物理学的历程：从亚里士多德到薛定谔

　　本书以物理学演化历史为叙述顺序，注重从观察、实验、理论和应用这一科学发展的内在逻辑角度，讲述物理学知识体系是如何一步步建立起来的，内容涉及经典力学、热力学与统计力学、电磁学、相对论、量子力学、原子与分子物理学以及天体物理学等。科学家生平故事穿插其中，鲜活展现了重大物理学进展中的人。可以说，物理学的历程正是一代代物理学家探索自然界的好奇之旅。相信读者从本书可以更加容易、更加清晰地发现科学是怎样从简单的开始，又是如何发展成为今天这宏伟而复杂的精神大厦的。

　　安东尼斯·莫迪诺斯（Antonis Modinos），希腊雅典国家技术大学物理学名誉教授。曾在英国索尔福德大学教授多门物理和数学课程，包括电磁学、物理电子学以及面向工程师和物理学家的数学方法。发表论文80余篇，撰有《物质的量子论》（Quantum Theory Of Matter - A Novel Introduction），《场、热电子和二次电子发射光谱》（Field， Thermionic and Secondary Electron Emission Spectroscopy）等著作。

第1章物理学的语言 / 1
1.1无穷级数和数列： 从芝诺到魏尔斯特拉斯 / 1
1.2几何和数 / 5
练习 / 10
第2章科学的黎明 / 11
2.1亚里士多德 / 11
2.2空间、时间和物质 / 12
2.3宇宙 / 14
2.4自然的行为有目的吗 / 18
练习 / 20
第3章天文学铺就道路 / 21
3.1亚历山大的天文学家 / 21
3.2哥白尼和他的日心说 / 26
3.3开普勒及其对天文学的贡献 / 30
练习 / 34
第4章伽利略的生平 / 35
练习 / 45
第5章17世纪： 科学萌芽 / 47
5.1数的连续性；函数；笛卡儿解析几何 / 47
5.2重要的实验和发明 / 55
5.2.1托里拆利气压计和玻意耳气体定律 / 55
5.2.2斯涅耳折射定律和光的本性 / 58
5.3微积分的发明 / 61
练习 / 69
第6章艾萨克·牛顿 / 72
6.1不快乐的童年和他在剑桥的生活 / 72
6.2原理 / 76
6.2.1运动定律简介 / 76
6.2.2运动举例 / 81
6.2.3引力 / 86
6.2.4伽利略相对性原理 / 88
6.3牛顿发表《原理》之后的生活 / 89
练习 / 90
第7章经典力学 / 94
7.1牛顿之后的力学 / 94
7.1.1角动量 / 95
7.1.2固体围绕固定轴的旋转 / 96
7.1.3单摆 / 98
7.2振动的弦；偏微分方程和傅里叶级数 / 100
7.3分析力学中的重要概念 / 105
7.4流体力学 / 110
练习 / 114
第8章化学发轫 / 119
8.1化学与炼金术的关系 / 119
8.2气动化学家 / 120
8.3道尔顿和物质的原子论 / 124
8.4阿伏伽德罗理论和理想气体定律 / 128
练习 / 131
第9章热力学和统计力学 / 132
9.1热力学 / 132
9.1.1热 / 132
9.1.2能量守恒和热力学第一定律 / 133
9.1.3热力学函数，状态方程和相图 / 136
9.1.4热力学第二定律；熵 / 139
9.2统计力学 / 147
9.2.1气体分子运动论 / 147
9.2.2麦克斯韦玻尔兹曼分布 / 148
9.2.3吉布斯统计物理 / 155
9.2.4均分定理 / 158
9.2.5波动 / 159
9.2.6扩散 / 162
练习 / 163
第10章电磁学 / 170
10.1早期历史 / 170
10.2静电学，稳态电流和磁性 / 171
10.2.1静电学 / 171
10.2.2电池的发现 / 173
10.2.3电流和磁性 / 175
10.2.4电磁单位 / 179
10.2.5欧姆定律 / 180
10.2.6电与化学 / 182
10.3法拉第电磁感应 / 184
10.4电磁波 / 189
10.4.1光的波动性得以证实 / 189
10.4.2关于矢量场的两条重要定理 / 192
10.4.3麦克斯韦和他的方程 / 197
10.4.4材料介质中的电磁场 / 208
练习 / 213
