure mathematical texts on geometry are too abstract and formal. The present book solves this pedagogical problem in a unique way by dividing the book into three parts. Essential concepts of Riemannian geometry are introduced in Part I (four chapters) through Gaussa (TM) work on curvature of surfaces using only ordinary calculus. A first acquaintance with Einsteina (TM)s theory can then be made. Only after this first brush with both physics and mathematics of relativity, a proper, detailed mathematical background is developed in the next six chapters in Part II. The third part then recaptures all the basic concepts of general relativity and leaves the student with a sound preparation for learning advanced topics. My aim has been that after learning from this book a student should not feel discouraged when she opens advanced texts on general relativity for further reading.

《宇宙织锦:从经典力学到量子纠缠的跨越》 本书导言 人类对宇宙的认知,是一部波澜壮阔的探索史诗。从亚里士多德对天体运行的朴素观察,到牛顿奠定经典力学宏伟基石,再到爱因斯坦以广义相对论彻底重塑我们对引力的理解,每一步都伴随着深刻的思维革命。然而,当我们试图将宏观的引力世界与微观的量子现象统一起来时,现有的理论框架便遭遇了前所未有的挑战。 《宇宙织锦:从经典力学到量子纠缠的跨越》并非试图提供一个现成的终极理论,而是带领读者进行一次深度且严谨的哲学与科学思辨之旅。本书的核心目标,是剖析现代物理学的两大支柱——经典场论与量子力学——在描述自然界时所展现出的本质性差异,并探讨连接它们的桥梁。 第一部分:经典视域下的宇宙结构 本部分专注于回顾并深入剖析经典物理学对时空和物质形态的描述,为后续的量子化讨论打下坚实的基础。 第一章:欧几里得几何与牛顿的绝对时空 本章从人类对空间直观理解的源头——欧几里得几何——出发,探讨其如何被内化为我们理解宏观运动的框架。随后,详细阐述牛顿力学体系的基石:绝对空间和绝对时间。我们将分析这些概念在处理行星运动、潮汐力等宏观现象时的巨大成功,并引入惯性系的概念。重点将放在动量、能量守恒定律的建立及其在经典力学中的地位,并初步探讨这些概念在高速运动下的局限性。 第二章:场论的兴起与电磁学的统一 经典物理学的叙事在19世纪迎来了关键的转折点——场的概念的引入。本章将聚焦法拉第和麦克斯韦的工作。我们不仅会梳理麦克斯韦方程组的优美结构,阐明电磁场如何成为一种独立于物质而存在的实体,更重要的是,分析“场”这一概念如何从物质的“属性”演变为描述相互作用的“中介”。本章还将讨论相对论的先声,即光速不变原理对牛顿绝对时空观的第一次致命冲击。 第三章:流体力学与连续介质模型 为了更全面地理解经典描述的范畴,本章将转向连续介质力学。我们将探讨流体方程组(如纳维-斯托克斯方程)在描述宏观物质分布和运动中的应用。重点分析流体力学中“连续性”这一假设的哲学意义——即在足够大的尺度上,我们将物质视为一个不可分割的整体。这一章节为后续对比离散的量子实体提供了鲜明的反差。 第二部分:量子的黎明与非定域性的挑战 本部分将聚焦于20世纪初物理学遭遇的危机,以及量子力学如何以一种反直觉的方式重构了我们对实在的认知。 第四章:能量的量子化与波粒二象性 本书将详细回顾普朗克对黑体辐射的解释,以及爱因斯坦对光电效应的成功诠释。这些革命性的发现迫使物理学家接受能量并非连续变化的实体。随后,我们将深入探讨德布罗意物质波的概念,并分析双缝干涉实验的深刻内涵:粒子如何表现出波的特性,以及观测行为在物理实在中扮演的角色。 第五章:薛定谔方程与概率的回归 本章是量子力学的核心数学描述的探讨。我们将解析薛定谔方程的结构,理解波函数 $Psi$ 及其概率解释(玻恩诠释)。重点讨论量子态的叠加原理,并分析其如何与我们的经典直觉产生冲突,例如著名的薛定谔的猫思想实验。本章将强调,在量子尺度上,物理描述从“确定性”转向了“可能性”。 第六章:不确定性原理与观测的界限 海森堡不确定性原理被视为量子力学的基石之一。本章将不仅仅是数学上的推导,更侧重于阐释其哲学含义:我们对世界的认知本身受到了内在限制。我们将探讨能量-时间以及位置-动量对的不可兼得性,并分析这如何彻底终结了拉普拉斯妖的决定论宇宙观。 第三部分:实在的裂痕:量子场论与信息 进入本书的后半部分,我们将探讨如何尝试将量子力学的原理应用到场论中去,以及由此引出的关于“信息”和“关联性”的深刻问题。 第七章:从粒子到激发态:量子场论的初步概念 为了在微观层面描述相互作用的粒子,物理学家发展了量子场论(QFT)。本章将概述将经典场进行“二次量子化”的基本思想,即将场视为由量子激发组成的实体。我们将以量子电动力学(QED)的简化描述为例,说明如何通过交换虚拟粒子来描述电磁相互作用。本章将清晰地界定,在QFT中,粒子本身是场的激发,而非独立的基本实体。 第八章:量子纠缠的非定域性 量子纠缠是量子世界中最神秘的现象之一。本章将详细介绍贝尔不等式的建立过程,以及实验结果如何确凿无疑地证明了自然界存在非定域性的关联。我们将深入探讨 EPR 佯谬的真正含义,区分定域实在论与量子力学之间的矛盾。纠缠现象迫使我们重新思考“分离性”和“实在性”在自然界中的地位。 第九章:信息作为物理学的基本要素 在经典物理学中,信息是描述系统的附加概念;但在量子信息论的视野下,信息本身成为了描述物理实在的核心工具。本章将讨论信息论中的熵概念如何映射到物理系统的微观状态数,并探讨“黑洞信息悖论”作为宏观引力与微观量子力学冲突的集中体现。我们将简要分析全息原理的思想,即一个区域内的全部信息可能编码在其边界上,这暗示了我们对维度和实在结构的理解可能存在更深层次的限制。 结语:迈向统一的展望 本书在回顾了经典物理的辉煌成就与量子物理的革命性突破之后,以开放的态度审视了当前物理学面临的挑战。我们清晰地看到,引力场(经典描述)与量子物质(概率描述)的融合,依然是21世纪物理学的核心议题。我们没有提供任何关于弦理论或圈量子引力的具体计算,而是专注于揭示不同理论范式之间的哲学鸿沟和概念差异。本书旨在激发读者,在深入理解现有框架的基础上,以更具批判性的眼光去审视那些试图编织“宇宙织锦”的宏伟理论。真正的统一,或许需要我们对“时空”、“信息”和“实在”本身进行一次更彻底的重新定义。

