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上篇 基础科学前沿3

第一章 物质科学概述3

第一节 物质科学体系3

第二节 物质现象3

第三节 现代物质科学对经典物理学的突破5

第二章 物质的层次和演化7

第一节 物质的层次7

一、物质的结构层次概观7

二、物质的空间尺度8

三、物质的时间尺度9

四、物质的质量尺度9

第二节 物质的起源和演化12

一、物质及宇宙的起源和演化的历程12

二、物质宏观演化和微观演化的协同18

第三章 物理定律不变性19

第一节 参照系19

一、参照系的定义19

二、时空坐标系19

三、标准尺20

四、标准钟22

第二节 惯性参照系和非惯性参照系24

第三节 物理定律不变原理26

第四章 狭义相对论28

第一节 两个基本原理28

一、狭义物理定律不变原理(狭义运动相对性原理)28

二、光速不变原理28

一、时间的相对性30

第二节 光速不变原理的效应30

二、动钟缓慢--时间间隔膨胀33

三、动尺缩短--长度(空间间隔)收缩37

第三节 不同惯性系下物理量的变换39

一、洛伦兹变换39

二、速度的变换和速度的极限41

三、光速和因果律44

第四节 质量 能量 动量45

一、质速关系45

二、质能关系47

三、能量和动量的关系48

一、时空间隔不变性49

第五节 四维世界49

二、时空间隔的分类和因果性条件50

三、四维动量能量矢量51

第五章 广义相对论53

第一节 两个基本原理53

一、广义物理定律不变原理(广义协变原理)53

二、等效原理53

一、引力与空间的弯曲55

第二节 引力55

二、四维时空和短程线58

第三节 引力场中的广义相对论效应60

一、引力场中的钟缓尺缩效应60

二、引力场中的光速变慢和光线偏转61

三、广义相对论的验证61

第六章 量子力学62

第一节 量子62

一、物理量的不连续性62

二、场与量子的关系63

第二节 基本假设64

第三节 力学量的概率幅函数65

一、所谓“概率波”65

二、位置的概率幅函数67

三、其他力学量的概率幅函数67

第四节 概率幅叠加原理68

第五节 概率幅叠加原理的效应69

第六节 不确定原理71

第七节 不确定原理的意义73

第八节 量子力学的测量问题76

一、不确定原理与测量76

二、量子系统的演化路径与测量78

第七章 量子场论82

第一节 场82

第二节 粒子84

一、物质存在的基本形态84

二、强子87

一、作用力和规范玻色子(媒介子、传递子)89

第三节 粒子之间的作用力89

二、基本力的统一91

第四节 粒子间相互作用的过程92

第五节 规范场95

第六节 尖端课题97

第八章 对称性和守恒律100

第一节 对称性和对称性原理100

一、对称性100

二、对称性原理101

一、内特尔定理102

第二节 对称性与守恒律的对应关系102

二、守恒律103

三、对称性和守恒律的意义105

第九章 生命科学概述108

第一节 生命科学体系108

第二节 生物的特征110

一、生物的根本特征110

二、生物的基本特征110

第三节 DNA是一切生命活动的中心111

一、染色质和染色体113

二、DNA和染色体113

第四节 生物遗传的物质基础113

三、DNA与基因115

一、生物的层次概观117

二、从前体到细胞的层次117

三、从细胞到有机体的层次117

第一节 生物的层次117

第十章 生物的层次和进化117

四、生物的分界119

第二节 生物进化的历程119

一、生物进化的历程概观119

二、物种进化的历程121

三、蛋白质和核酸的进化125

第三节 生物进化的机制129

一、物种进化的机制129

二、DNA和染色体的变异132

第一节 概述135

第十一章 细胞135

第二节 细胞的分子组成、结构和功能136

一、细胞的分子组成136

二、细胞的结构和功能138

第三节 细胞的分裂144

一、细胞周期144

二、无丝分裂148

三、有丝分裂148

四、减数分裂149

第十二章 DNA、RNA和蛋白质155

第一节 概述155

