萬物簡史解讀系列4-1:沒有什麽是不可能的，只有想不到的。
1
壹個新時代的黎明已經到來。
19世紀是物理學大豐收的時代。科學家們都覺得他們似乎已經解開了物理學的大部分謎團。發現了很多規律，發明了很多儀器，現在沒什麽好研究的了。
但是德國的馬普不這麽認為。他認為理論物理還有待研究。於是，他首先開始研究熱力學的核心問題熵，卻發現已經有學者發表了成果。於是，他轉而研究光以太，即光在空間傳播的空間介質。
這時，還有其他科學家在研究光以太。阿爾伯特·邁克耳孫和愛德華·莫雷值得壹提。
在這裏，我給大家講壹個關於邁克爾遜傳奇的小故事。
據說邁克爾遜的父親是壹個猶太小商人，家裏太窮，送不起他上大學。邁克爾遜想了壹個辦法，每天走在白宮門前，希望能遇到總統，以求好運。果然，好事多磨。他居然邊走邊贏得了總統的好感，送他去美國海軍學院學習物理。
所謂“只有想不到的，沒有做不到的。”我說的是邁克爾遜看似偶然，實則必然的運氣。
真正讓邁克爾遜出名的是他和莫雷合作的壹個光學以太實驗。在這個實驗中，他們發現光在任何方向和任何季節都是壹樣的。這與牛頓之前“光穿越以太時速度不同”的論斷完全相反。也就是說牛頓第壹次被證明是錯的，他的定律並不是在所有情況下都適用的！
2
物理研究正在悄然發生變化，從宏觀物理到微觀物理。
馬克斯·普朗克，壹個研究熵多年的倒黴蛋，42歲又有新成就。他以著名的“量子論”打開了量子時代的大門。
他認為，能量不是像流水壹樣的連續波，而是通過數據包傳輸的量子。光不壹定會波動。這壹理論成為現代物理學的基礎。
從65438年到0905年，阿爾伯特·愛因斯坦在《物理學年鑒》上發表了壹系列論文，將物理學的研究推向了壹個新的高度。後來在此基礎上發展了他最著名的狹義相對論和廣義相對論，具有跨時代的意義。
狹義相對論認為質量和能量是等價的。它們是同壹事物的兩種形式。每壹個物體都包含著巨大的能量。它解釋了輻射的產生和光速不變，證明了光以太的不存在。
廣義相對論提出了引力的概念，認為空間和時間不是絕對的，而是相對於觀察者和被觀察者而言的；壹個人的動作越快，這種影響就會越明顯。時間是可以改變的，不斷變化的，甚至是形狀。宇宙的中心總是在膨脹或收縮。但局限性在於，他提出了壹個宇宙常數，以迎合當時流行的永恒宇宙觀。
在愛因斯坦之後，其他科學家補充了他的相對論。
例如，斯萊弗提出“宇宙不是靜止的”。哈勃認為宇宙不僅有銀河系，還有其他星系；所有的星系都在遠離我們，離我們越遠的星系，退行的速度越快。換句話說，宇宙不是恒定的，而是不斷向外膨脹的，根本沒有固定的宇宙常數。後來，基於這些發現，勒邁特提出了類似於現在的“大爆炸理論”的“煙花理論”。
三
宇宙如此浩瀚，生命卻如此渺小。
當物理學家們把望遠鏡瞄準天空中的大宇宙時，他們並沒有忘記更微觀的小宇宙——原子世界。
著名物理學家理查德·費曼曾經說過:“壹切都是由原子構成的。”
它們很小，只有1 mm的十分之壹左右；有很多，我們每個人至少有654.38+0億個原子；他們長壽，堅不可摧。它們不會因為妳短暫的生命而消失，而是會找到自己的用處。換句話說，也許妳體內有莎士比亞的原子。
極小、眾多、永恒，這是原子的三大特性。這三個特征是約翰·道爾頓首先發現的。
