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第一讲 文明的曙光1

1.文明的起源1

2.海洋文明3

3.大河文明7

4.美洲文明12

5.文明的演进14

6.交流与繁荣20

思考题24

第二讲 远古的辉煌25

1.地球与中心火25

2.苏格拉底、柏拉图与亚里士多德26

3.亚历山大科学院27

4.欧几里得与几何学28

5.阿基米德，杠杆原理与浮力定律29

6.希腊文明的衰落与东移31

思考题33

第三讲 科学的诞生34

1.地心说34

2.地理大发现35

3.文艺复兴与宗教改革36

4.哥白尼与日心说37

5.布鲁诺与无限的宇宙39

6.望远镜与土星的光环40

7.伽利略的“认罪”声明41

8.第谷的精密观测43

9.开普勒与正多面体宇宙44

10.行星运动定律的发现46

思考题49

第四讲 物理的初创50

1.自由落体定律50

2.惯性定律52

3.相对性原理53

4.上帝说：让牛顿去吧54

5.经典物理学的“圣经”56

6.牛顿与苹果落地的故事58

7.万有引力定律59

8.伏尔泰与思想启蒙61

9.这片空间会荒废吗？63

10.走下神坛的牛顿65

思考题66

第五讲 热学与统计67

1.历史的火车头67

2.热的本质是运动68

3.第一定律：能量守恒70

4.第二定律：不可逆性与时间箭头71

5.第三定律：绝对零度不可抵达73

6.第零定律：热平衡的传递性75

7.玻耳兹曼与统计力学76

8.麦克斯韦妖与信息熵78

9.普里高津与耗散结构79

思考题81

第六讲 认识电与光82

1.光的微粒说压倒波动说82

2.光的波动说战胜微粒说83

3.光速的测量与约定85

4.法拉第与电磁感应86

5.麦克斯韦与电磁理论89

6.波粒二象性91

7.激光93

思考题95

第七讲 走近相对论96

1.两朵乌云96

2.爱因斯坦的学校生涯98

3.爱因斯坦的丰收年100

4.光行差现象102

5.迈克耳孙实验104

6.洛伦兹收缩与洛伦兹变换106

7.突破绝对时空观108

8.相对论的核心观念——“同时”的相对性110

9.动尺缩短与动钟变慢112

10.双生子佯谬114

11.质能关系与质量公式115

12.四维时空116

13.相对性原理与光速的绝对性117

14.相对论的困难118

思考题119

第八讲 弯曲的时空120

1.平行线只有一条吗？120

2.惯性的起源与等效原理122

3.万有引力是时空弯曲的表现126

4.广义相对论的实验验证129

5.引力波与引力透镜132

6.伟人和凡人134

思考题137

第九讲 原子与核能138

1.周期律138

2.放射性139

3.原子模型141

4.电子自旋与泡利不相容原理143

5.中子的发现145

6.裂变与链式反应146

7.原子弹的研制148

8.聚变与热核反应151

9.中国打破核垄断152

10.核能的和平利用155

思考题156

第十讲 量子的世界157

1.海森伯与矩阵力学157

2.薛定谔与波动力学159

3.最初的论战162

4.不确定关系163

5.能量量子化势垒贯穿166

6.态叠加原理与测量169

7.薛定谔猫171

8.EPR佯谬、隐变量与贝尔不等式172

思考题174

第十一讲 粒子与对称175

1.强作用与弱作用175

2.真空不空176

3.反物质的预言与发现177

4.费曼图与路径积分179

5.李、杨动摇宇称守恒182

6.对称性与守恒律184

7.补偿效应与规范场186

8.基本粒子与夸克模型188

9.弱电统一与色动力学190

10.标准模型与基本规律191

思考题192

第十二讲 恒星的演化193

1.赫罗图193

2.恒星的演化194

3.白矮星198

4.脉冲星和超新星爆发201

5.中子星204

6.黑洞的形成207

思考题208

第十三讲 黑洞的启示209

1.历史上的黑洞209

2.球对称黑洞211

3.转动的黑洞213

4.激发的黑洞216

5.黑洞热力学218

6.霍金辐射220

7.不等价的真空222

8.信息疑难223

9.坚强的天才225

思考题227

第十四讲 辽阔的星空228

1.太阳、地球与月球228

2.八颗行星230

3.小行星与彗星236

4.银河系240

5.星空巡礼244

6.河外星系，红移与哈勃定律251

7.类星体253

8.活动星系核与喷流254

思考题256

第十五讲 演化的宇宙257

1.均匀的宇宙257

2.有限无边的宇宙258

3.膨胀的宇宙260

4.火球模型262

5.早期宇宙263

6.宇宙有限还是无限265

7.暗物质与暗能量267

8.连接宇宙的虫洞——时空隧道268

9.对时空隧道的物理要求271

10.穿越时间的可行性272

思考题275

第十六讲 时间的性质276

1.古人对时间的哲学思考276

2.牛顿与莱布尼兹的不同时空观278

3.相对论与量子论对时空观的影响278

4.物理学把时间“空间化”了吗？280

5.用周期运动度量时间281

6.用运动定律度量时间——“好钟”282

7.时间测量的基础——“约定光速”282

8.异地时钟的校准——“同时”的定义284

9.“同时”具有传递性的条件285

10.“钟速同步”与第零定律286

11.绵延的相等——“时间段”相等的定义287

12.“约定光速”等价于“约定时空的对称性”288

13.奇性疑难——时间的开始与终结289

14.奇性疑难——猜想与探索292

15.时间箭头——时间的流逝性293

16.热、引力与时间295

思考题296

结束语297

主要参考文献299