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目录 1

1．前言 1

2．论题 3

3．物理学是基础研究 11

3.1 天体物理和宇宙学，基本粒子和原子核——空间和时间、能量和物质的基本结构 13

3.1.1 天体物理和宇宙学 13

3.1.2 粒子物理 23

3.1.3 原子核——物质的构成单元，恒星的燃料 34

3.2 原子、分子、量子光学和等离子体——光与物质的相互作用 46

3.2.1 量子世界一瞥 46

3.2.2 快、更快、最快——超短激光脉冲 54

3.2.3 从微结构制备新材料 60

3.2.4 等离子体——物质的第四种状态 65

3.3 凝聚态物质——从基础研究到未来的技术 69

3.3.1 半导体 69

3.3.2 凝聚态物质中的奇异电子态 75

3.3.3 超导性 80

3.3.4 磁性——与新技术相关的古老现象 84

3.3.5 表面 91

3.3.6 纳米结构 100

3.3.7 软物质 107

3.3.8 有机半导体 115

3.4 自组织和结构的形成——普适的原理 121

3.4.1 热力学：一个普适的理论 122

3.4.2 流动的晶体，固态液体 122

3.4.3 形变：相变 122

3.4.4 临界现象 123

3.4.5 普适性和标度不变性 124

3.4.6 好！现在让铸造开始……（席勒的《钟之歌》） 125

3.4.7 成长和成熟 126

3.4.8 分形世界 127

3.4.9 沙子的轨迹：颗粒动力学 128

3.4.10 流动，向前流动，不断地伸展（歌德的《魔术师的学徒》） 129

3.4.11 决定性混沌：混乱中的方法 130

3.4.12 生存的结构和生命的结构 132

3.5 物理学和生物学——生命的物质结构及基本过程 133

3.5.1 物理学和生物学——历史上的姐妹 133

3.5.2 生物材料的魔力——自组织在复杂结构中产生有序性 134

3.5.3 结构的阐明——从原子到毫米尺度 136

3.5.4 从单分子到系综：一座连接生物信息学和物理学的桥梁 137

3.5.5 生物纳米机器 139

3.5.6 展望 142

3.6.1 地球——一个热机 145

3.6 物理学和“地球系统”——地震、海洋、气候和环境 145

3.6.2 地震学——地球内部的窗口 146

3.6.3 测量地球的人造卫星 147

3.6.4 地球磁场 149

3.6.5 地球科学和固体物理——成功的一对 150

3.6.6 气候 151

3.6.7 地球，我们的生存环境 154

3.7 物理学与数学——自然之书用数学的语言写成 157

4．物理学是为工业和技术进行的研究 161

4.1 汽车中的物理学 163

4.2 医学中的物理学 171

4.3 能源技术中的物理学 174

4.3.1 我们的能源 174

4.3.2 光伏效应——来自太阳的电能 175

4.3.3 高温超导体——使电能没有损失（见3.3.3） 178

4.3.4 聚变：地球上的受控太阳燃烧 182

4.4 半导体技术中的物理学 187

5．物理学是人类文化的一部分，是技术的基础 197

6．物理教育 201

6.1 中小学中的物理学 201

6.2.2 物理学位 205

6.2.1 必备条件和新学生数量 205

6.2 德国大学的物理教育 205

6.2.3 中学教师第一次国家考试与相关的大学物理课程 207

6.2.4 学士／硕士课程 209

6.2.5 博士学位 210

6.2.6 物理学研究中的女性 212

7．物理学者的工作岗位和工作方式 213

7.1 物理学工作者的职业领域 213

7.2.1 交叉学科，专业领域，合作 217

7.2.2 大学 217

7.2 物理研究单位（大学，政府研究机构，工业界） 217

7.2.3 政府研究机构 218

7.2.4 工业 221

7.3 物理研究需要大规模的设备 223

7.4 物理学的国际性 226

8．作者与合作者 229

9．编委会：要求，成员和运作方式 233

附录1：与物理专业学位课程相关的典型课程时间表 235

附录2：2000/2001学年德国物理专业情况统计 238

附录3：英国妇女在物理学领域从事学习或教学的比例（百分比） 239

译后记 240