光是一种波光也是一种粒子这个现象很奇怪我们用手电筒照墙墙上出现一个亮斑光像水波一样向前传播这是光的波动性我们用光照金属金属会跑出电子光像小炮弹一样打在原子上这是光的粒子性光到底是什么这个问题困扰了很多人

物理学家做实验他们发现很小的东西比如电子原子它们既像波又像粒子电子穿过两个窄缝屏幕上出现明暗条纹这是波的特点电子一个一个发射时间长了也出现条纹每个电子同时通过两个缝这无法用粒子解释我们无法同时知道电子在哪里电子跑得多快测量位置速度就改变测量速度位置就模糊这不是仪器问题这是世界的根本规则

世界由原子构成原子中心有原子核核外有电子电子绕核运动但电子不像行星绕太阳电子在核外出现这里可能那里也可能我们只能说电子在某处出现的概率概率大的地方电子出现次数多概率小的地方电子出现次数少电子没有确定轨道它像一团云包围原子核

原子核由质子和中子组成质子带正电中子不带电它们由更小的夸克构成夸克永远被关在质子中子内部我们看不到自由的夸克把质子和中子绑在一起的力很强这种力来自介子的交换两个粒子互相扔介子就像两个人互相传球他们之间就产生拉力

世界上有四种基本力引力让苹果落地让地球绕太阳电磁力让原子结合成分子让手不穿过桌子强力把原子核绑在一起弱力让原子核变变变比如放射性元素衰变物理学家想把这些力统一起来爱因斯坦花了很多年想统一引力和电磁力他没有成功

物体运动遵循规律牛顿说力改变运动状态物体动者恒动静者恒静除非有外力这个规律很好但速度接近光时就不对了爱因斯坦说光速不变对所有观察者都一样时间会变慢尺子会变短质量随速度增加质量和能量是一回事核弹爆炸就是质量变成能量

时间是什么时间向前流热水变凉整齐变混乱系统总是走向无序无序程度叫熵宇宙的熵在增加这可能解释时间方向但微观世界时间可前可后为什么我们记得过去不知道未来这可能和宇宙开始状态有关

空间是什么空间不是空的空间像一张布物质让布弯曲地球绕太阳是因为太阳压弯了空间引力波是空间的涟漪两个黑洞相撞空间会抖动这个抖动可以被测量

量子力学和相对论有矛盾相对论说信息不能超光速量子力学说两个粒子可以纠缠改变一个另一个瞬间改变它们之间没有信号传递但信息似乎超光速了这个问题没有解决物理学家在找新理论弦理论说世界不是由点粒子构成世界由小小振动的弦构成不同的振动模式对应不同的粒子这个理论需要额外维度我们看不见这些维度因为它们卷起来了卷得很小很小

物理学解释世界怎么工作太阳为什么发光星星为什么闪烁铁为什么硬水为什么流物理学有很多应用激光半导体核磁共振全球定位系统这些都来自物理学研究

物理学还有很多不知道宇宙大部分质量找不到我们叫它暗物质宇宙加速膨胀我们叫暗能量它们是什么不知道时间开始之前有什么不知道宇宙是不是唯一的不知道

物理学的工具是数学和实验数学推导出结论实验检验对错实验需要精密仪器对撞机把粒子加速到接近光速让它们相撞看能产生什么望远镜收集遥远星光看宇宙年轻时样子计算机模拟复杂过程比如恒星内部核反应

学习物理需要想象想象弯曲的空间想象既死又活的猫想象十维的世界物理不光是公式物理是理解世界的方式我们看到桌子是实的实际上桌子大部分是空的原子核像体育馆中心的蚂蚁电子在观众席飞行我们手放在桌上没有穿过去是因为电磁力

物理规律到处一样地球太阳遥远星系都遵循相同物理规律我们可以用地球上的实验推测宇宙开始的情况宇宙开始于一个点然后大爆炸空间膨胀物质形成星系凝聚恒星诞生元素合成行星形成生命出现我们由恒星灰烬构成

研究物理需要耐心一个问题可能想很多年一个实验可能做一辈子物理学家合作分享想法争论对错科学没有权威只有证据理论与实验不符理论就要修改或者抛弃

物理学很美方程简洁对称守恒量背后是深刻对称性能量守恒因为物理规律不随时间变动量守恒因为物理规律不随位置变角动量守恒因为物理规律不随方向变对称决定相互作用

物理学改变生活改变世界观它告诉我们常识不总是对的地面是弯的时间是弹性的粒子可以穿墙真空不空它充满量子涨落粒子对不断产生消失

物理学是未完成的事业每个答案带来新问题我们知道很多不知道的更多探索继续好奇驱动人类想理解宇宙想理解自己位置这个努力从古代就开始了今天还在继续明天也会继续