第二节 DNA、RNA、蛋白质的结构和功能157

一、DNA的结构和功能157

二、RNA的结构和功能159

三、DNA与RNA的比较161

四、蛋白质的结构和功能162

一、DNA复制的方式166

二、DNA复制的过程166

第三节 DNA的复制166

第四节 DNA控制下的蛋白质的合成168

一、DNA控制蛋白质合成的过程169

二、RNA决定蛋白质性质的方式--遗传密码171

第十三章 基因173

第一节 概述173

二、基因学说174

三、基因在遗传学工程中的意义174

一、基因的结构175

第二节 基因的结构和功能175

一、基因的概念175

二、基因的功能177

第三节 基因决定性状的机制179

一、基因控制性状的途径180

二、基因控制性状的外在条件181

第四节 基因决定性状的规律182

一、基因的分离规律182

二、基因的自由组合规律185

三、基因的连锁和互换规律185

四、三个遗传基本规律的区别与联系188

五、染色体行为与基因行为的平行关系192

下篇 应用科学新进展与工程技术新成果197

第十四章 资源科学技术：开启生命之源的钥匙197

第一节 正确认识自然资源：大自然不是聚宝盆197

第二节 资源开发利用新技术：八仙过海，各显神通200

一、开拓新资源技术200

二、节约资源新技术202

第十五章 海洋科学技术：蔚蓝色的诱惑204

第一节 海洋：人类未来的希望204

第二节 海洋牧场化技术：蓝色革命205

第三节 海水淡化技术：摄取海洋甘泉207

一、蒸馏法207

二、电渗析法208

三、反渗透法208

第四节 海洋矿产开发技术：探寻海底宝藏209

一、海洋石油、天然气的勘探与开采209

二、大洋锰结核的调查与开采210

第十六章 环境科学技术：在困境中重建家园212

第一节 重建的尝试：从认识污染到治理污染212

第二节 可持续发展：社会发展的必由之路216

第十七章 能源科学技术：国民经济的动力219

第一节 能源与人类社会：生存的依托219

第二节 能源矿产利用新技术：人类生活的福音220

第三节 核能利用技术：改造自然新阶段222

第四节 新能源利用技术：智慧的结晶223

一、太阳能223

二、生物质能225

一、余热回收利用技术226

第五节 节约能源的新技术：珍惜资源，保护环境226

二、高效低污染工业锅炉227

三、电子控制节电技术227

四、高效加热技术227

第十八章 材料科学技术：人类文明大厦的基石228

第一节 材料：人类社会进化的里程碑228

第二节 新型金属材料：灿烂的合金229

一、技压群雄的非晶态金属合金229

二、永不忘本的形状记忆合金230

第三节 不断发展中的陶瓷材料：神奇的性能232

三、刚柔相济的超塑性合金232

第四节 新型高分子材料：国计民生之必需234

一、高分子分离膜234

二、高分子磁性材料235

三、光功能高分子材料235

第十九章 信息科学技术：对明日的挑战238

第一节 信息和信息系统：人类文明的源泉238

第二节 信息科学技术：通向信息时代的桥梁240

第三节 信息科学技术的应用：人类将在信息的海洋中遨游242

第二十章 计算机科学技术：跨世纪的通行证246

第一节 计算机系统：人类智能的结晶246

一、计算机构造246

二、计算机硬件247

三、计算机软件248

四、计算机工作原理249

第二节 计算机科学技术：电脑网络化和智能化249

第三节 计算机的应用：人们将生活在电脑时代250

第一节 自动化设备的尖端：机器人253

第二十一章 自动化科学技术：智能与技巧的杰作253

第二节 战争之神：C3I综合自动化系统255

第三节 家庭自动化的经典：智能住宅256

第四节 各种类型的机器人：科技发展新曙光258

第二十三章 制造科学技术：高技术发展的基础260

第二十二章 通信科学技术：通往信息社会的高速公路260

第一节 电信系统简介：初识通信技术260

第二节 电话网：人们生活的必需品261

第三节 综合业务数字通信网：综合通信的媒体262

第四节 光纤通信技术的发展：远距离大容量通信的主角264

第五节 INTERNET的迅猛发展：漫游信息世界265

