系統的選擇

　　物理中如物體在一個範圍夠大的區域運動，則可將物體看成一個點。討論該點的運動情況。例如：星體運動理論與理想氣體理論。質點的引入只是為簡化替統的描述，因為重點在物質對外的作用，而不在其本身與內部。
　　古典力學有時討論的力學系統是有限大小之物質組成的，如：滑輪組、物體的旋轉等。此時在外力作用下，可能使物體原始形狀發生改變，此現象稱為形變。為避免形變，一般都假設物體為剛體，即不因外力作用而產生形變的物體稱之。
　　系統的受力描述與系統的選擇有關。由Newton第二定律：系統受總外力作用滿足V[F]＝mV[a]。如將外力因素與系統看成一系統，此時外力變內力，即V[F]－mV[a]＝0。例如：將靜置在桌上的一本書向上拿起，如將書本看成一系統，則書本之總受力不為零，稱書本受外力作用而運動。如將自己與書本看成一系統，此時拿書之力與書本的總受力，變成系統的內在作用力(內力)，故稱書本不受外力。
　　選擇適合的系統範圍後，就是座標系的選用與原點的選則，選擇適當的座標系統，以便於描述系統運動。如系統有力學能守恆，則涉及到位能零點的選擇；如系統有電荷分布，則涉及電位零點的選擇等等。須視具體情況來討論。雖然這些感覺都相當基本與直觀，但有時候還真不容易理解與想像。

2009-01-28亥時

基本作用力

　　物質的相互作用可分成以下四個基本作用力：萬有引力、電磁作用力、弱作用力與強作用力。強作用力將質子與中子束缚在原子核中的短程作用力。弱作用力為物質在某些輻射衰變時所產生的短程作用力。電磁作用力，即Lorentz電磁作用力，為帶電物質所受的電力與磁力的合力。摩擦力其實就是電磁力的一種。萬有引力即重力，有質量的物質就會受萬有引力作用。

　　由Newton第二定律，外力似乎仍可讓物體的速度無限的增加，甚至超過光速。而由Einstein的狹義相對論，當速度接近光速時，，物體所蘊含之能量越大，能量將轉化為質量儲存起來，所以質量也越大，讓物體越來越難移動，而要用更大的力量（更大的能量）才能拉動！

　　一般須達到星體的尺度，我們才能明顯感受重力場的作用，故在如此巨觀之系統，量子效應其實相當不顯著。考慮黑洞時，黑洞是物質受重力作用極端壓縮的微觀系統，故應該有量子效應，所以要設法將量子力學與廣義相對論結合，發展量子重力理論。

　　如巨觀與微觀之情況，重力都強到須考慮，那理論涉及之尺度變化相當龐大，這也是為何四大基本作用力想要統一描述，重力總是很不合群的原因。超弦理論企圖統一四個基本作用力，並提出不少理論預測，但可惜的是：目前還沒有真實的現象來驗證！日常生活中，看似平常的重力，其實是相當不平凡的。

2009-01-19未時

場的觀念

　　Newton發現萬有引力(即重力)，滿足F＝GMm/r^2，即質量M與m的兩個物體相距r，以萬有引力F相互吸引著，其中G稱為萬有引力常數。Coulomb研究靜電學，發現兩個點電荷，滿足作用力滿足F＝kQq/r^2，稱為Coulomb靜電力。此二種力的描述，皆只看兩個相應物質的相互作用力，沒有涉及更內在的原因。所以，一但有質量或電荷量，引力與靜電力馬上相應而生，給人一種瞬時受力的超距作用之感覺。
　　Faraday提出場的觀念：一個靜止的點電荷會在空間建立一個稱為「靜電場」的物理量，且靜電場會影響其他的電荷，並使之受力。如將場的來源稱為場源，則一個靜止的帶電粒子，其攜帶的電荷量即靜電場源，會在空間建立靜電場，影響其他的帶電粒子。一個靜止的質點，其質量為引力場源，會在空間建立引力場，影響其他質點。
　　場的觀念，使先前超距作用之感覺消除不少。上述考慮的是場源已經存在且不隨時間生滅之結果。如進一步考慮場源的生滅，在場源生成時，應在空間中建立場，並認為場以光速散佈到空間中。而Einstein的廣義相對論中，質點會使其存在的四維時空變形，而此一時空變形就是引力場。所以，場源的存在，其實應改變了時空結構。

2009-01-11戌時

物質之組成

　　古今中外對物質之組成皆有研究。當時最常見的分類是：風、火、水與土四個元素。其實這是物質的四種狀態─固態(土)、液態(水)、氣態(風)與等離子態(火)。之後發現到物質是由可編列成週期表的元素，如：氫、氧、碳、鈉與鐵等多種不同元素組成的，並提出元素是由不可分割的原子組成的原子論。

　　為解釋靜電現象，引入了正負電荷之觀念。有學者猜想：或許原子並非不可分割的，而是由帶正、負電量相同的物質所組成的。十九世紀末，J. J. Thomson由陰極射線確認了電子之存在。Rutherford由金箔實驗，提出了Rutherford原子模型─原子的正電荷量與質量集中在中心一非常小的區域，稱為原子核，電子繞著原子核轉動。

　　由當時的電磁理論，發現Rutherford原子模型的原子生命將很短暫，電子很快會打在原子核上，明顯與現實情況不同。而此點，在量子力學建立後，會給一個目前認為最合適的說明。

　　後來發現到，原子核是由帶正電的質子與不帶電的中子組成，發展出核力理論，開啟了研究基本粒子之高能物理。預測了介子、垮克、微中子、反微中子、反電子(正子)、反質子與反中子等基本粒子的存在。

2009-01-05未時

絕對與相對時空

　　Newton時代的學者，認為無論處於何種慣性座標系中，看任兩點的時間差與位置差都相同，彼此之間相互獨立，即絕對的時間與空間觀念。相對的情況，只是單純的相對運動而已。

　　描述相對運動之Galileo相對速度公式，可由Galileo變換得到。Einstein思考「以光速來追光速」時，是否仍是單純的相加減呢？而由Maxwell電磁理論著手，提出了「光速恆定之假設」。認為真空中之光速為速度之最大值。並提出了狹義相對論。

　　狹義相對論發現，時間與空間在運動方向是密不可分的，兩個不同慣性座標系統的時間差與位置差有顯著的不同，即相對的時間與空間觀念。而且此四維時空，不是單純的四維Euclid空間，而是Minkowski空間。

2009-01-01未時