看得見的相對論（簡體書）

《看得見的相對論》內容簡介：我們生活的世界有形形色色的事物和現象，其中都必定包含著“科學”的成分。在這些成分中，有些是你所熟知的，有些是你未知的，有些是你還一知半解的。面對未知的世界，好奇的你是不是有很多疑惑、不解和期待呢？“形形色色的科學”趣味科普叢書，把我們身邊方方面面的科學知識活靈活現、生動有趣地展示給你，讓你在暢快閱讀中收獲這些鮮活的科學知識！
相對論總是讓人好奇又有些困惑，光、能量、質量、空間、時間，還有重力……這本書把這些概念用百余幅精彩的圖片、生動有趣的講解貫穿起來，讓你輕松地理解狹義相對論和廣義相對論。給你的思想插上翅膀，同物理學家們一起暢游在相對論的繽紛世界吧！《看得見的相對論》適合青少年讀者、科學愛好者以及大眾讀者閱讀。

作者：(日本)飛車來人 譯者：李雋 佟海寧

飛車來人，理學博士。1965年生于德國。本科就讀于亞琛工科大學，碩士就讀于瑞士聯邦工科大學蘇黎世分校。曾在馬克斯·普朗克復合系統研究所、東京大學研究生院工學系研究室、三菱綜合研究所尖端科學研究所等任研究員。現為德山工業高等專門學校機械、電氣工學系副教授，教授物理和數學課程。

《看得見的相對論》這是一本關于光、能量、質量、空間、時間以及重力的讀物，它詳細地介紹了狹義相對論和廣義相對論。書中設計了很多“思考實驗”，以說明物理學家如何制作模型和解答問題。

致親愛的讀者朋友這是一本關于光、能量、質量、空間、時間以及重力的讀物，它詳細地介紹了狹義相對論和廣義相對論。書中設計了很多“思考實驗”，以說明物理學家如何制作模型和解答問題。這些“思考實驗”的思考方式，愛因斯坦本人也頻頻使用。由此看來，我們可以以物理、幾何的直觀感覺來理解高深的理論。
雖然這里要介紹的復雜思考方法需要一定的想象力，但是理解所介紹的自然現象卻并不需要高深的數學知識。物理學的優點就是我們“能夠計算”自然現象。因此，我們準備了只需要簡單數學知識就能理解的相對論方程式和至關重要的該方程式的精確解。表現時間與空間扭曲的廣義相對論的“愛因斯坦重力方程式”也可以用簡單的言語進行詳細說明。或許，你會深切感受到這才是最容易理解的關于重力的理論。所以請不要再滿足于“空間像球面一樣扭曲”這類的道聽途說，讓我們從這本書開始邁出堅實的第一步吧！
第1章至第4章對狹義相對論進行了說明，明確了光與物質、空間、時間之間的關系。

第1章 光、物質和能量1
1.1 光線2
1.2 相對性第一定律勻速直線
運動沒有絕對的意義
1.3 測量光速4
1.4 相對性第二定律光速是絕
對的常數
1.5 比光速還要快嗎
1.6 理論與實際
1.7 質量與慣性
1.8 慣性與重量
1.9 能量
1.10 質量與動能
1.11 靜止質量與動能
1.11.1 內部運動的動能
1.11.2 單純的能量
1.12 純粹能量的質量
1.13 質量與能量的等效
1.14 信息需要能量

第2章 光、時間、質量與距離
2.1 光與時間
2.2 γ系數
2.3 誰的時鐘慢了
2.4 光、時間和距離
2.4.1 速度方向上的距離
2.4.2 速度的方向和與其垂直的方向上的距離
2.5 相同的時刻
2.6 時間與質量
2.7 速度的加法

第3章 光、電子和磁
3.1 電荷與速度
3.2 電荷與磁鐵
3.3 電場與磁場
3.4 電流產生的磁場
3.4.1 法拉第悖論
3.4.2 不符合相對論就不會有引力
3.4.3 符合相對論才會有引力

第4章 加速與慣性質量
4.1 導入加速度
4.2 旋轉運動：雙胞胎悖論1
4.3 旋轉運動：并非歐幾里得幾何學
4.4 直線運動
4.5 固有時間與慣性：雙胞胎悖論2

第5章 慣性與重力
5.1 慣性與重力的關系
5.2 重力并不是力
5.3 重力會扭曲時空
5.3.1 曲面
5.3.2 扭曲的時空
5.4 測量時空的扭曲程度

第6章 等效原理
6.1 重力與時間
6.2 扭曲時空中的固有時間：雙胞胎悖論3
6.3 在彎曲的時空中做直線運動
6.4 受球體引力作用的長度
6.5 球體周圍的引力
6.6 受到引力的質量
6.7 受到引力的光
6.8 對于黑洞的簡單介紹
6.9 等效原理的總結

第7章 質量產生引力的方法
7.1 孤立的云彩的引力
7.2 愛因斯坦引力場方程
7.3 壓力的參與
7.4 速度的導入
7.5 外部質量的介入
7.6 局部時空與整體時空
7.7 愛因斯坦引力場方程的解法

第8章 求解愛因斯坦引力場方程
8.1 引力造成的運動定律
8.2 球體中的引力
8.3 球形空洞中的平坦時空
8.4 球體外的引力
8.5 史瓦西精確解
8.6 牛頓的引力定律

第9章 廣義相對性的應用
9.1 黑洞
9.2 光線的彎曲：弱引力1
9.3 開普勒定律
9.4 行星軌道的彎曲：弱引力2
9.5 黑洞附近的強引力
9.6 引力波
9.7 引力的能量在哪里
9.8 宇宙大爆炸
9.8.1 宇宙中的小球形區域的質量
9.8.2 宇宙整體的球形區域的質量
9.9 真空的能量和引力

第10章 總結
10 總結

第11章 附錄
11.1 重要的數值
11.2 純粹能量
11.3 小速度的相對性
11.4 從增加的質量得出速度加法定理
11.5 愛因斯坦引力場方程的張量
參考文獻

我們來做盡可能簡單的情景設定。我們乘坐宇宙飛船去一個空間，在這個空間中附近沒有大的質量存在。在這里我們處于慣性狀態。我們在宇宙飛船的外面放置一個小小的布滿塵埃的云彩，下文中也將其稱為“塵埃云”。因為我們放置得很小心，所以塵埃顆粒之間完全不會產生運動。
圖7.1 將塵埃的顆粒用黑色的球來表示。然後乘坐宇宙飛船安靜地離開一段距離，再對塵埃云進行觀察。此時，塵埃云中的顆粒和宇宙飛船都處于慣性狀態。
憑借經驗我們可以知道，質量受到引力的影響容易發生收縮。因此我們放置塵埃顆粒時，云彩會開始收縮。我們如何將這個收縮進行量化呢？最簡單的答案是使用單位時間的云彩的“體積的縮小”，也就是“縮小速度”。那么，我們又怎樣對于開始縮小的瞬間進行量化呢？最簡單的答案是使用云彩的“初始縮小率”，也就是“初始縮小加速度”。那么塵埃云會縮小多少呢？這取決于云彩中存在的質量。最容易想到的是，這個初始縮小加速度是與塵埃云的質量成正比的。如果是具有相同形狀但是質量是2倍的云彩，則初始縮小加速度會成為2倍左右。