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第一部分 物质和宇宙 13

第1章 宇宙学 13

1.1引言 13

1.2热大爆炸宇宙学 15

1.2.1宇宙的膨胀 18

1.2.2宇宙的均匀与各向同性 20

1.2.3宇宙微波背景辐射 22

1.2.4轻元素丰度 25

1.3宇宙学的现代进展 26

1.3.1暗物质 26

1.3.2暗能量 29

1.3.3暴胀 31

1.4再电离后的宇宙 32

1.4.1宇宙再电离历史 32

1.4.2星系的形成和演化 33

1.4.3活动星系核 34

1.4.4 γ射线暴 34

1.5宇宙学的未来 35

1.5.1探测暗物质 35

1.5.2暗能量与基础物理学的联系 36

1.5.3暴胀与基础物理学的联系 37

1.5.4弦宇宙学 38

1.5.5新的观测工具 38

1.6总结 40

进一步阅读 40

作者简介 41

第2章 引力 42

2.1引力的吸引作用 42

2.2引力的一些奇特的性质 42

2.3广义相对论和弯曲时空 43

2.4弱引力和实验检验 45

2.5引力辐射和脉冲双星 48

2.6强引力、中子星和黑洞 51

2.7引力和宇宙、暗物质和暗能量 54

2.8引力和早期宇宙 58

2.9引力和量子论、普朗克尺度 60

2.10黑洞和量子理论 62

2.11为一无所有费尽心机、宇宙学常数 64

2.12量子引力理论 66

2.13现在来讨论关于时空的一些完全不同的东西 68

进一步阅读 71

作者简介 72

第3章 新天文学 73

3.1引言 73

3.2观测天文学进展 73

3.3宇宙演化的标准模型 77

3.4恒星演化的标准理论 78

3.5天体物理学的研究前沿 85

3.5.1脉冲星和反常脉冲星 85

3.5.2微类星体 86

3.5.3 γ射线暴 86

3.5.4吸积盘和喷射流 87

3.5.5宇宙加速器 87

3.6超出标准模型的物理学 88

3.7遥远行星和天体生物学 88

3.8结束语 89

进一步阅读 89

作者简介 90

第4章 粒子及其标准模型 91

4.1粒子物理学的由来 91

4.2标准模型 95

4.2.1强相互作用 98

4.2.2弱作用和电磁相互作用 99

4.2.3隐藏的电弱对称性 101

4.3充满发现的过去十年 102

4.4重大问题 105

4.4.1基元性 105

4.4.2对称性 105

4.4.3统一 106

4.4.4本体证认 106

4.4.5地形学 106

4.5希格斯玻色子 106

4.6统一理论 109

4.7质量的起源 111

4.8中微子振荡 113

4.9超对称性 116

4.10引力和粒子物理学 118

4.11粒子物理学的新工具 121

4.12改变观念 122

4.13我们面前的路 123

进一步阅读 124

作者简介 125

第5章 超弦理论 126

5.1引言 126

5.2点粒子引起的问题 126

5.3狭义相对论、量子理论和标准模型 128

5.4引力、时空和量子理论 132

5.5弦论——前驱者和早期发展 133

5.6统一各种力的弦论 135

5.6.1弦之间的相互作用 137

5.7超越朴素的微扰近似 141

5.8弦构成的宇宙 143

5.8.1 3膜上的物理 143

5.8.2黑洞的量子性质 144

5.8.3全息宇宙 144

5.8.4宇宙学和弦论 145

5.9前景 146

进一步阅读 147

作者简介 147

第二部分 量子物质 151

第6章 用光子操控原子 151

6.1引言 151

6.2原子内态的操控 152

6.2.1原子和光子的角动量 152

6.2.2光抽运 153

6.2.3光展宽和光移 154

6.3电磁力和陷俘 155

6.3.1带电粒子的陷俘 156

6.3.2磁偶极力 157

6.3.3电偶极力 158

6.3.4辐射压力 161

6.4原子的冷却 163

6.4.1多普勒冷却 163

6.4.2 Sisyphus冷却 164

6.4.3亚反冲冷却 166

6.5超冷原子的应用 168

6.5.1原子钟 169

6.5.2原子光学和原子干涉学 170

6.5.3 Ramsey-Borde干涉仪 171

66结束语 173

进一步阅读 173

作者简介 174

第7章 超冷原子的量子世界 175

7.1引言 175

7.2什么是“温度”？ 175

7.3激光冷却 178

7.4磁陷俘 180

7.5蒸发冷却 183

7.6量子效应 184

7.6.1玻色-爱因斯坦凝聚 187

7.6.2原子凝射器 188

7.7驻波光场对原子的衍射和布拉格干涉仪 190

7.7.1原子的布拉格衍射 190

7.8非线性原子光学——四波混频 193

7.9超冷原子之间的可控碰撞 194

7.10费米简并 196

7.11结论 199

进一步阅读 199

作者简介 200

第8章 超流体 201

8.1什么是超流？ 201

8.2量子液体 201

8.3液体氦-4 203

8.4超导电性 210

8.5液体氦-3：一种各向异性超流体 215

8.6非常规的超导体 220

8.7有关历史的后记 224

进一步阅读 228

作者简介 229

第9章 量子相变 230

9.1引言 230

9.2实验室中相互作用的量子比特 231

9.3压缩玻色-爱因斯坦凝聚体 238

9.4铜基氧化物超导体 244

9.5结论 254

进一步阅读 254

作者简介 254

第三部分 运作中的量子 259

第10章 实质性的量子纠缠 259

10.1这一切是怎么开始的 259

10.2纠缠的物理学 260

10.3纠缠和信息 265

