20世纪初，众多物理学家认为物理学的大厦已经基本建成，只剩下了修修补补的工作。但随后诞生的相对论和量子理论让物理学进入了一个新的发展阶段，也深刻影响了人类对于时空的认知。
本书就以爱因斯坦和他的相对论为切入点，介绍了物理学的新发展。全书可分为三部分：第一部分从20世纪近代物理的开端讲起，介绍了爱因斯坦的一生和狭义与广义相对论；第二部分从相对论延伸开来，介绍了恒星和宇宙的演化，以及宇宙中的致密天体；第三部分主要介绍了黑洞理论和霍金一生的贡献。
本书源自赵峥教授在网络平台的课程，保留了课堂的原汁原味，语言生动风趣、通俗易懂，内容深入浅出，适合对近代物理发展感兴趣的中学生、大学生等广大物理爱好者阅读。

赵峥，北京师范大学物理系教授、博士生导师。1967年毕业于中国科技大学物理学，1981年于北京师范大学天文系获硕士学位，1987年于布鲁塞尔自由大学获博士学位。
曾任北京师范大学研究生院副院长、物理系主任、中国引力与相对论天体物理学会理事长、中国物理学会理事、《大学物理》杂志副主编。
赵峥教授长期从事广义相对论、黑洞与引力波的教学与研究，发表科研论文100余篇，出版科研专著、教材及科普书籍10余本。曾两次获得教育部科技进步二等奖，两次获得中国图书奖。

第一课 物理学天空中的两朵乌云
从《狭义与广义相对论浅说》谈起
物理学天空中飘着哪两朵乌云
一场持续200年的大论战
让物理学家困惑不解的难题
犹豫不决的普朗克
光不仅是波，而且是粒子
第二课 爱因斯坦与物理学的革命
并非神童的爱因斯坦
高考补习班：爱因斯坦最快乐的一年
苏黎世联邦理工学院：爱因斯坦逃课了
一个四处碰壁的失业青年
专利局与自由读书的俱乐部
爱因斯坦奇迹年
第三课 什么是狭义相对论
都是以太惹的祸
走向相对论
同时性的相对性
动钟变慢
动尺收缩
速度叠加能实现超光速吗
动质量算不算质量
质量就是能量吗
第四课 双生子佯谬与光速不变原理
星际旅行归来，不可思议的事情发生了
双生子佯谬是真的吗
相对论与牛顿物理学的分水岭——光速不变原理
相对论究竟是谁提出的
第五课 万有引力不是普通的力
爱因斯坦为什么要发展狭义相对论
牛顿水桶实验说明了什么
从比萨斜塔到苹果落地
爱因斯坦的电梯实验
为什么说万有引力不是普通的力
第六课 弯曲的时空——广义相对论
从欧氏几何到非欧几何
广义相对论的创建
引力红移和水星轨道进动
光线偏折与GPS定位
第七课 时空的膨胀与涟漪
到底有没有引力波
终于找到引力波
来自黑洞碰撞的时空涟漪
宇宙是怎样产生的
宇宙学红移不是多普勒效应
暗物质和暗能量之谜
第八课 预言看不见的星
拉普拉斯与米歇尔预言暗星
奥本海默再次预言暗星
“哦，仙女，吻我一下吧！”
第九课 恒星的演化——50亿年后的太阳会变成什么样
恒星的一生
各种恒星的比较
“西北望，射天狼”
50亿年后太阳会变成什么样
第十课 白矮星和中子星的故事
白矮星为什么不再坍缩
三个沮丧的年轻人
一个印度青年闹的“大笑话”
“我不相信上帝会是个左撇子”
约里奥-居里夫妇的遗憾
神秘的“小绿人”
中国古人记载的超新星爆发
恐龙灭绝的另一种猜想
第十一课 飞向黑洞的飞船，最终去了哪里
原子弹之父被怀疑
球对称的黑洞
无限红移面和事件视界
时空互换与白洞问题
飞向黑洞的飞船
进入黑洞后的命运
第十二课 黑洞真的很黑吗
带电的黑洞
转动的黑洞
“无毛定理”还是“三毛定理”
黑洞是一颗死亡了的星吗
爱因斯坦的启发
“真空不空”与反物质
黑洞附近真空的形变
第十三课 霍金——“伽利略转世”
伽利略逝世300周年这天，霍金诞生了
从牛津大学到剑桥大学——重病来袭
“教授，你算错了！”
幸会彭罗斯
第十四课 霍金的贡献
从奇点定理到面积定理
贝肯施泰因的大胆突破——黑洞是热的
180度大转弯：霍金辐射的发现
黑洞的负比热
昂鲁教授恍然大悟
霍金的成就及带来的挑战
不到长城非好汉
第十五课 黑洞与信息守恒的争论
霍金打赌：黑洞信息守恒吗
黑洞信息不会守恒
第十六课 探索时间之谜
“同时的传递性”——似乎不是问题的问题
时间性质与热性质有关吗
尾声
参考文献
作者介绍

