第1章 游戏开始

1.1创作本书的目的

1.2我的若干假设前提

1.3全书结构

1.4你需要掌握的数学和物理学基础知识

1.5能量与功率

第一部分 波特物理学

第2章 哈利·波特与守恒律

2.1奇幻小说的分类

2.2变形魔法与质量守恒

2.3幻影移形和动量守恒

2.4修复咒和热力学第二定律

第3章 霍格沃茨为何这么黑

3.1魔法与科技

3.2照明问题

第4章 魔兽及其证伪

4.1神龙现身

4.2如何构造一个巨人

4.3克莱伯定律之一：美人鱼

4.4克莱伯定律之二：猫头鹰、龙、鹰头飞马和其他飞天神兽

第二部分 星际旅行

第5章 技术革新：汽车为何跟不上计算机

5.1未来世界的交通

5.2星际旅行的真相

5.3计算过程的能量需求

5.4普通汽车与飞行车的能耗分析

5.5低空轨道飞行

第6章 太空度假

6.1科幻小说中的未来：太空假期便捷又便宜

6.2轨道飞行器

6.3任何太空行程的第一步：太空行的能量代价

6.4太空旅程的资金来源

第7章 太空殖民地

7.1太空居民

7.2奥尼尔式殖民地

7.3重力问题

7.4太空站中的人工“重力”

7.5拉格朗日点

7.6地外生态和能源问题

7.7项目估价

第8章 太空电梯

8.1乘梯上太空

8.2地球同步轨道的物理学原理

8.3何谓太空电梯，它有什么用？

8.4建筑如何挺立，因何倒塌？

8.5拉力与耐力：碳纳米管

8.6能量、“轿厢”、激光和推进系统

8.7成功可能性有多大

8.8太空电梯的精准数据

第9章 载人星际航行

9.1这不是坐飞机，更不同于航海

9.2开普勒三大定律

9.3霍曼转移轨道

9.4 Δυ及其他

9.5返程问题

9.6引力弹弓效应和混沌轨道

9.7成本问题

第10章 高级推进系统

10.1加速行进

10.2为什么化学推进系统无法胜任

10.3史上最著名的物理学公式

10.4高级推进系统设想

10.5“炸弹飞船”：“猎户座”推进器

10.6星际旅行前景展望

第11章 空想中的推进系统

11.1更具空想色彩的推进系统

11.2物质-反物质推进系统的质量比

11.3辐射问题

第12章 星际旅行与相对论

12.1时间足够你做任何事

12.2爱因斯坦有没有搞错？

12.3若干疑难之处

12.4相对论背景下的匀加速运动

第13章 超光速旅行和时间旅行

13.1现实主义的答案

13.2非现实主义的回答

13.3为什么超光速就意味着时间旅行

13.4广义相对论

13.5引力时间延缓与黑洞

13.6虫洞和“奇异”物质

13.7祖父悖论和其他奇闻

第三部分 外星人与外星世界

第14章 寻找宜居行星

14.1阿德勒准则

14.2恒星的类型

14.3行星与其恒星之间的距离

14.4温室效应

14.5轨道偏心率

14.6行星大小与大气层保有能力

14.7安娜·卡列尼娜法则和宜居星球

14.8未解之谜

第15章 寻找史波克的科学方法

15.1系外行星和外星植物

15.2多普勒方法

15.3凌日现象与开普勒计划

15.4生命的特殊印记

15.5外星光合作用

第16章 与外星人对话的数学原理

16.1对外星生命的三种观点

16.2与外星人接触的动力

16.3德雷克方程模型与外星接触的数学评估

第四部分 古戈年

第17章 人类的短期生存前景

17.1我们的世界将这样落幕

17.2短期风险，人为制造的灾难

第18章 建造一颗星球

18.1地球化改造

18.2火星的基本特征

18.3温度与火星大气

18.4大气中的氧

18.5经济收益

第19章 戴森球和环形世界

19.1戴森球

19.2戴森网

19.3尼文的环形世界

19.4环形世界、全球卫星定位和爱伦菲斯特悖论

19.5环形世界不稳定！

19.6让空想成为现实——以及有没有必要？

第20章 高级文明和卡尔达谢夫等级

20.1卡尔达谢夫等级

20.2我们现在的0.7型文明

20.3第Ⅰ类文明

20.4继续升级

20.5第Ⅱ类文明

20.6第Ⅲ类文明

第21章 古戈年

21.1明天的明天

21.2“短期”展望：5亿年以内的时光

21.3“中期”前景：1013年以内

21.4“长期”前景：直到时间尽头（古戈年）

21.5以黑洞为动力的文明

21.6质子会衰变——确定吗？

21.7古戈年——直到所有黑洞都蒸发

21.8我们最后的致意

致谢

附录 牛顿三大运动定律

A.1牛顿运动定律

A.2常见的作用力

参考文献

译后记 让科幻回归科学