10.4量子远程传态 266

10.5基于纠缠的量子加密术 267

10.6展望 268

进一步阅读 269

作者简介 270

第11章 量子、密码和计算机 271

11.1简介 271

11.2从比特到量子比特 273

11.3量子纠缠 275

11.4量子布尔网络及其复杂性 276

11.5量子算法 278

11.5.1 Shor算法 278

11.5.2 Grover算法 279

11.6建造量子计算机 280

11.7安全通信的技艺 282

11.8量子密钥分发 284

11.9结束语 286

进一步阅读 287

作者简介 287

第12章 小尺寸结构与“纳米科学” 288

12.1引言 288

12.2介观物理学与纳米物理学，工具与能力 291

12.3电导量子化 295

12.4 Aharonov-Bohm电导振荡 297

12.5环和圆筒中的持续流 299

12.6库仑堵塞 300

12.7退相干——量子干涉的退相 302

12.8纳米体系的例子 305

12.9结论 307

进一步阅读 309

作者简介 309

第四部分 计算物理学 313

第13章 混沌系统的物理学 313

13.1引论 313

13.2不稳定性：奇异吸引子 316

13.3奇异吸引子的刻画 320

13.3.1用观测时间序列进行预测 324

13.4混沌振子的同步；混沌通信 327

13.4.1混沌的控制 332

13.5简单物理系统中的混沌：展望 335

进一步阅读 336

作者简介 336

第14章 复杂系统 337

14.1引言 337

14.2改变描述的层次 339

14.3宏观结构的出现 340

14.4一个范例：复数金兹堡-朗道方程 341

14.5连接微观世界和宏观世界 344

14.6湍流 350

14.7自组织临界性 352

14.8颗粒介质 357

14.9玻璃态行为 360

14.10计算方法 364

14.11脑中的信息处理 367

14.12展望 369

进一步阅读 370

作者简介 371

第15章 合作式物理学、e科学、网格——实现利克里德的梦想 372

15.1引言 372

15.1.1 e科学与利克里德 372

15.1.2计算机基础设施、e基础设施和网格 374

15.1.3本章概述 375

15.2合作式物理学项目 376

15.2.1粒子物理学 376

15.2.2实验粒子物理学：LHC计算网格 378

15.2.3理论粒子物理学：QCDGrid 381

15.2.4天文学：国际虚拟天文台 382

15.2.5天体物理学与宇宙学 384

15.2.6聚变物理学 385

15.2.7凝聚态物理学 386

15.2.8原子物理学 388

15.2.9闲置周期利用模式的各种应用 389

15.3 e基础设施和网格 391

15.3.1用户要求 391

15.3.2历史 391

15.3.3分布式计算与Web服务 392

15.3.4其他用户问题 396

15.3.5网格管理 397

15.4工业与商业网格 398

15.4.1工程应用 398

15.4.2应对灾难 399

15.4.3健康网格 400

15.4.4虚拟组织 400

15.5结论 401

进一步阅读 402

作者简介 403

第五部分 行动中的科学 407

第16章 生物物理学与生物分子材料 407

16.1引言 407

16.2膜 410

16.2.1具有大弯曲刚度的液体膜间的相互作用 412

16.2.2柔性液体膜间的Helfrich振荡相互作用 413

16.2.3柔性流体分层膜的X射线同步散射揭示了Helfrich振荡相互作用的存在 414

16.3 DNA-膜络合物 418

16.3.1正离子脂质体-DNA络合物的分层LCα相 419

16.3.2反荷离子释放驱动DNA-膜络合物的自组装 424

16.3.3 CL-DNA络合物的过量荷电；与活体DNA-组蛋白络合物的相似 424

16.3.4 CL-DNA络合物的反六角HCⅡ相 427

16.3.5 CL-DNA络合物的结构与基因递送之间的关系 428

16.3.6 二维空间的DNA 430

16.4多层洋葱相 433

16.5囊质体-膜泡内的脂质体 434

16.6蛋白质的活体组装 436

16.7未来的研究方向 441

进一步阅读 445

作者简介 445

第17章 医学物理学 447

17.1前言 447

17.2放射诊断学的未来——低剂量与对比度的较量 448

17.3放射治疗——从钴弹到重离子 452

17.4核医学——趋势和展望 458

17.5核磁共振成像——视野进入体内 465

17.6生物电和生物磁的测量——追踪运动和情绪 474

17.7超声和激光的医学应用 477

17.8脑部研究——一个综合应用 479

进一步阅读 483

作者简介 483

第18章 材料物理学 485

18.1引言 485

18.2杂质和掺杂 486

18.3同位素 490

18.4太阳能（光伏）电池 492

18.5液晶和平板显示器 495

18.6光导纤维 499

18.7磁存储器 502

18.8金刚石，富勒碳球和纳米管 506

进一步阅读 508

作者简介 508

第19章 物理学与社会 510

19.1引言 510

19.2社会对物理学的影响 510

19.3物理学带给社会的副产品 513

19.4知识 514

19.5技术 516

19.6方法 521

19.7人才 523

19.8从基础研究到技术转让的途径 527

19.9对水晶球的大胆窥探 528

19.10物理学的社会形象 530

19.11展望 533

进一步阅读 534

作者简介 535

全书参考文献 536

汉英对照索引 542

译后记 567