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1 中国古代的科学与技术1

1.1 数学1

1.1.1 算经十书1

1.1.2 刘徽、祖冲之2

1.1.3 宋元时期的数学3

1.2 天文与历法4

1.2.1 我国古代的天文4

1.2.2 我国的历法6

1.3 医药学8

1.3.1 《黄帝内经》8

1.3.2 张仲景、华佗9

1.3.3 孙思邈10

1.3.4 李时珍11

1.4 实用科学技术11

1.4.1 蔡伦改造造纸术11

1.4.2 指南针的发明12

1.4.3 印刷术的发明与完善12

1.4.4 火药的发明13

1.4.5 都江堰工程14

1.4.6 制茶16

1.4.7 瓷器17

1.4.8 丝绸17

1.4.9 造船与航海18

1.4.10 大运河的开通19

1.4.11 赵州桥的设计建造21

1.4.12 五大农书22

1.4.12.1 《氾胜之书》22

1.4.12.2 《齐民要术》22

1.4.12.3 《陈旉农书》23

1.4.12.4 《王祯农书》23

1.4.12.5 《农政全书》23

1.4.13 中国17世纪的工艺百科全书《天工开物》25

1.5 我国科学技术发展的历史转折25

2 19世纪及其以前的数学29

2.1 古希腊时代29

2.1.1 毕达哥拉斯29

2.1.2 欧几里得30

2.1.3 阿基米德31

2.2 中世纪到微积分产生前的数学32

2.2.1 希腊数学在中世纪的命运32

2.2.2 数字的表达形式和运算符号33

2.2.3 笛卡尔与解析几何34

2.3 微积分的创立35

2.3.1 微积分创立的先驱者35

2.3.2 牛顿36

2.3.3 莱布尼茨37

2.4 欧拉时代39

2.4.1 贝努利家族等39

2.4.2 欧拉41

2.5 18世纪末到19世纪上半叶的数学群星43

2.5.1 拉普拉斯、勒让德、傅立叶44

2.5.2 泊松、雅可比45

2.5.3 哈密顿、狄利克雷46

2.5.4 阿贝尔、伽罗华47

2.6 高斯与柯西51

2.6.1 高斯51

2.6.2 柯西53

2.7 非欧几何54

2.8 19世纪末的数学56

2.8.1 魏尔斯特拉斯57

2.8.2 戴德金58

2.8.3 彭加勒58

2.8.4 康托60

2.8.5 克莱因61

3 20世纪的数学63

3.1 希尔伯特及其问题63

3.1.1 希尔伯特及其贡献63

3.1.2 外尔65

3.1.3 诺特66

3.1.4 库朗67

3.1.5 希尔伯特问题及其解决情况68

3.2 积分学的一次革命——勒贝格积分71

3.3 俄罗斯和苏联的数学73

3.3.1 彼得堡学派73

3.3.1.1 奥斯特洛格拉茨基和契比雪夫73

3.3.1.2 马尔可夫74

3.3.1.3 李雅普诺夫75

3.3.1.4 康托洛维奇75

3.3.2 莫斯科学派76

3.3.2.1 叶果洛夫和鲁金76

3.3.2.2 邦德里雅金和索波列夫77

3.3.2.3 柯尔莫哥洛夫和阿诺德77

3.3.2.4 佩雷尔曼79

3.4 冯·诺依曼和电子计算机80

3.5 布尔巴基学派82

3.6 费马大定理的358年证明史85

3.6.1 问题的提出85

3.6.2 欧拉迈出的第一步86

3.6.3 索菲·热尔曼的证明方法86

3.6.4 恩斯特·库默尔的发现87

3.6.5 保罗·沃尔夫斯凯尔的第二次生命88

3.6.6 哥德尔的不可判定性定理89

3.6.7 谷山—志村猜想89

3.6.8 格哈德·弗赖的证明新思路90

3.6.9 安德鲁·怀尔斯完成证明90

3.7 国际数学家大会、菲尔兹奖与沃尔夫奖93

3.7.1 陈省身94

3.7.2 丘成桐95

3.7.3 陶哲轩96

3.8 近代中国的数学与国际华人数学家大会（ICCM）96

3.8.1 近代中国的数学先驱李善兰97

3.8.2 中国的第一批数学博士98

3.8.3 熊庆来、华罗庚98

