摘要：在物理学家的眼中，世界是一个由无数运动着的粒子与宏观系统交织而成的壮丽画卷。从微观的量子世界到浩瀚的宇宙宏观，运动不仅是物质存在的根本属性，更是连接一切现象与规律的桥梁。今天，让我们一同走进物理学家的世界，从运动的角度，探索他们如何以独特的视角看待这个客观世界
在物理学家的眼中，世界是一个由无数运动着的粒子与宏观系统交织而成的壮丽画卷。从微观的量子世界到浩瀚的宇宙宏观，运动不仅是物质存在的根本属性，更是连接一切现象与规律的桥梁。今天，让我们一同走进物理学家的世界，从运动的角度，探索他们如何以独特的视角看待这个客观世界。
微观世界的奇妙舞蹈
当我们深入微观世界，会发现一个由电子、原子、分子等微小粒子构成的奇妙舞台。在这里，粒子们不再遵循我们日常经验中的直线运动或匀速圆周运动，而是展现出一种更为复杂和神秘的运动形态——量子运动。
看得见的世界是宏观世界，看不见的世界是微观世界。量子理论是在微观被发现的，量子特别微小，是不可能被直接看见的。量子的存在是被间接推断出来的。微观不可见，如何研究它们的运动规律呢？从整体入手，从可见光束入手。
光的运动规律是怎样的？光本身是由一个不可分割的能量子组成。能量在发射和吸收的时候，不是连续不断的，而是一份一份的。这种不连续的，一份一份传输的能量的最小单位就是“量子”。量子是最小的能量传输单位，比量子还小的能量状态是不存在的。就像沙漏里面的沙子，宏观上看是不间断地流淌下来，微观上是一粒一粒的流下来的。
光具有粒子性，光有光电效应。光束照射到某些物质的表面，能够产生电流的物理现象。但是，不是所有的光都能产生电，只有光的能量或频率高到一定程度才行。因为光本身并不连续，而是由一个个光量子的微粒组成。光子的能量并不均匀分布，光子能量的大小，和其所组成的光的频率有关。只有高频率的光束，照到某些物体表面才能产生电。
光还有波的运动特性，会发生衍射，干涉现象。“光的双缝干涉”实验，将波的特性展现得淋漓尽致，说明了光具有波的特性。光既有粒子性，又有波动性，这就是光的“波粒二象性”。后来实验发现，电子也具有“波粒二象性”。一切物质都具有波粒二象性。
宏观物理学家深信“决定论”，微观物理学家提出测不准原理，即“不可能同时精确地确定一个基本粒子的位置和速度”。因此，也无法精确地测出粒子未来的运动状态。这是为什么呢？因为要测量某一微观粒子，首先要能“看到”它，要将光打到它身上，然后让光反射到测量仪器里。然而，光是有波长的，如果被测微观粒子的尺寸比波长还要小，光就不反射回来了，就看不到被测粒子的位置了。要想测出粒子的位置，就要尽可能用波长更短的光。光的波长越短，能量越大。撞上粒子后，就会改变被测粒子的运动状态，这样就没办法准确测量它的速度了。
不确定原理普遍存在于量子世界里，能量和时间也是一对测不准的物理量，能量测得越准确，时刻就越模糊；时间越准确，能量就会起伏不定。在平静的宇宙时空中，刹那间就会无中生有，能量或看不见的物质就会瞬间出现或消失，就像大海中的泡沫一样。
物质为什么不会坍陷？看不见的微观或能量层面是起伏不定，处于不稳定的状态。宏观看得见的物质层面为什么是稳定的，不会坍缩呢？这是因为微观层面，一个原子核只能与一个电子结合组成原子，其它的电子根本进不去，这就是著名的“泡利不相容原理”。因为不相容原理，悬空排列的原子才能保持稳定，不会突然塌掉。原子虽然不能拥有两个电子，但是可以交换，科学家将原子间的这种吸引力叫做化学键。量子世界存在着不相容和化学键两种神奇力量，让物质得以处于相对稳定状态。
在观测之前，从母体上分裂开来的两个粒子，不论相距有多远，都处在一种“纠缠”状态，它们是一个整体，具有“不可分离性”。对其中一个粒子进行测量，会立即影响到与之纠缠的其它粒子的状态。在量子纠缠中，粒子之间的关联是不可分割的。这种特殊的现象，就是粒子纠缠现象。在量子世界里，纠缠状态的粒子可以表现出“超光速”的效应。量子纠缠虽然无法传递信息，但是可以利用量子纠缠的特性，轻易发现是否被窃听。量子通讯是一种安全性极高的通讯方式。
