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本書介紹物理學發展的歷史，著重講述物理學基本概念、基本定律和各主要分支的形成過程，特別側重現代物理學的發展史。

　　本書內容包括：力學、熱學、電磁學和經典光學的發展；十九、二十世紀之交實驗新發現和現代物理學革命；相對論的建立和發展；早期量子論和量子力學的準備；量子力學的建立與發展；原子核子物理學和粒子物理學的發展；凝聚態物理學簡史；現代光學的興起；天體物理學的發展；諾貝爾物理學獎； 實驗和實驗室在物理學發展中的地位和作用；單位、單位制與基本常數簡史等。書中配有500多張歷史圖片，書末還附有物理學大事年表。
 

作者簡介

郭奕玲

　　1931年生，江西南康人，清華大學物理系教授。從事物教育和實驗物理學史研究多年。
　　經歷
　　上海師範大學、華東地質學院、臺灣東吳大學等十餘所院校的兼職教授或客座教授，以及《大學物理》編委、中國物理學會教學委員會委員等職務。
　　著作
　　著有《近代物理發展中的著名實驗》、《諾貝爾物理學獎一百年》、《大學物理中的著名實驗》、《近代物理著名實驗簡介》等三十餘部著作
　　
沈慧君

　　1935年生，淅江慈溪人，清華大學物理系教授。從事物理教學和物理學史研究多年。
　　經歷
　　中國物理學會理事、北京物理學會常務理事兼副祕書長、《物理通報》編委、贛南師範學院兼職教授。
　　著作
　　著有《大學物理習題討論課指導》、《經典物理中的著名實驗》、《物理學史話》《X射線與顯微術》等二十餘部著作
　　
審定者簡介

李精益 審校

　　臺灣大學物理學士，美國德州大學奧斯汀分校（UT-Austin）物理博士。近二十年來積極參與科學普及化的工作，撰寫文章及翻譯書籍；主要譯作有《薛汀格的貓》、《相對論入門》及《費曼物理學講義Ⅱ》第2-4冊。另曾審校數十本書，內容涵蓋數理學科、科學史、科學普及、中外歷史等。

力學的發展1
1.1　歷史概述2
1.2　天文學的新進展揭開了科學革命的序幕4
1.3　慣性定律的建立 14
1.4　伽利略的落體研究18
1.5　萬有引力定律的發現29
1.6　《自然哲學之數學原理》和牛頓的大綜合38
1.7　碰撞的研究41
1.8　牛頓以後力學的發展45
1.9　牛頓的絕對時空觀和馬赫的批判51

熱學的發展55
2.1　歷史概述56
2.2　熱現象的早期研究56
2.3　熱力學第一定律的建立65
2.4　卡諾和熱機效率的研究81
2.5　絕對溫標的提出84
2.6　熱力學第二定律的建立88
2.7　熱力學第三定律的建立和低溫物理學的發展94
2.8　氣體動理論的發展99
2.9　統計物理學的創立112

電磁學的發展125
3.1　歷史概述126
3.2　早期的磁學和電學研究126
3.3　庫侖定律的發現131
3.4　動物電的研究和伏打電堆的發明141
3.5　電流的磁效應146
3.6　安培奠定電動力學基礎151
3.7　歐姆定律的發現153
3.8　電磁感應的發現155
3.9　電磁理論的兩大學派161
3.10　馬克士威電磁場理論的建立163
3.11　赫茲發現電磁波實驗173
3.12　馬克士威電磁場理論的發展178

經典光學的發展181
4.1　歷史概述182
4.2　反射定律和折射定律的建立182
4.3　牛頓研究光的色散187
4.4　光的微粒說和波動說193
4.5　光速的測定200
4.6　光譜的研究204

實驗新發現和現代物理學革命213
5.1　歷史概述214
5.2　十九／20世紀之交的三大實驗發現215
5.3　「以太漂移」的探索231
5.4　熱輻射的研究244
5.5　經典物理學的「危機」251

相對論的建立和發展255
6.1　歷史背景256
6.2　愛因斯坦創建狹義相對論的經過259
6.3　狹義相對論理論體系的建立269
6.4　狹義相對論的遭遇和實驗檢驗278
6.5　廣義相對論的建立 281
6.6　廣義相對論的實驗驗證291

早期量子論和量子力學的準備301
7.1　歷史概述302
7.2　普朗克的能量子假設302
7.3　光電效應的研究306
7.4　固體比熱312
7.5　原子模型的歷史演變317
7.6　α散射和拉塞福有核原子模型323
7.7　波耳的定態躍遷原子模型和對應原理327
7.8　索末菲和埃倫費斯特的貢獻332
7.9　愛因斯坦與波粒二象性341
7.10　X射線本性之爭344
7.11　康普頓效應345

量子力學的建立與發展353
8.1　歷史概述354
8.2　電子自旋概念和不相容原理的提出355
8.3　德布羅意假說 357
8.4　物質波理論的實驗驗證360
8.5　矩陣力學的創立365
8.6　波動力學的創立366
8.7　波函數的物理詮釋369
8.8　不確定原理和互補原理的提出370
8.9　關於量子力學完備性的爭論372
8.10　量子電動力學的發展377