3.8.4 苏步青、周炜良100

3.8.5 吴文俊、冯康、陈景润100

3.8.6 国际华人数学家大会102

附录：20世纪最伟大的数学家排行榜（部分）102

4 天文学104

4.1 古代的天文学和托勒密体系104

4.1.1 古代的天文学104

4.1.2 托勒密体系105

4.2 哥白尼及其《天体运行论》106

4.2.1 哥白尼生平106

4.2.2 《天体运行论》的主要内容107

4.2.3 《天体运行论》的意义107

4.3 伽利略、牛顿和光学望远镜108

4.3.1 伽利略与折射望远镜108

4.3.2 牛顿与反射望远镜109

4.3.3 现代的光学望远镜110

4.4 太阳系的发现112

4.4.1 太阳112

4.4.2 八大行星112

4.4.3 天体物理学与行星的发现119

4.4.4 小行星120

4.4.5 彗星121

4.5 恒星及其演化123

4.5.1 恒星概述123

4.5.2 恒星的演化125

4.5.2.1 恒星的演化过程125

4.5.2.2 中子星和脉冲星128

4.5.2.3 白矮星129

4.5.2.4 钱德拉塞卡130

4.5.2.5 黑洞131

4.6 对宇宙的新认识133

4.6.1 射电天文学和射电望远镜、哈勃望远镜133

4.6.2 脉冲双星和广义相对论的验证136

4.6.3 地球的磁层和辐射带137

4.6.4 冕洞137

4.6.5 类星体和星际分子138

4.7 现代宇宙学139

4.7.1 早期的现代宇宙学139

4.7.2 哈勃定律139

4.7.3 宇宙在加速扩张140

4.7.4 宇宙形成的大爆炸理论141

4.8 暗物质和暗能量143

4.8.1 什么是暗物质143

4.8.2 什么是暗能量146

4.9 21世纪最初10年的天文发现148

4.9.1 直接观测太阳系外的行星148

4.9.2 证实火星上存在水148

4.9.3 发现了暗物质存在的证据148

4.9.4 冥王星有被挤出了太阳系九大行星的可能149

4.9.5 发现暗能量149

4.9.6 首次绘制宇宙微波背景辐射图149

4.9.7 在银河系发现超大质量黑洞149

4.9.8 彗星上发现有机化学物质149

4.9.9 证实月球上存在水149

4.9.10 探测土卫六150

附录：中国的射电天文望远镜FAST150

5 19世纪及以前的物理学151

5.1 古希腊时代的物理学151

5.2 牛顿时代的力学152

5.2.1 伽利略开天辟地的第一步152

5.2.2 牛顿的力学体系和万有引力定律154

5.3 拉格朗日、哈密顿和分析力学155

5.4 光学的发展159

5.4.1 牛顿对光学的贡献159

5.4.2 关于光的本性的论战160

5.5 电流的发现、电磁学的创立和发展161

5.5.1 静电和静磁161

5.5.2 动电的研究、欧姆定律161

5.5.3 电磁感应和法拉第的贡献162

5.5.4 麦克斯韦的电磁场理论，赫兹的实验证明166

5.6 热力学的发展170

5.6.1 卡诺循环170

5.6.2 能量守恒与转化、热力学第一和第二定律172

5.6.3 布朗运动175

6 20世纪的物理学（上）178

6.1 世纪之交的三大发现178

6.1.1 X射线的发现178

6.1.2 电子的发现179

6.1.3 放射性的发现180

6.2 普朗克和旧量子论182

6.3 爱因斯坦和相对论186

6.4 卢瑟福、玻尔和原子结构模型190

6.4.1 卢瑟福的小太阳系模型190

6.4.2 玻尔及其定态跃迁原子模型、对应原理191

6.5 量子力学的产生193

6.5.1 德布罗意的物质波理论193

6.5.2 海森伯的矩阵力学与测不准原理，玻恩的贡献和泡利不相容原理194

6.5.3 薛定谔的波动方程197

6.5.4 狄拉克方程，正电子199

6.6 关于量子力学的大论战：索尔维会议201

6.7 奇迹般的1932年：中子、氘、正电子和人工放射性的发现205

