第一部分 物质和宇宙 13
第1章 宇宙学 13
1.1引言 13
1.2热大爆炸宇宙学 15
1.2.1宇宙的膨胀 18
1.2.2宇宙的均匀与各向同性 20
1.2.3宇宙微波背景辐射 22
1.2.4轻元素丰度 25
1.3宇宙学的现代进展 26
1.3.1暗物质 26
1.3.2暗能量 29
1.3.3暴胀 31
1.4再电离后的宇宙 32
1.4.1宇宙再电离历史 32
1.4.2星系的形成和演化 33
1.4.3活动星系核 34
1.4.4 γ射线暴 34
1.5宇宙学的未来 35
1.5.1探测暗物质 35
1.5.2暗能量与基础物理学的联系 36
1.5.3暴胀与基础物理学的联系 37
1.5.4弦宇宙学 38
1.5.5新的观测工具 38
1.6总结 40
进一步阅读 40
作者简介 41
第2章 引力 42
2.1引力的吸引作用 42
2.2引力的一些奇特的性质 42
2.3广义相对论和弯曲时空 43
2.4弱引力和实验检验 45
2.5引力辐射和脉冲双星 48
2.6强引力、中子星和黑洞 51
2.7引力和宇宙、暗物质和暗能量 54
2.8引力和早期宇宙 58
2.9引力和量子论、普朗克尺度 60
2.10黑洞和量子理论 62
2.11为一无所有费尽心机、宇宙学常数 64
2.12量子引力理论 66
2.13现在来讨论关于时空的一些完全不同的东西 68
进一步阅读 71
作者简介 72
第3章 新天文学 73
3.1引言 73
3.2观测天文学进展 73
3.3宇宙演化的标准模型 77
3.4恒星演化的标准理论 78
3.5天体物理学的研究前沿 85
3.5.1脉冲星和反常脉冲星 85
3.5.2微类星体 86
3.5.3 γ射线暴 86
3.5.4吸积盘和喷射流 87
3.5.5宇宙加速器 87
3.6超出标准模型的物理学 88
3.7遥远行星和天体生物学 88
3.8结束语 89
进一步阅读 89
作者简介 90
第4章 粒子及其标准模型 91
4.1粒子物理学的由来 91
4.2标准模型 95
4.2.1强相互作用 98
4.2.2弱作用和电磁相互作用 99
4.2.3隐藏的电弱对称性 101
4.3充满发现的过去十年 102
4.4重大问题 105
4.4.1基元性 105
4.4.2对称性 105
4.4.3统一 106
4.4.4本体证认 106
4.4.5地形学 106
4.5希格斯玻色子 106
4.6统一理论 109
4.7质量的起源 111
4.8中微子振荡 113
4.9超对称性 116
4.10引力和粒子物理学 118
4.11粒子物理学的新工具 121
4.12改变观念 122
4.13我们面前的路 123
进一步阅读 124
作者简介 125
第5章 超弦理论 126
5.1引言 126
5.2点粒子引起的问题 126
5.3狭义相对论、量子理论和标准模型 128
5.4引力、时空和量子理论 132
5.5弦论——前驱者和早期发展 133
5.6统一各种力的弦论 135
5.6.1弦之间的相互作用 137
5.7超越朴素的微扰近似 141
5.8弦构成的宇宙 143
5.8.1 3膜上的物理 143
5.8.2黑洞的量子性质 144
5.8.3全息宇宙 144
5.8.4宇宙学和弦论 145
5.9前景 146
进一步阅读 147
作者简介 147
第二部分 量子物质 151
第6章 用光子操控原子 151
6.1引言 151
6.2原子内态的操控 152
6.2.1原子和光子的角动量 152
6.2.2光抽运 153
6.2.3光展宽和光移 154
6.3电磁力和陷俘 155
6.3.1带电粒子的陷俘 156
6.3.2磁偶极力 157
6.3.3电偶极力 158
6.3.4辐射压力 161
6.4原子的冷却 163
6.4.1多普勒冷却 163
6.4.2 Sisyphus冷却 164
6.4.3亚反冲冷却 166
6.5超冷原子的应用 168
6.5.1原子钟 169
6.5.2原子光学和原子干涉学 170
6.5.3 Ramsey-Borde干涉仪 171
66结束语 173
进一步阅读 173
作者简介 174
第7章 超冷原子的量子世界 175
7.1引言 175
7.2什么是“温度”？ 175
7.3激光冷却 178
7.4磁陷俘 180
7.5蒸发冷却 183
7.6量子效应 184
7.6.1玻色-爱因斯坦凝聚 187
7.6.2原子凝射器 188
7.7驻波光场对原子的衍射和布拉格干涉仪 190
7.7.1原子的布拉格衍射 190
7.8非线性原子光学——四波混频 193
7.9超冷原子之间的可控碰撞 194
7.10费米简并 196
7.11结论 199
进一步阅读 199
作者简介 200
第8章 超流体 201
8.1什么是超流？ 201
8.2量子液体 201
8.3液体氦-4 203
8.4超导电性 210
8.5液体氦-3：一种各向异性超流体 215
8.6非常规的超导体 220
8.7有关历史的后记 224
进一步阅读 228
作者简介 229
第9章 量子相变 230
9.1引言 230
9.2实验室中相互作用的量子比特 231
9.3压缩玻色-爱因斯坦凝聚体 238
9.4铜基氧化物超导体 244
9.5结论 254
进一步阅读 254
作者简介 254
第三部分 运作中的量子 259
第10章 实质性的量子纠缠 259
10.1这一切是怎么开始的 259
10.2纠缠的物理学 260
10.3纠缠和信息 265
10.4量子远程传态 266
10.5基于纠缠的量子加密术 267