物体为什么会发光？“波尔模型”认为，电子是围绕着原子核周围的特定轨道运行，在底层轨道上运转的原子吸收能量后，跃迁到高层轨道上，但是这样的状态不稳定，随时可能跃回底层轨道，同时释放一个光子。这就是物体发光的科学原理。爱因斯坦进一步提出，给这些高层不稳定的电子照射一个特定的光子，激发这个电子立即跃回低层轨道，同时释放一个与照射光子完全一样的光子，就像克隆了一样。新产生的光子再去激发下一个电子，再产生一个一样的光子，如此形成“雪崩”式的连锁反应，最终形成一束强光。这束光因电子受激发跃回低层能量轨道产生，因此钱学森先生称它为“激光”。
激光打印机，激光扫码枪都需要用到激光技术，激光的产生正是量子科技的成果。由于构成激光的光子完全一样，这个特性可用于光纤通讯，全息技术，激光打印机等。激光的方向性好，几乎没有发散，这个特性可以用于导弹的激光制导，也可用于远距离精准测量等；激光的亮度高，能量非常集中，这个特性可以用于激光切割，激光雕刻等。激光是最快的刀，最准的尺，最亮的光！
量子计算机是全世界科学家研究的热点之一。传统计算机使用二进制的数学语言，只有“0”“1”两个数，所有信息都用二进制的数据形式表示，存储在计算机内，才能被计算机识别和处理。每一存储单位存储的信息都是确定的，要不是“0”，要不是“1”，存储了一个就不能存储另一个了。量子计算机利用量子作为存储单位，存储的状态不再是确定的了，有一半的概率存储的是“0”，还有一半的概率存储的是“1”。也就是说，一个量子存储单位，一次就可以表示“0”和“1”两个数字，两个量子存储单位就可以存储4个数字。随着量子存储单位越多，它一次能存储的数字将以极快的速度增长。比如传统的30个存储单位，一次只能表示一个数字；而30个量子存储单位，一次能表达的数字就将超过10亿个。由此可见，量子计算机的算力是多么的恐怖！人类大脑中的神经元是可以放电的，数量大约有860亿个。不少科学家认为，人类大脑很像一台量子计算机。芯片也是基于量子力学原理制造的集成电路，芯片做得越来越小，集成的微晶体管的数量却越来越好。目前，单个芯片中集成的晶体管数量已经突破1000亿个了。这就为“脑机接口”提供了可能。
宏观世界的壮丽史诗
与微观世界的奇妙舞蹈相比，宏观世界则展现出一种更为直观和宏大的运动形态。在这里，行星绕日公转、月球绕地旋转、车辆行驶、人类行走……一切运动都遵循着经典物理学的规律。
时间是连续的，空间是连续的，物质是连续的，生命是连续的。自然是连续的，不间断的。在看得到的世界里，连续不间断是一条十分重要的自然规律。机械运动是物质最基本、最直观的运动形态，它描述了物体位置随时间的变化。从行星绕日的公转、月球绕地的旋转，到日常生活中车辆的行驶、人的行走，无一不是机械运动的体现。机械运动的本质原因在于物体间的相互作用力，如万有引力、摩擦力、弹力等。这些力使物体获得动量，从而改变其位置或形状。
如果说粒子是舞台上的舞者，那么力就是指挥它们的交响乐师。在宇宙中，有四种基本力在默默地演奏着这场交响乐：引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。它们各自有着独特的旋律和节奏，共同编织出宇宙的宏伟乐章。比如，引力让我们脚踏实地，电磁力则让灯泡发光、手机通信；而弱相互作用力和强相互作用力，则在原子核内部演绎着更为精妙的舞蹈。
