对"抽象难懂"科学的追求——评介《微分几何入门与广义相对论》

一提起微分几何很多人都觉得复杂、抽象,说起广义相对论则更觉得深奥莫测.但北京师范大学物理系梁灿彬教授却对此有不懈的追求.通过孜孜不倦的探索,达到美妙的境界.他从1981年起在美国芝加哥大学相对论组作访问学者时,便得到Wald教授和Geroch教授的悉心指导,从而对近代微分几何和相对论产生了浓厚兴趣,并抓紧一切学习机会,积累了大量的资料和学习体会.他在回国前就萌发了一种强烈的冲动,要把在国外学到的东西尽快教给自己的学生.回国后,他立即开设了第一门研究生课"微分几何入门与广义相对论",以后又陆续开设多门后续课程,并应邀到各地大专院校和科研单位讲学,受到广泛好评.     

微分几何的入门阶梯,广义相对论的优秀教材——评梁灿彬、周彬的《微分几何入门与广义相对论》(第二版·上册)

近代微分几何是研究广义相对论的强有力工具,国际上的前沿学者(如霍金)出版的广义相对论专著和教材大都使用整体微分几何语言.国内已有越来越多的物理工作者(特别是中青年)希望学习这种语言,然而,由于微分几何的博大精深,一个大写的难字成了初学者共同遇到的拦路虎.大多数人或则望而却步,或则欲入无门,或则浅尝辄止.国内确有专为物理学家而写的微分几何优秀著作,但许多读者仍然觉得起点偏高,难度过大.至于广义相对论,国外早已存在以近代微分几何为工具讲授广义相对论的教材,其中不少出自名家之手,颇有大家风范,堪称优秀力作.然而几乎所有这…     

相对论的几何表述①

通俗地简介了微分几何的入门知识,对狭义相对论几何表述中的基本概念作了介绍.较详尽地用四维几何语言剖析了"尺缩"、"钟慢"和双子效应,对其中的某些误解作了澄清.还简介了广义相对论的入门知识,重点说明为什么引力是时空弯曲的表现.在澄清对等效原理的误解上也略费了笔墨.简介了狭义相对论和广义相对论的划界标准,明确指出双子佯谬纯属狭义相对论范畴.     

推荐一本好书——《从零学相对论》

正梁灿彬教授与曹周键博士合著的《从零学相对论》一书已由高等教育出版社于2013年10月出版.梁灿彬教授是我国著名的相对论专家,做过许多高水平的科研工作.他同时又是一位杰出的教育家,在电磁学以及微分几何和相对论的教学中做出了突出成     

1854年6月10日:黎曼论弯曲空间的经典演讲

 1915年,爱因斯坦基于他在狭义相对论提出的四维时空概念,发表了广义相对论,改变了我们对宇宙的看法。他说明时空中的翘曲与弯曲,乃是对质量与能量的响应。广义相对论的几何基础是由德国数学家黎曼（G.Riemann）于大约60年前的研究所奠定的。     

相对论的几何表述

通俗地简介了微分几何的入门知识，对狭义相对论几何表述的基本概念作了介绍，较详尽用四维几何语言剖析了“尺缩”“钟慢”和双子效应，地其中的某些误解作了澄清，还简介了广义相对论的入门知识，重点说明为什么引力是时空弯曲的表现，在澄清对等效原理的误解上也略费了笔墨，简介了狭义相对论和广州相对论的划界标准，明确指出了双子佯谬纯属狭义相对论范畴。     

推荐一本好书——《相对论百问》

相对论是青少年最感神奇、也觉得最为难懂的科学理论.不过,狭义相对论诞生(1905年)至今已经100多年了,广义相对论也将要迎来它的100岁生日(1915年),相对论已不再是最新的科学理论.今天的科学发展水平和教学条件已经完全有可能让青少年对相对论有一个初步的、基本正确的了解.     

