第1章 相对论和现代宇宙学 1
1.1相对论运动学 1
1.1.1爱因斯坦的“追光实验” 1
1.1.2同时的相对性和时间膨胀 2
1.1.3高速旅行可以长寿吗 5
1.1.4运动的尺变短 5
1.1.5光速能够超越吗 6
1.2相对论动力学，质能关系式 7
1.2.1质量随速度而变化 7
1.2.2改变世界的方程——质能关系式 8
1.3广义相对论简介 10
1.3.1广义相对论基本原理 10
1.3.2广义相对论的实践检验 13
1.3.3光频的引力红移 14
1.3.4双星的引力辐射 14
1.3.5黑洞 15
1.4现代宇宙学 17
1.4.1可观测宇宙的概貌 17
1.4.2宇宙在膨胀——哈勃红移 18
1.4.3早期宇宙的遗迹——3K微波背景辐射 19
1.4.4宇宙年龄的估计 21
1.4.5牛顿的无限宇宙模型 21
1.4.6爱因斯坦的有限无边宇宙模型 23
1.4.7大爆炸宇宙学（宇宙学的标准模型） 24
1.5恒星的诞生、演化及其归宿 26
1.5.1星际物质和恒星的诞生 26
1.5.2恒星的演化及其归宿 27
1.5.3从“天关客星”到脉冲星的发现 28
1.6太阳系和地球的起源与演化 29
1.6.1太阳系概貌 29
1.6.2太阳系的起源和演化 30
1.6.3地球的起源和演化 30
第2章 电磁辐射的量子化 32
2.1热辐射 32
2.1.1描述热辐射的基本物理量 32
2.1.2基尔霍夫定律 33
2.1.3黑体的辐射定律 33
2.1.4经典物理学所遇到的困难 34
2.1.5普朗克公式 35
2.2光电效应 36
2.2.1光电效应的实验规律 37
2.2.2光波动理论的缺陷 38
2.2.3爱因斯坦光子假说 38
2.3康普顿效应 39
2.3.1康普顿实验 39
2.3.2光子理论的解释 40
2.4氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 42
2.4.1氢原子光谱的规律性 42
2.4.2玻尔的氢原子理论 43
2.4.3玻尔理论的缺陷 45
第3章 量子力学基础 46
3.1微观粒子的波粒二象性 46
3.1.1德布罗意假设 46
3.1.2实物粒子波动性实验 46
3.1.3德布罗意波的统计解释 47
3.2不确定关系 48
3.3波函数 薛定谔方程 49
3.3.1波函数 50
3.3.2薛定谔方程 51
3.4一维无限深势阱 53
3.5一维势垒 谐振子 55
3.5.1一维势垒 隧道效应 55
3.5.2谐振子 57
3.6氢原子的量子力学处理方法简介 57
3.6.1氢原子的薛定谔方程 57
3.6.2量子化条件和量子数 58
3.7电子的自旋 58
3.7.1施特恩—格拉赫实验 58
3.7.2电子的自旋 59
3.8原子的电子壳层结构 60
第4章 激光物理与技术 62
4.1激光的产生 62
4.1.1自发辐射、受激辐射和受激吸收 62
4.1.2粒子数反转 64
4.1.3激光器的基本结构和工作原理 65
4.1.4增益系数 67
4.1.5谐振腔的作用 67
4.2激光器的种类 70
4.2.1固体激光器 70
4.2.2气体激光器 72
4.2.3液体激光器 74
4.2.4半导体激光器 75
4.3激光器的纵模和横模 75
4.3.1谱线宽度 75
4.3.2激光的纵模 76
4.3.3激光的横模 77
4.4激光特性 77
4.4.1单色性 78
4.4.2方向性 78
4.4.3相干性 79
4.4.4能量集中性 79
4.5激光技术 79
4.5.1选模技术 80
4.5.2调Q技术 81
4.5.3锁模技术 82
4.5.4激光调制技术 83
4.5.5激光束偏转技术 84
4.6激光的应用 85
4.6.1激光加工 85
4.6.2激光精密测量 89
4.6.3激光通信 97
4.6.4激光信息处理 99
4.6.5激光的军事应用 105
4.6.6激光在科学技术研究中的应用 108
4.6.7长度基准与时间基准的统一 115
第5章 红外物理与技术 117
5.1红外辐射的物理基础 117
5.1.1基本辐射量 117
5.1.2黑体辐射规律 120
5.1.3非黑体的辐射 123
5.2常见的红外辐射源 126
5.2.1目标的辐射 126
5.2.2背景的辐射 130
5.3大气对红外辐射传输的影响 131
5.3.1大气的特性 131
5.3.2大气的组分 134
5.3.3大气的吸收 134
5.3.4大气的散射 139
5.4红外探测器 140
5.4.1红外探测器的性能参数 141
5.4.2红外探测器的分类及物理机理 142
5.4.3常用红外探测器及其特性 146
5.5红外系统结构 148
5.5.1被动系统 148
5.5.2主动系统 148
5.6红外技术的应用 149
5.6.1红外成像技术 149
5.6.2红外搜索跟踪和红外雷达 151
5.6.3红外制导 151
5.6.4红外侦察和红外夜视 153
5.6.5红外测温 154
第6章 非线性物理 155
6.1非线性物理导论 155
6.1.1什么是非线性 155
6.1.2非线性演化方程 156
6.2混沌 159
6.2.1确定论和概率论的描述 160
6.2.2有关混沌的基本概念 161
6.2.3工程系统中的混沌现象 166
6.3分形与分维 168
6.3.1相似性维数 169
6.3.2分形几何学 170
6.4孤波和孤立子 170
6.4.1孤立子的概念 170
6.4.2激光与生物大分子的相互作用 171
6.5自组织理论导论 174
6.5.1什么叫自组织 174
6.5.2耗散结构理论 180
6.5.3协同学（Synergetics） 182
6.5.4本章结束语 186
第7章 新能源技术 189
7.1能源概况 189
7.1.1能源分类 189
7.1.2能源的利用 190
7.2能源在人类社会发展中的作用 190
7.2.1能源使用状况对社会发展的影响 190
7.2.2能源与环境 191
7.3新能源开发简介 193
7.3.1核能 193
7.3.2太阳能 196
7.3.3风能 198
7.3.4地热能 199
7.3.5海洋能 200
7.3.6氢能 201
7.3.7生物质能 201
第8章 材料科学与技术 203
8.1概述 203
8.1.1材料是人类进步的标志 203
8.1.2材料是科学技术进步的基础和先导 204
8.1.3新材料是当今世界重大科技决策的必然选择 205
8.2材料科学的物理基础 205
8.2.1固体结构 205
8.2.2晶体的结合类型 214
8.2.3固体的能带 217
8.2.4费米—狄拉克统计 221
8.3材料体系的分类 223
8.3.1晶体 224
8.3.2非晶体 226
8.3.3多晶体 232
8.4新型材料 236
8.4.1高性能半导体材料 236
8.4.2超导材料 245
8.4.3纳米材料 250
参考文献 262
