12 费安物理学讲义（第一卷） 那么一天终于把图拼成了，否则我们就永远不会知道事情的究竞.在这里我们要做的是，看 看那种综合已进行到什么程度，在借助于最少的一组原理来理解基本现象方面，现状又是如 何。简言之，事物是用什么构成的？总共存在多少基本元素： §2-21920年以前的物理学 一开始就从现在的观点讲起是有点困难的，所以让我们先来看一下在1920年左右人们 是怎样看待世界的，然后再从这幅图象中挑出几件事情来.在1920年以前，我们的世界图 象大微是牧样的.字宙活动的“舞台”是欧几里德所描绘的三维几何容间，一切事物在称为时 间的一种媒质里变化，舞台上的基本元素是粒子，例如原子，它们具有某些特性，首先一个特 性是惯性：如果一个粒子正在运动，它将沿着同一方向继续运动下去，除非有力作用其上.此 外，第二个基本元素就是力，当时认为共有两类力.第一类力是一种极其复杂细致的相互作 用，它们以复杂的方式将各种各样的原子约束在不同的组合之中，它们确定当温度升高时食 盐是溶解得快些还是慢些；另一类已知的力是一种长程相互作用，它是与距离平方成反比的 变化乎缓的作用力，称为万有引力.这条定律已为我们所知，它是很简单的，当然，为什么物 体的运动一经开始就能保持下去，或者为什么存在一条万有引力定律，我们则不清楚. 对自然的描述正是我们在这里要关心的.从这个观点出发，气体以及实际上所有的物 质都是无数运动者的原子.这样我们站在海边所见到的许多东西马上可以联系起来了.首 先是压力，它来自原子与墙或者某个东西的碰撞：如果原子的运动平均而言都沿着一个方 向，这种原子的漂移运动就是风；而无规则的内部运动就是热。某个地方有过多的原子集结 在一起时，就形成过剩密度的波，当波前进时，把成堆的原子推向更远的地方，等等。这种过 剩密度的波就是声波.能够理解这么多事情的确是惊人的成就：在前一章里我们已经说明 过一些这样的事情 粒子有哪些种类？在当时认为有92种：那时已发现有92种不同的原子，各按其化学性 质而被赋于不同的名称 其次的问题是“短程力”是什么？为什么碳吸引一个（有时两个）而不是三个氧？原子间 的相互作用的机制是什么？是万有引力吗？答案是否定的.万有引力实在太弱了，于是让 我们来设想一种类似于力与距离平方成反比的力，不过在强度上远远超过前者，此外还有 个差别：在重力作用下，每个物体彼此吸引，但现在我们设想有两类“物体”，而这种新的力 (当然就是所谓电力)具有同号相斥而异号相吸的特性.具有这样强的作用的“物体”就称为 电荷 那么，我们会得到什么结果呢？假定我们有两个异号电荷，一正一负，并且彼此十分靠 近.现在，在若干距离之外，还有另一个电荷.它会感到吸引吗？实际上它几乎不会感到什 么作用，因为如果前两个电荷的大小相等，来自一个电荷的吸引被来自另一个电荷的排斥所 抵消，所以，在任何可观的距离外只有很小的一点作用力，另一方面，如果我们使第三个电荷 非指靠近前两个时，就会发生吸引作用。因为同号电荷的斥力与异号电荷的引力倾向于使 异号电荷靠近而使同号电荷远离.这样，排斥作用就将小于吸引作用。这就是为什么由正 负电荷组成的原子相互离开较远时只感受到很小一点作用力（重力除外），而当它们彼此靠 近时，就能够互相“看到内部”而重新安排其电荷，结果产生了极强的相互作用.原子间作用 力的最终基础是电的作用。由于这种力是如此巨大，以致所有正的与负的电荷通常都以尽