物体的运动除了平移就是旋转

什么是物理学_我想知道的西方科

第十四章　什么是物理学

物理学里的“物”就是物质。所以物理学是关于物质的学问，也就是说，物质是物理学研究的对象；“理”是规则、法则等意思，如物质的运动规律、基本结构等；“学”就是学问、学科。

以上三段结合起来，就可以明白“物理学”的含义了：物理学是关于物质的基本结构、运动规律等的学问或者学科。

物理学也是由许多的分支构成的，我们这里只讲其中的三个：

一是力学。它是物理学最早、也是最基本的分支，但它还包括一个挺晚出现的比较特殊的分支——量子力学。

二是光学，它是一个很有特色的分支，研究我们熟悉不过的光。

三是原子物理学、核物理学、粒子物理学，它们研究物质的微观结构，也就是物质是由什么构成的。

—经典力学与量子力学—

力学研究的是力对物体的作用，又分为两大分支，即经典力学与量子力学。

—经典力学—

经典力学是物理学中最古老的分支，如果没有特别说明，力学指的一般就是经典力学。远在古希腊时代，伟大的数学家兼物理学家阿基米德就发展了相当丰富的力学理论，使力学走向完备的则是牛顿，他们所创立的力学被称为经典力学。

经典力学又可以分为静力学与动力学两部分。

静力学研究物体在平衡的时候受力的情形。这时候，物体看上去是静止的，但这并不说明它没有受到力的作用，而只是说明它所受到的各种力之间达到了一种平衡，因此物体表现为静止。

研究静力学有着十分重要的实际意义，例如我们建筑一座房屋或者一座桥梁时，就要研究静力学的问题，也就是要考虑它们所受到的负荷，确保负荷在它们的承受力范围之内，假使这种负荷超过它们结构的承受力，就会发生大问题了。

如果一个物体受到力的作用——这些力常常是多种的，并且这些力不能达到平衡时，物体就会产生运动，这时候就属于动力学研究的范畴了。

以前，人们一度理所当然地认为，物体的运动需要力的推动，如果要物体持续不断地运动就要持续不断地给它以力的推动，就像推动一辆失去动力的汽车一样，一旦不施加力的作用它就会停下来。这种观点就像亚里士多德认为的轻物体比重物体掉得慢一样，看上去有道理而实际上没道理。例如，一支箭从弦上射出固然是因为有力在推动它，然而当它脱离弦之后呢？它还在运动，这时明显地已经没有了弦的推力，这又是为什么？与此相似的情形在生活中处处有，例如扔出一块石头、关上一扇门等，用前面那种想当然的方法显然不能作出解释。

当牛顿提出他那了不起的“牛一”——这是对“牛顿第一定律”的简称，后面的“牛二”、“牛三”与此相类，这类问题就迎刃而解了。

牛顿认为，当物体没有受到外力的作用时，它将保持静止或者匀速直线运动，只有当要改变物体的运动状态时，例如使之由静止走向运动、由匀速运动变为加速运动、由直线运动变为曲线运动，也就是改变物体的运动方向时，它才需要力的作用。用更简明扼要的话来说就是“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”。这就是“牛一”了。

从“牛一”可以看出来，静止或者匀速直线运动都是物体最“自然”的状态，如果物体没有受到外力的作用，它将永远保持这种状态。这就根本地改变了原来人们想当然地认为的必需用力才能让物体运动的旧观念。物体这种保持原有的静止或者匀速直线运动状态直到有力的作用才改变的特性被称为“惯性”，因此，“牛一”又被称为惯性定律。

惯性我们可见得太多了，坐汽车时，当车突然来一个急刹车，人就会猛地往前一冲。这就是惯性在作怪了。箭之所以能够离弦之后仍然射得飞快、门一碰就能自己关上，都是由于惯性的缘故。具体原因是，当我们对箭、门或者任何物体施加力的作用使之运动后，它就处在了运动的惯性之中，除非另有力来使之改变，否则物体将保持这种运动状态。