6.7.1 中子的发现205

6.7.2 氘的发现205

6.7.3 正电子的发现206

6.7.4 人工放射性的发现207

6.8 物理学家中的败类——斯塔克208

7 20世纪的物理学（中）210

7.1 核能和费米、奥本海默210

7.1.1 人工核蜕变210

7.1.2 费米的贡献210

7.1.3 奥本海默213

7.2 应用物理的发展214

7.2.1 无线电报的发明214

7.2.2 全息摄影的发明215

7.2.3 高压技术的应用216

7.2.4 电子管的发明217

7.2.5 晶体管的发明218

7.2.6 电子计算机的发明220

7.2.7 激光器的发明221

7.2.8 激光冷却捕捉技术224

7.2.9 光纤通信的问世225

7.2.10 特斯拉的贡献226

7.2.11 发光二极管LED的发明227

7.2.12 发现巨磁电阻效应228

7.3 低温物理和相变229

7.3.1 绝对零度和超导229

7.3.2 相变231

7.3.3 超导的微观机制233

7.3.4 超流和卡皮查234

7.3.5 朗道236

7.4 原子核物理238

7.4.1 原子核的早期模型238

7.4.2 格佩特—迈耶和延森的贡献239

7.4.3 原子核的集体模型240

7.5 宇称的垮台240

8 20世纪的物理学（下）244

8.1 基本粒子和夸克244

8.1.1 强相互作用和π介子的发现244

8.1.2 夸克模型245

8.1.3 关于轻子247

8.2 量子电动力学和量子色动力学248

8.2.1 量子电动力学的诞生248

8.2.2 费恩曼及其贡献251

8.2.3 量子色动力学253

8.3 统一场论和标准模型，物理学研究方法的创新254

8.3.1 弱相互作用254

8.3.2 电弱统一理论255

8.3.3 标准模型256

8.3.4 物理学研究方法的创新257

8.4 磁学258

8.4.1 塞曼效应258

8.4.2 各种粒子磁矩的发现和应用259

8.4.3 霍尔效应的深入研究260

8.5 玻色—爱因斯坦凝聚（BEC）262

8.6 关于中微子的探索263

8.7 基本粒子物理研究的新进展265

8.7.1 亚原子物理的对称性自发破缺机制265

8.7.2 夸克的渐进自由理论266

8.7.3 希格斯玻色子的发现267

8.7.4 量子世界里的粒子控制268

8.8 量子光学的发展268

附录269

8.9 力学的发展270

8.9.1 固体力学270

8.9.1.1 材料力学、结构力学271

8.9.1.2 弹性力学、塑性力学272

8.9.1.3 断裂力学273

8.9.2 流体力学274

8.9.2.1 流体力学的产生与发展，N-S方程274

8.9.2.2 流体力学群英：儒科夫斯基、恰普雷金、普朗特、冯·卡门275

8.9.3 爆炸力学277

8.9.4 中国力学工作者的贡献：周培源、钱学森、郭永怀、钱伟长、郑哲敏、黄克智、林同炎278

8.10 计算力学282

8.10.1 结构分析中的数值方法282

8.10.2 流体力学中的数值方法286

8.10.3 结构最优化设计287

8.10.4 非线性问题的数值方法288

8.10.5 计算力学的程序系统289

8.10.5.1 ASKA289

8.10.5.2 SAP290

8.10.5.3 ANSYS290

8.10.5.4 MSC. NASTRAN290

8.10.5.5 ABAQUS291

8.10.5.6 JIFEX291

8.10.6 中国学者对计算力学的贡献：冯康、钱令希、钟万勰、程耿东291

9 化学（上）294

9.1 18世纪以前的化学294

9.1.1 亚里士多德的四元性学说294

9.1.2 玻意耳——近代化学的奠基人294

9.2 燃素说的推翻和拉瓦锡295

9.2.1 燃素说的化学295

9.2.2 二氧化碳、氢气和氧气的发现296

9.2.3 拉瓦锡——近代化学之父297

