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上篇 基础科学前沿 3

第一章 物质科学概述 3

第一节 物质科学体系 3

第二节 物质现象 3

第三节 现代物质科学对经典物理学的突破 5

第二章 物质的层次和演化 7

第一节 物质的层次 7

一、物质的结构层次概观 7

二、物质的空间尺度 8

三、物质的时间尺度 9

四、物质的质量尺度 9

第二节 物质的起源和演化 12

一、物质及宇宙的起源和演化的历程 12

二、物质宏观演化和微观演化的协同 18

第三章 物理定律不变性 19

第一节 参照系 19

一、参照系的定义 19

二、时空坐标系 19

三、标准尺 20

四、标准钟 22

第二节 惯性参照系和非惯性参照系 24

第三节 物理定律不变原理 26

第四章 狭义相对论 28

第一节 两个基本原理 28

一、狭义物理定律不变原理(狭义运动相对性原理) 28

二、光速不变原理 28

一、时间的相对性 30

第二节 光速不变原理的效应 30

二、动钟缓慢--时间间隔膨胀 33

三、动尺缩短--长度(空间间隔)收缩 37

第三节 不同惯性系下物理量的变换 39

一、洛伦兹变换 39

二、速度的变换和速度的极限 41

三、光速和因果律 44

第四节 质量 能量 动量 45

一、质速关系 45

二、质能关系 47

三、能量和动量的关系 48

一、时空间隔不变性 49

第五节 四维世界 49

二、时空间隔的分类和因果性条件 50

三、四维动量能量矢量 51

第五章 广义相对论 53

第一节 两个基本原理 53

一、广义物理定律不变原理(广义协变原理) 53

二、等效原理 53

一、引力与空间的弯曲 55

第二节 引力 55

二、四维时空和短程线 58

第三节 引力场中的广义相对论效应 60

一、引力场中的钟缓尺缩效应 60

二、引力场中的光速变慢和光线偏转 61

三、广义相对论的验证 61

第六章 量子力学 62

第一节 量子 62

一、物理量的不连续性 62

二、场与量子的关系 63

第二节 基本假设 64

第三节 力学量的概率幅函数 65

一、所谓“概率波” 65

二、位置的概率幅函数 67

三、其他力学量的概率幅函数 67

第四节 概率幅叠加原理 68

第五节 概率幅叠加原理的效应 69

第六节 不确定原理 71

第七节 不确定原理的意义 73

第八节 量子力学的测量问题 76

一、不确定原理与测量 76

二、量子系统的演化路径与测量 78

第七章 量子场论 82

第一节 场 82

第二节 粒子 84

一、物质存在的基本形态 84

二、强子 87

一、作用力和规范玻色子(媒介子、传递子) 89

第三节 粒子之间的作用力 89

二、基本力的统一 91

第四节 粒子间相互作用的过程 92

第五节 规范场 95

第六节 尖端课题 97

第八章 对称性和守恒律 100

第一节 对称性和对称性原理 100

一、对称性 100

二、对称性原理 101

一、内特尔定理 102

第二节 对称性与守恒律的对应关系 102

二、守恒律 103

三、对称性和守恒律的意义 105

第九章 生命科学概述 108

第一节 生命科学体系 108

第二节 生物的特征 110

一、生物的根本特征 110

二、生物的基本特征 110

第三节 DNA是一切生命活动的中心 111

一、染色质和染色体 113

二、DNA和染色体 113

第四节 生物遗传的物质基础 113

三、DNA与基因 115

一、生物的层次概观 117

二、从前体到细胞的层次 117

三、从细胞到有机体的层次 117

第一节 生物的层次 117

第十章 生物的层次和进化 117

四、生物的分界 119

第二节 生物进化的历程 119

一、生物进化的历程概观 119

二、物种进化的历程 121

三、蛋白质和核酸的进化 125

第三节 生物进化的机制 129

一、物种进化的机制 129

二、DNA和染色体的变异 132

第一节 概述 135

第十一章 细胞 135

第二节 细胞的分子组成、结构和功能 136

一、细胞的分子组成 136

二、细胞的结构和功能 138

第三节 细胞的分裂 144

一、细胞周期 144

二、无丝分裂 148

三、有丝分裂 148

四、减数分裂 149

第十二章 DNA、RNA和蛋白质 155