約翰·道爾頓(John dalton)，壹個出生在英國貧窮織布工家庭的孩子，在12歲時成為當地貴格會學校的校長，是壹個通讀牛頓原理的天才。25歲時，他開始在曼徹斯特生活，在壹所小巷小學教孩子們加減乘除。他在1808出版的《化學哲學的體系》壹書中，首次描述了原子的本質以及不同的原子是如何結合的。
我最佩服約翰·道爾頓的是他壹生的勤奮和淡泊名利。
遠離名氣，名氣就近了。
他是皇家學會的成員，有很多勛章和很高的退休金。他死的時候，有4萬人被埋葬。在英國名人詞典中，他是詞條數量最多的三位科學家之壹，僅次於達爾文和萊爾。
四
但當時的現實是，很多人還是懷疑原子的存在，因為沒有依據。直到1905年，愛因斯坦才在《論布朗運動》壹文中首次提出了原子存在的證據。可惜沒幾個人關註。
真正讓科學家認識到原子存在的英雄是天才歐內斯特·盧瑟福。
他揭示了原子的結構和性質，認為原子是由原子核和電子組成的。電子圍繞原子核的運動不像行星圍繞太陽的運動，而更像電風扇旋轉時的葉片。
但是，它有問題。比如繞原子核運行的電子會不會碰撞？帶正電的質子如何能壹起留在原子核內，而不把自己和原子的其余部分炸成碎片？
前壹個問題是盧瑟福的同事尼爾斯·玻爾回答的。他在1913的論文《論原子和分子的結構》中提出，電子只能停留在明確定義的軌道上，但可以通過“量子躍遷”轉移到不同的軌道上，而不會飛入原子核。
關於後壹個問題，盧瑟福自己有了新的發現:原子核之所以不會爆炸，是因為質子的正電荷被中子抵消了。
但是新的問題出現了。科學家發現，電子的行為有時像波，有時像粒子。比如路易-維克托·德布羅意王子說，“如果電子是波，電子行為中的壹些異常就會消失。”
這種矛盾讓物理學家陷入了兩難的境地。歐文·薛定諤和海森堡分別提出了兩種完全相反的理論:波動力學和矩陣力學。
這種矛盾的局面首先被海森堡打破，他提出了海森堡的測不準原理，認為妳只有觀察到壹個電子才能確認它的存在，而在此之前，妳無法預測它在特定時刻的位置。
更多的科學研究結果也證明，原子是沒有形狀的，電子更像是沒有固定形狀的雲。
1925年，wohlganpauli提出了“不相容原理”，認為即使成對的壹些亞原子粒子相距很遠，其中壹方也會立即知道另壹方的情況，姐妹粒子會以相反的方向和相同的速度旋轉。
薛定諤著名的思想實驗“薛定諤的貓”，說明了量子世界的直觀性。
五
但是愛因斯坦不喜歡量子理論。他說，“上帝不擲骰子”。
不管他喜不喜歡，物理學有兩套定律:小世界的量子論和大宇宙的相對論。
相對論引力可以解釋行星為什麽圍著太陽轉，但在粒子層面，只能說不能，只有量子理論才能解釋原子為什麽會走到壹起，還用了什麽別的力。
1945年，原子彈在日本爆炸，因為邪惡的戰爭，似乎讓人們對原子有了更多的了解。
但這件事也在告訴人類，科學玩不好，也可能毀滅人類。
不是所有的科學探索都是輝煌的，有時也是臭名昭著的。
下次，我們將講述壹個科學史上關於貪婪和死亡的故事。
(未完待續)
壹生致力於讀經典的書，寫厚重的文字，過深刻的生活。我是杜豆豆，感謝您的關註。
作者簡介:杜豆豆，從事IT 20多年，學過英語、計算機、美學、心理學。早年出道，後供職於多家世界知名IT外企。現在他在壹個研究所工作。書蟲是閑時碼的碼字。也是多個平臺的簽約作者，會員合夥人，萬卷好書工作室，萬卷好書讀書會創始人。