宇宙物理基礎(chǔ)

目錄
前言
第1章 經(jīng)典時(shí)空和相對(duì)論時(shí)空 1
1.1 經(jīng)典力學(xué) 1
1.1.1 牛頓力學(xué) 1
牛頓定律 1
伽利略協(xié)變性 1
慣性力和時(shí)空 3
1.1.2 分析力學(xué) 3
廣義坐標(biāo)和位形空間 3
小作用量原理 4
兩類背景空間 5
1.1.3 兩類物理定律 5
1.1.4 平直的背景時(shí)空和彎曲的位形空間 7
1.1.5 曲線運(yùn)動(dòng)源于空間彎曲嗎？ 8
1.1.6 分析力學(xué)的廣義協(xié)變性 11
1.2 相對(duì)論 11
1.2.1 洛倫茲空間 11
洛倫茲協(xié)變性 11
洛倫茲空間是位形空間 12
經(jīng)典時(shí)空觀被顛覆了嗎？ 13
1.2.2 電磁場(chǎng) 14
1.2.3 如果電荷只有一種符號(hào) 16
第2章 相對(duì)論引力 18
2.1 彎曲空間引力場(chǎng)方程 18
2.1.1 數(shù)學(xué)方案 18
2.1.2 等效原理與廣義協(xié)變 19
2.2 相對(duì)論引力的局域背景時(shí)空和位形空間 23
2.2.1 時(shí)空坐標(biāo)與廣義坐標(biāo) 23
2.2.2 動(dòng)力學(xué)的兩種表述方式 25
2.2.3 黎曼如何認(rèn)識(shí)彎曲空間 27
2.3 物理與幾何 28
2.3.1 兩種協(xié)變性 28
2.3.2 守恒律與對(duì)稱性 32
2.4 平直時(shí)空引力場(chǎng)方程 33
2.4.1 物理方案 33
2.4.2 如果存在斥力物質(zhì) 36
2.4.3 線性化的愛因斯坦場(chǎng)方程 38
2.4.4 引力波 39
平直真空引力波方程 39
激光干涉探測(cè)引力波 39
彎曲時(shí)空產(chǎn)生和傳播引力波嗎？ 40
2.4.5 兩個(gè)引力場(chǎng)方程 41
2.5 周培源-彭桓武時(shí)空觀 43
2.5.1 彎曲時(shí)空與運(yùn)動(dòng)的背景時(shí)空 43
2.5.2 水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng) 44
牛頓軌道沒有進(jìn)動(dòng) 44
彎曲時(shí)空中也沒有進(jìn)動(dòng) 44
平直時(shí)空中才有進(jìn)動(dòng) 46
彎曲時(shí)空無(wú)法解決進(jìn)動(dòng)問題 46
2.5.3 平直時(shí)空引力波 47
第3章 相對(duì)論宇宙學(xué) 49
3.1 局域和非局域物理 49
3.1.1 相對(duì)論引力的局域性 49
3.1.2 非局域的宇宙 50
3.2 標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型 52
物質(zhì)密度 52
宇宙學(xué)常數(shù) 52
R-W 度規(guī) 52
理想流體 52
能量方程 53
動(dòng)力學(xué)方程 53
標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的物理基礎(chǔ) 53
3.3 相對(duì)論宇宙學(xué)的困難 53
3.3.1 運(yùn)動(dòng)方程與牛頓宇宙學(xué)相同 53
3.3.2 兩個(gè)弗里德曼方程相互矛盾 55
3.3.3 驅(qū)動(dòng)宇宙的是引力還是壓力？ 55
引力驅(qū)動(dòng) 55
壓力驅(qū)動(dòng) 57
3.3.4 違背能量守恒 58
宇宙學(xué)常數(shù) 58
能量方程 59
動(dòng)力學(xué)方程 61
3.3.5 宇宙學(xué)常數(shù)不能使膨脹加速 61
3.3.6 等效原理不成立 62
第4章 均勻、各向同性和平直的宇宙 64
4.1 運(yùn)動(dòng)與時(shí)空 64
4.2 牛頓力學(xué)和牛頓宇宙學(xué)的困難 66
4.2.1 引力悖論和白夜悖論 67
紐曼-西利格悖論 67
奧柏斯悖論 67
4.2.2 奇性疑難 67
奇點(diǎn) 67
位能無(wú)限大 68
4.2.3 慣性系疑難 68
4.3 引力中性的宇宙 69
4.3.1 哲學(xué)家的觀點(diǎn) 69
4.3.2 局域引力與非局域引力 71
第5章 熱平衡的宇宙 72
5.1 熱和非熱輻射 72
5.1.1 運(yùn)動(dòng)電荷的非熱電磁輻射 72
5.1.2 凝聚體的熱電磁輻射 72
5.1.3 運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的非熱引力輻射 72
5.1.4 宇宙的熱引力輻射 72
5.2 局域和非局域熱輻射 73
5.2.1 微波背景輻射黑體譜 73
5.2.2 沒有重子和光子的宇宙 75
