从宏观世界到微观世界的旅行
如何理解海森堡的不确定性原理
现实生活中，有两个世界，一个是宏观世界（这是你能看到的），另一个是微观世界（这是你看不到的）。
在宏观世界里，有汽车、大象、金字塔，还有飞向外太空的旅行者一号，这一切都建立在牛顿的经典力学体系之下，如果没有第二定律，旅行者号肯定飞不出去。
在微观世界，有数不清的粒子、电子，而他们也受到一个能够和三大定律相媲美的定理控制，也就是海森堡不确定性原理。
海森堡原理的基本含义是，无法同时测量一个量子的动量和位置。
可以简单理解为，量子有两个状态，但是我们一次只能看到其中一个状态。
就像好坏人一样，在你面前的时候，你只能发现他是坏人或者好人。
对于这个原理的理解，可以从两个角度出发：一是波粒二象性，二是德布罗意方程。
首先是波粒二象性，它的基本含义是量子具有两面性，是波又是粒子。
对于什么是粒子什么是波？我们可以想象，粒子就相当于一个点，波就像水波、声波那样。
波粒二象性是爱因斯坦在研究光电效应的时候发现的，他发现光子是粒子的同时又是波，他因为这个获得了诺贝尔奖。
很多人不理解，认为相对论更应该获奖，但在微观世界中，波粒二象性的重要性比相对论重要得多，它相当于一把新世界的钥匙。
为了说明波粒二象性，需要先看一个实验。
这个实验叫双缝实验，原本是托马斯杨为了证明光具有波的性质而做的，但后来却意外地发现了量子的波粒二象性。
实验分为三个部分，第一个部分是发射粒子。
受到牛顿第二定律的影响（物体朝着作用力的方向运动），粒子应该会随机打在屏幕上。
接着，第二部分发射波。
能够看到的是屏幕上出现了黑白交错的图案，这个叫做干涉图案。
干涉图案的产生是基于波的独特的性质，也就是波峰波谷的相互叠加和抵消。
（这种原理称为波的干涉）。
举个例子，现在画无数条sinX的图像，然后根据波的干涉的特性，将这些波叠加在一起，结果就是光线强的部分更强，弱的部分更弱。
如果呈现在屏幕上，就是黑白交错的图案。
然后呢，我们现在试着发射量子。
之前提到过量子具有波粒二象性，爱因斯坦发现的。
人类探索微观世界的大致历程和新进展
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宏观世界和微观世界之间的联系
宏观世界和微观世界之间的联系在我们的日常生活中，宏观世界和微观世界之间的联系是不可
避免的。
宏观世界指的是我们所看到的和感知到的现实世界，而
微观世界则是由微观粒子组成的小世界。
它们之间的联系是怎样
的呢？
首先，宏观世界是由微观粒子组成的。
我们所看到的各种物质，比如桌子、椅子、空气、水等，都是由原子和分子组成的。
因此，无论是我们身边的物品还是大自然中的各种现象，都可以追溯到
微观领域的物理规律。
比如，空气中的氧气和氮气分子碰撞才能
产生气压，地球上的重力也是由微观粒子的引力作用所引起的。
其次，微观粒子也可以影响宏观世界。
量子力学的发展告诉我们，微观领域中的粒子和波动行为常常具有非常奇特的特性，比
如叠加态、纠缠态等等。
这些特性在物理学中被广泛应用，比如
在电子显微镜中观察微观领域中的结构，或是在量子计算机中进
行复杂的计算。
除此之外，生命科学也是微观世界和宏观世界之间联系的一个
重要领域。
我们身体内的细胞、分子和基因也都是由微观粒子组
成的，它们的相互作用和调控形成了我们的生命特征。
比如，癌
症是因为细胞遭受破坏或者突变导致不再遵循正常的生长和分裂
规律，这种突变也是在微观领域内发生的。
总的来说，宏观世界和微观世界之间的联系是多种多样的、非
常复杂的。
微观粒子的性质和相互作用对宏观世界的物理性质和
化学性质有着决定性的影响。
同时，宏观世界的各种现象也在不
断地推动着微观领域的研究和发展。
这个联系是一个互动的过程，让我们更加深刻地理解了自然界的奥秘。
宇宙宏观与微观
1米现下我们回到了本次旅行的起 点，这个距离我们能用我们的手 臂够到
10cm逐渐靠近直到10cm的距离， 我们能描绘树叶的样子了。
1cm从这个距离，我们能观察到树叶 的结构
1mm细胞组织开始得以展现...