9.3 门捷列夫和元素周期表，元素周期律及其现代化298

9.4 无机化学在20世纪的进展304

9.4.1 同位素的发现及其应用304

9.4.2 穆瓦桑分离单质氟306

9.4.3 超铀元素的制取307

9.5 有机化学的产生与发展308

9.5.1 维勒人工合成尿素308

9.5.2 有机结构理论309

9.5.3 同分异构现象311

9.5.4 E.费歇尔的贡献312

9.5.5 碳正离子研究的突破315

9.6 天然物有机化学316

9.6.1 萜类化合物316

9.6.2 胆固醇的研究317

9.6.3 叶绿素与血红素319

9.7 有机物的合成320

9.7.1 冯·拜耳合成有机染料321

9.7.2 多马克发明磺胺类药物321

9.7.3 环合加成反应：蒂尔斯—阿尔德反应322

9.7.4 现代有机合成之父伍德沃德323

9.7.5 科里的逆合成分析法326

9.8 有机金属化学和元素有机化学327

9.8.1 有机金属化学327

9.8.2 元素有机化学329

9.9 立体化学330

9.10 生命体中的化学332

9.10.1 对糖类的研究332

9.10.2 对发酵和酶的研究334

9.10.3 光合作用336

9.10.4 测定蛋白质结构337

10 化学（下）340

10.1 物理化学与量子化学340

10.1.1 物理化学三杰：范托夫、奥斯特瓦尔德、阿伦尼乌斯340

10.1.2 化学反应动力学和非平衡态热力学的发展343

10.1.3 量子化学的创建和发展，鲍林等的贡献350

10.1.4 朗缪尔创建表面化学354

10.2 高分子化学与软物质，胶体化学355

10.2.1 高分子化合物355

10.2.2 施陶丁格的贡献356

10.2.3 弗洛里、齐格勒、纳塔、白川英树等的工作359

10.2.4 席格蒙迪和胶体化学362

10.3 富勒烯与石墨烯的发现和应用364

10.4 化学分析技术的发展370

10.4.1 20世纪以前的化学分析技术370

10.4.2 阿斯顿发明质谱仪373

10.4.3 X射线衍射技术的应用374

10.4.4 光谱分析法375

10.4.5 蒂塞利乌斯发明电泳法和马丁、辛格发明分配层析法377

10.4.6 海洛夫斯基发明极谱分析法378

10.4.7 赫维西创立放射性示踪法379

10.4.8 恩斯特创立高分辨率核磁共振法380

10.5 哈伯的功与过381

10.6 诺贝尔和诺贝尔奖384

10.6.1 诺贝尔的生平384

10.6.2 诺贝尔奖的推荐和评定程序387

10.6.3 诺贝尔奖评审中的失误和遗憾388

10.7 中国和华裔化学家的贡献389

10.7.1 侯德榜389

10.7.2 曾昭抡、陈裕光、张青莲、傅鹰390

10.7.3 吴学周、黄鸣龙、徐光宪、周维善392

10.7.4 卢嘉锡、唐敖庆、冯新德394

10.7.5 李远哲、钱永健397

11 生物学398

11.1 19世纪以前的生物学398

11.1.1 亚里士多德的生物学理论398

11.1.2 林奈的分类体系和动植物命名法399

11.1.3 布丰的《自然的历史》400

11.2 达尔文及其进化论401

11.2.1 拉马克的贡献401

11.2.2 达尔文的环球航行考察402

11.2.3 达尔文的自然选择学说403

11.3 细胞学说的建立405

11.3.1 施来登和施旺建立细胞学说406

11.3.2 细胞学说在19世纪的发展407

11.4 蛋白质与核酸408

11.4.1 体外合成蛋白质409

11.4.2 胰岛素——第一个人类分离纯化的蛋白质410

11.4.3 核酸411

11.4.4 关于RNA412

11.4.5 具有“遗传”功能的蛋白质413

11.5 细胞生物学413

11.5.1 溶酶体的发现414

11.5.2 细胞组分分离技术的创立415

11.5.3 核糖体和线粒体结构的发现415

11.5.4 免疫球蛋白416

