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第1章 牛顿力学关于时空的基本概念和基本规律1

1.1 牛顿对时间与空间的观点1

1.2 参照系与坐标系3

1.2.1 空间位置的确定与坐标系3

1.2.2 时间瞬时的确定与时计5

1.2.3 参照系6

1.3 伽利略变换8

参考文献10

第2章 牛顿力学关于物质的基本概念和基本规律11

2.1 物理学中的物质11

2.1.1 物理学中的物质指的是什么11

2.1.2 物理学中物质的共性13

2.2 牛顿力学中的物质14

2.2.1 与牛顿力学中的物质有关的一些问题14

2.2.2 牛顿力学中描述物质质点特性的一些主要物理量15

2.3 牛顿力学的基本规律——牛顿运动三定律15

2.3.1 牛顿运动三定律15

2.3.2 牛顿对一些物理量的定义16

2.3.3 牛顿运动定律原有表述上的缺点和问题17

2.4 对牛顿运动定律的修改18

2.5 在宇宙中寻找惯性参照系20

2.6 质点系21

2.7 牛顿万有引力定律23

2.8 牛顿力学中的（动量、能量、质量）守恒定律25

2.8.1 质量可变的牛顿第二运动定律25

2.8.2 质点系的动量守恒定律26

2.8.3 质点系的质量守恒定律27

2.8.4 能量是什么 两质点的相互作用势能28

2.8.5 质点系的能量守恒定律32

2.9 从牛顿力学理论到哈密顿原理33

2.9.1 时空平移不变性与动量、能量守恒定律35

参考文献37

第3章 狭义相对论关于时空的基本概念和基本规律38

3.1 狭义相对论对时间与空间的基本看法38

3.2 狭义相对论中参照系和坐标系的特点 时空度规39

3.2.1 狭义相对论中参照系和坐标系的特点39

3.2.2 狭义相对论的时空度规40

3.2.3 狭义相对论的时空图42

3.3 “运动钟慢”和“运动尺缩”效应及其解释43

3.3.1 光钟43

3.3.2 “运动钟慢”与“运动尺缩”效应及其解释44

3.4 洛伦兹变换46

3.5 “同时”的相对性49

3.6 因果律与狭义相对论50

3.6.1 狭义相对论也遵守因果律50

3.6.2 时空间隔取值对因果关系的影响51

3.6.3 光速与信号传播最大速度的区别52

3.7 狭义相对论中的质点速度53

3.8 包含两个坐标系的时空图55

3.9 波动的相位不变性与多普勒效应58

3.9.1 波动最广泛的定义和最普遍的特性58

3.9.2 坐标变换与相位不变性61

3.9.3 由相位不变性导出多普勒效应62

参考文献63

第4章 狭义相对论关于物质的基本概念和基本规律64

4.1 狭义相对论中的物质64

4.2 狭义相对论对牛顿运动三定律的修改66

4.2.1 质点速度v、惯性质量m、动量mv、力F如何修改66

4.2.2 牛顿运动三定律如何修改68

4.3 狭义相对论力学的一些特点71

4.3.1 不存在所谓“质速关系”、“质能关系”73

4.4 狭义相对论中的能量、动量守恒定律75

4.4.1 惯性质量可变的动力学75

4.4.2 狭义相对论中粒子（质点）系的动量-能量守恒定律77

4.4.3 狭义相对论中不存在质量守恒定律79

4.5 光速粒子的一些特性80

4.5.1 微观光速粒子的波粒二象性81

4.6 相对性原理82

4.7 狭义相对论中的拉格朗日函数84

4.7.1 狭义相对论中一个质点的拉格朗日函数85

4.7.2 一群荷电质点及其电磁场的拉格朗日函数86

4.7.3 狭义相对论中时空平移与物质场能动张量守恒定律88

4.7.4 Poincare’群整体变换下的Noether定理89

参考文献92

第5章 广义相对论关于时空的基本概念和基本规律93

5.1 广义相对论对时间与空间的基本看法93

5.2 广义相对论中的时空度规与光速不变原理95

5.2.1 广义相对论中的时空度规95

