本书分为部分：现代宇宙学素描、高能粒子物理学剪影和应用物理撷英，通过生动典型的物理发现案例，尤其以21世纪以来的重大发现为载体，介绍物理学发展的新内容、新态势，阐明基础研究与高新技术的相互促进、相互依存的密切关系——重大的基础研究突破往往导致新的技术跃进和产业提升，使读者感染到科学家在探求真理中所表现的崇高科学精神（求实精神、实证精神、探索精神、理性精神、创新精神、怀疑精神、独立精神和原理精神等），从而达到普及科学思想和科学精神，陶冶性情，提升人文素养的目的。因此本书选材新颖、内容丰富、深入浅出、体例别致、文辞优美，是一本集科学普及、科学精神与人文素质教育三位一体的别具创意的科学读物。 n本书面向所有具有中学及以上文化水准干部、学生、工农兵，尤其适用于高等学校或者职业技术学院作为人文素质教育、科学精神教育的教材或参考书。 n

引 言 6 n绪论 8 n【阅读材料 绪论-1】关于钱学森之问和李约瑟问题 19 n【阅读材料 绪论-2】马克思主义的科技发展观 21 n【阅读材料 绪论-3】科学与技术 24 n部 现代宇宙学素描 26 n章 人类发现引力波 26 n节 科学世界的春雷 26 n第二节 广义相对论与引力波的预言 30 n第三节 广义相对论的实验验证 33 n第四节 引力波发现的曲折 37 n第五节 引力波探测的竞争及其启示 41 n【阅读材料1.1】关于LIGO项目立项过程 44 n【阅读材料1.2】迈克尔逊干涉仪和激光干涉仪 45 n【阅读材料1.3】关于科学精神的若干论述 47 n【阅读材料1.4】第二次发现引力波 51 n第2章 近代物理学的建立 56 n与宇宙学萌芽 56 n节 宇宙创生的传说 56 n第二节 古代希腊和古代中国关于宇宙结构的探索 58 n第三节 近代宇宙学的黎明—星云说 62 n【阅读材料2.1】关于宇宙创生的种种传说 65 n【阅读材料2.2】古代天文观测和历法的发展 69 n第3章 观测宇宙的梯级结构壮丽图景 73 n节 “量天尺”——测量天体距离的常用单位 73 n第二节 宇宙梯级结构之级——银河系 76 n第三节 宇宙梯级结构的第二级——星系群 82 n第四节 宇宙梯级结构的第三级——超星系团 84 n第4章 现代宇宙学的发轫——爱因斯坦的宇宙学方程 88 n节 现代宇宙学的基石——爱因斯坦的宇宙学方程 88 n第二节 多普勒效应与哈勃定律 94 n第三节 宇宙测量的标尺与宇宙加速膨胀的发现 100 n【阅读材料4.1】近30年来太空天文望远镜发射概况 108 n第5章 大标准模型及它所描述的宇宙演化图像 123 n节 伽莫夫的大模型 123 n第二节 奇怪的微波背景从何而来 128 n第三节 大标准模型早期演化的物理图像 132 n第四节 早期宇宙学与星系时代 141 n第五节 暗物质与宇宙早期的演化 147 n【阅读材料5.1】射电天文学的兴起 152 n【阅读材料5.2】银河系未来演变的预测 154 n第6章 大标准学说面临的主要问题 161 n节 视界问题 161 n第二节 暗物质问题 167 n第三节 暗能量的问题 171 n第四节 反物质问题 176 n第五节 磁单极子问题 180 n【阅读材料6.1】暗物质及其科学探测 185 n【阅读材料6.2】反物质及其探测 195 n【阅读材料6.3】磁单极子的寻找 199 n【阅读材料6.4】球状星团问题 203 n第7章 大学说的发展——暴胀宇宙论 205 n节 暴胀宇宙论的提出 205 n第二节 暴胀产生的根源——真空自发破缺 208 n第三节 暴胀宇宙论的物理图像 213 n第四节 新暴胀宇宙论 219 n第五节 新暴胀论中的反物质、磁单极子和均匀性问题 222 n第8章 现代宇宙学的若干思考 228 n节 宇宙到底有多大 228 n第二节 宇宙膨胀动力从何而来 231 n第三节 宇宙之外还有什么 234 n第四节 人择原理和造化之手 236 n第五节 宇宙学演变为精密科学 243 n第六节 宇宙学发展的未来方向 246 n【阅读材料8.1】暗物质和暗能量在宇宙中扮演的角色 249 n第二部 高能粒子物理学剪影 253 n——神秘失踪的中微子 253 n第9章 色彩斑斓的微观世界 253 n节 宇宙的小砖石——基本粒子 253 n第二节 基本粒子王国的三代骑士 257 n第三节 粒子间的相互作用——微观世界的经纬 260 n第四节 亚原子粒子与夸克 262 n第五节 色味俱全的基本粒子王国 264 n【阅读材料9.1】电子的发现与基本粒子探测设备（现代照相机） 273 n【阅读材料9.2】在强相互作用的渐进自由 277 n0章 笔尖下冒出的幽灵粒子—中微子 282 n节 β衰变中“能量失窃案”震动学术界 282 n第二节 漫长的中微子追踪之路 287 n第三节 中微子之父泡里传奇 292 n第四节 泡里的失误 299 n【阅读材料10.1】科学对科学发展的作用 303 n1章 中微子教父费米及其弱相互作用理论 307 n节 费米普适弱相互作用中微子理论 307 n第二节 弱相互作用是上帝的错误吗？ 