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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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:
(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:
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。
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)。
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。
2. 狭义相对论
(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。
(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。
(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。
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。
(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:
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:
3. 广义相对论
(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。
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。
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)。。
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。
(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
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。
4. 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。
5. 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。
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。
下边这本,需要量子场论的基础,重在对称性。
经典必读的,就是 霍金、Weyl 和惠勒Wheeler 的著作。
6. 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:
经典的就是 三位大佬Misner, Thorne, Wheeler 的合著、Hartle、王永久的这三本了:
(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。
7. 相对论与量子力学
8. 相对论数值计算和模拟
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。
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。