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第1章 引言1

1.1 对读者的说明1

1.2 本书的由来4

1.3 对读者的告诫5

1.4 物理和理论物理的本质5

1.5 环境的影响7

1.6 本书的计划8

1.7 致歉和鼓励的话9

1.8 参考文献10

专题1 牛顿运动定律和万有引力定律起源13

第2章 从托勒密到开普勒——哥白尼的革命13

2.1 古代史13

2.2 哥白尼的革命16

2.3 第谷·布拉赫——天堡之主18

2.4 开普勒与天体和谐22

2.5 参考文献28

第3章 伽利略与物理科学的本质30

3.1 引言30

3.2 作为实验物理学家的伽利略30

3.3 伽利略望远镜的发现36

3.4 问题的要点38

3.5 对伽利略的审判42

3.6 伽利略相对论43

3.7 反思45

3.8 参考文献47

第4章 牛顿与引力定律48

4.1 引言48

4.2 林肯郡（1642～1661）48

4.3 剑桥（1661～1665）49

4.4 林肯郡（1665～1667）49

4.5 剑桥（1667～1696）54

4.6 炼金术士牛顿58

4.7 对古代经典的解读60

4.8 伦敦（1696～1727）61

4.9 参考文献62

第4章附录 关于圆锥曲线和有心轨道的注释63

专题2 麦克斯韦方程组72

第5章 麦克斯韦方程组的起源72

5.1 电磁学的发端72

5.2 法拉第及其力线——没有数学的数学75

5.3 麦克斯韦怎样导出电磁场方程组80

5.4 赫兹与电磁波的发现90

5.5 反思92

5.6 参考文献93

第5章附录 有用的矢量场94

第6章 改写电磁学史105

6.1 引言105

6.2 麦克斯韦矢量方程组106

6.3 电磁学的高斯定理107

6.4 与时间无关的保守力场108

6.5 电磁学的边界条件108

6.6 安培环路定理112

6.7 法拉第电磁感应定律112

6.8 本构方程113

6.9 库仑定律的导出114

6.10 毕奥-萨伐尔定律的导出116

6.11 解释介质中的麦克斯韦方程组116

6.12 电磁场的能量密度120

6.13 结束语123

6.14 参考文献124

专题3 线性/非线性力学与动力学127

第7章 力学与动力学方法127

7.1 牛顿运动定律127

7.2 “最小作用”原理129

7.3 欧拉-拉格朗日方程132

7.4 小振动与简正模式135

7.5 守恒定律与对称性139

7.6 哈密顿量与泊松括号142

7.7 提示144

7.8 参考文献145

第7章附录 流体运动145

第8章 量纲分析、混沌与自组织临界性151

8.1 引言151

8.2 量纲分析151

8.3 混沌简介165

8.4 标度律与自组织临界性176

8.5 超越计算183

8.6 参考文献184

专题4 热力学与统计物理189

第9章 热力学基础189

9.1 热量和温度189

9.2 热的气体动理论与热质论190

9.3 热力学第一定律194

9.4 热力学第二定律的起源204

9.5 热力学第二定律209

9.6 熵218

9.7 熵增原理220

9.8 合并了热力学第一、第二定律的微分式224

9.9 参考文献224

第9章附录 麦克斯韦关系和雅可比行列式225

第10章 气体动理论与统计力学的起源230

10.1 气体动理论230

10.2 气体动理论（第一版本）231

10.3 气体动理论（第二版本）232

10.4 麦克斯韦速度分布237

10.5 气体的黏滞度242

10.6 热力学第二定律的统计性质245

10.7 熵与概率247

10.8 熵与态密度251

10.9 吉布斯熵与信息254

10.10 结束语257

10.11 参考文献257

专题5 量子概念起源261

第11章 1895年前的黑体辐射261

11.1 1890年物理的状态261

11.2 辐射发射和吸收的基尔霍夫定律262

11.3 斯特藩-玻尔兹曼定律266

11.4 维恩位移定律及黑体辐射谱274

11.5 参考文献277

第12章 1895～1990：普朗克与黑体辐射谱279

12.1 普朗克的早期生涯279

12.2 热平衡中的振子与它们的辐射281

12.3 谐振子的平衡辐射谱286

12.4 通向黑体辐射谱289

12.5 普朗克辐射定律的最初形式292

12.6 瑞利与黑体辐射谱294

12.7 黑体辐射定律与实验的比较297

12.8 参考文献298

第12章附录 瑞利1900年带原始脚注的文章300

第13章 黑体辐射的普朗克理论302

13.1 引言302

13.2 统计力学的玻尔兹曼方法302

13.3 普朗克的分析305

13.4 普朗克和自然单位308

13.5 普朗克和h的物理意义310

13.6 为什么普朗克找到了正确的答案312

13.7 参考文献315

第14章 爱因斯坦和光的量子化317

14.1 爱因斯坦的奇迹年317

14.2 关于光的产生和转化的一个启发性观点319

14.3 固体的量子理论325

14.4 德拜的比热容理论328

14.5 再论气体比热容330

14.6 结束语334

14.7 参考文献334

第15章 量子假说的胜利336

15.1 1909年的情况336

15.2 盒中粒子的涨落336

15.3 随机叠加的波的涨落339

15.4 黑体辐射中的涨落340

15.5 第一届索尔维会议342

15.6 玻尔的氢原子理论345

15.7 爱因斯坦（1916）“关于辐射的量子理论”351

15.8 故事结语355

15.9 参考文献357

第15章附录 存在噪声时对信号的探测358

专题6 狭义相对论366

第16章 狭义相对论——不变量的研究366

16.1 引言366

16.2 几何和洛伦兹变换373

16.3 三维矢量和四维矢量375

16.4 相对论动力学——动量和力的四维矢量380

16.5 描述运动的相对论方程384

16.6 频率四维矢量386

16.7 洛伦兹收缩和磁场起源387

16.8 反思389

16.9 参考文献390

专题7 广义相对论与宇宙学394

第17章 广义相对论初步394

17.1 引言394

17.2 相对论引力的本质特征397

17.3 各向同性的弯曲空间405

17.4 通往广义相对论之路409

17.5 施瓦西度规413

17.6 围绕点质量的粒子轨迹415

17.7 行星轨道近日点进动421

17.8 施瓦西时空中的光线423

17.9 黑洞附近的粒子和光线425

17.10 施瓦西黑洞周围的圆轨道427

17.11 参考文献430

第17章附录 各向同性弯曲空间431

第18章 宇宙学技术436

18.1 引言436

18.2 约瑟夫·夫琅禾费436

18.3 摄影术的发明437

18.4 新一代望远镜439

18.5 天文学基金444

18.6 电子革命448

18.7 第二次世界大战的影响449

18.8 紫外线、X射线、γ射线天文学451

18.9 反思453

18.10 参考文献454

第19章 宇宙学456

19.1 宇宙学和物理学456

19.2 基本宇宙学数据457

19.3 罗伯逊-沃克度规461

19.4 宇宙观测465

19.5 历史插曲——稳态理论470

19.6 标准世界模型472

19.7 宇宙的热历史481

19.8 早期宇宙的核合成488

19.9 最好的宇宙学模型492

19.10 参考文献495

第19章附录 空宇宙的罗伯逊-沃克度规495

后记498

索引499