VCE 物理/單元 1/AoS 3: 物質是什麼，它是如何形成的？
在本學習領域中，學生探索物質的性質，並思考原子、時間和空間的起源。他們考察了目前公認的關於構成原子核的理論，原子核內的力和如何從原子核中獲得能量。
本學習領域的描述有些“奇怪”，原因如下：
- 它迴避使用“宇宙學”來描述宇宙起源和演化的研究，以及“核物理學”來總結原子核的研究。這就像學習 經典力學，但沒有被告知它被稱為什麼。
- 顯然，我們正在考慮“原子的起源……”。為什麼要挑原子？它們並不是粒子動物園中一個特別基本的子集。夸克、輕子、原子核、分子或其他子集如強子呢？如果這句話改為“物質、時間和空間的起源”，會更有意義。
- “他們考察了目前公認的關於構成原子核的理論……”。文字似乎暗示我們目前的原子核理論正處於變化之中；這對我來說是新聞！當然，我們知道我們需要對理論進行一些修改，才能將標準模型和廣義相對論結合起來，但任何這樣的改變都不會顯著影響我們對原子核的理解。任何改變主要會影響我們對普朗克尺度（或類似尺度）宇宙的理解，並且可能對我們對宇宙某些方面（如黑洞）的理解有所貢獻。我們如何知道這一點？……因為我們目前可以非常準確地計算原子核是如何工作的（理論計算與實驗值非常吻合）。幾乎沒有改變的空間。我們進行精確計算的能力在質子或中子的亞結構層面往往會失效，但即使這樣，問題是我們進行理論所規定的數學的能力，而不是理論本身的任何問題。因此，例如，我們最近才開始很好地回答諸如“是什麼構成了質子的質量，各個方面貢獻了多少？”之類的問題。有易於理解的文章介紹了最近在這方面的研究，這表明我們的努力一直集中在量子色動力學（QCD，標準模型的相關部分）的計算方面，而不是對 QCD 本身有效性的懷疑——最近的進展是由於計算能力的進步，加上改進的數學技術。
最後一點關於科學運作方式的論點非常重要。是的，我們對宇宙的理解隨著時間的推移而不斷發展。然而，它不是拋棄我們之前獲得的理解，而是建立在它之上。自牛頓時代以來，我們對宇宙的理解不斷得到完善，這一點尤其明顯。例如，愛因斯坦並沒有“證明牛頓是錯誤的”，他是在牛頓工作的基礎上，將能量和動量等概念的適用性擴充套件到了牛頓時代無法透過實驗獲得的宇宙方面。在低速（與光速相比很小）情況下，狹義相對論近似於牛頓力學。牛頓並沒有“錯”，他的想法不僅僅是“目前公認的”，而是因為基於該理論的計算與實驗一次又一次地吻合而被證明是正確的……而且它們仍然是正確的，達到相當高的精度。他的想法只是需要根據我們不斷擴充套件的探索宇宙的能力來擴充套件。因此，我們對原子核的理解不會受到當前理論任何進一步變化的影響，就像狹義相對論的出現沒有影響我們在汽車製造等領域使用經典力學的方式一樣。學生們不會僅僅學習“目前公認的構成原子核的理論”，他們會學習永遠被理解為構成原子核的東西，因為這種理解已經得到了幾乎無數次實驗的證實。