這是一篇關(guān)于科學(xué)簡史的文章，通過時(shí)間線的方式，羅列了科學(xué)史上的大事件。斗轉(zhuǎn)星移，大浪淘沙，科學(xué)巨人們仿佛璀璨的星辰，永遠(yuǎn)點(diǎn)綴在歷史的長河中。
回顧科學(xué)史，我們首先要明確科學(xué)的概念?？茖W(xué)和偽科學(xué)有什么區(qū)別，為什么有些民科讓人反感，什么是真正的科學(xué)？
科學(xué)是具有可證偽性，和可預(yù)測性的，缺少一個(gè)，他都不是科學(xué)。最經(jīng)典的例子是黑烏鴉的故事。
思想實(shí)驗(yàn)。例子，伽利略的羽毛和小石塊的思想實(shí)驗(yàn)；粒子通過雙縫的思想實(shí)驗(yàn)。
奧卡姆剃刀，如無必要，勿增實(shí)體。也就是說，假設(shè)越少的理論越可能正確。
佯謬，看起來是不可能的，但是被實(shí)驗(yàn)證明確實(shí)是正確的。
古希臘，人們認(rèn)為光是一種微粒。
公元前300年左右，歐幾里得寫了《幾何原本》，從五條公理出發(fā)，推導(dǎo)了23個(gè)定理。
16世紀(jì)末，伽利略打下了牛頓經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。伽利略的思想實(shí)驗(yàn)非常牛逼?，F(xiàn)在我們一提到經(jīng)典物理學(xué)，首先印入腦海的就是牛頓。但是在牛頓之前，伽利略做出了兩個(gè)成就，直接為牛頓的成功打好了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。成就一：自由落體定律，不考慮空氣阻力，任何物體下落的速度一樣快。成就二：慣性定理，物體不受力或者受平衡力作用時(shí)，會(huì)有保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性，稱為慣性。伽利略設(shè)想了一種U型管，其一邊不斷放平，當(dāng)水平時(shí)，小球會(huì)滾到無限遠(yuǎn)。另外還有一個(gè)重要的貢獻(xiàn)的是提出相對性原理，即在任何慣性系中，力學(xué)規(guī)律保持不變。(所謂慣性系，就是靜止或者勻速運(yùn)動(dòng)的體系)
胡克，惠更斯等人通過衍射等現(xiàn)象，認(rèn)為光是一種波，光的波動(dòng)說開始流行。
1675年，一個(gè)天文學(xué)家羅默通過觀察木星證明了光速有限，計(jì)算出光速為22.5萬公里每秒。由此開啟了光速測量競賽。
1687年，牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，這是現(xiàn)代歷史上最重要的著作。書中的三大運(yùn)動(dòng)定律(慣性公式，加速度，作用力與反作用力)，居然能夠解釋宇宙中所有東西的運(yùn)動(dòng)！
牛頓是歷史上最最偉大的煉金師，同時(shí)也是偉大的物理學(xué)家，天文學(xué)家，數(shù)學(xué)家，哲學(xué)家，神學(xué)家，而且對英國金本位制確實(shí)也起到了關(guān)鍵作用。物理方面：三大運(yùn)動(dòng)定律，質(zhì)量守恒定律，能量守恒，動(dòng)量守恒，萬有引力。數(shù)學(xué)方面開創(chuàng)了微積分學(xué)科。天文方面反射式望遠(yuǎn)鏡，光學(xué)色散和牛頓環(huán)。金融方面金本位制。哎，絕對是歷史上絕無僅有的，跨越了這么多的學(xué)科，以后也不會(huì)有這樣的全才，因?yàn)楝F(xiàn)在學(xué)科分的越來越細(xì)了。
牛頓信奉的是絕對時(shí)空觀，即不論何種情況，如何運(yùn)動(dòng)，長度，時(shí)間，空間等物理量是不會(huì)變化的。
