●上 篇 時空觀的演變
第一章 文明誕生初期的時空觀 5
1.1 四大古文明 5
1.1.1 古巴比倫 5
1.1.2 古埃及 6
1.1.3 中國 7
1.1.4 古印度 7
1.2 東方文明之時空觀的形成和發展 8
1.2.1 東方文明的宇宙學說 8
1.2.2 東方文明最早的時間計量 11
1.2.3 東方文明最早的空間計量 13
1.2.4 東方文明對時間、空間和運動的認識 14
1.3 西方文明之時空觀的形成和發展 16
1.3.1 西方文明的宇宙學說 16
1.3.2 西方文明之時空計量 20
1.3.3 西方文明早期的科學 21
1.3.4 西方文明對時間、空間和運動的認識 24
1.4 東西方古代時空觀之異同 29
思考題 30
第二章 經典時空觀 31
2.1 歐洲的中世紀 31
2.1.1 基督教 32
2.1.2 經院哲學的產生 33
2.1.3 經院哲學的衰落 33
2.2 文藝復興和哥白尼革命 34
2.2.1 導致變革的要素 35
2.2.2 文藝復興 36
2.2.3 哥白尼的革命 38
2.3 經典力學（近代科學）誕生的脈絡 41
2.3.1 運動學研究 41
2.3.2 行星運動三定律的發現 46
2.3.3 踫撞理論 47
2.4 經典力學的建立 48
2.5 經典時空觀 50
2.5.1 時空參考繫統 50
2.5.2 力學定律的不變性 51
2.5.3 經典時空觀（絕對時空觀） 53
思考題 54
第三章 相對時空觀 55
3.1 經典力學遇到的困難 55
3.1.1 萬有引力理論的困難 55
3.1.2 經典時空觀的不合理性 56
3.1.3 兩朵烏雲 58
3.2 狹義相對論誕生的脈絡 58
3.2.1 光速研究 58
3.2.2 邁克爾遜莫雷實驗及其結論 59
3.3 狹義相對論的建立 62
3.3.1 狹義相對論基本原理的提出 62
3.3.2 洛倫茲變換的數學形式 65
3.4 狹義相對論的重要結論 65
3.5 狹義相對論時空觀 70
3.6 廣義相對論誕生的脈絡 73
3.7 廣義相對論的建立 75
3.7.1 廣義相對論的兩條基本原理 75
3.7.2 等效原理 75
3.7.3 廣義相對性原理 77
3.8 廣義相對論時空觀 78
3.9 廣義相對論的實驗驗證 83
3.10 宇宙理論簡介 86
3.10.1 黑洞 86
3.10.2 宇宙的創生 88
思考題 92
下 篇 相對論基礎
第四章 數學基礎 96
4.1 矢量及相關知識 96
4.1.1 預備知識 96
4.1.2 矢量 97
4.2 直線坐標繫中的矢量 97
4.2.1 矢量的分量與投影 97
4.2.2 基矢量與共軛基矢量 98
4.2.3 矢量的逆變分量和協變分量 101
4.3 曲線坐標繫中的矢量 101
4.3.1 基矢量 102
4.3.2 共軛基矢量 103
4.4 矢量的坐標變換 104
4.4.1 笛卡爾直角坐標繫中矢量的坐標變換 104
4.4.2 曲線坐標繫中矢量的坐標變換 107
4.5 張量運算 110
4.5.1 張量的定義 110
4.5.2 贗張量 112
4.5.3 張量的變換規律 113
4.5.4 張量代數 116
4.6 張量判別法——商定則 118
思考題 119
第五章 狹義相對論 120
5.1 狹義相對論基本原理 120
5.2 洛倫茲變換 120
5.2.1 邁克爾遜-莫雷實驗 120
5.2.2 洛倫茲變換 122
5.3 狹義相對論的時空理論 127
5.4 狹義相對論的重要推論 131
5.4.1 相對論力學 131
5.4.2 相對論的質量 132
5.4.3 相對論的動量和能量 133
5.4.4 其他推論 136
5.5 四維時空 138
5.5.1 四維時空間隔 139
5.5.2 四維速度與四維加速度 139
5.5.3 四維動量 141
5.5.4 四維力 142
5.5.5 愛因斯坦質能公式 142
5.5.6 洛倫茲力的四維形式 143
5.5.7 電磁場方程的協變形式 145
思考題 152
第六章 廣義相對論 153
6.1 廣義相對論基本原理 153
6.2 引力的等效性研究 153
6.2.1 物體的引力質量和慣性質量 153
6.2.2 阨缶實驗 154
6.2.3 等效原理 155
6.3 空間的內稟性質 156
6.3.1 度規張量 156
6.3.2 任意空間的度規張量 158
6.4 四維時空的度規張量 162
6.4.1 慣性參考繫中的度規張量 162
6.4.2 引力場中的度規張量 162
6.5 度規張量和仿射聯絡之間的關繫 165
6.5.1 度規張量的協變形式和逆變形式 165
6.5.2 仿射聯絡Γλνα的變換 167
6.5.3 度規張量和仿射聯絡之間的關繫 168
6.6 引力場中的時間和長度 169
6.7 協變微分 171
6.7.1 矢量的協變導數 171
6.7.2 張量的協變導數 174
6.8 曲率張量與畢安基恆等式 176
6.9 引力場方程 183
6.9.1 引力場中運動方程的牛頓極限 183
6.9.2 引力場方程 186
6.9.3 弱場線性近似 189
6.10 球對稱引力場中場方程的解——Schwarzschild解（施瓦西解） 194
6.11 廣義相對論觀測結果的理論證明 198
思考題 206
參考文獻 207

本書是一本有關相對論的通俗讀物。本書分為上、下兩篇，上篇闡述了時空觀念演變的歷史過程以及相對論的基本概念和基本原理；下篇通過嚴密的數學推導，提示了相對論原理的合理性，論證了相對論理論的正確性。本書既能滿足文、理各科學生對相對論基本知識（第一、二、三章）初步了解的要求，又能滿足理科學生對相對論基本理論（第四、五、六章）掌握的要求，其中所用到的數學推導，隻需讀者具備一般的微積分知識即可讀懂。本書既可作為相對論初學者的入門教材，也可作為相對論愛好者及一般科技人員和中等以上學校物理教師的普及讀物。

本書是一本有關相對論的通俗讀物。本書分為上、下兩篇，上篇闡述了時空觀念演變的歷史過程以及相對論的基本概念和基本原理；下篇通過嚴密的數學推導，提示了相對論原理的合理性，論證了相對論理論的正確性。本書既能滿足文、理各科學生對相對論基本知識（第一、二、三章）初步了解的要求，又能滿足理科學生對相對論基本理論（第四、五、六章）掌握的要求，其中所用到的數學推導，隻需讀者具備一般的微積分知識即可讀懂。本書既可作為相對論初學者的入門教材，也可作為相對論愛好者及一般科技人員和中等以上學校物理教師的普及讀物。