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绪论1

第一编 物质论和物质运动论概述——粒子-场的物质本性7

第一章 人类物质观的发展变化——粒子-场论概述7

1.1 古代的自然观和物质观7

1.1.1 古代的自然观和朴素元素论7

1.1.2 中国古代的元气说8

1.1.3 中国古代对光源和光的本性的认识10

1.1.4 古代的宇宙观11

1.1.5 古代的时空观与运动观11

1.2 牛顿时代的物质观——实体论和经典原子论，光的微粒说12

1.3 物质场的发现和粒子-场理论的提出14

1.3.1 原子和电子的科学发现14

1.3.2 关于粒子-场论的物理含义18

1.4 基本粒子和基础粒子的种类及粒子-场的基本组成、基本结构和基本性质18

1.4.1 粒子-场理论概述18

1.4.2 基本粒子和基础粒子及它们之间的相互关系19

1.4.3 从基本粒子到复合粒子23

第二章 光、电、磁的物质本性及它们之间的内在相关性25

2.1 光的物质本性及其与光、电、磁的相互关系25

2.1.1 关于光的本质的探索历程25

2.1.2 关于光的经典微粒说和经典以太波动论26

2.1.3 电磁学的发展及电磁以太波动论——电磁感应现象和物质场的发现34

2.2 狭义相对论41

2.2.1 相对论先驱者们的思想41

2.2.2 爱因斯坦狭义相对论的创立45

2.2.3 对爱因斯坦光速不变假设及对时-空相对性假设的质疑和分析讨论51

2.3 光速与物体惯性运动速度之间的矢量合成关系58

2.3.1 光粒子相对于光源的惯性运动速度59

2.3.2 光速的矢量合成关系及合成光速的公式推导和单程光事件的伽利略变换61

2.3.3 往返双程惯性光事件的伽利略变换64

2.3.4 光速及对光速的测量——光速之谜源于光的本性之谜66

2.3.5 光粒子的质量及其理论推导70

第二编 用光粒子散射理论来解释普通光的衍射和干涉现象83

第三章 不透明物体表面层对入射光的小角散射及对其产生机理的微观分析83

3.1 原子的电子壳层结构——原子实和价电子及其对入射光粒子的散射83

3.2 与光粒子散射理论相关的基本定律和基本原理84

3.3 不透明物体对入射光的小角散射及由此形成的光的聚焦明纹87

3.3.1 小角散射光强的周期间断性——初始衍射现象87

3.3.2 单缝的双边散射及其小角散射光强度的叠加增强产生的平行散射光和非平行散射光91

3.3.3 关于杨氏双缝干涉的粒子论物理解释103

3.4 小圆孔的小角散射——小圆孔边缘对入射光的小角散射及散射光强的分布规律和光强计算105

3.4.1 小圆孔边缘对入射光的小角散射及对衍射现象的粒子论解释105

3.4.2 小圆孔边缘对平行入射光的小角散射产生的平行散射光经透镜聚焦后形成的明暗条纹的分布规律107

3.4.3 小圆孔边缘对非平行入射光的小角散射产生的非平行散射光自然形成的明暗条纹的分布规律109

3.4.4 小圆孔边缘对非平行入射光的小角散射及由此形成的聚焦明纹的分布规律113

3.5 圆板边缘的小角散射及对泊松亮斑的粒子论解释115

3.5.1 不透明圆板对平行入射光的小角散射116

3.5.2 不透明圆板对非平行入射光的小角散射117

3.6 不透明单边散射体对称组合及多边小角散射的对称性119

3.6.1 由对称散射点A和B对称散射所产生的明条纹分布规律121

3.6.2 双边对称小角散射点散射光强的分布规律122

3.6.3 多双边对称散射体及其小角散射光强分布的规律性123

第四章 透明物体对入射光的大角散射和小角散射及其对散射光聚焦明暗条纹产生机理的微观分析124

4.1 概述124

4.2 透明物体对入射光的大角散射和小角散射126

4.2.1 平行平板透明体对入射光的大角散射和小角散射——通过透镜聚焦所形成的聚焦明纹的分布规律128