11.5.5 放射免疫分析法418

11.5.6 细胞信号419

11.5.7 G蛋白的发现419

11.5.8 蛋白质的地址编码420

11.5.9 中国生物学家贝时璋关于细胞重建的理论420

11.6 基因工程422

11.7 动物行为学研究423

11.8 生命起源的研究424

12 遗传与DNA427

12.1 孟德尔学说427

12.2 摩尔根的遗传学说429

12.2.1 摩尔根对孟德尔学说认识的变化429

12.2.2 果蝇遗传研究、染色体—基因理论的创建430

12.2.3 遗传巧合432

12.2.4 基因突变432

12.3 细菌遗传学433

12.3.1 噬菌体遗传学433

12.3.2 细菌遗传学434

12.4 DNA与双螺旋结构434

12.4.1 DNA双螺旋结构的发现434

12.4.2 遗传信息传递过程的中心法则和遗传密码编码机制的发现437

12.5 癌基因440

12.5.1 病毒致癌的机制440

12.5.2 基因控制发育441

12.6 生物催化剂——酶442

12.6.1 酶是蛋白质442

12.6.2 克雷布斯循环443

12.6.3 关于ATP443

13 人体的生理现象445

13.1 血液循环系统与血型的发现445

13.1.1 16世纪以前人类对血液运动的认识445

13.1.2 哈维和他的血液循环理论446

13.1.3 血型的发现448

13.2 免疫450

13.2.1 早期的免疫学450

13.2.2 抗体生成的克隆选择学说453

13.2.3 免疫应答基因454

13.3 人体的内分泌系统458

13.3.1 激素的发现458

13.3.2 神经内分泌学461

13.3.3 肾上腺462

13.3.4 前列腺素462

13.3.5 垂体激素463

13.3.6 甲状腺464

13.4 神经464

13.4.1 19世纪及其以前人类对神经的认识464

13.4.2 神经元学说465

13.4.3 大脑的功能467

13.4.4 生长因子的发现468

13.4.5 化学传递学说468

13.5 呼吸469

13.6 肌肉470

13.6.1 肌肉中能量代谢的理化机制470

13.6.2 中国生理学家冯德培471

13.7 胆固醇472

13.8 巴甫洛夫及其条件反射学说474

13.9 看与听476

13.9.1 视觉机制的研究476

13.9.2 听觉与平衡的器官477

13.10 人体糖的代谢478

13.11 人体的衰老480

14 医学481

14.1 细菌、病毒与传染病481

14.1.1 巴斯德481

14.1.2 病毒482

14.1.3 鼠疫484

14.1.4 天花485

14.1.5 疟疾487

14.1.6 黄热病489

14.1.7 结核病491

14.1.8 脊髓灰质炎493

14.1.9 麻疹495

14.1.10 病毒性肝炎497

14.1.11 朊病毒病499

14.1.12 艾滋病500

14.1.13 重症急性呼吸综合征（SARS）502

14.1.14 埃博拉病毒病503

14.2 临床医学与药物504

14.2.1 叩诊法和听诊器的发明504

14.2.2 X光机505

14.2.3 心电图机506

14.2.4 CT机507

14.2.5 超声医学510

14.2.6 核磁共振CT机511

14.2.7 青霉素和链霉素512

14.2.8 β受体阻滞剂和H2组胺受体阻滞剂514

14.2.9 癌症的防治516

14.2.9.1 癌症产生的原因516

14.2.9.2 癌症的种类及其与遗传的关系521

14.2.9.3 癌症的临床表现与转移521

14.2.9.4 易得癌症的人群522

14.2.9.5 癌症的治疗523

14.2.10 贫血症和狼疮的治疗525

14.2.10.1 治疗贫血症525

14.2.10.2 光学疗法和治疗狼疮526

14.2.11 心导管术的发明527

参考文献529