牛頓對光的看法是光是一種微粒，發(fā)表了《光學(xué)》，同時(shí)斥責(zé)了支持波動(dòng)學(xué)說的陣營，由于此時(shí)牛頓已經(jīng)成為科學(xué)泰斗，光的微粒說又開始占據(jù)了物理界主流。
1807年，托馬斯楊發(fā)表了《自然哲學(xué)講義》，描述了他那個(gè)名揚(yáng)四海的實(shí)驗(yàn)——光的雙縫干涉。光的波動(dòng)學(xué)說又起死回生。第二次波粒大戰(zhàn)又開始了。
決定性的時(shí)刻發(fā)生在1819年，在一次科學(xué)競賽中，泊松為了證明菲涅爾的波動(dòng)衍射理論的荒謬(按照他的理論，在圓盤的陰影中會(huì)由于衍射出現(xiàn)亮斑)當(dāng)場做了實(shí)驗(yàn)，然而在實(shí)驗(yàn)過程中，這個(gè)亮斑還真他娘的出現(xiàn)了！
隨后的日子里，光的微粒說節(jié)節(jié)敗退，把希望寄托于光在水中的速度，根據(jù)微粒說，光速在水中應(yīng)該更快，波動(dòng)說則相反。1819年，傅科測定了光在水中速度下降，徹底宣判了微粒說的死刑。
1849年，菲索在實(shí)驗(yàn)室中通過齒輪組成的巧妙裝置測定了光速31.5公里每秒，已經(jīng)非常接近真實(shí)的光速了。
1873年，麥克斯韋發(fā)表了神作，《論磁和電》，麥克斯韋認(rèn)為磁和電是同一種物質(zhì)的不同表現(xiàn)形式，他們的性質(zhì)和表現(xiàn)形式可以用麥克斯韋方程組表示。根據(jù)方程組，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在。
1888年，赫茲通過實(shí)驗(yàn)觀察到了電磁轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，確定了電磁理論的正確性，同時(shí)證實(shí)了光是電磁波的一種，為這座大廈封頂。
1897年，湯姆遜在研究陰極射線的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了電子的存在，打破了歷史以來原子不可再分的理念。但是在原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題上，湯姆遜提出了葡萄干模型。
19世紀(jì)是輝煌的世紀(jì)，物理大廈如此宏偉，如此堅(jiān)固，牛頓經(jīng)典力學(xué)，電磁學(xué)，熱力學(xué)三者囊括了宇宙中的一切，讓人們相信物理學(xué)已經(jīng)走到了盡頭，再也不會(huì)有什么新的發(fā)現(xiàn)了。然而在19世紀(jì)末，不斷有一些新的東西被發(fā)現(xiàn)，人們隱隱感到，有什么事情要發(fā)生了。物理學(xué)燦爛的天空上還漂浮著兩朵不起眼的烏云，誰也不知道，她們將帶來一場滅世的風(fēng)暴。
兩朵烏云分別是邁克爾遜--莫雷實(shí)驗(yàn)和黑體輻射的困境。邁克爾遜的實(shí)驗(yàn)是為了測量光沿著不同方向的速度來證明以太的存在，結(jié)果光在所有方向的速度都相同。這個(gè)實(shí)驗(yàn)意味著物理大廈的崩塌在即，因?yàn)橐蕴@個(gè)概念是經(jīng)典時(shí)空觀絕對運(yùn)動(dòng)的代表。黑體輻射的困境則是推導(dǎo)溫度和頻率之間的函數(shù)關(guān)系時(shí)出現(xiàn)的問題，兩個(gè)人分別推導(dǎo)出兩套公式，但是分別只是適用于短波和長波。
普朗克推導(dǎo)出了一個(gè)普適公式，可以同時(shí)適用于長波和短波。在得到公式后，他開始思考隱藏在這個(gè)公式背后的物理規(guī)律。
