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编者的话1

第一章 现代物理学的两大支柱5

§1.1 相对论和量子力学的产生背景5

1. 经典物理学及其不足5

2. 两朵乌云6

3. 经典物理学的适用范围7

§1.2 光速不变和相对论8

1. 为什么要研究相对论8

2. 电磁学向伽利略--牛顿相对论提出挑战9

3. 光速不变--一个需要思考才能理解的事实12

4. 洛伦兹变换15

5. 四维时空与四维力学量17

6. 电磁学中的四维物理量21

7. 绝对时空观和相对时空观24

§1.3 波粒二象性和量子力学24

1. 波粒二象性--一个精确的实验事实24

2. 什么是物质波27

3. 薛定谔方程--量子力学的基本运动方程29

4. 怎样表示力学量30

5. 量子力学的基本方法33

6. 相对论量子力学38

§1.4 量子场--物质存在的基本形式41

1. 什么是量子场42

2. 量子电动力学45

3. 无穷大困难及其解决办法48

4. 什么是真空51

第二章 基本粒子和基本相互作用59

§2.1 向深度微观领域进军59

1. 分子、原子、原子核60

2. 核内微观世界的粒子家属62

3. 怎样进行高能粒子物理实验研究63

§2.2 基本粒子的性质和基本相互作用68

1. 基本粒子发现简史68

2. 粒子的基本性质72

3. 四种基本相互作用72

4. 粒子的分类74

§2.3 强子结构和夸克76

1. 奇异粒子的发现76

2. 质子的电荷分布78

3. 第三批大量强子的发现81

4. 强子“周期表”83

5. 夸克模型88

§2.4 对称性与守恒定律，对称性破缺91

1. 对称性、守恒定律与守恒量91

2. 反演对称性和宇称94

3. 弱作用中宇称不守恒95

4. 弱作用中的CPT问题97

§2.5 量子色动力学97

1. 新的量子数--“色”和“味”98

2. 量子色动力学98

3. 强相互作用的特点100

4. 探测夸克和胶子101

5. 第四批粒子的发现102

6. 夸克和轻子--构成物质的基础粒子105

§2.6 规范对称性和规范场107

1. 规范对称性107

2. 强作用的规范场理论109

3. 弱电统一模型110

4. 基础粒子113

5. 寻找更大的统一理论113

1. 概论119

§3.1 固体物理学研究的内容和意义119

第三章 固体物理学119

2. 早期的固体研究121

3. 固体物理学的孕育过程122

4. 固体物理学的新发展124

§3.2 晶体结构与晶格动力学125

1. 晶体结构125

2. 倒格子和布里渊区127

3. 原子结合力129

4. 晶格动力学130

1. 单电子近似132

5. 晶格缺陷及其影响132

§3.3 固体电子的能带和能级132

2. 能带和能带计算133

3. 载流子和导电机制137

4. 杂质能级和非本征导电138

5. 迁移率140

6. 能带理论的成功和局限性140

§3.4 表面、界面与人造低维结构141

1. 表面态和表面势141

2. pn结及相关器件142

3. 肖特基结、MIS结、MOS结及相关器件144

4. 异质结及相关器件146

5. 超晶格、量子阱及其他低维结构146

6. 分子束外延技术与能带工程148

§3.5 固体电子学和光电子技术149

1. 晶体管发明的启示154

2. 固体电子学和微电子学156

3. 固体激光器157

4. 固体光电子技术160

1. 介观物理学的形成161

§3.6 介观物理学与纳米技术161

2. 介观物理学的要点165

3. 发展中的纳米器件168

4. 原子尺度的显微观察原理和方法172

5. 单原子操纵技术175

6. 新时代的曙光177

第四章 现代宇宙学180

§4.1 宇宙，时空与引力180

1. 引言180

2. 宇宙概观181

3. 牛顿无限宇宙的矛盾183

4. 爱因斯坦的有限无边宇宙186

5. 广义相对论188

§4.2 标准宇宙模型192

1. 宇宙学原理192

2. 宇宙在膨胀193

3. 大爆炸宇宙学197

4. “3K宇宙背景辐射”的发现及意义201

§4.3 宇宙结构的形成205

1. 星系分布的大尺度结构205

2. 星系形成的理论模型207

3. 金斯长度与金斯质量的简单推导209

4. 恒星的诞生210

5. 恒星的演化211

6. 恒星的终结213

§4.4 宇宙的起源与终结220

1. 普朗克时代220

2. 从无到有的创生说222

3. 宇宙的终结223

4. 宇宙结构与粒子物理学226

5. 宇宙的人择原理230

1. 从平衡到非平衡235

第五章 非平衡态热力学和非线性动力学235

§5.1 不可逆性和耗散结构235

2. 线性非平衡态热力学238

3. 非线性非平衡区的自组织结构243

4. 时间箭头249

§5.2 非线性动力学和混沌现象252

1. 从线性到非线性252

2. 蝴蝶效应和奇怪吸引子254

3. 不简单的单摆运动256

4. 虫口模型和一维映射263

5. 混沌的控制和应用267

§5.3 分形和分维269

1. 分形--大自然的几何学269

2. 分形维数270

3. 自然界的分形274

4. 分形的应用277

§5.4 孤立子281

1. 孤立波的发现281

2. 孤立子的物理特征282

3. 孤立子的数学基础283

4. 孤立子的应用284

第六章 物理学在生命科学发展中的作用288

§6.1 物理学与生命科学288

1. 什么是生命现象288

2. 生命科学与物理学289

3. 生命物质与非生命物质291

4. 耗散结构与生物进化292

§6.2 生物大分子的结构与功能294

1. 生物大分子的结构294

2. 测定生物大分子结构的物理方法一览300

3. 空间结构与功能关系303

4. 分子间的相互作用310

§6.3 细胞的结构与功能311

1. 细胞的结构311

2. 细胞膜313

3. 细胞核317

§6.4 生命与信息319

1. 信息流、物质流和能量流320

2. 信息和调控321

3. 生命系统的活力322

附录 谈谈诺贝尔物理学奖324