更深一层地说，惯性乃是一切物体共有的性质，无论它处于什么状态，静止或者运动，它都有惯性。

那么，您也许会问：离弦之箭飞久了也会停下来，我看不到有什么力在改变它运动的惯性啊！这是因为有您我看不到的力在作用它呢，例如空气的摩擦阻力、地心引力等，正是这些力使离弦之箭渐渐慢下来并最终坠落大地。

“牛一”讲惯性，“牛二”则讲加速度。

加速度就是物体运动速度的改变，它可以是增加，也可以是减小，我们可以将后者看作是一种负的加速度。使物体产生加速度的原因当然是力，也就是说，要使物体由运动变为静止或者由静止变为运动，或者使运动的物体速度增加或者减小，都需要力的作用。

这时，如果我们仔细想想的话，会有这样的疑问：对一个物体施加力就能使它产生加速度吗？那可不一定呢！例如一只螳螂，它用自己的一只臂能够挡住飞驰的马车，使之产生加速度吗？当然不能。为什么？因为可怜的螳螂太小，它能够施加几斤几两力气呢？所谓“螳臂挡车，不自量力”指的就是这回事了。

这个例子说明了物体运动状态的改变不仅同力有关，还同物体的质量大小有关。例如一只小猴子去摇一根石柱的话，石柱自然会纹丝不动，但要是它去捡起地上一块小石头的话，那就没有问题了。

从这里我们就得出了“牛二”：物体的加速度同作用力成正比，与物体的质量成反比。用公式表示就是。a是加速度，m是质量，F就是作用力了。

“牛三”则是作用力与反作用力定律，什么是作用力与反作用力大家都懂，例如猴子去摇石柱，它当然对石柱也产生了作用力，这时，石柱也必然会对它产生反作用力。作用力与反作用力之间的关系有三个：一是大小相等，二是方向相反，三是作用在同一直线上。这几个特点都比较直观。

这样我们就得出了“牛三”：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、并且作用在同一直线上。

“牛三”也是大有用处的。例如火箭为什么能够那么快地向天上飞？这是因为它从后面往下喷出气体，这时，根据“牛三”，必定会产生一个方向相反、大小相等的向上的推力，就是这推力推动火箭飞向太空。

以上就是以“牛一”、“牛二”、“牛三”为核心的经典力学了。

—量子力学—

量子力学一直到20世纪前后才诞生。它很快显示了灿烂的生命力，深刻地改变了人们对于自然界，尤其是微观世界的认识。

量子力学是研究微观粒子的性质、结构、运动规律等的理论。这里的微观粒子是个含义广泛的词汇，包括几乎所有的微观粒子，例如分子、原子及其组成部分电子、质子、中子及其他更小的粒子如夸克等。量子力学将所有这些微观粒子作为研究对象。

量子力学与经典力学最大的区别在于，在经典力学里，它所计算与分析的对象具有确定的性质，若能给定力、物体的质量、初始位置、运动速度等元素，就能够精确预言运动对象过去与未来的速度、位置等性状。但在量子力学里就完全不同了，量子力学的一个基本原理就是“海森堡测不准原理”。该原理认为，我们不可能同时精确测定微观粒子的位置与动量。为什么呢？这是因为当我们去测量一个物理量时，这种测量行为本身往往会影响另一个物理量从而导致它的性状改变，反之亦然，这样的话当然不可能同时精确测定其位置与动量了。就像我们难以同时测量一个人100米冲刺的速度与其正常肺活量一样，因为当这个人百米冲刺时其肺活量必定不正常，而当其肺活量正常时必不可能进行百米冲刺一样。

测不准原理导致的一个必然结果是，我们不可能精确描述微观粒子在其轨道上的运动细节，它只能够给出可能发生的事件以及在不同情况下发生的相对概率。

量子力学的另一个重要观念是物质的波粒二象性。所谓波粒二象性即既是波又是粒子，或者既具有波的属性同时又具有粒子的属性。

在量子力学诞生以前，人们认为这是不可能的。但后来随着对光的研究的深入，科学家们认识到光同时具有波与粒子的属性，即光的波粒二象性——这我们后面谈到光学还要说，后来一位法国物理学家德布罗意公爵，发现其他微观粒子也具有与光相似的波粒二象性，并进而发现所有的物质都具有这种特征，这就是著名的“物质波”理论。只是那些宏观物体的波长太短，难以探测。

