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第一章 广义相对论（上） 山重水复 1.一个矛盾与一个BUG 2.等效原理 3.重新认识一下质量 4.光线弯曲 5.空间弯曲 6.爱因斯坦圆盘 第二章 广义相对论（中）柳暗花明 1.超级武器 2.测地线 3.张量 4.爱因斯坦场方程 第三章 广义相对论（下）铁证如山 1.光线偏折 2.水星进动 3.引力红移 4.精益求精 |
part 6 第四章 量子论前传（上） 雾锁迷云 4.1 世界是什么 第五章 量子论前传（中） 乌云来袭 part 7 第六章 量子论前传（下） 不诉离殇 1.量子幽灵 2.波粒再战 3.原子迷图 part 8 第七章 量子论 一 风云际会 1.雾里昙花 2.爱玻相会 3.二象世界 4.不相容 |
第八章 量子论 二 谁主沉浮 1.天降神童 2.男孩物理 3.纠结的自旋 part 9 4.波动疑云 5.波粒又战 第九章 量子论 三 世纪论战 1.上帝的骰子 2.不确定 3.互补原理 4.尘埃未定 5.论剑峰巅（爱氏光盒、薛猫等） 第十章 量子论 四 何去何从 1.第六根手指 2.恐惧与挣扎 3.平行宇宙 4.退相干 5.第三者 6.前途漫漫 后记。 |
这是一个古老的问题。一个闲得蛋疼却又无比重要的问题，也是始终折磨地球人却又持续推动人类发展的问题。
通俗点具体点问：世界是由神马构成的？
是金石土木、风火水云、虫鱼禽兽、日月星辰。哦哟，这么理直气壮，看来答案很靠谱。好吧，那么它们又是什么构成的？
它们是由不同的小颗粒构成的。嘿嘿，好像有点底气不足了，那么好吧，这些不同的小颗粒又是什么构成的呢大神？
……
咱俩发现，顺着这个思路，用不了10个问号，那个看似在眼前晃来晃去的答案，就会“笔油”地一声遥远到我们的视线之外。
抬头，假装让目光穿透雾霾刺向星空，低头，再看看自己身上这些物件。虽然这一切都很坦然地面对着我们，但，一股神秘的气息仍旧扑面而来。（画外音：已经洗澡了啊怎么还这么味儿!）
仅仅是几个问号，就让咱俩感到，这个曾经熟悉得乏味的世界，包括我们自己，突然变得陌生起来！
于是，咱俩习惯地把迷惘的目光转向先贤——神呐，又要开始回忆了！
有什么关系呢？子曰：忘记过去，就意味着错过了复习。下面我们来复习一下开篇，过去的地球人对这事儿是怎么看的。
世界是神马？
佛：是浮云（凡所有相，皆是虚妄嘛）。
老子：是虚无（天下万物生于有，有生于无。有无相生嘛）。
泰勒斯：是水（答案开始明确了，但是好像有点…）。
毕达哥拉斯：是数（够明确，但太抽象）。
留基伯和德谟克利特：是原子（这个嘛…）。
中国古代人民集体智慧：金木水火土（天有五行，水火金木土，分时化育，以成万物嘛。清晰而又具体）。
……
学过一点点一丢丢自然常识的我们，会很文艺地认为，原子的答案最靠谱。但是，很快我们就会知道，这种文艺的“认为”其实很二逼。站在公平的、科学的角度讲，在他们得出结论的当时，抛开偏见，这些答案没有优劣之分，都差不多！
不服气？就知道你不服。
那你说说，上面哪个答案最不靠谱：浮云？虚无？水？数？五行？
你挑出其中任何一个，然后咱俩去Look Look人家的哲学思辨和理论基础，我们会发现，这些大神说的，都相当有道理了！
