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第一部分 物质和宇宙13

第1章 宇宙学13

1.1引言13

1.2热大爆炸宇宙学15

1.2.1宇宙的膨胀18

1.2.2宇宙的均匀与各向同性20

1.2.3宇宙微波背景辐射22

1.2.4轻元素丰度25

1.3宇宙学的现代进展26

1.3.1暗物质26

1.3.2暗能量29

1.3.3暴胀31

1.4再电离后的宇宙32

1.4.1宇宙再电离历史32

1.4.2星系的形成和演化33

1.4.3活动星系核34

1.4.4 γ射线暴34

1.5宇宙学的未来35

1.5.1探测暗物质35

1.5.2暗能量与基础物理学的联系36

1.5.3暴胀与基础物理学的联系37

1.5.4弦宇宙学38

1.5.5新的观测工具38

1.6总结40

进一步阅读40

作者简介41

第2章 引力42

2.1引力的吸引作用42

2.2引力的一些奇特的性质42

2.3广义相对论和弯曲时空43

2.4弱引力和实验检验45

2.5引力辐射和脉冲双星48

2.6强引力、中子星和黑洞51

2.7引力和宇宙、暗物质和暗能量54

2.8引力和早期宇宙58

2.9引力和量子论、普朗克尺度60

2.10黑洞和量子理论62

2.11为一无所有费尽心机、宇宙学常数64

2.12量子引力理论66

2.13现在来讨论关于时空的一些完全不同的东西68

进一步阅读71

作者简介72

第3章 新天文学73

3.1引言73

3.2观测天文学进展73

3.3宇宙演化的标准模型77

3.4恒星演化的标准理论78

3.5天体物理学的研究前沿85

3.5.1脉冲星和反常脉冲星85

3.5.2微类星体86

3.5.3 γ射线暴86

3.5.4吸积盘和喷射流87

3.5.5宇宙加速器87

3.6超出标准模型的物理学88

3.7遥远行星和天体生物学88

3.8结束语89

进一步阅读89

作者简介90

第4章 粒子及其标准模型91

4.1粒子物理学的由来91

4.2标准模型95

4.2.1强相互作用98

4.2.2弱作用和电磁相互作用99

4.2.3隐藏的电弱对称性101

4.3充满发现的过去十年102

4.4重大问题105

4.4.1基元性105

4.4.2对称性105

4.4.3统一106

4.4.4本体证认106

4.4.5地形学106

4.5希格斯玻色子106

4.6统一理论109

4.7质量的起源111

4.8中微子振荡113

4.9超对称性116

4.10引力和粒子物理学118

4.11粒子物理学的新工具121

4.12改变观念122

4.13我们面前的路123

进一步阅读124

作者简介125

第5章 超弦理论126

5.1引言126

5.2点粒子引起的问题126

5.3狭义相对论、量子理论和标准模型128

5.4引力、时空和量子理论132

5.5弦论——前驱者和早期发展133

5.6统一各种力的弦论135

5.6.1弦之间的相互作用137

5.7超越朴素的微扰近似141

5.8弦构成的宇宙143

5.8.1 3膜上的物理143

5.8.2黑洞的量子性质144

5.8.3全息宇宙144

5.8.4宇宙学和弦论145

5.9前景146

进一步阅读147

作者简介147

第二部分 量子物质151

第6章 用光子操控原子151

6.1引言151

6.2原子内态的操控152

6.2.1原子和光子的角动量152

6.2.2光抽运153

6.2.3光展宽和光移154

6.3电磁力和陷俘155

6.3.1带电粒子的陷俘156

6.3.2磁偶极力157

6.3.3电偶极力158

6.3.4辐射压力161

6.4原子的冷却163

6.4.1多普勒冷却163

6.4.2 Sisyphus冷却164

6.4.3亚反冲冷却166

6.5超冷原子的应用168

6.5.1原子钟169

6.5.2原子光学和原子干涉学170

6.5.3 Ramsey-Borde干涉仪171

66结束语173

进一步阅读173

作者简介174

第7章 超冷原子的量子世界175

7.1引言175

7.2什么是“温度”？175

7.3激光冷却178

7.4磁陷俘180

7.5蒸发冷却183

7.6量子效应184

7.6.1玻色-爱因斯坦凝聚187

7.6.2原子凝射器188

7.7驻波光场对原子的衍射和布拉格干涉仪190

7.7.1原子的布拉格衍射190

7.8非线性原子光学——四波混频193

7.9超冷原子之间的可控碰撞194

7.10费米简并196

7.11结论199

进一步阅读199

作者简介200

第8章 超流体201

8.1什么是超流？201

8.2量子液体201

8.3液体氦-4203

8.4超导电性210

8.5液体氦-3：一种各向异性超流体215

8.6非常规的超导体220

8.7有关历史的后记224

进一步阅读228

作者简介229

第9章 量子相变230

9.1引言230

9.2实验室中相互作用的量子比特231

9.3压缩玻色-爱因斯坦凝聚体238

9.4铜基氧化物超导体244

9.5结论254

进一步阅读254

作者简介254

第三部分 运作中的量子259

第10章 实质性的量子纠缠259

10.1这一切是怎么开始的259

10.2纠缠的物理学260

10.3纠缠和信息265

10.4量子远程传态266