量子力学的诞生使人们对微观世界特征的认识前进了一大步，但也在物理学界掀起了一场轩然大波。使物理学界分成两大派，一派以“哥本哈根学派”为主，认为这种不确定性乃是物质的基本属性，因此不需要去试图改变之，只要对这种不确定性进行更详细的了解就行了。以爱因斯坦为首的另一派物理学家则认为，测不准乃是由于现有技术不够先进，将来随着技术与理论的进步必会改测不准为测得准。基于此，爱因斯坦对量子力学的整体都持怀疑态度，他有一句名言“上帝是不掷骰子的”，也就是万能的上帝在创造万物时不会只满足于对它有一个概率性的了解，包括微观粒子也是如此。

针对量子力学的这个争论乃是现代物理学史上最著名的争论之一。爱因斯坦诚然伟大，在这场争论中却失败了，倒是哥本哈根学派大占优势。爱因斯坦虽然是量子力学理论的奠基者，但由于对之持怀疑态度，因此后来在量子力学这一现代物理学的主要领域之内无所作为。据说这也是他后半生没有重大成果问世的原因之一。

—两种类型的光学—

光学研究光的产生与传播、光的变化，以及与光相联系的其他一些现象。

光学包括两个都颇有特色的分支，即几何光学与物理光学。

—几何光学—

几何光学是不探讨光的本质而只讨论它的光学成像与传播等性质的光学分支。

我们先来看看光学成像。我们在白天一张开眼睛就能看到光，其实这时候看到的并不是“光”，而是物体，例如一棵枯树、一位美人或者一只加菲猫，然而我们看到的也并不真是物体，而是物体的光学成像。也就是说，是物体在光的帮助之下，与光结合在一起，形成自己的光学影像，而我们人的眼睛能够感觉这个光学影像，这就是我们能看到暴露于光底下的物体的原因。

对于几何光学而言，它另一个主要的内容是光的传播。我们知道，光线是能够传播的，它能够在各种各样“透明”对象里传播，例如空气、水、玻璃等，这时候就有三个定律，这也就是几何光学的三大定律：

第一个定律是光的直线传播定律。光在均匀的介质里沿直线传播。均匀的介质我们可以近似地看作是同一种介质，例如水和空气。在这同一种介质里传播时光的路线是直线。

第二个是反射定律。即反射时光的入射线、反射线和法线在同一平面内，入射角等于反射角。

第三个定律是折射定律。光通过不同介质的界面时要产生折射，其入射线、折射线与法线在同一平面内。

这些定律我们在中学物理中都学过了，几何光学的内容复杂得很，远不止我们在这里所说的这些内容。有的内容简直令人拍案叫绝，例如我们都听说过的全息图像，它也是一种光学成像。不过是一种全新的成像技术，它于1948年由一个叫伽柏的人提出。

与传统的需要透镜的成像技术不同，这是一种两步无透镜成像技术，又称为波阵面重建，即全息技术。所谓“全息”，我们可以看作是“全部信息”或者“全方位信息”的简称，即这种成像技术能够囊括对象的全部或者全方位的信息。比起传统的成像技术，它的确如此，因为它所成的图像是立体的。假如图像拍的是一个人，那么我们看这个图像就会像看一个真实的人一样，可以从各个方面仔细地看，不但看清楚他的脸，还能够看清楚他的后脑勺，从而得到对象全方位的信息。

要得到全息图像，要分两步走：第一步是将一束参考光波与物体的衍射光波相互作用，再记录下含有衍射光波的振幅和相位信息的图样，这也就是说，它们精确地全方位地记录了对象的各种视觉信息。第二步是在另一个地方再用与原来相同的参考光波去照射那个全息图，这时就能看到恍若原物的全息图了。这是一种立体的、极为精确的图像，虽然现在技术还不是很完善，但已经令人惊叹了。您可能看到过这种神奇的图样，例如在《星球大战》系列电影里，从机器人阿图身体里吐出来的美丽的莉阿公主立体图像就是一种全息图。