4.2.2 劈尖透明体对入射光的大角散射和小角散射——非定域条纹的形成142

4.3 用粒子散射理论解释光的偏振和双折射现象182

4.3.1 概述182

4.3.2 关于晶体的光学各向异性及其对入射光的非轴对称散射183

4.3.3 反射和折射起偏——布儒斯特定律及其粒子论解释193

4.3.4 双折射起偏及其粒子论解释193

第三编 能量子假说的粒子论解释209

第五章 光辐射能量的量子化及其粒子论解释209

5.1 光辐射的粒子论解释209

5.1.1 麦克斯韦分子运动速度和能量的分布规律——麦克斯韦分布律209

5.1.2 黑体辐射和普朗克的量子理论——对普朗克量子假设的粒子论解释211

5.2 光电效应及其粒子论解释217

5.2.1 光电效应217

5.2.2 爱因斯坦的光量子假说及其粒子论解释219

5.3 康普顿效应及其粒子论解释——光粒子的非弹性散射223

5.3.1 康普顿效应及其粒子论解释223

5.3.2 康普顿效应的粒子论意义及康普顿波长偏移公式的粒子论解释224

5.4 光的物质性和粒子性——用光粒子的大角散射理论来解释晶体对入射X射线光粒子的布拉格反射230

5.4.1 综述230

5.4.2 布拉格反射的粒子论解释——揭示布拉格反射定律的物理意义231

5.4.3 晶体对入射X射线光粒子的大角散射——布拉格反射公式的推导233

5.5 晶体对入射电子的大角散射——揭示德布罗意波的物质粒子本性235

5.5.1 关于德布罗意假设——对物质粒子波动论的质疑和粒子运动论解释235

5.5.2 关于光粒子物质性的实验证明——戴维孙-革末实验、汤姆逊实验及约恩孙实验238

5.6 弗兰克-赫兹实验——弹性碰撞和非弹性碰撞及原子内部能量的分立性245

第六章 用粒子散射理论来解释物质粒子的波动性248

6.1 牛顿力学定律概述248

6.2 物质波概念的提出及其主要内容——对物质波的粒子运动论解释251

6.3 晶体对电子等物质粒子的散射实验——对物质波即粒子波动现象的粒子运动论解释254

6.4 微观粒子的完全非弹性碰撞258

6.5 电子光学——波动性统一于物质粒子的间断性259

6.6 波粒二象性统一于唯物质论之一元论261

6.7 关于测不准原理的粒子论解释——物质粒子小角散射和大角散射的严格确定性和统计确定性266

6.7.1 小角散射及对测不准原理的粒子论解释（综述）266

6.7.2 小角散射粒子聚焦位置的角向分量与其动量的角向分量之间的反比关系及其统计确定性269

第四编 从原子核到高能粒子——原子核与高能粒子的内在相关性277

第七章 原子核的壳层结构和全核素周期律277

7.1 原子核的质量及质量亏损277

7.1.1 原子核的质量亏损及其与相对论的无关性277

7.1.2 原子核的质量及质量亏损的计算280

7.1.3 原子核反应及反应能与质量亏损的关系284

7.2 原子核的壳层结构及核素周期律285

7.2.1 α粒子的对称组合及原子核的壳层结构287

7.3 原子核的壳层结构和全核素周期律294

7.3.1 原子核的壳层结构及对称闭合满壳层核素的标志性核素294

7.3.2 关于稳定核素的组成、壳层结构及其变化规律295

7.3.3 关于全核素周期表及其说明299

附录1 （表7-5）稳定核素的组成、结构和有关核性能302

附录2 （表7-6）全核素周期表（全图）309

第八章 粒子-场论——高能粒子反应318

8.1 关于微观粒子的定义和分类318

8.2 关于基础粒子和基本粒子的粒子-场论分析319

8.2.1 光子和光子核319

8.2.2 电子和电子核319

8.2.3 μ子和μ子核320

8.2.4 π介子和π介子核321

8.2.5 质子和核子核321

8.2.6 核子的结构及强核亲和力的来源322

