段一士（1927-2016），著名理论物理学家和教育家，国务院学位委员会批准的首批博士生导师，兰州大学理论物理学科的主要开创者之一。在广义相对论、粒子物理、引力规范理论、量子场论和规范场理论等研究领域做出了重要贡献。提出了任意自旋场的广义协变方程；提出了广义协变能量动量守恒定律，克服了爱因斯坦、朗道等的守恒定律只适应于准伽利略坐标系的严重缺点；提出了规范势可分解和具有内部结构的理论，严格证明了ϕ 场的零点决定拓扑不变量的内部结构。他建立的ϕ-映射拓扑流理论被称为段氏拓扑流理论。
段先生扎根西部六十年，为我国培养了许多理论物理方面的优秀人才，在理论物理的科研与教学中做出了重要贡献。在国内外享有崇高声誉，曾获国家自然科学奖、教育部科技进步奖、中国人民解放军科技进步奖。1984年被评为全国优秀教师，1990年被评为全国高等学校先进科技工作者。发表学术论文二百余篇，撰写和编著了《量子场论》《拓扑规范场论》《广义相对论和引力规范理论》《规范场理论》《额外维》《宇宙学》《超对称和共形场论》等二十余门理论物理基础和前沿课程的教材和讲义。
段一士先生在兰州大学从事教学和科研工作六十年, 留下了大量的讲义和笔记手稿. 这些资料饱含了段先生毕生的心血, 体现了他对学科前沿的把握、严谨的科研作风、厚实的理论基础以及培养人才的独到之处, 是兰州大学的一笔宝贵财富.
为了纪念段先生并传承段先生的教学之道和治学精神, 以葛墨林院士为代表的段一士先生的学生们、孙昌璞院士及段先生生前同事等倡议出版段先生的系列讲义和笔记手稿.
《广义相对论与引力规范理论》（段一士著. 北京:科学出版社, 2020.6）是由段一士教授长期讲授广义相对论课程的讲义整理而成, 在兰州大学使用多年, 是我国最早的广义相对论教材之一. 期间, 段一士教授受教育部和中国科学院研究生院邀请, 分别在北京和兰州举办广义相对论讲习班, 还受美国密苏里大学和斯坦福大学邀请, 讲授引力规范理论.
本书初稿电子版由任继荣整理录入. 2005 年以来, 杨捷使用此讲义为兰州大学理论物理专业的研究生和本科生讲授《广义相对论》课程. 在本书内容的整理过程中, 西安交通大学张胜利教授提供了他记录的段先生八十年代在中国科学院研究生院讲授广义相对论和引力规范理论时的笔记, 刘玉孝、王永强、赵力、魏少文进行了修改和补充.
广义相对论是关于时间、空间与物质及其运动相互依赖关系的理论, 特别是在描述大尺度时空范围内的物理过程中已成为不可或缺的理论工具. 广义相对论是现代物理学的重要基石之一, 是现代宇宙学的基础, 在相对论天体物理等领域也有广泛应用. 本书简要介绍广义相对论和引力规范理论的基础内容.
第1 章主要介绍广义相对论的数学基础——黎曼几何.
第2 章主要介绍爱因斯坦方程、测地线方程和牛顿近似, 并由爱因斯坦-希尔伯特作用量变分推导爱因斯坦方程.
第3 章介绍引力场中心球对称解和广义相对论的引力效应.
第4 章介绍致密星与黑洞.
第5 章介绍引力场方程的中心球对称通解.
第6—9 章是引力规范理论的基础内容, 是本书的特色.
第6 章主要介绍引力规范理论的基础, 基于标架表述介绍SO(N) 规范理论与黎曼几何.
第7 章介绍广义协变Dirac 方程, 这是引力规范理论的重要部分.
第8 章介绍广义相对论中的广义协变守恒定律.
第9 章以广义协变守恒定律为基础讨论引力辐射理论, 并给出双星引力辐射的计算.
段先生一生以科学创新和教书育人为己任, 创造了言简意赅、一语道破的讲法. 这本讲义的出版, 寄托了我们对段先生的敬仰和思念, 也希望能惠及更多的学者和学生.
由于原稿是广义相对论课程的讲义, 内容以公式为主, 在此仅分享该书“引言”部分的文字，让您领略先生“言简意赅、一语道破”的授课风采.
引 言
爱因斯坦(Albert Einstein)1905 年建立了狭义相对论, 同年还提出光量子概念解释了光电效应, 完成了关于布朗运动的研究论文, 对量子论和统计力学的发展都做出了重要贡献. 爱因斯坦是20 世纪最伟大的物理学家, 他在1915 年创建的广义相对论, 是关于时间、空间与物质及其运动相互依赖关系的学说, 是建立在广义协变性原理、等效原理和黎曼几何基础上的引力理论和宏观物质运动理论.
广义相对论就其创造性和深刻性来说都是非凡的和令人惊奇的, 这一理论不仅对牛顿力学的核心内容, 即牛顿动力学和万有引力定律给予了统一和深刻的解释, 还预言了许多牛顿力学所不能解释的新物理效应, 并为实验所证实.
广义相对论是现代物理学的重要基石之一, 是现代宇宙学的基础. 其预言的黑洞和引力波最近为观测所直接证实.
从理论物理的体系来说, 广义相对论是一种流形上的非阿贝尔规范理论, 由于这一极其重要的特征, 从而有可能建立包括引力、电磁、弱和强相互作用的超大统一场理论.
近年来的发展有: 额外维理论, 包括高维Kaluza-Klein 理论、大额外维理论、卷曲额外维理论等; 超弦/M 理论, 是目前公认的把引力量子化并将其与电磁、弱、强相互作用统一的理想候选者; 圈量子引力, 是一种背景无关的量子引力理论; 其他各种修改引力理论.
广义相对论并不是理论的终结, 人们正在爱因斯坦理论的基础上, 对物理学中宏观和微观领域进行新的探索.
本文摘编自《广义相对论与引力规范理论》（段一士著. 北京:科学出版社, 2020.6）一书“前言”“后记”“引言”，有删减修改，标题为编者所加。
(21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书)
“十三五”国家重点出版物出版规划项目
ISBN 978-7-03-065063-4
责任编辑：钱 俊 陈艳峰
本书是由段一士教授长期讲授广义相对论课程的讲义整理而成, 在兰州大学使用多年, 是我国最早的广义相对论教材之一. 本书系统介绍了广义相对论的物理内容, 包括必要的数学知识（黎曼几何）, 爱因斯坦引力场方程, 中心球对称解与广义相对论的引力效应, 对致密星与黑洞的诠释, 还介绍了引力规范理论的基础, 以标架方法介绍了SO(N) 规范理论与黎曼几何, 广义协变Dirac方程, 广义相对论中的广义协变守恒定律, 并以广义协变守恒定律为基础讨论引力辐射理论, 给出了双星引力辐射的计算.
本书内容化难为易、言简意赅、一语道破而不失深刻内涵, 适合理论物理专业研究生和高年级本科生作为学习广义相对论的教材, 也适合相关领域研究人员阅读参考.
（本文编辑：刘四旦）
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