—物理光学—

物理光学讲的是光的各种特征，或者说什么是光。

光最基本的属性是波粒二象性。

关于光的本质曾有过一场物理学史上著名的大争论，争论的焦点是光到底是波还是粒子，也即光的波粒二象性之争。

最开始的时候，人们凭直觉认为光是一些从人的眼睛里射出的小触须，就像章鱼的触须一样，让我们看到万事万物。这种说法太过脆弱，稍有思想的人一想就能发现它的荒谬。例如为什么在黑暗中我们的眼睛就不能发出这样的触须了呢？于是又有人设想光是由物体发出的一些高速前进的微小颗粒，当它们进入人的眼睛时就能使我们看见它们。之所以在黑暗中我们眼睛看不见东西，是因为这些物体并不是所有的时候都会发射出这种小颗粒呢。

这种观点比前面的小触须观点当然要合理一些，它可以算是一种原始的微粒说，它一直流传了好久，直到17世纪。这时，一个了不起的物理学家、荷兰的惠更斯提出了一种新的学说，即光的波动说。他在《光学》一书中鲜明地提出光是以波的形式传播的，他说：“像声音一样，光一定是以球面波的形式传播的。”

波动说能够解释一些光的粒子说不好解释的问题，例如几束光线在彼此交叉后会好像没有受到任何影响一样继续各自前进，要是粒子的话，它们为什么不互相碰撞，使前进路线产生变化呢？就像两颗石子在空中相撞一样？这个疑问确实让粒子说为难，但波动说却能很容易地解释之。因为两束波在相遇后能够彼此毫无阻碍地继续前进，好像没有发生碰撞一样。这种现象我们随时可以在水面上看到，同时扔下两颗石子就可以了。

惠更斯的理论提出来后，有人支持有人反对，反对者很快占了上风，因为他们那边有一个很重要的人物，那就是比惠更斯小13岁的牛顿。

牛顿认为光是一种微粒。并且用他的理论很容易地解释了一些波动说不能解释的现象。例如影子，根据粒子说，光是一些微粒，它们是直线传播的，因此，当射到不透明的物体上后，会被反射或吸收掉，而物体周围的光线则继续前进，这样就必然会在身后留下物体的影子，而且这个影子就是物体的轮廓。倘若根据波动说，波遇到阻碍后是会绕过阻碍物继续按原样传播的。例如在池子里竖一根棍子，一列水波绕过它后，会立即在棍子后面形成新的完整的一列波，可不会留下一根棍子的痕迹呢。

按理说这两种观点各有所长，然而，由于它是伟大的牛顿提出来的，他可是科学界的教皇呀，于是几乎所有科学家都跟着牛顿走了，这也使光的粒子说统治了欧洲科学家们的头脑达百余年之久。

再后来，英国物理学家马斯·扬指出光并非粒子，而是一种波，他的主要证据之一是观察到光有干涉现象。

干涉是波的主要性质之一，它指的是当两列或两列以上具有相同频率的波共存时，会形成振幅相互加强或相互减弱的现象，即在波峰与波峰叠加或者波谷与波谷叠加的地方，波的振幅就会加强，而波峰与波谷叠加的地方波则会减弱，这就是干涉。

光也有这种干涉现象吗？正是，现在我们来做一个实验。

我们在桌子上放上三块纸板，最前面的纸板中间有一个小孔，它后面的纸板中间有两个小孔，它们之间的距离很小，例如只有0.1毫米，而且与前面纸板上的小孔距离相等。如果光是一种波，那么当它穿过第一个小孔、到达并且穿过后面两个小孔后，由于穿过两个小孔的光来自同一波源，且与第一个小孔的距离一样，所形成的两束光必定是有相同频率的波，这样就必定会产生波的干涉现象——如果光是波的话。

结果怎么样呢？我们会在第三块纸板上看到，投射到这块纸板上的光明显地是一些明暗相间的条纹。这就说明有干涉的存在：那些明的地方就是光波的波峰与波峰叠加或者波谷与波谷叠加的地方，因为波的振幅得到加强，因此明亮；而暗的地方则是波峰与波谷叠加的地方，那里波的振幅减弱，因而变暗。

