张端明、何敏华主编的《科技王国的宙斯——物理学与高新技术（修订版）》从有关现代物理学和现代物理学技术的基本知识入门，着重介绍了当前世界物理学上最新成果、最新动态、最新发展趋势。内容包括：怒涛汹涌的第三次浪潮、奇妙的巴氏球、新时代的阿基米德、被囚禁的普丽希娜小姐、“广寒宫”里的活剧等七部分。

张端明、何敏华主编的《科技王国的宙斯——物理学与高新技术（修订版）》力图从科学发展观的高度把握当代物理学的最新成就和特点，通过精选、咀嚼、消化了的高新科技知识，使读者在了解新知识的同时，认识世界物理学科技发展的趋势，激发全民的科技热情，以及对祖国、对民族的热爱和使命感。还特别注重于科学精神、科学思想和科学方法的介绍，企望以此引导人们改变传统的、陈旧的思想观念，确立新的科学理念，运用科学方法，启迪科学思维，激发创新活力。

《科技王国的宙斯——物理学与高新技术（修订版）》文字表述力求通俗易懂、生动活泼，插图力求准确逼真，这一切都基本保持来了原书科学性、通俗性、趣味性的传统风格。

一、绪论

二、怒涛汹涌的第三次浪潮

 1.物理学的黄金时代——上帝的骰子和奇怪的双生子

 2.原子王国的怒吼

 3.生命之谜正在揭开

 4.可怕的“死光”与星球大战

 5.欲上青天揽日月，上穷碧落下黄泉

 6.印度为什么投反对票

三、奇妙的巴氏球

 1.可爱的网状穹顶状的巴氏球

 2.琼斯的预言与日本科学家的悲剧

 3.蓦然回首，那人却在灯火阑珊处

 4.为巴氏球小姐摄像

 5.疯狂旋转的舞蹈家

 6.奇妙的成员，庞大的家族

 7.非凡的禀质，灿烂的前程

 8.走向新世纪的明星材料

 9.从搞笑诺贝尔奖到诺贝尔奖

 10.优异的性能与广阔的应用前景

四、新时代的阿基米德

 1.你能移动单个原子吗

 2.新时代的阿基米德——STM

 3.质本洁来还洁去一搬运分子

 4.世界上最小的开关——原子开关

 5.鬼斧神工话MEMS

五、被囚禁的普丽希娜小姐

 1.被囚禁的普丽希娜小姐

 2.空中猎手与激光“牢笼”

 3.西苏福斯苦役的故事

 4.绝对零度之梦及其他

 5.原子喷泉与空中飞行的女郎

六、“广寒宫”里的活剧

 1.宇宙中的最小砖石是什么

 2.揭开下一物质层次的面纱

 3.激动人心的4×10秒

 4.蟾宫活剧

七、不尽长江滚滚来

 1.山雨欲来风满楼

 2.化作春泥更护花

 3.万绿丛中一点红

 4.东风夜放花千树

修订版后记

在分子生物物理学中，在研究生物功能分子的结构、构象、物理性质及其能量状态和变化时，量子力学原理和方法是其强有力的手段，以致产生了一个名叫量子生物学的新的分支。

生物物理的另一个重要内容就是生物控制论。它利用控制论的理论和方法，研究生物系统中控制和信息的接受、传递、储存、处理及反馈，以期建立能反映人和动物功能的模型和理论，以及生物系统中物理一化学模型。生物控制论为揭示生命奥秘提供强有力的工具。

神经控制论是生物控制论的精华。人及高等动物的控制中心是神经系统。神经系统系由大量的神经（神经元）和神经胶质细胞构成。神经元是神经系统的基本元件，它们通过突起（树突和轴突）相互联络，形成神经网络。该网络可以加工来自体外的各种感觉信息，并控制和调节机体的各种活动。

人们对于神经元的形态、结构和各种调节功能已有清晰了解。研究神经元及神经网络，并模拟它们，不仅可以揭示神经活动的基本规律，而且导致一系列生物技术的诞生，例如人工神经元和网络的电子模型、识别机以及生物计算机等。

生物计算机（biological computer）又称仿生计算机（bionic computer）。以生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万计的晶体管制成的计算机。涉及计算机科学、脑科学、神经生物学、分子生物学、生物物理、生物工程、电子工程、物理学和化学等有关学科。1986年日本开始研究生物芯片，研究有关大脑和神经元网络结构的信息处理、加工原理，以及建立全新的生物计算机原理，探讨适于制作芯片的生物大分子的结构和功能，以及如何通过生物工程（用脱氧核糖核酸A重组技术和蛋白质工程）来组装这些生物分子功能元件。

在以上稍嫌枯燥的叙述背后，我们清楚地看到，人类在揭索生命奥秘的历程中，借助于物理学所提供现代化的测量手段，并且处处从物理学的伊甸园中掇取思想的蓓蕾。在这个漫漫征途中，一个庞大的生物工程的高技术产业已赫然兴起……