1900年，普朗克發(fā)表了《黑體光譜中的能量分布》，其中改變歷史的是這樣一段話：必須假定，能量在發(fā)射和吸收的時(shí)候，不是連續(xù)不斷，而是分成一份一份的。量子是一個(gè)基本的能量單位，其大小由普朗克常量確定。
1905年，被稱為奇跡年，這一年，愛因斯坦連發(fā)六篇論文，改寫了物理學(xué)的走向。愛因斯坦的思考結(jié)果是
對于任何參考系來說，在真空中的傳播速度都是常數(shù)。光是電磁波，波速與光源無關(guān)，和介質(zhì)有關(guān)。光速不變，解釋了mm實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
物理規(guī)律不變，這修正了伽利略的相對性原理的適用范圍
時(shí)間是相對的，時(shí)間本身會(huì)膨脹，隨著速度增大，時(shí)間會(huì)變得更慢。通過洛倫茨變化公式可以計(jì)算。
空間本身會(huì)收縮
質(zhì)速關(guān)系式，說明當(dāng)速度學(xué)接近光速，質(zhì)量越接近無限大。所以沒有任何有質(zhì)量的物體能超過光速。
質(zhì)能方程，偉大的公式。質(zhì)量與能量原來是可以互相轉(zhuǎn)換的。
注意狹義相對論是針對慣性系問題。
光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)與麥克斯韋電磁理論是不符合的，只有頻率到達(dá)一定界限的電磁波，才能激發(fā)出電子，與強(qiáng)度沒有關(guān)系，強(qiáng)度只決定了激發(fā)電子的多少。這也是困惑所有人的地方。此時(shí)愛因斯坦站了出來，他發(fā)現(xiàn)如果把光看成由光量子組成，而不是把光看成一種波，那么這個(gè)問題就迎刃而解了。但是，這樣一來，光的第三次波粒戰(zhàn)爭又開始了。
1910年，盧瑟福用α粒子轟擊原子，發(fā)現(xiàn)了原子核的存在，提出行星系統(tǒng)模型。可是不對啊，原子核帶正點(diǎn)，電子圍繞原子核肯定是不穩(wěn)定的。根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)無法解釋這個(gè)東西。
盧瑟福的學(xué)生波爾出場了，由于原子只能釋放特定波長的射線，電子在特定軌道的躍遷導(dǎo)致了能量的吸收和釋放。這些特定的軌道就好比臺(tái)階，是不連續(xù)的。注意，電子在軌道躍遷過程中，不會(huì)經(jīng)過中間的地帶(電子永遠(yuǎn)也不會(huì)出現(xiàn)在廣闊的中間地帶)。同時(shí)，電子在空間中的運(yùn)動(dòng)方向也是不連續(xù)的，此結(jié)論在1922年被實(shí)驗(yàn)證明。但是遺憾的是，波爾的模型還是無法擺脫經(jīng)典電磁學(xué)的束縛——電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)，必然要放出電磁輻射，也就導(dǎo)致了體系的不穩(wěn)定。波爾的革命是不徹底的革命，無法與經(jīng)典物理決裂也注定了它的失敗。
1915年，廣義相對論，加速度與引力等效。也就是說，在慣性系的基礎(chǔ)上，再處理一個(gè)額外的引力場就好了。由此推論，引力會(huì)試光線彎曲。其本質(zhì)是引力造成了時(shí)空的彎曲。
任何物體在四維時(shí)空中的速度都為光速，只是光速在不同的維度上分解導(dǎo)致看起來不一樣。沒有單純的時(shí)間和空間。星際飛船就是真正的時(shí)間機(jī)器，只不過這個(gè)時(shí)間機(jī)器只能走向未來。