扬所做的实验与这个大致一样，它有力地证明了光是一种波，使光再一次由微粒说走向了波动说。

到19世纪中期，光的波动说已经得到了广泛承认，但被视为一种波的光仍有许多问题亟待解决。例如既然光是一种波，大家就认为光这种波就像水波一样要靠一种弹性介质才能传播。后来，一位伟大的物理学家麦克斯韦提出了电磁波理论并且指出光也是一种电磁波。不久，另一个大物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在，并且证明了电磁波与光波一样也有反射、折射、干涉、衍射等性质，甚至通过干涉实验测出了不同频率的电磁波的波长、电磁波的传播速度等。结果与麦克斯韦的各项预言均一致，证明了麦克斯韦的理论。

我们现在已经知道，光只是电磁波的一部分，叫可见光，此外还有红外线、紫外线、X射线、无线电波、γ射线等，它们合起来就构成了范围十分广阔的电磁波谱。

后来又发现了光电效应，它又证明光是一种粒子。所谓光电效应就是在光的照射下从物体发射出电子的现象叫光电效应，发射出来的电子就叫光电子。

这时候就产生了将两种学说统一起来的想法。这种想法在原来是不可想象的，因为波动说与粒子说被认为是两种互相矛盾的学说。然而，光子却明显地同时具有这两种属性，这简直是强迫人们改变老观念，接受新现实。

我们现在当然接受了光的波粒二象性，您也许想知道，这两种属性到底是怎样在光那里统一起来的呢？现在科学家们已经解决这个问题。这是因为，光虽然是由无数微粒——光子——组成的，但它同时总是一大堆光子一起运动，我们看到的哪怕最小的光柱也由无数光子组成。当这些光子运动时，并非像一条直线一样往前冲，而是排成一定的规律前进，具体地说，是排成波的形式前进。这就使得光既呈现波的特性，又呈现粒子的特性了。

这其实好理解，就像水波一样，请问，水波是一滴水珠构成的吗？当然不是，它是由无数的小水珠组成的，它们本来是一个个的“粒子”，但由无数这样的水“粒子”结合在一起，就组成“水波”了。

以上就是光的波粒二象性及人类认识之的曲折历程。

—物质的构成—

物质是如何构成的这是一个古已有之的问题，其中最有名的理论是原子说，即物质是由一些不可再分的微粒构成，称之“原子”，这种说法也被现代物理学得到了部分的证实。

在物理学里，原子是仍保有元素化学属性的最小单位。

原子当然是可分的，但如果再分的话，它就不能保有原来元素的属性了，例如铁或者氦的原子便具有铁或者氦的属性，但如果将铁或者氦的原子再加以分割的话，它就不再是铁或者氦了，而成为别的元素的原子或者别的微观粒子。

就体积而言，所有的原子大小大致相同。每个原子的直径大约是2×10^－8厘米，不但不可能用肉眼看到，甚至一般的显微镜也看不到，电子显微镜可以看到某些种类的原子，但也十分朦胧。

由于原子这样小，因此需要很多原子才能组成哪怕是一小块物质，例如在一般的固态物质上，一厘米的长度内就有多达5千万个原子紧紧地靠在一起排列着。

就质量而言，不同原子的质量是不同的，其中最轻的是氢原子，如果将它的质量定为1，那么最重的铀是238，也就是说，一个铀原子的质量是238个氢原子的质量。

就构成而言，原子是由原子核及环绕着它高速旋转的电子组成的。其中原子核又由质子与中子构成，不过其中的氢原子核没有中子，只有一个质子。

电子有三个特点：一是它带一个负电荷；二是质量小，只有质子质量的约；三是围绕原子核高速旋转。电子有自己的轨道，当它旋转时几乎占据了整个原子的体积，在原子核外面构成了一团电子云，好像无数个电子在运动一样。这当然是因为原子的体积太小而电子运行又太快了的缘故，就像我们看到电风扇一样，虽然只有几片叶子在运转，但由于它太快，我们看到好像整个风扇里都充满了叶子一样。

