第1章 广义相对论和宇宙学 1
1.1 广义相对论的基本原理 1
1.1.1 等效原理 1
1.1.2 广义相对性原理 3
1.2 广义相对论的重要推论 3
1.2.1 光线偏折 3
1.2.2 时空弯曲 4
1.3.1 爱因斯坦引力场方程 5
1.3 引力场方程及其史瓦西解 5
1.3.2 史瓦西场中的时空性质 7
1.4 广义相对论的实验检验 10
1.4.1 光谱线的引力频移 10
1.4.2 光线的引力偏折 12
1.4.3 雷达回波的引力延迟 14
1.4.4 行星近日点的相对论进动 17
1.5 史瓦西黑洞 18
1.6 大爆炸宇宙学简介 21
1.6.1 当今宇宙学的概貌和恒星的演化 22
1.6.2 宇宙学原理和哈勃定律 26
1.6.3 物质为主时期的宇宙 29
1.6.4 辐射为主时期的宇宙——宇宙早期的历史 34
第2章 空间物理学与航天工程 40
2.1 空间物理学概述 40
2.1.1 空间物理学的特点 40
2.1.2 空间物理学的研究对象和分支学科 41
2.1.3 空间物理学的研究方法 42
2.1.4 空间物理学研究的意义 43
2.2.1 大气的分层结构 45
2.2 地球的中高层大气 45
2.2.2 静态大气 47
2.2.3 太阳电磁辐射与大气的相互作用 47
2.2.4 电离层的形成及其对电波传播的影响 49
2.2.5 极光 51
2.3 地外空间 53
2.3.1 地球磁场 53
2.3.2 带电粒子在磁场中的运动 56
2.3.3 太阳的粒子辐射 61
2.3.4 磁层 63
2.4 太空和太空资源 68
2.4.1 太空 68
2.4.2 太空资源 68
2.5 太空航天器工程系统 69
2.5.1 航天运载系统 70
2.5.2 航天器任务系统 70
2.6 航天运载器 71
2.6.1 航天运载器的组成 71
2.6.2 航天器的宇宙能量 73
2.6.3 航天运载器的级数 75
2.6.4 航天运载器的发展概况 78
2.7 航天器 81
2.7.1 航天器的分类 81
2.7.2 航天器的组成 82
2.7.3 航天器的轨道 85
2.7.4 航天器的发展概况 90
2.8 中国的航天事业 94
3.1.1 粒子在中心场中的运动 98
3.1 氢原子的量子力学描述 98
第3章 原子 分子结构 98
3.1.2 氢原子结构 100
3.1.3 氢原子光谱 103
3.1.4 里德伯态 104
3.2 碱金属原子 105
3.3 磁矩、角动量空间量子化及自旋 107
3.3.1 轨道角动量与轨道磁矩 108
3.3.2 角动量的空间量子化 109
3.3.3 自旋和自旋磁矩 110
3.3.4 角动量的合成 111
3.4 自旋轨道耦合与精细结构 113
3.5 氦原子 116
3.5.1 全同粒子与波函数的对称性 116
3.5.2 泡利不相容原理 118
3.5.3 氦原子的能级结构 118
3.5.4 角动量耦合与原子态 122
3.6 多电子原子结构 123
3.7.1 连续谱：轫致辐射 126
3.7 X射线 126
3.7.2 特征谱：内壳层电子的跃迁 128
3.8 原子在外电磁场中的行为 129
3.8.1 原子在磁场中的行为 130
3.8.2 原子在电场中的行为 132
3.9 分子结构的一般性质 134
3.10 电子运动与价健的形成 136
3.10.1 NaCl分子：离子键的形成 136
3.10.2 H？离子：共价键的形成 137
3.11 双原子分子的振动与转动 139
3.12 分子光谱 140
3.12.1 纯转动光谱 140
3.12.2 振动-转动光谱 141
3.12.3 电子光谱 143
3.12.4 分子的离解 144
3.12.5 荧光和磷光 144
4.1 核结构模型 146
4.1.1 原子核稳定性的实验规律 146
第4章 原子核和粒子 146
4.1.2 液滴模型和质量的半经验公式 150
4.1.3 壳层模型和超重核 152
4.1.4 集体模型 155
4.2 原子核的放射性衰变 157
4.2.1 放射性衰变的基本规律 157
4.2.2 α衰变 160
4.2.3 β衰变 162
4.2.4 γ衰变和诱发γ辐射 167
4.3 原子核反应 168
4.3.1 反应能和阈能 168
