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优秀科学读物。
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。
张端明 男，76岁，华中科技大学物理学院教授、博士生导师，享受国务院特殊津贴。曾任湖北省物理协会理事、美国物理学会会员、美国科学促进会会员、美国纽约科学院成员，主要研究方向为基础物理与凝聚态物理。多年来主持并完成国家ji、省部级科研项目20余项，多次获得国家ji、省部级奖励，包括自然科学成果奖、科学进步奖等。他率领课题组构建的脉冲激光沉积动力学被载入国际材料科学巨著《Comprehensive materials processing》第13卷。
立德树人是我国社会主义教育事业发展中必须解决好的根本问题。教育的根本任务是引导青年学生树立正确的世界观、人生观、价值观和荣辱观，培养德智体美全面发展的“和谐的人”。《物理发现启思录》（上）（下）将在这方面将发挥有益的作用。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优秀科学读物。
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】马克思主义的科技发展观 21
【阅读材料 绪论-3】科学与技术 24
第一部 现代宇宙学素描 26
第1章 人类首次发现引力波 26
第一节 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
第一节 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
第一节 “量天尺”——测量天体距离的常用单位 73
第二节 宇宙梯级结构之第一级——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
第一节 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
第一节 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
第一节 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 大爆炸学说的最新发展——暴胀宇宙论 205
第一节 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
第一节 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
第一节 宇宙的最小砖石——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（现代超级照相机） 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
第一节 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
第一节 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
第一节 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 完美理想的中微子通信 363
第13章 中微子的静止质量与中微子天文学的兴起 369
第一节 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
第一节 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
第一节 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
第一节 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
第一节 半导体材料和半导体物理的最新发展 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】二十个未来最有潜力的新材料（ppt） 536
第19章 从诺贝尔物理学奖看现代物理发展趋势 542
第一节 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
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，这是量子通信科学首次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。
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