现代物理前沿选讲

第1讲前言

1．1大家都可以来了解现代物理学前沿

1．2为什么要选修物理学

1．3现代物理学中的不同专业

1．4现代物理学的前沿

1．5关于参考书

第2讲时空观念的变化从牛顿到爱因斯坦

2．1引言

2．2牛顿的时空观和决定论

2．3宇宙学原理

2．4白夜佯谬

2．5爱因斯坦的贡献

第3讲相对论浅释

3．1历史背景

3．2狭义相对论

3．3动尺缩短和动钟变慢

3．4速度的合成

3．5质能(质量和能量的)等价关系

3．6爱因斯坦的引力理论(广义相对论)

3．7广义相对论的三个关键性检验及其他

第4讲我们的宇宙-膨胀的宇宙

4．1爱因斯坦方程的宇宙解

4．2哈勃定律

4．3大爆炸宇宙论

4．4宇宙残余的背景辐射

4．5暗物质和暗能量

4．6宇宙学的自然单位制和普朗克尺度

第5讲我们的宇宙宇宙演化简史

5．1宇宙的创生时期(■)

5．2普朗克时期(■)

5．3大统一时期(■)及暴胀时期(■)

5．4夸克-轻子时期(■)

5．5强子-轻子时期(■)

5．6辐射时期和核合成时期(■)

5．7星系时期(■年)

5．8恒星时期(■)

5．9关于人择原理

第6讲量子物理学的发展

6．1宇观物理学中的微观粒子

6．2经典物理学在微观世界出了问题

6．3量子观念的提出

6．4原子结构和光谱的研究引到旧量子论

6．5新量子力学的第一个方案矩阵力学的产生

6．6新量子力学的第二个方案波动力学的产生

6．7波函数的统计诠释

6．8海森伯的不确定关系

6．9相对论性量子力学的提出

第7讲微观世界的层次

7．1中子的发现和原子核组成的确定

7．2大量强子的发现

7．3强子的对称性和夸克模型的提出

7．4粲夸克的提出和J／ψ粒子的发现

7．5底夸克的发现和B介子

7．6第六昧夸克顶夸克的发现

7．7电子性质的深入研究和量子电动力学的重正化

7．8U子的发现和“e．u之谜”

7．9t子的发现和“e．u．t之谜”

7．10中微子的发现和有关它们的“谜”

7．1l轻子和夸克的分代

第8讲基本粒子的标准模型

8．1基本粒子和相互作用

8．2引力相互作用

8．3电磁相互作用

8．4弱相互作用

8．5中间玻色子理论和弱电统一理论

8．6强相互作用和标准模型

8．7一些讨论

第9讲对称性和守恒量

9．1对称性和不变性

9．2诺特尔(A．E．N6mer)定理

9．3处理对称性的数学工具群论

9．4麦克斯韦方程的规范不变性

9．5量子力学中的规范不变性

9．6作用量原理

第10讲微观物理学和宇观物理学的联系

10．1极早期宇宙和粒子物理理论

10．2关于大统一理论

10．3强子及轻核形成的问题

10．4宇宙学信息对中微子代数Nv的限制

10．5正反物质不对称的问题

第11讲宏观物质世界的复杂性

11．1引言

11．2凝聚态物理学及其重要性

11．3物质在分子层次的复杂性

11．4高温(高超导转变温度Tc)超导物理

11．5低维物理和介观物理

11．6决定论和随机性

11．7交叉科学

第12讲量子流体和量子光学

12．1什么是量子流体

12．2低温物理学的进展

12．3超流性的发现

12．4玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)

12．53He超流体及其相变的发现

12．6量子光学

12．7激光精密光谱学

第13讲激光冷却和捕获原子

13．1从1997年的诺贝尔物理学奖说起

13．2激光冷却和捕获原子技术的发展

13．3激光冷却原子的物理机制

13．4激光捕获原子原子阱的物理机制

13．5BEC和2001年的诺贝尔物理学奖

第14讲分数量子霍尔效应

14．1霍尔效应

14．2量子霍尔效应

14．3电磁计量的量子基准

14．4半导体异质结

14．5分数量子霍尔效应

第15讲高压物理学

15．1高压物理学的意义和研究领域

15．2高压物理学的先驱者

15．3高压物理学的发展

15．4超高压的产生

15．5超高压下的凝聚态物理学

15．6毛河光在超高压物理学方面的工作

15．7超高压下地壳和地幔物质的研究

习题

数学附注

1．矢量

2．矩阵

3．群

4．张量

外国人名索引

书中出现的诺贝尔奖索引

　　本书从宇观、微观和宏观三方面分别介绍一些关于现代物理学前沿发展的概况。书中所介绍内容涉及43个诺贝尔奖(包括近11年的诺贝尔物理学奖)的有关内容，既试图扼要地讲述相关的物理内容，也尽可能介绍一些现代物理学发展过程中的故事，本书可供大学低年级学生或讲授有关课程的大、中学教师参考。　　本书从宇观、微观和宏观三方面分别介绍一些关于现代物理学前沿发展的概况。大到宇宙的结构，其过去发展的历史和未来发展的趋势；小到组成物孕的原子和亚原子结构；中间涉及极端条件(低温、高压、强电磁场)下物质所表现出的各种新现象和新规律。既试图扼要地讲述相关的物理内容，也尽可能介绍一些现代物理学发展过程中的故事。希望引起读者们了解和学习物理的兴趣，认识物理对于发展社会物质文明和精神文明的意义，体会研究物理学的方法。　　现在的这本小书是以授课讲义为基础，经过修改、补充、整理出来的。　　书中所介绍内容涉及43个诺贝尔奖(包括近11年的诺贝尔物理学奖)的有关内容。　　本书可供大学低年级学生或讲授有关课程的大、中学教师参考，也可供对现代物理学前沿发展有兴趣的读者作为高级科普读物来阅读。作者简介：　　黄祖洽，1924年出生于湖南长沙，理论物理学家和核物理学家。1950年清华大学理论物理专业研究生毕业后，先后在中国科学院近代物理研究所、中国原子能研究所及二机部九院工作，从事原子核理论、反应堆理论及原子弹、氢弹理论的研究。1980年当选为中国科学院学部委员(院士)，同年到北京师范大学低能核物理研究所任教授兼所长(1984年后改兼名誉所长)，19801983年曾兼任中国原子能研究所副所长，19831999年兼《物理学报》主编，1983年至今兼中国科学院理论物理研究所学术委员。先后培养了硕士、博士多名。曾获国家自然科学一等奖，国家教委科技进步一、二等奖及何梁何利科技进步奖。