当代物理前沿专题之一原子能及其和平利用&何祚庥 1
1.1 原子的碎裂和原子核的发现 1
1.2 原子核的电荷、质量的测定和原子核的质子、中子模型 2
1.3 原子能和原子核的结合能 4
1.4 原子能的可能的释放模式 5
1.5 核裂变和原子能 6
1.6 核聚变和原子能 7
1.7 一种新的释放原子能的方式——高能质子的碎裂反应+热中子堆 8
1.8 原子能和能源问题 9
1.9 原子能和中国的能源问题 10
当代物理前沿专题之二半导体&夏建白 11
2.1 半导体技术和半导体物理的发展 11
2.1.1 半导体技术的重大发展及应用 11
2.1.2 半导体物理的发展 13
2.1.3 我国半导体科学技术的发展 14
2.2 半导体的基本概念 15
2.2.1 能带 15
2.2.2 杂质态 16
2.2.3 输运性质 17
2.2.4 光学性质 18
2.2.5 量子阱和超晶格 19
2.3 半导体器件原理 20
2.3.1 p-n结 20
2.3.2 半导体晶体管 21
2.3.3 MOS晶体管 22
2.3.4 激光器 23
2.3.5 光电探测器和太阳电池 24
2.4 半导体工艺 24
2.4.1 半导体工艺的特殊性 24
2.4.2 材料生长 25
2.4.3 平面工艺 28
2.4.4 集成电路设计 29
2.5 半导体科学技术展望 30
2.5.1 信息革命 30
2.5.2 更高的集成度 31
2.5.3 集成光学和集成光电子学 32
2.5.4 超晶格、量子线和量子点器件 32
2.5.5 半导体纳米器件 35
2.5.6 分子电子学 37
当代物理前沿专题之三 激光技术&邓锡铭 雷仕湛 38
3.1 激光器简史 38
3.1.1 相干电磁波谱的扩展 38
3.1.2 汤斯和肖洛的光激射器理论 39
3.1.3 梅曼制成世界上第一台激光器 40
3.1.4 我国的第一台激光器 42
3.1.5 激光器之名的由来 43
3.2 激光器的基本原理 44
3.2.1 自发辐射与受激辐射 44
3.2.2 负温度 45
3.2.3 激光器增益 46
3.2.4 激光器的结构 46
3.2.5 激光器的振荡条件 48
3.2.6 模和激光振荡模 49
3.2.7 调Q和Q开关 50
3.2.8 锁模 53
3.2.9 激光器件 55
3.3 激光技术应用 58
3.3.1 激光的特性 58
3.3.2 激光精密计量 60
3.3.3 激光信息处理 63
3.3.4 激光加工 66
3.3.5 激光能源 67
3.3.6 激光医学 70
3.3.7 激光技术改造农作物 70
3.3.8 激光武器 71
3.3.9 激光与基础科学 71
3.4 激光技术的发展 75
3.4.1 建立激光产业 75
3.4.2 发展短波长和长波长激光技术 76
3.4.3 发展新型激光器 76
当代物理前沿专题之四 超导电性&赵忠贤 李阳 79
4.1 引言 79
4.2 超导体的基本性质 81
4.2.1 从低温的获得到超导电性的发现 81
4.2.2 超导体的基本物理性质 84
4.3 传统超导体的唯象模型 88
4.3.1 二流体模型 88
4.3.2 伦敦方程 90
4.3.3 金兹堡-朗道理论 92
4.4 传统超导体的微观机制 95
4.5 超导隧道效应 100
4.5.1 正常电子隧道效应 100
4.5.2 约瑟夫森隧道电流效应 103
4.6 两类超导体的基本特征 103
4.7 高温超导体 108
4.8 超导材料的应用 111
4.8.1 超导应用的巨大潜力 111
4.8.2 超导材料在强电方面的应用 113
4.8.3 超导材料在弱电方面的应用 114
4.8.4 高温超导体的应用 114
4.9 结束语 116
当代物理前沿专题之五 声学&汪德昭 应崇福 李启虎 张家騄 118
5.1 一门古老而又年轻的科学 118
5.1.1 声学的研究对象 118
5.1.2 声学发展简史 119
5.1.3 我国古代的声学研究 121
