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如果不懂微分几何就能完全读懂广义相对论、这应该是每一位初学者都有的强烈需求,这本《破解引力-广义相对论的诞生之路》就满足你这个需求。
大多数介绍广义相对论的书籍开篇一般都会先讲一段微分几何、然后就直接采用微分几何的语言去讲述广义相对论、这给初学者带来了很大的理解障碍。而且学完之后、大家的印象中基本上只留下一些几何概念、并没有真正体会到理论背后的物理内涵。
为了解决这个问题,让没有微分几何基础的读者也能够理解广义相对论背后丰富的物理图像和物理思想,《破解引力》这本书采用了完全不同的写作方式和内容安排。
第一个巨大不同是本书没有去追求数学语言的严谨性和完整性、而是侧重于展示相关物理概念和物理思想的萌芽、演化和成熟过程。比如第1个篇章就用了7个章节100多页、从历史渊源、物理学演化过程、哲学思想转变过程等多个角度详细阐述了等效原理背后的本质思想、论证了引力质量为什么正好等于惯性质量。再比如、从亚里士多德、笛卡儿、牛顿、马赫、庞加莱、再到爱因斯坦的历史顺序 阐述了时空观的演变过程;再比如、牛顿当时是如何构造出引力这样一个工具来解释行星的运动、从而掩盖了行星运动背后的真相。
第二个巨大不同是本书侧重于从物理图像的角度对广义相对论进行阐述。比如直接采用钟表的刻度值就推导出了洛伦兹变换关系;再比如直接采用狭义相对论加等效原理就推导出很多广义相对论中的结论,像重力场中的时间会变慢、空间会变长、质量会增加、光速会变慢、还有重力场中的麦克斯韦方程组是什么样的;采用真实长度与看上去的长度 这两个概念 来展示空间如何弯曲;对于时间的弯曲、本书尝试将同一段时间区分成同一段时间流逝与同一段时间间隔两种不同含义、然后采用时间的体验长度 与标准长度 这两个概念来展示时间如何弯曲;另外、对于弯曲时空告诉物体如何运动这句话进行了详细澄清、特别澄清了苹果的自由下落并非来自纯空间的弯曲、而是来自时间的弯曲。之前大家常常错误地采用纯空间的弯曲来说明苹果下落的原因、这种解释其实是不正确的。
第三个巨大不同是通过对原著和论文的解读还原科研探索的真实过程。比如通过对笛卡儿、伽利略、惠更斯、牛顿等人著作的解读 还原牛顿力学的创建过程;通过对马赫、庞加莱著作的解读 展示了牛顿力学所存在的缺陷和问题;通过对麦克斯韦等人著作的解读 展示了电磁学的创建过程;通过对洛伦兹论文的解读 展示了洛伦兹变换的诞生过程;特别是通过对爱因斯坦的论文、演讲和书信的解读 来展示广义相对论的探索过程、并将整个探索过程总结为 “一座桥梁+七个转折点”。
第四个巨大不同是详细保留了数学推导的中间步骤、而且采用了最简单的数学表述、把数学难度降到最低、让初学者可以轻松入门。
第五个巨大不同是可以将本书作为一本历史书来阅读、书中是按照以下历史顺序来阐述的:首先是物理学在古希腊的诞生、在中世纪的演变、 在现代科学革命期间的演变、以及牛顿力学的最终诞生;然后是电磁学的诞生以及发现牛顿力学缺陷的过程;解决牛顿力学缺陷从而诞生狭义相对论的过程;然后是推广狭义相对论以及发现出牛顿引力缺陷的过程;最后是解决牛顿引力缺陷从而诞生广义相对论的过程。通过这样完整历史过程的梳理、让读者更加全面地了解各种概念和问题的来龙去脉、从而避免理解的片面性。
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