4.3.2 反应截面 170
4.3.3 核反应的过程和机制 171
4.4 粒子的分类和结构 172
4.4.1 粒子的分类 174
4.4.2 粒子和反粒子 176
4.4.3 粒子和场 180
4.4.4 强子结构——夸克模型 181
4.5.1 四种相互作用 183
4.5 粒子的相互作用 183
4.5.2 场和媒介子 184
4.5.3 电-弱相互作用的统一 186
4.6 物理规律的对称性和宇称守恒 187
4.6.1 对称性和守恒定律 187
4.6.2 空间反演不变性和宇称守恒 188
4.6.3 弱作用宇称不守恒问题 193
4.6.4 PC联合变换和CPT定理 195
4.6.5 弱作用和生物手性 196
4.7 启示和困惑 197
第5章 固体物理和新材料 198
5.1 金属的自由电子理论 198
5.1.1 特鲁德的自由电子理论 198
5.1.2 量子自由电子理论 201
5.1.3 态密度 203
5.1.4 电子在允许状态上的分布 205
5.1.5 电导率 208
5.1.6 电子气的热容 209
5.2.1 晶体中电子的能量 211
5.2 固体的能带 211
5.2.2 晶体中电子的波函数——布洛赫函数 214
5.2.3 能带的性质，布里渊区 215
5.2.4 能带中的状态密度 217
5.2.5 有效质量 218
5.2.6 导体、绝缘体和半导体 219
5.3 半导体微结构 221
5.3.1 半导体与PN结 221
5.3.2 半导体微结构：量子阱与超晶格 228
5.3.3 共振隧道晶体管 230
5.4 超导 234
5.4.1 超导体的主要特性 235
5.4.2 超导的微观理论 238
5.4.3 约瑟夫森效应 240
5.4.4 高温超导的研究 243
5.5 新型热电材料与温差发电 245
5.5.1 塞贝克效应 245
5.5.2 温差发电 249
5.6.1 光子晶体和光子带隙 251
5.6 光子晶体 251
5.6.2 雅布里诺维奇的早期工作 254
5.6.3 其他光子晶体 254
第6章 纳米技术 256
6.1 纳米技术概述 256
6.1.1 基本概念 256
6.1.2 纳米技术发展简史 257
6.2 纳米粒子的性质 258
6.2.1 纳米粒子效应 258
6.2.2 纳米粒子的物理和化学性质 259
6.3 纳米技术领域 262
6.3.1 纳米粉体制备技术 262
6.3.2 碳纳米管 265
6.3.3 纳米检测和加工的核心技术——扫描探针显微镜 271
6.4 纳米技术在日常生活中的应用 271
6.4.1 纳米纺织品 271
6.4.2 纳米食品加工 272
6.4.3 纳米涂料 273
6.4.5 纳米体育器材 275
6.4.4 纳米化妆品 275
6.5 纳米陶瓷与金属及其应用 276
6.5.1 纳米陶瓷 276
6.5.2 纳米金属 278
6.6 纳米技术在催化、能源、环保领域中的应用 280
6.6.1 纳米催化剂 280
6.6.2 纳米电源材料 280
6.6.3 纳米环保材料 281
6.7.1 聚合物基纳米光学材料 283
6.7 纳米光学材料及其应用 283
6.7.2 智能塑料自组装光学材料 284
6.7.3 菌紫质 285
6.8 纳米技术在电子技术中的应用 286
6.8.1 纳米电磁材料 286
6.8.2 纳米器件 290
6.8.3 芯片上的实验室 293
6.8.4 纳米计算机 294
6.9.1 纳米微机械 295
6.9 纳米微机械技术 295
6.8.6 纳米家电 295
6.8.5 纳米传感器 295
6.9.2 纳米技术对制造业的影响 297
6.10 纳米技术在分子生物与医学领域中的应用 300
6.10.1 纳米生物技术 300
6.10.2 纳米技术在医学中的应用 301
6.11 纳米技术在军事领域中的应用 303
第7章 新能源 308
7.1 核裂变能 308
7.1.1 核裂变理论 309
7.1.2 裂变截面和激活能 314
7.1.3 裂变产物 315
7.2 链式反应及反应堆核电站 316
7.2.1 核裂变的链式反应 317
7.2.2 链式反应的控制——反应堆 319
7.2.3 热中子反应堆 320
