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03 相对论教材推荐,相对论书籍:狭义相对论、广义相对论、时空理论、引力理论、相对论与宇宙学...(适合物理专业本科生、研究生、物理爱好者)

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相对论与引力总目录

1. 相对论入门

(1)科普

科普类的书,中小学时代看得多,还记得初中时遇到心仪的段落就摘抄下来,然后被老爸看到,人家怕耽误我时间,让我标记想摘抄的内容,工作之余人家刷刷的抄完,一手漂亮的字啊。值,很值,非常值。

但是,大学之后的十年物理生涯,很少读科普书了,最近一次还是大四保研之后读粒子物理相关的 Don Lincoln 的书。哎哎,一颗求知心啊,跳不动了。。其实吧,是很少遇到那种或是一见如故、或是拍案叫绝、或是喉头发痒的书了。所以这里就只推荐一本朗道写的相对论科普:

科普 L. D. Landau What Is Relativity 1960

(2)正经入门

知乎大佬推荐的比较多的是,梁灿彬先生的入门书,包含狭相、广相和天体宇宙三大相对论支柱:

!!! 梁灿彬 从零学相对论 2013 &曹周键

个人在这里推荐的经典教材,一本是 R. K. Pathria 所著,这位大佬从加拿大到UCSD一路前进,写的 统计力学 教材也很经典,是位很重视教学的大佬,两本书都很值得一读。该相对论教材,同样包含狭相、广相、宇宙学三支柱,狭相比较详细,还包含狭相动力学、光学、电磁相对论,广相还包含实验验证,很nice。

!!! R. K. Pathria Theory Of Relativity (SR & GR) 2nd 1974 部分目录

第二本是 爱因斯坦 作序的一本老教材,在狭相、广相之后是统一理论的探究,可以一窥小爱晚年的工作,不是超对称啦、额外维度啦等等乱七八糟的大统一假设(不喜勿喷)。

!!! Introduction to the Theory of Relativity 1976 Peter G. Bergmann

第三本是比较现代的入门教材,很全面又有习题,还是比较靠谱。

!!! 狭相广相教材 Relativity - an introduction to special and general relativity 3rd 2004 Hans Stephani

2. 狭义相对论

狭相教材书目

(1)狭相入门教材

基础一点的纯狭相教材,推荐 哈佛David J. Morin 和 Johann Rafelski 的。

!!! David J. Morin 哈佛 Special Relativity for the enthusiastic beginner 2017
!!! Modern Special Relativity - A Students Guide with Discussions and Examples 2022 Johann Rafelski

(2)狭相力学过渡

很多大一上学期学力学的教材,都有相对论的章节,比如 舒幼生老师、郑永令老师的这类竞赛必读教材,伯克利、MIT 的Kleppner的教材、剑桥的 David Tong,等等。这类教材,重在快速理解并应用狭义相对论,也值得动动笔学一下。

从力学讲起,过渡到相对论的经典教材,首推 Max Born 的老书。Forshaw 的新书很有意思,先讲经典运动学再讲狭相运动学,再讲经典动力学再讲狭相动力学,包含4-矢量、加速度变换等。

!!! 力学过渡 Max Born Einstein's Theory of Relativity 狭相入门 1922
!!! 力学过渡 Dynamics and Relativity 2009 Jeffrey R. Forshaw

(3)经典教材

当然,经典一点的狭相教材还是推荐 MIT 和 Robert Resnick 的教材,MIT自不必多说,还是一本经典老教材,干货满满的那种。 Robert Resnick也是很注重教学的一位老师,与哈里德合作写了很常用的大学物理 Fundamentals of Physics,也自己写了量子、相对论的近代物理。中文教材的话,刘辽老师的那本就很好。

!!! M.I.T. Introductory Physics Series - A.P. French Special Relativity 1968 有中译本
!!! Robert Resnick Introduction to Special Relativity 1968
!!!狭义相对论 2008 刘辽 费保俊

