引 言 6

緒論 8

【閱讀材料 緒論-1】關于錢學森之問和李約瑟問題 19

【閱讀材料 緒論-2】馬克思主義的科技發展觀 21

【閱讀材料 緒論-3】科學與技術 24

**部 現代宇宙學素描 26

第1章 人類首次發現引力波 26

**節 科學世界的春雷 26

第二節 廣義相對論與引力波的預言 30

第三節 廣義相對論的實驗驗證 33

第四節 引力波發現的曲折 37

第五節 引力波探測的國際競爭及其啟示 41

【閱讀材料1.1】關于LIGO項目立項過程 44

【閱讀材料1.2】邁克爾遜干涉儀和激光干涉儀 45

【閱讀材料1.3】關于科學精神的若干論述 47

【閱讀材料1.4】第二次發現引力波 51

第2章 近代物理學的建立 56

與宇宙學萌芽 56

**節 宇宙創生的傳說 56

第二節 古代希臘和古代中國關于宇宙結構的探索 58

第三節 近代宇宙學的黎明—星云說 62

【閱讀材料2.1】關于宇宙創生的種種傳說 65

【閱讀材料2.2】古代天文觀測和歷法的發展 69

第3章 觀測宇宙的梯級結構壯麗圖景 73

**節 “量天尺”——測量天體距離的常用單位 73

第二節 宇宙梯級結構之**級——銀河系 76

第三節 宇宙梯級結構的第二級——星系群 82

第四節 宇宙梯級結構的第三級——超星系團 84

第4章 現代宇宙學的發軔——愛因斯坦的宇宙學方程 88

**節 現代宇宙學的基石——愛因斯坦的宇宙學方程 88

第二節 多普勒效應與哈勃定律 94

第三節 宇宙測量的標尺與宇宙加速膨脹的發現 100

【閱讀材料4.1】近30年來太空天文望遠鏡發射概況 108

第5章 大爆炸標準模型及它所描述的宇宙演化圖像 123

**節 伽莫夫的大爆炸模型 123

第二節 奇怪的微波背景從何而來 128

第三節 大爆炸標準模型早期演化的物理圖像 132

第四節 早期宇宙學與星系時代 141

第五節 暗物質與宇宙早期的演化 147

【閱讀材料5.1】射電天文學的興起 152

【閱讀材料5.2】銀河系未來演變的預測 154

第6章 大爆炸標準學說面臨的主要問題 161

**節 視界問題 161

第二節 暗物質問題 167

第三節 暗能量的問題 171

第四節 反物質問題 176

第五節 磁單極子問題 180

【閱讀材料6.1】暗物質及其科學探測 185

【閱讀材料6.2】反物質及其探測 195

【閱讀材料6.3】磁單極子的尋找 199

【閱讀材料6.4】球狀星團問題 203

第7章 大爆炸學說的*新發展——暴脹宇宙論 205

**節 暴脹宇宙論的提出 205

第二節 暴脹產生的根源——真空自發破缺 208

第三節 暴脹宇宙論的物理圖像 213

第四節 新暴脹宇宙論 219

第五節 新暴脹論中的反物質、磁單極子和均勻性問題 222

第8章 現代宇宙學的若干思考 228

**節 宇宙到底有多大 228

第二節 宇宙膨脹動力從何而來 231

第三節 宇宙之外還有什么 234

第四節 人擇原理和造化之手 236

第五節 宇宙學演變為精密科學 243

第六節 宇宙學發展的未來方向 246

【閱讀材料8.1】暗物質和暗能量在宇宙中扮演的角色 249

第二部 高能粒子物理學剪影 253

——神秘失蹤的中微子 253

第9章 色彩斑斕的微觀世界 253

**節 宇宙的*小磚石——基本粒子 253

第二節 基本粒子王國的三代騎士 257

第三節 粒子間的相互作用——微觀世界的經緯 260

第四節 亞原子粒子與夸克 262

第五節 色味俱全的基本粒子王國 264

【閱讀材料9.1】電子的發現與基本粒子探測設備（現代超級照相機） 273

【閱讀材料9.2】在強相互作用的漸進自由 277

