第一章 物理史話

尋求一切物質的基本結構及其運動的統一規律是物理學最最根本的目的，經歷了數千年，自從物理學問世以來就孜孜不倦地追循著這一目的而從未改變。

關於基本粒子的學說可以追述到古希臘德漠克里特斯（公元前460~公元前370年）。大約在公元前四百年，德漠克里特斯就提出了原子論。他認為大千世界由虛空和原子構成，原子不生不滅是物質能夠分割的最小單位，這種觀點持續了兩千多年。

公元前340年，古希臘哲學家亞里士多德（公元前384~前322年），在他的《論天》一書中，就對地球不是平板而是一個圓球這一論點提出過很好的論據。從亞里士多德——托勒密（100~170年）的地心說到哥白尼——伽利略的日心說的演化過程就用了2000年的時間。

1514年波蘭天文學家哥白尼（1473~1543年）提出了「日心說」的正確觀點：太陽靜止地位於中心，而地球和其它行星繞著太陽作圓周運動。日心說與聖經不符，這一觀點對當時占統治地位的教會勢力來說是大逆不道的，當時他們一貫宣揚的是唯心主義的「地心說」，唯恐哥白尼的「日心說」衝擊他們的統治地位，他們對哥白尼進行了迫害。哥白尼所創立的「日心說」使自然科學從宗教神學的桎梏中解放了出來，開創了天文學的新紀元，是人類在天體認識史上的一個里程碑。他所闡述「日心說」的不朽著作《天體運行論》在剛開始出版時就被列為**，遭到殘酷迫害。繼哥白尼之後，布魯諾，伽里略等人為了捍衛宣傳哥白尼「日心說」而壯烈地獻出了自己的生命，寫就了科學史上的兩大慘案：天文學家布魯諾（1548~1600年）因為擁護哥白尼，竟然敢說地球不是宇宙的中心，被教會活活燒死。伽里略用自製望遠鏡首次觀察了天體，宣告了一個和哥白尼學說完全符合的世界，並對「日心說」作了嚴密的論證，他的論著《對話》也被列為**，自身被終生軟禁，最後雙目失明死在獄中。經過100多年長期艱難曲折的歷程，「日心說」使科學大步向前發展。

值得再用重筆一描的是伽里略（1564~1642年）可能比任何其它人更有資格稱為近代科學的奠基人。他最早做出論斷：「人類有望理解世界是怎樣運行的，而且我們還能通過觀察現實世界來做到這一點。」為此與天主教會發生了名聞遐邇的衝突。他舉證公開支持了哥白尼的「日心說」遭到教會的鎮壓。他在教會的嚴密監視審查下獲准出版的《關於兩個主要世界體系的對話》，也是被世人歡呼為文學和哲學的傑作，1642年他第二本專著《兩種新科學》一書，甚至比哥白尼更進一步成為現代物理學的起源。他在比薩斜塔作的自由落體試驗被牛頓在1687年出版的《數學原理》中首次敘述出來，並被稱為牛頓第一定律。

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伊薩克.牛頓（1642~1727年）這位被人們形象描述為由蘋果掉到腦袋上而發現了萬有引力的科學巨匠，可稱之為人類歷史上具有劃時代意義的最偉大的科學家。曾任過英國劍橋大學的盧卡遜數學教授。在富有學術傳統的劍橋大學，這是一個崇高的教授職位。他被任命為皇家學會主席並成為第一個被授予爵士的科學家。1687年牛頓爵士出版了他的《數學的自然哲學原理》，這是一本物理學有史以來最有影響的書。也是物理學中一塊最重要的里程碑。很快他就成為名重一時的人物。牛頓三大定律，成為今後千百年照亮整個物理學光輝前程的指路明燈。牛頓從經典物理學的研究成果中提出了「絕對時空觀」。牛頓和德國哲學家高特夫瑞德.萊布尼茲各自獨立地發展了微積分的數學分支。它是大部分近代物理學的基礎。現在大家已知牛頓發現微積分要比萊布尼茲還要早若干年，可惜他很晚才出版他的著作，以至於落後於萊布尼茲出書之後；為此兩人之間發生過激烈的長期的爭吵。

1609年德國天文學家開普勒（1571~1630年）曾對哥白尼理論進行過修正，認為行星不是沿圓周而是沿橢圓運動。從而使預言最終和觀察相互一致。1687年牛頓在他的著作中進一步指出，根據他的定律，引力使月亮沿著橢圓軌道繞著地球運行，而地球和其它行星沿著橢圓軌道繞著太陽公轉。

可以說從牛頓時代起物理學掀開了新的一頁篇章，由牛頓創建的經典力學，開始幾近完美地揭示了物理的奧秘，而整個物理世界也總是那麼循規蹈矩地沿著經典力學所刻劃出來的規律近乎一絲不苟地演變。而以後的幾百年時間裡，整個物理學的工作也就是為這經典力學再增加些的內容，為這牛頓所構築的經典物理大廈添磚加瓦，使其更加完美，除此之外整個物理界好象也就沒有什麼其它實質性的工作，也沒有什麼新的發展。幾百年中物理學好象也沒遇到過什麼解決不了的問題，就是偶而出現了什麼新東西，用經典物理的理論敷衍一下也就沒有什麼解釋不了的了。

早在19世紀初，英國化學家道爾頓（1766~1844年）發表了著名的原子學說，他認為自然界存在著不可分割的原子，不同元素的原子具有不同的質量。原子各自以簡單整數比結合成化合物。原子學說合理解釋了當時已知的化學現象和有關的化學反應重量關係定律，所以迅速為當時的化學界所承認；對化學的發展做出了重大貢獻。但它還有些不正確的地方：認為單質是同類原子的堆積而忽略了單質分子的存在。這一錯誤論斷也給以後化學發展帶去了巨大的困惑。另外，它採用了原子這一名稱和公元前400年時德漠克里特斯的關於基本粒子的原子論混淆了。以至於在原子核、質子、中子、電子、夸克、輕子被發現時給德漠克里特斯的原子論帶去了不應有的抵毀；關於這點其實在1899年湯姆遜發現電子時人們開始知道原子內部還有更小的粒子在運動。

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