8.3 关于粒子实和隐形粒子324

8.4 不稳定基本粒子的衰变道、衰变产物和衰变式325

8.4.1 μ子的多道衰变和相应的衰变产物325

8.4.2 π介子的多道衰变和相应的衰变产物326

8.4.3 关于复合介子的多道衰变和衰变产物326

8.4.4 粒子分类——轻子、重子和超子327

8.4.5 重子的多道衰变和相应的衰变产物329

8.5 基本粒子和基础粒子及其在粒子组合中的地位332

8.5.1 基本粒子和基础粒子及其相互关系332

8.5.2 关于基础粒子和基本粒子的几点说明332

8.5.3 关于粒子内部不同次级粒子运动状态的分析讨论335

8.6 关于中微子和夸克是否具有客观实在性问题336

8.6.1 关于是否存在中微子问题的讨论337

8.6.2 夸克是什么？关于是否存在夸克问题的讨论338

8.7 同位旋理论和盖尔曼-西岛关系的局限性343

8.7.1 两套同位旋规则343

8.7.2 对盖尔曼-西岛关系的改进343

8.8 全粒子二分量同位旋关系——全粒子盖尔曼-西岛关系345

8.9 二分量夸克理论及其量子性质和组合方式347

8.9.1 二分量夸克理论及其粒子论实质347

8.9.2 二分量夸克的对称性及其在数字坐标系中的位置351

8.10 数字坐标系 粒子数-量子数一般关系图——关于夸克论题的讨论353

8.11 粒子分类及其主要性质355

8.12 粒子分类——轻子和重子的分类355

第五编 原子的电子壳层结构及元素的化学活性361

第九章 原子光谱线经验规律的发现到原子量子理论的建立361

9.1 原子的发现和早期原子物理361

9.2 原子光谱的实验规律362

9.2.1 氢原子光谱的规律性——广义巴尔末公式362

9.2.2 光谱项 并合原则363

9.3 玻尔的原子理论364

9.4 单电子原子的玻尔模型及其粒子论解释367

9.5 角动量的量子化及其产生的根源370

9.6 索末菲的量子化条件及其椭圆轨道理论372

9.7 索末菲的椭圆轨道理论及其量子化条件和角量子数374

9.7.1 索末菲的椭圆轨道理论和量子化条件374

9.7.2 径向运动的量子化375

9.7.3 类氢离子的能量 椭圆轨道的形状376

9.7.4 简并378

9.8 空间量子化 磁量子数378

9.9 索末菲的椭圆轨道理论及其历史意义380

9.10 原子的磁矩 斯特恩-革拉赫实验382

9.10.1 关于磁矩的宏观理论382

9.10.2 原子的电子轨道磁矩383

9.10.3 斯特恩-革拉赫实验384

9.11 场致相对性效应及角量子数的选择定则385

9.11.1 电子的轨道386

9.11.2 量子条件和类氢离子的能级387

9.11.3 角量子数的选择定则 光谱线的精细结构388

9.12 多电子原子及原子实和价电子389

9.12.1 碱金属原子光谱的规律性389

9.12.2 碱金属原子光谱的精细结构和电子自旋395

9.13 光谱线的精细结构396

9.13.1 氢原子或类氢离子光谱线的精细结构396

9.13.2 He＋谱线λ=4 686A的精细结构398

9.13.3 碱金属原子及类碱金属离子谱线的精细结构399

9.13.4 蓝姆移动401

第十章 原子的电子壳层结构及其内部能量状态的量子化——原子壳层电子运动状态的准周期间断性402

10.1 原子的组成、结构和能量状态402

10.1.1 从库仑定律的能量连续性到玻尔的原子能量的量子化402

10.1.2 电子的组成和结构 光子在电子中的束缚状态及稳定性404

10.2 单电子原子的形成过程及单电子原子的基态和激发态405

10.2.1 基态氢原子的形成过程405

10.2.2 基态原子的激发及退激发过程406

10.3 单电子原子的巴耳末-里德伯经验公式所表示的光谱线的分布规律的粒子论解释409

