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当代物理前沿专题之一原子能及其和平利用&何祚庥1

1.1 原子的碎裂和原子核的发现1

1.2 原子核的电荷、质量的测定和原子核的质子、中子模型2

1.3 原子能和原子核的结合能4

1.4 原子能的可能的释放模式5

1.5 核裂变和原子能6

1.6 核聚变和原子能7

1.7 一种新的释放原子能的方式——高能质子的碎裂反应+热中子堆8

1.8 原子能和能源问题9

1.9 原子能和中国的能源问题10

当代物理前沿专题之二半导体&夏建白11

2.1 半导体技术和半导体物理的发展11

2.1.1 半导体技术的重大发展及应用11

2.1.2 半导体物理的发展13

2.1.3 我国半导体科学技术的发展14

2.2 半导体的基本概念15

2.2.1 能带15

2.2.2 杂质态16

2.2.3 输运性质17

2.2.4 光学性质18

2.2.5 量子阱和超晶格19

2.3 半导体器件原理20

2.3.1 p-n结20

2.3.2 半导体晶体管21

2.3.3 MOS晶体管22

2.3.4 激光器23

2.3.5 光电探测器和太阳电池24

2.4 半导体工艺24

2.4.1 半导体工艺的特殊性24

2.4.2 材料生长25

2.4.3 平面工艺28

2.4.4 集成电路设计29

2.5 半导体科学技术展望30

2.5.1 信息革命30

2.5.2 更高的集成度31

2.5.3 集成光学和集成光电子学32

2.5.4 超晶格、量子线和量子点器件32

2.5.5 半导体纳米器件35

2.5.6 分子电子学37

当代物理前沿专题之三 激光技术&邓锡铭 雷仕湛38

3.1 激光器简史38

3.1.1 相干电磁波谱的扩展38

3.1.2 汤斯和肖洛的光激射器理论39

3.1.3 梅曼制成世界上第一台激光器40

3.1.4 我国的第一台激光器42

3.1.5 激光器之名的由来43

3.2 激光器的基本原理44

3.2.1 自发辐射与受激辐射44

3.2.2 负温度45

3.2.3 激光器增益46

3.2.4 激光器的结构46

3.2.5 激光器的振荡条件48

3.2.6 模和激光振荡模49

3.2.7 调Q和Q开关50

3.2.8 锁模53

3.2.9 激光器件55

3.3 激光技术应用58

3.3.1 激光的特性58

3.3.2 激光精密计量60

3.3.3 激光信息处理63

3.3.4 激光加工66

3.3.5 激光能源67

3.3.6 激光医学70

3.3.7 激光技术改造农作物70

3.3.8 激光武器71

3.3.9 激光与基础科学71

3.4 激光技术的发展75

3.4.1 建立激光产业75

3.4.2 发展短波长和长波长激光技术76

3.4.3 发展新型激光器76

当代物理前沿专题之四 超导电性&赵忠贤 李阳79

4.1 引言79

4.2 超导体的基本性质81

4.2.1 从低温的获得到超导电性的发现81

4.2.2 超导体的基本物理性质84

4.3 传统超导体的唯象模型88

4.3.1 二流体模型88

4.3.2 伦敦方程90

4.3.3 金兹堡-朗道理论92

4.4 传统超导体的微观机制95

4.5 超导隧道效应100

4.5.1 正常电子隧道效应100

4.5.2 约瑟夫森隧道电流效应103

4.6 两类超导体的基本特征103

4.7 高温超导体108

4.8 超导材料的应用111

4.8.1 超导应用的巨大潜力111

4.8.2 超导材料在强电方面的应用113

4.8.3 超导材料在弱电方面的应用114

4.8.4 高温超导体的应用114

4.9 结束语116

当代物理前沿专题之五 声学&汪德昭 应崇福 李启虎 张家騄118

5.1 一门古老而又年轻的科学118

5.1.1 声学的研究对象118

5.1.2 声学发展简史119