既然，既然这些答案，都是经过深思熟虑后，各自提出的一种假设（记住哦，都是“假设”），而且，都满脸道理，那么，你凭什么断定，哪位爷思考出来的假设靠谱，而哪个孙子思考出来的假设不靠谱？拼爹拼胸还是拼下限？
我们发现，这些个拼法，不能跟国际接轨，而且水越搅越混，说是适合摸鱼，其实只适合摸石头，所以幡然醒悟：想断定什么靠谱，一定要用别的法子！
其实答案很简单，就摆在那，用不着摸，拿来就能用：验证。
任何假设——你不喜欢“假设”这个词，也可以叫做“猜想”，或者“语录”、“梦呓”，都行，随你喜欢。嗯，任何假设，在经过反复验证、确认之前，你都只当是看娱乐八卦好了，它们与谁谁谁是不是真的真的真的赌博了接吻了拍照了PS了没啥两样——对咱俩都没毛意义。不管哪个看起来更美丽迷人，哪个看起来更猥琐恶心，它们都只是假设而已。但是，有一点必须得认真对待：一旦“最终”验证了哪个是“正确”的，或者，换句话说，一旦验证了哪个最好用——不论它看起来有多荒谬，那么，它就是王道，而其余的竞争理论就都是垃圾——无论它们看起来有多合理。这就叫成王败寇。
哦，明白。验证是吧？那么好，我们大家都很爱思考，各有各的看法，在这千千万万不计其数的假设中，我们有什么靠谱的手段，来验证、判定谁的假设更靠谱呢？
连续遭遇这么多耗费脑细胞的问题，咱俩是不是累了？
嗷！我讨厌问号，下面插播广告：
滚滚红尘，立言无数，纷繁争艳，乱花迷眼，想知道谁更靠谱？请使用“冷酷清洗大法”！
面对玄妙的哲学，你皈依吗？
面对严谨的逻辑，你膜拜吗？
面对美丽的猜想，你痴迷吗？
面对翔实的数据，你臣服吗？
咱俩的答案是：不！这不是我想要的！！
冷酷清洗大法要诀：我要的不单单是哲学，或者逻辑、猜想、数据什么的，而是一个完整的、耐用的科学理论。
必须冷静到冷酷的程度，才能清洗掉我们不想要的，得到我们想要的。就算得不到我们想要的，也绝不凑乎要不想要的。所以，为了冷酷到底，我们从一个悲剧说起。
这个故事来自美国人斯蒂夫·列维特·斯蒂芬都伯纳所著的《超爆魔鬼经济学》，比较火的一本书。
说的是19世纪40年代，产妇分娩极易染上一种病：产褥热。一旦染上，常常母婴双亡。伦敦产科总医院、巴黎产科医院等欧洲最好的医院，都饱受威胁。
维也纳总医院也不例外。1841~1846年，产妇死亡率达1/10。到1847年，产褥热导致产妇死亡率达1/6。太恐怖了！院长助理、匈牙利籍医生赛梅尔维斯（Ignaz Semmelweis）看在眼里，急在心里。他殚精竭虑想解决问题。
第一步，查原因。
反复检查接生过程、医疗环境等，但一无所获。
其实，当时的主流医生也能说出一堆理由：妊娠期间胸衣和衬裙太紧；产房的空气恶臭；宇宙影响……
聪明的赛梅尔维斯看出，这些纯属胡猜。
于是，他开始了第二步，统计数据。
取得了充足的第一手资料，经分析，小赛发现几个诡异的现象：
一、在医院生产的产妇死亡率，远远高于民间产婆接生的产妇死亡率。后者是前者的1/60。也就是说，接生同样数量的产妇，在医院里死60个产妇，产婆手里只死1个。
二、男医生负责的产房的死亡率，是女接生员（不是医生哦）负责的产房的死亡率的2倍还多！
这不是要逆天吗？俺们医生又不是在屠宰场培训的！没道理啊!