原子核物理學和粒子物理學的發展385
9.1　歷史概述386
9.2　放射性的研究386
9.3　人工核反應的初次實現 393
9.4　探測儀器的改善 395
9.5　宇宙射線和正電子的發現399
9.6　中子的發現402
9.7　人工放射性的發現406
9.8　重核裂變的發現407
9.9　鏈式反應 412
9.10　原子核模型理論414
9.11　加速器的發明與建造416
9.12　β衰變的研究和微中子的發現422
9.13　介子理論和μ子的發現425
9.14　奇異粒子的研究425
9.15　弱交互作用中宇稱不守恆和CP破壞的發現426
9.16　強子結構和夸克理論430
9.17　量子色動力學的建立432
9.18　弱電統一理論的提出433
9.19　夸克模型的發展436

凝聚態物理學簡史439
10.1　歷史概述440
10.2　固體物理學的早期研究 441
10.3　固體物理學的理論基礎444
10.4　固體物理學的實驗基礎448
10.5　電晶體的發明449
10.6　半導體物理學和實驗技術的蓬勃發展 453
10.7　超導電性的研究459
10.8　超流動性的發現465
10.9　量子霍爾效應與量子流體的研究470
10.10　非晶態物理的發展477
10.11　高壓物理學的發展481
10.12　軟物質物理學的興起484

現代光學的興起487
11.1　雷射科學的孕育和準備488
11.2　微波激射器的發明494
11.3　雷射的設想和實現498
11.4　雷射技術的發展506
11.5　全相術的發明和應用510
11.6　雷射光譜學513
11.7　非線性光學516
11.8　量子光學519
11.9　量子資訊光學522
11.10　原子光學525

天體物理學的發展531
12.1　天體物理學的興起532
12.2　皮克林譜系之謎535
12.3　恆星演化理論的建立538
12.4　類星體的發現541
12.5　宇宙背景輻射的發現543
12.6　脈衝星的發現547
12.7　星際有機分子的發現551
12.8　黑洞的研究552
12.9　暗物質和暗能量的探索555

諾貝爾物理學獎561
13.1　諾貝爾物理學獎的設立562
13.2　諾貝爾物理學獎的分布統計563
13.3　時代劃分566
13.4　分類綜述572

實驗和實驗室在物理學發展中的地位和作用615
14.1　實驗在物理學發展中的作用616
14.2　實驗室在物理學發展中的地位620

單位、單位制與基本常數簡史641
15.1　基本單位的歷史沿革642
15.2　單位制的沿革649
15.3　基本物理常數的測定與評定656
15.4　物理學的新發現對基本常數的影響664

結語667
附錄　物理學大事年表673
參考文獻699
 

1.1　歷史概述
 
力學是物理學中發展最早的一個分支，它和人類的生活與生產聯繫最為密切。早在遙遠的古代，人們就在生產勞動中應用了槓桿、螺旋、滑輪、斜面等簡單機械，從而促進了靜力學的發展。古希臘時代，就已形成比重和重心的概念。阿基米德（Archimedes，約西元前287-前212）的槓桿原理和浮力原理提出於西元前二百多年。我國古代的春秋戰國時期，以《墨經》為代表作的墨家，總結了大量力學知識，例如：時間與空間的聯繫、運動的相對性、力的概念、槓桿平衡、斜面的應用以及滾動和慣性等現象的分析，涉及力學的許多部門。雖然這些知識尚屬力學科學的萌芽，但在力學發展史中應有一定的地位。
 
16世紀以後，由於航海、戰爭和工業生產的需要，力學的研究得到了真正的發展。鐘錶工業促進了等速運動的理論；水磨機械促進了摩擦和齒輪傳動的研究；火炮的運用推動了拋射體的研究。天體的運行提供了機械運動最純粹、最精確的數據資料，使得人們有可能排除摩擦和空氣阻力的干擾，對機械運動得到規律性的認識。於是，天文學為力學找到了一個最理想的「實驗室」，這就是天體。但是，天文學的發展又和航海事業分不開，只有等到16、17世紀，這時資本主義生產方式開始興起，海外貿易和對外擴張刺激了航海的發展，這才提出對天文現象作系統觀測的迫切要求。第谷‧布拉赫（Tycho Brahe, 1546-1601）順應了這一要求，以畢生精力採集了大量觀測資料，為克卜勒（Johannes Kepler, 1571-1630；大陸用「開普勒」）的研究做了準備。克卜勒於1609年和1619年先後提出了行星運動的三條規律，即克卜勒三定律。
 
在數學方面，13-14世紀英國牛津大學的默頓（Merton）學院聚集了一批數學家，對運動的描述作過研究，他們提出了平均速度的概念，後來又提出加速度的概念，為新科學的誕生做了準備。
 
16-17世紀，以伽利略（Galileo Galilei, 1564-1642）為代表的物理學家對力學開展了廣泛研究，得到了落體定律。伽利略的兩部著作：《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（1632年）和《關於力學和運動兩門新科學的談話》（簡稱《兩門新科學》；1638年），為力學的發展奠定了思想基礎。隨後，牛頓（Isaac Newton, 1642-1727）把天體的運動規律和地面上的實驗研究成果加以綜合，進一步得到了力學的基本規律，建立了牛頓運動三定律和萬有引力定律。

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