现代物理基础丛书·典藏版：狭义相对论（第二版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《现代物理基础丛书·典藏版：狭义相对论（第二版）》在1987年初版基础上作了全面修订和扩充，较系统地叙述了狭义相对论的基本内容。《现代物理基础丛书·典藏版：狭义相对论（第二版）》共6章，分别讨论狭义相对论的产生背景，狭义相对论的基本原理和时空观，四维闵可夫斯基时空几何及其四维张量，电动力学的相对论形式，相对论质点运动学、质点动力学和连续介质力学以及相对论的拉格朗日和哈密顿表述，并附有颇具争议的“时间机器”简介和狭义相对论发展简史。《现代物理基础丛书·典藏版：狭义相对论（第二版）》可作为高等学校理工科本科生、研究生以及有关科技工作者和教师的参考用书。

内页插图

目录

第1章 经典时空观及其危机
1 经典物理的时空观
1．1 伽利略变换
1．2 伽利略相对性原理
1．3 以太假说
2 几个重要的经典实验
2．1 霍克实验
2．2 斐佐实验
2．3 迈克耳孙-莫雷实验
2．4 特鲁顿-诺伯尔实验
3 经典时空观的危机
3．1 洛伦兹的收缩理论
3．2 里兹的发射理论
3．3 庞加莱对相对论的贡献

第2章 狭义相对论时空观
4 狭义相对论的基本原理
5 洛伦兹变换
5．1 洛伦兹时空变换
5．2 洛伦兹速度变换
5．3 洛伦兹变换群
6 同时的相对性
7 空间距离的相对性
8 时间间隔的相对性
9 因果律和光速极值原理
9．1 事件的时间序列性
9．2 因果律和光速极值原理
9．3 关于光速极限原理的说明

第3章 四维闵可夫斯基时空
10 闵可夫斯基几何
10．1 闵可夫斯基时空结构
10．2 闵氏时空的长度和角度度量
10．3 类时世界线长度与固有时间
10．4 闵氏时空中的洛伦兹变换
11 相对论时空观的几何表示
11．1 同时的相对性
11．2 长度收缩和时间延缓
11．3 例：时钟佯谬
11．4 例：长度收缩佯谬
11．5 例：双生子佯谬
12 欧氏空间的张量分析
12．1 欧氏度规和线元
12．2 欧氏空间的转动变换
12．3 三维张量及其变换
12．4 三维张量的运算规则
12．5 例：连续介质和电磁场的应力张量
13 闵氏时空的张量分析
13．1 闵氏度规和线元——时空间隔
13．2 闵氏时空的转动变换——洛伦兹变换
13．3 四维张量及其变换
13．4 四维张量的运算规则

第4章 电动力学的相对论形式
14 电磁场方程的协变性
14．1 麦克斯韦电磁场方程
14．2 场方程的四维电磁势表示
14．3 场方程的电磁场张量表示
14．4 介质中场方程的电磁场张量表示
15 电磁场的洛伦兹变换
15．1 电磁势和场强的洛伦兹变换
15．2 电场和磁场的相互关系
15．3 运动电荷产生的电磁场
16 电磁场的运动方程
16．1 电磁场动量定理和能量定理
16．2 四维运动方程和电磁场能动张量
16．3 电磁场能动张量的洛伦兹变换

第5章 相对论力学
17 相对论质点运动学
17．1 瞬时惯性系与固有量
17．2 四维位移和四维速度
17．3 四维加速度和加速度变换
……
第6章 相对论的拉格朗日表述
附录A 固有洛伦兹变换的严格推导
附录B 关于“时间机器”
附录C 狭义相对论大事记
参考文献
索引