说到力，我们不得不提的就是牛顿三定律。牛顿三定律是经典力学的基础，它们描述了物体运动状态与受力之间的关系。第一定律（惯性定律）告诉我们物体将保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外部力的作用；第二定律（动量定律）则揭示了力是改变物体运动状态的原因，并给出了力与加速度之间的定量关系；第三定律（作用-反作用定律）则表明每一个作用力都有一个等大反向的反作用力。而万有引力定律则揭示了宇宙间万物相互吸引的奥秘，它告诉我们任何两个具有质量的物体都会相互吸引，引力的大小与两物体的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。牛顿三定律与万有引力定律共同构成了经典力学的框架，为我们理解物体运动与宇宙结构提供了有力的工具。
当我们仰望星空时，会发现那些璀璨的星辰似乎都遵循着某种神秘的规律在运动。这就是万有引力定律所揭示的奥秘。牛顿发现，任何两个物体之间都存在引力作用，引力的大小与两物体的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。这一发现不仅解释了行星绕日运动、月球绕地运动等天文现象，还为我们探索宇宙奥秘提供了重要的理论基础。
声音是物体振动产生的声波在介质中的传播。当我们敲击一个物体时，它会产生振动，这些振动以声波的形式在空气中传播，最终被我们的耳朵接收并转化为听觉信号。而共振现象则是声波与物体固有频率相匹配时产生的强烈振动。例如，当我们唱歌时，如果歌声的频率与某个物体的固有频率相近，该物体就会产生共振，发出更加响亮的声音。声音的传播与共振原理不仅解释了日常生活中的许多现象，也为音乐、声学等领域的发展提供了理论支持。
在宏观物理世界中，能量守恒定律是另一条至关重要的规律。它告诉我们，能量既不会被创造也不会被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。无论是太阳发光发热、水流驱动发电机，还是我们日常生活中的各种能量转换过程，都遵循着能量守恒的定律。这一规律让我们深刻理解到，自然界中的一切变化都是有序而和谐的。
当我们深入到物质的微观层面，会发现分子和原子在永不停息地做无规则运动，这种运动被称为热运动。热运动的本质原因在于物质内部的微观粒子（如分子、原子）之间存在相互作用力，同时它们也具有一定的内能。这些微观粒子通过碰撞和振动传递能量，从而展现出整体的温度特性。热运动是物质热现象（如热传导、热辐射、热对流）的微观基础。
热力学定律揭示了热量传递和温度变化的规律。热力学第一定律告诉我们，能量在传递和转换过程中总量保持不变；而热力学第二定律则揭示了热量传递的方向性，即热量不能自发地从低温物体传向高温物体。这些定律不仅帮助我们理解了自然界中的热量传递现象，还为我们的日常生活和工业生产提供了重要的指导。
电磁场是由电荷和电流产生的物理场，它无处不在地影响着我们的生活。电场描述了电荷之间的相互作用力，而磁场则描述了电流和磁体之间的相互作用力。当电场和磁场相互变化时，就会产生电磁波。电磁波是一种能够在空间中传播的电磁场波动形式，它包括了无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等多种类型。电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，这使得它在现代通信、医疗、科研等领域具有广泛的应用价值。
电磁运动是电磁场和电磁波的传播与变化过程。电磁场由电荷和电流产生，而电磁波则是电磁场的一种波动形式。电磁运动的本质原因在于电荷的相互作用和电磁场的相互转化。当电荷运动时，会产生磁场；而当磁场发生变化时，又会诱导出电场。这种场与场的相互转化和传播形成了电磁波。电磁运动不仅解释了电磁现象（如静电、电流、磁场、电磁波等）的本质，也是现代通信技术（如无线电、光纤通信等）的基石。
物理作为一门探索自然规律的科学，不仅为我们揭示了世界的本质与奥秘，也为现代科技的发展提供了强大的动力。通过深入学习物理规律，我们可以更加深刻地理解这个世界的运作方式，为未来的科技进步贡献自己的力量。让我们继续追寻物理的足迹，探索更加广阔的未知领域吧！
来源：得到名优轮胎