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读后感

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用户评价

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读完前三分之一的内容后,我不得不承认,这本书的叙事逻辑严谨得令人发指,但也因此显得异常的“去人情味”。它更像是一份严谨的学术报告,而非一本旨在激发好奇心的科普读物。那些试图寻找爱因斯坦早期思考历程的读者,或者渴望看到实验数据如何一步步推动理论发展的历史脉络的爱好者,恐怕要大失所望了。作者似乎完全跳过了“发现”的过程,直接展示了“已完成的构建”。章节之间的过渡极为迅速,从狭义相对论的奠基,到爱因斯坦场方程的推导,再到各种精确解的探讨,行云流水,但其中间的“汗水”和“挣扎”却被巧妙地隐藏了。举个例子,当他处理真空爱因斯坦方程的解时,他直接列出了史瓦西半径的结论,但对于如何从复杂的张量微分方程中剥离出这种几何结构,中间的过程描述得极其简略。这使得这本书的价值在于其内容的密度和逻辑的完美无瑕,但代价是牺牲了阅读的愉悦感和背景知识的铺垫。对于我这种非全职研究人员来说,这种高密度信息输入常常导致“读完一段,忘记前一段”的窘境。如果说有的书是引人入胜的探险之旅,那么这本书更像是直接空投到目的地的参谋部会议——信息量巨大,但缺乏路线图的指引。

