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第1章 引言 1

1.1 对读者的说明 1

1.2 本书的由来 4

1.3 对读者的告诫 5

1.4 物理和理论物理的本质 5

1.5 环境的影响 7

1.6 本书的计划 8

1.7 致歉和鼓励的话 9

1.8 参考文献 10

专题1 牛顿运动定律和万有引力定律起源 13

第2章 从托勒密到开普勒——哥白尼的革命 13

2.1 古代史 13

2.2 哥白尼的革命 16

2.3 第谷·布拉赫——天堡之主 18

2.4 开普勒与天体和谐 22

2.5 参考文献 28

第3章 伽利略与物理科学的本质 30

3.1 引言 30

3.2 作为实验物理学家的伽利略 30

3.3 伽利略望远镜的发现 36

3.4 问题的要点 38

3.5 对伽利略的审判 42

3.6 伽利略相对论 43

3.7 反思 45

3.8 参考文献 47

第4章 牛顿与引力定律 48

4.1 引言 48

4.2 林肯郡（1642～1661） 48

4.3 剑桥（1661～1665） 49

4.4 林肯郡（1665～1667） 49

4.5 剑桥（1667～1696） 54

4.6 炼金术士牛顿 58

4.7 对古代经典的解读 60

4.8 伦敦（1696～1727） 61

4.9 参考文献 62

第4章附录 关于圆锥曲线和有心轨道的注释 63

专题2 麦克斯韦方程组 72

第5章 麦克斯韦方程组的起源 72

5.1 电磁学的发端 72

5.2 法拉第及其力线——没有数学的数学 75

5.3 麦克斯韦怎样导出电磁场方程组 80

5.4 赫兹与电磁波的发现 90

5.5 反思 92

5.6 参考文献 93

第5章附录 有用的矢量场 94

第6章 改写电磁学史 105

6.1 引言 105

6.2 麦克斯韦矢量方程组 106

6.3 电磁学的高斯定理 107

6.4 与时间无关的保守力场 108

6.5 电磁学的边界条件 108

6.6 安培环路定理 112

6.7 法拉第电磁感应定律 112

6.8 本构方程 113

6.9 库仑定律的导出 114

6.10 毕奥-萨伐尔定律的导出 116

6.11 解释介质中的麦克斯韦方程组 116

6.12 电磁场的能量密度 120

6.13 结束语 123

6.14 参考文献 124

专题3 线性/非线性力学与动力学 127

第7章 力学与动力学方法 127

7.1 牛顿运动定律 127

7.2 “最小作用”原理 129

7.3 欧拉-拉格朗日方程 132

7.4 小振动与简正模式 135

7.5 守恒定律与对称性 139

7.6 哈密顿量与泊松括号 142

7.7 提示 144

7.8 参考文献 145

第7章附录 流体运动 145

第8章 量纲分析、混沌与自组织临界性 151

8.1 引言 151

8.2 量纲分析 151

8.3 混沌简介 165

8.4 标度律与自组织临界性 176

8.5 超越计算 183

8.6 参考文献 184

专题4 热力学与统计物理 189

第9章 热力学基础 189

9.1 热量和温度 189

9.2 热的气体动理论与热质论 190

9.3 热力学第一定律 194

9.4 热力学第二定律的起源 204

9.5 热力学第二定律 209

9.6 熵 218

9.7 熵增原理 220

9.8 合并了热力学第一、第二定律的微分式 224

9.9 参考文献 224

第9章附录 麦克斯韦关系和雅可比行列式 225

第10章 气体动理论与统计力学的起源 230

10.1 气体动理论 230

10.2 气体动理论（第一版本） 231

10.3 气体动理论（第二版本） 232

10.4 麦克斯韦速度分布 237

10.5 气体的黏滞度 242

10.6 热力学第二定律的统计性质 245

10.7 熵与概率 247

10.8 熵与态密度 251

10.9 吉布斯熵与信息 254

10.10 结束语 257