第一节 概述 155

第二节 DNA、RNA、蛋白质的结构和功能 157

一、DNA的结构和功能 157

二、RNA的结构和功能 159

三、DNA与RNA的比较 161

四、蛋白质的结构和功能 162

一、DNA复制的方式 166

二、DNA复制的过程 166

第三节 DNA的复制 166

第四节 DNA控制下的蛋白质的合成 168

一、DNA控制蛋白质合成的过程 169

二、RNA决定蛋白质性质的方式--遗传密码 171

第十三章 基因 173

第一节 概述 173

二、基因学说 174

三、基因在遗传学工程中的意义 174

一、基因的结构 175

第二节 基因的结构和功能 175

一、基因的概念 175

二、基因的功能 177

第三节 基因决定性状的机制 179

一、基因控制性状的途径 180

二、基因控制性状的外在条件 181

第四节 基因决定性状的规律 182

一、基因的分离规律 182

二、基因的自由组合规律 185

三、基因的连锁和互换规律 185

四、三个遗传基本规律的区别与联系 188

五、染色体行为与基因行为的平行关系 192

下篇 应用科学新进展与工程技术新成果 197

第十四章 资源科学技术：开启生命之源的钥匙 197

第一节 正确认识自然资源：大自然不是聚宝盆 197

第二节 资源开发利用新技术：八仙过海，各显神通 200

一、开拓新资源技术 200

二、节约资源新技术 202

第十五章 海洋科学技术：蔚蓝色的诱惑 204

第一节 海洋：人类未来的希望 204

第二节 海洋牧场化技术：蓝色革命 205

第三节 海水淡化技术：摄取海洋甘泉 207

一、蒸馏法 207

二、电渗析法 208

三、反渗透法 208

第四节 海洋矿产开发技术：探寻海底宝藏 209

一、海洋石油、天然气的勘探与开采 209

二、大洋锰结核的调查与开采 210

第十六章 环境科学技术：在困境中重建家园 212

第一节 重建的尝试：从认识污染到治理污染 212

第二节 可持续发展：社会发展的必由之路 216

第十七章 能源科学技术：国民经济的动力 219

第一节 能源与人类社会：生存的依托 219

第二节 能源矿产利用新技术：人类生活的福音 220

第三节 核能利用技术：改造自然新阶段 222

第四节 新能源利用技术：智慧的结晶 223

一、太阳能 223

二、生物质能 225

一、余热回收利用技术 226

第五节 节约能源的新技术：珍惜资源，保护环境 226

二、高效低污染工业锅炉 227

三、电子控制节电技术 227

四、高效加热技术 227

第十八章 材料科学技术：人类文明大厦的基石 228

第一节 材料：人类社会进化的里程碑 228

第二节 新型金属材料：灿烂的合金 229

一、技压群雄的非晶态金属合金 229

二、永不忘本的形状记忆合金 230

第三节 不断发展中的陶瓷材料：神奇的性能 232

三、刚柔相济的超塑性合金 232

第四节 新型高分子材料：国计民生之必需 234

一、高分子分离膜 234

二、高分子磁性材料 235

三、光功能高分子材料 235

第十九章 信息科学技术：对明日的挑战 238

第一节 信息和信息系统：人类文明的源泉 238

第二节 信息科学技术：通向信息时代的桥梁 240

第三节 信息科学技术的应用：人类将在信息的海洋中遨游 242

第二十章 计算机科学技术：跨世纪的通行证 246

第一节 计算机系统：人类智能的结晶 246

一、计算机构造 246

二、计算机硬件 247

三、计算机软件 248

四、计算机工作原理 249

第二节 计算机科学技术：电脑网络化和智能化 249

第三节 计算机的应用：人们将生活在电脑时代 250

第一节 自动化设备的尖端：机器人 253

第二十一章 自动化科学技术：智能与技巧的杰作 253

第二节 战争之神：C3I综合自动化系统 255

第三节 家庭自动化的经典：智能住宅 256

第四节 各种类型的机器人：科技发展新曙光 258

第二十三章 制造科学技术：高技术发展的基础 260

第二十二章 通信科学技术：通往信息社会的高速公路 260

第一节 电信系统简介：初识通信技术 260

第二节 电话网：人们生活的必需品 261

第三节 综合业务数字通信网：综合通信的媒体 262

第四节 光纤通信技术的发展：远距离大容量通信的主角 264

