周凤林、王晓芜、胡炳元主编的《推动当今的世界》为“物理大视野”第三册，本书展示以相对论与量子力学为基石的现代物理学，以及信息时代与高新技术的进步。在这里，我们可以看到被物理学之光照亮的各个领域，一起思索原子能、半导体、激光、计算机这20世纪的四大发明是如何让世界日新月异的。

周凤林、王晓芜、胡炳元主编的《推动当今的世界》为“物理大视野”第三册。

《推动当今的世界》内容简介：上海市嘉定二中将“物理大视野”科普展览以教育馆的形式保留了下来，并形成一套以《物理大视野》为题的科普读物，让学生们能够经常游历在物理学发展长河之中，这是一项非常有益的工作。“物理大视野”包括“认识久远的世界”、“改变昨天的世界”、“推动当今的世界”、“开拓未来的世界”四个篇章，本书为第三册，本书用生动的文字和珍贵的图片，把深奥的物理学演绎成通俗的物理发展史画卷，意图让更多的人领略到物理学发展的精妙，从而激发起科学探究的兴趣。

第一章 能源科学与新能源

 第一节 能源概况

 第二节 能源的利用和开发

 第三节 核电站——裂变反应堆

 第四节 可控热核聚变反应

第二章 光源技术与新光源

 第一节 光源分类

 第二节 电光源

 第三节 气体放电光源

 第四节 半导体发光

 第五节 激光

 第六节 第四代光源——同步辐射光源

第三章 纳米科学与技术

 第一节 纳米科学技术简介

 第二节 纳米科学技术发展

 第三节 纳米技术的应用及其前景

第四章 新材料与新材料技术

 第一节 超导材料

 第二节 储氢材料

 第三节 新型陶瓷材料

 第四节 富勒烯

 第五节 石墨烯

 第六节 光子晶体

 第七节 新材料展望

第五章 信息技术

 第一节 信息的获取

 第二节 信息的传输

 第三节 信息的处理

 第四节 信息的快捷交换——计算机网络

 第五节 计算机网络系统的安全

第六章 物理学与生物学

 第一节 概述

 第二节 生物力学

 第三节 非平衡态热力学与生命科学研究

 第四节 量子生物学

 第五节 孤立子与生命活动

 第六节 纳米生物学及单分子的操作

 第七节 生物的凝聚态

参考文献

后记

一、能源分类

(一)按照形成和来源，能源大体可分为三大类：

第一类是来自地球以外天体的能源。其中最主要的是太阳辐射能。除了可直接利用太阳的光和热以外，太阳能还是地球上其他多种能源的成因。各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在体内贮存下来，煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

第二类是来自地球本身的能源，主要是储藏于地球内部的地热能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球上的地热资源贮藏量也很大，离地表5000米深、15摄氏度以上的岩石和液体的总含热量，据推算约为14，5×10 25焦耳，相当于近5千万亿吨标准煤的热量。

第三类是由地球和太阳、月亮等其他天体之间有规律的运动所形成的能源，如海洋潮汐能。

(二)按照产生的方式，能源可分为一次能源(自然能源)和二次能源(人工能源)。

一次能源是指自然界中以自然形式存在并且没有经过加工或转换的能源，一次能源又分为可再生能源(水能、风能及生物质能等)和不可再生能源(煤炭、石油、天然气、油页岩等)。其中水、石油和天然气是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础。

二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能源，例如电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤和沼气等能源都属于二次能源。

二、能源科字

能源科学是以物理学为基础的，能源利用的几次重大发展都与能源科学的发展密切有关。18世纪初蒸汽机的发明，是人们第一次把蕴藏的化石燃料——煤中的能量转化为动力(机械能)；而动力机械的出现又大大提高了生产力，导致了欧洲的工业革命。随后人们在努力提高蒸汽机效率的过程中，又促进了热力学的发展，而能源科学的发展又为蒸汽机性能的提高提供了理论基础。

19世纪初人们根据电磁学理论制造了发电机、电动机，掌握了远距离输送电能的技术。接着，又发明了电灯和电报、无线电通信等，人类社会进入电气时代，大大促进了社会经济的发展。

20世纪初，科学家们发现了原子核的裂变和聚变现象，从理论和实验上为原子能的利用奠定了基础。从1954年苏联建成了世界上第一痤利用核裂变所产生的核能来发电的核电站以来，至2011年1月世界上已有31个国家拥有核电站，有442个反应堆在运行。核电已成为全球能源中不可缺少的组成部分。除了核裂变能外，如何利用核聚变产生的能量，也是目前不少科学家正在研究的重要前沿课题。

三、能源利用与环境问题

通常，任何一种能源的开发、利用都会给环境造成一定的影响，在诸多能源中以不可再生能源引起的环境问题最为严重和显著。它们在开发利用、运输加工过程等环节都可能对环境产生严重影响。

(1)化石燃料的燃烧会产生污染。化石燃料除由碳、氧两种主要元素组成外，还含有硫、氮等元素，燃烧时会产生大量的二氧化硫、碳氧化合物、氮氧化合物等有害物质，对大气造成严重污染，并进而导致酸雨、温室效应、破坏臭氧层等环境问题。