接下来的分析，得到了更离谱的事实：
A．产妇就算是在大街上生产，也比在医院里生产死亡率低。
B．先在医院外分娩，再去医院的，无论贫穷还是富有，一般不会得产褥热。
C．接生的医生没有染上产褥热，因此，该病没有传染性。
所有的数据分析指向一个结论——问题出在医院！
悲剧啊！
数据很翔实，是不是可以公布，请居委会大妈通知产妇不要去医院、不要找医生帮助生孩子了？
当然不行，你数据是有了，可是没有理由啊！这不等于宣布医生是凶手吗？凭什么？你欠世界一个解释。
科学需要解释。
如果看到不一样的东西，就急着发表意见，那么，在生活中，在实验室，几乎天天都会涌现“新发现”。其中，绝大多数的“新发现”都相当不靠谱。
小赛很清楚这一点，所以他进行了第三步：找这个解释。
答案在又一个悲剧中找到了。一位老教授指导学生解剖尸体，被手术刀划伤手指，随即患病而死，症状与产褥热极其相似。
是“进入他血管系统的死尸粒子”害死了他。赛梅尔维斯推测道。
那个时期，欧洲的医院兴起解剖热，病人死了直接送解剖室。离开解剖室，医生往往直接去产房，顺便将死尸粒子带给了产妇！
上面那些诡异、离谱的现象，一下子都有了答案。
现在，有了数据，也有了配套的理论解释，可以公布了吧？
不行，这个解释靠不靠谱还很难说，没有实验证据啊！
于是小赛进行第四步：实践。要求维也纳总医院的医生解剖后必须洗手，结果立竿见影，产妇死亡率比2008年股票下跌还快，直接降到了1%！
神医啊！
这回统计数据、理论解释、实验证据都有了，可以公布了吧？
Yes！赛梅尔维斯认为可以了。
但是，可怜的小赛万没想到，其他医院的医生们对洗手的建议十分不屑，认为这是小赛对医生们的集体羞辱和诽谤。尸体粒子？哼！这是什么东西？你拿出来给我们观测观测先！它是用什么机制导致人死亡的？你说来听听？
不能观测，并且缺乏一个靠谱的机制。这不能称之为科学。
解开产褥热之谜，不仅没有被认可，还受到医生们的讥笑和侮辱！小赛压力倍增，精神崩溃。后来，他凄凉死去。惜哉！悲哉！
那么，医学界没有接受小赛的建议，错了吗？
没错。
这位童鞋愤愤不平：太没道理了！人家小赛数据详实，论据充分，还有理论解释和实验证明，这些还不够？！你们凭什么不信？！
是的，你说的这些确实有，但不够。科学必须经受质疑、异见和争论。否则，科学早死了。
关键的东西不能观测，不能提供有效的机制，如果这样也行，那么，同一件事就会拥有无数个理论，如果都付诸实践，那才是愚蠢的。
科学，不仅需要统计数据、理论解释、实验结果——这些很有可能是巧合，或者其他什么因素导致的相似结果。科学还需要答案明确，需要机制清晰有效，需要可观测、可重复、可验证。
可怜的小赛死了，但洗手的故事还没结束。赛梅尔维斯死后一二十年，路易斯·巴斯德（Louis Pasteur 法国著名生物学家、化学家、在《影响人类历史进程的100名人排行榜》中名列第12名）奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础，并开创了微生物生理学。英国医生李斯特（Joseph Lister）据此解决了创口感染问题。
那个问题现在看起来很简单：是微生物感染伤口杀死了病人。
知道是谁干的，解决办法也就简单了：避免伤口感染。手段：消毒杀菌、包扎隔离，当然也包括洗手。
微生物可观测。
有些微生物可以感染伤口、致人死亡，这个机制很清楚很靠谱。
这个机制可验证、可重复——向无辜的小白鼠们致哀。
还是那个顽固的医学界，这次一句废话没有，立即信了。这才是一个靠谱的科学理论。
有了这个靠谱的科学理论，整个医学从此迈入细菌学时代，得到了空前发展——不仅是产妇，其他病例的死亡率也迅速下降。巴斯德发明的巴氏消毒法至今仍在应用。
这个理论的优先权归谁呢？当然没有小赛的份，它是巴斯德和李斯特等人的功劳。
我们在上部专门讨论过关于科学理论的问题，并且拿到了奥卡姆剃刀等神兵，为什么还要插播这段广告呢？因为量子之路太艰险、太诡异，我们必须手握利器，外武装到牙齿，内武装到头脑，才有可能保持清醒，一往无前。所以，后面还有几段广告在等着我们。
