是靜止，還是運(yùn)動(dòng)

襄邑道中

[宋]陳與義

飛花兩岸照船紅。百里榆堤半日風(fēng)。

臥看滿(mǎn)天云不動(dòng)。不知云與我俱東。

作者簡(jiǎn)介

許秀華，畢業(yè)于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。從事科技記者、醫(yī)學(xué)記者等職，科普作家、中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)會(huì)員，薯有少兒科普書(shū)《超級(jí)農(nóng)業(yè)》（北師大出版社）、孕產(chǎn)期保健科曹書(shū)《媽媽寶貝愛(ài)妻錄》（科學(xué)出版社）、《盧良恕院士傳》（人民出版社），全程執(zhí)筆《轉(zhuǎn)基因，給世界多個(gè)選擇》（農(nóng)業(yè)出版社，獲2014年全國(guó)優(yōu)秀科曹作品獎(jiǎng)）、《南水奇遇記》（水利出版社），為《科學(xué)大眾》《生命世界》等多家少兒科普雜志撰稿人。

動(dòng)還是沒(méi)動(dòng)？

讀完這首詩(shī)，同學(xué)們有沒(méi)有這樣的疑問(wèn)：到底小船走沒(méi)走呢？云彩動(dòng)沒(méi)動(dòng)呢？抑或另有其他玄妙？在回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先做一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)?；蛟S有同學(xué)會(huì)納悶：什么是思想實(shí)驗(yàn)？思想實(shí)驗(yàn)就是不用準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，不用動(dòng)手，我們?cè)诖竽X里想象出實(shí)驗(yàn)的每個(gè)步驟和場(chǎng)景，然后靠著邏輯推演得到可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

現(xiàn)在，假設(shè)你坐在高鐵里，正在祖國(guó)的大地上風(fēng)馳電掣地前行。你看，小桌板上的杯子在動(dòng)嗎？答案是不動(dòng)。

要是你站在火車(chē)外面的地面上，當(dāng)高鐵飛馳而過(guò)時(shí)，你眼中的杯子還是巋然不動(dòng)嗎？答案是杯子在動(dòng)。

那么，小桌板和杯子到底動(dòng)還是不動(dòng)呢？用物理學(xué)的專(zhuān)業(yè)名詞說(shuō)，是運(yùn)動(dòng)還是靜止的呢？

這個(gè)問(wèn)題可不像學(xué)?？荚囈粯?，有標(biāo)準(zhǔn)答案。杯子到底動(dòng)還是不動(dòng)，要看誰(shuí)在觀察、誰(shuí)在發(fā)言。那豈不是公說(shuō)公有理、婆說(shuō)婆有理，莫衷一是？

在物理學(xué)上，運(yùn)動(dòng)有標(biāo)準(zhǔn)答案，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的;靜止可沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，因?yàn)殪o止是相對(duì)的。在宇宙中，從個(gè)頭最大的家伙，比如星系、星體，到個(gè)頭最小的家伙，比如原子、夸克等，所有的物體都在不停地運(yùn)動(dòng)。

“坐地日行八萬(wàn)里，巡天遙看一千河?！钡厍驀?yáng)轉(zhuǎn)，地球也在不停地自轉(zhuǎn)。因此，生活在地球上的我們也在太陽(yáng)系里不停地運(yùn)動(dòng)著！而且24小時(shí)一個(gè)自轉(zhuǎn)，我們就走了有4萬(wàn)千米！地球繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)系繞著銀河系運(yùn)動(dòng)，銀河系又繞著更大的星系在宇宙中運(yùn)動(dòng)。要是這么算下來(lái)，我們每天坐地日行的里程數(shù)可不止4萬(wàn)千米。

小小的分子也在不停地運(yùn)動(dòng)，小小的原子也在運(yùn)動(dòng)，原子里的電子在運(yùn)動(dòng)，原子核里的質(zhì)子和中子都在運(yùn)動(dòng)。所以，整個(gè)宇宙都在不停地運(yùn)動(dòng)之中，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的。