5.2.3 引力的熱能化 76
5.3 暗宇宙的引力輻射 77
5.3.1 宇宙的熱平衡 77
局域熱輻射 77
非局域熱輻射 77
熱平衡和時(shí)間同步 77
5.3.2 凝聚態(tài)宇宙 78
5.3.3 光子和引力聲子 79
5.4 膨脹宇宙的能量轉(zhuǎn)換 80
5.4.1 實(shí)物和輻射 80
5.4.2 能量守恒 82
5.4.3 光子-聲子熱傳遞 83
5.5 熱力學(xué)中的熱質(zhì)能疑難 84
5.5.1 過增元問題 84
5.5.2 薛定諤問題 84
第6章 宇宙動(dòng)力學(xué) 86
6.1 宇宙時(shí)空的對(duì)稱性 86
6.1.1 非洛倫茲的宇宙時(shí)空 86
6.1.2 伽利略協(xié)變、洛倫茲協(xié)變和“廣義協(xié)變” 87
6.1.3 宇宙時(shí)空的伽利略對(duì)稱性 88
6.2 中性真空動(dòng)力學(xué) 89
6.2.1 膨脹宇宙的物理圖像 89
均勻各向同性系統(tǒng) 89
膨脹宇宙 90
還原與涌現(xiàn) 90
6.2.2 能量方程和運(yùn)動(dòng)方程 92
能量方程 92
運(yùn)動(dòng)方程 94
6.2.3 無(wú)相變宇宙的膨脹 95
6.2.4 宇宙相變 96
朗道理論 96
昂薩格倒易關(guān)系 97
6.2.5 中性凝聚宇宙的膨脹 98
6.2.6 宇宙臨界現(xiàn)象 100
6.3 局域和非局域運(yùn)動(dòng) 101
6.3.1 宇宙真空的膨脹 101
6.3.2 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué) 102
第7章 宇宙的起源 103
7.1 暴脹 103
7.2 相互作用和基本粒子的產(chǎn)生 105
7.2.1 宇宙學(xué)常數(shù)問題 105
7.2.2 大數(shù)定律 106
7.3 微波背景各向異性四極矩缺失 108
第8章 宇宙的構(gòu)成 114
8.1 宇宙物質(zhì)的組成 114
8.2 非局域擾動(dòng) 115
8.3 暗物質(zhì) 116
8.3.1 有暗物質(zhì)粒子嗎？ 116
8.3.2 暗物質(zhì)暈熱力學(xué) 117
8.3.3 暗物質(zhì)暈動(dòng)力學(xué) 117
小尺度問題 117
宇宙的“邪惡軸” 119
8.4 暗能量 120
8.4.1 宇宙空洞 121
8.4.2 黑洞硬核 121
超新星爆發(fā)機(jī)制 121
脈沖星運(yùn)動(dòng)方向 122
黑洞噴流 122
第9章 物理學(xué)的基礎(chǔ)架構(gòu) 126
9.1 時(shí)間與空間 126
9.1.1 慣性系與平直時(shí)空 126
9.1.2 慣性力與反作用 127
9.2 老子宇宙論 129
9.2.1 泰勒斯與老子 129
西方的智慧 129
東方的智慧 130
9.2.2 一與多 131
“萬(wàn)物負(fù)陰而抱陽(yáng)” 131
大爆炸與真空相變 132
“三生萬(wàn)物” 132
9.3 三個(gè)物理世界 132
9.3.1 宇宙學(xué)、宏觀物理和微觀物理 132
宇觀世界 133
宏觀世界 133
微觀世界 134
三種對(duì)稱性 135
時(shí)序保護(hù)猜想 135
9.3.2 廣義相對(duì)論的位置 136
9.4 物理學(xué)的發(fā)展 137
9.4.1 物理學(xué)的革命？ 137
9.4.2 廣域與局域 138
9.4.3 連續(xù)與離散 138
9.4.4 線性與非線性 138
愛因斯坦的論斷 138
自然定律必須在彎曲時(shí)空中描述嗎？ 139
非線性現(xiàn)象必須用非線性方程描述嗎？ 139
兩種非線性 140
9.4.5 回歸物理 141
“非線性數(shù)學(xué)綱領(lǐng)” 141
數(shù)學(xué)條件與經(jīng)驗(yàn) 141
兩種物理理論 142
托勒密體系的現(xiàn)代版 144
均勻時(shí)空 144
物理定律能否統(tǒng)一？ 146
9.5 方法論和世界觀 147
9.5.1 描摹現(xiàn)象與揭示規(guī)律 148
唯象理論 148
廣義相對(duì)論與繪畫 150
廣義相對(duì)論與機(jī)器學(xué)習(xí) 152
關(guān)鍵事實(shí)與大數(shù)據(jù) 154
9.5.2 單極世界與多元宇宙 155
導(dǎo)航空間 155
“重力霸權(quán)” 156
9.5.3 “沖氣以為和” 156
9.5.4 理性與和諧的根基 158
附錄 1 線性化引力場(chǎng)方程 161
附錄 2 施瓦西引力場(chǎng)中軌道的穩(wěn)定性 164
參考文獻(xiàn) 166
后記 規(guī)范場(chǎng)與彎曲時(shí)空 179
《現(xiàn)代物理基礎(chǔ)叢書》已出版書目