们主要关注对现代宇宙学有着根本意义的三个均匀的各向同性空间。 第11章狭义相对论 同学们可能会意外发现，狭义相对论很容易理解，真正把握它的基本思 想并不需要数学。决窍在于时空图，在于认识到时空中最短距离不是直线。 在近光速的空间旅行中，可以看到狭义相对论的有趣运用。“双生子佯谬”之 所以令人疑惑，只是因为不理解理论的基本意思。 第12章广义相对论 狭义相对论和弯曲空间引领我们走向广义相对论和爱因斯坦的奋斗。第 一步是等效原理。这是通过假想的在临近（和远离)星体的空间中自由运动 的实验室中的实验建立起来的。第二步是认识这种动力学状态在诸多方面类 似于弯曲空间的几何性质。然后凭着想象和灵感，我们就走近广义相对论和、 爱因斯坦方程。人们做过很多精巧的广义相对论实验，都成功证明了理论在 天文学（不是宇宙学）尺度上是正确的。 我们考虑马赫原理所体现的靴样思想，那是爱因斯坦命名的原理，马赫 思想给他带来了很大的启发。旧的靴袢理论不时复活，主张所有事物互为因 果，一个事物的本性是由整个宇宙决定的。科学迄今尚未发挥这个靴袢理论。 马赫原理（也即一种靴袢理论）声称物体的惯性决定于分布在宇宙间的所有 物质。很多人都不喜欢自在生存的“棵”空间，柏克莱主教和马赫和古人一 样，认为空间不可能真的存在，除非套上合适的物质的外衣。柏克莱的思想 经过马赫的修补，在广义相对论的形成中发挥了一定的历史作用。但爱因斯 坦首先拥护的空间物质化的思想，却因为他后来实现的空间几何化而被抛 弃了。 第13章黑洞 尽管早在18世纪就从牛顿理论预言了黑洞，研究它们的恰当理论却是广 义相对论。黑洞是质量相近的球状物体，具有最高的密度和最强的表面引力。 它们卷曲在自身的弯曲时空里。黑洞处于冻结的永恒的自由坍缩状态。由于 时空的极端扭曲，外面的观察者看到黑洞处于冻结状态，根据经典理论，没 有任何事物（包括光）能从它逃逸出来。我们考虑几个有趣的问题，如旋转 和非旋转黑洞、物质吸积生成的能量、极小黑洞和超大黑洞、黑洞温度、霍 金辐射以及某些守恒律的破坏。 第14章宇由的膨胀 物理宇宙的膨胀堪称人类历史上最伟大的发现之一。我们在膨胀空间的 导引 5