前进中的物理学与人类文明

　　在这本书中，高能物理学家李学潜教授从牛顿力学讲起，简明介绍了电磁学与统计物理学、狭义和广义相对论、量子物理、量子场论、粒子物理学以及高能天体物理学的相关知识和重要的进展。此外，本书还剖析了物理学与数学的关系，以及物理学与科学技术各领域的发展和人类文明发展的密切联系，给读者绘制了物理文化与人类文明的绚烂多彩的图景。本书涵盖的内容虽然广泛，但通过作者通俗易懂、深入浅出的讲解，能让爱好物理学的中学生、大学生从书中体会到物理学的魅力。

　　李学潜，南开大学物理科学学院教授1961年进入南开大学物理系，毕业后进入保定整流器厂，1977年考入南开大学成为硕士研究生，1980年到美国明尼苏达大学，在导师的指导下开展博士研究生的研究工作。1985年获得博士学位回国，在中国科学院理论物理研究所做博士后，1987年应母校光校长邀请回到南开大学，在教学的同时开展学术研究，直到退休。李学潜教授主要的研究方向是粒子物理现象学（唯象学），其他方向如量子物理、中微子物理、核物理、宇宙学等均有涉猎，在国内外学术期刊上发表过近200篇学术论文，并写过不少科普文章和教学相关文章，翻译了几本物理书籍。李学潜教授曾任天津市物理学会副理事长、中国物理学会高能物理分会常务理事，一生中培养博士生、硕士生几十人，他们目前活跃在国内外各高校及科研单位的教学和科研一线。

第 一章 从牛顿开始 1
牛顿开启了物理学的大门 1
牛顿力学的应用和哲学意义 6
开普勒的行星运动三大定律和牛顿的万有引力定律 13
光是粒子还是波 19
牛顿在物理学、数学等各方面的涉猎 23

第二章 物理学的实验和理论研究 26
粗粒化和微扰论——误差的存在和分析 26
镜像法——看得见的数据 30
材料的检验 34
信号——远程传输和测量 39
再论加速器 41
利用微扰论验证理论 49

第三章 当数学遇到物理学 54
数学在物理学中的重要作用 54
几何和代数 56
万物皆数 61
对称和非对称 63
微分几何和量子场论 67

第四章 麦克斯韦理论 73
电、磁研究塑造现代文明 74
麦克斯韦方程组 78
电磁波和光、反射和折射规律，以及干涉、衍射 82
迈克尔逊-莫雷实验，否定了电磁以太的存在 85

第五章 相对论 88
光速不变的秘密 88
“同时”不同时——时间的相对性 93
相对论的直接验证 99
狭义相对论的应用 100
广义相对论 104
黑洞与奇点 107
引力波 111
虫洞 114
未来的星际旅行 115

第六章 认识宇宙 117
人类在宇宙中的地位 117
太阳 120
恒星的死亡过程 122
宇宙的创生和演化 128
正反物质的不对称性 135
暗物质与暗能量 137

第七章 统计物理的古怪研究 143
统计对物理学有多重要 143
微观和宏观世界的桥梁 150
多体问题 154
熵的引入和热力学第二定律 158
负熵告诉你，人为什么会衰老和死亡 161
相变 164
细胞、染色体和DNA 168
什么是生命？ 172
COVID-19的传播和变异 178

第八章 玄妙的量子物理世界 183
黑体辐射 184
旧量子论和新量子论 193
不确定性原理 197
纠缠态和远程传输 199
量子计算机 201
量子力学的局限性，二次量子化和量子场论 202
再论冠状病毒的变异（量子力学） 207

第九章 基础物理是理解世界体质的工具 212
关于物理学 212
夸克模型的建立 215
粲偶素粒子开拓人类对物质结构的新认知 225
新夸克结构 229
4种相互作用与杨-米尔斯理论 231
对称性和对称性破缺 238
现有理论的缺陷 246
微扰和非微扰，物理的解析和数值表述 250
第十章 中微子的故事 254
中微子的发现 254
太阳中微子“丢失”之谜 256
中微子物理可以为人类造福 260

结束语：终极真理是否存在 262
后记与致谢 267