现在，让咱俩回到那个问题：世界是什么。我们快跑几步，跟上牛人们的脚步，踏上发现和验证之旅，顺便看看，前面那些假设，谁靠谱，谁不靠谱。
留基伯和德谟克利特所说的“原子”，在希腊文里是“不可分”的意思，用以表示构成物质最基本的微粒。而亚里士多德和柏拉图认为，物质是由离散的单元组成的，能够被任意分割。我们知道，以上双方的这些想法，都只是由哲学推理，并非实验观察而来的。
1661年，波义耳，对，就是在波粒大战中玩肥皂泡的那个波义耳，他出版了《怀疑派化学家》，近代化学由此发轫。他认为，物质是由不同的“微粒”或原子自由组合而成，气、土、火、水等不是基本元素。
1789年，一个喜欢玩火的法国贵族给“原子”下了定义：化学反应的最小单位。他是安托万·洛朗·拉瓦锡（Antoine-Laurent de Lavoisier），近代化学之父，化学领域的牛顿。
拉瓦锡还发现了燃烧原理，说起来是个“意外”。
在当时，物体燃烧被认为是“燃素”脱离物体的结果。按照这个理论，物体燃烧后，应该减轻才对。
1772年秋，拉瓦锡想测量“燃素”的含量是多少。他称量了一些红磷，点燃，冷却后又称量灰烬，然后惊奇地发现，质量竟然增加了！好奇心立即被勾起来了，他又燃烧硫磺，同样发现质量增加！
难道有什么气体被吸收进去了？那就罩上烧烧看！
拉瓦锡把白磷放进一个钟罩，点燃，同时监测罩内的空气压力。他发现，燃烧后，灰烬增加的重量，和罩内所消耗的空气重量基本接近。
结论与“燃素说”预言正好相反！一边是强大的“燃素说”，一边是小小的天平，相信哪个呢？
当然相信天平！相信实验结果。
无论多强大的理论，无论这个理论有多久远、有多少人信奉，只要确定一例与实验或观测不符（注意，句子里有“确定”），这个理论就立即被证伪，你必须认账，毫无商量余地，你可以修补，也可以推翻重建，但就是不能坚守不降。抱着一个不符合观测、经不住验证的理论拒不撒手、死不松口，无论在自然科学界还是在社会科学界，都是孱弱和无耻的表现。
1773年2月，拉瓦锡在实验记录本上写道：“我所做的实验，使物理和化学发生了根本的变化。”他说的没错。
通过玩火，拉瓦锡发现了一种大家都喜欢的气体，物质燃烧离不开，动物呼吸也离不开，于是，他给它起了个名：氧气。1775年，他发现物体燃烧时增加的质量，恰好是氧气减少的质量。这说明，物体燃烧，实际上就是与氧气化合。
这火，拉瓦锡真是玩出了国际水平，他不仅用氧化学说彻底地推翻了燃素说，指出水由氧和氢构成，还顺便证明了化学反应中的质量守恒定律。我们发现，按照这个说法，不光泰勒斯的“水”说、咱家的“五行”说，都靠不住了，古希腊的四元素说和三要素说，也都靠不住了。在《化学概要》里，他列出了第一张元素一览表，这应该是元素周期表的前世吧。
由于亚里士多德和柏拉图太抢眼，原子说长期徘徊在公众的视线之外，流落蛮荒。
直到一个色盲患者拔刀相助，原子说才摘掉非主流的帽子，登上科学的舞台，吸引越来越多的眼球。
约翰·道尔顿（John Dalton），英国化学家、物理学家、气象学家，1766年生于坎伯兰的伊格尔斯菲尔德村。他天生色盲，却没有影响科学研究，反而利用这个“优势”，研究了颜色视觉问题，发表了《关于颜色视觉的特殊例子》的论文，用亲身体验，对色盲症给出了的最早描述。难得啊！
1803年，道尔顿创立了原子说。为什么创立原子说的是道尔顿，而不是留基伯和德谟克利特呢？我们看看道尔顿的工作就门儿清了。
我们现在知道，碳和氧联姻，可以产生两种气体：一氧化碳CO、二氧化碳CO2。
道尔顿很好奇，在这两种气体中，碳和氧的比重关系是怎样的。说量就量，结果是：
一氧化碳，碳：氧=5.4:7
二氧化碳，碳：氧=5.4:14
道尔顿注意到，两种气体所含的氧，重量之比为1：2。是个整数。
其实这个工作，有个牛人早在3年前，也就是1800年就做了。法拉第的老师戴维（SirHumphry Davy），他测定了三种氮的氧化物，即一氧化二氮N20、一氧化氮NO、二氧化氮NO2。他只测出了氧和氮在这三种气体中各占了多大比例，却没纵向换算一下，在这三种化合物之间，氧、氮的同类比例关系各是多少。可惜了。就差一步：“注意到”。好在戴维老师的发现多得是，尤其是还包括法拉第，够用了。
