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上篇 经典物理基础23

第一章 时空与运动的经典表述23

1 绝对时空观的形成23

1.1 哥白尼革命23

1.2 伽利略的贡献27

1.3 牛顿有绝对时空观31

1.4 物质世界的空间尺度和时标33

2 牛顿与经典力学38

2.1 牛顿力学的建立38

2.2 牛顿运动三定律38

2.3 伽利略和牛顿的科学方法42

2.4 伽利略相对性原理和伽利略坐标变换43

2.5 万有引力定律的建立45

3 守恒定律和航天原理53

3.1 动量守恒和火箭推进原理53

3.2 机械能守恒定律与宇宙速度59

3.3 角动量守恒与航天器的运动66

3.4 搜寻地外文明67

第二章 场和波72

1 法拉第的贡献72

1.1 奥斯特实验的启示73

1.2 法拉第电磁感应定律的建立74

1.3 法拉第力线和场的概念76

2 麦克斯韦电磁场理论的建立78

3.1 电磁波的发现80

3 电磁波80

3.2 电磁波谱84

3.3 无线电波的应用84

4 光的波动性94

4.1 波动说与微粒说的对立94

4.2 波动说的复兴95

4.3 光的颜色与光谱学100

4.4 光的散射102

4.5 光学与电磁学的统一105

4.6 电磁场的物质性106

第三章 温度能量熵109

1.1 热力学第零定律——测温原理110

1 温度110

1.2 生理热平衡111

1.3 温度大观112

1.4 绝对零度的探索115

2 热力学第一定律119

2.1 能量守恒定律的确立119

2.2 热力学第一定律的表述122

2.3 地球表面的温度与温室效应123

3 热力学第二定律124

3.1 自然现象的不可逆性124

3.2 热力学第二定律的表述125

3.3 熵和熵增加原理126

3.4 玻尔兹曼熵126

3.5 熵与人口128

3.6 熵与信息131

3.7 熵与社会、经济和管理132

4 气体动理论136

4.1 气体动理论的建立136

4.2 布朗运动与分形137

4.3 布朗运动与股票、期权139

第四章 19世纪物理学的成就和危机144

1 经典物理框架的完善144

1.19 世纪物理学发展的特征144

1.2 经典物理框架的完善146

2 世纪之交物理学的三大发现147

2.1 电子的发现148

2.2 X射线的发现152

2.3 放射性的发现156

3 世纪之交的两朵乌云161

3.1 “以太漂移”的探索162

3.2 黑体辐射规律的探索166

中篇 现代物理基础177

第五章 时空理论的变革之秀——相对论177

1什么是相对论178

1.1 从延拓相对性原理的涵义说起178

1.2 狭义相对论的建立180

1.3 时空可变释义185

1.4 相对论动力学的主要结论189

2 引力场中的时空191

2.1 等效原理和马赫原理192

2.2 相对性原理的再延拓193

2.3 时空结构的变更——弯曲时空概念的确立194

3 相对论时空观——现代文明的厅丽瑰宝198

3.1 时空与物质运动199

3.2 时空的动力学机制199

3.3 相对性原理的延拓现物理学理论的发展200

3.4 相对论建树对现代文明建设的影响202

第六章 茫茫玉宇 谁主沉浮——相对论宇宙学概述208

1 广义相对论的大尺度印证209

1.1 光线弯曲和引力透镜效应210

1.2 引力辐射211

1.3 天文新发现和广义相对论的再度辉煌213

2 标准宇宙模型215

2.1 宇宙学原理和宇宙膨胀假说216

2.2 宇宙红移及其哈勃定律218

2.3 有限无界动态宇宙模型与现代宇宙观的确立221

3 黑洞探索方兴未艾223

3.1 黑油、白油，交相衬映224

3.2 黑洞与时空结构的奇异性226

3.3 黑油探索的宇宙学意义228

第七章 现代物质观的理论基石——量子论232

1 量子概念，量子物理之灵魂233

1.1 能量子和光量子234

1.2 量子（定）态和量子跃迁237

