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第一编 物理学古大陆
第一章 物质 第一节 什么是物质 物理学描绘了物质世界的一幅完整的图象，它揭示出各种运动形态的相互联系与相互转化，充分体现了世界的物质性与物质世界的统一性，19世纪中期发现的能量守恒定律，是唯物辩证法的自然科学基础。著名的物理学家法拉第、爱因斯坦对自然力的统一性怀有坚强的信念。 物理学史告诉我们，新的物理概念和物理观念的确立是人类认识史上的一个飞跃，只有冲破旧的传统观念的束缚才能得以问世。物理学是理论和实验紧密结合的科学。物理学中很多重大的发现，重要原理的提出和发展都体现了实验与理论的辩证关系：实验是理论的基础，理论的正确与否要接受实验的检验，而理论对实验又有重要的指导作用，二者的结合推动物理学向前发展。一般物理学家在认识论上都坚持科学理论是对客观实在的描述。因此，物质是物理学第一块坚实的大陆。 在生命和人类诞生以前，物质就是存在的，世界和人类都是因为物质的存在而存在。物质构筑了纷繁美丽的大千世界。因此，世界是物质的。 什么是物质？ 列宁给物质下了一个哲学定义：“物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们的感觉而存在的，为我们的感觉所复写、摄影、反映。” 在哲学中，物质是不依赖人的意识而存在的客观实在。物质是第一性的，意识是第二性的，物质决定意识，意识从属于物质。 意识是有了人类以后才有的。即使没有意识，物质也照样存在。因此，不应该把物质同意识扯在一起。没有意识，什么是物质？所以，应该在客观世界中去寻求物质的定义。 什么是物理意义上的物质呢？ 只要全面认真地考察一番，不难知道物质是对空间的占有。这里占有空间的泛指石头、水、原子、中子等任何一种客观实体。 具体地说，已占据了某空间的物质就会反抗别的物质来占领该空间，这就是碰撞。因此，凡是能相互碰撞的双方都是物质。 在碰撞过程中，总动量保持守恒。这就是动量守恒定律，也是碰撞过程的规律。当然，这里的碰撞包括人们宏观上看得见的和微观上看不见的。 我们知道，意识或精神是不会占有空间，它们不会发生碰撞，因此它们不是物质。同时影子是客观存在的，但它也是不会占有空间的，它们是不会发生碰撞的，影子也不是物质。 物质的这一定义是不会产生任何矛盾，它和人们哲学上的物质概念也是兼容的。 人体是靠视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉来感知物质世界的。人体的感觉并不一定是完全可靠的，同时人体的感觉只能感知自然界很少的一部分。例如，我们看到的影子、虚象、海市蜃楼等就不是物质，因为它们不会占有空间，不会发生碰撞。但是它们是客观存在，可见客观存在的东西并不一定是物质。只有客观实在的东西才是物质。我们看到的世界只是客观世界的很少的一部分。原子分子和暗物质我们就看不到。人们听到的声音不是物质，是空气分子运动而产生的声波。嗅觉、味觉和触觉所感知的当然是物质，但也只是物质中很少很少的一部分。 质量是物质一个重要属性，什么是质量？质量是对物质的量化，也就是物质的多少。物质和质量是互为存在的，没有无物质的质量，也没有无质量的物质。 怎样来求出质量的多少呢？实际上，可以根据动量守恒定律来测量物质的多少。可用“千克原器”的仿制品作为质量的基准，使它去碰撞待求质量的物体，只要测出它们碰撞前后的速度，就可以用动量守恒定律公式求出另一个物体的质量。 占据空间、客观实体、能碰撞和有质量是同一个意思。“实”就是占据了一定的空间。有质量，就意味着有碰撞能力。反过来，占据空间的多少、碰撞能力的大小就含有质量多少的意思。质量是通过碰撞过程来测量的。物质和质量是整体和部分的关系，有质量的地方就一定有物质。空间和物质也是整体和部分的关系，因为物质只占有空间的一部分，另外一部分空着。 物体和物质是同义词。物体这一概念可以看作是不言自明的，物体是由各种物质和层次构成的某个整体。其实物质也是有一定层次的，因此物体和物质并没有一个严格的界线。只不过在物体和物质这两个名词同时使用的时候，似乎物体的层次和结构要更大一些，所包含的物质种类要更多一些。 从所掌握的资料来看，物质结构有一个重要的特点，那就是物质以不同的层次分布，这种分布是不连续的。目前，通常认为可分为微观、宏观和宇观三个大的层次，每个大的层次又可以再分为若干个小的层次。 1、微观系统的层次 微观系统是指目前已知的分子、原子、原子核和基本粒子所构成的物质系统。 2、宏观系统的层次 宏观系统包括地球上的物体、卫星、行星和恒星所构成的物质系统。 3、宇观系统的层次 宇观系统一般是质量或尺度很大物质系统。它包括星团、星系、星系团、超星系团和总星系所构成的物质系统。 物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次，下有更深的层次。层中有层，层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”，从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。 不同层次的物质，其密度也不相同，层次越大，其密度就越小。 物质的种类极其繁杂，性质也千奇百怪。就拿恒星来说吧，太阳只是一颗普通的中等恒星。恒星中有光度比太阳亮几十万倍的巨星，也有光度只及太阳几十万分之一的矮星；有的恒星体积比太阳大千、百倍甚至百亿倍，但密度只有地面空气的千、万分之一，有的恒星体积比地球甚至月亮还小，但密度却大到水的密度的几万倍甚至于上亿倍；恒星的质量有比太阳质量大或小几十倍的，恒星的表面温度有几万到十几万度的，也有表面温度只有几百度的红外星；中子星的直径只有20到40公里，质量却同太阳相当，密度大到每立方厘米上亿吨，表面温度高达一千万度。 在自然界中，物质以各种形态出现。例如大家熟知的固、液、气以分子或原子为基本单元的三种不同的聚集状态。此外还有由高速运动着的正离子和电子组成的等离子态、有由中子构成的中子态、有弥漫于较大空间的各种场态物质、还有所谓的由正电子反质子反中子构成的反物质等等。 物质的形态可分为固体和流体。流体又可分为液体、气体和场等等。固体不能在固体中运动，固体可以在流体中运动。固体在液体中运动有较大的阻力，在气体中阻力较小，在场中的阻力则可忽略不计。气体和场中的物质是看不见的，所以把它们看成是虚空。其中没有气体的空间习惯上称为真空。不过真空中还有小量的分子以及电磁场等各种场，绝对的真空是不存在的。 物质是有大小的。没有大小的几何点在自然界中是不存在的。因为没有大小的几何点在自然界中是无法测量的，从而无法用试验来确定它的存在性。从而看来，空间也是因物质的存在而存在，没有物质的纯粹空间会退缩成一个几何点，也无法用试验来确定它的存在性。从这种意义上来说，空间是由物质撑起来的，就象气球是被气体撑起来的一样。没有气体物质，气球空间就会退缩成一个无法用试验来确定的几何点。 世界是物质的，世界上的一切都是由物质组成的。辽阔的大地，巍巍的群山，无边的星辰，无论如何微小的粒子都是由物质组成的。 |