第11章阴极射线和X射线 / 219
11.1阴极射线 / 219
11.2X射线的发现 / 220
11.3电子的发现 / 223
11.4X射线衍射 / 224
11.5电子发射和电子阀 / 228
11.5.1热电子发射 / 228
11.5.2场发射 / 231
练习 / 231
第12章爱因斯坦相对论 / 234
12.1爱因斯坦早期的生活和研究 / 234
12.2狭义相对论 / 236
12.2.1预备知识 / 236
12.2.2洛伦兹变换的由来 / 241
12.2.3长度缩短和时间膨胀 / 243
12.2.4狭义相对论的运动定律 / 244
12.3物理定律的不变性 / 246
12.3.1闵可夫斯基四维时空 / 246
12.3.2张量和相对论不变性 / 249
12.4广义相对论 / 255
12.4.1广义相对性原理 / 255
12.4.2曲线张量 / 258
12.4.3爱因斯坦方程 / 260
12.5著名的科学家 / 264
练习 / 267
第13章量子力学 / 270
13.1光的量子化 / 270
13.1.1黑体辐射和普朗克定律 / 270
13.1.2光电效应 / 276
13.1.3爱因斯坦系数 / 278
13.1.4激光 / 280
13.2原子结构 / 281
13.2.1汤姆孙静态原子模型 / 281
13.2.2卢瑟福原子模型 / 282
13.2.3玻尔模型 / 284
13.2.4自旋的发现 / 289
13.3波粒二相性 / 290
13.4形式化的量子力学 / 292
13.4.1薛定谔方程 / 292
13.4.2束缚粒子的定态 / 297
13.4.3海森堡不确定性原理 / 301
13.4.4散射态和隧穿现象 / 306
13.4.5跃迁 / 311
13.4.6经典力学与量子力学的联系 / 312
练习 / 313
第14章原子、分子和固体 / 324
14.1单电子原子 / 324
14.1.1轨道角动量 / 324
14.1.2中心场中粒子的定态 / 329
14.1.3氢原子定态 / 331
14.2电子自旋 / 335
14.2.1氢原子能级的精细结构 / 335
14.2.2电子自旋的形式化描述 / 336
14.3辐射场及其和物质的相互作用 / 340
14.3.1线性谐振子 / 340
14.3.2对辐射场的量子力学描述 / 342
14.3.3辐射场和物质的相互作用 / 343
14.4全同粒子的不可区分性和量子统计 / 345
14.4.1全同粒子的不可区分性 / 345
14.4.2玻色子 / 347
14.4.3费米子 / 350
14.5多电子原子 / 353
14.5.1元素周期表 / 353
14.5.2自洽场 / 357
14.5.3多电子原子的能级 / 361
14.6分子 / 363
14.6.1玻恩奥本海默近似 / 363
14.6.2双原子分子： 电子项 / 364
14.6.3双原子分子的原子核运动 / 367
14.6.4多原子分子 / 370
14.7固体 / 370
14.7.1正格子和倒格子的对称单元 / 370
14.7.2晶体的单电子态 / 372
14.7.3金属 / 374
14.7.4铁磁性金属 / 381
14.7.5半导体 / 382
14.7.6pn结和晶体管 / 385
14.7.7晶格振动 / 387
14.7.8超导性 / 391
练习 / 394
第15章非常小和非常大 / 402
15.1核物理 / 402
15.1.1放射性 / 402
15.1.2核反应以及中子的发现 / 406
15.1.3核裂变以及首次核反应 / 409
15.1.4核模型 / 411
15.1.5基本粒子和标准模型 / 411
15.2狄拉克电子理论和量子电动力学 / 416
15.2.1狄拉克电子理论 / 416
15.2.2量子电动力学 / 424
15.3宇宙学 / 439
15.3.1星系 / 439
15.3.2恒星的创生和死亡 / 440
15.3.3地球 / 443
15.3.4宇宙： 膨胀的宇宙 / 443
练习 / 445
附录数学笔记 / 447

主题词索引 / 457

人名索引 / 464