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1 牛顿力学的公理体系1

1.1 机械决定论3

1.1.1 机械决定论3

1.1.2 必然性与偶然性5

1.1.3 因果律与微分方程5

1.1.4 基本假设6

1.1.5 一个佯谬7

1.1.6 初始条件——牛顿心目中的上帝8

1.1.7 运动量的量度10

1.2 绝对空间12

1.2.1 惯性系12

1.2.2 一个近似的理论13

1.2.3 绝对运动与绝对空间15

1.2.4 空间概念的历史回顾17

1.3 绝对时间20

1.3.1 时间概念20

1.3.2 同时性概念的操作定义21

1.3.3 伽利略变换24

1.4 惯性系时空结构的基本假设25

1.4.1 欧几里德空间25

1.4.2 最古老的物理学26

1.4.3 关于时空的基本假设28

1.4.4 对称原理29

1.5 万有引力定律33

1.5.1 万有引力定律的实验基础33

1.5.2 历史的等待38

1.5.3 万有引力定律42

1.5.4 超距作用观点49

1.6 伽利略相对性原理51

1.6.1 伽利略相对性原理51

1.6.2 相对性原理、牛顿定律、伽利略变换的协调一致52

1.7 原子论54

1.7.1 德谟克利特原子学说55

1.7.2 牛顿的物质观55

1.7.3 原子是非经典概念56

1.7.4 原子学说中的认识论观点57

1.8 牛顿的科学研究方法63

1.8.1 经验归纳法63

1.8.2 牛顿对“假说”的态度63

1.8.3 科学的推理方法64

1.8.4 因果律65

1.8.5 公理体系应是简单的、自然的、明白的66

1.8.6 牛顿公理体系的科学内容和神学基础67

1.9 牛顿力学的发展68

1.9.1 科学中心向法国转移68

1.9.2 能量概念73

1.9.3 分析力学76

2 电力的研究87

2.1 电与磁87

2.1.1 牛顿对力研究的指导思想87

2.1.2 电与磁87

2.2 电磁力的实验定律91

2.2.1 静电力定律91

2.2.2 电流的磁效应93

2.2.3 磁生电97

2.3 场概念101

2.3.1 近距作用观点101

2.3.2 自然力的统一基础102

2.4 场的运动规律103

2.4.1 力线的数学语言103

2.4.2 经验定律的协调一致104

2.5 从假设变为科学真理107

2.5.1 判决性实验107

2.5.2 赫兹实验108

2.6 光的本性110

2.6.1 几何光学110

2.5.3 补充资料110

2.6.2 光的微粒说111

2.6.3 光的波动说113

2.7 物理学基础的裂痕114

2.7.1 经典物理的内容114

2.7.2 决定论115

2.7.3 以太物理学115

2.7.4 以太的机械观116

2.7.5 以太顽结118

2.7.6 场物理学119

2.7.7 探测绝对速度123

2.7.8 洛仑茨－斐兹杰惹收缩学说129

2.7.9 相对论的先驱130

2.7.10 总结131

3 热的研究133

3.1 热力学第零定律——制造温度计是可能的（兼述物理量的量度体系）134

3.1.1 温度是一个纯经验的概念134

3.1.2 温度的量度134

3.1.3 温度计134

Ⅰ 热力学部分134

3.1.4 选择不同的测温参量的量度体系，自然定律具有不同的形式135

3.1.5 选择量度体系唯一的指导路线，是尽可能对自然规律作简单表述136

3.1.6 结论138

3.2 自然界的数学构造139

3.3 关于热的本性的学说（一）——热质说142

3.3.1 热量概念142

8.3.2 卡诺学说145

3.4.1 热是一种运动150

3.4 关于热的本性的学说（二）——热之唯动说150

3.4.2 建立热力学第一定律的历史条件151

3.4.3 热力学第一定律——能量是守恒的152

3.5 热力学第二定律——不是全部的热能转化为功157

3.5.1 热力学第二定律的建立过程157

3.5.2 熵函数159

3.6 时间箭头161

3.6.1 可逆过程161

3.6.2 不可逆过程162

3.6.3 时间指向164

3.6.4 时间的量度165

3.6.5 热寂论166

