物理高一第一讲质点（送给同学们的物理书）

写在前言

从中学到大学，同学们淹没在物理的书山题海中，仿佛物理就是不断的做题，这种教育模式的好处可以培养大量的严谨的工程技术人才，对于国家的快速崛起是有利的，但是中国缺少物理学家，准确地说是缺少一流的物理学家，物理学家更像是理学中的艺术家，爱因斯坦，牛顿，狄拉克等伟大的物理学家不仅拥有深厚的数理功底，而且都有着惊人的物理想象力和直觉，他们可以提很多有趣深奥而又耐人寻味的问题，还能在他们大脑中构想出一个个奇妙的的理想实验。笔者同时拥有中学和高校物理教育和物理研究的双重经历，希望写出一本高质量的物理课外读物，为了和同学们学习物理的顺序一致，本书内容就以中学物理教材的目录的顺序书写。希望本书可以点燃同学们的物理想象力，让同学们了解物理教材之外更为宏大的物理世界。

——写在2021年诺贝尔物理学奖颁奖之际

质点

历史上在牛顿的时代在研究两个球形天体之间的万有引力问题采用了“吸引中心”的概念，这其实就是质点的概念，即把两个球看做质量集中于球心的点。对于质点概念，教科书上指出，当物体的大小和形状对你所研究的问题没有影响或者影响不大的时候，就可以把这个物体当成一个有质量的点。比如研究乒乓球的轨迹就可把乒乓球看成质点，而研究乒乓球旋转问题则不能把其看为质点。在万有引力问题中，两个球形物体的体积大小对于研究球形物体之间的万有引力是没有影响的，所以牛顿把两个球看成质量集中于球心的点是合理的。质点概念蕴含有忽略次要矛盾，抓主要矛盾的哲学思想，在我们处理问题时，通常忽略那些对我们关心的问题影响不大的因素，而只关心有影响的那些因素，比如当我们只关注奶茶的颜色问题的时候，当然奶茶味道这个因素我们是不考虑的。。

但是其实我们知道，对于有限密度的物体，它都有一定的大小，不可能是一个点。但是对于微观粒子的大小问题，例如电子：我们知道世界是由原子组成的，原子核和核外电子组成了原子，电子是不可再分的基本粒子之一，目前理论上仍然认为电子是一个点粒子。目前的物理学并不能回答你电子有多大这个问题，有一种观点认为电子没有体积，但是有半径！

宇宙中还存在一种没有体积的物质，它就是黑洞，黑洞的形成是由于它自身的引力太强，使得自身的物质发生坍缩，最终所有物质缩成一个密度无穷大的点，（因为量子引力理论并未建立起来，所以现在只能认为黑洞坍缩成一个点，但是因为广义相对论很可能在普朗克尺度上失效，所以奇点可能并不是一个点，毕竟密度无穷大的点，这个观点听起来在物理里面是如此疯狂。）通常我们讲的黑洞边界是指的它的事件视界，光是无法事件视界内部逃出来的，所以看起来黑洞是一个事件视界包裹的黑洞洞的球体。

最后给同学们抛出一个问题，目前粒子物理的标准模型认为我们的世界由61种基本粒子组成。（这里不考虑引力子，笔者的研究观点认为它不存在）光是由一种叫做光子的基本粒子组成，光子的静止质量是零，那么光子在什么情况下可以看成质点？