7.2.4 快中子增殖堆 321
7.2.5 低温核供热堆 322
7.3.1 巨大的能源 323
7.3 聚变能 323
7.3.2 基本的聚变反应过程 324
7.3.3 实现受控热核反应的基本条件 325
7.3.4 磁约束原理和装置 327
7.3.5 惯性约束 328
7.3.6 核聚变研究的进展和聚变反应堆 330
7.4 原子弹和氢弹 332
7.4.1 原子弹 332
7.4.2 氢弹 334
7.5.1 太阳能的来源和太阳辐射 335
7.5 太阳能 335
7.5.2 太阳能的热利用 338
7.5.3 太阳能的光电转换——太阳能电池 342
7.5.4 太阳能的光化学转换——光合作用 344
7.6 氢能和其他能源 345
7.6.1 氢能 345
7.6.2 其他能源 346
8.1.1 爱因斯坦的辐射理论 350
8.1 激光原理简介 350
第8章 激光和光信息处理 350
8.1.2 光谱线的线宽 352
8.1.3 激光的基本原理 355
8.1.4 He-Ne激光器简介 362
8.2 半导体激光器 363
8.2.1 半导体激光器原理 363
8.2.2 异质结激光二极管 366
8.2.3 量子阱激光器 367
8.3.1 什么是全息术 369
8.3 全息术 369
8.3.2 全息照相的原理 370
8.3.3 全息图的类型及应用 373
8.4 空间滤波和光信息处理 375
8.4.1 二维矩形光栅实验 376
8.4.2 相衬法 377
8.4.3 θ调制 378
8.4.4 光信息处理的4f系统 378
8.5.1 强光与介质的相互作用 379
8.5 非线性光学简介 379
8.5.2 二阶非线性效应 380
8.5.3 三阶非线性效应对折射率的影响 384
8.5.4 光学相位共轭 385
8.5.5 光学双稳态 389
8.6 光通信与光存储 392
8.6.1 光通信 392
8.6.2 激光存储技术 396
9.1.1 热辐射的基本概念 401
9.1 热辐射的基本规律 401
第9章 红外辐射与遥感 401
9.1.2 热辐射的基本规律 404
9.1.3 实际物体的热辐射 405
9.2 红外辐射及红外辐射源 407
9.2.1 红外光谱的波段划分 407
9.2.2 红外辐射的发射机理 408
9.2.3 红外辐射源 408
9.3 红外辐射的传输 411
9.3.2 红外辐射在大气中的传输 412
9.3.1 红外辐射在传输媒质中衰减的规律 412
9.3.3 红外辐射在固态媒质中的传输 416
9.4 红外辐射的探测及应用 418
9.4.1 红外辐射的探测 418
9.4.2 红外测温 422
9.4.3 红外无损检测 424
9.4.4 环境监测 425
9.4.5 热成像仪的应用 425
9.5 红外遥感技术 427
9.4.6 红外技术在军事上的应用 427
9.5.1 遥感的物理基础 428
9.5.2 遥感仪器 431
9.5.3 遥感信息的处理与判读 437
第10章 近代物理分析技术 440
10.1 共振散射和穆斯堡尔效应 440
10.1.1 γ射线的共振吸收 440
10.1.2 穆斯堡尔效应——无反冲共振散射 442
10.1.3 穆斯堡尔效应的应用 444
10.2.1 引言 450
10.2 扫描探针显微术 450
10.2.2 扫描隧道显微镜 451
10.2.3 扫描探针显微术 457
10.2.4 近场扫描光学显微镜 461
10.2.5 单原子操纵和控制 463
10.3 核磁共振及其应用 464
10.3.1 核自旋与核磁矩 465
10.3.2 核磁矩与恒定外磁场的相互作用能 467
10.3.3 核磁共振 468
10.3.4 饱和与弛豫 470
10.3.5 核磁共振技术的应用 471
10.4 单个原子和分子的探测和识别 476
10.4.1 用共振电离谱学探测气体中的单个原子和分子 477
10.4.2 利用激光激发分子荧光的方法来检测液体中的单个分子 481
10.5 光学相干断层扫描成像新技术OCT 483
10.5.1 OCT的基本原理 483
10.5.2 超外差法测量原理 484
10.5.3 实验装置 486
10.5.4 应用 486
主要参考书目 488