第五节 INTERNET的迅猛发展：漫游信息世界 265

一、INTERNET的由来与发展 265

二、INTERNET在中国 266

三、INTERNET的应用 266

第六节 移动通信、卫星通信、个人通信：跨越时空的“勇士” 267

第一节 先进制造技术正向我们走来：崭新的系统工程 269

第二节 领先一步的法宝：现代设计理论与方法 271

第三节 巧夺天工：先进的制造工艺 273

第四节 一只神奇的手：综合自动化 274

第五节 灵活应变，快速反应：敏捷制造技术 275

第一节 汽车：地面运输日新月异 277

第二十四章 运输科学技术：缩小空间的距离 277

第二节 火车：中距离优先选择的交通工具 280

第三节 飞机：人类翱翔蓝天 282

第二十五章 空间科学技术：通向太空的天梯 285

第一节 空间科学技术的发展史：从“万户”飞天的失败到V-2火箭的成功 285

第二节 当代空间科学技术的成就：揭开太空神秘的面纱 288

一、“阿波罗”登月计划 288

三、探索火星之谜 289

二、航天飞机计划 289

第三章 空间科学技术的应用：迷人的前景 290

一、发展空间产业 290

二、人类探索宇宙的眼睛--“哈勃”太空望远镜 291

三、我国空间技术的现状 292

第二十六章 核科学技术：从毁灭者到福音使者 295

第一节 受控核聚变技术：让恶魔变成天使 295

一、实现受控核聚变的“直通车”--磁约束热核聚变技术 296

二、微型“氢弹”--惯性约束核聚变 298

第二节 核成像技术：打开黑箱的钥匙 300

第三节 核元素分析技术：从大海中把针捞起来 302

第二十七章 纳米科学技术：叩响新世纪之门 305

第一节 纳米材料：未来世界之砖 305

第二节 纳米电子学：未来世界之骄子 307

第三节 纳米生物学：小的是美好的 309

第二十八章 激光科学技术：新世纪之光 311

第一节 激光：一项应用性很强的技术 311

第二节 激光加工技术：奇妙的光束 312

一、信息容量大 314

第四节 激光通信技术：神奇的信息载体 314

第三节 激光存储技术：大有可为的新兴信息产业 314

二、通信质量高 315

三、保密性能好 315

四、原料足，价格低 315

第五节 激光医学：一门崭新的应用学科 316

一、激光在外科的应用 316

二、激光在眼科的应用 317

三、激光治疗肿瘤 317

一、中药材的来源得以拓展 319

第二十九章 医药科学技术：健康的卫士 319

第一节 传统药物：古树发新芽 319

二、中药材的贮藏得到加强 320

三、中药炮制的方式彻底改变 320

四、中成药的生产走向现代化 320

第二节 化学合成药物：现代医学的基石 321

第三节 基因工程药品：医药产业的新天地 322

第三十章 化学科学技术：老树再开新花 326

第一节 量子化学：理论化学的终结者 326

第二节 材料化学：未来的拓路者 327

第三节 生物化学：揭开生命的奥秘 330

第四节 等离子体化学：第四种物质形态的化学 331

第三十一章 生物科学技术：未来世界竞争的主战场 333

第一节 生物工程：21世纪高科技的佼佼者 333

第二节 基因工程：为人类开拓美好前景 334

第三节 细胞工程：打破了远缘生物不能杂交的屏障 335

第四节 酶工程：酶学理论与化工技术结合的新技术 338

第五节 发酵工程：一项应用广泛的生物科学技术 338

第六节 克隆技术：一项震撼世界的生物工程技术 339

第三十二章 农业科学技术：绿色的呼唤 341

第一节 农业：最古老而又最基础的产业 341

第二节 “绿色革命”：为人类造福的生产技术改革 342

一、“绿色革命”已取得的成就 342

二、“绿色革命”的新使命 343

三、中国在“绿色革命”中的先锋作用 343

第三节“持续农业”：经济、社会、技术与环境协调发展的农业 344

一、“白色农业”的出现 345

第四节 农业发展的广阔前景：高科技对农业的渗透 345

二、农业技术的必经历程--农业机械化 346

第五节 现代农业技术剪辑：高科技在农业中的应用 346

一、日本的“空中菜园” 346

二、德国的“电子医生” 347

三、电脑里的“虚拟农场” 347

第三十三章 科学技术与可持续发展：让科技染上绿色 348

第一节 应用与发展科学技术应持负责和慎重态度 348

第二节 科学技术为环保服务 350

第三节 科学技术为可持续发展服务 352