电子一般情形下是规规矩矩地绕着原子核旋转的，但有时，如果有某种外力作用于之，电子就会跑将出去，这时候就产生了电流，而原子核也因为电子跑了而带上了正电。

质子主要有两个特点：一是带电，只是与电子的带负电荷相反，它带的是正电荷；二是质量大，它是电子质量的近2000倍。

与电子的能够跑不一样，质子几乎总是老老实实地待在原子核里。

中子的特征也主要有两个：一是不带电，既不像电子一样带负电荷，也不像质子一样带正电荷，因此被称为“中子”；二是中子的质量也大，它甚至比质子还重那么一点点，比电子重得就更多了。

由于中子不带电，因此原子中它的地位比较特别，一个原子核中跑了一个中子其元素的基本性质仍然保持不变，即仍然是这个元素的原子，但并不意味着它什么也不变，它变成了“同位素”。例如氢就有三种同位素，即氕、氘、氚，它们仍然是氢元素，不过与原子核中没有中子的氢原子不同，它们分别含有一个、二个、三个中子。因此性质也发生了一定的改变。例如它们往往具有放射性，被称为放射性同位素，这种性质对人类是很有用处的。

—原子弹与氢弹的秘密—

原子核是由质子与中子组成的。虽然它由两部分组成，但这两部分牢牢结合在一起，合起来组成的原子核也具有许多重要性质，这时候它们连名称都可以统一，被称为“核子”，即组成原子核的微观粒子。

在原子核内部存在着巨大的核力，因此要将核子结合成原子核或者将原子核分解成核子都需要巨大的能量。例如一个中子和一个质子结合成一个氘核时，能够释放出约2.22万亿电子伏的能量，同样，如果一个氘核被分解成一个质子和一个中子，也需要这样多的能量。

还有，就是当质子与中子结合成为一个氘核时，并不是整个质子与中子所含的物质都变成了氘核，这里头有所谓的“质量亏损”，举个例子吧，例如质子与中子合起来的质量有a克，当它们结合成为氘核时，氘核的质量只有b克，而且b＜a。

这时您一定会问这样一个问题：那些质量哪去了呢？难道莫明其妙地蒸发了不成？答案其实很简单：这一部分质量被转化成了能量。

关于这种转化爱因斯坦有一个著名的公式：E＝mc²，这里m等于质量，c为光速，约300000km/s，而E就是能量。从这个公式就可以知道，哪怕是一丁点的质量如果转化成能量也将有多么巨大。具体而言，如果一克物质完全转化为能量，它将产生的能量约等于1945年美国在日本广岛投下的原子弹的能量，约合15000吨TNT，即烈性的黄色炸药。

原子弹的秘密就在这里。

因为原子核的裂变能够产生这样巨大的能量，科学家们发现这个秘密之后就想怎么能够将之释放出来。1938年时，一个叫哈因的德国物理学家在用中子轰击铀核后的产物中发现了另外一种元素钡的放射性同位素。不久，他发现这是因为铀的原子核在中子轰击之下被分裂了。这就是核裂变。

核裂变的发现为人类找到了一个分裂原子核的方法，也就是找到了一个产生巨大能量的方法。

更进一步地，科学家们还发现，这个裂变能够产生2到3个新的中子。于是，他们想到，倘若让这两个中子再去轰击别的铀原子核，产生新的裂变，如此进行下去，产生的能量将是何其巨大！这种连续的核裂变就叫链式反应，因为它像一条链子一样，一旦爆发，就能够一环扣着一环，持续下去。

要做到这一点其实也不难，只要铀块的体积够大，当第一次核裂变发生时，所产生的中子就不能从铀块中穿透出去而不碰撞别的原子核，而只要碰撞别的原子核，链式反应就成功了。

这种反应的结果就是巨大无比的能量，原子弹所用的就是这种能量，它的威力日本人体验是最深的了。

您可不要以为核裂变是产生最大能量的反应，还有比它更厉害的呢，那就是核聚变。

核聚变是指某些轻核结合成质量较大的核时，能释放出巨大的能量。看得出来这是一个与核裂变相反的过程。一个是较重的元素裂变成较轻的元素，另一个是较轻的元素聚变成较重的元素。不过后者产生的能量比前者要大好几倍呢！

