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第1章 经典力学与混沌 1

1.1 绝对时空观 1

1.1.1 时间与空间 1

1.1.2 参照系与惯性系 2

1.2 万有引力定律 3

1.2.1 开普勒行星运动三定律的发现 4

1.2.2 落体运动定律——重力的发现 5

1.2.3 万有引力定律的发现 6

1.2.4 伽利略的科学思想方法 9

1.2.5 开普勒的科学思想方法 10

1.3 经典力学 11

1.3.1 牛顿运动定律 13

1.3.2 伽利略相对性原理与伽利略变换 14

1.3.3 牛顿绝对时空概念的局限和惯性的起源 16

1.3.4 关于运动量度的争论 18

1.3.5 牛顿的科学思想方法 22

1.4 守恒律 24

1.4.1 动量守恒与火箭 24

1.4.2 机械能守恒与宇宙速度 27

1.4.3 角动量守恒与航天器的运动 28

1.4.4 航天简史 28

1.4.5 地外生命探索 39

1.4.6 守恒律与对称性 40

1.5 混沌 43

1.5.1 混沌现象 43

1.5.2 吸引子 46

习题 49

第2章 电磁学与电磁波 50

2.1 电磁学发展简史 50

2.2 静电学与静磁学 54

2.2.1 静电学 55

2.2.2 静磁学 56

2.3 电磁感应定律 57

2.3.1 电磁感应定律的建立 57

2.3.2 电磁场理论 62

2.3.3 近距作用与超距作用之争 64

2.3.4 法拉第的科学思想方法 67

2.3.5 麦克斯韦的科学思想方法 71

2.4 电磁波应用 73

2.4.1 电报的发明与现代通信 73

2.4.2 广播与电视 84

2.4.3 微波应用 87

2.4.4 遥感技术 89

2.4.5 无线电导航 91

2.4.6 电子对抗 94

习题 97

第3章 光学与光电信息技术 99

3.1 几何光学 101

3.2 波动光学 102

3.2.1 光的干涉 102

3.2.2 光的衍射 105

3.2.3 光的偏振 107

3.3 光电信息技术 109

3.3.1 光学信息处理 109

3.3.2 光学存储技术 115

3.3.3 光纤通信技术 125

3.3.4 光电显示技术 134

习题 142

第4章 热学与熵 143

4.1 热力学第零定律与热平衡 143

4.2 热力学第一定律与能量守恒定律 145

4.2.1 热力学第一定律 145

4.2.2 热动说与热质说之争 147

4.2.3 能量转化与守恒定律的获得 152

4.3 热力学第二定律与熵 155

4.3.1 热力学第二定律 155

4.3.2 永动机 157

4.3.3 熵与信息 159

4.3.4 熵与生命 161

4.3.5 熵与社会、经济和管理 162

4.4 热力学第三定律与绝对零度 164

4.4.1 热力学第三定律 164

4.4.2 低温物理与低温技术 166

4.4.3 超导技术 168

4.5 分子运动论与布朗运动 171

4.5.1 分子运动论 171

4.5.2 布朗运动与分形 172

4.5.3 布朗运动与股票、期权 173

习题 175

第5章 相对论与宇宙观 176

5.1 狭义相对论 176

5.1.1 “以太”零漂移 176

5.1.2 狭义相对论的创立 177

5.1.3 狭义相对论创立的意义和历史地位 181

5.1.4 爱因斯坦相对论思想发展的线索 182

5.2 广义相对论 186

5.2.1 广义相对论的诞生 186

5.2.2 广义相对论的实验验证 187

5.2.3 爱因斯坦的科学思想方法 190

5.3 现代宇宙观 192

5.3.1 哥白尼“太阳中心说”的建立 192

5.3.2 相对论天体物理 196

5.3.3 相对论宇宙学 202

5.3.4 标准宇宙模型与现代宇宙观 205