在媒体中炒得火爆的“基因工程”（通过重新组合物种的基因以改良、开发植物和动物物种的生物技术）已走过幼年阶段，走向成熟。超级大兔、超重鸡、矮种牛、蛋白稻谷、超级猪、超级蛋白质、超大鳟鱼等，早已成为旧闻。在我们这个可爱的蔚蓝色的星球中，植物和动物的物种变得更加健康、硕壮（或玲珑）、绚烂多姿了。

人们对于各种物种的基因的种类和结构越来越清楚，例如欧美和日本科学家首次成功破译出酵母基因；同时美国人发现新的致癌基因，澳大利亚人发现导致心脏病的变异基因，尤其是美国人宣布发现地球上第三大生命系统——微小的太古单胞有机体的基因证据意义更加重大，对于地球上生命起源这个问题的解决有重大价值。

事实上，人们在1977年就在太平洋深海处发现这种有机体，它不同于以前人们熟悉的两大生命系统——细胞和病毒。自1897年荷兰人贝杰林克（M.W.Beiierinck）发现病毒以来，人们一直在争论它们到底是死的（无生物）还是活的（生物）。1935年美国生物化学家斯坦利（W.M.Stanley）似乎证明了它们是“死的”：他得到结晶态的病毒，而活的东西从来不是晶体。但是后来英国人鲍顿（F.C.Bawden）和皮里（N.W.Pitie）却在病毒中找到了核糖核酸（RNA）。后来人们知道病毒中有的含DNA，有的含RNA，也有的两者兼而有之。病毒含有基因相同的要素，而基因乃是生命的真正本质。于是人们相信病毒是有生命的。1996年人们在太古单胞有机体中也发现了基因，因此这个曾被认为是“生命形成和演化无法解决的复杂难题”迎刃而解了。人们发现第三大生命系统。

自1991年美国启动人类史上第一项生物学上重大工程计划——人类基因组计划以来，该计划已取得重大进展。美国基因研究会在1996年宣布，已破译人类的5000个基因，其中包括美国科学家在同年发现的支配人性体内的X染色体的基因开关。看来破译人类的全部基因，从而人工无性繁衍复制“人”的美梦，是“成真”有望了。

人类基因组计划（human genome project，HGP）是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和中国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。

但实际上该计划已提前完成。2000年6月26日，参加人类基因组工程项目的美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和中国的6国科学家共同宣布，人类基因组草图的绘制工作已经完成。最终完成图要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结构，序列错误率低于万分之一。95％常染色质区域被测序，每个Gap小于150字节。完成图将于2003年完成，比预计提前2年。

与此同时，许多国家相继开展了对有关动物、植物基因组的研究，并取得许多重大成果。尤其值得一提的是，我国1992年8月开始的水稻基因组研究计划，基地就是位于上海的中国科学院国家基因研究中心。通过对水稻基因遗传图、物理全图的构建和DNA全顺序的测定，将近4年的奋力拼搏，终于在世界上首次成功构建高分辨率的水稻基因组物理全图。

纵然还不能说水稻的遗传信息之谜已破解，但此举确为最终揭示水稻遗传信息奥妙奠定了坚实基础，这是生命科学研究领域中我国科学家的最具国际影响的重大突破。探索水稻的生命之谜的制高点为中国人牢牢占据。

总而言之，借助于物理学提供的现代测试和研究手段，并且由于物理学不断提供生物学以新的思想、新的思维方式，生命科学正在迅速揭开生命之谜。在物理学与生物的交叉领域——生物物理，尤其是分子生物学已掀开生命之谜：染色体、核酸、DNA的双螺旋体、基因等“上帝”（造物主）“手印”的华丽面纱了。人类比以往任何时候，都更有理由宣称：生命之底蕴是可以了解的，生命之谜的破解已不是可望而不可即的“夸父追日”式无穷尽的征程了。

在生命科学取得革命性突破的时候，一个庞大的欣欣向荣的高科技产业——生物工程，正以难以置信的速度巍然崛起……

英国科学家在1997年2月24日宣布，他们从绵羊身上抽取乳腺细胞，成功克隆（Clon）出另一只一模一样的绵羊，如图2—13所示。克隆者，复制之谓也。这是分子生物学、生物工程的“原子弹爆发”。几天后，又传来猴子的无性繁殖已获成功，这离“克隆”只有一步之遥了。看来，人类的“克隆”在技术上已是近在咫尺的事了。福焉祸焉，舆论哗然，聚讼纷纭。  P37-40

当今世界，社会高速发展，生活瞬息万变。人们正在从各种途径汲取营养，丰富自己，以求得多元的知识结构。世界科学技术突飞猛进，一个国家、一个民族在科学技术上不断进取。就可能实现社会经济跨越式发展。国人，尤其是背负着时代赋予重大责任的青年人，已清醒地意识到，科学技术知识蕴含着恰能开发他们担负起这种责任的巨大潜能，基础科学和高新技术知识便成为他们涉猎的热点。

