物质、能量与作用力

现在让我们回过头想一想：我们对整个世界已经了解了多少？我们人类是由多种不同分子构成的系统，而我们所看见的任何一件物体，无论大小都由无数的分子组成。我们对单个分子的属性没有概念，但是我们却可以直接感知由分子组成的系统的属性。这些属性包括硬度、颜色、质地、温度、密度和形状。

分子总是处于不停的运动之中，它们有远离对方的趋势，而电磁作用力却把它们以固体或液体的形式组合在一起。

固体状态下，各个分子间的联系相对比较紧密。因此，固体本身能保持住自己的体积和形状。而液体中，各分子间的联系相对较弱。因此，液体可以自由改变其形状，但不可以改变其体积。也就是说，即使容器有足够的空间，液体分子间的距离也不会变大。而气体分子之间几乎没有作用力。因此，气体可以随容器的形状而改变，无论容器的体积有多大，气体都能将其充满。

分子由原子构成。只要两个或两个以上原子相互结合，分子就形成了，而让分子内原子结合在一起的正是电磁作用力。固体或液体中，结合成分子的原子之间的联结力要比分子间的大得多。在上一课中的结婚五十周年舞会上，DJ需要职业摔跤选手才能让丈夫和妻子分开。相反，连接不同夫妇之间的丝带却随时都可以解开。

原子本身由带有不同电荷的亚原子微粒（带正电的质子、带负电的电子和不带电的中子）构成。内部的电磁作用力把质子和电子聚在一起，但尽管电磁引力非常强大，电子和质子仍然保持相互独立状态，即电子始终位于原子的外部空间。其中的原因大家可以在量子力学中找到答案。

带电的质子和不带电的中子位于原子核内部。尽管质子间存在互斥的电磁力，但强大的核力仍能把它们聚集在一起。

在日常生活中，我们经常会碰到与能量相关的物质变化。我们注意到能量常常从一种形式变为另一种形式。常见的能量形式包括热能、光能、动能、电能和化学能。能量守恒定律表明：无论发生什么变化，能量的总量总是保持不变。

我们在感受或研究作用力的时候，都会涉及物质与能量。在日常生活中，我们积累了一些关于电和磁的直接经验。对于我们而言，电和磁的表现形式完全不同。但实际上，它们却是同一种事物——电磁作用力。我们平日里所观察到的电与磁的性质只是电磁世界的冰山一角，但经验告诉我们任何物体都具有电磁特性。至今为止，人们才刚刚学会利用物质电磁特性的一小部分。