第一章 狭义相对论 1
§1 狭义相对论的基本原理 1
1.1 迈克耳孙-莫雷实验 1
1.2 狭义相对论的产生 3
1.3 狭义相对论的基本原理 4
§2 洛伦兹变换 5
2.1 伽利略变换 5
2.2 洛伦兹变换 6
2.3 洛伦兹变换的简单推论 10
§3 相对论运动学 13
3.1 相对论速度变换公式 13
3.2 动尺收缩效应 14
3.3 动钟变慢效应 16
3.4 相对论运动学问题的计算 18
§4 相对论质点动力学 21
4.1 相对论质量和动量 21
4.2 相对论质点运动方程 23
4.3 相对论能量 24
习题 28
第二章 光的粒子性 31
§1 黑体辐射 31
1.1 热辐射的基本概念 31
1.2 黑体 33
1.3 基尔霍夫定律 33
1.4 黑体辐射的基本规律 35
1.5 黑体的光谱辐射出射度 36
1.6 普朗克能量子假说 37
§2 光电效应和爱因斯坦光子理论 39
2.1 光电效应实验规律 39
2.2 爱因斯坦光电效应方程 41
2.3 光电效应的应用 42
§3 康普顿效应 45
3.1 康普顿效应的实验规律 45
3.2 光子理论对康普顿效应的解释 46
习题 48
第三章 实物粒子的波动性 50
§1 德布罗意波 50
1.1 德布罗意假设 50
1.2 电子衍射实验 52
1.3 对“波粒二象性”的理解 54
§2 波函数 55
§3 薛定格方程及其应用 58
3.1 薛定格方程的建立 58
3.2 定态薛定格方程 60
3.3 一维方势阱 61
3.4 势垒穿透 64
3.5 线性谐振子 67
§4 不确定关系 69
习题 73
第四章 原子结构 75
§1 玻尔理论 75
1.1 原子的核模型 75
1.2 氢原子光谱的实验规律 78
1.3 玻尔理论 80
1.4 弗兰克-赫兹实验 84
1.5 玻尔理论的成就与困难 86
§2 量子力学对氢原子的处理 87
2.1 定态薛定格方程的求解 87
2.2 量子数 91
2.3 概率分布和电子云 92
2.4 电子自旋 94
§3 多电子原子概述 96
2.5 用自旋-轨道相互作用解释光谱线的精细结构 96
3.1 泡利不相容原理和能量最小原理 97
3.2 壳层结构与元素周期表 97
3.3 角动量的耦合 100
3.4 原子状态符号 101
3.5 选择定则 102
§4 碱金属原子 103
4.1 碱金属原子的能级 103
4.2 碱金属原子光谱 105
5.1 原子状态的表示 108
5.2 氦原子结构 108
§5 具有两个价电子的原子 108
5.3 氦原子光谱 110
习题 111
第五章 激光 114
§1 光的自发辐射和受激辐射 114
1.1 爱因斯坦自发辐射系数 114
1.3 爱因斯坦系数之间的关系 116
1.2 爱因斯坦受激辐射和受激吸收系数 116
1.4 光谱线的宽度 117
§2 激光的基本原理 118
2.1 粒子数反转 118
2.2 谐振腔 121
2.3 激光的纵模 124
§3 激光的特性和应用 126
§4 激光器简介 128
4.1 固体激光器 129
4.2 气体激光器 130
4.3 液体激光器 132
4.4 半导体激光器 133
§5 激光通信 134
5.1 光信号的调制 135
5.2 光信号的传输 光导纤维 136
5.3 光信号的放大 138
5.4 光信号的解调 140
习题 141
第六章 固体导电理论 143
§1 晶体 143
1.1 晶格结构 143
1.2 晶体的键合 145
§2 晶体的能带结构 147
2.1 晶体中电子运动的研究方法 147
2.2 克隆尼格-彭奈模型 148
2.3 能带 149
2.4 晶体的导电性 150
§3 导体、绝缘体和半导体 151
3.1 导体 151
3.2 绝缘体 151
3.3 半导体 152
§4 N型半导体和P型半导体 153
4.1 N型半导体 153
4.2 P型半导体 154
5.1 晶体二极管 155
§5 半导体器件 155
5.2 晶体三极管 157
5.3 半导体集成电路 160
5.4 其他半导体器件 161
§6 超导电性 161
6.1 超导电现象 162
6.2 超导体的宏观特性及应用 164
6.3 BCS理论 166
6.4 约瑟夫森效应 167
习题 168
第七章 原子核物理 170
§1 原子核的基本性质 170
1.1 原子核的组成和大小 170
1.2 原子核的运动 172
1.3 原子核的结合能 173
1.4 核力 174
§2 放射性 175
2.1 放射性的基本规律 175
2.2 α放射性 178
2.3 β放射性 180
2.4 放射系 182
2.5 γ放射性 185
2.6 其他放射性 186
2.7 放射性同位素的应用 187
§3 原子核结构模型 188
3.1 液滴模型 188
3.2 壳层模型 189
3.3 综合模型 192
4.1 核反应 193
§4 原子核反应 193
4.2 反应能 194