10.11 参考文献 257

专题5 量子概念起源 261

第11章 1895年前的黑体辐射 261

11.1 1890年物理的状态 261

11.2 辐射发射和吸收的基尔霍夫定律 262

11.3 斯特藩-玻尔兹曼定律 266

11.4 维恩位移定律及黑体辐射谱 274

11.5 参考文献 277

第12章 1895～1990：普朗克与黑体辐射谱 279

12.1 普朗克的早期生涯 279

12.2 热平衡中的振子与它们的辐射 281

12.3 谐振子的平衡辐射谱 286

12.4 通向黑体辐射谱 289

12.5 普朗克辐射定律的最初形式 292

12.6 瑞利与黑体辐射谱 294

12.7 黑体辐射定律与实验的比较 297

12.8 参考文献 298

第12章附录 瑞利1900年带原始脚注的文章 300

第13章 黑体辐射的普朗克理论 302

13.1 引言 302

13.2 统计力学的玻尔兹曼方法 302

13.3 普朗克的分析 305

13.4 普朗克和自然单位 308

13.5 普朗克和h的物理意义 310

13.6 为什么普朗克找到了正确的答案 312

13.7 参考文献 315

第14章 爱因斯坦和光的量子化 317

14.1 爱因斯坦的奇迹年 317

14.2 关于光的产生和转化的一个启发性观点 319

14.3 固体的量子理论 325

14.4 德拜的比热容理论 328

14.5 再论气体比热容 330

14.6 结束语 334

14.7 参考文献 334

第15章 量子假说的胜利 336

15.1 1909年的情况 336

15.2 盒中粒子的涨落 336

15.3 随机叠加的波的涨落 339

15.4 黑体辐射中的涨落 340

15.5 第一届索尔维会议 342

15.6 玻尔的氢原子理论 345

15.7 爱因斯坦（1916）“关于辐射的量子理论” 351

15.8 故事结语 355

15.9 参考文献 357

第15章附录 存在噪声时对信号的探测 358

专题6 狭义相对论 366

第16章 狭义相对论——不变量的研究 366

16.1 引言 366

16.2 几何和洛伦兹变换 373

16.3 三维矢量和四维矢量 375

16.4 相对论动力学——动量和力的四维矢量 380

16.5 描述运动的相对论方程 384

16.6 频率四维矢量 386

16.7 洛伦兹收缩和磁场起源 387

16.8 反思 389

16.9 参考文献 390

专题7 广义相对论与宇宙学 394

第17章 广义相对论初步 394

17.1 引言 394

17.2 相对论引力的本质特征 397

17.3 各向同性的弯曲空间 405

17.4 通往广义相对论之路 409

17.5 施瓦西度规 413

17.6 围绕点质量的粒子轨迹 415

17.7 行星轨道近日点进动 421

17.8 施瓦西时空中的光线 423

17.9 黑洞附近的粒子和光线 425

17.10 施瓦西黑洞周围的圆轨道 427

17.11 参考文献 430

第17章附录 各向同性弯曲空间 431

第18章 宇宙学技术 436

18.1 引言 436

18.2 约瑟夫·夫琅禾费 436

18.3 摄影术的发明 437

18.4 新一代望远镜 439

18.5 天文学基金 444

18.6 电子革命 448

18.7 第二次世界大战的影响 449

18.8 紫外线、X射线、γ射线天文学 451

18.9 反思 453

18.10 参考文献 454

第19章 宇宙学 456

19.1 宇宙学和物理学 456

19.2 基本宇宙学数据 457

19.3 罗伯逊-沃克度规 461

19.4 宇宙观测 465

19.5 历史插曲——稳态理论 470

19.6 标准世界模型 472

19.7 宇宙的热历史 481

19.8 早期宇宙的核合成 488

19.9 最好的宇宙学模型 492

19.10 参考文献 495

第19章附录 空宇宙的罗伯逊-沃克度规 495

后记 498

索引 499