100微米此时，细胞得以清晰的展 现。你可以看到细胞之间是怎样 结合起来的。
10微米我们的旅行将进入到细胞内 部...
1米 花园里，从1米的距离看一束树叶
10米将我们的视线向上移，我 们看到的是一片植物
100米在这个距离，我们看到了 树林的边界
1公里现在我们将从米进入到公 里..有可能需要降落伞了
10公里我们由此可以看到整个城 市的面貌，但是我们确实已经看 不清每栋房子了
100公里从这个高度，可以看到美国 佛罗里达州
1000公里这是典型的从人造卫 星的视野
1万公里北半球，和南美洲的部 分
10万公里此刻，地球看起来很 小了...
100万公里地球和月亮的运行轨 道（白色的线）
1000万公里蓝色区域是地球轨 道的一部分
1亿公里金星和地球的轨道...
10亿公里水星、金星、地球和 木星的轨道
100亿公里从这个高度，我们能 看到太阳系和行星运行的轨道
夸克再往下就是一股无形的能量了。 组成这个世界的不是物质而是能量，而 能量又是怎么来的，如何运作的呢？ 谁能说我们的科学已经能破解所有 宇宙和生命的奥秘？也许，今天的科学 只是认知世界的初级阶段，比起几百年 前科学证实地球是圆的，是绕着太阳转 的阶段进步了一点点而已。终极真理或 许需要从另一个方向——信仰才能获得。
1000亿公里太阳系看起来变得有点 小了...
1万亿公里此刻，太阳看起来就 是众多恒星中的一颗...
1光年（10万亿公里）从1光年的距 离看，太阳看起来很小了
从宏观宇宙到微观世界层次
一千亿公里 看出来了，是太阳系，翻山越岭的，不容易啊。
一百亿公里 放大十倍来观察以繁星为背景的太阳系。说是繁星，其
实与太阳最近的恒星--半人马座比邻星都是在 4.22 光年开外的。图中 的亮点仅仅只是背景上离得八丈远的星星呢，并不是太阳系的一部分。
十亿公里 数数看，下图里被蓝框子圈上的是谁的轨道。
100 公里
芝加哥鸟瞰。由此开始了我们人类所能够理解的数量级，开始了 我们熟悉的世界。深呼吸...
10 公里
密密麻麻，(为什么又要说密密麻麻？）。房屋，湖边的房屋。
Байду номын сангаас
1 公里 有一所房子，面朝大海，春暖花开...
100 米 看！草地上这是什么呀？
10 米
是一傻哥们睡得正香....挺惬意的嘛
1 米 嘿，都被偷窥啦还不知道呐
一亿公里 一亿公里的时候，地球在那里？
一千万公里 可以看到了，地球，月球 呵呵
一百万公里 这个是什么？
十万公里 啊，地球！
一万公里
怎么会这么巧涅？从 10 亿光年一路看下来正对着的竟是美国。用 一万公里的视野看地球，这是神的视角。
1000 公里
经常玩 GE 的朋友都看的出来吧，这是北美五大湖区中的密歇根 湖，框住的城市就是芝加哥。
1埃
原子是由原子核和电子组成的。这个是密布的电子云，我们能看 到原子核外的电子云比较浓。
10 皮米
原子核外围的浓密电子云。仿佛又回到了浩瀚无边的宇宙。这样 来看每个原子都像是个小宇宙，我们的世界就这样的周而复始着，不 寒而栗...