10.3.1 根据广义巴耳末公式推得的氢原子的能量公式409

10.3.2 根据经典电学理论和广义巴耳末-里德伯经验公式推得的单电子原子的能量公式、轨道半径和轨道速度410

10.3.3 用粒子-场论解释轨道电子能量和角动量的分立性——不同n值和同一n值能量和角动量的分立性412

10.3.4 碱金属原子光谱的规律性及其与氢原子光谱线之间的异同420

10.3.5 多电子原子 原子的矢模型429

第十一章 原子的电子壳层结构和原子化学活性的来源——元素周期律435

11.1 元素周期律及原子电子壳层结构的对称性和饱和性435

11.1.1 元素周期律与原子电子壳层结构的内在相关性435

11.1.2 原子的标识光谱和伦琴吸收光谱及其与核外电子壳层结构的关系458

11.2 原子化学活性的来源及化学本质467

11.2.1 原子化学活性的来源467

11.2.2 化学键的同源性——离子键和原子键同源于外未满支壳层的不对称性和不饱和性468

第六编 宇宙论——天体演化史475

第十二章 天体观测的直观性和局限性——对系统红移和微波背景辐射的物理解释475

12.1 天体观测的直观性及其向客观真实性的转变475

12.1.1 直接观测的直观性和主观性——将直观的宇宙转变成客观的宇宙477

12.1.2 发光天体发射光线的系统红移及其直观性向客观性的转变478

第十三章 天体系统论485

13.1 母星系是最高一级天体系统485

13.1.1 关于宇宙大爆炸和黑洞485

13.1.2 天体爆发现象的普遍性485

13.1.3 天体及天体系统旋转运动的普遍性485

13.1.4 天体结构的系统性——天体和天体系统的多重性结构486

13.1.5 星系天体系统的主要结构特征——从星系所独有的涡旋状旋臂结构得到的启示487

13.1.6 母星体是最高一级天体，母星系是最高一级天体系统488

13.2 母星体的内部结构和组成——高能物质团块的产生、组成、运动和喷发488

13.3 高能物质流向星系天体的转变489

13.3.1 高能物质流角动量的来源和旋臂结构的形成489

13.3.2 恒星的起源和形成过程491

13.4 高能物质流的原始微观组成及其演变成星系质微观物质的演化历程492

13.5 人类的家园——太阳系的起源和演化规律492

第七编 生命的起源和演化规律497

第十四章 原始生命的发祥地——有机生命的化学基础497

14.1 历史回顾497

14.2 原始生命的发祥地——温热湿地498

14.3 有机大分子是原始生命起源的先导499

14.3.1 有机大分子生命活性的来源及原始生命有机大分子的形成499

14.3.2 有机大分子的形成是原始生命起源的先导503

第十五章 碳水化合物和有机大分子——植物性有机生命的起源517

15.1 蛋白质——对生命有重要意义的有机大分子517

15.1.1 链里的氨基酸519

15.1.2 酶519

15.1.3 新陈代谢522

15.1.4 示踪物质525

15.1.5 光合作用527

第十六章 细胞——生命的基体单元531

16.1 染色体531

16.2 基因532

16.3 核酸539

第十七章 生命的起源——从微观上来分析原始生命的产生过程549

17.1 原始植物性生命体产生过程的三个发展阶段549

17.2 叶绿素和叶绿体——光合作用的微观机理分析550

17.3 从植物性原始生命中分化出更高质的生命体——原始动物性生命的诞生551

第十八章 人类的起源、诞生和成长过程553

18.1 从森林古猿向人类的转变和进化554

18.2 原始人类关于火的发现及取火方法和取火工具的发明555

18.3 原始社会制陶和冶金技术的发明和发展556

18.4 人类文化的起源——原始人类文化起源于集体劳动和公共社会活动557

参考文献558