(2)水能的开发利用有可能造成地面沉降、上下游生态系统变化、土壤盐碱化等各类问题。

(3)核能生产会产生核废料，若处理不当，核废料将引起严重的放射性伤害。

四、能源利用的危机

能源的大规模利用和开发，是随着人们对能量形式的认识发展和近代大工业发展的需要而出现的。随着日益耗竭的能源与人类迅速增加的能耗之间的矛盾加剧，能源危机将日趋严重。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭也仅仅可维持一二百年。

为了解决能源危机问题，除开发和合理使用传统的常规能源外，人们还需进一步开发新能源，主要是核能、太阳能以及按各国实际情况充分利用和开发一些可持续利用、不会枯竭的能源，如地热能、海洋能、风能等。P2-5

吕福源同志在教育部期间，非常关注基础教育改革，力主教育创新，反对因循守旧、墨守成规，十分强调实施素质教育的关键在于教育创新。也正是在他担任教育部常务副部长并直接分管基础教育期间，拉开了新教改的帷幕。

出于对物理学深厚的情感和造诣，2000年，在他的指示和亲自指导下，我们组织筹办了“物理大视野”科普展览。“物理大视野”包括“认识久远的世界”、“改变昨天的世界”、“推动当今的世界”、“开拓未来的世界”四个篇章，用生动的文字和珍贵的图片，把深奥的物理学演绎成通俗的物理发展史画卷，意图让更多的人领略到物理学发展的精妙，从而激发起科学探究的兴趣。

上海市嘉定二中将“物理大视野”科普展览以教育馆的形式保留了下来，并形成一套以《物理大视野》为题的科普读物，让学生们能够经常游历在物理学发展长河之中，这是一项非常有益的工作。对于学习和教学，传授知识固然重要，但给学生介绍一项科学成就的时候，要让学生知道它的发生和发展的过程，还要知道还有哪些未知的谜题需要解答。要从知识发展这个思路上，说清楚知识发生、发展的历程，特别是前人的失败或教训，不要一下子把拿来的知识都讲成是“绝对真理”。这样可以让学生们每接触到新事物、新概念、新东西，都能自觉培养独立思考的意识和能力，并真正有兴趣去了解、钻研这个知识的发展过程。

长期以来，嘉定二中深入开展物理创新教改，在学生中倡导“小制作”活动，激发学生进行科学探究的兴趣，并研发出上百项具有自主知识产权的创新教具。“小制作”也可以打开“大视野”，嘉定二中教师和学生们的所作所为，让我感到敬佩。

王晓芜

中央电教馆副馆长

2011年12月25日

领略物理世界精妙激发科学探究兴趣

“物理大视野”原是在教育部吕福源副部长倡导下组织的关于物理科学的科普展览。在中央电教馆王晓芜副馆长的提议下，我们将原科普展的“认识久远的世界”、“改变昨天的世界”、“推动当今的世界”、“开拓未来的世界”四个主题，以图文并茂的形式呈现给广大读者，力求将深奥的物理学演绎成通俗的物理发展史画卷，让更多的读者领略物理世界的精妙，激发科学探究的兴趣。

这套丛书是一套主要针对青少年的科普读物，共分四册，每册包含一个主题。在编写的过程中，我们力求做到：遵循“两个脉络”，一是物理学科的发展过程脉络(起源和演变)，二是呼应中学物理学科《国家课程标准》的知识体系脉络；关注“一个节点”，在物理学发展进程上曾经产生过重大影响的人和事；体现“三类情节”，一是围绕著名物理假想、定理、定律的提出、实证和演绎，二是攫取科学发展进程中的重大发现，三是重要科学人物的主要事件(成功之道或功亏一篑之惋惜)情节。

我们力求做到：用通俗生动的语言、丰富的实例和精美的图片揭示许多高新技术的奥秘，让读者可以近距离了解遥远的物理世界，触摸当今的科技前沿。在整套丛书的编写过程中，我们字斟句酌，从语句的表达到思想的诠释，努力做到科学性、思想性和艺术性的统一，希望在丰富青少年的知识储备的同时，能够让更多人喜欢物理，探索物理世界的奥秘。

虽然我们付出了很大的努力，仍然不可避免地存在一些问题和不足，诚恳地希望读者提出批评和建议，以便我们在以后不断完善。引用[美]丹尼尔·戈尔曼的一段话：它不一定面面俱到，但应该视角独特；它未必百分之百正确，但或许能给人启迪；它也许给不出答案，但能拓展人的思考空间。

在这套丛书付梓之际，真诚感谢上海市教委基教处倪闵景处长对这套丛书的肯定，并为其作序！真诚感谢上海科普教育发展基金会对这套丛书出版的大力资助！

最后，借用《物理大视野》原科普展时的结束语：

这是物理的世界，科学的世界，人类为之自豪的世界。

当你读完这套丛书之后，假如你记住了一棵树、一个人、一段故事或一点新知，我们将为此而满足。

假如你由此推开兴趣之门，进入这片神奇而广阔的物理世界，我们将由衷欣喜。

假如在不久的将来，在诺贝尔奖获得者名单中看到了你的名字——一个中国人的名字，我们将为你欢呼和自豪！

周凤林

2012年2月18日