道尔顿注意到这件事后，有点小激动。因为，他相信，物质是由原子构成的，但是那东西太小，看不见摸不着，没有证据。如果这个整数的倍比关系普遍成立，就说明元素是“一个一个”的，而不是可以无限分割的，那么，原子说也就可以成立！
于是，他一鼓作气，兴奋地分析了沼气等其他化合物，结果如他所愿：当甲乙两种元素联姻，可以生成不同的化合物时，如果甲的重量恒定，那么，乙在各化合物中的重量成简单的倍数比。这就是著名的“倍比定律”。道尔顿以此论证了他的原子说。
之后，瑞典化学家、有机化学之父贝采里乌斯（Jons Jakob Berzelius）也做出了类似的试验，以精确的数据证实了倍比定律。1840年，两位原子、分子测量方面的高手，比利时化学家斯达（J.S.Stas）、法国化学家杜马斯（J.B.Dumas），他俩严格测定了多种化合物，把元素的质量关系搞得相当精确，得出了相同的结果，倍比定律再次过关。
道尔顿提出，原子是构成物质的最基本的砖块，每一种元素只包含一种原子，而这些原子的聚散离合——产生化学反应，形成了一切物质。
他著成了《化学哲学的新体系》，创立了原子论。比起当时的其他学说，原子论能解释更多的现象，包括气体的行为、物质的化学变化等方面。比方说，为什么某些气体更容易溶于水；再比方说，水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的。等等。
开始，化学家们对此将信将疑，不过这没关系，反正作为一种工具，原子用来解释实验数据更方便。当然，也有反映比较激烈的，比如刚刚这位杜马斯，他曾说，“要是我能做主，我会把原子这个词从科学上抹掉。”
路遥知马力。原子不是你想抹，想抹就能抹。星移斗转，花落雪飞，大家慢慢发现，越来越多的独立证据，纷纷向原子论暗送秋波、投怀送抱。
但是，仍然有很多人反对原子说，比如马赫（Ernst Mach），对，就是跟牛爷抢水桶的那个马赫，还有德国物理学家、化学家奥斯特瓦尔德（F.W.Ostwald）等。谁也没见过原子的真身，是吧？于是他们强调，谈论一个无法看到的东西，是毫无意义的。
再唠叨一下，这里的“看”，指的是观测、检测、感知，以后也是一样。
那么，谈论无法看到的东西，到底有没有意义呢？
这是个大问题。以后我们将发现，在量子论的创立过程中，那些大牛们也在这个问题上纠缠不休，大伤脑筋。没法看到的东西，要不要挥起我们的奥卡姆剃刀，断然削除呢？
这个，就要看情况了。
根据奥卡姆剃刀“如无必要，勿增实体”的八字方针，操刀要诀是：
对同一现象，假设最少的解释最接近真相。所以多余的假设，以及假设多的解释，必须斩除。这一条，科学家们不反对。
永远无法检测到的条件，等于不存在，必须斩立决。这一条，科学家们也不反对。
那么，他们在争论什么呢？让他们先吵着，咱俩再来详细讨论一下操刀诀：
一、有的东西不能直接观测，但是可以间接观测，我们根据这些间接的观测结果，来确定可信度，同时，慢慢寻找直接观测的办法。这样的例子也不少，比方说弯曲的空间、引力波、黑洞、希格斯粒子等。
这种情况，我们不能贸然动用奥卡姆剃刀。
二、由于技术条件等方面的限制，有的东西现在看不到，但将来可能看得到。
第二种情况就比较麻烦了，我们怎么断定，哪些东西将来可能看到，哪些东西根本就不“存在”呢？这才是科学家们争论的焦点。
其实，在一般情况下，也很简单。因为科学允许假设。观测不到的东西，可以作为一个假设条件引入理论。
引入该假设后，如果这个理论能够很好地解释现象，与观测相符，并且能做出明确+准确的预言，我们就暂时保留它，相信这个可以有，等观测到了再确信。比方说暗物质、暗能量、高维空间等。
引入该假设后，出现这三种情况：A.和没引入一样；B.引入后理论与观测不相符；C.理论不能做出明确+准确的预言。符合这三条中的任何一条，我们就不管它“事实上”存在不存在，一律斩立决，比方说光以太、龙王爷等。
