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数式で理解!宇宙の仕組み — 一般相対論

重力は力ではなく、時空の幾何学である — 数式で一歩ずつ確かめる


Newton 重力の限界から出発し、等価原理を経て、曲がった時空の幾何学を段階的に積み上げる。Einstein 方程式を自分で導出し、ブラックホール、重力波、宇宙論という 3 つの応用に到達する全 25 章。高校数学(微積分・ベクトル)から出発し、必要な数学はその都度導入する。

構成

Part テーマ
プロローグ この旅へようこそ(動機と全体地図)
Part I Ch.1〜2 出発点 — Newton 重力の限界と旅の設計図
Part II Ch.3〜4 特殊相対論 — Lorentz 変換と Minkowski 時空
Part III Ch.5〜8 道具を揃える — 等価原理・計量・測地線・Schwarzschild 時空
Part IV Ch.9〜11 先回りして検証する — 太陽系と GPS
Part V Ch.12〜15 理論の核心 — 曲率と Einstein 方程式
Part VI Ch.16〜18 応用 1 — ブラックホール
Part VII Ch.19〜20 応用 2 — 重力波
Part VIII Ch.21〜23 応用 3 — 宇宙論
Part IX Ch.24〜25 その先へ — 微分形式と量子重力
Appendix A〜D ベクトル解析、テンソル代数、変分法、物理定数

登場人物

キャラ 名前 役割
先生 リナ(Lina) 物理学者。正確だが、たとえ話も上手い
生徒 A カイ(Kai) 感情豊か。読者の「分からない」を代弁
生徒 B メイ(Mei) 冷静・論理的。数式の意味を正確に追う

左のナビゲーションから各章を選んで読み進めてください。まずはプロローグから始めるのがおすすめです。