3.6.6 时间有限还是无限？168

3.6.7 热寂论是错误的169

3.7 热力学第三定律——我们永远不能达到那个最低的温度171

Ⅱ 统计力学部分174

3.8 分子运动论的历史发展174

3.8.1 热是一种分子运动175

3.8.2 宏观量是一种平均效应176

3.8.3 几率分布177

3.9 统计物理中的若干基本问题181

3.9.1 H定理181

3.9.2 “麦克斯韦妖”182

3.9.3 熵的几率解释183

3.9.4 原子论184

3.9.5 信息量的研究186

3.9.6 不可逆性的几率解释187

3.9.7 玻尔兹曼常数k188

3.9.8 热的机械观189

3.10 原子是真实存在的吗？189

3.10.1 原子存在的实验依据189

3.10.2 否定原子存在的哲学思潮191

3.10.3 判决性实验——布朗运动192

3.11 统计力学的佯谬195

3.11.1 气体比热195

3.11.2 吉布斯佯谬197

3.11.3 热力学第三定律出现的佯谬197

4 相对性物理学199

Ⅰ 狭义相对论部分199

4.1 爱因斯坦199

4.2 第一个朴素的理想实验200

4.3 爱因斯坦公设——两条自然定律201

4.4 场物质203

4.5 时间观念204

4.5.1 问题204

4.5.2 哲学修养204

4.5.3 时间观念批判205

4.6 洛仑茨变换207

4.7 相对论的时空性质209

4.7.1 时间膨胀效应209

4.7.2 洛仑茨－斐兹杰惹收缩212

4.7.3 闵可夫斯基空间213

4.7.4 过去、现在与将来216

4.7.5 孪生子佯谬218

4.7.6 光速c221

4.8 相对论力学——质能等价原理222

4.8.1 惯性与质量222

4.8.2 质量是相对量223

4.8.3 质量是能量的量度223

4.8.4 质速公式225

4.8.5 推广226

4.8.6 质能表观差异227

4.9 质点与超距作用231

4.9.1 新的世界图景231

4.9.2 局域守恒232

4.10 动量－能量四维矢量234

4.11.3 相对论与电学基本原理的协调一致——麦克斯韦电磁理论的推导237

4.11.2 电学的基本原理237

4.11.1 麦克斯韦电磁理论237

4.11 相对论与电学237

4.12 狭义相对论的空间观念246

Ⅱ 广义相对论部分247

4.13 “引力疑难”247

4.13.1 引力疑难247

4.13.2 线索248

4.13.3 经验基础249

4.14 等效原理249

4.15 物理与几何251

4.15.1 作为数学的几何学251

4.15.2 作为物理学的几何学252

4.15.3 科学与假设252

4.15.4 自然定律与几何学的结合253

4.16 引力与弯曲空间255

4.16.1 非欧几何255

4.16.2 物质决定时空256

4.16.3 揭开引力的神秘面纱257

4.17 坐标的物理意义258

4.18 引力场方程262

4.19 广义相对论的实验验证267

4.19.1 水星近日点的进动268

4.19.2 光线弯曲270

5 量子物理学275

5.1 量子论的诞生275

5.1.1 普适函数275

5.1.2 电动力学与熵原理统一的失败281

5.1.3 维恩公式的理论推导284

5.1.4 普朗克公式的理论推导285

5.2 光量子假设292

5.2.1 光量子假设292

5.2.2 比热295

5.2.3 光量子的波粒二象性295

5.2.4 几率律298

5.2.5 粒子全同性301

5.3 来自原子内部的信息303

5.3.1 光谱结构303

5.3.2 电子306

5.3.3 X射线307

5.3.4 放射性308

5.3.5 现代原子模型310

5.4 量子力学数学形式体系建立314

5.4.1 玻尔原子理论314

5.4.2 对应原理323

5.4.3 矩阵力学325

5.4.4 位相波概念334

5.5 量子力学物理诠释345

5.5.1 波函数的物理诠释346

5.5.2 测不准原理349

5.5.3 互补原理351

5.5.4 爱因斯坦－玻尔论战355

5.5.5 贝尔不等式361

5.5.6 测量理论363

主要参考文献与资料364