一、INTERNET的由来与发展265

二、INTERNET在中国266

三、INTERNET的应用266

第六节 移动通信、卫星通信、个人通信：跨越时空的“勇士”267

第一节 先进制造技术正向我们走来：崭新的系统工程269

第二节 领先一步的法宝：现代设计理论与方法271

第三节 巧夺天工：先进的制造工艺273

第四节 一只神奇的手：综合自动化274

第五节 灵活应变，快速反应：敏捷制造技术275

第一节 汽车：地面运输日新月异277

第二十四章 运输科学技术：缩小空间的距离277

第二节 火车：中距离优先选择的交通工具280

第三节 飞机：人类翱翔蓝天282

第二十五章 空间科学技术：通向太空的天梯285

第一节 空间科学技术的发展史：从“万户”飞天的失败到V-2火箭的成功285

第二节 当代空间科学技术的成就：揭开太空神秘的面纱288

一、“阿波罗”登月计划288

三、探索火星之谜289

二、航天飞机计划289

第三章 空间科学技术的应用：迷人的前景290

一、发展空间产业290

二、人类探索宇宙的眼睛--“哈勃”太空望远镜291

三、我国空间技术的现状292

第二十六章 核科学技术：从毁灭者到福音使者295

第一节 受控核聚变技术：让恶魔变成天使295

一、实现受控核聚变的“直通车”--磁约束热核聚变技术296

二、微型“氢弹”--惯性约束核聚变298

第二节 核成像技术：打开黑箱的钥匙300

第三节 核元素分析技术：从大海中把针捞起来302

第二十七章 纳米科学技术：叩响新世纪之门305

第一节 纳米材料：未来世界之砖305

第二节 纳米电子学：未来世界之骄子307

第三节 纳米生物学：小的是美好的309

第二十八章 激光科学技术：新世纪之光311

第一节 激光：一项应用性很强的技术311

第二节 激光加工技术：奇妙的光束312

一、信息容量大314

第四节 激光通信技术：神奇的信息载体314

第三节 激光存储技术：大有可为的新兴信息产业314

二、通信质量高315

三、保密性能好315

四、原料足，价格低315

第五节 激光医学：一门崭新的应用学科316

一、激光在外科的应用316

二、激光在眼科的应用317

三、激光治疗肿瘤317

一、中药材的来源得以拓展319

第二十九章 医药科学技术：健康的卫士319

第一节 传统药物：古树发新芽319

二、中药材的贮藏得到加强320

三、中药炮制的方式彻底改变320

四、中成药的生产走向现代化320

第二节 化学合成药物：现代医学的基石321

第三节 基因工程药品：医药产业的新天地322

第三十章 化学科学技术：老树再开新花326

第一节 量子化学：理论化学的终结者326

第二节 材料化学：未来的拓路者327

第三节 生物化学：揭开生命的奥秘330

第四节 等离子体化学：第四种物质形态的化学331

第三十一章 生物科学技术：未来世界竞争的主战场333

第一节 生物工程：21世纪高科技的佼佼者333

第二节 基因工程：为人类开拓美好前景334

第三节 细胞工程：打破了远缘生物不能杂交的屏障335

第四节 酶工程：酶学理论与化工技术结合的新技术338

第五节 发酵工程：一项应用广泛的生物科学技术338

第六节 克隆技术：一项震撼世界的生物工程技术339

第三十二章 农业科学技术：绿色的呼唤341

第一节 农业：最古老而又最基础的产业341

第二节 “绿色革命”：为人类造福的生产技术改革342

一、“绿色革命”已取得的成就342

二、“绿色革命”的新使命343

三、中国在“绿色革命”中的先锋作用343

第三节“持续农业”：经济、社会、技术与环境协调发展的农业344

一、“白色农业”的出现345

第四节 农业发展的广阔前景：高科技对农业的渗透345

二、农业技术的必经历程--农业机械化346

第五节 现代农业技术剪辑：高科技在农业中的应用346

一、日本的“空中菜园”346

二、德国的“电子医生”347

三、电脑里的“虚拟农场”347

第三十三章 科学技术与可持续发展：让科技染上绿色348

第一节 应用与发展科学技术应持负责和慎重态度348

第二节 科学技术为环保服务350

第三节 科学技术为可持续发展服务352