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宇宙篇 2

第1章 恒星世界 2

1.1 恒星的性质 2

1.1.1 恒星距离的度量 2

1.1.2 恒星的尺度和质量 3

1.1.3 恒星的能源 4

1.1.4 恒星的星等和光度 4

1.1.5 恒星的运动 5

1.2 恒星的诞生与演化 5

1.2.1 赫罗图 5

1.2.2 恒星的演化与分类 7

1.3 星系和星系团 12

1.3.1 银河系 12

1.3.2 星系及分类 14

1.3.3 星系的特征 16

1.3.4 星系群、星系团、超星系团 16

1.4 宇宙奇观 18

1.4.1 宇宙空洞及宇宙长城 18

1.4.2 类星体和γ射线暴 18

第2章 黑洞 20

2.1 科学家的预言 20

2.1.1 拉普拉斯等人预言的黑洞 20

2.1.2 史瓦西预言的黑洞 21

2.1.3 两种力量的较量 23

2.1.4 奥本海默极限 23

2.2 黑洞的观测与发现 23

2.2.1 观测黑洞的方法 24

2.2.2 黑洞候选者 25

2.2.3 致密恒星（黑洞）的喷流 27

2.3 黑洞的类型 28

2.3.1 史瓦西黑洞（基态的黑洞） 28

2.3.2 克尔黑洞（旋转的黑洞） 29

2.3.3 雷斯勒-诺斯特朗姆黑洞（带电的黑洞） 30

2.3.4 克尔-纽曼黑洞（旋转而带电的黑洞） 30

2.3.5 超级大黑洞（星系级巨型黑洞） 30

2.3.6 原始黑洞 31

2.3.7 微质量黑洞 33

2.4 白洞、虫洞 34

第3章 宇宙的起源与演化 37

3.1 人类对宇宙的认识 37

3.1.1 古代的宇宙说 37

3.1.2 日心说思辨 38

3.1.3 从太阳系到广阔的恒星世界 39

3.1.4 有限还是无限 40

3.1.5 无限和静态宇宙引发的佯谬 41

3.2 膨胀的宇宙 42

3.2.1 现代宇宙学的诞生 42

3.2.2 多普勒效应 红移和紫移 44

3.2.3 发现宇宙膨胀、哈勃定律 45

3.3 宇宙大爆炸 47

3.3.1 宇宙之始——а、β、γ 47

3.3.2 宇宙学原理 47

3.3.3 热大爆炸模型（标准宇宙模型） 48

3.3.4 支持大爆炸理论的事实 50

3.3.5 标准宇宙模型的疑难 50

3.3.6 非标准宇宙模型 51

3.4 宇宙的未来 51

3.5 至大和至小的汇合 53

第4章 20世纪60年代的四大发现 54

4.1 射电天文学的兴起 54

4.1.1 电信工程师央斯基的发现 54

4.1.2 射电天文学的诞生 55

4.2 神秘的类星体 55

4.2.1 观测特征 56

4.2.2 谜团重重 56

4.2.3 对类星体的一些探讨 57

4.3 星际空间的有机分子 57

4.4 微波背景辐射 58

4.4.1 预言与发现 58

4.4.2 结论的验证 59

4.5 脉冲星 60

4.5.1 “小绿人”的射电脉冲 60

4.5.2 高速自转与强磁场 60

第5章 太阳系 62

5.1 太阳 63

5.1.1 熊熊烈焰百亿年 64

5.1.2 太阳能量的来源 64

5.1.3 太阳的结构与成分 65

5.2 类地行星 68

5.2.1 水星 69

5.2.2 金星 71

5.2.3 火星 73

5.3 类木行星 75

5.3.1 木星 75

5.3.2 土星 77

5.3.3 天王星 79

5.3.4 海王星 80

5.4 矮行星 81

5.4.1 冥王星 82

5.4.2 冥卫“卡戎” 83

5.4.3 新发现的冥外行星——“厄里斯”和“塞德娜” 83

5.4.4 国际天文学联合会大会对大行星、矮行星和太阳系小天体的定义 85

5.5 小行星带 86

5.5.1 提丢斯-波德定则与发现小行星 86

5.5.2 近地小行星 87

5.5.3 几个小行星实例 87

5.6 彗星及奥尔特云 89

5.6.1 彗星概述 89

5.6.2 彗星的结构 91

5.6.3 彗星仓库——奥尔特云 92

5.6.4 彗星与生物灭绝 92

宇宙篇思考题 94

地球篇 96

第1章 地质学概述 96

1.1 产生与发展 96

1.1.1 地质学的产生 96

1.1.2 地层学 97

1.1.3 地槽学 99

1.1.4 地球物理学和地球化学 99

1.2 地球的构造 99

1.3 大陆漂移与板块学说 102

1.3.1 大陆漂移 102

1.3.2 海底扩张 102

1.3.3 大陆漂移与海底扩张的证据 103

1.3.4 板块构造学说 108

