我們生活的世界有形形色色的事物和現(xiàn)象,其中都必定包含著“科學(xué)”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(xué)”趣味科普叢書,把我們身邊方方面面的科學(xué)知識活靈活現(xiàn)、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(xué)知識!
相對論總是讓人好奇又有些困惑,光、能量、質(zhì)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(xué)家們一起暢游在相對論的繽紛世界吧!
本書適合青少年讀者、科學(xué)愛好者以及大眾讀者閱讀。
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這是一本關(guān)于光、能量、質(zhì)量、空間、時間以及重力的讀物,它詳細(xì)地介紹了狹義相對論和廣義相對論。書中設(shè)計(jì)了很多“思考實(shí)驗(yàn)”,以說明物理學(xué)家如何制作模型和解答問題。
Contents 看得見的相對論
第1章 光、物質(zhì)和能量 1
1.1 光線 2
1.2 相對性第一定律 勻速直線運(yùn)動沒有絕對的意義 3
1.3 測量光速 4
1.4 相對性第二定律光速是絕對的常數(shù) 6
1.5 比光速還要快嗎 7
1.6 理論與實(shí)際 9
1.7 質(zhì)量與慣性 10
1.8 慣性與重量 11
1.9 能量 12
1. 10 質(zhì)量與動能 13
1. 11 靜止質(zhì)量與動能 14
1. 11.1 內(nèi)部運(yùn)動的動能 14
1. 11.2 單純的能量 15
1. 12 純粹能量的質(zhì)量 16
1. 13 質(zhì)量與能量的等效 18
1. 14 信息需要能量 20
第2章 光、時間、質(zhì)量與距離 21
2.1 光與時間 22
2.2 γ系數(shù) 24
2.3 誰的時鐘慢了 27
2.4 光、時間和距離 28
2.4.1 速度方向上的距離 28
2.4.2 速度的方向和與其垂直的方向上的距離 30
2.5 相同的時刻 31
2.6 時間與質(zhì)量 33
2.7 速度的加法 36
第3章 光、電子和磁 39
3.1 電荷與速度 40
3.2 電荷與磁鐵 41
3.3 電場與磁場 43
3.4 電流產(chǎn)生的磁場 45
3.4.1 法拉第悖論 46
3.4.2 不符合相對論就不會有引力 47
3.4.3 符合相對論才會有引力 47
第4章 加速與慣性質(zhì)量 51
4.1 導(dǎo)入加速度 52
4.2 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動:雙胞胎悖論1 52
4.3 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動:并非歐幾里得幾何學(xué) 54
4.4 直線運(yùn)動 56
4.5 固有時間與慣性:雙胞胎悖論2 59
第5章 慣性與重力 63
5.1 慣性與重力的關(guān)系 64
5.2 重力并不是力 66
5.3 重力會扭曲時空 69
5.3.1 曲面 70
5.3.2 扭曲的時空 72
5.4 測量時空的扭曲程度 74
第6章 等效原理 79
6.1 重力與時間 80
6.2 扭曲時空中的固有時間:雙胞胎悖論3 82
6.3 在彎曲的時空中做直線運(yùn)動 84
6.4 受球體引力作用的長度 85
6.5 球體周圍的引力 88
6.6 受到引力的質(zhì)量 90
6.7 受到引力的光 91
6.8 對于黑洞的簡單介紹 94
6.9 等效原理的總結(jié) 95
第7章 質(zhì)量產(chǎn)生引力的方法 97
7.1 孤立的云彩的引力 98
7.2 愛因斯坦引力場方程 100
7.3 壓力的參與 101
7.4 速度的導(dǎo)入 104
7.5 外部質(zhì)量的介入 105
7.6 局部時空與整體時空 106
7.7 愛因斯坦引力場方程的解法 108
第8章 求解愛因斯坦引力場方程 113
8.1 引力造成的運(yùn)動定律 114
8.2 球體中的引力 116
8.3 球形空洞中的平坦時空 119
8.4 球體外的引力 120
8.5 史瓦西精確解 123
8.6 牛頓的引力定律 126
第9章 廣義相對性的應(yīng)用 129
9.1 黑洞 130
9.2 光線的彎曲:弱引力1 132
9.3 開普勒定律 138
9.4 行星軌道的彎曲:弱引力2 143
9.5 黑洞附近的強(qiáng)引力 147
9.6 引力波 150
9.7 引力的能量在哪里 152
9.8 宇宙大爆炸 155
9.8.1 宇宙中的小球形區(qū)域的質(zhì)量 56
9.8.2 宇宙整體的球形區(qū)域的質(zhì)量 58
9.9 真空的能量和引力 162
第10章 總結(jié) 167
10 總結(jié) 168
附錄 71
11.1重要的數(shù)值 172
11.2 純粹能量 173
11.3 小速度的相對性 176
11.4從增加的質(zhì)量得出速度加法定理 177
11.5 愛因斯坦引力場方程的張量 180
參考文獻(xiàn) 182
7 質(zhì)量與慣性
在裝載物豆子中,究竟會發(fā)生什么變化呢?
其實(shí),豆子的“慣性質(zhì)量”增加了�!皯T性質(zhì)量”簡稱為“質(zhì)量”或“慣性”。讓我們這樣來考慮慣性質(zhì)量。如圖1.10所描述的那樣,在滑冰場上放置一個表面打磨得足夠光滑的石塊。冰非常光滑而摩擦力非常小,為使石塊加速,我們就要施加推動力,石塊就會進(jìn)行“抵抗”。如果換成兩倍大的石塊,就需要用兩倍的力。這是因?yàn)閮杀洞蟮氖瘔K具有兩倍的質(zhì)量�!皯T性”也包含有“惰性”的涵義。物體是有質(zhì)量的,如果不對它施加力,物體是不會加速的。從現(xiàn)實(shí)中的各種物理現(xiàn)象可以觀察到,物體最重要的特征是“質(zhì)量”。
8 慣性與重量
在這里,我們不是寫成“石頭的重量”而是寫成“質(zhì)量”,那么“重量”與“質(zhì)量”有什么關(guān)系呢?
石塊的質(zhì)量越大,移動它越費(fèi)力。但是另一方面,石塊的質(zhì)量越大,不移動它越費(fèi)力。也就是說,如果不支撐好石塊,它就會掉下來。
在地球上,石塊的重量可以通過“質(zhì)量”來測得,而在宇宙中的石塊卻不能這樣來測定。但是,我們可以推動他,來測它的阻力。
我們回過頭來看理想的火箭,思考一下裝載物豆子。相對于我們的速度越大,豆子對于加速的阻力就越大。這樣說豆子的質(zhì)量應(yīng)該是增加了�!璓10-11