所以，马赫等科学家反对原子说，也有他们的道理。
道尔顿需要观测证据，哪怕是间接的也行。
一个爱玩水的植物学家实现了他的愿望。英国人罗伯特·布朗（Robert Brown）。
布朗是一名热爱科学的军医，后来受邀乘船去澳洲搞沿海测绘，他顺便搜集标本、研究植物，成了一名植物学家。
1827年，布朗想知道微粒在水中悬浮时，是个啥情况，就用显微镜去观察。他惊奇地发现，在看起来无比平静的水里，微粒们不是老老实实地悬浮着不动，而是勤奋地做运动！并且运动路线一点也不规则。它们一个劲儿地折腾什么？全民健身运动？或者，是什么让它们这样不厌其烦地瞎折腾？动力何来？难道有回扣吃？
布朗当时观察的是花粉里迸出的微粒（这里澄清一下，不是花粉，花粉颗粒的直径大约是水分子的十万倍，难以产生不规则振动），难道花粉里迸出的微粒是“活性因子”，可以美容美发美肤包治百病的那种？他迫不及待地观察了灰尘等微粒，这些小家伙是一样一样一样的爱折腾啊！这是怎么回事？！
现象很简单，似乎是小菜一碟。但是当时，没人能解释。后来，微粒在液体里瞎折腾的现象，被叫做“布朗运动”，记录在案，坐等高人破解。
布朗一定不会想到，这一等，就是78年。他更不会想到，杀这只鸡用的不是牛刀，而是屠龙刀！
屠龙刀还要等50多年才出世。我们先按下不表。1834年，门捷列夫出世了，但是要等他37岁时，才会给我们带来那个惊喜。
所以，我们还是把1820年代的事情搞搞清楚吧。曾记否，那些年，我们一起追过的星，集工艺技术、科学理论于一身的强人夫琅和费（Joseph von Fraunhofer），他发明了光栅，还越搞越精密，能够精确观测光谱线。
从1850年代开始，这个技术在元素识别工作中大显神通。德国物理学家基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）和本生（R. W.Bunsen）发现，不同的元素，有着不同的光谱线，光谱线就是元素的指纹。有了这个利器，基尔霍夫、本生、瑞典物理学家埃格斯特朗（A.J.Angstram）、英国化学家克鲁克斯（W.Crookes）、德国化学家赖希(F.Reich)等众多科学家纷纷抢滩登陆，发现了多种元素，同时记录了这些元素的光谱线。
科学家们的发现越来越多，元素越来越丰富。但这些，只能换来短暂的欢欣。因为，有些现象，天天见，却解释不了。比方说，为什么气体会对容器产生压力。
这个问题看起来很简单，可是，那么多科学家，就是拿不出一个靠谱的解释。
一个纯粹的科学家，是不能容忍难题在自己面前耀武扬威的。麦克斯韦更是如此。
麦爷刚刚搞定电磁学，就一边筹建卡文迪许实验室，一边抽空搞起了气体动力的研究。他把气体看做一群刚性球的集合，它们不停地冲撞容器壁，这种过程，可以用牛顿力学描述。气体越热，分子运动越快，对容器的压力也就越大。这样，就解释了气体为什么会对容器壁产生压力。
虽然刚性小球疑似原子，并且引入后，理论非常符合观测，但是，它依然属于假设。根据刚才讨论的操刀诀，这个可以有，暂时保留，以观后效。
那么，这些“原子”，或者元素，它们有什么性质、关系如何呢？
1840年代，一个超级敬业的俄国教师开始了对元素规律的艰辛探索。
德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫（Dmitry Ivanovich Mendeleyev），1834年生于俄国西伯利亚的托博尔斯克市，著名科学家。
那时候，我们已经发现了63种元素。这些元素相互化合，可以产生成百上千种化合物，组成形形色色的物质。身为化学教师的门捷列夫意识到，这些东西太杂乱，讲上几个月也讲不完，枝枝桠桠的，可能讲得越多，听的人就越糊涂。怎么办？大自然如此美妙，这些元素绝不可能毫无章法、乱凑乱搭。一定要找出那个普遍的、统一的规律！
可是，谈何容易！当真正面对的时候，才发现，这是一团乱麻，每一种元素都有自己的个性，好像很偶然很随机的样子，毫无PS痕迹！ 最基本的，这些元素按什么排列，就是个大问题，颜色？比重？电磁性质？身价？三围？姓氏笔画？都不靠谱。