前言/序言

　　刘辽先生是我国知名的物理学教授，在相对论方面的造诣颇深。一九八三年五月，我有幸参加在南京师范学院举办的“相对论讨论会”，刘先生在会上讲学，并印发了一份《狭义相对论》讲义。我也把我写的有关狭义相对论的文章拿给刘先生审阅，在讨论中我们深切感到，由我国自己培养的物理学工作者，在相对论领域著书立说，对于发展我国的基础理论研究工作，是十分必要的，共同的理想和信念，促使我们愉快合作，当即商定以刘先生的讲义为基础，编写一本《狭义相对论》。我们定下的宗旨是要有自己的特色：第一，深入浅出，简明扼要，第二，把概念讲透，特别在相对论的历史背景、洛伦兹变换的意义以及相对论时空观方面，作重点论述。第三，把研究方法交代清楚，因而有必要利用张量作为工具，来展开相对论电学和相对论力学的主要内容，至于本书的实际内容是否体现了这一宗旨，尚有待读者检验。
　　书稿几经修改与补充，在去年完稿以后刘先生即赴美做研究工作，这篇序言就只好由我独自捉刀了，在这里，我们由衷地感谢冯麟保教授，他仔细地审阅了书稿，提出了许多极为有益的意见和建议。另外，本书难免还有错误或不妥之处，敬请同行赐教。

