時空是怎樣彎曲的：圖解廣義相對論

上篇 蘋果為什么會掉下來 001 開場—《星際穿越》的電影片段002 第1章 櫻滿集星——不曾感知到的世界的真實模樣 007 1.1 櫻滿集星人體驗到的時間 008 1.2 櫻滿集星人體驗到的空間 015 1.3 地球人與櫻滿集星人之間的協(xié)議 020 1.4 櫻滿集星人體驗到的質量 023 1.5 櫻滿集星人測量出的光速值 026   第2章 空間的彎曲——表現(xiàn)為空間長度變長 028 2.1 地球周圍空間的彎曲—同一段空間的長度變長所產生的“擠壓” 030 2.2 空間看上去的形狀 032 2.3 空間彎曲的表現(xiàn)方式 034 2.4 地球周圍空間的彎曲程度 037   第3章 我們如何記錄時間——難以覺察的時間性質差別 039 3.1 引力場不存在的情況—日常生活習慣的時間記錄方式 040 3.2 引力場帶來的本質改變 042 3.3 如何沿用日常生活習慣的記錄方式—人為標記時間 043 3.4 時間的兩種記錄方式 045 3.5 兩種記錄方式之間的差別 046   第4章 時間的彎曲——表現(xiàn)為時間流逝變慢 048 4.1 需要澄清的混亂—同一段時間的兩種不同含義 049 4.2 同一段時間的兩種長度 053 4.3 時間的彎曲—同一段時間間隔的標準長度變長所產生的“擠壓” 055 4.4 時間“看上去”的形狀 057 4.5 時間彎曲的表現(xiàn)方式 059 4.6 二維時空面的彎曲 060 4.7 地球周圍時間的彎曲程度 061   第5章 黑洞——時空彎曲的極端案例 062 5.1 中子星附近時空的彎曲程度 063 5.2 黑洞的邊界 064 5.3 時間流逝趨于無窮慢的地方 066 5.4 我們能掉進黑洞嗎 067 5.5 黑洞的內部—時間與空間對換 068 5.6 探索時空本質的信使 069   第6章 蘋果為什么會掉下來——時間彎曲的表現(xiàn) 071 6.1 不受外部干擾的物體是如何運動的 072 6.2 蘋果下落的真相—居然來自時間的本性 073 6.3 放大9億億倍—全部奧秘所在 074   第7章 衛(wèi)星為什么會圍繞地球旋轉——時間彎曲占主導 078 7.1 衛(wèi)星圍繞地球旋轉的原因也來自時間的彎曲 079 7.2 空間彎曲對衛(wèi)星運動的影響 082   第8章 光線為什么會彎曲——時間彎曲和空間彎曲各貢獻一半 086 8.1 如何判斷時空彎曲所產生貢獻的大小 087 8.2 壓倒性勝出—時間彎曲的貢獻遠大于空間彎曲的貢獻 088 8.3 少有的旗鼓相當—空間彎曲與時間彎曲產生的貢獻相當 090   第9章 引力波——時空的另外一種彎曲 093   第10章 正確理解“時空彎曲告訴物體如何運動” 098 10.1 最常見的誤解 100 10.2 誤解的澄清 101 10.3 廣義相對論核心思想的另一種表述 102 10.4 人類理性的閃耀 104     下篇 愛因斯坦如何發(fā)現(xiàn)這一切 105 第11章 肉眼可見的相對論效應——磁力是如何產生的 106 11.1 最熟悉的相對論效應—磁場和電場都是相對的 109 11.2 為什么電磁現(xiàn)象最容易暴露出相對論效應 112 11.3 相對論的世界浮出水面 117   第12章 光速不變——相對論效應最重要的表現(xiàn) 119 12.1 愛因斯坦當年的追光問題 121 12.2 相對論效應產生的必然結果：存在一個極限速度 122 12.3 相對論效應最重要的表現(xiàn)：光速不變現(xiàn)象 125   第13章 每個人都有屬于自己的時間和空間——相對論的意義 128 13.1 光速不變—愛因斯坦所采用的最關鍵線索 129 13.2 時間流逝快慢的相對性 132 13.3 空間長度的相對性 134 13.4 同一個時刻的相對性 136 13.5 整個空間都是相對的 139 13.6 細棒變短的原因 141 13.7 時間流逝變慢的原因 142 13.8 相對論發(fā)現(xiàn)的最重要對象—時空 144 13.9 時空的光錐結構 145 13.10 狹義相對性存在的根源—兩個常見誤解的澄清 148 13.11 一種新時空觀的誕生 150   第14章 質能方程——日常生活中無處不在發(fā)揮作用 152 14.1 一般能量的狹義相對性—質能方程 154 14.2 質量的狹義相對性 155 14.3 發(fā)生在我們身邊的質能方程 157 14.4 重新認識時空與物質之間的界限 161   第15章 愛因斯坦一生中最快樂的思想——等效原理 164 15.1 狹義相對論到廣義相對論的橋梁 166 15.2 等效原理所蘊含的本質思想 168 15.2.1 亞里士多德對運動的分類 168 15.2.2 笛卡爾對運動的分類 170 15.2.3 行星運動的真相被掩蓋 172 15.2.4 真相被愛因斯坦揭露 175 15.2.5 愛因斯坦對運動的分類 176   第16章 蘋果為什么會掉下來——更直觀的解釋 178 16.1 時間流逝變慢的根源 179 16.2 時空彎曲的途徑—“折疊時空” 180 16.3 時間流逝在地球附近變慢的原因 185 16.4 空間真實長度在地球附近變長的原因 186 16.5 物體質量在地球附近會增加的原因 187 16.6 重力只是一種表象 188     附錄 192 附錄1 推導同一個時刻的相對性 193 附錄2 推導質能方程E＝mc2 194   參考文獻 197