「重力(上) アインシュタインの一般相対性理論入門： ジェームズ・B・ハートル」
「重力(下) アインシュタインの一般相対性理論入門： ジェームズ・B・ハートル」
内容紹介：
最小限の数学で学べる一般相対性理論の画期的教科書!
本書は「世界天文年2009日本委員会公認」書籍に選ばれました。
アインシュタインの一般相対性理論は、現代物理学に欠かせない基礎である。それは、ブラックホール、曲がった時空、重力波、宇宙論などの豊かな話題を提供し、学ぶものすべてを魅了する。しかしこの学習には、微分幾何学の知識を身に付け,アインシュタイン方程式を導入しなければならない大きな壁があった。
本書は、学部のカリキュラムに一般相対性理論を取り入れ、物理専攻の可能性を持つすべての学生がこの基礎理論を学べるようにした、画期的な教科書である。高名な相対性理論物理学者のジェームス・ハートルは、科目へのアプローチとして「まずは物理を!」をかかげ、複雑な数学は最小限ですませながら物理現象への理論適用を説明し、一般相対性理論を取り組みやすいものしている。学生にとっては、学ぼうとしている重力物理学から始められ、難しい数学でつまずくことがなく理論を身につけられる。
2016年6月刊行、上巻350ページ、下巻343ページ。
著者について：
ジェームズ・B・ハートル
カリフォルニア大学サンタバーバラ校教授
訳者について：
牧野伸義
1966年生まれ。1994年、広島大学大学院理学研究科博士課程修了。現在、大分工業高等専門学校一般科理系教授。理学博士。
今年の6月に発売されていたのでご存知の方が多いだろう。紹介するのを忘れていたので、今さらながら記事にしておくことにした。
一般相対性理論の中級者向けの教科書である。有名な「重力理論 Gravitation-古典力学から相対性理論まで、時空の幾何学から宇宙の構造へ」は1300ページ近くあるので通読向きではないが、こちらは上下巻合わせて700ページ弱。実質540ページほどなのでぎりぎり読み通せる分量だ。
もともと2008年に刊行され好評を得ていた「重力 アインシュタインの一般相対性理論入門： ジェームズ・B・ハートル」が絶版状態になり、新たに小型化＋分冊化したものだ。そのため上下巻合わせたページ数は分冊化前の本よりも増えている。おかげで携帯性がよくなった。
章立てはこのとおり。ブラックホールや重力波を学ぶには恰好の教科書といえる。
上巻
第I部 ニュートン物理学と特殊相対論における空間と時間
第1章 重力物理学
第2章 物理としての幾何学
第3章 ニュートン物理学の空間と時間,重力
第4章 特殊相対性理論の原理
第5章 特殊相対論的力学
第II部 一般相対性理論の曲がった時空
第6章 幾何学としての重力
第7章 曲がった時空の表し方
第8章 測地線
第9章 球対称星外部の幾何学
第10章 一般相対性理論の太陽系実験
第11章 実際の相対論的重力
第12章 重力崩壊とブラックホール
付録A 単位
下巻
第13章 宇宙物理学的ブラックホール
第14章 少しの回転
第15章 回転するブラックホール
第16章 重力波
第17章 観測された宇宙
第18章 宇宙モデル
第19章 どの宇宙、そして、なぜ?
第III部 アインシュタイン方程式
第20章 少しだけ数学
第21章 曲率とアインシュタイン方程式
第22章 曲率の発生源
第23章 重力波放射
第24章 相対論星
付録B
付録C
付録D
翻訳のもとになった原書は2002年に発売された革新的な教科書である。Kindle版は固定レイアウトなのでご注意いただきたい。
「Gravity: An Introduction to Einstein's General Relativity: James B. Hartle」（Kindle版）
ちなみにシュッツの「A First Course in General Relativity」の初版は1985年、第2版は2009年刊行である。日本語版はこちらで購入できる。
関連講座：
日本物理学会2016年度公開講座 「一般相対性理論と宇宙 －重力波研究の最前線－」
http://www.jps.or.jp/public/koukai/koukai-2016-11-26.php
内容： 1916年にアインシュタインが発表した重力波の理論から今年でちょうど100年。その間の目覚ましい科学技術の進展により、去る2月、アメリカのLIGOグループがアインシュタインですら困難と考えていた重力波の直接検出に成功し、大きな話題となりました。新たな重力波の世紀が幕を開けたいま、第一線で活躍されている研究者による「重力波研究の歴史」「重力波の理論とシミュレーション」「重力波の観測」などのお話で、はるか彼方、宇宙の出来事を奏でる波に思いを馳せてみませんか？
期日： 2016年11月26日(土)13:00～16:45
会場： 東京大学本郷キャンパス 伊藤謝恩ホール（赤門の右隣）
参加費： 無料（要事前申込。）
定員： 350名（申込先着順で定員になり次第締め切らせていただきます。）
関連記事：
重力波の直接観測に成功！
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一般相対性理論に挑戦しよう！
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/ea7ad9292ce01ad4abbbc8c98f3303d0
趣味で相対論（EMANの物理学）
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/90aa60383b600ff4e4fd7bea6589deaa
重力理論 Gravitation-古典力学から相対性理論まで、時空の幾何学から宇宙の構造へ
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/f838b8f6c2554000933187df89e08013
