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相对论研究的是广袤宇宙的时空秘密，能量与质量间的谜题，以及电磁现象在时间、空间及因果描述上的制约。

本书让复杂的理论清晰简明，跟随本书慢慢思考、精进思维，理解相对论的基础原理，掌握正确思维的方法和规律，实现更有效率地学习。

1相对论诞生以前的物理学

伽利略大发现告别欧洲中世纪 2

什么是伽利略的相对性原理？ 4

引力和光都是通过以太传导？ 6

光是电与磁相统一的象征 8

地球速度的求法 10

20 世纪初期笼罩着整个物理学界的阴霾 12

牛顿力学的缺陷 14

狭义相对论诞生前夜 16

专栏 爱因斯坦的生平①

出生于德国这一背景所带来的意义 18

2狭义相对论的世界

爱因斯坦与他的16 岁梦想 20

爱因斯坦的三级跳 22

全宇宙通用的物理定律 24

相对性原理支持物理学 26

无论何时何地都恒定不变的光速 28

两种原理引发的奇妙现象 30

颠覆了科学常识的狭义相对论 32

用时空图来展示运动状态下物体收缩 34

时空一体的证据 36

用光钟测量时间的延缓 38

利用时空图来看钟慢效应 40

物体越接近光速则其长度越短 42

质量会随着速度的增加而增加 44

一个速度不会随着时间的推移而增加的世界 46

能量与质量之间奇妙的关系 48

为什么E=mc2 ？ 50

欢迎来到四维时空 52

专栏 爱因斯坦的生平②

脱离德国，定居意大利、瑞士的日子 54

3跟随量子力学一起走进微观世界

一个用飞机来验证钟慢效应的男子 56

宇宙射线的奥秘 58

相对论对生命进化的贡献 60

加速器是一种有助于解开宇宙创生之谜的机器 62

运用于癌症治疗的狭义相对论 64

没有相对论便没有20 世纪后的文明进步 66

核能发电和原子弹的相对论世界 68

核裂变和核聚变源自同一原理 70

相对论让银河旅行不再只是梦想？ 72

专栏 爱因斯坦的生平③

从瑞士再折回德国 74

4广义相对论的全貌

解决难题的启示是什么？ 76

狭义相对论中的两个弱点 78

广义相对论中存在的一个难题 80

由三个原理构成的广义相对论 82

两种质量之谜 84

通过实验求证而得两种重量的一致性 86

光线会因为引力而发生偏折 88

远离地表的地方光速会加快 90

引力位越高光速越快 92

在引力场中空间会弯曲 94

基于时空弯曲理论的广义相对论 96

专栏 爱因斯坦的生平④

迁往美国 98

5跟随宇宙论一起走进宏观世界

通过观测日食证实的广义相对论 100

“日光的引力红移”实验 102

揭秘光和宇宙！ 104

来自外星“小绿人”的信号 106

时空中展翅飞舞的蝴蝶——引力波 108

黑洞和相对论 110

宇宙会伸缩？！ 112

大爆炸后宇宙诞生 114

宇宙膨胀是什么？ 116

汽车导航也源于相对论 118

结语 120

大宫信光，科学记者。就读于东京教育大学，大学时即开始担任家庭教师，经营补习班。著有《大改变看世界的方式！》《现代科学的五十大发明、大发现》等科普读物。

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伽利略大发现告别欧洲中世纪

“惯性系”一定存在

在不受外力作用的情况下，一切物体都会进行匀速运动。换言之，只要外力为零，一切物体都将永远保持其原来的状态，静止的继续静止，运动的则继续沿直线做匀速运动。我们将这种物体的固有属性称为“惯性”。任何物体都具有惯性，这一规律就叫作“惯性定律”。这就是众所周知的伽利略大发现。

这里我们以马车为例，请您回想一下它的样子。马车之所以能不停地前进，是因为马儿在前面牵动着车子，对它不停地施加外力。中世纪欧洲的知识分子都认为这就是亚里士多德（前384—前322）曾提出的学说，即只要不断地对物体施加外力，物体的运动就不会停止。

而后，牛顿（1643—1727）将这个惯性定律纳为牛顿力学的定律。不过牛顿定律实质上主张的是“这个世界上必定存在着惯性系”。所谓的惯性系即惯性坐标系，是惯性定律成立的前提。

另外，牛顿第二定律是“物体在受到外力作用的情况下，物体的加速度方向跟作用力方向相同，加速度大小与作用力大小成正比”。这个定律只适用于惯性系。

伽利略的相对性原理指出，“在这个世界上惯性系无处不在”。牛顿的力学定律在任何惯性系中都适用成立。这为后来相对论的发现奠定了坚实的理论基础。

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