爱因斯坦一生最伟大的
成就是创立相对论，特别是
创立了描述弯曲时空的广义
相对论。近年来，建立在广
义相对论基础上的宇宙演化
、黑洞及时空性质的研究取
得了显著的进展。物理宇宙
学的创建、作为时空涟漪的
引力波的直接发现、黑洞的
理论研究和天文探测等成就
相继获得了诺贝尔物理学奖
项，引起了世人的广泛关注
。
在这种背景下，B站（哔
哩哔哩网站）把读书人平台
录制的作者关于相对论及天
体物理的一系列讲座进行了
加工整理，并以《16堂宇宙
课》为题在网站上播出，受
到观众的热情欢迎。讲座用
通俗的语言向大众介绍了狭
义和广义相对论的创立背景
与有趣内容，介绍了黑洞、
引力波、恒星演化和宇宙演
化，介绍了并非神童的爱因
斯坦和霍金的成长经历与科
研历程。依照张鹿先生的建
议，作者对有关视频的内容
进行了整理、修改和补充，
写成本书，供视频观众与感
兴趣的读者阅读和参考。
把语音内容整理成可翻
阅的文字资料是一件十分枯
燥而又烦琐的工作，需要付
出艰苦的劳动。北京师范大
学物理系理论物理专业的研
究生王天志、唐艺萌耗费了
许多时间和精力来协助作者
完成这一工作。张华先生提
供了许多参考资料和图片。
读书人平台和B站的朋友们
也付出了许多劳动。作者在
此对他们表示深切的感谢。
作者特别要感谢读书人平台
的张鹿先生，以及李江兵、
李北巍、赵小彬、刘建钢、
周雁翎等朋友的参与。还要
特别感谢人民邮电出版社科
普分社俞彬社长的鼎力支持
、赵轩编辑的热情推荐、杜
海岳编辑与韩松编辑的精细
加工，正是他们的努力使得
本讲座在视频播出之后能够
以文字形式和读者见面。
由于作者水平有限，错
误之处在所难免，欢迎读者
批评指正。

改编自B站备受好评的同系列通识课，领略奇妙的天体物理世界。北师大赵峥教授带你和爱因斯坦、霍金一起探索、思考浩瀚神奇的广袤宇宙！
备受尊敬的中国物理学前辈的风趣科普。作者数十多年学术精华与思考，本书内容涵盖超过50位物理学家与研究。物理知识与故事双线进行，引人入胜，深入浅出、通俗易懂，高深的物理知识不再枯燥，翻开书就停不下来！

从《狭义与广义相对论浅说》谈起
开篇我们讲爱因斯坦与相对论。首先介绍一本书：《狭义与广义相对论浅说》。这本书是爱因斯坦亲自写的唯一的科普读物。还有一本书是爱因斯坦和他的朋友及合作者因费尔德两个人共同署名的，叫《物理学的进化》，但是那本书实际上是因费尔德写的。当时因费尔德因为生活上比较困难，想出一本书来缓解一下，于是他就请爱因斯坦跟他联名，这样这本书的销售量就会比较大。爱因斯坦同意了，当然这本书爱因斯坦肯定也提了不少建议，所以也是一本很好的书。《狭义与广义相对论浅说》这本书以比较通俗的语言介绍了狭义相对论和广义相对论。我们知道爱因斯坦一生中取得的成就是很多的，但是最重要的成就是相对论。相对论分两个部分，一部分是狭义相对论，另一部分是广义相对论。我将《狭义与广义相对论浅说》这本书推荐给大家，大家可以在学习相对论的时候看一下爱因斯坦是如何用通俗的语言来解释他的那些很难懂的理论的，我认为看这本书的人肯定会有所收获。
物理学天空中飘着哪两朵乌云
图1-1这张照片是爱因斯坦发表狭义相对论的时候，也就是他26岁左右时候的照片。通常大家看到的爱因斯坦的照片都是那个叼着个烟斗、头发乱糟糟、满脸皱纹的老头形象，大家觉得那时的爱因斯坦有着全世界最聪明的脑袋。其实那个时候的脑袋已经不行了，最行的是图1-1这个26岁左右时的脑袋。他26岁发表狭义相对论，37岁发表广义相对论，主要的成就其实都是40岁以前取得的。40岁以后虽然还有成就，但是远不及他中青年时期的成就大。实际上所有的科学创造和发明，特别是理论的创造，基本上都是青年人做出来的。到了中老年以后，人的学问大了，课会讲得更好，知识会更丰富，但是创新能力往往会降下来。我们以前宣传科学家，通常都是给人看他们早已功成名就、成为老头老太太时候的照片，其实这样会给人一种误解，以为重大的成就都是老年人做出来的。
对于爱因斯坦，我们分几方面来介绍，首先介绍爱因斯坦的成功之路，然后介绍他的狭义相对论，再介绍他的广义相对论，最后讲相对论的进展，以及爱因斯坦一生中取得的成就和产生的影响。
1900年4月，英国皇家学会召开了一次迎接新世纪的年会，当时德高望重的老物理学家开尔文勋爵受邀发表了一个展望物理学前景的著名演讲。他说，物理学的大厦已经建成，未来的物理学家们只需要做些修修补补的工作就可以了。但是明朗的天空中还有两朵乌云，一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克耳孙-莫雷实验有关。
结果呢，在不到一年的时间里，就从第一朵乌云里头降生了量子论，不到五年时间，又从第二朵乌云当中降生了相对论。这两个新的理论一出现，原来的物理学的大厦看起来就像一个小的庙堂一样了。这两个新的理论，展现了新的物理学的天空，所以开尔文还真是非常有远见。
一场持续200年的大论战
先来说一下当时物理学的研究背景。首先，介绍当时物理学家对光的本性的认识。之所以特别要讲对光的本性的认识，是因为刚才说的这两朵乌云都和光有关。一朵和黑体辐射有关，黑体辐射就是热辐射，热辐射和光都是电磁波，只不过波长不同。而另外一个迈克耳孙-莫雷实验，是跟光的传播速度有关的。
我们先看看光学的进展在当时是什么情况。
什么是光，在17世纪的时候就有争论。一派以笛卡儿、惠更斯、胡克为代表，他们认为光是一种波；另一派以牛顿为主，认为光是一种微粒。刚开始的时候是波动说占上风，因为胡克、惠更斯这些人都比牛顿要更加年长，他们在物理学界已经成名了。他们觉得光的波动说能够解释很多东西，例如光的反射、折射、直线传播等。
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