物理学研究什么
假如在天气明朗的一天傍晚，我们来到大海边散步，站在海岸线附近，脚下是沙滩或是岩石，海面上风徐徐吹来，空气中有一丝“咸海”的味道；落日的彩霞五颜六色，绚丽多彩；或许也可以听到惊涛拍岸的声音，眼前是海风卷起的朵朵浪花。此时我们可以尽情地想象着大海中各种生物在自由地畅游。一段时间后，天渐渐地暗下来，明月升起，天空中星光闪烁……
我们感受到了大自然，我们观察到了自然界形形色色变化着的事物和现象，这里有海水的流动，空气的流动；有各种不同的味道，不同色彩的光；天空有运行着的天体……它们看似孤立地各不相干，相互之间却有错综复杂的联系和影响，发生着不停的变化。即使我们换一个环境观察世界，你也会感觉到这一切，例如在交通繁忙的都市街口。如果“滤”掉表面现象的差异，共同的特点就是：事物具有各种不同的形式和不同的属性，有着无穷无尽的运动状态和状态的变化。
面对自然界，我们思考，如果把自然界众多事物联系起来，试图将自然界的种种表现理解为由较少量的基本事物和它们的相互作用以及基本事物运动形式是无穷多的组合所产生的结果，那么，寻求这些基本事物和它们的运动规律，就是物理学所研究的全部内容。因此，我们可以这样定义物理学：物理学是研究物质最基本运动形式的科学。
比如，五颜六色的光使我们眼花缭乱。当我们知道了光有一种属性叫“频率”，并且知道了不同频率的“单一”的光让我们感觉到不同的颜色，“眼花缭乱”的问题就简单了：五颜六色的光不过是不同频率的光混合在一起刺激着人的视神经而已。同时，我们也就理解了红外线、紫外线、X射线、微波、广播电台发射的播音电波信号、电视台发射的电视信号等，都是不同频率的“光”，是我们肉眼看不到的光。隔着几百甚至几千千米，地面人员与太空飞船的乘员实现通话，也是不同频率的无线电波（不可见光波）在铺桥通路，见图1－1。
显然，物理学的研究对象就是自然界的事物，因此必然是包罗万象。正如我们在海边散步时看到的，大到宇宙中各种天体，甚至宇宙本身，小到分子、原子、原子核以及比原子核更小的各种粒子，都属于物理学研究的范畴。事实上，英文中“Physics”这一单词的原意就是“自然”。正是因为物理学的研究对象包罗万象，研究内容是物质运动的最基本形式，因此物理学就成为各类自然科学的“基石”，物理学的进展对整个科学的发展产生了极其深远的影响。
让我们用一个实例来说明这一点，今天电脑已经相当普及，进入了千家万户。这种微型计算机——电脑的发展就是一个生动的实例。20世纪20年代，诞生了量子力学理论，将这一理论运用到固体，就产生了所谓的能带理论；能带理论的发展促进了半导体理论的发展，在这一理论指导下，人们制造了半导体晶体二极管、晶体三极管；当技术上解决了将上万个三极管制作在一块指甲大小的半导体芯片上时，计算机的微型化实现了。要知道，在晶体管出现之前，人们制作的一台功能与现今电脑无法比拟的电子管计算机要占据一幢大楼的体积。
图1－1 “神舟”系列飞船涉及大量物理学问题
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