另外,补充两本新书,Michael Tsamparlis 的例题和习题很到位,很推荐;然后是 Johann Rafelski 的另一本书(上面介绍过的那本比较基础),这本很重视狭相的应用,包含很多实用计算,对 高能物理 的学生很友好。

!!! Michael Tsamparlis Special Relativity - An Introduction with 200 Problems and Solutions 含习题 2nd 2019 ULNP
!!! Johann Rafelski 应用 Relativity Matters - From Einstein's EMC2 to Laser Particle Acceleration and Quark-Gluon Plasma 2017

(4)狭相对称性与数学基础

狭相的数学基础,还比较好入门,就是基本的矢量和张量,过渡到闵氏几何和群论(洛伦兹群和庞加莱群)。比较基础的教材如下两本:

!!! Farook Rahaman The Special Theory of Relativity - A Mathematical Approach 2nd 2022 UNITEXT136
!!! Tevian Dray The Geometry of Special Relativity 2012

系统而深入地阐述狭义相对论的群论,强烈推荐 Sexl 的这本老书:

!!! Relativity, Groups, Particles - Special Relativity and Relativistic Symmetry in Field and Particle Physics 2001 Sexl&Urbantke

3. 广义相对论

广相教材书目

(1)基础教材:入门

最常用的广相入门书,应该就是 Bernard F. Schutz(舒茨)的 A First Course in General Relativity,有配套习题集,从狭相开始,详细讲述矢量和张量分析,从几何流形角度过渡到广相,最后讲了黑洞和宇宙学上的问题。这大佬还有一本广相的数学基础 Geometrical Methods in Mathematical Physics 1982,建议进一步学习广相时可以研读。他的引力论 Gravity from the Ground Up - An Introductory Guide to Gravity and General Relativity 2003,从最基础的经典引力开始,容易上手,但跨度太大,翻翻就行。

!!Bernard F. Schutz A First Course in General Relativity 2nd 2009
Bernard Schutz Geometrical Methods in Mathematical Physics 1982

另一本也算常用的就是 Lewis Ryder 的了,广相的数学部分更好入门一些,之后还有广相的作用量变分内容,个人感觉可能比舒茨的更适合一些。这大佬很重视教学的,他写的量子场论教材很实在,粒子物理教材倒是很正常,好入门。David J. Griffiths,就是那个出了一个系列教材的格里菲斯,把哈佛大佬Sidney Coleman 的讲义整理出来了一本新书,和Ryder的程度相当。哈佛大佬Sidney Coleman,同样也讲过量子场论,最近整理出来成教材,也非常牛。

!!! Lewis Ryder Introduction to General Relativity 2009
!!! Sidney Coleman's Lectures on Relativity 2022 David J. Griffiths

个人强烈推荐的一本入门书是一本新书,不跟 舒茨 的书一样,快速跳过狭相,包含广相的矢量张量分析,协变形式对于场论很有帮助,之后才是广相的几何流形等方面,最后是爱因斯坦方程和黑洞、进动等具体问题。也有部分习题的答案。简直完美。我当年若是遇到这本书的话,就幸福了,啊啊啊啊啊(但也代替不了对象啊)。。

!!! Understanding General Relativity - A First Course in Einstein's Amazing Theory 2021 Stephen E. Sutcliffe

其他的广相入门教材,看眼缘吧,建议以以上两本之一为主,其他辅助即可。

(2)经典教材

经典就是 Wald、Sean Carroll 和 Øyvind Grøn,没啥可介绍的,特别是 大佬Wald的教材,据说是 梁灿彬先生的老师,很哇塞。Hooft 的讲义也还行。

!!Robert M. Wald General Relativity 1984 U of Chicago 高清
!! Sean Carroll Spacetime and Geometry - an introduction to General Relativity 2014 New International Ed
!Øyvind Grøn Introduction to Einstein’s Theory of Relativity- From Newton’s Attractive Gravity to the Repulsive Gravity of Vacuum Energy 2nd 2020 UTP

