第1部分 物质与化学 11
第1章 物质的结构 11
1．1 人与物质：经历了几千年的一种关系 11
1．2 原子 15
1．3 分子 20
1．4 量子力学 22
1．5 化学键 25
1．6 化学反应 27
1．7 物质的状态 29
第2章 化学动力学 31
2．1 对物质的宏观与微观认识 31
2．3 化学反应速率的定义 33
2．2 化学动力学 33
2．4 化学反应速率的实验测量 34
2．5 反应的级数 36
2．6 元反应 37
2．6．1 单分子反应 37
2．6．2 双分子反应 38
2．6．3 三分子反应 38
2．7 可逆反应 39
2．8 速率常数的测定 41
2．9 化学反应机制的测定 42
2．10 各种不同物质浓度的数学计算 45
2．11 催化剂 47
3．1 为什么要谈热力学 49
第3章 平衡热力学 49
3．2 火的科学 51
3．3 一个热力学系统：各种定义 53
3．4 平衡热力学 55
3．5 零号定律及温度的概念 57
3．6 热力学第一定律 59
3．6．1 内能的测定 61
3．6．2 内能函数 62
3．7 热力学第二定律 64
3．7．1 可逆过程 64
3．7．2 不可逆过程 65
3．7．3 第二定律的诞生 67
3．7．4 理想气体的熵 71
3．7．5 熵变化的方向 72
3．7．6 为什么一杯热咖啡会变冷 74
3．8 热力学第三定律 74
3．9 如何运用热力学的形式体系 75
3．10 热力学形式体系的推广 76
3．10．1 组成成分是一个新变量 77
3．10．2 开放系统 78
3．10．3 其他热力学势 79
3．10．4 热力学势的物理学解释 81
3．10．5 摩尔量 82
3．11 化学热力学 84
3．11．1 一个化学反应的亲和势 84
3．11．2 亲和势与一个化学反应的进行 87
3．11．3 为什么香味四溢 88
3．11．4 平衡常数与反应热 90
3．12 平衡热力学的范围 92
第4章 非平衡热力学 95
4．1 引言 95
4．2 不可逆过程 96
4．3 一个非平衡系统的熵 97
4．4 熵产生 99
4．4．1 守恒量随时间的变化 100
4．4．2 局域内能随时间的变化 102
4．4．3 局域熵随时间的变化 102
4．5 不可逆过程的线性热力学 106
4．6 昂萨格倒易关系 109
4．7 热扩散 111
4．8 居里一普里戈金对称性定律 116
4．9 扩散 118
4．10 不连续系统：热透析 119
4．11 生物膜 124
4．12 热力学的不同范围 127
第5章 演化判据 129
5．1 引言 129
5．2 平衡态的演化判据 130
5．2．1 神秘之舟的不可能性 130
5．2．2 现实之舟 132
5．3 非平衡系统演化判据——线性范围 134
5．3．1 最小熵产生定理 135
5．4 远离平衡的定态的演化判据 136
第6章 稳定性的判据 141
6．1 引言 141
6．2 平衡态的稳定性 142
6．3 定态的稳定性——线性范围 145
6．4 定态的稳定性——非线性范围 147
6．5 贝纳德或对流不稳性 153
6．6 泰勒不稳性 156
6．7 一个化学反应的不稳定性 156
6．8 有序与熵 160
第1部分结论 165
第2部分 引言 169
第2部分 一门新的化学 169
第7章 新化学的诞生 171
7．1 引言 171
7．2 化学振荡 172
7．3 热动力学振荡 173
7．4 猎物-捕食者群体中的振荡 176
7．5 对振荡性态的一种数学研究方法 177
7．6 活的有机体中的周期行为与空间有序 178
7．7 来自热力学的贡献 180
7．8 流体中的有组织花样 181
7．9 耗散结构的概念 181
第8章 伯洛乌索夫-扎波廷斯基反应 187
8．1 一只化学钟 187
8．2 化学钟是怎样起作用的 189
8．3 化学信息的传播 193
8．4 一支试管里的带纹 197
8．5 分左右手的化学 200
8．6 混沌行为 203
