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内容大纲
本书围绕两体运动问题的精确计算，从开普勒轨道到广义相对论修正及引力波辐射导致轨道衰减，逐步展开。第1章先从牛顿力学出发回顾两体问题如何简化成有效单体问题，并讨论了牛顿引力中的光线偏折，以及利用密切轨道微扰方法计算其他行星对水星近日点进动的影响。然后讨论力学及电磁规律的伽利略变换，从而说明洛伦兹变换及狭义相对论的必要性。第2章简单回顾狭义相对论，先从光速不变原理、相对性原理及时空各向均匀同性出发证明惯性参考系之间的坐标变换为线性变换，从而推导出洛伦兹变换。然后介绍四维时空及洛伦兹变换下的矢量及张量，说明相对性原理要求物理规律表述成洛伦兹变换下的标量、矢量或张量方程。最后讨论相对论电动力学及力学，说明引力与狭义相对论不相容。第3章介绍广义相对论，通过等效原理引入引力效应及弯曲时空，说明引力场方程应该为任意坐标变换下的张量方程，并讨论测地线方程、黎曼曲率张量及爱因斯坦场方程的构造。最后一节简单介绍现代宇宙学。第4章讨论广义相对论对两体运动的修正，并介绍太阳系内对广义相对论的经典检验：水星近日点进动、光线偏折、引力红移、引力透镜及雷达回波延迟效应。第5章介绍黑洞，包括黑洞视界及几种常用的坐标系、黑洞阴影、球对称物质分布内部解及引力坍缩、黑洞热力学、黑洞微扰理论及其在引力波波形计算中的应用。第6章介绍引力波，包括爱因斯坦场方程在平直背景中的一阶扰动、引力波性质、引力波辐射对双星系统轨道运动的影响及精确轨道对引力波波形计算的影响，以及引力波探测。本书最后一章从作用量出发讨论广义相对论及修改引力理论，介绍哈密顿分析及广义相对论中质量与角动量的定义。
本书作为广义相对论入门教程，将有助于感兴趣的研究者进入引力领域。 -
作者介绍
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目录
第1章 牛顿万有引力理论
1.1 两体运动
1.1.1 坐标系
1.1.2 牛顿引力中的光线偏折
1.2 密切轨道微扰方法
1.2.1 密切方程
1.2.2 水星进动
1.2.3 古在机制
1.3 伽利略时空观
第2章 狭义相对论
2.1 洛伦兹变换及其线性特性
2.1.1 间隔不变性
2.1.2 时间膨胀效应及同时相对性
2.1.3 长度收缩效应
2.2 矢量及张量
2.3 相对论电动力学
2.4 相对论力学
2.4.1 加速运动
2.4.2 牛顿引力的非洛伦兹协变性
第3章 广义相对论
3.1 等效原理
3.1.1 仿射联络与测地线方程
3.1.2 牛顿极限
3.2 弯曲时空
3.2.1 矢量与张量
3.2.2 张量密度
3.2.3 协变微分
3.2.4 梯度与散度
3.2.5 平行移动
3.2.6 黎曼曲率张量
3.2.7 弯曲时空判据
3.2.8 协变导数的对易性
3.2.9 测地线偏离方程
3.3 爱因斯坦场方程
3.4 弗里德曼方程
3.4.1 宇宙学参数及哈勃常数
3.4.2 宇宙微波背景辐射
3.4.3 暴涨宇宙
3.4.4 宇宙加速膨胀
第4章 广义相对论经典检验
4.1 静态球对称解
4.2 粒子测地线运动
4.2.1 稳定圆轨道
4.2.2 束缚轨道
4.2.3 径向自由落体运动
4.3 近心点进动
4.4 光线运动
4.4.1 引力红移
4.4.2 光线偏折
4.4.3 引力透镜
4.4.4 雷达回波延迟
第5章 黑洞
5.1 施瓦西黑洞
5.1.1 黑洞视界
5.1.2 乌龟坐标
5.1.3 Kruskal-Szekeres坐标
5.2 带电及转动黑洞
5.2.1 Reissner-Nordstrom黑洞
5.2.2 克尔黑洞
5.2.3 克尔-纽曼黑洞
5.3 黑洞阴影
5.3.1 施瓦西黑洞阴影
5.3.2 克尔黑洞阴影
5.4 球对称物质分布内部解
5.4.1 均匀密度星
5.4.2 简并费米气体
5.4.3 暗物质环境黑洞
5.5 黑洞热力学
5.6 黑洞微扰理论
第6章 引力波
6.1 扰动及自由度
6.2 引力波的偏振态
6.3 引力波能量-动量张量
6.4 四极辐射
6.5 椭球自转
6.6 双星系统
6.7 后牛顿理论
6.8 引力波波源
6.9 激光干涉仪引力波天线
6.9.1 平均响应函数
6.9.2 随机引力波背景探测
6.9.3 参数分析
第7章 作用量及修改引力理论
7.1 作用量
7.1.1 Palatini形式
7.1.2 测地线方程
7.1.3 广义协变性与物质能量-动量守恒
7.1.4 标量场能量-动量张量
7.2 线性引力
7.3 有质量线性引力
7.4 标量-张量引力理论
7.4.1 共形变换
7.4.2 Horndeski理论
7.5 高阶引力理论
7.5.1 Lovelock引力
7.5.2 Ostrogradsky不稳定性
7.6 哈密顿分析
7.6.1 广义相对论自由度分析
7.6.2 线性引力自由度分析
7.7 质量与能量
7.7.1 Komar能量
7.7.2 ADM质量
7.7.3 角动量
7.7.4 电荷
附录A Mathematica代码
A.1 虫洞度规
A.2 三维欧几里得空间度规
A.3 罗伯逊-沃克度规
A.4 静态球对称度规
A.5 作用量二阶近似
附录B 后牛顿近似及参数化
B.1 后牛顿近似
B.2 高阶模与多极矩关系
附录C 曼-彭罗斯公式
C.1 标架变换
C.2 施瓦西黑洞背景中准圆运动引力辐射
C.3 类光标架
附录D 稳态相位近似
参考文献
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