1 皮米
穿过最浓的电子云，发现更近核的地方反倒清净。中间的就是原子核。
十万光年
我们的太阳系位于银河系螺旋翼内侧的边缘，距离银河系中心大约 2.5 万光 年。于是，我们把视野收回到 1 万光年的数量级，聚焦在银河系若干触角般螺 旋翼中的一条上面。
微观世界的探索者——记清华大学物理系教授熊启华
究工作成功的要素。
而熊启华能够在凝聚态光谱学和光子学等研究领域取得令人瞩目的成绩，也离不开这三个要素，离不开这20多年的不懈努力与坚守。
“科学研究需要有品位和定力，不能仅仅跟风去做时下热门的东西，而应对自己兴趣所在的领域做深入研究和积累。
”熊启华坦言道。
本科时期，熊启华就读的武汉大学物理系，是我国最有影响力的物理院系之一。
老一辈著名物理学家查谦、桂质廷、张承修、李国鼎、周如松等都曾在此执教。
在厚重的人文底蕴和优良的学术氛围熏陶下，熊启华对物理研究产生了浓厚的兴趣。
1997年毕业时，熊启华凭借优异的成绩被保送到了中国科学院上海原子核研
创新之路Way of Innovation
研究团队合影。
如何引导学生从宏观世界过渡到微观领域
如何引导学生从宏观世界过渡到微观领域作者：杨美华来源：《中学教学参考·理科版》2014年第11期化学是初三新开的一门课程，趣味横生的化学实验提高了初次接触化学的学生的学习兴趣。
但随着学习的深入，化学学习由宏观世界进入到了抽象的微观领域。
从分子和原子开始，各种微观术语让学生难以理解，更别谈把宏观和微观有机地联系并相互转化。
如何帮助学生越过此分水岭，树立微粒观，使学生初步理解化学现象的本质，已成为每位化学教师迫切需要解决的课题。
笔者所在学校是一所城镇的市直中学，课堂中常用到多媒体，但单纯的多媒体课件不足以帮助学生完全理解所学内容，况且部分学生缺乏自主学习意识，需要教师的引领监督。
为了让学生更好地理解微观世界，在教学中笔者总结了以下授课方法。
方法一：运用现代化手段建立微观世界如在讲述“水的三态变化”时，笔者把水分子拟人化，设计出Flash动画，形象地展示出水的三态变化只是分子的间隔发生变化，分子本身并没有变化，简单易懂、一目了然，而且设计成卡通形象，学生也很感兴趣。
方法二：学生自绘原子结构图笔者将科学家认识原子的过程的有关材料事先制成PPT，通过投影的方式让学生阅读和分析，并请学生按照自己的想象进行绘图。
对于这种方法，刚开始时学生的兴趣并不高，只有少数学生积极配合。
但当笔者展示同学们的作品时，课堂气氛一下子活跃起来，更有不少学生利用课下的时间进行了想象绘图。
为了更好地调动学生的积极性，笔者把他们的作品放在了班级的学科展示栏里进行展示，让他们在交流共享的过程中，感受科学发展的进程，增进对原子结构的认识。
方法三：自制分子模型，让学生了解粒子构成笔者从学生的实际生活中就地取材，利用弹力球做成了水分子的模型，让学生通过实物了解分子是由原子构成的，再设置实践活动：拆分水分子，组建氢气、氧气的分子模型，让学生认识到分子是化学变化中的最小单位，化学变化的实质是分子拆分成原子，原子重新组合成新的分子。
自制的分子模型虽然简单、粗糙，但是比起看得见、摸不着的精致图片更加生动、具体，也更有助于学生微观世界的建立。
宏观与微观的观察角度高考作文
宏观与微观的观察角度高考作文《宏观与微观的观察角度》咱就说，这世界有时候真挺神奇的，同一件事儿，从宏观和微观的角度去看，那差别可大了去了。
我就拿咱都熟悉的旅游来说吧。
从宏观的角度看，旅游那就是人口的大规模流动，各种数据图表噌噌往上跳，什么旅游总收入啦，游客数量啦，热门景点排名啦。
一到节假日，新闻里就开始播报各个旅游城市迎来了多少多少游客，消费增长了多少多少，这是宏观视角下的旅游，全是大数字，大趋势。
但要是咱把这观察角度一换，从微观的角度去瞅瞅，那可就有意思多了。
就说我上次去一个古镇的经历吧。
我到那的时候，天刚蒙蒙亮，整个古镇还沉浸在一种安静祥和的氛围里。
