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第1章　相对论和现代宇宙学 1

1.1　相对论运动学 1

1.1.1 爱因斯坦的“追光实验” 1

1.1.2 同时的相对性和时间膨胀 2

1.1.3 高速旅行可以长寿吗 5

1.1.4　运动的尺变短 5

1.1.5　光速能够超越吗 6

1.2　相对论动力学，质能关系式 7

1.2.1　质量随速度而变化 7

1.2.2　改变世界的方程——质能关系式 8

1.3　广义相对论简介 10

1.3.1　广义相对论基本原理 10

1.3.2　广义相对论的实践检验 13

1.3.3　光频的引力红移 14

1.3.4　双星的引力辐射 14

1.3.5 黑洞 15

1.4　现代宇宙学 17

1.4.1　可观测宇宙的概貌 17

1.4.2　宇宙在膨胀——哈勃红移 18

1.4.3　早期宇宙的遗迹——3K微波背景辐射 19

1.4.5　牛顿的无限宇宙模型 21

1.4.4　宇宙年龄的估计 21

1.4.6　爱因斯坦的有限无边宇宙模型 23

1.4.7　大爆炸宇宙学（宇宙学的标准模型） 24

1.5　恒星的诞生、演化及其归宿 26

1.5.1　星际物质和恒星的诞生 26

1.5.2　恒星的演化及其归宿 27

1.5.3　从“天关客星”到脉冲星的发现 28

1.6　太阳系和地球的起源与演化 29

1.6.1　太阳系概貌 29

1.6.3　地球的起源和演化 30

1.6.2　太阳系的起源和演化 30

第2章　电磁辐射的量子化 32

2.1　热辐射 32

2.1.1　描述热辐射的基本物理量 32

2.1.2　基尔霍夫定律 33

2.1.3　黑体的辐射定律 33

2.1.4　经典物理学所遇到的困难 34

2.1.5　普朗克公式 35

2.2　光电效应 36

2.2.1　光电效应的实验规律 37

2.2.2　光波动理论的缺陷 38

2.2.3　爱因斯坦光子假说 38

2.3.1　康普顿实验 39

2.3　康普顿效应 39

2.3.2　光子理论的解释 40

2.4　氢原子光谱　玻尔的氢原子理论 42

2.4.1　氢原子光谱的规律性 42

2.4.2　玻尔的氢原子理论 43

2.4.3　玻尔理论的缺陷 45

第3章　量子力学基础 46

3.1　微观粒子的波粒二象性 46

3.1.1　德布罗意假设 46

3.1.2　实物粒子波动性实验 46

3.1.3　德布罗意波的统计解释 47

3.2　不确定关系 48

3.3　波函数　薛定谔方程 49

3.3.1　波函数 50

3.3.2　薛定谔方程 51

3.4　一维无限深势阱 53

3.5　一维势垒　谐振子 55

3.5.1　一维势垒　隧道效应 55

3.5.2　谐振子 57

3.6　氢原子的量子力学处理方法简介 57

3.6.1　氢原子的薛定谔方程 57

3.7.1　施特恩—格拉赫实验 58

3.7　电子的自旋 58

3.6.2　量子化条件和量子数 58

3.7.2　电子的自旋 59

3.8　原子的电子壳层结构 60

第4章　激光物理与技术 62

4.1　激光的产生 62

4.1.1 自发辐射、受激辐射和受激吸收 62

4.1.2　粒子数反转 64

4.1.3　激光器的基本结构和工作原理 65

4.1.4　增益系数 67

4.1.5　谐振腔的作用 67

4.2.1　固体激光器 70

4.2　激光器的种类 70

4.2.2　气体激光器 72

4.2.3　液体激光器 74

4.2.4　半导体激光器 75

4.3　激光器的纵模和横模 75

4.3.1　谱线宽度 75

4.3.2　激光的纵模 76

4.3.3　激光的横模 77

4.4　激光特性 77

4.4.1　单色性 78

4.4.2　方向性 78

4.4.4　能量集中性 79

4.5　激光技术 79

4.4.3　相干性 79

4.5.1　选模技术 80

4.5.2　调Q技术 81

4.5.3　锁模技术 82

4.5.4　激光调制技术 83

4.5.5　激光束偏转技术 84

4.6　激光的应用 85

4.6.1　激光加工 85

4.6.2　激光精密测量 89

4.6.3　激光通信 97

4.6.4　激光信息处理 99

4.6.5　激光的军事应用 105

4.6.6　激光在科学技术研究中的应用 108

4.6.7 长度基准与时间基准的统一 115

第5章　红外物理与技术 117

5.1　红外辐射的物理基础 117

5.1.1　基本辐射量 117

5.1.2　黑体辐射规律 120

5.1.3　非黑体的辐射 123

5.2　常见的红外辐射源 126

5.2.1 目标的辐射 126

5.2.2　背景的辐射 130

5.3.1　大气的特性 131

5.3　大气对红外辐射传输的影响 131

5.3.3　大气的吸收 134

5.3.2　大气的组分 134

5.3.4　大气的散射 139

5.4　红外探测器 140

5.4.1　红外探测器的性能参数 141

5.4.2　红外探测器的分类及物理机理 142

5.4.3　常用红外探测器及其特性 146

5.5　红外系统结构 148

5.5.1　被动系统 148

5.5.2　主动系统 148

5.6.1　红外成像技术 149

5.6　红外技术的应用 149

5.6.2　红外搜索跟踪和红外雷达 151

5.6.3　红外制导 151

5.6.4　红外侦察和红外夜视 153

5.6.5　红外测温 154

第6章　非线性物理 155

6.1　非线性物理导论 155

6.1.1　什么是非线性 155

6.1.2　非线性演化方程 156

6.2　混沌 159

6.2.1　确定论和概率论的描述 160

6.2.2　有关混沌的基本概念 161

6.2.3　工程系统中的混沌现象 166

6.3　分形与分维 168

6.3.1　相似性维数 169

6.3.2　分形几何学 170

6.4　孤波和孤立子 170

6.4.1　孤立子的概念 170

6.4.2　激光与生物大分子的相互作用 171

6.5　自组织理论导论 174

6.5.1　什么叫自组织 174

6.5.2　耗散结构理论 180

6.5.3　协同学（Synergetics） 182

6.5.4　本章结束语 186

第7章　新能源技术 189

7.1　能源概况 189

7.1.1　能源分类 189

7.1.2　能源的利用 190

7.2　能源在人类社会发展中的作用 190

7.2.1　能源使用状况对社会发展的影响 190

7.2.2　能源与环境 191

7.3　新能源开发简介 193

7.3.1　核能 193

7.3.2　太阳能 196

7.3.3　风能 198

7.3.4　地热能 199

7.3.5　海洋能 200

7.3.6　氢能 201

7.3.7　生物质能 201

第8章　材料科学与技术 203

8.1　概述 203

8.1.1　材料是人类进步的标志 203

8.1.2　材料是科学技术进步的基础和先导 204

8.1.3　新材料是当今世界重大科技决策的必然选择 205

8.2　材料科学的物理基础 205

8.2.1　固体结构 205

8.2.2　晶体的结合类型 214

8.2.3　固体的能带 217

8.2.4　费米—狄拉克统计 221

8.3　材料体系的分类 223

8.3.1 晶体 224

8.3.2　非晶体 226

8.3.3 多晶体 232

8.4　新型材料 236

8.4.1 高性能半导体材料 236

8.4.2　超导材料 245

8.4.3　纳米材料 250

参考文献 262