那个隐秘的自然秩序究竟是什么？
静下心来，细细地分析整理，门捷列夫发现，一些元素相似性极强。这决非偶然！门捷列夫基于这个想法，把所有的元素，连同它们的各种化合物，综合排行布阵。然后再去分析，决定元素位置的，到底是什么里格楞。原子量、原子价。门捷列夫脑子里蹦出两个词。
所谓原子量，其实就是原子的质量。为了方便计算，从上世纪60年代起，我们以碳-12原子质量的1/12为标准，其它原子的质量跟它相比较，从而得到一个相对质量，作为原子量。
所谓原子价，就是一个原子形成氢化合物时，需要跟多少氢原子结合，它的原子价就是多少。
门捷列夫抓住这两根线，玩起了卡片游戏——用厚纸板切成63张卡片，每张卡片写一种元素的名称、重要性质和原子量，然后不厌其烦地排布调整，寻找规律。
1867年2月17日，那个苦苦寻求的规律，终于浮出水面：各元素的性质和它们的原子量，呈周期性的依赖关系。于是，那些小纸片排布得越发美妙起来。1869年3月1日，他公布第一稿元素周期表，由此得出8个原理，其中，最主要的是“元素的物质性质和化学性质随着原子量作周期性的变化”。
1870年，门捷列夫将周期表加以修缮补充，宣告元素周期分类已趋成熟。
按照周期表排布原理，他在表中留出了一些空格，预言在这些位置应该填入的未知元素，并描述了它们的性质。后来果然陆续发现了那些元素。比方说，他预言，在钛的下面，应该填入一个原子量72、密度5.5，其氯化物为液体的元素，后来果然发现了这个元素：锗。它的原子量为72.61，密度为5.323，氯化锗为无色液体。预言正确。
元素周期率的发现，是近代化学史上的一个创举。元素周期表的发明，使我们对元素的认识更加简洁、优美、深刻，那神秘玄妙的化学，变得连中学生都能理解了。直到现在，我们的化学课本里，都少不了元素周期表。
但是，这只是一个开始。
为什么元素性质非要随着原子量的递增而呈周期性的变化？
为什么原子量的一个小变动，就会引起元素性质的大变动？比方说，氟和氖的原子量只差1，但个性迥异，氟最活泼，和几乎所有元素都合得来，甚至能与铂、金等发生剧烈反应；而氖最不活泼，一般不跟任何元素发生反应，包括氟在内；而铁和钴的原子量差值达到3，可是它们的化学性质却差不多！
是谁在和我们开玩笑？
我们从雾霾中跌跌撞撞、一路走来，偶一抬头，前方白云飘渺，豁然开朗，谈笑间却身入其中，希望灰飞烟灭，但见迷云漫漫，深渊暗壑，隐隐其间。
原子在理论上作为一个假设，逐渐被接受。相当一部分人相信它的存在，也有相当一部分人怀疑它的存在，只把它作为一种工具来使用，有的甚至不屑使用这个工具。不信当然有不信的道理，因为作为一个科学理论，原子说缺少关键的东西：
没有观测证据，间接的也没有。
元素周期表固然美丽，把看起来毫不相干的元素，组成了一个完整的自然体系，但是，它是建在沼泽地上的豪宅，没有地基——理论基础，造成元素性质不同的机制是什么？问谁谁傻眼。
我们发现了原子的条码身份证——光谱线，藉此发现了越来越多的原子，积累了大量的、精确的光谱数据，但是，谁也不知道光谱线何时出现、为啥出现。
我们从这些数据、经验中所得到的知识，确实能解决很多问题，但是，它们有时候好使，有时候不好使，这让科学家们情何以堪？！
七彩光谱诡异莫测，究竟谁是幕后黑手？基本粒子似隐似现，到底在隐藏什么秘密？原子为何频频变脸，究竟哪个才是真身？这一切到底是上帝的疯狂还是人类的偏执？敬请追随科学牛人的脚步，关注原子之谜！
无论这些问号怎样让我们愁肠百转，问题，还得一步一步解决。
在科学家们纷纷用光栅观测原子光谱，发现新原子的那个激情燃烧的年代，瑞典物理学家埃格斯特朗也跻身其中，关注了氢的光谱中，处于红、绿、蓝、紫色区域的四条光谱线，他给这四条线起了个名：阿尔法、贝塔、伽马、德尔塔（α，β，γ，δ）。并精确测量了它们的波长：656.210；486.074；434.01；410.12。单位是纳米哟。精确到了骨子里。
瑞士，有间女子学校。
约翰·巴尔末（Johann Jakob Balmer）老师今天有点无聊，抱怨道，没啥有趣的事可做。巴尔末老师是教数学的，课余喜欢玩玩有点挑战性的数学游戏，比如数字占卦术之类的。