石板路上湿漉漉的，像是刚被一场细雨轻抚过。
我沿着小路慢慢走着，街边的店铺大多还没开门，只有几家早餐店冒着腾腾的热气。
我走进了一家小小的面馆，店里只有几张桌子，老板是个热情的大叔，一边熟练地煮着面，一边跟我唠嗑。
他说他家的面那可是祖传的手艺，这古镇上的人都好这一口。
我看着他把面条放进锅里，那升腾起来的水汽一下子模糊了他的脸，让我感觉仿佛置身于一场温暖的梦境之中。
我坐在那，细细打量着这个小店。
墙上挂着一些旧照片，都是老板一家的生活瞬间，有孩子的生日照，有过年时的全家福。
角落里还放着一台老式收音机，正放着一首悠扬的老歌。
那一刻，我突然觉得，这就是微观世界里的旅游，没有什么大数据，没有什么热门景点排名，有的只是这一方小小的天地，和这里面真实而温暖的生活。
吃完面，我继续在古镇里溜达。
路过一家手工艺品店，店门口坐着一位老奶奶，正专心地织着一只小篮子。
她的手指虽然有些粗糙，但动作却异常灵活，那竹条在她手中上下翻飞，不一会儿，小篮子的雏形就出来了。
我站在那看了好久，老奶奶也不介意，还笑着跟我讲解这编织的技巧。
我发现，她的眼睛里有一种专注和热爱，那是她对这份手艺的执着。
在这个小小的店里，每一件手工艺品都仿佛有着自己的故事，它们不是为了迎合游客的口味而生产，而是老奶奶用心创造出来的宝贝。
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0 10
1米
我们离这些 叶子的距离 是一米
1 10
10 米
我们开始“ 向 上”的 旅行...
2 10
100 米
离开地面这么 高可以看到房 屋和整个花园 ...
3 10
1 公里
现在我们要改 用公里作单位 了... 现在大概可以 跳伞了...
4 10
10公里
可以看到整个 城市，但看不 到房子了
19 10
1,000 光年 到这里，我 们开始进入 银河系的边 缘...
20 10
10,000光年
我们正在穿过 庞大的银河系...
21 10
100,000光年
我们已经到达 了银河系的边 缘...
21 10
100,000光年
我们就要向银河系告别了，再回头看看这个奇妙的 天体吧！
22 10
1 百万光年
5 10
100 公里
在这个高度 可以看到地 形图
6 10
1.000 公里
典型的卫星
照片
7 10
10.000 公里
北半球和部分非洲ຫໍສະໝຸດ 8 10100.000 公里
地球开始变 小了...
9 10
1 百万公里
地球和月亮 的规道用白 色表示...
10 10
10 百万公里
地球的轨道用 蓝色表示
11 10
22 10
21 10
20 10
19 10
18 10
17 10
16 10
15 10
14 10
13 10
12 10
11 10
10 10
9 10
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4 10
我们不禁要问 几个问题 ... 我们是谁? 我们在这里做 什么？ 我们从哪里来的？ 我们往哪里去?
在一光年的 距离，太阳 就显得更小 了，而且快 要消失了
16 10
4 光年
这是我们太阳系的近邻，她叫阿拉法星系群，离我 们有4光年的距离。这是哈伯望远镜拍摄的照片....
17 10
10 光年
太阳和她的家 庭都消失在浩 瀚的宇宙中了...
18 10
100 光年
所能看到的仅 仅是漫天的繁 星和星云了...
100 百万公里
一部分金星和地 球的轨道
12 10
十亿公里
水星，金星， 地球，火星以 及木星的轨道
13 10
10 十亿公里 在此高度我 们可以看到 整个太阳系 和各个行星 的轨道
14 10
100 十亿公里
太阳系开始变 小了
15 10
1 兆公里
太阳只是千 万颗星中的 一颗小星了
16 10
1 光年
-12 10
1 微微米
在电子轨道与原子核之 间的巨大空间...
