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绪论1

第一章 对称性和对称自发破缺5

1．对称性的概念源于生活5

2．什么是对称性？9

3．各种对称性10

3.1　镜像对称性10

3.2　转动与平移11

3.3　标度对称性17

3.4　时间平移和反演22

3.5　置换对称性25

3.6　联合变换下的对称性25

4．对称性原理及其应用26

4.1　因果关系和对称性原理26

4.2　电磁学中对称性原理的应用28

4.3　原因不能唯一确定结果时的对称性原理30

5．宇称不守恒与CPT变换31

5.1　马赫的困惑31

5.2　宇称不守恒32

5.3　CP守恒与破坏33

5.4　麦克斯韦方程的C、P、T对称性34

6．对称性自发破缺的概念和实例35

6.1　什么是对称性的自发破缺？35

6.2　力学中对称性破缺的实例37

6.3　朗道二级相变理论38

6.4　宇宙早期的真空相变与暴胀39

6.5　耗散结构41

6.6　一个蚁群觅食模型与自发涌现效应42

6.7　时钟对称破缺与报酬递增律经济理论44

7．重子-反重子的不对称46

7.1　重子-反重子不对称及其可能的解释46

7.2　质子衰变的实验检验48

7.3　阿尔法磁谱仪49

8．生物界的左右不对称性50

8.1　巴斯德的发现50

8.2　生物分子的手性51

8.3　生物分子的手性起源问题53

9．对称性意味着不可分辨性54

参考文献56

第二章 量纲分析和标度律57

1．量纲分析基本原理及例题57

1.1　П定理58

1.2　例题59

2．量纲法的进一步讨论68

2.1　单位制中基本量个数的多寡有什么影响？68

2.2　物理方程中常量的压缩与恢复70

3．模拟试验与物理相似性原理73

3.1　流体的相似性原理之一——管道流动问题73

3.2　流体的相似性原理之二——运动物体受阻问题74

3.3　静力学模拟的相似性原理78

3.4　原子弹爆炸火球79

4．生物界的标度律82

4.1　大人国、小人国的比喻82

4.2　单一特征长度的标度律83

4.3　圆柱的标度律85

5．生长的标度律与自组织88

5.1　生长的标度律88

5.2　斐波那契数列与黄金分割89

5.3　植物的花序与斐波那契数列91

5.4　植物的叶序与黄金分割98

参考文献99

第三章 数量级估计100

1．物理世界的层次和基本物理常量100

2．原子107

3．原子核113

4．分子和化学键118

4.1　氢分子119

4.2　共价键的饱和性和方向性121

4.3　共价键结合能123

4.4　离子键126

4.5　金属键128

4.6　范德瓦耳斯键129

4.7　氢键130

4.8　分子的振动、转动和电子能级133

5．物性134

5.1　固体和液体的密度与原子间隔134

5.2　固体的弹性模量与液体的压缩性135

5.3　熔解与汽化137

5.4　液体的表面张力142

5.5　渗透压146

5.6　固体的热膨胀系数148

6．地球、太阳和月亮150

参考文献154

第四章 自然界的物理学155

1．人类生存的环境155

1.1　大气155

1.2　海洋和潮汐159

1.3　地球的内部结构165

1.4　地球的辐射收支167

2．太阳系171

2.1　类地行星173

2.2　类木行星178

2.3　小星体带185

2.4　矮行星187

2.5　彗星188

3．恒星和其它天体192

3.1　恒星192

3.2　白矮星、中子星和超新星爆发197

3.3　黑洞203

3.4　类星体和红移207

4．宇宙210

4.1　从哥白尼原理到哈勃定律210

4.2　大爆炸宇宙模型215

4.3　广义相对论宇宙动力学218

4.4　为什么宇宙曾经暴胀？223

4.5　ACDM模型227

4.6　“热寂说”的终结236

参考文献237