第一部分向内看 3
第一章 对物质认识的开拓 3
1.1 大宇宙与小宇宙 3
1.2 古代的原子论 11
1.3 近代科学的萌芽 16
1.4 光是粒子还是波？ 20
1.5 化学家从困惑到周期律发现 25
1.6 跨过以太的波——电磁理论 28
第二章 粒子物理的曙光 33
2.1 能透视的辐射——X射线的发现 33
2.2 打开了新窗户——放射性 36
2.3 第一个亚原子粒子——电子的发现 38
2.4 是光线患了神经分裂症吗？——普朗克的能量子和光电效应 42
2.5 发现原子核——卢瑟福实验 45
2.6 玻尔的原子模型——量子跃迁 48
2.7 不确定性的奇妙世界——测不准的模糊世界 52
2.8 打碎原子的第一个武器——高压倍加器 56
2.9 核内隐藏的力——质子、中子与结合能 59
第三章 走进夸克世界 66
3.1 从太空来的宇宙射线粒子——正电子、π介子、μ子 66
3.2 我们世界中的镜像——狄拉克正反世界和正电子的发现 71
3.3 难道是“无事空忙”吗？——第一个精灵电子中微子 77
3.4 核内核子的强作用胶合力和弱作用力 81
3.5 从“儿童旋转木马”——第一个回旋加速器到多个世界高能物理研究中心 85
3.6 从奇异粒子家族到粒子王国——K介子及其他 96
3.7 第二个精灵——μ中微子的发现 100
3.8 在夸克海中探险——物质更深层次的夸克模型 103
3.9 猎到了夸克——核子深度非弹性散射实验和τ轻子的发现 107
第四章 力的统一和标准模型的确立 114
4.1 爱因斯坦的终极梦想——统一场论 114
4.2 微观世界的对称性和宇称守恒与不守恒 117
4.3 一个大气泡室内的精灵——弱作用中性流被证实 123
4.4 粲夸克的发现及其家族 128
4.5 粲粒子家族的研究中心——北京正负电子对撞机和北京谱仪 132
4.6 夸克被“囚禁”——夸克之间的色力和三喷注 138
4.7 电弱作用统一与发现中间玻色子W和Z 144
4.8 b夸克与t夸克以及第三个精灵——τ中微子的发现 150
4.9 标准模型和基本粒子家族 161
第五章 近年来的大型粒子物理实验和理论的进展 166
5.1 从CERN的SPS到LEP和LHC 166
5.2 看到“看不见的粒子”的艺术——粒子探测器 171
5.3 LEP上的大型实验 185
5.4 “上帝粒子”——希格斯粒子的发现和LHC上的四个大型国际合作实验 189
5.5 标准模型之外的粒子和超弦理论 204
5.6 夸克-胶子等离子体和相对论重离子碰撞 212
5.7 粒子-反粒子变换与CP破坏 219
5.8 三个精灵会变脸吗？——大亚湾中微子实验 225
第二部分 向外看 233
第六章 认识宇宙 233
6.1 从混沌到宇宙 233
6.2 从望远镜中看到了什么？ 236
6.3 银河系与银河系外的家族——宇宙在膨胀吗？ 242
6.4 没有昨天的今天到微波的“咝咝声” 248
6.5 什么是宇宙暴涨？ 251
6.6 空前的大爆炸 254
第七章 从不同方式进一步探索宇宙 258
7.1 核物理揭开群星闪烁的天幕和恒星的生死之谜 258
7.2 从灰烬到尘埃——老年星熔炉中的新物质和超新星爆发时重核产生 263
7.3 恒星灯塔——中子星和脉冲星 268
7.4 中微子天文学的黎明——从超新星来的精灵 272
7.5 宇宙加速器——宇宙射线源及其传播 279
7.6 最后的坍塌——进入黑洞 287
7.7 黑洞还是“灰洞” 291
7.8 太空中的大眼睛——哈勃太空望远镜和它看到的 294
7.9 狂暴的太空——远紫外线和X射线的观测 299
7.10 神秘的太空γ射线与γ暴 304
7.11 进一步开拓探测宇宙太空窗口 310
第八章 无穷宇宙中的图案与精细探索宇宙 319
8.1 万物中最大的结构 319
8.2 耀眼的余烬——活跃星系核的故事 321
8.3 探索难以捕捉的暗物质 324
8.4 从“壮汉”“褐矮子”的暗物质迹象到暗物质粒子探索热潮 326
8.5 “精密宇宙”时代研究的开端——COBE观测卫星 334
8.6 宇宙的种子——时间零点处的涟漪和COBE-WMAP-PLANCK 338
8.7 宇宙到底有多老？ 343
8.8 21世纪探索夸克与宇宙相联系的11个问题 347
结语 349
参考文献 353
附录1英文缩写 358
附录2诺贝尔物理学奖年表 362
附录3中国暨华裔相关部分科研重大贡献人物简表 373
后记 377