4.3 中子核反应 196
4.4 超铀元素的获得 197
§5 重核的裂变 198
5.1 裂变机制 199
5.2 链式反应 200
5.3 裂变反应堆 200
§6 轻核的聚变 202
6.1 聚变反应 202
6.2 热核聚变 203
6.3 冷核聚变 205
习题 206
§1 高能粒子源 208
1.1 宇宙线 208
第八章 粒子物理 208
1.2 高能加速器 210
§2 粒子的分类 211
2.1 传递相互作用的粒子 212
2.2 轻子 212
2.3 强子 213
§3 粒子的特性和守恒定律 215
3.1 重子数和轻子数 215
3.2 奇异数、粲数和底数 216
3.3 同位旋 217
3.4 宇称 220
3.5 CPT定理 221
§4 夸克模型 223
§5 粒子的相互作用及其统一模型 226
5.1 4种相互作用 226
5.2 电弱统一理论 228
5.3 大统一理论 229
5.4 超弦理论 230
习题 231
§1 系统的宏观描述和热力学定律 232
1.1 系统及其宏观状态 232
第九章 统计物理基础 232
1.2 系统宏观状态的变化与热力学定律 234
1.3 对理想气体的分析 237
§2 系综理论和玻尔兹曼统计 240
2.1 统计系综 240
2.2 经典粒子的玻尔兹曼统计 241
2.3 与热力学宏观量的联系 243
2.4 对理想气体的应用 245
§3 量子统计和玻色-爱因斯坦凝聚 247
3.1 量子体系的特点 247
3.2 玻色统计和费米统计 249
3.3 费米能级和玻色-爱因斯坦凝聚 250
习题 252
§1 非平衡统计与自组织理论 255
1.1 非平衡状态 255
第十章 自组织理论与混沌 255
1.2 开放系统的热力学第二定律 256
1.3 不可逆过程的流和力 昂萨格倒易关系 257
1.4 熵产生率与最小熵产生定理 258
1.5 远离平衡的自组织现象 260
§2 动力系统及分支理论 264
2.1 宏观状态的演化和动力系统 264
2.2 线性系统定态解的稳定性及其分类 265
2.3 线性稳定性分析 267
2.4 分支行为 269
2.5 自组织现象的几个例子 270
§3 混沌动力系统 273
3.1 混沌现象 274
3.2 一维逻辑斯谛（Logistic）映射 277
3.3 刻画混沌吸引子的方法 280
3.4 通往混沌的道路 283
§4 分形与分维 284
4.1 分形结构的基本特征 284
4.2 分维 286
4.3 几种规则分形及其分维 288
4.4 实际系统中的分形与分维 293
习题 296
第十一章 广义相对论基础 298
§1 相对论的数学基础 298
1.1 四维矢量与张量 298
1.2 张量代数 304
1.3 度规张量 305
1.4 协变微分 307
1.5 曲率 308
1.6 测地线 308
1.7 世界线 309
1.8 时空的光锥结构 310
§2 广义相对论的建立 311
2.1 等效原理 311
2.2 马赫原理 314
2.3 引力场的几何化 315
§3 广义相对论中物理定律的导出 317
§4 引力场的时间延缓效应 318
§5 爱因斯坦场方程和史瓦西解 320
§6 广义相对论的实验验证 322
6.1 水星近日点的进动 322
6.2 星光在太阳引力场中的偏折 323
6.3 引力红移 323
6.4 雷达回波的延缓 325
6.5 引力波的探测 326
习题 327
第十二章 天体物理学 328
§1 天文学基础知识 329
1.1 天体距离的测量方法 329
1.2 太阳系 332
1.3 银河系 333
1.4 星系群、星系团和超星系团 334
§2 宇宙研究简史 335
3.1 宇宙学原理 341
§3 宇宙学原理 341
3.2 罗伯特-沃克度规 342
§4 大爆炸宇宙论 343
4.1 宇宙演化的历史 343
4.2 未来宇宙的演化 346
4.3 天文观测对大爆炸宇宙论的验证 349
4.4 暴涨宇宙论 350
§5 恒星的形成和演化 353
4.5 暗物质与暗能量 353
5.1 赫罗图 354
5.2 从原恒星到主序星 355
5.3 主序星 356
5.4 红巨星 356
5.5 恒星的爆发 357
5.6 白矮星 358
5.7 中子星 358
5.8 黑洞 360
6.1 史瓦西黑洞的性质 361
§6 史瓦西黑洞和克尔黑洞 361
6.2 史瓦西黑洞的克鲁斯卡坐标表示 364
6.3 克尔黑洞 366
§7 黑洞的搜寻和利用 367
7.1 黑洞的大小 368
7.2 探测黑洞方案 369
7.3 黑洞的可能利用 370
§8 黑洞物理学简介 371
8.1 经典黑洞理论的几个定理 371
8.2 黑洞热力学 373
习题 375
附录 376
Ⅰ 部分习题答案 376
Ⅱ 一些物理常量 381
Ⅲ 电子组态 382
Ⅳ 中性原子质量、半衰期、比结合能 384
Ⅴ 化学元素周期表 399
Ⅵ 粒子简表 400