8．7 一个有记忆的化学反应 205
8．8 一个会表演更多戏法的化学反应 206
第9章 新化学的一种数学研究 209
9．1 引言 209
9．2 BZ反应的模型之一：俄勒冈模型 210
9．3 布鲁塞尔器 212
9．3．1 充分搅拌的反应器 212
9．3．2 无搅拌的布鲁塞尔器 215
9．4 分枝理论 218
9．5 再论稳定性概念 220
9．5．1 充分搅拌反应中的线性稳定性分析 220
9．5．2 扩散存在时的稳定性分析 224
9．6 相平面分析 225
9．6．1 一个摆的运动 227
9．6．2 相反的问题 230
9．6．3 相平面的性质 230
9．6．4 稳定性分析 231
9．7 布鲁塞尔器的相平面分析 232
9．7．1 两个根都是实数 233
9．7．2 两根相等 235
9．7．3 根是共轭复数 236
9．7．4 布鲁塞尔模型的分枝点 238
9．8 在不稳定点之外的情形 242
9．8．1 布鲁塞尔器是一只化学钟 243
9．8．2 布鲁塞尔器中的浓度波 246
9．8．3 空间花样的自发出现 250
9．8．4 布鲁塞尔器中的混沌 252
9．9 一个简单的带记忆的模型 254
9．10 次级分枝 258
第2部分结论 261
第3部分 生命系统中的自组织与相干性 265
第3部分 引言 265
第10章 生命的起源 271
10．1 引言 271
10．2 生命的先锋分子 274
10．2．1 蛋白质 275
10．2．2 核酸 276
10．3 第一个生物分子的降临 280
10．3．1 氨基酸的生命前合成 281
10．3．2 核苷酸片段的实验室合成 282
10．4 物理化学定律创造核酸与蛋白质 283
10．5 耗散结构与生物大分子群体的增长 285
10．6 第一个生命实体的史前史：分子进化 288
10．6．1 分子选择 288
10．6．2 超循环 292
10．6．3 分室化 294
11．1 引言 297
第11章 细胞水平上的自组织 297
11．2 细胞的概念 298
11．3 酶或生物学催化剂 300
11．4 生物学能量的贮存单位：ATP 305
11．5 糖酵解途径 307
11．6 糖酵解途径是一只生物钟 309
11．6．1 振荡行为的分子基础 310
11．6．2 糖酵解振荡的别构模型 312
11．7 细菌里的记忆效应 316
11．7．1 合成蛋白质的机构 317
11．7．2 大肠杆菌怎样对付环境约束 320
11．7．3 酶诱导的分子基础 321
11．7．4 诱导过程有一种记忆力 323
第12章 细胞通讯 327
12．1 膜结构与细胞间通讯 327
12．2 细胞膜 328
12．2．1 膜的结构 328
12．2．2 泵 331
12．2．3 通道 331
12．2．4 受体活化 331
12．2．5 洞隙连接 333
12．3 粘菌的聚集 333
12．3．1 实验事实 335
12．3．2 cAMP信号系统的分子基础 338
13．1 引言 345
第13章 生物体的发育 345
13．1．1 分化 346
13．1．2 模式形成 346
13．1．3 形态建成 346
13．2 胚胎的发育 348
13．3 关于发育过程的描述性理论 350
13．3．1 镶嵌理论 350
13．3．2 参考点理论 350
13．3．3 非指令性理论 351
13．4 位置信息的概念 352
13．5 多细胞系统中极性的自发生成 353
13．5．1 离散模型 354
13．5．2 连续模型 358
13．6 形态建成理论的范围和局限性 363
13．7 模式调节 367
第14章 多重单位系统中的自组织 371
14．1 引言 371
14．2 多重单位系统中的自组织 372
14．3 脑的生理学 377
14．3．1 脑的结构 377
14．3．2 神经元 378
14．3．3 细胞电性质 381
14．3．4 突触 384
14．4 癫痫发作的神经网络模型 387
第3部分结论 397
参考文献 401