310 n第三节 中微子教父费米的靓丽人生 316 n【阅读材料11.1】物理学中的对称性C、P和T 321 n【阅读材料11.2】弱相互作用宇称不守恒的发现——上帝竟然是“左撇子” 325 n2章 环绕中微子的疑云怪雾 330 n节 中微子有静止质量吗 330 n第二节 太阳中微子失窃案 336 n第三节 中微子振荡的物理图像 339 n第四节 弱相互作用中的CP不守恒的发现 345 n第五节 反物质世界的寻找 355 n第六节 理想的中微子通信 363 n3章 中微子的静止质量与中微子天文学的兴起 369 n节 中微子的静止质量到底为多大？ 369 n第二节 中微子的质量来自希格斯粒子 371 n第三节 中微子天文学的兴起与展望 375 n4章 中微子在科学界掀起惊天巨浪 382 n节 欧洲科学家宣布发现中微子超光速运行 382 n第二节 中微子超光速乌龙记余波荡漾 387 n第三节 大亚湾实验发现新的中微子振荡模式 391 n第四节 为什么科学家认定中微子只有三味呢？ 397 n第五节 惰性中微子——第四代中微子存在吗？ 401 n第三部 应用物理撷英 408 n5章 现代物理发展态势与量子信息学的兴起和发展 408 n节 爱因斯坦与现代物理的基石 408 n第二节 爱因斯坦与量子信息学的问世 413 n第三节 量子纠缠和EPR论证 415 n第四节 量子传递 420 n第五节 量子信息学 427 n【阅读材料15.1】普朗克和玻尔对量子论的贡献 433 n【阅读材料15.2】爱因斯坦对于现代量子场论发展的贡献 435 n【阅读材料15.3】量子不可克隆定理简介 436 n【阅读材料15.4】量子密钥技术 439 n6章 物理学、技术革命和产业革命 444 n节 物理学与三次产业革命 444 n第二节 物理学与信息产业集群的兴起（上） 450 n第三节 物理学与信息产业集群的兴起（下） 456 n第四节 物理学革命与新能源产业的兴起（上） 465 n第五节 物理学革命与新能源产业的兴起（下） 470 n7章 凝聚态物理与材料科学（上） 480 n节 半导体材料和半导体物理的发展 480 n第二节 巨磁阻材料和磁隧道结材料 486 n第三节 拓扑绝缘体和超导体材料 495 n第四节 光学纳米材料 502 n第五节 光学信息材料 506 n第六节 软凝聚态物质材料 509 n8章 凝聚态物理与材料科学（下） 514 n第七节 复杂材料体系 514 n【阅读材料18.1】霍尔效应 523 n【阅读材料18.2】奇妙的巴氏球 524 n【阅读材料18.3】二十个未来有潜力的新材料（ppt） 536 n9章 从诺贝尔物理学奖看现代物理发展趋势 542 n节 物理学与其他自然科学分支的交叉和融合 542 n第二节 诺贝尔物理学获奖者的国籍、学科和年龄分布 547 n第三节 诺贝尔物理学奖与现代物理学的发展脉络 560 n第四节 诺贝尔物理学奖与中国 564 n【阅读材料19.1】21世纪激光光学新发展 573 n【阅读材料19.2】BEC物理研究进展 582 n【阅读材料19.3】超弦论 591 n【阅读材料19.4】1998-2010诺贝尔物理学奖 600 n结语 617 n

张端明 男，76岁，华中科技大学物理学院教授、博士生导师，享受国务院特殊津贴。曾任湖北省物理协会理事、美国物理学会会员、美国科学促进会会员、美国纽约科学院成员，主要研究方向为基础物理与凝聚态物理。多年来主持并完成国家ji、省部级科研项目20余项，多次获得国家ji、省部级奖励，包括自然科学成果奖、科学进步奖等。他率领课题组构建的脉冲激光沉积动力学被载入材料科学巨著《Comprehensive materials processing》3卷。