The Scalar-tensor Theory of Gravitation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Fujii, Yasunori/ Maeda, Kei-Ichi

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2007-7

价格:$ 74.58

装帧:

isbn号码:9780521037525

丛书系列:

图书标签:

引力
广义相对论
标量-张量理论
宇宙学
黑洞
引力波
理论物理
高能物理
数学物理
天体物理学

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具体描述

The scalar-tensor theory of gravitation is one of the most popular alternatives to Einstein's theory of gravitation. This book provides a clear and concise introduction to the theoretical ideas and developments, exploring scalar fields and placing them in context with a discussion of Brans-Dicke theory. Topics covered include the cosmological constant problem, time variability of coupling constants, higher dimensional space-time, branes and conformal transformations. The authors emphasize the physical applications of the scalar-tensor theory and thus provide a pedagogical overview of the subject, keeping more mathematically detailed sections for the appendices. This book is suitable for graduate courses in cosmology, gravitation and relativity. It will also provide a valuable reference for researchers.

宇宙的织锦：引力、时空与物质的交织史诗一部关于宇宙基本结构与动态的深度探索本书旨在为严肃的物理学爱好者、研究人员以及对宇宙终极奥秘抱有深切好奇心的读者，提供一份关于现代引力理论、时空几何以及物质场相互作用的详尽而全面的论述。我们不再将引力视为单一的力，而是将其置于一个更宏大、更精密的框架中审视，一个融合了时空结构、量子场论的深层数学语言与经典场论优美描述的交汇点。本书的第一部分，将带领读者回到引力的历史源头，但并非重复已知的路径。我们将聚焦于广义相对论（GR）的数学结构基础，深入剖析黎曼几何的深刻内涵。这不是一次简单的概念回顾，而是对爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations, EFE）在不同坐标系下、不同曲率张量表示中的内在张量分析进行严格的考察。我们将详细阐述曲率的拓扑意义，如何通过第一类和第二类规范性条件（如维尔切克-迪拉克条件的应用背景）来理解时空的“弯曲”程度与信息传播的限制。对德西特（de Sitter）和反德西特（Anti-de Sitter）时空解的深入分析，将作为理解宇宙学背景辐射与早期宇宙模型的几何基础。随后，本书的核心篇章将转向经典场论与守恒定律的统一框架。我们探讨诺特定理（Noether's Theorem）在弯曲时空中的推广，重点分析能量-动量张量（Stress-Energy Tensor）的定义在局部洛伦兹框架下的规范不变性，以及这种不变性如何转化为宏观上的引力效应。我们将详细推导引力场方程的变分原理，强调作用量（Action）的构造对于理论自洽性的关键作用。这部分内容将涉及对希尔伯特作用量（Hilbert Action）的精确计算，并展示如何通过对其进行微小扰动来重现爱因斯坦场方程，从而奠定更高阶理论分析的基础。在深入探索引力本身的几何性质之后，我们将转向物质场的处理方式。本书的重点在于那些与引力场存在非平凡耦合的标量和向量场。我们详细分析共形不变性在这些场论中的作用，特别是在标量场演化方程中的体现。读者将通过对克莱因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）和狄拉克方程（Dirac Equation）在弯曲时空中的协变形式的推导，理解物质场的运动方程如何被时空的度规所调制。我们特别关注质量项与曲率的耦合机制，探讨在特定几何背景下，标量场的有效势能如何发生演化，以及这种演化对宇宙学常数问题的潜在影响。本书的第三部分，开始触及更高阶修正与理论推广的动机。我们不会局限于四维时空，而是对高维理论的几何结构进行初步探讨，例如卡鲁扎-克莱因（Kaluza-Klein）理论的早期构想及其在现代弦理论背景下的复兴。我们将审视那些旨在解决广义相对论不完备性（如奇点问题）的修正引力模型，重点分析二次曲率修正项（如 $f(R)$ 引力中 $R^2$ 项的引入）对场方程的改变。这部分内容将严格论证，引入二次项如何影响引力的传播速度、色散关系以及对太阳系内精密观测的限制。我们随后探讨场论中的对称性破缺对引力模型的影响。这包括对自发对称性破缺（Spontaneous Symmetry Breaking）在宇宙尺度上的表现形式的讨论，以及这种破缺如何关联到暗能量的现象学描述。通过对有效场论（Effective Field Theory, EFT）方法的应用，我们将构建一个在低能极限下近似恢复GR的更一般的拉格朗日密度，并识别出那些导致GR偏离的高阶修正参数。这些参数的量化，是检验任何超出门类理论的观测基础。本书的最后部分，将聚焦于引力与量子世界概念的交汇点。我们不会深入量子引力本身的严格量子化过程，而是探讨在半经典框架下，引力场如何响应物质场的量子涨落。我们将详述霍金辐射的半经典推导，重点分析视界面附近的真空结构以及信息悖论的几何起源。对于量子场论中的真空能量问题，我们将从曲率耦合的角度审视其对宇宙学常数的影响，对比不同截断尺度下能动量张量的计算结果，并解释为何简单的场论计算往往导致巨大的理论偏差。贯穿全书的，是对精确数学表述的坚持。从微分几何的基石，到场方程的线性化扰动，再到共变导数的复杂应用，本书要求读者具备扎实的张量分析能力。我们旨在提供一个坚实的理论工具箱，使得读者能够批判性地评估当前引力研究的前沿，理解现有理论的边界，并为未来的理论构建打下不可动摇的数学与物理基础。这是一部关于时空作为一种动态实体，与其中物质和能量相互作用的详尽编年史。