1919年，星光實(shí)驗(yàn)，證明了愛因斯坦廣義相對論中時(shí)空彎曲的正確性，愛因斯坦一炮成名。
1923年，德布羅意發(fā)現(xiàn)電子在運(yùn)動(dòng)過程中，同時(shí)還伴隨著波，稱之為相波。難道說電子本身也是一種波？在進(jìn)一步，所有的物質(zhì)都是一種波？
1925年，海森堡提出矩陣模型，通過矩陣運(yùn)算推導(dǎo)出的新的力學(xué)體系居然包含了經(jīng)典力學(xué)。
1926年，薛定諤把電子看成一種德布羅意波，用波動(dòng)的方程來表示它。由此得出了著名的薛定諤波動(dòng)方程。云彩，尊敬的各位，電子不是一個(gè)粒子，它是一團(tuán)波，像云彩一般地在空間四周擴(kuò)展開去。我們的波函數(shù)恰恰描述了這種擴(kuò)展和它的行為。電子是沒有具體位置的，它也沒有具體的路徑，因?yàn)樗且粓F(tuán)云，是一個(gè)波，它向每一個(gè)方向延伸——雖然衰減得很快，這使它粗看來像一個(gè)粒子。
然而波恩提出了相反的意見，他認(rèn)為波動(dòng)函數(shù)并不是空間分布函數(shù)，而是電子出現(xiàn)的概率的函數(shù)，由此將骰子引入物理學(xué)之中，帶來了軒然大波。這也導(dǎo)致了關(guān)于哲學(xué)的爭論，因?yàn)橐恢币詠恚锢韺W(xué)可以解釋一切，給出足夠的初始量，就可以預(yù)測結(jié)果，這是因果論和決定論。然而，不確定性是物理學(xué)萬萬不想看到的東西。
接下來就是非常有趣的雙縫思想實(shí)驗(yàn)了，假若讓一個(gè)電子通過雙縫，電子是以粒子狀態(tài)通過一個(gè)縫隙還是以波的狀態(tài)通過兩個(gè)縫隙呢？誠然，我們可以在雙縫上裝上探測儀器，這樣的結(jié)果是只有一個(gè)儀器檢測到，然而這時(shí)干涉也就消失了。
是時(shí)候統(tǒng)一波和微粒了。此時(shí)不確定性登場。1927年，海森堡重新審視了他的矩陣形式，發(fā)現(xiàn)pq != qp，把p，q分別看成動(dòng)量和位置，這不是說明動(dòng)量和位置不可能同時(shí)觀測到嗎？經(jīng)過計(jì)算，兩者誤差的乘積大于一個(gè)常數(shù)。
所以電子的本質(zhì)到底是什么呢？老天，這真是一個(gè)毫無意義的問題，我們只能知道我們看到的電子是什么狀態(tài)，這里的關(guān)鍵是我們?nèi)绾稳ビ^察它，而不是它本來是什么！我們的結(jié)論是，討論哪個(gè)是真實(shí)毫無意義，我們唯一能說的，是在某種觀察方式下它呈現(xiàn)的樣子。(好吧，這倒頗有些哲理的意味了，沒有絕對的正確與真理，只有在某個(gè)特定條件下成立的正確與真理。)。這是波爾的互補(bǔ)原理，波和粒子在同一時(shí)刻是互斥的，卻在更高的層次上統(tǒng)一在一起。這個(gè)原理和波恩的概率解釋，海森堡不確定性原理，共同構(gòu)成了量子論的哥本哈根解釋的核心。至今深刻影響著我們對整個(gè)宇宙的終極認(rèn)識(shí)。關(guān)于這種波粒二象性的解釋，有一個(gè)有趣的例子，人臉和花瓶的圖。你無法說它本來是什么，只能說你觀察到了什么。
說到雙縫干涉，電子在到達(dá)屏幕前以概率的形式存在，在碰到屏幕地一刻，驟然坍縮為一點(diǎn)，因?yàn)檫@一刻相當(dāng)于對電子進(jìn)行了觀測，電子就坍縮了。這真是怪事，按照這么說，我們的世界也就不存在真實(shí)了，我們的世界是我們觀察到地世界，而不是什么絕對真實(shí)的世界。等等，這不是唯心論地觀點(diǎn)嗎？假若我們不去觀察它，這個(gè)世界就不存在了？這簡直太令人困惑了。