5.2.2 坐标时与固有时96

5.2.3 广义相对论中的局部光速不变原理98

5.3 广义相对论中的时间与空间99

5.3.1 广义相对论中的时间间隔与空间间隔99

5.3.2 同时性定义101

5.4 时空联络系数的浅显解释及其物理意义103

5.5 协变导数105

5.5.1 弯曲时空中向量之协变导数106

5.5.2 时空的自由度数107

5.6 有挠时空与有挠引力理论108

5.7 曲率张量110

5.7.1 有挠时空中的曲率张量110

5.7.2 无挠时空中的曲率张量111

参考文献112

第6章 广义相对论关于物质的基本概念和基本规律113

6.1 广义相对论对物质的认识113

6.2 物质与引力场的拉氏量114

6.3 场的运动方程117

6.3.1 引力理论中引力场的运动方程117

6.3.2 推广的爱因斯坦场方程118

6.4 引力场的能动张量引力理论中的能动张量守恒定律119

6.4.1 引力场的能动张量120

6.4.2 引力理论中的能动张量守恒定律121

参考文献124

第7章 量子力学与量子场论关于时空、物质的基本概念和基本规律125

7.1 量子化和经典化125

7.1.1 量子化波粒二象性125

7.1.2 经典化127

7.2 量子理论中的物质是否也处于时空之内129

7.2.1 量子理论中的物质存在何处129

7.2.2 量子理论中的物理现象和物质既存在于时空也存在于希尔伯特空间130

7.3 量子场论中的量子化131

7.4 量子理论关于时空的基本概念和基本规律132

7.4.1 若引力可忽略，量子化和经典化不影响时空属性132

7.4.2 若引力可忽略，坐标变换不影响时空属性133

7.5 弯曲时空量子场论134

7.6 量子纠缠现象非局域作用134

参考文献136

第8章 超弦理论和M理论关于时空、物质的基本概念和基本规律138

8.1 超弦理论和M理论的初步简介138

8.1.1 什么是超弦理论138

8.1.2 弦膜M理论139

8.2 M理论（包括超弦理论）中时空的主要特点139

8.3 M理论（包括超弦理论）中物质的主要特点140

8.4 M理论对时空与物质起源的看法141

参考文献142

第9章 规范场理论关于时空、物质的基本概念和基本规律143

9.1 规范场论简介143

9.2 标架场与标架联络场146

9.2.1 局部时空标架146

9.2.2 标架场与标架联络场147

9.3 引力规范场理论149

9.3.1 Kibble引力规范场理论中的拉氏量149

9.3.2 物质场的能动张量和自旋张量均是引力场之源150

9.3.3 Kibble引力规范场理论中的引力场方程151

9.4 Poincare’群局部变换下的Noether定理152

参考文献155

第10章 圈量子引力理论关于时空、物质的基本概念和基本规律156

10.1 对圈量子引力理论的初步简介156

10.2 向量联络与旋量联络156

10.3 广义相对论的时空也可全由联络来描述157

10.4 c？G自然单位制158

10.5 圈量子引力理论的时空特点159

10.6 各门物理理论中的时空存在可统一性160

10.7 各门物理理论中的物质也存在可统一性161

参考文献162

第11章 4维非超对称广义时空及其分类163

11.1 4维非超对称广义时空163

11.2 4维时空如何随自由度而变化164

11.3 4维非超对称广义时空的动力学理论166

参考文献167

第12章 物理学关于时空与物质之概念及规律中的一些疑难与争论168

12.1 时空连续还是不连续168

12.2 时间存在还是不存在170

12.3 时空、物质、引力场三者的区别172

12.4 粒子存在或不存在是否与参照系有关173

12.5 关于能动张量的定义和能动张量的守恒定律物质起源问题174

参考文献177

索引178