三位物理巨擘打造的广义相对论百科全书，成就了一部教科书传奇

1973年，由J. A. Wheeler（惠勒）、K. S. Thorne（索恩）和C.W. Misner（迈斯纳）三位物理学巨擘撰写的《引力》一经出版，旋即成为备受瞩目的探索爱因斯坦广义相对论的殿堂级著作。此书问世50余年来长销不衰，滋养了几代物理学者，被誉为“引力领域的圣经”“广义相对论领域的《费曼物理学讲义》”。

中科院学者、书评人李泳先生援引本书2017年版的序言介绍说，50多年前，作者惠勒教授深感相对论教科书太陈旧，计划写一本以物理学家的“物理的、视觉化的和直观的语言”来呈现相对论的新书。他本想写得质朴、真实而不夸饰，结果却背离初心，成就了一个教科书传奇，赢得很多绰号，如电话簿（开本大且页码多）、大黑书（外观庄重）、引力圣经（内容经典）等等。

这本拥有巨大影响力的著作，无论是相对论的核心框架、微分几何的现代工具，还是脉冲星、类星体等天体现象的应用解析，皆以大师视角娓娓道来，堪称理论物理与天体物理领域的“终极指南”，其简体中文版历经多年，终于近日面世。

《引力》（湖南科学技术出版社，2025年11月）

撰文 | 赵峥（北京师范大学物理与天文学院）

湖南科技出版社刚刚出版了《引力》（《Gravitation》）一书的简体中文版。

此书作者的原意是写一本完备的广义相对论（他们称其为“几何动力学”）教材，然而成书后的宏大规模，使其成为了广义相对论领域的一部百科全书。这部书的三位作者是世界顶级的三位相对论专家。

此书的内容涵盖了相对论的全部数学基础和物理内容，介绍了广义相对论研究的所有重要前沿，在理论物理和天体物理界有着广泛而深远的影响。

作者中的惠勒教授（J. A. Wheeler）是20世纪中叶相对论和理论物理界公认的领军人物。索恩教授（K. S. Thorne）和米斯纳教授（C.W. Misner）则在广义相对论、黑洞物理、宇宙学和引力波等领域有大量研究成果。例如米斯纳发现了黑洞的超辐射，索恩对引力波和时空隧道作了深入的探讨。特别要提到的是，索恩于2017年，由于对直接观测到引力波的贡献，和另外两位学者一起，荣获了诺贝尔物理奖。

上世纪80年代，笔者曾在北京大学的一间教室里，听过惠勒教授的报告，并在1984年与米斯纳教授有过短暂的通信交往。彼时在出国学习潮的鼓动下，我曾把自己的几篇研究黑洞辐射的论文寄给米斯纳教授，询问能否得到他的资助，去他那里进修。他很快回信，问我是想读博士，还是做博士后。不久又来信说，由于我没有博士学位，不能做博士后。如果我愿意去读博士，他可以立刻给我资助。我想，如果读博士，先要通过博士资格考试，然后再作毕业论文，大概至少需要三、四年时间。自己的孩子还小，长期两地生活困难会很大。当时我还不知道家属可以随同前往，于是谢绝了他给的学习机会。回想起来，这是我人生中最大的失误。他们那里是世界广义相对论研究的一个中心，而且他们的工作和我的研究领域高度相符。去那里，很可能会有大展宏图的机会。可惜我头脑糊涂，错失了这次难得的良机。

这部书先简要介绍了平直时空中的狭义相对论及其所用的基本概念和数学工具，以及狭义相对论在其他物理分支中的应用，然后用主要篇幅介绍描述弯曲时空中动力学的广义相对论。

作者先介绍了描述弯曲时空的数学工具，微分几何与张量分析。例如时空度规、联络、时空曲率、测地线、毕安基恒等式等。而且同时用古典微分几何和现代的整体微分几何作了介绍，以便读者容易理解和掌握。然后介绍广义相对论的物理基础——等效原理，核心公式——爱因斯坦场方程。指出广义相对论的全部内容可以归结为：“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。”

在介绍了广义相对论在热力学、电动力学等经典物理分支中的应用之后，用大量篇幅介绍了相对论星体、宇宙演化和引力波等内容。

作者先介绍了爱因斯坦场方程的第一个严格解（史瓦西解）所描述的静态球对称星体，当外部是真空时的时空弯曲情况，简述了恒星演化中必须用广义相对论取代牛顿力学才能正确描述的中子星（脉冲星）、超新星爆发、类星体及超大质量星体。然后用广义相对论描述了宇宙的产生和演化，以及宇宙中星系的形成和演化。

