本书分为三大部分：现代宇宙学素描、高能粒子物理学剪影和应用物理撷英，通过生动典型的物理发现案例，尤其以21世纪以来的重大发现为载体，介绍物理学发展的新内容、新态势，阐明基础研究与高新技术的相互促进、相互依存的密切关系——重大的基础研究突破往往导致新的技术跃进和产业提升，使读者感染到科学家在探求真理中所表现的崇高科学精神（求实精神、实证精神、探索精神、理性精神、创新精神、怀疑精神、独立精神和原理精神等），从而达到普及科学思想和科学精神，陶冶性情，提升人文素养的目的。因此本书选材新颖、内容丰富、深入浅出、体例别致、文辞优美，是一本集科学普及、科学精神与人文素质教育三位一体的别具创意的**科学读物。 本书面向所有具有中学及以上文化水准干部、学生、工农兵，尤其适用于高等学校或者职业技术学院作为人文素质教育、科学精神教育的教材或参考书。

我国科技战线近日传来振奋人心的喜讯，我国首创、世界首条量子通信保密干线“京沪干线”已于2017年9月4日通过总技术验收，这是量子通信科学**进入人类的应用技术领域，标志着我国在量子技术的实用化和产业化方面继续走在世界前列。实际上，21世纪以来，物理学与整个自然科学领域一样，发展态势不断有加快之势，特别是我国物理学的发展极为迅猛，大有一日千里之势。

引 言 6 绪论 8 【阅读材料 绪论-1】关于钱学森之问和李约瑟问题 19 【阅读材料 绪论-2】马克思主义的科技��展观 21 【阅读材料 绪论-3】科学与技术 24 **部 现代宇宙学素描 26 第1章 人类**发现引力波 26 **节 科学世界的春雷 26 第二节 广义相对论与引力波的预言 30 第三节 广义相对论的实验验证 33 第四节 引力波发现的曲折 37 第五节 引力波探测的国际竞争及其启示 41 【阅读材料1.1】关于LIGO项目立项过程 44 【阅读材料1.2】迈克尔逊干涉仪和激光干涉仪 45 【阅读材料1.3】关于科学精神的若干论述 47 【阅读材料1.4】第二次发现引力波 51 第2章 近代物理学的建立 56 与宇宙学萌芽 56 **节 宇宙创生的传说 56 第二节 古代希腊和古代中国关于宇宙结构的探索 58 第三节 近代宇宙学的黎明—星云说 62 【阅读材料2.1】关于宇宙创生的种种传说 65 【阅读材料2.2】古代天文观测和历法的发展 69 第3章 观测宇宙的梯级结构壮丽图景 73 **节 “量天尺”——测量天体距离的常用单位 73 第二节 宇宙梯级结构之**级——银河系 76 第三节 宇宙梯级结构的第二级——星系群 82 第四节 宇宙梯级结构的第三级——超星系团 84 第4章 现代宇宙学的发轫——爱因斯坦的宇宙学方程 88 **节 现代宇宙学的基石——爱因斯坦的宇宙学方程 88 第二节 多普勒效应与哈勃定律 94 第三节 宇宙测量的标尺与宇宙加速膨胀的发现 100 【阅读材料4.1】近30年来太空天文望远镜发射概况 108 第5章 大爆炸标准模型及它所描述的宇宙演化图像 123 **节 伽莫夫的大爆炸模型 123 第二节 奇怪的微波背景从何而来 128 第三节 大爆炸标准模型早期演化的物理图像 132 第四节 早期宇宙学与星系时代 141 第五节 暗物质与宇宙早期的演化 147 【阅读材料5.1】射电天文学的兴起 152 【阅读材料5.2】银河系未来演变的预测 154 第6章 大爆炸标准学说面临的主要问题 161 **节 视界问题 161 第二节 暗物质问题 167 第三节 暗能量的问题 171 第四节 反物质问题 176 第五节 磁单极子问题 180 【阅读材料6.1】暗物质及其科学探测 185 【阅读材料6.2】反物质及其探测 195 【阅读材料6.3】磁单极子的寻找 199 【阅读材料6.4】球状星团问题 203 第7章 大爆炸学说的*新发展——暴胀宇宙论 205 **节 暴胀宇宙论的提出 205 第二节 暴胀产生的根源——真空自发破缺 208 第三节 暴胀宇宙论的物理图像 213 第四节 新暴胀宇宙论 219 第五节 新暴胀论中的反物质、磁单极子和均匀性问题 222 第8章 现代宇宙学的若干思考 228 **节 宇宙到底有多大 228 第二节 宇宙膨胀动力从何而来 231 第三节 宇宙之外还有什么 234 第四节 人择原理和造化之手 236 第五节 