5.1.4 近代声学在国民经济、国防及人类日常生活中的作用 121
5.2 声学的基本概念与理论 123
5.2.1 声波与振动 123
5.2.2 波动方程 125
5.2.3 声波的传输 126
5.3 听觉、语言和音乐 128
5.3.1 听觉 129
5.3.2 语言 130
5.3.3 音乐 133
5.3.4 音质与噪声控制 133
5.4 超声及其应用 134
5.4.1 超声的性质和特点 134
5.4.2 超声在医学诊断、无损检测和工业检测中的应用 136
5.4.3 超声在加工处理和医学治疗中的应用 137
5.4.4 超声电子学器件和系统 138
5.5 声与海洋 138
5.5.1 水声学中的基本概念 138
5.5.2 射线理论与简正波理论 140
5.5.3 声呐 声呐方程 141
5.5.4 海洋开发中的水声学 143
5.6 声信号的数字处理 144
5.6.1 信号处理的基本概念 144
5.6.2 声信号的数字处理 146
5.6.3 声学与现代数字信号处理技术 147
当代物理前沿专题之六 空间环境科学&都亨 151
6.1 前言 151
6.2 空间环境要素 152
6.2.1 中性大气环境 152
6.2.2 电离气体——等离子体环境 153
6.2.3 高能带电粒子环境 153
6.2.4 磁场环境 154
6.2.5 电磁辐射环境 154
6.2.6 固体微粒环境 154
6.3 空间环境分区 155
6.3.1 太阳风和行星际磁场 155
6.3.2 地球的磁场和磁层 156
6.3.3 地球大气 159
6.4 空间环境探测 162
6.4.1 空间环境探测的手段 162
6.4.2 中性大气探测 164
6.4.3 等离子体探测 166
6.4.4 高能带电粒子探测 167
6.4.5 空间磁场探测 169
6.4.6 空间碎片和微流星体探测 169
6.5 空间环境模式研究 171
6.5.1 目的和意义 171
6.5.2 方法 171
6.5.3 高层大气模式 172
6.5.4 电离层模式 173
6.5.5 高能带电粒子模式 174
6.5.6 地球辐射带模式 175
6.5.7 空间磁场模式 177
6.5.8 流星体模式 178
6.5.9 空间碎片模式 180
6.5.10 模式集成 182
6.6 空间环境预报 183
6.6.1 空间环境预报的必要性 183
6.6.2 空间环境预报工作的主要内容 187
6.6.3 空间环境预报的分类 187
6.7 空间环境效应 188
6.7.1 概述 188
6.7.2 空间环境效应研究方法 190
6.7.3 高层大气对航天器轨道的影响 191
6.7.4 氧原子对航天器表面的化学作用 191
6.7.5 高能带电粒子对航天器的辐射效应 192
6.7.6 空间等离子体与航天器充放电效应 194
6.7.7 空间碎片和微流星体与航天器机械损伤效应 195
6.7.8 等离子体对电波传播的影响 196
当代物理前沿专题之七混沌现象&郝柏林 199
7.1 什么是非线性 200
7.2 强迫摆的混沌运动 202
7.3 简单而行为丰富的一维虫口模型 206
7.4 通向混沌的道路 209
7.5 混沌的定义和刻画 211
7.6 混沌的应用 214
7.7 没有“混沌学”——浅谈混沌的哲学意义 216
当代物理前沿专题之八 非线性非平衡系统的自组织&杜婵英 漆安慎 218
8.1 从无序到有序 218
8.1.1 贝纳德效应——热对流的时空结构 218
8.1.2 别洛乌索夫-扎包廷斯基反应——靶环波与螺旋波 219
8.1.3 激光 220
8.1.4 糖酵解及其他 222
8.1.5 什么是自组织 222
8.2 液晶的电流体不稳定性——分岔图与对称破缺 223
8.2.1 液晶的简单介绍 223
8.2.2 丝状液晶在电场下的威廉姆斯畴 224
8.2.3 对称破缺 225
8.3 自适应系统 226
8.4 混沌(Chaos)——貌似无序的序 228
