前言

本书的写作有两个目标，相应地，内容可以分成两部分. 

第1章至第7章和附录A为第一部分，目的是让读者快速进入相对论领域，掌握开展研究工作和进一步学习所需的基础知识.这部分内容可以作为具备高等数学和经典力学基础的学生学习相对论的简易教材. 

第8章和第9章、附录B和附录C为第二部分，针对相对论应用工作，诸如在测地、历表、导航、测时和引力理论检验等涉及高精度测量资料处理的领域，提供对国际天文学联合会（IAU）有关相对论天文参考系决议的诠释，以及这些决议的理论依据. 阅读这一部分需要先学习前7章或已经具备相对论基础知识.不从事这些领域工作的读者可以忽略第二部分.

因工作需要，从20世纪80年代开始，我通过多种书籍和文献学习相对论，有一些快速切入并着手做一点研究工作的经历.20世纪90年代起的十年多，我在南京大学基础学科教学强化部讲授广义相对论，学生来自强化部、天文系和物理系的高年级本科生和研究生.在天文系和物理系，这属于选修课，每周3学时，内容主要为本书第1章至第5章，以及第6章和第7章的部分内容.课程教学推荐了一些教材，讲课则按我不断修改的备课笔记进行.这次整理了当时的备课笔记，并进一步修订，完善数学推导，来完成本书.

在学习、教学和研究的历程中，我觉得学习相对论的难点主要是物理概念.本书内容的推进重在概念的学习和建立，很多数学工具在物理内容需要时才予以引入，并没有先系统讲解微分几何，再学习广义相对论.这样安排是为了让读者感觉自然而目的明确地学习必要的数学.我个人觉得，要快速入门，这样会更容易一些，也更接近爱因斯坦创建广义相对论的历史进程.新的物理思想的萌芽通常与数学无关，但完整建立、表述、发展和应用需要数学.

教学经验表明，课堂讨论对狭义相对论和广义相对论教学极其重要.多数人会经历从困惑到明朗，再次陷入困惑到更明朗的反复历程.建议课程进行得不要太快，要引导和鼓励学生提出问题，或是教师主动提出问题. 组织课堂讨论是行之有效的方式，因为相对论常常和学生已有的传统概念不一致.在此衷心感谢在课堂讨论和课外与我有过互动的学生，他们帮助我改进教学，对我的进步和本书做出了贡献.

第二部分的背景是20世纪60年代开始的时频和空间技术的迅猛发展，广义相对论成为高精度天文观测数据处理的理论框架.1976—2012年，IAU做出了一系列关于相对论天文参考系的决议.我有幸了解，并作为工作小组成员参与了部分决议的制定过程.第8章和附录B解释了这些决议，第9章和附录C则介绍这些决议的理论依据.两章次序如此安排，是考虑到很多应用工作者并没有时间和兴趣去探讨相对论N体问题的理论，而只希望正确了解IAU的有关决议及其正确应用.

南京大学天文系的易照华教授长期讲授和研究天体力学，引导我接触了天体力学的多个领域.许邦信教授从20世纪70年代末起促使我关注天文参考系，他对天文概念的透彻了解和思维方式对我有很大影响.他们让我快速掌握这些领域的概念、理论和发展现状，感谢两位恩师.

我要感谢研究课题和论文的合作者，以及在南京大学进行的讨论班，上海天文台唐正宏研究员和赵铭研究员组织的相对论天文参考系讨论班的参与者.大家彼此交换看法和信息，不同意见之间的热烈争论，这是我人生中的美好时光.还有与国际同行之间的讨论和邮件交换，都在本书留下了印记.特别感谢BK体系的建立者Victor Brumberg和Sergei Kopeikin，以及DSX体系的建立者Miachael Soffel和 Chongming Xu（须重明）. 然而，本书写下的对IAU决议等问题的诠释，如果有错误，一概是我的责任. 

成书过程中，北京卫星导航中心的韩春好研究员，南京大学物理学院的肖明文教授，紫金山天文台的吴雪峰研究员，谢懿研究员，邓雪梅研究员，上海天文台陶金河研究员等专家及其团组，曾受作者咨询，或看过书稿的部分章节，提出过宝贵的修改意见，在此一并致谢. 

苏定强院士一直鼓励我完成此书，他和崔向群院士赠送我多个放大镜，帮助我能够继续工作. 丛书主编卢德馨教授给予我长期的友谊并促成了本书的出版. 谢谢他们的支持. 衷心感谢清华大学出版社的朱红莲编辑在本书出版过程中的修改建议和富有成效的工作. 

感谢清华大学出版社和南京大学对本书出版基金的资助. 

最后，谢谢我的亲人们的耐心和支持. 

黄天衣

2025年4月