好的，这是一份针对您所提及书名的图书简介，内容将聚焦于其他物理学主题，详细且深入，不涉及狭义相对论的内容。 --- 现代物理基础丛书·典藏版：量子场论与粒子物理学导论 深入探索微观世界的终极奥秘 本书是“现代物理基础丛书”典藏版的又一力作，旨在为物理学专业学生、研究人员以及对基础物理学抱有浓厚兴趣的读者，提供一套系统、严谨且前沿的量子场论（Quantum Field Theory, QFT）和粒子物理学导论。与经典理论不同，本卷紧密结合量子力学与狭义相对论的深刻洞见，构建了一个描述基本粒子及其相互作用的统一框架。 第一部分：量子场论的数学与概念基石 本部分是构建完整量子场论大厦的理论基础，重点在于从经典场论到量子场的过渡，以及量子化方法的精确阐述。 1. 经典场论回顾与深化： 在深入量子领域之前，我们首先对拉格朗日量密度和哈密顿量的形式化方法进行了复习与强化。详细讨论了诺特定理（Noether's Theorem）在守恒律导出中的核心作用，并引入了更具普适性的路径积分（Path Integral）表述，这为后续的正则量子化和微扰论奠定了数学工具。我们着重分析了连续对称性在规范场论中的地位，为理解电磁场和弱核力场的结构做好铺垫。 2. 自由标量场和狄拉克场的量子化： 本书详细介绍了对自由玻色场（如Klein-Gordon场）和自由费米场（如狄拉克场）进行正则量子化的过程。对于玻色场，我们展示了如何通过对场和共轭动量进行对易关系（Commutation Relations）的规定，从而自然地导出产生（Creation）和湮灭（Annihilation）算符，并将场算符表达为这些算符的线性组合。 对于费米场，关键在于引入反对易关系（Anti-commutation Relations），这是满足泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle）的内在要求。我们详细推导了狄拉克场量子化后，如何解释其正能和负能解，并清晰地阐明了如何通过“负能量态的重新解释”来避免理论上的不稳定性和对“负粒子”的混淆。 3. 相对论性量子理论的挑战与规范： 在量子化过程中，必然会出现无穷大的问题。本部分深入探讨了标准量子场论中出现的紫外（UV）发散，并首次引入了重整化（Renormalization）的概念。我们通过一个简化的$phi^4$理论模型，展示了如何通过物理观测量来吸收和消除这些无穷大，从而得到有限且可预测的结果。这不仅是数学技巧，更是物理图像的深刻转变，标志着从“点粒子”到“相互作用的场”的范式转移。 第二部分：相互作用与微扰论的艺术 一旦建立了自由场的量子描述，下一步便是引入相互作用，并利用微扰论（Perturbation Theory）来计算粒子间相互作用的概率。 4. 相互作用绘景与S矩阵： 我们将系统地介绍相互作用绘景（Interaction Picture），并阐述S矩阵（Scattering Matrix）在描述粒子散射过程中的核心地位。S矩阵的元素给出了一个初始态演化到最终态的概率幅。我们详尽推导了S矩阵的Wick有序（Wick Ordering）展开，这是连接场论算符与实际可观测物理过程的桥梁。 5. 费曼图的构建与解析： 费曼图（Feynman Diagrams）是理解和计算粒子散射振幅的强大可视化工具。本章花费大量篇幅，系统地讲解了费曼规则的推导过程。从基本的顶点因子、传播子（Propagators，包括时序与因果性的考量）到外部线，我们详细解析了如何将任意复杂的多圈图转化为精确的数学积分表达式。通过大量的实例，如电子-电子库仑散射（Møller Scattering）和Bhabha散射，读者将熟练掌握利用费曼图计算低阶修正的能力。 6. 重整化进阶与有效场论： 重整化是量子场论中最精妙的部分。在更高阶的微扰展开中，会出现更复杂的圈图。本书将深入探讨“可重整化”与“不可重整化”理论的区别，并明确区分哪些理论可以通过有限数量的参数重整化，哪些则需要引入无穷多个参数，从而丧失其预测能力。我们引入了“截断尺度”（Cutoff Scale）的概念，并过渡到“有效场论”（Effective Field Theory, EFT）的思想，解释了为何物理学家可以在不同能量尺度下采用不同的理论描述。 第三部分：规范场论与粒子物理学的标准模型 本部分将理论框架应用于描述自然界的基本力，重点阐述规范对称性在构建粒子物理学标准模型中的决定性作用。 7. 规范不变性与规范场： 规范场论（Gauge Field Theory）是现代物理学的核心。我们从电磁学的U(1)规范不变性出发，推广到非阿贝尔群（Non-Abelian Groups），即SU(2)和SU(3）。我们将严格推导杨-米尔斯（Yang-Mills）理论的拉格朗日量，并清晰解释非阿贝尔规范场如何产生自相互作用的规范玻色子（如胶子）。 8. 量子电动力学（QED）的完备性： 我们将量子电动力学（QED）视为一个完备的、可重整化的规范场论范例。详细分析了电子-光子散射的计算，特别是其在低阶的验证，以及高阶修正（如电子的反常磁矩和真空极化）的理论预言如何与精密实验数据完美契合，这构成了物理学中最精确的理论之一。 9. 弱相互作用与希格斯机制： 本书将阐述如何将SU(2)规范群引入到规范理论中，以描述弱相互作用。重点讨论了电弱理论（Electroweak Theory）的构建，包括规范玻色子的质量起源问题。我们将详尽介绍“自发对称性破缺”（Spontaneous Symmetry Breaking）的Goldstone定理，并着重解释希格斯机制如何通过与规范场的耦合，赋予W和Z玻色子质量，同时保持理论的规范不变性。这一机制的引入，标志着粒子物理学标准模型的理论基础得以确立。 10. 量子色动力学（QCD）的非凡特性： 最后，我们转向描述强相互作用的量子色动力学（QCD），基于SU(3)规范群。本章将重点剖析QCD的两个核心特征：渐进自由（Asymptotic Freedom）和夸克禁闭（Confinement）。我们将解释为什么在高能对撞时，夸克和胶子表现得像自由粒子（渐进自由），而在低能下，它们却被束缚在强子内部（夸克禁闭）。这些特性与QED截然不同，是理解强子结构的关键所在。 --- 目标读者与特点： 本书内容深度适中，既保持了理论的严谨性，又注重物理图像的清晰传递。它不依赖于复杂的代数拓扑，而是专注于场论的量子化、计算技术以及与实验现象的联系。对于希望扎实掌握粒子物理学标准模型理论框架的读者而言，本书提供了不可或缺的理论深度和广度。读者在阅读前应具备扎实的经典力学、电动力学和高等量子力学的知识背景。