如何自学广义相对论:从入门到熟悉
爱因斯坦的相对论可以说是世界上最著名的理论之一。在中学物理学习阶段,我们就接触过他的狭义相对论。但对于广义相对论,大多数人知道的并不多,除了著名的“物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动”和黑洞等现象外,就没有更深入的了解。一些喜爱物理的人不禁要问,要如何入门广义相对论呢? 在这里,我要推荐的是清华大学出版社的《广义相对论基础》,作者是赵峥教授。之所以推荐这本书,是因为该书适合本科一学期的教学,也可以让大学工科一、二年级的有数理基础的人自学,在半年内便可掌握广义相对论的物理基础内容和具体计算方法,并可以触摸到科研前沿的大门。 这本书的前四章是广义相对论的基础,包括从狭义相对论到广义相对论,数学基础:黎曼几何和张量计算,广义相对论主要理论和实验验证。而后面的其余章节则是对前沿领域的简明介绍,包括黑洞、引力波和宇宙学,它是我们进入相关领域的敲门砖。 很多人担心的是,自学的话会不会看不懂这本书?事实上,这个问题很好解决,因为本书的作者赵峥老师的讲课视频在网上就可以搜得到。我们可以通过讲课视频与书的结合来更好地进行学习。赵峥老师长期在北京师范大学讲授广义相对论,也在清华大学开设此课程,教授的内容真的清晰又容易理解。 如何对学过的内容进行巩固也是一个大问题,这里我并不推荐刷题,越高级的内容习题也越少。我们所要做的是,学过之后盖上书本,然后自己把学过的理论推导一遍,最好的情况是能再给别人讲一遍。这就是所谓的“听懂了不一定会做,会做不一定懂教别人。” 学完这本书以后,我们可以进一步学习刘辽老师的《广义相对论》,进一步加深广义相对论的数学物理基础,也可以了解广义相对论在天体、宇宙学和其他物理分支的应用。 我们还可以花几个学期学习梁灿彬老师的《微分几何与广义相对论》和惠勒的《General Relativity》,进一步加深对时空因果结构、奇性定理的理解。 |
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熵的概念的发展:麦克斯韦妖与信息
该实验展示了一种可以逆转封闭系统熵的机制,唯一看似时间不可逆的物理定律是熵增定律,那么气体将会膨胀到容器的全部体积,单个气体分子可能存在的位置更多,这种更大的可能排列数量确实是对熵的更好描述,它是一种计算系统内原子排列数量的方法。这会使气体的熵降低吗?使描述原子运动方式的数量增加。所以不会向封闭系统增加热量,这个小妖怪控制门的开关每次只让一个速度快的分子通过。
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量子色动力学:夸克和胶子的复杂行为
原子由被电子包围的质子和中子组成。这些带负电荷的电子被带正电荷的质子吸引,同时电子之间也彼此产生排斥。电子分散得足够开,排斥力不会过多地干扰吸引力,因此它们能围绕在原子核附近运动。质子紧密地挤在原子核中,它们之间的电磁排斥力绝对是巨大的。那么原子核是如何保持在一起的呢?为什么它仅限于原子核?这些问题的答案在于夸克和胶子通过量子色动力学规则的复杂行为。