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第1章　经典物理学 叶高翔5

1.1　天地运动5

1.1.1 天与地5

1.1.2　牛顿力学8

1.1.3　能量动量守恒与时空对称11

1.1.4　伽利略——现代科学方法的倡导者14

1.1.5　牛顿科学观14

1.2　冷热现象16

1.2.1 温度与热量17

1.2.2　热力学第一定律20

1.2.3　热力学第二定律22

1.2.4　热寂说的终结24

1.3　电磁波25

1.3.1 电磁波的产生25

1.3.2　电磁波谱31

1.3.3　法拉第和麦克斯韦的学术风格33

1.3.4　光是一种电磁波35

1.3.5　三维全息照相43

参考文献46

第2章　量子物理学 叶高翔47

2.1　原子模型47

2.1.1　原子概念47

2.1.2　电子的发现48

2.1.3　汤姆逊原子模型49

2.1.4　卢瑟福原子模型50

2.2.1　黑体辐射和普朗克量子假说52

2.2　量子假说52

2.2.2　爱因斯坦光子假说及光电效应理论54

2.2.3　氢原子光谱及玻尔理论55

2.2.4　德布罗意波粒二象性假说56

2.2.5　波粒二象性假说的验证57

2.2.6　对波粒二象性假说的进一步说明60

2.3　海森堡测不准原理64

2.4　量子力学与经典物理学的比较66

参考文献67

3.1　趋向导电极限的超导体68

第3章　量子力学——现代高科技的基石之一 叶高翔68

3.1.1　超导体的奇异特性69

3.1.2　超导原理74

3.1.3　超导时代即将到来76

3.2　绚丽多彩的激光78

3.2.1　激光的特性79

3.2.2　激光原理80

3.2.3　激光——射向现代社会的各个领域83

3.3.1　半导体的物理特性84

3.3　晶体管——构筑智慧的细胞84

3.3.2　P-N结86

3.3.3 晶体三极管——放大人类的智慧87

3.3.4 晶体管——微电子产业的基本单元89

3.4　冲刺元器件小型化的极限89

3.4.1　量子点——人造原子91

3.4.2　介观环92

3.4.3　量子波导92

参考文献93

4.1　狭义相对论的创立94

第4章　相对论与现代时空观 盛正卯94

4.2　狭义相对论的基本原理96

4.2.1　光速不变原理96

4.2.2　相对性原理97

4.3　狭义相对论的主要结论98

4.3.1 同时的相对性98

4.3.2　时间延缓100

4.3.3　长度缩短101

4.3.4　质能关系103

4.4　新引力理论——广义相对论104

4.4.1　广义协变原理105

4.4.2　等效原理105

4.5 广义相对论的主要结论107

4.5.1 引力大的地方时钟走得慢107

4.5.2　引力导致空间弯曲108

4.6　广义相对论的一些预言109

4.6.1 恒星光的引力偏转110

4.6.3　水星近日点的进动111

4.6.2　雷达回波延迟111

4.7　相对论的其他实验验证及实际应用112

4.7.1 μ介子的寿命112

4.7.2　孪生子效应113

4.7.3　全球定位系统(GPS)114

4.8　相对论的时空观116

参考文献118

第5章　宇宙之砖　物质结构 盛正卯119

5.1　物质结构119

5.1.1 电子的发现与原子构成119

5.1.2　越来越多的新粒子121

5.1.3　夸克(Quark)模型122

5.2　基本相互作用及其统一124

5.2.1 四种基本相互作用力124

5.2.2　奇妙的规范对称性126

5.2.3　标准模型127

5.3.1 原子核的结合能128

5.3　原子能及其应用128

5.3.2 原子能的可能释放模式130

5.3.3　原子能的和平利用131

5.3.4　核武器及其小型化133

参考文献136

第6章　膨胀着的宇宙 盛正卯138

6.1　传统的宇宙观及其不足138

6.1.1 永恒的宇宙与热力学的矛盾138

6.1.3　问题的解决139

6.1.2　夜空为什么是黑暗的——奥伯斯佯谬139

6.2　哈勃(E.Hubble)的发现140

6.2.1　波的多普勒效应140

6.2.2　恒星距离的测定141

6.2.3　哈勃的发现141

6.3　宇宙的起源142

6.3.1 大爆炸模型(Big Bang)142

6.3.2 宇宙哥白尼原理144

6.3.3　大爆炸模型的观察证据145

6.4.1 宇宙整体的命运147

6.4　宇宙的命运147

6.4.2　恒星的产生与命运149

6.4.3　神奇的星体——黑洞151

6.4.4　人类的命运153

6.5　21世纪宇宙学面临的问题154

6.5.1　暗物质问题154

6.5.2　正反物质的不对称问题155

6.5.3　微观世界与宇宙的统一156

参考文献157

第7章 简单性与复杂性的奇遇——非线性物理简介 盛正卯158

7.1　非线性系统及其普遍性158

7.2　混沌的本质161

7.2.1 虫口模型161

7.2.2　倍周期分岔162

7.2.3　混沌的基本性质165

7.2.4　混沌的应用168

7.3.1　分形维数169

7.3 自然界的几何——分形169

7.3.2　来自简单规律的复杂系统171

7.4　特殊的非线性系统——可积系统171

参考文献173

第8章　物理学在未来科技和社会中的作用 盛正卯174

8.1　20世纪物理学遗留的问题及其展望174

8.1.1 引力量子化与大统一理论174

8.1.2　超高能物理及宇宙起源176

8.1.4　极端条件下的物理现象177

8.1.3　复杂系统的研究177

8.2　物理学在其他自然科学及高新技术中的应用178

8.2.1　物理学与生命科学178

8.2.2　21世纪的计算机179

8.2.3　21世纪的通讯、能源与交通180

8.3　物理学与国防现代化181

参考文献182

第9章　科学与人类文明 叶高翔，盛正卯183

9.1　重大的发现 重要的提示183

9.2　科学技术与人类文明187