习题 214

第6章 量子论与物质观 215

6.1 19世纪末物理学的三大发现 215

6.1.1 奇妙的阴极射线 215

6.1.2 19世纪末物理学界的三大发现 216

6.1.3 三大发现打开了通往微观世界的大门 221

6.1.4 围绕电子的一场论战 223

6.2 量子论和量子力学的诞生 226

6.2.1 热辐射与“紫外灾难” 227

6.2.2 普朗克的量子论 228

6.2.3 光的粒子性 230

6.2.4 玻尔的量子理论 232

6.2.5 波粒二象性 234

6.2.6 量子力学简介 235

6.2.7 光的微粒说与波动说的争论 240

6.2.8 玻尔与爱因斯坦的争论 245

6.2.9 薛定谔猫佯谬 251

6.2.10 普朗克的物理思想 253

6.2.11 玻尔与互补性的美学意义 254

6.2.12 薛定谔的科学美学思想 258

6.2.13 海森堡的科学美学思想 261

6.2.14 狄拉克的科学美学思想 268

6.3 激光 275

6.3.1 发展简史 276

6.3.2 产生激光的基本原理 276

6.3.3 激光的特点 277

6.3.4 激光的应用 278

6.4 核物理与核技术 281

6.4.1 核物理简介 281

6.4.2 核技术应用 284

6.4.3 核裂变与核聚变 290

6.4.4 核磁共振 302

6.5 粒子物理学与粒子标准模型 305

6.5.1 粒子物理学简介 305

6.5.2 粒子标准模型 312

6.5.3 杨振宁、李政道和吴健雄对宇称美的研究 313

6.5.4 丁肇中和J粒子的科学美学价值 318

6.5.5 层子模型中的科学美学思想 321

6.5.6 现代物质观 322

6.6 纳米技术 323

6.6.1 纳米科技的基本概念和内涵 323

6.6.2 纳米技术研究的对象和发展的历史 325

6.6.3 纳米材料与其它学科的交叉、渗透 329

6.6.4 纳米材料在高科技中的地位 330

6.6.5 纳米结构和纳米材料的应用 330

习题 344

第7章 物理学与美 345

7.1 经典力学的简单与和谐美 345

7.1.1 一座新宇宙体系的华美宫殿 345

7.1.2 用乐谱写成的“行星协奏曲” 346

7.1.3 数学美与实验美合一的伽利略体系 348

7.1.4 经典物理学的美学珍品——牛顿力学 349

7.2 热力学理论体系的美学因素 351

7.2.1 热能的转化与守恒美 351

7.2.2 “卡诺热机”与“卡诺循环”的理想实验美 351

7.2.3 因果律与统计规律并协互补美 352

7.2.4 热力学理论体系的逻辑结构美 353

7.3 完美雅致的经典电磁学理论 353

7.3.1 各种自然力的统一与和谐美 353

7.3.2 完美的数学归纳——麦氏方程组 354

7.4 相对论与美 356

7.4.1 狭义相对论的美学标志 357

7.4.2 科学的艺术珍宝——广义相对论 359

7.5 原子王国中的美学追求 363

7.5.1 绝顶奇异美的普朗克能量子 363

7.5.2 波粒并协互补美的光量子论 364

7.5.3 大宇宙与原子行星模型匹配美 364

7.5.4 神奇美妙的玻尔氢原子世界 365

7.6 量子力学的美学评价 366

7.6.1 海森堡矩阵力学的和谐与简朴美 366

7.6.2 薛定谔方程美的光辉 368

7.6.3 形式优美的狄拉克系列方程 370

7.7 统一场论的美学观 372

7.7.1 爱因斯坦的统一场论假说 372

7.7.2 杨—密尔斯规范场理论的审美价值 373

7.7.3 弱电统一与规范统一场论新探索 374

7.8 混沌之美 378

7.8.1 从一滴水中见太阳 378

7.8.2 分数维形态 384

7.8.3 混沌的图像 388

习题 393

参考资料 394