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绪论&叶高翔5

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15

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32

1.3.3 法拉第和麦克斯韦的学术风格34

1.3.4 光是一种电磁波35

1.3.5 三维全息照相44

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 量子假说51

2.2.1 黑体辐射和普朗克量子假说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67

参考文献67

第3章 量子力学——现代高科技的基石之一&叶高翔3.1 趋向导电极限的超导体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77

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 晶体管——构筑智慧的细胞84

3.3.1 半导体的物理特性85

3.3.2 P-N结87

3.3.3 晶体三极管——放大人类的智慧88

3.3.4 晶体管——微电子产业的基本单元90

3.4 冲刺元器件小型化的极限90

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93

参考文献94

第4章 相对论与现代时空观&盛正卯95

4.1 狭义相对论的创立95

4.2 狭义相对论的基本原理97

4.2.1 光速不变原理97

4.2.2 相对性原理98

4.3 狭义相对论的主要结论99

4.3.1 同时的相对性99

4.3.2 时间延缓101

4.3.3 长度缩短102

4.3.4 质能关系104

4.4 新引力理论——广义相对论105

4.4.1 广义协变原理106

4.4.2 等效原理106

4.5 广义相对论的主要结论108

4.5.1 引力大的地方时钟走得慢108

4.5.2 引力导致空间弯曲109

4.6 广义相对论的一些预言110

4.6.1 恒星光的引力偏转111

4.6.2 雷达回波延迟112

4.6.3 水星近日点的进动112

4.7 相对论的其他实验验证及实际应用113

4.7.1 μ介子的寿命113

4.7.2 孪生子效应114

4.7.3 全球定位系统（GPS）115

4.8 相对论的时空观117

参考文献119

第5章 宇宙之砖 物质结构&盛正卯120

5.1 物质结构120

5.1.1 电子的发现与原子构成120

5.1.2 越来越多的新粒子122

5.1.3 夸克（Quark）模型123

5.2 基本相互作用及其统一125

5.2.1 四种基本相互作用力126

5.2.2 奇妙的规范对称性127

5.2.3 标准模型128

5.3 原子能及其应用129

5.3.1 原子核的结合能129

5.3.2 原子能的可能释放模式131

5.3.3 原子能的和平利用132

5.3.4 核武器及其小型化135

参考文献137

第6章 膨胀着的宇宙&盛正卯139

6.1 传统的宇宙观及其不足139

6.1.1 永恒的宇宙与热力学的矛盾139

6.1.2 夜空为什么是黑暗的——奥伯斯佯谬140

6.1.3 问题的解决140

6.2 哈勃（E.Hubble）的发现141

6.2.1 波的多普勒效应141

6.2.2 恒星距离的测定142

6.2.3 哈勃的发现142

6.3 宇宙的起源143

6.3.1 大爆炸模型（Big Bang）143

6.3.2 宇宙哥白尼原理145

6.3.3 大爆炸模型的观察证据146

6.4 宇宙的命运148

6.4.1 宇宙整体的命运148

6.4.2 恒星的产生与命运150

6.4.3 神奇的星体——黑洞152

6.4.4 人类的命运154

6.5 21世纪宇宙学面临的问题155

6.5.1 暗物质问题155

6.5.2 正反物质的不对称问题156

6.5.3 微观世界与宇宙的统一157

参考文献158

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159

7.2 混沌的本质162

7.2.1 虫口模型162

7.2.2 倍周期分岔163

7.2.3 混沌的基本性质166

7.2.4 混沌的应用169

7.3 自然界的几何——分形170

7.3.1 分形维数170

7.3.2 来自简单规律的复杂系统172

7.4 特殊的非线性系统——可积系统172

参考文献174

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175

8.1.1 引力量子化与大统一理论175

8.1.2 超高能物理及宇宙起源177

8.1.3 复杂系统的研究178

8.1.4 极端条件下的物理现象178

8.2 物理学在其他自然科学及高新技术中的应用179

8.2.1 物理学与生命科学179

8.2.2 21世纪的计算机180

8.2.3 21世纪的通讯、能源与交通181

8.3 物理学与国防现代化182

参考文献183

第9章 科学与人类文明&叶高翔，盛正卯184

9.1 重大的发现 重要的提示184

9.2 科学技术与人类文明192