正是为了满足人们对基础科学和高新技术的这种急切需要。十多年前湖北省科普作家协会即组织数十位专家、教授。撰写了一套《基础科学与高新技术科普丛书》，并获得了湖北省科普创作一等奖；在其影响下，有的在管理岗位上健康发展，有的则成为科研之栋梁。随着时间的推移和科学技术的高速发展，广大读者迫切期望看到一套更及时更全面介绍新科学、新技术、新知识的丛书。深入实施《全民科学素质行动计划纲要》的需要及使命感，特别是在读者的感召下，我们重新修订、出版了这套《基础科学与高新技术科普丛书》（修订版）。

《丛书》（修订版）力图从科学发展观的高度把握当代科学的最新成就和特点，通过精选、咀嚼、消化了的高新科技知识，使读者在了解新知识的同时，认识世界科技发展的趋势，激发全民的科技热情，以及对祖国、对民族的热爱和使命感。还特别注重于科学精神、科学思想和科学方法的介绍，企望以此引导人们改变传统的、陈旧的思想观念，确立新的科学理念，运用科学方法，启迪科学思维，激发创新活力。

全书文字表述力求通俗易懂、生动活泼，插图力求准确逼真，这一切都基本保持来了原书科学性、通俗性、趣味性的传统风格。

《丛书》（修订版）即将付梓印刷，我们倍感欣慰。与此同时，我们对在《丛书》策划、编写、修订、出版过程中，给予关心和支持的湖北省科学技术协会、湖北省财政厅和湖北省科普作家协会的领导深表敬意；对应邀担任《丛书》（修订版）编辑委员会顾问和委员的各位领导、专家表示深深的谢意；对付出辛苦劳动和智慧的各位作者表示衷心的感谢；对承担该书编辑、出版工作的出版社领导和编、印、发人员致以真切的慰问。

《基础科学与高新技术科普丛书》（修订版）编辑委员会

2011年12月18日

本书第一版出版于1998年5月，责任编辑为李慎谦。鉴于出版后影响甚好，深受广大读者的欢迎，故湖北省教育厅和湖北科学技术出版社决定出版修订版。

修订版中作者进行了全面系统的修订。修订版的责任编辑为严冰。修订版充实的主要内容是反映近十几年来物理学和高新技术的最新发展，进一步地说明物理学的重大突破在引领高新技术的飞速发展，引领高新技术产业集群的迅速壮大，使基础研究是高新技术发展突破和革命的主要源泉的主题更为突出。修订版的第二个特点是增加了大量生动有趣富于说明力的插图，图文并茂，相得益彰，改善了原书较为单调的缺点。因而，修订版既保存了原书深入浅出、主题鲜明、文字流丽、时代感强的诸多优点，同时及时地补充了科学技术最新发展的事例，其质量较原版有大幅度的提高。何敏华博士在修订版中起到了关键性的作用，对于材料的遴选、文字的写作、结构的安排、尤其是如何充分利用网上资源，一直忠于职守，竭尽所力。本书的顺利修订成功，与两位作者的合作是密不可分。

必须指出，为扩大本书影响，普及物理和高新技术知识。从本书出版以来，作者奔走湖北乃至全国各地，远及广西、广东、云南、上海和重庆，就本书相关内容，几百余所学校、机关，讲学、讲座近200个。这些学校主要有北京中科院理论物理所、华中理论物理中心、华中科技大学、武汉大学、华中师范大学、湖北大学、中南名族大学、武汉科技大学、武汉纺织大学、武汉工程大学、江汉大学、长江大学、三峡大学、湖北第二师范学院、湖北民族学院、咸宁学院、襄樊学院、武汉商贸职业学院、上海师范大学、广西工学院、云南师范大学、华中师范大学汉口分院、华中科技大学武昌分校、武汉中学、武汉一中、武汉科技馆、建始高中、利川市科级以上干部等，授众2万人次以上。

在华中科技大学从2000年开始，以物理学与高新技术为名，举办讲座或作为物理系选修课、学风教育课，累计50余次，受益的人数近4万人次。有的学生将本书作为“现代物理概论”、“自然辨证法”课程的主要教学参考书。

此次修订虽日旧调重弹，实际上备尝艰辛。其中最为困难的是如何选择最有代表性的材料，以充实原书，保证修订版能反应科学和技术的最新发展，当然这也包括删掉个别过时的材料。同时还需要保证全书的风格一致，体例一致，这就煞费脑筋。好在时代给我们提供了便利，这就是丰富的网上资源。湖北科技出版社的领导和严冰责编，作风果断，，态度认真，与我们的合作十分融洽良好，因此，本书的修订成功不能不归功于此。

在本书的修订过程中我们的家人大力支持，彭芳明女士、张彤先生、魏晓云女士以及牟靖文先生功莫大焉。尤其要指出的是武汉商贸学院涂宏斌校长、赵晶晶女士对于我们的生活和工作一直很关心，曹小艳女士在本书的写作中也出了大力，在此一并致谢。

张端明 何敏华

2011年12月3日