怎么使这种核聚变产生呢？很简单，只要高温就行了。不过这个高温可不是一般的高温，要达到几百万度以上。

这样的高温只有一个办法能够达到，那就是原子弹爆炸。这时，如果旁边有某些轻核，最常用的是氘核与氚核，它就能够产生核聚变，结合成为氦原子核，同时释放出更为巨大的能量。

氢弹就是这么制造出来的。简而言之，它是在一颗小型原子弹旁边放上适量的氘或者氚或者其混合物，当原子弹爆炸时，它所产生的高温就使得核聚变得以形成，并释放出极其巨大的能量。

这种能量有多大呢？打个比方吧，两颗差不多大小的氢弹与原子弹，前者的爆炸威力是后者的10倍到1000倍。而且，比起原子弹来，氢弹还有许多优势，除了威力更大之外，它比较干净，原子弹爆炸后，它所破坏的地方几十年里都不能住人，因为还有核辐射等污染，氢弹就不同了，它没有这样多的后遗症。

我们前面讲天文学时也提到过核聚变，那就是在太阳内部的核反应，那也是太阳巨大能量的来源。

—“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”—

认识到原子核是由质子、中子、电子等更小的粒子构成的后，人们开始相信，不是原子，而是质子、中子、电子等是组成物质的最基本元素，人们称这三者为基本粒子。

然而事情还没完，虽然质子、中子、电子一直被认为是基本粒子，但后来科学家们发现，除它们而外，还有别的基本粒子。

开始是光子被认为也是基本粒子，再后来一个叫泡利的物理学家提出了一种新的基本粒子——中微子，这是一种静止时质量为0的粒子，始终以近乎光速的高速运动。后来，根据相对论量子力学，电子、质子、中子、中微子等都有质量与它们相同的“反粒子”，它们同样是基本粒子。之所以被称为“反粒子”，是因为这些粒子与原来的电子、质子、中子、中微子等质量相同而电荷相反，例如带负电的电子的反粒子就是正电子，即带正电的电子。带正电的质子的反粒子就是带负电的反质子，如此等等。再往后，人们发现的基本粒子越来越多，例如介子，它的质量介于电子与质子之间，因此被称为介子，它又是一个大家庭，有好多成员，像π介子、μ介子、ρ介子、奇异介子、非奇异介子等。

到现在，这种基本粒子已有数百种之多，而且还大有可能继续发现许多种。

这些基本粒子也并非完全杂乱无章，按照它们参与的相互作用力可以分成三大类：

第一类是强子。我们知道，原子核内部核子之间的相互作用力是非常强大的，因此被称为强相互作用。凡是参与强相互作用的基本粒子都被称为强子，例如质子、中子等。

第二类是轻子。它们不参与强相互作用，但可能参与弱相互作用或者电磁相互作用，所谓弱相互作用也是基本粒子之间的一种相互作用，它的特点是作用力弱、能量低。轻子包括电子、μ子、重轻子等。

第三类是媒介子。顾名思义，媒介子的作用是传递粒子之间的相互作用，例如光子就是一种，它传递的是电磁相互作用。

以上这些就是基本粒子的大致情形了。

此外，宇宙间还有三种相互作用：强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用，它们被称为宇宙的四种基本作用力之一，另一种是引力作用。

这些基本相互作用与基本粒子结合起来就构成了我们宇宙的整个微观背景。

不过，您可千万不要以为这些基本粒子真的是组成物质的最小微粒，就像当初德谟克里特眼中的原子一样，那样的话您可上当了！要知道，物质的可分性似乎是无限的，就像现在一样，科学家们已经对基本粒子搞分裂了，认为它们是由更为基本的成分构成的，并提出了许多的模型来构成这些基本粒子，其中最有名的就是“夸克”模型了。在这个模型里，前面的基本粒子们是由夸克构成的，例如重子是由三个夸克构成的、介子是由一个夸克与一个反夸克构成的，如此等等。

相应地，原来的基本粒子科学家们已经倾向于将名不副实的“基本”二字去掉了，改称“粒子”。

这给了我们什么启发呢？就是中国那句古话：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”