Physics,中文翻譯為物理,這真是一個極好的名字?。 叭f物之理”正詮釋了物理學(xué)的所要研究的內(nèi)容。記得讀小學(xué)時,一次在高速公路上,我突然發(fā)現(xiàn)車速雖說已經(jīng)一百多碼了,可是在趕超旁邊的車時仍然很慢,百思不得其解后,我將這個疑問拋給了當(dāng)時充當(dāng) “百科全書”的父親。父親回答說:“那是因為你選擇了別人的車為參考系啊,別人車同時也是很快的,這叫做相對運動。等你上初中學(xué)了物理后,你就清楚了!”這是我第一次接觸物理,也是從那時候開始,我便對物理產(chǎn)生了濃厚的興趣,開始意識到這個叫做物理的東西能讓我更準(zhǔn)確、更理性地認(rèn)清事物的本質(zhì)。癡迷物理的我甚至買來了當(dāng)時十分暢銷的霍金教授的所有著作,如:《時間簡史》、《果殼中的宇宙》等等。當(dāng)然當(dāng)時作為一個小學(xué)生是不可能看懂多少的,但我仍然一頁一頁地翻看,里面每一個奇特的插圖都能讓我興奮,因為我知道這些圖片、文字正在告訴著我這個世界的真實面貌。
隨著時間的流逝,我對物理學(xué)的了解越來越深入。在高中競賽老師的幫助下,我提前接觸到了微積分,并有幸能提前學(xué)到很多大學(xué)物理知識,我對物理的認(rèn)識又有了很大的變化。比如對于非線性微分方程來說,其實只有極少數(shù)的方程能夠直接求解(如簡諧運動),幾乎所有的非線性微分方程都是無法直接求出代數(shù)解的。如那困擾了人類很久的著名的三體問題,人們在經(jīng)過長時間的斗爭后終于發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)能力是有限的,這種問題只能夠給出數(shù)值解。但在物理學(xué)中,盡管我們無法了解所有細(xì)節(jié),我們卻可以知道一個系統(tǒng)的一般性質(zhì),即在各種對稱性下的守恒律,如動量守恒、角動量守恒和能量守恒等。這便是物理學(xué)所具有的獨特魅力。
力學(xué)的魅力
當(dāng)代物理學(xué),人們對于空間物理已經(jīng)提出了相對論來修正經(jīng)典力學(xué),使這類問題在解決時能得到更加精確的結(jié)果。而到了極為微小的量子領(lǐng)域時,整個世界又變得完全不同,所有事物都是出于不確定的狀態(tài),其具體的物理體現(xiàn)為兩個對映的物理量不能同時確定,如動量與位置、時間與能量等等,而這同時也打破了因果律。人們對于這些奇怪的現(xiàn)象又提出了量子力學(xué)來解釋。雖然這兩種理論都號稱既可以解釋微觀,又可以解釋宏觀,但物理學(xué)家們?nèi)匀粓猿指咚俸暧^強引力用相對論,微觀用量子論,兩者井水不犯河水,而經(jīng)典力學(xué)便在中間的灰色地帶徘徊。這其實是一種極其不和諧的做法,沒有人愿意這樣干,因為這個世界的性質(zhì)是不變的,物理定律便是這種性質(zhì)的抽象表現(xiàn)。況且這兩種理論都不成熟,都回產(chǎn)生很多悖論,有很多需要被修正的地方,而這個任務(wù)也就交給了我們今天所有熱愛物理的年輕人們!
在近代物理中,有一個牽動著全世界物理學(xué)家的前沿課題——統(tǒng)一場論!生活中力似乎有很多種:摩擦力、拉力、推力等等,但這些都是由四大基本力所作用的效果,它包括引力、電磁力、弱力和強力。物理學(xué)家們常常用定性的公式來分析和計算,但力學(xué)的這些定律只是一些數(shù)學(xué)定律,它們并不能告訴我們背后所隱藏的機制是什么。我們并不清楚什么才是力?為什么力有這四種形式?為什么引力與電磁力的數(shù)學(xué)性質(zhì)如此相似?而為什么這四種力的作用強度差別又如此之大?這些疑問促使著一個又一個物理學(xué)家投身于統(tǒng)一場論的建立之中。我國物理學(xué)家楊振寧先生和他的學(xué)生米爾斯一同建立了楊-米爾斯規(guī)范場理論,這是物理史上最偉大的理論之一!它成功的將量子電動學(xué)(電磁力)、弱力和強力提供了一個統(tǒng)一的數(shù)學(xué)形式架構(gòu)!但引力依然被排除在外,尚未得到很好的統(tǒng)一。二十一世紀(jì)以來,一個名叫弦理論的新觀點閃耀了出來。它認(rèn)為所有基本粒子以及基本力的機理都是通過遍布在整個宇宙中的很微小的弦振動而成的,分為開弦和閉弦,而操控這些弦的便是尺度巨大的“膜”。目前弦理論已經(jīng)使數(shù)學(xué)方程得到了很好的解,并被認(rèn)為是最有希望統(tǒng)一四大基本力的理論。讓我們一起期待那天的到來吧!
物理,看到不一樣的世界
費恩曼曾經(jīng)說過:“你一眼就能認(rèn)出真理,因為它既美又簡單”。例如引力理論,這一偉大的成就在科學(xué)史上所產(chǎn)生的重大影響怎么估計也不會過分。宇宙中數(shù)以億計的璀璨的明星,竟都被這樣一條簡單的規(guī)律來支配!人們甚至能用它來發(fā)現(xiàn)未知的行星,并在未觀測到時就能推算出它的軌道和周期。正是引力理論,為人類提供了一個希望,也許宇宙中其它復(fù)雜的現(xiàn)象也是被像這樣一種簡單的規(guī)律所支配著。還有就是那個被稱為最美的方程式——質(zhì)能方程:E=mc^2。在小學(xué)的時候我就記住它了,因為它實在是太簡單了??烧且驗檫@個原因,也引發(fā)了我的思考,這些簡單的定律背后也許就這個世界的本質(zhì)——美!這種美是無需言語,無需裝扮的,是需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?、?xì)致的觀察才能領(lǐng)悟出來的美。它是質(zhì)樸的,是震撼人心的,它又是簡單的。正是這種本質(zhì)的美,才能感染到一個人靈魂的最深處,才使得無數(shù)的物理學(xué)家為之獻(xiàn)出一生的精力,因為他們想要了解這個世界,他們想要去探索這個世界,他們只是渴望追尋這種最根本的美!如果有一天,宏觀和微觀世界真的得到一個完美的解釋,如果四大基本力被徹底的統(tǒng)一,一行公式,譜寫整個宇宙的燦爛,那將是上帝留給人類的寶藏,那將是大自然留給人類的所有秘密。如果那一天真的到來的話,我也許會跪在大地面前,感謝你啊上帝,賜給了我這個美麗的世界!
作者簡介:崔傳新(2000.10)男,高中,四川成都,研究方向:物理,單位:成都七中萬達(dá)學(xué)校。