1.3.5 大陆的演变 109

第2章 地震 112

2.1 最早的地震记录 112

2.2 地震学概要 112

2.2.1 地震学及其用途 112

2.2.2 地震灾害研究 113

2.2.3 地震的基本名词和术语 114

2.3 大地震 115

2.4 地震分布 116

2.4.1 环太平洋地震活动带 116

2.4.2 地中海—喜马拉雅地震活动带 116

2.4.3 大洋中脊地震活动带 117

2.4.4 大陆裂谷系地震活动带 117

2.5 地震的成因 118

2.6 预报与防范 120

2.6.1 预报的种类 120

2.6.2 预报的方法 121

2.6.3 地震灾害的防范 123

第3章 海啸 124

3.1 海啸 124

3.1.1 什么是海啸 124

3.1.2 海啸的传播 124

3.2 海啸的起因 125

3.2.1 地震海啸 125

3.2.2 海下山崩引起的海啸 126

3.2.3 火山爆发引起的海啸 126

3.2.4 风暴海啸 126

3.2.5 水下核爆炸引发海啸 126

3.2.6 天体撞击产生海啸 127

3.3 海啸的破坏力 127

3.4 重大海啸回顾 128

3.4.1 中国 128

3.4.2 国外 129

3.5 预报与防范 130

3.5.1 海啸的预报 130

3.5.2 海啸的防御 130

第4章 天体撞击地球的灾变 132

4.1 灾变的地质学证据 132

4.1.1 恐龙的消失 132

4.1.2 K—T界层的铱异常与巨大的陨石坑 133

4.2 K—T大灭绝 135

4.3 来自太空的威胁 136

第5章 资源与环境 140

5.1 地球资源 140

5.1.1 能源 140

5.1.2 矿藏 144

5.1.3 土地 145

5.1.4 水资源 146

5.1.5 绿色与物种的消退 146

5.2 环境问题 149

5.2.1 来自人类的污染 149

5.2.2 沙尘与荒漠化 152

5.2.3 臭氧层空洞 154

5.2.4 温室效应 155

5.2.5 “厄尔尼诺”与“拉尼娜” 156

地球篇思考题 158

物质篇 159

第1章 物态的多样性 159

1.1 固态 160

1.2 液态 160

1.3 气态 161

1.4 非晶态 161

1.5 液晶态 161

1.6 等离子态 161

1.7 超固态 162

1.8 中子态 162

1.9 超导态 162

1.10 超流态 163

第2章 原子与核子 164

2.1 发现原子世界 164

2.1.1 打开原子世界的大门 164

2.1.2 几种原子结构模型 166

2.1.3 原子结构的深入探索 169

2.2 探秘原子核 169

2.2.1 放射性的发现 170

2.2.2 人工核反应与质子的发现 172

2.2.3 中子的发现 173

2.2.4 原子核的结构 174

2.2.5 超重元素 175

第3章 核反应与放射性 177

3.1 人工放射性 177

3.1.1 人工放射性的发现 177

3.1.2 费米的慢中子 177

3.2 核裂变的发现 178

3.2.1 “铀x”是什么？ 178

3.2.2 发现核裂变 179

3.2.3 链式反应的实现 180

3.3 核裂变的应用 181

3.3.1 原子弹 181

3.3.2 核反应堆及核电站 183

3.3.3 核动力的广泛应用 184

3.4 核聚变反应 184

3.4.1 氢核聚变 185

3.4.2 人为核聚变的实现 186

3.4.3 可控核聚变的条件 186

3.5 放射性同位素 188

3.5.1 放射性同位素14C 189

3.5.2 辐射技术的应用 190

第4章 粒子世界 192

4.1 探索基本粒子的历程 192

4.1.1 正电子与反粒子的发现 192

4.1.2 β衰变与中微子 194

4.1.3 π介子的发现 195

4.1.4 强子的结构模型 195

4.1.5 夸克 196

4.2 基本粒子家族 197

4.2.1 第一代基本粒子 198

4.2.2 第二代基本粒子 198

4.2.3 第三代基本粒子 200

4.3 四大相互作用及其大统一 200

物质篇思考题 203

生命篇 205

第1章 生命起源与生物进化 205

1.1 生命起源的论争 205

1.1.1 巴斯德的肉汤实验 205

1.1.2 化学进化说 206

1.1.3 宇宙胚种说 208

1.2 达尔文的生物进化论 209

1.3 达尔文之后的进化论 212