如果運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，那靜止還有什么意義呢？靜止當(dāng)然是有意義的。媽媽告訴孩子待在原地不動(dòng)，等待自己回來(lái)，孩子的靜止是有意義的;火車(chē)上的小桌板被固定在座椅背后，不會(huì)隨意地晃動(dòng)，小桌板的靜止是有意義的;杯子老老實(shí)實(shí)地待在桌子上，不會(huì)移動(dòng)、摔倒，甚至灑出熱水燙傷人，杯子的靜止是有意義的。

運(yùn)動(dòng)還是靜止，誰(shuí)說(shuō)了算？

那我們?nèi)绾闻袛嗤獠课矬w是在運(yùn)動(dòng)還是靜止的呢？很簡(jiǎn)單，通過(guò)我們的眼睛去觀察，用眼睛測(cè)量物體和我們之間的距離。如果物體與我們的距離一直在改變，我們就認(rèn)為物體在運(yùn)動(dòng)。如果物體的方向一直在變化，我們也會(huì)認(rèn)為物體在運(yùn)動(dòng)。

為什么會(huì)很不客觀地在上面的兩句話(huà)中特意加入了“我們”？因?yàn)榧热皇怯^察，就有觀察主體。既然有了觀察主體，就有了觀察主體的立場(chǎng)問(wèn)題。

比如高鐵上，在座位上的乘客看來(lái)，小桌板、水杯都是靜止的，因?yàn)橛^察者和它們彼此之間的距離和方向沒(méi)有發(fā)生改變。但是，在高鐵外路基上的觀察者看來(lái)，高鐵、乘客、小桌板、水杯都是運(yùn)動(dòng)的，因?yàn)橛^察者和他們之間的距離甚至方向都在改變。

我們還回到文章開(kāi)頭的那首詩(shī)上。對(duì)于小船上的詩(shī)人來(lái)說(shuō)，小船向東行駛，云彩和小船以同樣的速度也向東行駛。詩(shī)人身在船上，但與小船、云彩的相對(duì)距離及方向都沒(méi)有改變，所以詩(shī)人才會(huì)有“臥看滿(mǎn)天云不動(dòng)，不知云與我俱東”的感慨。而兩岸的飛花與百里榆堤則是迎面而來(lái)，又飛速退后。

所以，在物理學(xué)上，對(duì)于運(yùn)動(dòng)和靜止還真是沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。個(gè)物體是運(yùn)動(dòng)還是靜止，取決于觀察者的視角，并且由觀察者進(jìn)行定義。換句話(huà)說(shuō)，就是觀察者說(shuō)了算！

以參照物為準(zhǔn)

要是對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止的判斷這么隨意，那世界不是亂套了？為了避免這種混亂，物理學(xué)家們提出了參照物的概念：參照物就是假設(shè)靜止不動(dòng)的物體。根據(jù)與這個(gè)參照物的距離是否在變化，判斷其他物體是否在運(yùn)動(dòng)。

為了避免混亂，人們一般把地球作為參照物，默認(rèn)地球上那些很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都不變換位置的東西為靜止的，比如山川、房屋、公路，這樣就不會(huì)每個(gè)人都有自己的說(shuō)法。

參照物不是固定的，參照物可以根據(jù)我們的觀察需要而改變。當(dāng)我們身處運(yùn)動(dòng)的物體內(nèi)部時(shí)，為了更好地辨別身邊物體的運(yùn)動(dòng)情況，我們可以把高鐵、飛機(jī)、電梯、輪船作為參照物。

在文章開(kāi)頭的這首詩(shī)中，詩(shī)人就是善于利用參照物的大師。他以自己乘坐的小船為參照物，寫(xiě)出了“臥看滿(mǎn)天云不動(dòng)，不知云與我俱東”——天上的云彩和他乘坐的小船同步運(yùn)動(dòng)的既視感。