-13 10
100 微微微米
在这难以想象的微小 空间里，我们就可以 看到原子和原子核了...
-14 10
10 微微微米
现在我们可以观察 到碳原子核的里面 了...
-15 10
1 微微微米
到这里，我 们进入了科 学领域的遐 想区，与质 子面对面了 ...
-2 10
1 厘米
从这个距离，我们 可以看叶子的结构 就比较清楚了
-3 10
1 毫米
细胞结构的轮 廓已经开始出 现了
-4 10
100 微米
细胞就清楚 可见了... 你可以看细 胞之间的连 接链和组合 ...
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10 微米
让我们开始 进入细胞的 旅行
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1 微米
细胞核清楚 可见了...
-10 10
1 原子单位
在这里你看见了一片云 雾... 其实这些都是组成 物质世界的碳原子。 你还记得太空中浩瀚的 宇宙吗？在这里你所看 到的是否一样呢？ 看到微观宇宙和宏观宇 宙间的相似之处了吧...
太奇妙了...
-11 10
10 微微米
在这微观世 界里，你可 以看到电子 有规律地围 绕着原子运 转; 就像地 球围绕太阳 转一样...
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100 微粒子
看到这些比原子 更小的粒子，我 们已经到达了现 代微观科学的尽 头。 人类有限的能力 已经不能再往下 走了，这也就是 物质的极限了...
我们从宏观世界到微观世界的旅行结束了 ... 让我们思考几个重要的问题...
在这宏观宇宙的极限和微观宇宙的极限背后又是什么 呢？
还有没有其他的极限呢? 谁是宇宙的中心呢？是你还是神呢？ 你是不是神创造中的特别受造之物呢？
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或者说...我们 在宇宙中代表 了什么？
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在刚才宏观世 界向上的旅行 中我们到了 1022米
1 10
现在让我们 进入物质世 界，做一次 “向下”的微 观世界的 旅行...
0 10
现在我们到达 了当初的起点 上，可以伸手 摸到那些树叶 了...
-1 10
10 厘米
如果比10厘米 更近的话，我 们可以看清叶 脉了...
我们要做一次高速的旅行 每次前进的速度都是十的指数
比如：100 = 1米； 101 = 10米；102 = 100米；103 = 1000米 104 =10000米；105 =100000米 1023 = 100000000000000000000000米 然后，再让我们回到起点上；用同样的速度向反方向进发， 直到科学所能够探索到的微观世界为止 观察过宇宙的浩瀚又看到微观世界的奇妙， 想一想人还有多少需要学习的，造物主是多么的伟大
在这里我们也 可以看到其他 的银河系了...
23 10
- 10 百万光年
到这里，所有的银河系都显得非常渺小 了，银河系之间充满了浩瀚的空间。 整个宇宙都在按照神所创造的有规律的 有秩序地运行着... 前面的路还很长很长，马上就要进入一 个奇妙的“黑物质”领域，也就是说那 里有许多天体是我们无法看到的，必须 用特别的仪器才能去看了... 这已经够 了 我们往回走吧，别忘了！我们还要去微 观世界去看看呢
请注意，我们“向下”的旅行仅到了10-16米，就 达到了不可知的界限了。我们“向上”的旅行到了 1023米也停下来了...
其实，我们还可以继续探索和想象在一切的物质极 限以外是什么呢? 那超物质的存在又是什么呢？ 归根结底...
...我们有什么理由相信这一切都是偶然的巧合呢？
...我们又有什么理由不相信这一切是智慧的设计呢 ？
完...
-7 10
1.000 原子单位
我们再一次改 变了我们的测 量的单位，以 便于我们量度 微观世界的物质， 在这里你可以 看到叶子的染 色体了
-8 10
100 原子单位
在这个微观的 宇宙中，植物 的 DNA 链已 经可以清晰可 见了.
-9 10
10 原子单位
到这里，你可 以清楚地看到 染色体的组织 结构了...