相对论

概览

相对论是爱因斯坦创立的关于时空、引力与高速运动的物理学理论，分为狭义相对论（1905）与广义相对论（1915）。它彻底改变了牛顿绝对时空观，揭示了质能等价、时空弯曲与引力几何化，是 20 世纪物理学的两大支柱之一，也是现代天体物理、宇宙学、GPS 定位等领域的理论基础。本文件作为相对论学科的总览索引，串联同目录下丰富的专题笔记。

学科框架

• 狭义相对论基础：相对性原理、光速不变原理
• 洛伦兹变换：时空坐标的协变变换
• 相对论运动学：钟慢、尺缩、同时的相对性
• 相对论动力学：质能关系、四维动量
• 闵可夫斯基时空：四维时空几何
• 等效原理：惯性质量与引力质量等价
• 广义相对论：爱因斯坦场方程、时空弯曲
• 相对论天体物理：黑洞、引力波、宇宙学

核心概念

• 光速不变原理：真空中光速在所有惯性系中相同
• 洛伦兹变换：替代伽利略变换的时空坐标变换
• 质能关系：$E = mc^2$，质量与能量的等价性
• 等效原理：局部引力效应等效于加速参考系
• 爱因斯坦场方程：$G_{\mu\nu} = 8\pi G T_{\mu\nu}$，物质决定时空几何

与高中物理的衔接

• 00-光学总览：光的电磁本性与光速不变原理是狭义相对论的实验基础
• 00-力学总览：牛顿力学是相对论在低速（$v \ll c$）下的极限

高中物理主要介绍狭义相对论的基本结论，大学相对论系统推导并扩展到广义相对论。

与其他学科的关联

• 电动力学：麦克斯韦方程组天然满足洛伦兹协变性
• 量子力学：相对论量子力学与量子场论
• 力学：牛顿力学是相对论的低速极限
• 热力学：黑洞热力学联系了多个领域

参考笔记

• 相对论专题
• 相对论发展历程
• 相对论推导
• 相对论观测
• 钟慢尺缩与质增
• 闵氏几何
• 牛顿力学
• 场方程与施瓦西解
• 引力波与黑洞
• 黑洞物理
• 佯谬分析
• 同步辐射
• 天体物理
• 宇宙学观测
• 引力波天文学
• 汤姆孙散射
• 活动星系核物理
• 量子电动力学

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