第1章 经典物理学 叶高翔 5
1.1 天地运动 5
1.1.1 天与地 5
1.1.2 牛顿力学 8
1.1.3 能量动量守恒与时空对称 11
1.1.4 伽利略——现代科学方法的倡导者 14
1.1.5 牛顿科学观 14
1.2 冷热现象 16
1.2.1 温度与热量 17
1.2.2 热力学第一定律 20
1.2.3 热力学第二定律 22
1.2.4 热寂说的终结 24
1.3 电磁波 25
1.3.1 电磁波的产生 25
1.3.2 电磁波谱 31
1.3.3 法拉第和麦克斯韦的学术风格 33
1.3.4 光是一种电磁波 35
1.3.5 三维全息照相 43
参考文献 46
第2章 量子物理学 叶高翔 47
2.1 原子模型 47
2.1.1 原子概念 47
2.1.2 电子的发现 48
2.1.3 汤姆逊原子模型 49
2.1.4 卢瑟福原子模型 50
2.2.1 黑体辐射和普朗克量子假说 52
2.2 量子假说 52
2.2.2 爱因斯坦光子假说及光电效应理论 54
2.2.3 氢原子光谱及玻尔理论 55
2.2.4 德布罗意波粒二象性假说 56
2.2.5 波粒二象性假说的验证 57
2.2.6 对波粒二象性假说的进一步说明 60
2.3 海森堡测不准原理 64
2.4 量子力学与经典物理学的比较 66
参考文献 67
3.1 趋向导电极限的超导体 68
第3章 量子力学——现代高科技的基石之一 叶高翔 68
3.1.1 超导体的奇异特性 69
3.1.2 超导原理 74
3.1.3 超导时代即将到来 76
3.2 绚丽多彩的激光 78
3.2.1 激光的特性 79
3.2.2 激光原理 80
3.2.3 激光——射向现代社会的各个领域 83
3.3.1 半导体的物理特性 84
3.3 晶体管——构筑智慧的细胞 84
3.3.2 P-N结 86
3.3.3 晶体三极管——放大人类的智慧 87
3.3.4 晶体管——微电子产业的基本单元 89
3.4 冲刺元器件小型化的极限 89
3.4.1 量子点——人造原子 91
3.4.2 介观环 92
3.4.3 量子波导 92
参考文献 93
4.1 狭义相对论的创立 94
第4章 相对论与现代时空观 盛正卯 94
4.2 狭义相对论的基本原理 96
4.2.1 光速不变原理 96
4.2.2 相对性原理 97
4.3 狭义相对论的主要结论 98
4.3.1 同时的相对性 98
4.3.2 时间延缓 100
4.3.3 长度缩短 101
4.3.4 质能关系 103
4.4 新引力理论——广义相对论 104
4.4.1 广义协变原理 105
4.4.2 等效原理 105
4.5 广义相对论的主要结论 107
4.5.1 引力大的地方时钟走得慢 107
4.5.2 引力导致空间弯曲 108
4.6 广义相对论的一些预言 109
4.6.1 恒星光的引力偏转 110
4.6.3 水星近日点的进动 111
4.6.2 雷达回波延迟 111
4.7 相对论的其他实验验证及实际应用 112
4.7.1 μ介子的寿命 112
4.7.2 孪生子效应 113
4.7.3 全球定位系统(GPS) 114
4.8 相对论的时空观 116
参考文献 118
第5章 宇宙之砖 物质结构 盛正卯 119
5.1 物质结构 119
5.1.1 电子的发现与原子构成 119
5.1.2 越来越多的新粒子 121
5.1.3 夸克(Quark)模型 122
5.2 基本相互作用及其统一 124
5.2.1 四种基本相互作用力 124
5.2.2 奇妙的规范对称性 126
5.2.3 标准模型 127
5.3.1 原子核的结合能 128
5.3 原子能及其应用 128
5.3.2 原子能的可能释放模式 130
5.3.3 原子能的和平利用 131
5.3.4 核武器及其小型化 133
参考文献 136
第6章 膨胀着的宇宙 盛正卯 138
6.1 传统的宇宙观及其不足 138
6.1.1 永恒的宇宙与热力学的矛盾 138
6.1.3 问题的解决 139
6.1.2 夜空为什么是黑暗的——奥伯斯佯谬 139
6.2 哈勃(E.Hubble)的发现 140
6.2.1 波的多普勒效应 140
6.2.2 恒星距离的测定 141
6.2.3 哈勃的发现 141
6.3 宇宙的起源 142
6.3.1 大爆炸模型(Big Bang) 142
6.3.2 宇宙哥白尼原理 144
6.3.3 大爆炸模型的观察证据 145
6.4.1 宇宙整体的命运 147
6.4 宇宙的命运 147
6.4.2 恒星的产生与命运 149
6.4.3 神奇的星体——黑洞 151
6.4.4 人类的命运 153
6.5 21世纪宇宙学面临的问题 154
6.5.1 暗物质问题 154
6.5.2 正反物质的不对称问题 155
6.5.3 微观世界与宇宙的统一 156
参考文献 157
第7章 简单性与复杂性的奇遇——非线性物理简介 盛正卯 158
7.1 非线性系统及其普遍性 158
7.2 混沌的本质 161
7.2.1 虫口模型 161
7.2.2 倍周期分岔 162
7.2.3 混沌的基本性质 165
7.2.4 混沌的应用 168
7.3.1 分形维数 169
7.3 自然界的几何——分形 169
7.3.2 来自简单规律的复杂系统 171
7.4 特殊的非线性系统——可积系统 171
参考文献 173
第8章 物理学在未来科技和社会中的作用 盛正卯 174
8.1 20世纪物理学遗留的问题及其展望 174
8.1.1 引力量子化与大统一理论 174
8.1.2 超高能物理及宇宙起源 176
8.1.4 极端条件下的物理现象 177
8.1.3 复杂系统的研究 177
8.2 物理学在其他自然科学及高新技术中的应用 178
8.2.1 物理学与生命科学 178
8.2.2 21世纪的计算机 179
8.2.3 21世纪的通讯、能源与交通 180
8.3 物理学与国防现代化 181
参考文献 182
第9章 科学与人类文明 叶高翔，盛正卯 183
9.1 重大的发现 重要的提示 183
9.2 科学技术与人类文明 187