《广义相对论入门讲座》连载——狭义相对论

广义相对论诞生至今已快100年了,然而了解此领域的人依然十分稀少.一般人认为广义相对论与实验联系较少,缺乏科研上的动力,而且在物理理解和数学运算上都十分困难,需要付出巨大努力才能进入这一用处不大的领域.然而,近年来随着中子星、黑洞、引力波和宇宙学领域的发展,广义相对论找到了广阔的应用空间,越来越多的人感到了对广义相对论知识的需求.其实,广义相对论也不像一般人想象的那样难学.数学上的困难源于一般人不熟悉黎曼几何与张量分析.作者从长期的教学中体会到,实际上可以采用"急用先学,立竿见影"的方式,用较短的时间把初学者引入广义相对论和黎曼几何的大门,使他们不仅了解广义相对论的物理思想,学会初步的运算,而且能看懂相对论天体物理学的文献,并尝试参与广义相对论及相关领域的初步研究.有志于钻研广义相对论的人,还可以在此基础上,"干中学",在出科研成果的同时,不断加深对广义相对论的理解,逐步成长为这一领域的教师和科研专家.本讲座就是这方面的一次尝试,望对广义相对论有兴趣并有志于学习它的人,参与这一进入科研前沿的尝试.本讲座共分8讲,目录如下:狭义相对论;广义相对论的物理基础;黎曼几何中的张量;度规张量;时间与空间;测地线、联络、曲率与挠率;爱因斯坦场方程;广义相对论的实验验证.本刊将以连载的形式分8期刊登.     

Hobson文科物理教材选载③——地外文明、不明飞行物和伪科学

这次选登的是原书第12章全章,删去概念检查和部分页边引语,以尽量减少篇幅.(这部分内容的篇幅还是较长,故分2期刊出——编者)这一章是关于地外文明、不明飞行物和伪科学等的讨论.在此章之前,第11章简单介绍了广义相对论和近代宇宙学,读者对宇宙的大爆炸创生、宇宙演化简史和宇宙的几何性质等有了一点了解;第10章介绍了狭义相对论,讨论了时间的相对性、星际旅行的可能性等.读者可能会有些吃惊:地外文明、不明飞行物这些题目也是物理教材的内容吗?Hobson教授毫不犹豫地把这些题目列入他这本书,因为这些题目与科学素养密切相关.这正成了他这本书的显著特点.他以这些题目为切入口,介绍了分析的方法,讨论了伪科学问题.Hobson教授旗帜鲜明地反对一切伪科学,他曾在《人民日报》(海外版,2000年9月26日)和上海的《科学》杂志第53卷第5期(2001年)上发表文章,痛批法轮功和李洪志的谬论.     

物理学史中的六月

正1854年6月10日:黎曼论弯曲空间的经典演讲(译自APS News,2013年6月)1915年,爱因斯坦基于他在狭义相对论提出的四维时空概念,发表了广义相对论,改变了我们对宇宙的看法。他说明时空中的翘曲与弯曲,乃是对质量与能量的响应。广义相对论的几何基础是由德国数学家黎曼(G.Riemann)于大约60年前的研究所奠定的。1826年,黎曼出生于现在的德国,家中有6个小孩,他排行第二,父亲是路德教派的牧师,亲自教导儿子直     

彭桓武先生对他三篇文章的评注

笔者于1996年9月—1999年7月间在理论物理研究所读博士学位,师从彭桓武和欧阳钟灿两位院士,学习广义相对论和生物膜理论.这两个看似不同的研究方向有一个共同点就是都要用到微分几何.在毕业论文阶段的一天,我去彭先生家,彭先生拿出已经写妥注释的三篇他自己文章的抽印本,对我详     

广义相对论的起源

爱因斯坦以其革命性的相对论著称于世.他创立广义相对论的过程,不同于其他新的物理理论产生的常规途径.广义相对论在很大程度上是爱因斯坦的独自发现,现成的物理认识的各种因素不曾对广义相对论提出紧追的需要,除了马赫和黎曼的某些富有启发的思想外,还不存在广义相对论产生的任何具体的理论前提.为了创立广义相对论,爱因斯坦付出了十分艰巨的劳动.1933年,他在谈论广义相对论的起源时,有一段感人至深的话:“在黑暗中焦急地探索着的年代里,怀着热烈的希望,时而充满自信,时而精疲力竭,而最后终于看到了光明——所有这些,只有亲身经历过的人才…     

引力波观测的进展

一、引 言 1978年12月,美国马萨诸塞大学的J.泰勒教授[1]在慕尼黑召开的第九次“得克萨斯”相对论天体物理讨论会上,宣布了他们对双星脉冲星PSR1913+16四年多的定时观测结果,他们的工作首次间接地给引力波的存在提供了一个定量的证据。其结果在20%的误差范围内与爱因斯坦广义相对论相符合,这一消息震动了全会;这是因为自爱因斯坦1918年预言引力波存在至今整整六十年以来,在引力波问题上的最重要的发展. 本世纪初,爱因斯坦[2]为了说明如水星近日点进动等这类新的引力现象,在狭义相对论的基础上,于1916年发表了广义相对论,把代表时空性质的…     

