物理学基本概念
（自然科学学科）
物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。

作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。

它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。

它注重于研究物质、能量、空间、时间，尤其是它们各自的性质与彼此之间的相互关系。

物理学是关于大自然规律的知识；更广义地说，物理学探索分析大自然所发生的现象，以了解其规则。

（物质为构成宇宙间一切物体的实物和场。

例如空气和水，食物和棉布，煤炭和石油，钢铁和铜、铝，以及人工合成的各种纤维、塑料等等，都是物质。

世界上，我们周围所有的客观存在都是物质。

人体本身也是物质。

除这些实物之外，光、电磁场等也是物质，它们是以场的形式出现的物质。

物质的种类形态万千，物质的性质多种多样。

气体状态的物质，液体状态的物质或固体状态的物质；单质、化合物或混合物；金属和非金属；矿物与合金；无机物和有机物；天然存在的物质和人工合成的物质；无生命的物质与生命物质以及实体物质和场物质等等。

物质的种类虽多，但它们有其特性，那就是客观存在，并能够被观测，以及都具有质量和能量。

）
物理学研究的空间尺度范围与时间尺度范围。

物理学（physics）：物理现象、物质结构、物质相互作
用、物质运动规律。

物质世界的空间尺度(微观之小、宏观之大，超乎想像)
我们所处的世界如此美丽，也是如此神秘。

古往今来，人们通过神话、艺术、科学从各个不同的角度去解读，乐此不疲，充满好奇。

要认识我们自己所处的物质世界，有微观和宏观的角度。

相对而言，我们感官所及的世界是一个中观的世界，其观测的尺度限制在我们五官所能触及的范围之内，而借助科技的手段和思想实验，我们所能理解和认识的微观世界和宏观世界，其尺度的大小超乎我们的想像。

在微观的世界里，我们知道世间万物都是由原子组成的，原子是由质子、中子、电子组成的，原子还有更小的组成单
位，夸克。

电子和夸克还可再分吗？如果还可再分，又是由什么粒子组成的呢？就我们目前的认知水平来说，尚不可知。

米、毫米是我们日常所能最直观认识的尺度单位。

例如我们的身高大部分分布在1.5-2.0米，我们头发的直径大约是0.05毫米。

在微观的物质世界里，我们最常使用的单位是纳米（namometer，nm），1纳米等于十亿分之一米（10^-9米），其尺度相当于1根头发径向的5万分之一。

在1纳米的长度上，只能排列几个原子。

有如下的尺度对比关系：病毒（100nm）→分子（0.1nm）→原子(0.1nm)→原子核（10^-5nm）→质子（10^-6nm）→夸克（＜10^-8nm）。

我们现在的工业技术已达到了纳米级的水平，电子技术通常以纳米来衡量组成芯片、电子线路或元件的细致程序，20纳米制程工艺的约指甲盖大小的芯片可以集成数十亿个晶体管。

纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。

从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。

我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。

在宏观的世界，地有多大，天有多高？单位米、公里不再能够满足我们大尺度空间衡量的需要。

在太阳系内我们用天文单位作为空间衡量的尺度，1天文单位也就是地球与太阳的平均距离，约为1.5亿公里。

这个空间概念我们可以想
像一架常见的客机，其时速大约是885公里/小时，飞越此跨度的距离大约需要19.3年。

太阳系直径约为123亿公里，平均82个天文单位。

在星系（如太阳系所处的银河系）的大尺度空间内（每个星系拥有像太阳这样的恒星有几百到几万亿颗），需要有更大的空间单位来衡量这个更大的尺度，我们以物质世界中运行速度最快的光在一年内所经过的距离作为空间单位，称为光年，来衡量大尺度空间。

1光年的距离约为9,460,730,472,580,800.8米，约9.46万亿公里(（9.46*1012千米），约为6.32388万个天文单位。

这个空间尺度概念我们可以想像世界上最快的飞机（2004年11月16日，美国航空航天局（NASA）的飞机最高速度纪录是11260公里/小时）。

飞越1光年的距离需要用95914年。

而常见的客机时速大约是每小时885公里，这样飞越1光年则需要1.22033百万年。

目前人造的最快物体是1970年代联邦德国和美国NASA联合建造并发射的Helio-2卫星，最高速度为每秒70.22公里（即每小时252792公里），这样的速度飞越1光年的距离约需要4272年的时间。

人类目前所能观测到的空间尺度约为150亿光年，在这个以150亿光年为半径的球形空间里，目前已被人们发现和观测到的星系大约有1250亿个。

在宏观的大尺度空间里，人是何其卑微，只是尘中的尘。

即使以极限的速度去穿越，人的生命是何其短暂，犹如苍驹过隙。

仰观宇宙之大，人类如此卑微，只能心怀敬畏。

注1：就我们感知而言，我们可以感觉到静止的存在，
而其实在微观或宏观的世界中，运动是绝对的，微观层面分子的运动与宏观层面星系的运动永不停歇。

注2 ：处于不同运动状态或速度的物体，按爱因斯坦狭义相对论的原理，其尺度会有相对的差别，速度越快，尺度相对收缩，当然在我们日常低速运动是没有明显的差别的，越接近光速，差别越明显。