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目录1

1．前言1

2．论题3

3．物理学是基础研究11

3.1 天体物理和宇宙学，基本粒子和原子核——空间和时间、能量和物质的基本结构13

3.1.1 天体物理和宇宙学13

3.1.2 粒子物理23

3.1.3 原子核——物质的构成单元，恒星的燃料34

3.2 原子、分子、量子光学和等离子体——光与物质的相互作用46

3.2.1 量子世界一瞥46

3.2.2 快、更快、最快——超短激光脉冲54

3.2.3 从微结构制备新材料60

3.2.4 等离子体——物质的第四种状态65

3.3 凝聚态物质——从基础研究到未来的技术69

3.3.1 半导体69

3.3.2 凝聚态物质中的奇异电子态75

3.3.3 超导性80

3.3.4 磁性——与新技术相关的古老现象84

3.3.5 表面91

3.3.6 纳米结构100

3.3.7 软物质107

3.3.8 有机半导体115

3.4 自组织和结构的形成——普适的原理121

3.4.1 热力学：一个普适的理论122

3.4.2 流动的晶体，固态液体122

3.4.3 形变：相变122

3.4.4 临界现象123

3.4.5 普适性和标度不变性124

3.4.6 好！现在让铸造开始……（席勒的《钟之歌》）125

3.4.7 成长和成熟126

3.4.8 分形世界127

3.4.9 沙子的轨迹：颗粒动力学128

3.4.10 流动，向前流动，不断地伸展（歌德的《魔术师的学徒》）129

3.4.11 决定性混沌：混乱中的方法130

3.4.12 生存的结构和生命的结构132

3.5 物理学和生物学——生命的物质结构及基本过程133

3.5.1 物理学和生物学——历史上的姐妹133

3.5.2 生物材料的魔力——自组织在复杂结构中产生有序性134

3.5.3 结构的阐明——从原子到毫米尺度136

3.5.4 从单分子到系综：一座连接生物信息学和物理学的桥梁137

3.5.5 生物纳米机器139

3.5.6 展望142

3.6.1 地球——一个热机145

3.6 物理学和“地球系统”——地震、海洋、气候和环境145

3.6.2 地震学——地球内部的窗口146

3.6.3 测量地球的人造卫星147

3.6.4 地球磁场149

3.6.5 地球科学和固体物理——成功的一对150

3.6.6 气候151

3.6.7 地球，我们的生存环境154

3.7 物理学与数学——自然之书用数学的语言写成157

4．物理学是为工业和技术进行的研究161

4.1 汽车中的物理学163

4.2 医学中的物理学171

4.3 能源技术中的物理学174

4.3.1 我们的能源174

4.3.2 光伏效应——来自太阳的电能175

4.3.3 高温超导体——使电能没有损失（见3.3.3）178

4.3.4 聚变：地球上的受控太阳燃烧182

4.4 半导体技术中的物理学187

5．物理学是人类文化的一部分，是技术的基础197

6．物理教育201

6.1 中小学中的物理学201

6.2.2 物理学位205

6.2.1 必备条件和新学生数量205

6.2 德国大学的物理教育205

6.2.3 中学教师第一次国家考试与相关的大学物理课程207

6.2.4 学士／硕士课程209

6.2.5 博士学位210

6.2.6 物理学研究中的女性212

7．物理学者的工作岗位和工作方式213

7.1 物理学工作者的职业领域213

7.2.1 交叉学科，专业领域，合作217

7.2.2 大学217

7.2 物理研究单位（大学，政府研究机构，工业界）217

7.2.3 政府研究机构218

7.2.4 工业221

7.3 物理研究需要大规模的设备223

7.4 物理学的国际性226

8．作者与合作者229

9．编委会：要求，成员和运作方式233

附录1：与物理专业学位课程相关的典型课程时间表235

附录2：2000/2001学年德国物理专业情况统计238

附录3：英国妇女在物理学领域从事学习或教学的比例（百分比）239

译后记240