1.4 寒武纪生命大爆发 214

1.4.1 “寒武爆发”的发现 215

1.4.2 “寒武爆发”起因探讨 215

第2章 生命系统的层次结构 217

2.1 生命的特征与生物多样性 217

2.1.1 生命的基本特征 217

2.1.2 生物多样性 219

2.2 生态系统的结构 220

2.2.1 生态系统的层次 221

2.2.2 生态系统的食物链 221

2.3 细胞的作用 222

2.3.1 细胞学说 222

2.3.2 细胞的类别 224

2.4 探索遗传的奥秘 225

2.5 生命的分子基础 227

2.5.1 蛋白质 228

2.5.2 核酸 228

第3章 现代生物技术 232

3.1 生物技术的兴起 232

3.1.1 科学基础和社会背景 232

3.1.2 生物技术的特点 233

3.1.3 生物技术的主要内容 233

3.2 基因工程及其应用 235

3.2.1 基因 235

3.2.2 基本原理与方法 236

3.2.3 基因工程的应用 237

3.3 克隆技术 239

3.3.1 小羊多莉的身世 239

3.3.2 克隆技术带来的震撼 240

3.3.3 围绕克隆技术的纷争 242

3.4 生物技术面临的问题 243

3.4.1 转基因技术的安全问题 243

3.4.2 人类生存环境的异化 244

3.4.3 基因治疗的权限问题 245

3.4.4 个人基因信息的隐私权问题 246

3.4.5 对生物技术的理性思考 247

第4章 人类基因组计划 248

4.1 启动与实施 248

4.2 后基因组时代的生命科学与生物技术 250

4.2.1 基因组的基础研究仍然是一个热门话题 250

4.2.2 新兴交叉学科应运而生 251

4.2.3 生物技术产业化的前景 251

生命篇思考题 253

技术篇 255

第1章 纳米技术 255

1.1 纳米与纳米技术的概念 255

1.2 纳米材料的奇异性质 258

1.2.1 纳米微粒的特性 258

1.2.2 纳米材料的奇异性质 259

1.3 纳米技术的应用 263

第2章 激光技术 266

2.1 激光原理 266

2.1.1 粒子的能态与辐射跃迁 266

2.1.2 自发辐射、受激吸收、受激辐射 267

2.2 激光器 268

2.2.1 激光器的诞生 268

2.2.2 激光器的工作原理 269

2.2.3 激光器的分类 270

2.3 激光的应用 272

第3章 低温与超导 275

3.1 低温超导现象及特性 275

3.1.1 完全抗磁性——迈斯纳效应 275

3.1.2 临界温度、临界电流密度和临界磁场强度 276

3.2 对超导机理的探索 276

3.2.1 二流体模型与伦敦模型 276

3.2.2 荣获诺贝尔物理学奖的BCS理论 277

3.2.3 Ⅰ型超导体和Ⅱ型超导体 278

3.3 超导技术的应用 279

3.4 “高温”超导热和它对BCS理论的挑战 280

3.4.1 “高温”超导的发现 280

3.4.2 新的理论尝试 281

3.5 问题与前景 281

3.6 逼近绝对零度 282

3.6.1 绝对零度——自然界的低温极限 282

3.6.2 向低温迈进 283

3.6.3 进军超低温，向OK逼近 285

3.6.4 低温实验中的发现 286

第4章 电子信息技术 287

4.1 微电子技术 287

4.1.1 从晶体管到集成电路 287

4.1.2 集成电路的产业结构 289

4.1.3 微电子技术的广泛应用及展望 290

4.2 光电子技术 292

4.3 计算机技术 294

4.3.1 诞生与发展 294

4.3.2 展望计算机的未来 298

4.3.3 计算机发展的方向——人工智能 300

4.4 网络技术 303

4.4.1 计算机网络的发展 303

4.4.2 因特网的组成 303

4.4.3 现代通信网络技术 304

4.5 自动化技术应用 305

第5章 新材料技术 309

5.1 新型金属材料 309

5.2 新型高分子合成材料 311

5.3 无机非金属材料 312

5.4 新型复合材料 314

5.5 生物材料 316

第6章 新能源技术 318

6.1 核能 318

6.2 太阳能 322

6.3 地热能 324

6.4 氢能 324

6.5 生物质能 325

第7章 空间技术 327

7.1 运载火箭 327

7.2 人造地球卫星 329

7.3 载人航天 332

7.4 太空探测 335

7.5 中国的崛起 336

技术篇思考题 341

参考文献 343