10.5基于纠缠的量子加密术267

10.6展望268

进一步阅读269

作者简介270

第11章 量子、密码和计算机271

11.1简介271

11.2从比特到量子比特273

11.3量子纠缠275

11.4量子布尔网络及其复杂性276

11.5量子算法278

11.5.1 Shor算法278

11.5.2 Grover算法279

11.6建造量子计算机280

11.7安全通信的技艺282

11.8量子密钥分发284

11.9结束语286

进一步阅读287

作者简介287

第12章 小尺寸结构与“纳米科学”288

12.1引言288

12.2介观物理学与纳米物理学，工具与能力291

12.3电导量子化295

12.4 Aharonov-Bohm电导振荡297

12.5环和圆筒中的持续流299

12.6库仑堵塞300

12.7退相干——量子干涉的退相302

12.8纳米体系的例子305

12.9结论307

进一步阅读309

作者简介309

第四部分 计算物理学313

第13章 混沌系统的物理学313

13.1引论313

13.2不稳定性：奇异吸引子316

13.3奇异吸引子的刻画320

13.3.1用观测时间序列进行预测324

13.4混沌振子的同步；混沌通信327

13.4.1混沌的控制332

13.5简单物理系统中的混沌：展望335

进一步阅读336

作者简介336

第14章 复杂系统337

14.1引言337

14.2改变描述的层次339

14.3宏观结构的出现340

14.4一个范例：复数金兹堡-朗道方程341

14.5连接微观世界和宏观世界344

14.6湍流350

14.7自组织临界性352

14.8颗粒介质357

14.9玻璃态行为360

14.10计算方法364

14.11脑中的信息处理367

14.12展望369

进一步阅读370

作者简介371

第15章 合作式物理学、e科学、网格——实现利克里德的梦想372

15.1引言372

15.1.1 e科学与利克里德372

15.1.2计算机基础设施、e基础设施和网格374

15.1.3本章概述375

15.2合作式物理学项目376

15.2.1粒子物理学376

15.2.2实验粒子物理学：LHC计算网格378

15.2.3理论粒子物理学：QCDGrid381

15.2.4天文学：国际虚拟天文台382

15.2.5天体物理学与宇宙学384

15.2.6聚变物理学385

15.2.7凝聚态物理学386

15.2.8原子物理学388

15.2.9闲置周期利用模式的各种应用389

15.3 e基础设施和网格391

15.3.1用户要求391

15.3.2历史391

15.3.3分布式计算与Web服务392

15.3.4其他用户问题396

15.3.5网格管理397

15.4工业与商业网格398

15.4.1工程应用398

15.4.2应对灾难399

15.4.3健康网格400

15.4.4虚拟组织400

15.5结论401

进一步阅读402

作者简介403

第五部分 行动中的科学407

第16章 生物物理学与生物分子材料407

16.1引言407

16.2膜410

16.2.1具有大弯曲刚度的液体膜间的相互作用412

16.2.2柔性液体膜间的Helfrich振荡相互作用413

16.2.3柔性流体分层膜的X射线同步散射揭示了Helfrich振荡相互作用的存在414

16.3 DNA-膜络合物418

16.3.1正离子脂质体-DNA络合物的分层LCα相419

16.3.2反荷离子释放驱动DNA-膜络合物的自组装424

16.3.3 CL-DNA络合物的过量荷电；与活体DNA-组蛋白络合物的相似424

16.3.4 CL-DNA络合物的反六角HCⅡ相427

16.3.5 CL-DNA络合物的结构与基因递送之间的关系428

16.3.6 二维空间的DNA430

16.4多层洋葱相433

16.5囊质体-膜泡内的脂质体434

16.6蛋白质的活体组装436

16.7未来的研究方向441

进一步阅读445

作者简介445

第17章 医学物理学447

17.1前言447

17.2放射诊断学的未来——低剂量与对比度的较量448

17.3放射治疗——从钴弹到重离子452

17.4核医学——趋势和展望458

17.5核磁共振成像——视野进入体内465

17.6生物电和生物磁的测量——追踪运动和情绪474

17.7超声和激光的医学应用477

17.8脑部研究——一个综合应用479

进一步阅读483

作者简介483

第18章 材料物理学485

18.1引言485

18.2杂质和掺杂486

18.3同位素490

18.4太阳能（光伏）电池492

18.5液晶和平板显示器495

18.6光导纤维499

18.7磁存储器502

18.8金刚石，富勒碳球和纳米管506

进一步阅读508

作者简介508

第19章 物理学与社会510

19.1引言510

19.2社会对物理学的影响510

19.3物理学带给社会的副产品513

19.4知识514

19.5技术516

19.6方法521

19.7人才523

19.8从基础研究到技术转让的途径527

19.9对水晶球的大胆窥探528

19.10物理学的社会形象530

19.11展望533

进一步阅读534

作者简介535

全书参考文献536

汉英对照索引542

译后记567