宇宙学演变为精密科学 243 第六节 宇宙学发展的未来方向 246 【阅读材料8.1】暗物质和暗能量在宇宙中扮演的角色 249 第二部 高能粒子物理学剪影 253 ——神秘失踪的中微子 253 第9章 色彩斑斓的微观世界 253 **节 宇宙的*小砖石——基本粒子 253 第二节 基本粒子王国的三代骑士 257 第三节 粒子间的相互作用——微观世界的经纬 260 第四节 亚原子粒子与夸克 262 第五节 色味俱全的基本粒子王国 264 【阅读材料9.1】电子的发现与基本粒子探测设备（现代**照相机） 273 【阅读材料9.2】在强相互作用的渐进自由 277 第10章 笔尖下冒出的幽灵粒子—中微子 282 **节 β衰变中“能量失窃案”震动学术界 282 第二节 漫长的中微子追踪之路 287 第三节 中微子之父泡里传奇 292 第四节 泡里的失误 299 【阅读材料10.1】科学权威对科学发展的作用 303 第11章 中微子教父费米及其弱相互作用理论 307 **节 费米普适弱相互作用中微子理论 307 第二节 弱相互作用是上帝的错误吗？ 310 第三节 中微子教父费米的靓丽人生 316 【阅读材料11.1】物理学中的对称性C、P和T 321 【阅读材料11.2】弱相互作用宇称不守恒的发现——上帝竟然是“左撇子” 325 第12章 环绕中微子的疑云怪雾 330 **节 中微子有静止质量吗 330 第二节 太阳中微子失窃案 336 第三节 中微子振荡的物理图像 339 第四节 弱相互作用中的CP不守恒的发现 345 第五节 反物质世界的寻找 355 第六节 **理想的中微子通信 363 第13章 中微子的静止质量与中微子天文学的兴起 369 **节 中微子的静止质量到底为多大？ 369 第二节 中微子的质量来自希格斯粒子 371 第三节 中微子天文学的兴起与展望 375 第14章 中微子在科学界掀起惊天巨浪 382 **节 欧洲科学家宣布发现中微子超光速运行 382 第二节 中微子超光速乌龙记余波荡漾 387 第三节 大亚湾实验发现新的中微子振荡模式 391 第四节 为什么科学家认定中微子只有三味呢？ 397 第五节 惰性中微子——第四代中微子存在吗？ 401 第三部 应用物理撷英 408 第15章 现代物理发展态势与量子信息学的兴起和发展 408 **节 爱因斯坦与现代物理的基石 408 第二节 爱因斯坦与量子信息学的问世 413 第三节 量子纠缠和EPR论证 415 第四节 量子隐形传递 420 第五节 量子信息学 427 【阅读材料15.1】普朗克和玻尔对量子论的贡献 433 【阅读材料15.2】爱因斯坦对于现代量子场论发展的贡献 435 【阅读材料15.3】量子不可克隆定理简介 436 【阅读材料15.4】量子密钥技术 439 第16章 物理学、技术革命和产业革命 444 **节 物理学与三次产业革命 444 第二节 物理学与信息产业集群的兴起（上） 450 第三节 物理学与信息产业集群的兴起（下） 456 第四节 物理学革命与新能源产业的兴起（上） 465 第五节 物理学革命与新能源产业的兴起（下） 470 第17章 凝聚态物理与材料科学（上） 480 **节 半导体材料和半导体物理的*新发展 480 第二节 巨磁阻材料和磁隧道结材料 486 第三节 拓扑绝缘体和超导体材料 495 第四节 光学纳米材料 502 第五节 光学信息材料 506 第六节 软凝聚态物质材料 509 第18章 凝聚态物理与材料科学（下） 514 第七节 复杂材料体系 514 【阅读材料18.1】霍尔效应 523 【阅读材料18.2】奇妙的巴氏球 524 【阅读材料18.3】二十个未来*有潜力的新材料（ppt） 536 第19章 从诺贝尔物理学奖看现代物理发展趋势 542 **节 物理学与其他自然科学分支的交叉和融合 542 第二节 诺贝尔物理学获奖者的国籍、学科和年龄分布 547 第三节 诺贝尔物理学奖与现代物理学的发展脉络 560 第四节 诺贝尔物理学奖与中国 564 【阅读材料19.1】21世纪激光光学新发展 573 【阅读材料19.2】BEC物理研究进展 582 【阅读材料19.3】超弦论 591 【阅读材料19.4】1998-2010诺贝尔物理学奖 600 结语 617