アインシュタイン選集（２）: 一般相対性理論および統一場理論
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/d3d0869ab3911e84845b5b121bd1aa3e
時空の幾何学：特殊および一般相対論の数学的基礎
http://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/ffc643a688ce45dec7460d107fe1392e
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「重力(上) アインシュタインの一般相対性理論入門： ジェームズ・B・ハートル」
「重力(下) アインシュタインの一般相対性理論入門： ジェームズ・B・ハートル」
上巻
第I部 ニュートン物理学と特殊相対論における空間と時間
第1章 重力物理学
第2章 物理としての幾何学
2.1 重力は幾何学だ
2.2 幾何学の実験
2.3 いろいろな幾何学
2.4 幾何学を決める
2.5 座標と線素
2.6 座標と不変性
第3章 ニュートン物理学の空間と時間,重力
3.1 慣性系
3.2 相対性原理
3.3 ニュートン重力
3.4 重力と慣性質量
3.5 ニュートン力学の変分原理
第4章 特殊相対性理論の原理
4.1 速度の加法則とマイケルソン-モーレーの実験
4.2 アインシュタインの革命とその成果
4.3 時空
4.4 時間の遅れと双子のパラドックス
4.5 ローレンツブースト
4.6 単位系
第5章 特殊相対論的力学
5.1 4 元ベクトル
5.2 特殊相対論的運動学
5.3 特殊相対論的力学
5.4 自由粒子の運動の変分原理
5.5 光線
5.6 観測者と観測
第II部 一般相対性理論の曲がった時空
第6章 幾何学としての重力
6.1 重力質量と慣性質量の等価のテスト
6.2 等価原理
6.3 重力場中の時計
6.4 GPS
6.5 時空は曲がっている
6.6 時空のことばで表したニュートン重力
第7章 曲がった時空の表し方
7.1 座標系
7.2 計量
7.3 総和規約
7.4 局所慣性系
7.5 光円錐と世界線
7.6 対角計量のときの長さと面積,体積,4 元次体積
7.7 埋め込み図とワームホール
7.8 曲がった時空中のベクトル
7.9 4 次元時空中の3 次元曲面
第8章 測地線
8.1 測地線方程式
8.2 対称性と保存則による測地線方程式の解法
8.3 ヌル測地線
8.4 局所慣性系と自由落下系
第9章 球対称星外部の幾何学
9.1 シュワルツシルト幾何学
9.2 重力赤方偏移
9.3 粒子軌道-近日点移動
9.4 光線軌道-光の曲がりと時間の遅れ
第10章 一般相対性理論の太陽系実験
10.1 重力赤方偏移
10.2 PPN パラメータ
10.3 PNN パラメータγの測定
10.4 PPN パラメータβの測定-水星の近日点移動
第11章 実際の相対論的重力
11.1 重力レンズ効果
11.2 コンパクト天体の周りの降着円盤
11.3 連星パルサー
第12章 重力崩壊とブラックホール
12.1 シュワルツシルトブラックホール
12.2 ブラックホールへの崩壊
12.3 クルスカル-スゼッケル座標
12.4 非球対称重力崩壊
付録A 単位
A.1 単位の一般論
A.2 本書で使われる単位
下巻
第13章 宇宙物理学的ブラックホール
13.1 X 線連星のブラックホール
13.2 銀河中心のブラックホール
13.3 ブラックホールの量子的蒸発--ホーキング放射
第14章 少しの回転
14.1 慣性系の回転的引きずり
14.2 曲がった時空のジャイロスコープ
14.3 測地的歳差
14.4 ゆっくり回転する球対称物体外部の時空
14.5 ゆっくり回転する物体の時空中のジャイロスコープ
14.6 ジャイロと自由落下系
第15章 回転するブラックホール
15.1 宇宙検閲官
15.2 カーブラックホール
15.3 回転ブラックホールの地平
15.4 赤道面における軌道
15.5 エルゴ球
第16章 重力波
16.1 線形重力波
16.2 重力波の検出
16.3 重力波の偏極
16.4 重力波干渉計
16.5 重力波のエネルギー
第17章 観測された宇宙
17.1 宇宙の構成物
17.2 膨張宇宙
17.3 宇宙の地図
第18章 宇宙モデル
18.1 一様,等方時空
18.2 宇宙論的赤方偏移
18.3 物質と放射,真空
18.4 平坦FRW モデルの進化
18.5 ビッグバンと宇宙の年齢と大きさ
18.6 空間的に曲がったロバートソン--ウォーカー計量
18.7 宇宙の力学
第19章 どの宇宙、そして、なぜ?
19.1 宇宙の探査
19.2 宇宙の説明
第III部 アインシュタイン方程式
第20章 少しだけ数学
20.1 ベクトル
20.2 双対ベクトル
20.3 テンソル
20.4 共変微分
20.5 再び自由落下系
第21章 曲率とアインシュタイン方程式
21.1 潮汐重力
21.2 測地線偏差の式
21.3 リーマン曲率
21.4 真空のアインシュタイン方程式
21.5 線形重力
第22章 曲率の発生源
22.1 密度
22.2 エネルギー運動量の保存
22.3 アインシュタイン方程式
22.4 ニュートン極限
第23章 重力波放射
23.1 発生源のある線形アインシュタイン方程式
23.2 発生源のある波動方程式の解法
23.3 線形重力の一般解
23.4 弱い重力波の発生
23.5 連星からの重力波
23.6 重力波によるエネルギー損失の四重極公式
23.7 連星パルサーで検出された重力波の効果
23.8 強い波源への期待
第24章 相対論星
24.1 パウリ原理の威力
24.2 相対論的静水圧平衡
24.3 星のモデル
24.4 基底状態の物質
24.5 安定性
24.6 中性子星の最大質量の限界
付録B
付録C
付録D