物理精神――物质、信息与人工智能自组装

部分物理学的进化：从物理学到物理科技1

第1章综述：用物理制造出来的世界2

11文明是什么：从手工制造到自组装3

12世界是什么：物质、能量、演化与数学6

13技术是什么：材料、信息、制造与合成9

14经济是什么：人工物的生产效率与消费12

15物理精神：通过测量驱动物质、信息与人工智能自组装15

第2章探究原理的理论物理学18

21孕育期的物理学：自然哲学20

22次物理革命：牛顿力学与机器宇宙23

23能量的发现：热力学与电磁学27

231热力学：能量与统计28

232电磁学：电、磁、光与场30

24第二次物理革命：能量与物质的量子作用32

241能量即物质：狭义相对论33

242基础物质：原子内部结构34

243量子理论：从量子力学到量子电动力学35

25至微物质：物质基本结构与演化机制39

251粒子物理学的诞生与发展39

252标准模型与物理理论大统一的尝试41

26至大物质：宇宙的诞生与演化45

261宇观观测技术与新天文学的诞生45

262当代宇宙演化理论48

第3章建立技术原理的介观物理学54

31原子结构与分子构造：原子理论的拓展56

311原子的电子组态56

312分子与化合物的构造59

32解剖固态物质：固态物理学60

321物质的力学性质：晶体的几何结构60

322物质的导电性：固体能带理论63

323物质的磁性：荷电粒子的自旋与相互交换66

33构造固态物品：半导体元器件69

331N型半导体与P型半导体70

332二极管与三极管71

333单晶硅、分立元件、集成电路与芯片72

34探究物质的不同物态：凝聚态物理74

341凝聚态物理的核心概念74

342低温下的物质：超导体与超流体78

343其他状态下的物质举例81

35构造光子：光子的能量、信息与操控84

351激光与激光器84

352光导纤维与光纤通信86

353光子操控87

354非线性光学90

355量子光学与量子信息光学91

36操控微观：显微镜技术92

361光学显微镜92

362电子显微镜93

363原子力显微镜95

364微观操控技术的重要性96

第4章科学重建：奠基在物理科技上的新科学98

41化学：从焙烧、电离到合成99

411炼丹术和炼金术100

412近代化学的诞生100

413现代化学的重建104

42医学与生物学：从性命、机器到基因编辑108

421古代医学：性命的禁区108

422近代医学：人是机器110

423现代医学：测量与精准医药112

424现代生物学：基于分子的观测与编辑114

43心理学：从个人内省、行为反射到认知科学119

431近代心理学的诞生121

432行为心理学三阶段124

433认知科学的诞生127

44地球科学：从观察归纳到探测反演133

441近代地质学133

442现代地球科学136

第二部分物理科技的应用：物质文明的生产力142

第5章资源之争：战争的制胜力143

51操控生物能量：士兵、战车与战马144

511驯化中的马和步兵方阵144

512游牧民族的骑术霸权147

52操控人造火：火枪与火炮150

521始于中国的火枪与火炮151

522火炮与城堡的科技进化154

523枪炮的自动化与杀戮机器156

53操控波与粒子：无线电与原子弹158

531钢铁机器与无线电之战158

532原子弹：还原一切为物质与能量160

533以物理科技优势冰封战争164

54新军事竞争：从微电子到量子信息165

第6章宏观经济：工业的驱动力173

61发明时间与空间：科技与工业革命的准备174

611统一时间的诞生174

612空间的发明176

613特殊的材料：玻璃177

62真空与机器：次工业革命179

621真空的发明179

622蒸汽机的发明竞赛181

623英国纺织业的逆袭183

63化学与电磁力：第二次工业革命185

631元素、电化学与合成化学186

632电的工业化使用188

633德国的工业化超越191

64信息物理化：次信息革命193

641信息的发明195

642信息物理化与计算革命200

643美国的称霸和中国的崛起208

65量子信息化：第二次信息革命217

651硅基半导体的极限219

652量子信息科技的兴起220

653角逐量子信息科技制高点223

第7章微观经济：企业的颠覆力226

71工匠：探索材料物理与工程227

711早期工匠：神秘制造技艺的守护者227

712现代工匠：先进材料和加工工具的创造者231

72流水线：组装自动化制造237

721美国制造体系：可互换部件的系统化238

722福特流水线：机器系统的自动化组装239

723丰田精益制造：回归工匠243

73工业研究实验室：基础研究才是护城河245

731工业研究实验室的起源与德国合成化学246

732美国的工业研究实验室249

733基于物理原则：看懂谷歌与华为253

74硅谷模式：以物理科技颠覆旧经济255

741早期硅谷——无线电发烧友255

742缔造半导体产业257

743新经济：个人电脑、生物科技与信息科技259

第三部分物理精神在当下：自动化组装世界263

第8章纳米科技：自下而上的物质自组装264

81自下而上的理念与国家意志264

811费曼：终极问题是操作原子制造各种物品264

812纳米科技的兴起与全球行动267

813新模式：科学、技术、制造一体化269

82自下而上地组装物质世界274

821自下而上：材料科学的第三次革命276

822物质自组装：从纳观、微观到宏观279

第9章人工智能：始于思维测量的知识自组装286

91人类智能物理化的理念与追求287

911役使万物：从驯化、制造到机器自动化287

912测量思维：哲学、数学、逻辑、认知与计算290

92用物理智能实体实现知识自组装303

921物理化智能：人工智能的三次浪潮303

922定义人工智能：理性地行动310

923实现人工智能：构造理性Agent313

924知识自组装：智能机器的自学习317

结语：物理——无尽的前沿320

参考书目325