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从装帧和整体的阅读体验来看,这本书似乎完全不关心读者的舒适度。纸张质量尚可,但字体的选择和行间距的处理,明显偏向于信息塞满而非信息易读。它看起来就是那种被印刷厂按照“学术专著”的标准批量生产出来的文本,没有任何讨好读者的设计感。我翻阅时,常常需要借助辅助工具来确认某个下标或上标的具体位置,因为它们之间的空间感实在是不够清晰。而且,书中缺乏任何“选读”或“扩展阅读”的建议,这使得读者在完成某个技术性章节后,找不到一个明确的“下一步”方向。它仿佛就是这个知识体系的终点,没有分支,没有岔路。这种单向度的结构,虽然忠实于作者的理论体系,但对于习惯了现代学术出版物中丰富注释和链接的读者来说,是一种信息获取上的“饥饿”。它更像是导师留下的、只有他自己才完全理解的笔记的最终誊本,而不是一个旨在广为传播的知识载体。这使得整个阅读过程变成了一场孤独的、必须完全依赖自我驱动的智力攀登。

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我特别注意到,这本书在处理“量子引力”的边缘话题时表现得异常谨慎,甚至可以说有些保守。它将焦点牢牢锁定在经典广义相对论的框架内,对所有超越这一范畴的猜想或模型都保持了距离。在涉及诸如黑洞信息悖论或宇宙学常数解释等前沿争议时,作者的处理方式是梳理经典的场论结论,然后戛然而止,避免深入探讨那些尚未被数学完备性完全证实的领域。这种“坚守阵地”的态度,虽然保证了全书内容在经典物理学范畴内的权威性和一致性,但对于那些期待在这本书中找到关于未来物理学方向的“火花”的读者来说,可能会感到意犹未尽。它提供了一个极其坚实的地基,但你不会发现任何关于如何在这片土地上建造更高楼层的蓝图。这让我感觉这本书的完成度定格在了上个世纪末的某个理论高峰点上,对近二十年来涌现的诸多新见解,要么轻描淡写,要么干脆忽略。如果你想深入了解经典引力的数学结构,这是宝藏;如果你想了解理论物理学的“热点前沿”,这本书提供的可能只是“冷知识”。

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这本书的排版和图示处理,让我感受到了作者对“纯粹理论”的执着。图形的运用非常克制,如果使用了,那也多半是帮助理解特定坐标系下向量场的演化,而不是用来提供直观的、色彩斑斓的时空模型。这种做法无疑提升了文本的专业度,但也使得理解的门槛变得异常陡峭。例如,在讨论奇点附近的测地线偏折时,图示往往是抽象的截面图,而非我们习惯看到的那种扭曲的网格。这要求读者必须在脑海中构建一个四维的、动态的几何场景,这对于习惯了二维或三维直观想象的头脑来说,是一个巨大的认知负担。此外,符号的引入和使用几乎是“一次性”的,一个符号在不同的上下文中可能会有微妙的含义变化,但作者很少回头去重申或回顾其初始定义。这迫使你必须全程保持警惕,否则稍不留神就会在接下来的几页里迷失方向。总的来说,它更像是为研究生课堂准备的参考资料,而不是一本能够激发大众兴趣的入门读物。它假设读者已经对符号的“语言”非常熟悉,并且能够迅速适应这种极度浓缩的知识表达方式。

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这本书简直是物理学入门者的噩梦,或者说是为那些已经在弦论和广义相对论的泥潭里挣扎了很久的“资深患者”量身定制的镇痛剂。我花了整整一个下午,试图从第一章开始理解作者试图构建的那个宏大而又令人晕眩的数学框架。首先,对于那些指望通过它来“轻松掌握”引力本质的读者,我只能说,你们选错了“药方”。作者的笔触如同手术刀般精准而冷酷,没有丝毫的妥协或温情。他似乎默认读者已经对微分几何和黎曼流形有了超越本科课程的熟悉感,一上来就用张量分析把人打得找不到北。我记得在讨论度规张量的时候,那种抽象的符号堆砌,让我感觉自己不是在阅读一本物理学著作,而是在试图破译一份来自银河系彼端、高度加密的官方文件。结构上,它更像是一本精密的数学教科书,物理直觉的引导被压缩到了极致,仿佛作者认为“真正的物理学家”应该自行从数学的深层结构中领悟出时空是如何弯曲的。对我而言,最令人挫败的是,当你感到快要抓住某个关键物理概念的尾巴时,作者一个急转弯,又把你带入了一个更深层次的数学证明之中,让你怀疑自己是否真的理解了那最初的几行文字所蕴含的物理意义。这绝不是一本可以轻松翻阅的书,它需要的是持续的、高强度的脑力投入,而且最好身边常备一本高等数学参考书。

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