5.1.3 我国古代的声学研究121

5.1.4 近代声学在国民经济、国防及人类日常生活中的作用121

5.2 声学的基本概念与理论123

5.2.1 声波与振动123

5.2.2 波动方程125

5.2.3 声波的传输126

5.3 听觉、语言和音乐128

5.3.1 听觉129

5.3.2 语言130

5.3.3 音乐133

5.3.4 音质与噪声控制133

5.4 超声及其应用134

5.4.1 超声的性质和特点134

5.4.2 超声在医学诊断、无损检测和工业检测中的应用136

5.4.3 超声在加工处理和医学治疗中的应用137

5.4.4 超声电子学器件和系统138

5.5 声与海洋138

5.5.1 水声学中的基本概念138

5.5.2 射线理论与简正波理论140

5.5.3 声呐 声呐方程141

5.5.4 海洋开发中的水声学143

5.6 声信号的数字处理144

5.6.1 信号处理的基本概念144

5.6.2 声信号的数字处理146

5.6.3 声学与现代数字信号处理技术147

当代物理前沿专题之六 空间环境科学&都亨151

6.1 前言151

6.2 空间环境要素152

6.2.1 中性大气环境152

6.2.2 电离气体——等离子体环境153

6.2.3 高能带电粒子环境153

6.2.4 磁场环境154

6.2.5 电磁辐射环境154

6.2.6 固体微粒环境154

6.3 空间环境分区155

6.3.1 太阳风和行星际磁场155

6.3.2 地球的磁场和磁层156

6.3.3 地球大气159

6.4 空间环境探测162

6.4.1 空间环境探测的手段162

6.4.2 中性大气探测164

6.4.3 等离子体探测166

6.4.4 高能带电粒子探测167

6.4.5 空间磁场探测169

6.4.6 空间碎片和微流星体探测169

6.5 空间环境模式研究171

6.5.1 目的和意义171

6.5.2 方法171

6.5.3 高层大气模式172

6.5.4 电离层模式173

6.5.5 高能带电粒子模式174

6.5.6 地球辐射带模式175

6.5.7 空间磁场模式177

6.5.8 流星体模式178

6.5.9 空间碎片模式180

6.5.10 模式集成182

6.6 空间环境预报183

6.6.1 空间环境预报的必要性183

6.6.2 空间环境预报工作的主要内容187

6.6.3 空间环境预报的分类187

6.7 空间环境效应188

6.7.1 概述188

6.7.2 空间环境效应研究方法190

6.7.3 高层大气对航天器轨道的影响191

6.7.4 氧原子对航天器表面的化学作用191

6.7.5 高能带电粒子对航天器的辐射效应192

6.7.6 空间等离子体与航天器充放电效应194

6.7.7 空间碎片和微流星体与航天器机械损伤效应195

6.7.8 等离子体对电波传播的影响196

当代物理前沿专题之七混沌现象&郝柏林199

7.1 什么是非线性200

7.2 强迫摆的混沌运动202

7.3 简单而行为丰富的一维虫口模型206

7.4 通向混沌的道路209

7.5 混沌的定义和刻画211

7.6 混沌的应用214

7.7 没有“混沌学”——浅谈混沌的哲学意义216

当代物理前沿专题之八 非线性非平衡系统的自组织&杜婵英 漆安慎218

8.1 从无序到有序218

8.1.1 贝纳德效应——热对流的时空结构218

8.1.2 别洛乌索夫-扎包廷斯基反应——靶环波与螺旋波219

8.1.3 激光220

8.1.4 糖酵解及其他222

8.1.5 什么是自组织222

8.2 液晶的电流体不稳定性——分岔图与对称破缺223

8.2.1 液晶的简单介绍223

8.2.2 丝状液晶在电场下的威廉姆斯畴224

8.2.3 对称破缺225

8.3 自适应系统226

8.4 混沌(Chaos)——貌似无序的序228

8.4.1 由激光实验初识混沌228