1.3 物质波和微观粒子的波粒二重性239

1.4 波函数的概率解释和概率波概念242

1.5 海森伯不确定性原理246

2 量子真谛,明乎霭乎247

2.1 量子论的统计特色和测量特征249

2.2 玻尔互补原理与观测概念之认定250

2.3 “薛定谔猫佯谬”之解析与“物理实在”定义之修改253

2.4 作用量子h释义257

3 量子场——物质存在的基本形式258

3.1 场量子化与量子场论259

3.2 真空——量子场的基态261

3.3 相互作用描述方式的演变262

4 量子论与相对论的形式绝无仅有264

4.1 相对论量子与正电子预言264

4.2 用量子理论讨论时空结构的厅异性268

4.3 时空量子化271

4.4 现代物质观要义273

第八章 探深入微 堪与评说——物质结构简论276

1 物质层层分割：分子——原子——原子核——核子277

1.1 分割原子——物质微观结构探索的起始277

1.2 原子核的构成280

1.3 核力、强相互作用以及介子理论282

1.4 弱相互作用以及中微子理论285

1.5 核反应、核裂变和核聚变以及核能开发的理论依据286

2 亚核层次的美学特征288

2.1 “粒子世界”概貌289

2.2 粒子和反粒子290

2.3 对称性和对称性破缺292

2.4 美哉，夸克模型296

2.5 “基底”粒子的对称性298

3 相互作用及其统一性探讨300

3.1 爱因斯坦对统一场论的探讨301

3.2 规范协变原理开辟作用场统一的通途302

3.3 弱作用和电磁作用的成功统一303

3.4 “大统一”和“超统一”305

3.5 对于物质世界统一性之探索概况309

3.6 宇宙极早期的统一性描绘309

4 堪与评说：对物质结构及其理论描述的再认识311

4.1 “夸克禁闭”简介312

4.2 对物质结构及其理论描述的再认识313

4.3 现代理论物理的百年总结314

1 新材料与人类文明318

1.1 晶体318

下篇 物理学与现代科技318

第九章 物理学与新材料318

1.2 非晶固体323

1.3 液体325

2 超导材料326

2.1 超导电性326

2.2 迈斯纳效应328

2.3 BCS理论328

2.4 高温超导330

2.5 超导的应用332

2.6 富勒烯-C60332

3.1 超晶格材料334

3 人工设计材料334

3.2 光子晶体337

4 纳米材料342

4.1 纳米微粒材料343

4.2 纳米多孔材料346

第十章 激光与信息科学350

1 激光的发现和机理350

1.1 现代通讯史话350

1.2 激光原理351

2 激光器的种类和应用353

2.1 普通激光器的种类353

2.2 激光的应用356

3.1 信息高速公路359

3 光纤通讯网络359

3.2 光纤网络传输361

3.3 数字信号技术361

4 激光器的新发展362

4.1 自由电子激光器362

4.2 准分了激光器364

4.3 X射线激光器365

第十一章 物理学与新能源370

1 能源利用与能源危机370

1.1 能源的利用和发展370

1.2 能源危机及其前景372

2 留住太阳能376

2.1 光电导和光生伏特效应376

2.2 太阳能电池377

3.1 原子核的裂变379

3 核裂变能的应用379

3.2 链式反应与临界质量381

3.3 原子弹382

3.4 核电站385

4 核聚变能的应用389

4.1 原子核的聚变389

4.2 氢弹390

4.3 磁约束聚变391

4.4 惯性约束聚变392

5.1 干净的制备395

5.2 氢的制备395

5 氢能源395

5.3 氢的储存396

第十二章 物理学与生命科学398

1 力学与生命科学399

2 非平衡态热力学与生命现象403

3 生物电现象406

4 生物磁现象408

5 量子力学与生命科学410

结语414

附录 教学辅助手段424

后记447

人名索引448

主题索引453