(3)经典著作

除了 爱因斯坦和狄拉克的广相教材,其实比较喜欢泡利的。

(4)广义相对论的数学基础

广义相对论的数学基础

这部分太重要了,反而没啥可介绍的,看眼缘吧。梁灿彬老师的三册得读读吧。

(5)广相对称性

这本书除了流形和拓扑等几何内容之外,还重点讲了群论,从 李群到洛伦兹群,再到广相的完整群 holonomy group,很nice,打算深入学习的话可以翻一翻。

!!!Symmetries and curvature structure in general relativity 2004 G.S.Hall

4. 相对论习题集

相对论习题集

除了 物理学大题典 之类的和狭相广相中有配套习题解答的经典教材之外,下边两本习题集,值得一翻。

!!! 300 Problems in Special and General Relativity - With Complete Solutions 2022 Mattias Blennow, Tommy Ohlsson
!!! Michael Tsamparlis Special Relativity - An Introduction with 200 Problems and Solutions 含习题 2nd 2019 ULNP

5. 时空理论

时空理论

比较基础的时空理论,推荐三本:下面这本偏数学基础,易上手。

!!! 时空数学基础 Space-Time Algebra 2nd 2015 David Hestenes

专论时间的教材,要数这本,从热力学、量子力学等角度论述时间,全面透彻。

!!! The Physical Basis of the Direction of Time 5th 2007 H.D. Zeh

下边这本,需要量子场论的基础,重在对称性。

!!! Dean Rickles Symmetry, structure, and spacetime 2008

经典必读的,就是 霍金、Weyl 和惠勒Wheeler 的著作。

!!! Stephen Hawking The Large Scale Structure of Space-Time 1975
!!! H. Weyl Space-Time-Matter 1922
!!! Spacetime Physics - Introduction to Special Relativity 2nd [Taylor & Wheeler]

6. 引力理论

引力理论

(1)偏广相、场论

入门级的首推 Rochester 的系列教材,以及费曼的讲义:

!!!Ashok Das Lectures on gravitation 2011 Rochester
!!! Feynman Lectures on Gravitation 1995 Richard Feynman 大佬就是风骚

经典的就是 三位大佬Misner, Thorne, Wheeler 的合著、Hartle、王永久的这三本了:

!!! Gravitation 1973 Charles W. Misner, Kip S. Thorne, John A. Wheeler
!!! James B. Hartle Gravity - An Introduction to Einstein's General Relativity 2003 UCSB [天体物理、宇宙学及物理学电子书合辑]

(2)偏天体、宇宙

徐一鸿、Rindler、Mike Guidry 的这三本书比较基础全面;温伯格的书比较老,重在引力论吧,B站上有大佬的导读。

!!! Einstein gravity in a nutshell 2013 A. Zee
!!! Wolfgang Rindler Relativity - Special, General, and Cosmological 2nd 2006 U of Texas at Dallas
!!Mike Guidry Modern General Relativity Black Holes, Gravitational Waves, and Cosmology 2019
!!! Steven Weinberg Gravitation and Cosmology 引力和宇宙学 - 广义相对论的原理和应用 2018 Texas@Austin, MIT

7. 相对论与量子力学

!!!Mendel Sachs Quantum Mechanics from General Relativity - An Approximation for a Theory of Inertia 1986
!!!Thomas Thiemann Modern Canonical Quantum General Relativity 2007

8. 相对论数值计算和模拟

!!! Numerical Relativity - Starting from Scratch 2021 Stuart L. Shapiro

Shapiro 这老爷子是致密天体的大佬,可以关注一下这本书,反正现在搞物理的,编程不行寸步难行。

9. 相对论实验验证

武大的这本比较基础,理论入门,不愧是老牌强校。Clifford M. Will 比较经典,强推。

!!!相对论与相对论重力测量(GPS) 2008 申文斌 武大
!!! Clifford M. Will Theory and Experiment in Gravitational Physics 1993

当下的大型实验,比如 LIGO 和 LISA,都算是广相的实验验证,通过引力波来测量,最近获得诺贝尔的领域。

编辑于 2023-02-11 18:09 ・IP 属地浙江

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