8.4.1 由激光实验初识混沌 228
8.4.2 决定论描述的系统对初值依赖的两种情况 229
8.4.3 看来“混乱一片”，实为“章法井然” 230
8.5 自组织中混沌的典型例子 233
8.6 熵产生和负熵流 241
8.6.1 开系处于非平衡态 241
8.6.2 熵产生与负熵流 242
8.6.3 远平衡与近平衡 242
8.7 环境的涨落与自组织 244
8.8 简短的结束语 245
当代物理前沿专题之九 现代科学中的天文世界&王绶琯 邹振隆 248
9.1 天文学与天文世界 248
9.1.1 天文对象 248
9.1.2 天文学科 249
9.1.3 天文方法 250
9.1.4 距离、“视限”与“阶梯” 251
9.1.5 几条先验原则 254
9.2 天文学历史上三次飞跃的启示 254
9.2.1 行星层次——联结开普勒定律的飞跃 255
9.2.2 恒星层次——联结赫罗图的飞跃 256
9.2.3 星系层次——联结哈勃定律的飞跃 258
9.3 天文大统一模型及其面临的挑战 260
9.4 天文世界的探索者与第二类开发 265
当代物理前沿专题之十 物理学和生物学&郝柏林 268
10.1 历史回顾 268
10.2 生物学引论 270
10.2.1 地球上的自然史 270
10.2.2 生物的化学构成 272
10.2.3 分子生物学的“中心法则” 274
10.2.4 基因工程技术简介 274
10.3 生物问题的诸多层次 277
10.3.1 分子手性破缺 277
10.3.2 分子马达 278
10.3.3 蛋白质折叠 280
10.3.4 生物膜的形状 281
10.3.5 黏菌的自组织行为 282
10.3.6 生物系统的标度性质 282
10.4 生物信息学和计算生物学 283
10.4.1 生物数据 283
10.4.2 大数和计算机 284
10.4.3 基因组信息学 284
10.4.4 计算生物学 285
10.5 发展交叉科学、培养广谱人才 286
10.5.1 思维方法取长补短 286
10.5.2 粗粒化和排列组合 287
10.5.3 前辈学者的良好榜样 288
当代物理前沿专题之十一激光冷却与原子捕陷——在科学中漫步&朱棣文 289
11.1 引子 289
11.2 激光冷却与原子捕陷实验 292
11.3 激光冷却与原子捕陷的应用 294
11.3.1 玻色-爱因斯坦凝聚(BEC) 294
11.3.2 原子钟 295
11.3.3 原子干涉仪 300
11.3.4 研究单个高分子聚合物 302
11.3.5 对RNA核糖酶的研究 305
11.3.6 对脑神经传导的研究 307
11.4 结束语 308
当代物理前沿专题之十二我所经历的20世纪实验物理学&丁肇中 310
当代物理前沿专题之十三对称与近代物理&杨振宁 324
13.1 早期阶段 324
13.2 十九世纪：群和晶体学 334
13.3 二十世纪：扩大了对称的作用 337
13.4 二十世纪：规范对称 343
13.5 二十一世纪：对称的新方面？ 349
当代物理前沿专题之十四近代科学进入中国的回顾与前瞻&杨振宁 351
14.1 公元一四○○至一六○○年——中国落后于西方 351
14.2 元一六八七年——近代科学在欧洲诞生 354
14.3 公元一六○○至一九○○年——中国抗拒引入西方思想 356
14.4 公元一八四○至一九○○年——引入现代科学举步维艰 362
14.5 公元一九○○至一九五○年——急速引进现代科学 364
14.6 公元一九五○至二○○○年——中国开始加入国际科技竞赛 365
14.7 二十一世纪 370
作者简介 373
何祚庥 373
夏建白 373
邓锡铭 374
雷仕湛 375
赵忠贤 375
李阳 376
汪德昭 376
应崇福 377
李启虎 378
张家騄 378
都亨 379
郝柏林 380
杜婵英 380
漆安慎 381
王绶琯 381
邹振隆 382
朱棣文 382
丁肇中 383
杨振宁 384
索引 387