10.6展望 268
进一步阅读 269
作者简介 270
第11章 量子、密码和计算机 271
11.1简介 271
11.2从比特到量子比特 273
11.3量子纠缠 275
11.4量子布尔网络及其复杂性 276
11.5量子算法 278
11.5.1 Shor算法 278
11.5.2 Grover算法 279
11.6建造量子计算机 280
11.7安全通信的技艺 282
11.8量子密钥分发 284
11.9结束语 286
进一步阅读 287
作者简介 287
第12章 小尺寸结构与“纳米科学” 288
12.1引言 288
12.2介观物理学与纳米物理学，工具与能力 291
12.3电导量子化 295
12.4 Aharonov-Bohm电导振荡 297
12.5环和圆筒中的持续流 299
12.6库仑堵塞 300
12.7退相干——量子干涉的退相 302
12.8纳米体系的例子 305
12.9结论 307
进一步阅读 309
作者简介 309
第四部分 计算物理学 313
第13章 混沌系统的物理学 313
13.1引论 313
13.2不稳定性：奇异吸引子 316
13.3奇异吸引子的刻画 320
13.3.1用观测时间序列进行预测 324
13.4混沌振子的同步；混沌通信 327
13.4.1混沌的控制 332
13.5简单物理系统中的混沌：展望 335
进一步阅读 336
作者简介 336
第14章 复杂系统 337
14.1引言 337
14.2改变描述的层次 339
14.3宏观结构的出现 340
14.4一个范例：复数金兹堡-朗道方程 341
14.5连接微观世界和宏观世界 344
14.6湍流 350
14.7自组织临界性 352
14.8颗粒介质 357
14.9玻璃态行为 360
14.10计算方法 364
14.11脑中的信息处理 367
14.12展望 369
进一步阅读 370
作者简介 371
第15章 合作式物理学、e科学、网格——实现利克里德的梦想 372
15.1引言 372
15.1.1 e科学与利克里德 372
15.1.2计算机基础设施、e基础设施和网格 374
15.1.3本章概述 375
15.2合作式物理学项目 376
15.2.1粒子物理学 376
15.2.2实验粒子物理学：LHC计算网格 378
15.2.3理论粒子物理学：QCDGrid 381
15.2.4天文学：国际虚拟天文台 382
15.2.5天体物理学与宇宙学 384
15.2.6聚变物理学 385
15.2.7凝聚态物理学 386
15.2.8原子物理学 388
15.2.9闲置周期利用模式的各种应用 389
15.3 e基础设施和网格 391
15.3.1用户要求 391
15.3.2历史 391
15.3.3分布式计算与Web服务 392
15.3.4其他用户问题 396
15.3.5网格管理 397
15.4工业与商业网格 398
15.4.1工程应用 398
15.4.2应对灾难 399
15.4.3健康网格 400
15.4.4虚拟组织 400
15.5结论 401
进一步阅读 402
作者简介 403
第五部分 行动中的科学 407
第16章 生物物理学与生物分子材料 407
16.1引言 407
16.2膜 410
16.2.1具有大弯曲刚度的液体膜间的相互作用 412
16.2.2柔性液体膜间的Helfrich振荡相互作用 413
16.2.3柔性流体分层膜的X射线同步散射揭示了Helfrich振荡相互作用的存在 414
16.3 DNA-膜络合物 418
16.3.1正离子脂质体-DNA络合物的分层LCα相 419
16.3.2反荷离子释放驱动DNA-膜络合物的自组装 424
16.3.3 CL-DNA络合物的过量荷电；与活体DNA-组蛋白络合物的相似 424
16.3.4 CL-DNA络合物的反六角HCⅡ相 427
16.3.5 CL-DNA络合物的结构与基因递送之间的关系 428
16.3.6 二维空间的DNA 430
16.4多层洋葱相 433
16.5囊质体-膜泡内的脂质体 434
16.6蛋白质的活体组装 436
16.7未来的研究方向 441
进一步阅读 445
作者简介 445
第17章 医学物理学 447
17.1前言 447
17.2放射诊断学的未来——低剂量与对比度的较量 448
17.3放射治疗——从钴弹到重离子 452
17.4核医学——趋势和展望 458
17.5核磁共振成像——视野进入体内 465
17.6生物电和生物磁的测量——追踪运动和情绪 474
17.7超声和激光的医学应用 477
17.8脑部研究——一个综合应用 479
进一步阅读 483
作者简介 483
第18章 材料物理学 485
18.1引言 485
18.2杂质和掺杂 486
18.3同位素 490
18.4太阳能（光伏）电池 492
18.5液晶和平板显示器 495
18.6光导纤维 499
18.7磁存储器 502
18.8金刚石，富勒碳球和纳米管 506
进一步阅读 508
作者简介 508
第19章 物理学与社会 510
19.1引言 510
19.2社会对物理学的影响 510
19.3物理学带给社会的副产品 513
19.4知识 514
19.5技术 516
19.6方法 521
19.7人才 523
19.8从基础研究到技术转让的途径 527
19.9对水晶球的大胆窥探 528
19.10物理学的社会形象 530
19.11展望 533
进一步阅读 534
作者简介 535
全书参考文献 536
汉英对照索引 542
译后记 567