绪论 1
第一章 对称性和对称自发破缺 5
1．对称性的概念源于生活 5
2．什么是对称性？ 9
3．各种对称性 10
3.1 镜像对称性 10
3.2 转动与平移 11
3.3 标度对称性 17
3.4 时间平移和反演 22
3.5 置换对称性 25
3.6 联合变换下的对称性 25
4．对称性原理及其应用 26
4.1 因果关系和对称性原理 26
4.2 电磁学中对称性原理的应用 28
4.3 原因不能唯一确定结果时的对称性原理 30
5．宇称不守恒与CPT变换 31
5.1 马赫的困惑 31
5.2 宇称不守恒 32
5.3 CP守恒与破坏 33
5.4 麦克斯韦方程的C、P、T对称性 34
6．对称性自发破缺的概念和实例 35
6.1 什么是对称性的自发破缺？ 35
6.2 力学中对称性破缺的实例 37
6.3 朗道二级相变理论 38
6.4 宇宙早期的真空相变与暴胀 39
6.5 耗散结构 41
6.6 一个蚁群觅食模型与自发涌现效应 42
6.7 时钟对称破缺与报酬递增律经济理论 44
7．重子-反重子的不对称 46
7.1 重子-反重子不对称及其可能的解释 46
7.2 质子衰变的实验检验 48
7.3 阿尔法磁谱仪 49
8．生物界的左右不对称性 50
8.1 巴斯德的发现 50
8.2 生物分子的手性 51
8.3 生物分子的手性起源问题 53
9．对称性意味着不可分辨性 54
参考文献 56
第二章 量纲分析和标度律 57
1．量纲分析基本原理及例题 57
1.1 П定理 58
1.2 例题 59
2．量纲法的进一步讨论 68
2.1 单位制中基本量个数的多寡有什么影响？ 68
2.2 物理方程中常量的压缩与恢复 70
3．模拟试验与物理相似性原理 73
3.1 流体的相似性原理之一——管道流动问题 73
3.2 流体的相似性原理之二——运动物体受阻问题 74
3.3 静力学模拟的相似性原理 78
3.4 原子弹爆炸火球 79
4．生物界的标度律 82
4.1 大人国、小人国的比喻 82
4.2 单一特征长度的标度律 83
4.3 圆柱的标度律 85
5．生长的标度律与自组织 88
5.1 生长的标度律 88
5.2 斐波那契数列与黄金分割 89
5.3 植物的花序与斐波那契数列 91
5.4 植物的叶序与黄金分割 98
参考文献 99
第三章 数量级估计 100
1．物理世界的层次和基本物理常量 100
2．原子 107
3．原子核 113
4．分子和化学键 118
4.1 氢分子 119
4.2 共价键的饱和性和方向性 121
4.3 共价键结合能 123
4.4 离子键 126
4.5 金属键 128
4.6 范德瓦耳斯键 129
4.7 氢键 130
4.8 分子的振动、转动和电子能级 133
5．物性 134
5.1 固体和液体的密度与原子间隔 134
5.2 固体的弹性模量与液体的压缩性 135
5.3 熔解与汽化 137
5.4 液体的表面张力 142
5.5 渗透压 146
5.6 固体的热膨胀系数 148
6．地球、太阳和月亮 150
参考文献 154
第四章 自然界的物理学 155
1．人类生存的环境 155
1.1 大气 155
1.2 海洋和潮汐 159
1.3 地球的内部结构 165
1.4 地球的辐射收支 167
2．太阳系 171
2.1 类地行星 173
2.2 类木行星 178
2.3 小星体带 185
2.4 矮行星 187
2.5 彗星 188
3．恒星和其它天体 192
3.1 恒星 192
3.2 白矮星、中子星和超新星爆发 197
3.3 黑洞 203
3.4 类星体和红移 207
4．宇宙 210
4.1 从哥白尼原理到哈勃定律 210
4.2 大爆炸宇宙模型 215
4.3 广义相对论宇宙动力学 218
4.4 为什么宇宙曾经暴胀？ 223
4.5 ACDM模型 227
4.6 “热寂说”的终结 236
参考文献 237