8.4.2 决定论描述的系统对初值依赖的两种情况229

8.4.3 看来“混乱一片”，实为“章法井然”230

8.5 自组织中混沌的典型例子233

8.6 熵产生和负熵流241

8.6.1 开系处于非平衡态241

8.6.2 熵产生与负熵流242

8.6.3 远平衡与近平衡242

8.7 环境的涨落与自组织244

8.8 简短的结束语245

当代物理前沿专题之九 现代科学中的天文世界&王绶琯 邹振隆248

9.1 天文学与天文世界248

9.1.1 天文对象248

9.1.2 天文学科249

9.1.3 天文方法250

9.1.4 距离、“视限”与“阶梯”251

9.1.5 几条先验原则254

9.2 天文学历史上三次飞跃的启示254

9.2.1 行星层次——联结开普勒定律的飞跃255

9.2.2 恒星层次——联结赫罗图的飞跃256

9.2.3 星系层次——联结哈勃定律的飞跃258

9.3 天文大统一模型及其面临的挑战260

9.4 天文世界的探索者与第二类开发265

当代物理前沿专题之十 物理学和生物学&郝柏林268

10.1 历史回顾268

10.2 生物学引论270

10.2.1 地球上的自然史270

10.2.2 生物的化学构成272

10.2.3 分子生物学的“中心法则”274

10.2.4 基因工程技术简介274

10.3 生物问题的诸多层次277

10.3.1 分子手性破缺277

10.3.2 分子马达278

10.3.3 蛋白质折叠280

10.3.4 生物膜的形状281

10.3.5 黏菌的自组织行为282

10.3.6 生物系统的标度性质282

10.4 生物信息学和计算生物学283

10.4.1 生物数据283

10.4.2 大数和计算机284

10.4.3 基因组信息学284

10.4.4 计算生物学285

10.5 发展交叉科学、培养广谱人才286

10.5.1 思维方法取长补短286

10.5.2 粗粒化和排列组合287

10.5.3 前辈学者的良好榜样288

当代物理前沿专题之十一激光冷却与原子捕陷——在科学中漫步&朱棣文289

11.1 引子289

11.2 激光冷却与原子捕陷实验292

11.3 激光冷却与原子捕陷的应用294

11.3.1 玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)294

11.3.2 原子钟295

11.3.3 原子干涉仪300

11.3.4 研究单个高分子聚合物302

11.3.5 对RNA核糖酶的研究305

11.3.6 对脑神经传导的研究307

11.4 结束语308

当代物理前沿专题之十二我所经历的20世纪实验物理学&丁肇中310

当代物理前沿专题之十三对称与近代物理&杨振宁324

13.1 早期阶段324

13.2 十九世纪：群和晶体学334

13.3 二十世纪：扩大了对称的作用337

13.4 二十世纪：规范对称343

13.5 二十一世纪：对称的新方面？349

当代物理前沿专题之十四近代科学进入中国的回顾与前瞻&杨振宁351

14.1 公元一四○○至一六○○年——中国落后于西方351

14.2 元一六八七年——近代科学在欧洲诞生354

14.3 公元一六○○至一九○○年——中国抗拒引入西方思想356

14.4 公元一八四○至一九○○年——引入现代科学举步维艰362

14.5 公元一九○○至一九五○年——急速引进现代科学364

14.6 公元一九五○至二○○○年——中国开始加入国际科技竞赛365

14.7 二十一世纪370

作者简介373

何祚庥373

夏建白373

邓锡铭374

雷仕湛375

赵忠贤375

李阳376

汪德昭376

应崇福377

李启虎378

张家騄378

都亨379

郝柏林380

杜婵英380

漆安慎381

王绶琯381

邹振隆382

朱棣文382

丁肇中383

杨振宁384

索引387