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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