第10章 筆尖下冒出的幽靈粒子—中微子 282

**節 β衰變中“能量失竊案”震動學術界 282

第二節 漫長的中微子追蹤之路 287

第三節 中微子之父泡里傳奇 292

第四節 泡里的失誤 299

【閱讀材料10.1】科學權威對科學發展的作用 303

第11章 中微子教父費米及其弱相互作用理論 307

**節 費米普適弱相互作用中微子理論 307

第二節 弱相互作用是上帝的錯誤嗎？ 310

第三節 中微子教父費米的靚麗人生 316

【閱讀材料11.1】物理學中的對稱性C、P和T 321

【閱讀材料11.2】弱相互作用宇稱不守恒的發現——上帝竟然是“左撇子” 325

第12章 環繞中微子的疑云怪霧 330

**節 中微子有靜止質量嗎 330

第二節 太陽中微子失竊案 336

第三節 中微子振蕩的物理圖像 339

第四節 弱相互作用中的CP不守恒的發現 345

第五節 反物質世界的尋找 355

第六節 完美理想的中微子通信 363

第13章 中微子的靜止質量與中微子天文學的興起 369

**節 中微子的靜止質量到底為多大？ 369

第二節 中微子的質量來自希格斯粒子 371

第三節 中微子天文學的興起與展望 375

第14章 中微子在科學界掀起驚天巨浪 382

**節 歐洲科學家宣布發現中微子超光速運行 382

第二節 中微子超光速烏龍記余波蕩漾 387

第三節 大亞灣實驗發現新的中微子振蕩模式 391

第四節 為什么科學家認定中微子只有三味呢？ 397

第五節 惰性中微子——第四代中微子存在嗎？ 401

第三部 應用物理擷英 408

第15章 現代物理發展態勢與量子信息學的興起和發展 408

**節 愛因斯坦與現代物理的基石 408

第二節 愛因斯坦與量子信息學的問世 413

第三節 量子糾纏和EPR論證 415

第四節 量子隱形傳遞 420

第五節 量子信息學 427

【閱讀材料15.1】普朗克和玻爾對量子論的貢獻 433

【閱讀材料15.2】愛因斯坦對于現代量子場論發展的貢獻 435

【閱讀材料15.3】量子不可克隆定理簡介 436

【閱讀材料15.4】量子密鑰技術 439

第16章 物理學、技術革命和產業革命 444

**節 物理學與三次產業革命 444

第二節 物理學與信息產業集群的興起（上） 450

第三節 物理學與信息產業集群的興起（下） 456

第四節 物理學革命與新能源產業的興起（上） 465

第五節 物理學革命與新能源產業的興起（下） 470

第17章 凝聚態物理與材料科學（上） 480

**節 半導體材料和半導體物理的*新發展 480

第二節 巨磁阻材料和磁隧道結材料 486

第三節 拓撲絕緣體和超導體材料 495

第四節 光學納米材料 502

第五節 光學信息材料 506

第六節 軟凝聚態物質材料 509

第18章 凝聚態物理與材料科學（下） 514

第七節 復雜材料體系 514

【閱讀材料18.1】霍爾效應 523

【閱讀材料18.2】奇妙的巴氏球 524

【閱讀材料18.3】二十個未來*有潛力的新材料（ppt） 536

第19章 從諾貝爾物理學獎看現代物理發展趨勢 542

**節 物理學與其他自然科學分支的交叉和融合 542

第二節 諾貝爾物理學獲獎者的國籍、學科和年齡分布 547

第三節 諾貝爾物理學獎與現代物理學的發展脈絡 560

第四節 諾貝爾物理學獎與中國 564

【閱讀材料19.1】21世紀激光光學新發展 573

【閱讀材料19.2】BEC物理研究進展 582

【閱讀材料19.3】超弦論 591

【閱讀材料19.4】1998-2010諾貝爾物理學獎 600

結語 617