1927年索韋托會(huì)議，量子物理學(xué)家們齊聚一堂，討論量子理論地最新發(fā)展，會(huì)議最終變成了波爾和愛因斯坦之間的決斗。然而，量子的潮流浩浩蕩蕩，愛因斯坦終究是無法抵擋。當(dāng)年叛逆的愛因斯坦，如今卻站在了守舊的一方，不得不讓人扼腕嘆息。
然后薛定諤作為波動(dòng)連續(xù)性的守舊代表，在愛因斯坦身后站了出來，提出了著名的薛定諤的貓的思維實(shí)驗(yàn)。這下好了，本來假若僅僅是電子虛無縹緲也就罷了，可是這么一來連我們的宏觀世界也變成一種概率波了，這還叫誰受得了？
這下真的麻煩了，這只貓捅了一個(gè)大簍子，因?yàn)橐庾R(shí)這個(gè)虛無縹緲的東西居然被帶到素以客觀自居的物理學(xué)之中了。意識(shí)是什么，誰也無法回答。
1929年，哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了宇宙處于膨脹之中。不管往哪個(gè)方向看，遠(yuǎn)處的星系都在極速離我們遠(yuǎn)去。
1954年，既意識(shí)的瘋狂之后，物理學(xué)仿佛陷入了絕望，各種理論被提出來，只為了解釋波函數(shù)的坍縮這個(gè)惡魔。艾弗萊特提出了多世界理論，電子在通過雙縫的過程中，整個(gè)世界也就分為兩個(gè)，每個(gè)世界都觀察到了電子的一種選擇。還有退相干理論，低維的粒子世界是不正交的，自然能相互感知。但是假若加上觀察者，維度提高，世界之間開始正交，兩個(gè)世界的粒子無法感知了，也就成為了粒子態(tài)。退相干理論更好的解釋了多世界理論。這個(gè)理論拋棄了觀察者，意識(shí)等讓人迷茫的東西，但是為了解釋一個(gè)小小的粒子而把整個(gè)宇宙拖下水，也是非常瘋狂了。
量子自殺，按照多世界的理論，對一個(gè)人來說，永遠(yuǎn)存在一個(gè)世界他是不會(huì)死的，所以那個(gè)人就在量子永生的狀態(tài)……從人擇原理的角度看，一個(gè)人存在是必須的，整個(gè)宇宙必須如此，他才能存在，舉些例子，你的父親，爺爺，太爺爺一直追訴到遠(yuǎn)古，才有了你的存在。最后得到的推論是，一旦一個(gè)意識(shí)開始存在，從他自身的角度看來，他就必定永生！此為終極人擇原理。
好了，我們的世界觀也快要崩塌了，又是意識(shí)又是世界分裂。還是讓我們回歸經(jīng)典吧，在經(jīng)典理論中，一切都是可以預(yù)測的。這里不得不提到對量子的第三種理論，隱變量理論。說是其實(shí)量子的行為是確定的，只是有一個(gè)隱藏的我們無法觀察到的變量對它產(chǎn)生了影響，從而使量子表現(xiàn)為不可預(yù)測。
貝爾不等式，“科學(xué)中最深刻地發(fā)現(xiàn)”，即將對我們這個(gè)宇宙的終極命運(yùn)做出最后判決。在ERP問題中（即量子的超距作用），遙遠(yuǎn)的兩個(gè)粒子之間如何知道相互的狀態(tài)。貝爾不等式給出了這種可能性，任何信息傳輸?shù)乃俣榷急仨殱M足該不等式。假如粒子之間的傳輸不滿足不等式，說明確實(shí)存在一種超距作用。最為關(guān)鍵的是，我們能夠做這個(gè)實(shí)驗(yàn)！現(xiàn)在，終于可以用實(shí)驗(yàn)來說明量子到底是個(gè)什么玩意了。1982年，實(shí)驗(yàn)終于做出來了，這個(gè)實(shí)驗(yàn)被稱為“對上帝的判決”。這將決定上帝是一個(gè)溫暖的老頭還是一個(gè)反復(fù)無常捉摸不透的老頭。然而貝爾不等式這把雙刃劍斬?cái)嗟膮s是愛因斯坦，而不是波爾。量子還是飄渺的量子，量子論笑到了最后。
萬物理論，兼容牛頓經(jīng)典物理學(xué)，相對論和量子論。其中最被人們報(bào)以期望的是超弦理論。
參考文獻(xiàn)
《上帝擲骰子嗎》
《時(shí)間的形狀》
《時(shí)間簡史》