这部书详细介绍了引力塌缩与黑洞的形成。不仅讲解了史瓦西黑洞视界内外的特点、视界本身的性质，而且介绍了用解析延拓得到的克鲁斯卡时空。进而讲解了转动、带电的克尔——纽曼黑洞，以及如何从这类黑洞中提取能量。书中比较详细地介绍了彭罗斯和霍金对黑洞和宇宙学的研究。霍金得到的黑洞面积定理和黑洞热辐射揭示出弯曲时空和热力学之间可能存在重要的实质联系。同时介绍了彭罗斯最先提出，然后他与霍金一起共同研究的奇点定理。这一定理的不可思议之处在于，它似乎表明时间一定有开始和结束。时间有没有开始和结束，自古以来只有极少数人谈论，而且都是些不食人间烟火的哲学家和神学家。现在居然有物理学家对此发表看法，说在合理的物理条件下，时间一定有开始和结束。简直太神奇了，笔者曾花了大量时间思考、探索这一问题。

然后，作者又详细讨论了引力波产生、传播的机制和可能的检测手段。

应该说明，本书用大量篇幅讨论的广义相对论的三个重要研究领域，引力波、宇宙学和黑洞物理，恰在最近几年中连续获得了诺贝尔物理奖。其中引力波的直接探测获得了2017年的诺贝尔奖，物理宇宙学获得了2019年的诺贝尔奖，黑洞物理及其观测获得了2020年的诺贝尔奖。黑洞物理研究获奖的是彭罗斯，没有霍金。因为霍金已去世，诺贝尔奖只发给活人不发给死人，所以霍金与诺贝尔奖擦肩而过。这是霍金的遗憾，也是诺贝尔奖的遗憾。不过，有人猜测，诺贝尔奖评委会原本就不想给霍金颁奖，因为他批评过诺贝尔奖的评审。认为诺奖评委会对于脉冲星的发现颁奖不公，只给了老师休伊士，没有同时颁给对这一发现作出实质量性贡献的学生贝尔。据说诺奖评委会有一个传统：不给批评过自己的人授奖。

最后，这本书介绍了进一步检验广义相对论的一些实验，例如检验等效原理，检验引力场中光线和雷达波的偏折效应，检验引力红移效应，以及检验万有引力常数G是否是一个严格的常数等等。

在这本书的末尾，附有详细的内容索引和文献资料，以供读者参阅。

值得一提的是，这本书的最前面附有一张照片，照片中的图象是著名的蟹状星云，以及中国《宋史》中的一段文字：“（客星）至和元年五月已丑出天关东南可数寸岁余稍没”。“客星”就是超新星，“至和元年”即公元前1054年，这是人类历史上有明确记录的第一颗超新星。后来发现，蟹状星云的中心有一颗小暗星。研究表明，蟹状星云由气体和尘埃组成，至今仍在以1100公里/秒的速度膨胀。倒推回去，它恰是从1054年由小暗星处开始爆发的。所以，可以断定，蟹状星云是那次超新星爆发的产物，中心的小暗星则是超新星爆发后的残骸。特别重要的是，后来又进一步发现，这颗小星是一颗脉冲星，也就是中子星。这一发现，支持了中子星由超新星爆发而形成的理论。这是中华民族对天体物理和广义相对论研究作出的一个重要贡献。

本书译者李新洲教授是我的朋友，他在广义相对论和量子物理方面做过很多研究，后来又花费极大精力翻译此书，为广义相对论在中国的传播作出了重要贡献。可惜他英年早逝，未能看到此书的出版。笔者在此对他表示深切的敬意。

湖南科技出版社对广义相对论和理论物理在中国的传播和科普作出过很多贡献。在他们出版的全国闻名的第一推动丛书中，就包含了霍金的《时间简史》、《果壳中的宇宙》，彭罗斯的《皇帝新脑》，以及他们二人合写的《时空本性》。还有索恩的《黑洞与时间弯曲》，以及其他很多优秀的科普读物。

这次，他们又出版了《引力》一书的中文版。相信这部介绍广义相对论的百科全书，必将进一步促进中国的理论物理和天体物理的传播和研究。

笔者想顺便提一下发生在2008年的一件往事。当时为了庆祝刘辽教授80大寿，我们准备为曾经错划为右派，后来仍不屈不挠为中国的广义相对论研究和传播作出过重要贡献的刘辽先生出版一本科研文集。然而，我们联系了几个出版社，均要收取不菲的出版费，使我们遇到很大困难。湖南科技出版社的孙桂均女士在得知此事后，把这一情况反映到他们出版社。湖南科技出版社决定尽力支持《刘辽文集》的出版，帮了我们很大的忙。笔者在此对他们再次表示深切感谢。

《引力》（湖南科学技术出版社，2025年11月）

《引力》作者简介

*C.W.米斯纳（Charles W. Misner）美国马里兰大学物理学名誉教授。

*K. S.索恩（Kip S. Thorne） 美国加州理工学院费曼理论物理学名誉教授。2017年诺贝尔物理学奖得主。 他的著作包括《现代经典物理学》《黑洞与时间弯曲》以及《星际穿越中的科学》。

*J. A.惠勒（John Archibald Wheeler ，1911—2008) 美国普林斯顿大学物理学教授，后在德克萨斯大学奥斯汀分校任教。 他的著作包括《时空物理学》和《约翰·惠勒自传》等。

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