爱因斯坦与物理规律的协变性

爱因斯坦是２０世纪最伟大的物理学家,他毕生从事理论物理学的研究工作,在物理学的六个领域──狭义相对论、广义相对论、分子运动论、量子论、科学宇宙学和统一场论中都作出了巨大贡献．爱因斯坦不仅是一位伟大的科学家,也是一位富有哲学探索精神的杰出的思想家,从协变性思想出发,建立相对论的过程正是爱因斯坦科学思想的一个体现．本文试图阐明爱因斯坦在建立狭义相对论和广义相对论的过程中,协变性思想起的重要作用,介绍近几十年来,协变性思想对理论物理学发展的推动作用． 一、狭义相对论与洛仑兹协变性 顾名思义,“协变”一词…     

引力波与引力波探测

 一、引力波探测的主要背景引力波是爱因斯坦和其他物理学家提出的关于广义相对论的四大预言之一,未来在引力波探测的研究中所获得的突破,将可能比其他预言产生更为巨大而深远的影响,甚至大大促进人类文明的进程。1916年爱因斯坦发表了他的广义相对论,并在该理论的基础上预言了引力波的存在。到目前为止,广义相对论一些重大预言都被实验证实了,它们包括水星近日点的进动、光线在引力场中的弯曲、光谱线在引力场中的频移,以及由此而延伸的关于雷达回波的延迟等。这些成果又进一步推进了相对论在天文观测、相对论天体物理、宇宙学甚至高能物理和广义相对论的交叉领域等方面的应用。     

中国引力与相对论天体物理学会正式成立──第一届代表大会于1979年11月12日至17日在苏州市举行

中国引力与相对论天体物理学会第一届代表大会于11月12日至17日在苏州市举行.中国物理学会副理事长、党组书记甘柏同志致开幕词.出席会议的代表130余人,他们来自科研、教育、科普各条战线的80个单位.我国老一辈著名科学家周培源、彭桓武、卢鹤线、胡宁、王治梁、施士元、周孝谦等同志出席了大会.从去年广州引力与相对论天体物理讨论会后,一年来我国在理论研究、观测资料分析和引力实验等方面都取得了新的进展,会议收到论文50篇,其中35篇在会上作了报告.周培源教授在会上就他的近期工作,作了题为“坐标在广义相对论引力论中的意义”的学术报…     

探索弯曲的时空——纪念刘辽先生

介绍了刘辽教授个人和学术生涯的主要阶段.他曾经致力于广义相对论的理论研究,并且为这一伟大理论在中国的引进和广泛传播做出过重大贡献.刘辽教授培养了大批研究广义相对论的学生,出版了不少关于广义相对论及其子领域的书籍,发表了许多这方面的研究论文,内容涉及弯曲时空、黑洞、宇宙学、虫洞、时间机器、引力波等.     

介绍《广义相对论和宇宙学的物理基础》

清华大学李复老师几年来致力于广义相对论的普物化 ,他编写的《广义相对论和宇宙学的物理基础》一书已经出版 .该书用普通物理的语言、风格 ,避开艰深的数学 ,在普通物理的层次上较为全面地讲授广义相对论的物理基础 ,在此基础上从宇宙学的基本原理出发 ,介绍大爆炸宇宙学对宇宙的诞生、演化和未来的讨论 .全书为一完整体系 ,以狭义相对论为基础 ,由运动时钟变慢、运动方向长度变短 ,利用爱因斯坦假设以及史瓦西外部解 ,深入浅出地讨论了史瓦西场中的时空、光子及自由粒子在史瓦西场中的运动 ,只利用普通微积分定量地计算广义相对论的经典检…     

爱因斯坦与广义相对论的诞生——纪念广义相对论发表100周年

介绍了爱因斯坦建立广义相对论的伟大贡献.他最先发现了等效原理,最先指出万有引力本质上是时空弯曲的几何效应.爱因斯坦也是最先给出广义相对论基本方程——场方程的人.他提出的检验广义相对论的3个重要实验已被观测所证实.爱因斯坦是广义相对论的唯一创建者.     

引力改变了时空——从欧几里得空间到准黎曼空间

 爱因斯坦在1905年所建立的狭义相对论建立了高速运动下的时空变换,这种变换是局限在惯性系之间的,这正是“狭义”的涵义。作为狭义相对论的推广,爱因斯坦从1907年开始努力尝试将相对性理论推广到非惯性系。他在研究了引力场与加速系关系的基础上,于1916年在德国《物理学杂志》上以“广义相对论基础”为题正式发表了广义相对论。广义相对论的诞生进一步更新了我们对空间、宇宙的认识观念。从平直均匀的欧几里得3维空间,到闵可夫斯基的4维空间,再到弯曲的黎曼空间,独立于时间与物质的“绝对空间”概念被彻底地打破了。