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绪论 1

阅读材料绪论-1关于钱学森之问和李约瑟问题 10

阅读材料绪论-2马克思主义的科技发展观 12

阅读材料绪论-3科学与技术 15

第一部 现代宇宙学素描 19

第一章 人类首次发现引力波 19

第一节 科学世界的春雷 19

第二节 广义相对论与引力波的预言 22

第三节 广义相对论的实验验证 25

第四节 引力波发现的曲折 30

第五节 引力波探测的国际竞争及其启示 33

阅读材料1-1 关于LIGO项目立项过程 36

阅读材料1-2 迈克尔逊干涉仪和激光干涉仪 38

阅读材料1-3 关于科学精神的若干论述 40

阅读材料1-4 第二次发现引力波 44

第二章 近代物理学的建立与宇宙学萌芽 49

第一节 宇宙创生的传说 49

第二节 古代希腊和古代中国关于宇宙结构的探索 50

第三节 近代宇宙学的黎明——星云说 53

阅读材料2-1 关于宇宙创生的种种传说 56

阅读材料2-2 古代天文观测和历法的发展 59

第三章 观测宇宙的梯级结构壮丽图景 63

第一节 “量天尺”——测量天体距离的常用单位 63

第二节 宇宙梯级结构的第一级——银河系 66

第三节 宇宙梯级结构的第二级——星系群 71

第四节 宇宙梯级结构的第三级——超星系团 72

第四章 现代宇宙学的发轫——爱因斯坦的宇宙学方程 76

第一节 现代宇宙学的基石——爱因斯坦的宇宙学方程 76

第二节 多普勒效应与哈勃定律 82

第三节 宇宙测量的标尺与宇宙加速膨胀的发现 87

阅读材料4-1 近30年来太空天文望远镜发射概况 94

第五章 大爆炸标准模型及它所描述的宇宙演化图像 109

第一节 伽莫夫的大爆炸模型 109

第二节 奇怪的微波背景从何而来 114

第三节 大爆炸标准模型早期演化的物理图像 118

第四节 早期宇宙学与星系时代 127

第五节 暗物质与宇宙早期的演化 133

阅读材料5-1 射电天文学的兴起 138

阅读材料5-2 银河系未来演变的预测 140

第六章 大爆炸标准学说面临的主要问题 145

第一节 视界问题 145

第二节 暗物质问题 151

第三节 暗能量的问题 155

第四节 反物质问题 160

第五节 磁单极子问题 164

阅读材料6-1 暗物质及其科学探测 169

阅读材料6-2 反物质及对其探测 179

阅读材料6-3 磁单极子的寻找 182

阅读材料6-4 球状星团问题 186

第七章 大爆炸学说的最新发展——暴胀宇宙论 188

第一节 暴胀宇宙论的提出 188

第二节 暴胀产生的根源——真空自发破缺 190

第三节 暴胀宇宙论的物理图像 195

第四节 新暴胀宇宙论 201

第五节 新暴胀论中的反物质、磁单极子和均匀性问题 204

第八章 现代宇宙学的若干思考 208

第一节 宇宙到底有多大 208

第二节 宇宙膨胀的动力从何而来 211

第三节 宇宙之外还有什么 213

第四节 人择原理和造化之手 214

第五节 宇宙学演变为精密科学 222

第六节 宇宙学发展的未来方向 224

阅读材料8-1 暗物质和暗能量在宇宙中扮演的角色 227

第二部 高能粒子物理学剪影——神秘失踪的中微子 233

第九章 色彩斑斓的微观世界 233

第一节 宇宙的最小砖石——基本粒子 233

第二节 基本粒子王国的三代骑士 237

第三节 粒子间的相互作用——微观世界的经纬 240

第四节 亚原子粒子与夸克 242

第五节 色味俱全的基本粒子王国 245

阅读材料9-1 电子的发现与基本粒子探测设备（现代超级照相机） 253

阅读材料9-2 在强相互作用的渐进自由 256

第十章 笔尖下冒出的幽灵粒子——中微子 262

第一节 β衰变中“能量失窃案”震动学术界 262

第二节 漫长的中微子追踪之路 267

第三节 中微子之父泡里传奇 271

第四节 泡里的失误 278

阅读材料10-1 科学权威对科学发展的作用 281

第十一章 中微子教父费米及其弱相互作用理论 285

第一节 费米普适弱相互作用的中微子理论 285

第二节 弱相互作用是上帝的错误吗？ 288

第三节 中微子教父费米的靓丽人生 294

阅读材料11-1 物理学中的对称性C、P和T 298

阅读材料11-2 弱相互作用宇称不守恒的发现——上帝竟然是“左撇子” 302

第十二章 环绕中微子的疑云怪雾 307

第一节 中微子有静止质量吗 307

第二节 太阳中微子失窃案 313

第三节 中微子振荡的物理图像 317

第四节 弱相互作用中的CP不守恒的发现 322

第五节 反物质世界的寻找 331

第六节 完美理想的中微子通信 339

第十三章 中微子的静止质量与中微子天文学的兴起 344

第一节 中微子的静止质量到底有多大 344

第二节 中微子的质量来自希格斯粒子 346

第三节 中微子天文学的兴起与展望 350

第十四章 中微子在科学界掀起惊天巨浪 355

第一节 欧洲科学家宣布发现中微子超光速运行 355

第二节 中微子超光速乌龙记余波荡漾 360

第三节 大亚湾实验发现新的中微子振荡模式 365

第四节 为什么科学家认定中微子只有3味呢 370

第五节 惰性中微子——第四代中微子存在吗 374

第三部 应用物理撷英 383

第十五章 现代物理发展态势与量子信息学的兴起和发展 383

第一节 爱因斯坦与现代物理的基石 383

第二节 爱因斯坦与量子信息学的问世 388

第三节 量子纠缠和EPR论证 391

第四节 量子隐形传递 395

第五节 量子信息学 403

阅读材料15-1 普朗克和玻尔对量子论的贡献 410

阅读材料15-2 爱因斯坦对于现代量子场论发展的贡献 412

阅读材料15-3 量子不可克隆定理简介 413

阅读材料15-4 量子密钥技术 416

第十六章 物理学、技术革命和产业革命 422

第一节 物理学与三次产业革命 422

第二节 物理学与信息产业集群的兴起 429

第三节 物理学革命与新能源产业的兴起 441

第十七章 凝聚态物理与材料科学 456

第一节 半导体材料和半导体物理的最新发展 457

第二节 巨磁电阻效应材料和磁隧道结材料 462

第三节 拓扑绝缘体和超导体材料 471

第四节 光学纳米材料 478

第五节 光学信息材料 482

第六节 软凝聚态物质材料 486

第七节 复杂材料体系 491

阅读材料17-1 霍尔效应 501

阅读材料17-2 奇妙的巴氏球 502

阅读材料17-3 20种未来最有潜力的新材料（PPT） 515

第十八章 从诺贝尔物理学奖看现代物理发展趋势 520

第一节 物理学与其他自然科学分支的交叉和融合 521

第二节 诺贝尔物理学奖获奖者的国籍、学科和年龄分布 525

第三节 诺贝尔物理学奖与现代物理学的发展脉络 538

第四节 诺贝尔物理学奖与中国 542

阅读材料18-1 21世纪激光光学新发展 551

阅读材料18-2 BEC物理研究进展 560

阅读材料18-3 超弦论 571

阅读材料18-4 1998—2010年诺贝尔物理学奖 582

结语 602

参考文献 604

后记 616