物理教授哈根拜希（E.Hagenbach）正为光谱纠结呢，听到巴老师的抱怨，就说，三条腿的蛤蟆不好找，N条线的难题有的是！你摆弄一下埃格斯特朗的四条线吧，正好你喜欢玩数学游戏，试试看，能不能找到它们的数学关系？
这些谱线，看似纤弱懒散，却巍然不动；看似毫无章法，却不越雷池。怎一个拽字了得？！喜欢刺激的巴老师立即就被光谱线的神秘勾住了魂。解谜的渴望，让巴老师的业余文化娱乐生活立即充实起来——凑公式，凑公式，以及凑公式。其实方法无非就是三长一短选最短，三短一长选最长，长短不一选择B，参差不齐就选D，同长为A同短为C……口诀好像背串了是吧？总之就是各种人工暴力破解。
1884年6月，巴老师快满60岁的时候，终于凑出一条公式，可以再现四条谱线的波长。我们来欣赏欣赏巴老师的劳动成果：
λ=B[m2/(m2-n2)]
m和n为整数。
B=3.6546×10-7m，是个常数。
这个式子是硬凑出来的，用的都是数学技巧，至于m和n为啥必须是整数，B的值为啥必须是这个常数，它的描述代表什么意义，巴老师一概不知。他只知道，眼前的这个式子好用。
奇怪吗？不奇怪。凑式子这种事，并不少见。我们不能解释某个现象，但可以根据手里掌握的观测资料，用数学予以描述，先凑出一个公式，作为一个工具来用，确定它好用、实用后，就可以试着读出它隐藏的秘密。
巴尔末发现，如果n=2，让m分别等于3、4、5、6的话，那么，这个公式会分别得出那四条线的波长。
不仅如此，他还用这个公式预测到，氢谱线应该还有第五条，那就是当n=2，m=7时。
巴尔末还不知道，埃格斯特朗后来已经发现了第五条线，当然也测量了它的波长，这个成果是在瑞典发表的，没人告诉巴老师这件事。你知道，那个时候没有互联网，无墙可翻，信息不畅啊！
后来，人们拿着第五条线的测量值，与巴老师的理论值一比照，嗬，那是相当吻合了！
再后来，巴尔末用他的公式，分别让n等于1、3、4、5，让m也取不同的值，预测出氢原子在红外和紫外区域还存在其他光谱线。预测本是寻常事，偏偏此事不寻常——这些预测被证实是对的，简直太成功了！
可是，就是没人能解释，是什么让这个公式频频得手。
1885年，巴尔末公式被刊载在《物理、化学纪要》杂志上。这一年的10月7日，在丹麦的哥本哈根，维特·斯特兰顿14号，一座名副其实的豪宅里，年轻的母亲艾伦在自己生日这天，产下她的第二个儿子，尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔（Niels Henrik David Bohr）。隐藏在这个公式背后的惊天秘密，将在28年后，由这个男孩一手揭开。
所以，关于巴尔末公式的故事，我们28年后再说。现在，我们去看看另一位牛人对原子干了什么。
约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson），著名物理学家，1856年12月18日生于英国曼彻斯特。
天才都很善于学习。上曼彻斯特大学那年，汤姆逊年方十四。后来他又去了剑桥，听过麦克斯韦老师的课，也不知道他是用什么办法听懂的。汤姆逊还在卡文迪许实验室第二任主任瑞利勋爵（Third Baron Rayleigh）的指导下，完成了几篇论文。
经历了这么多名师，汤姆逊显得很出色，但是那时，他还没做出什么突出贡献。
1884年，瑞利如约辞去了卡文迪许实验室主任兼物理教授职务（他承诺只任5年）。时年28岁的汤姆逊试着申请了一下，没报什么希望，所以即使落选也不会失望。但是，天上真掉了个馅饼，还直接砸到汤姆逊头上。经瑞利推荐，汤姆逊居然当选了！申请人自己先吓了一跳，这才想起来，自己还“没有认真考虑过这项工作和所要负的责任”。这些选举人，要么是极不负责任的，要么是极有远见的。后来的事实证明，汤姆逊极其认真负责，并且具备担任这一职务的实力。估计是大家相信瑞利的眼光，才让汤姆逊坐上了这个重要位置。
汤主任治学严谨，他注重培养会思考、有独立工作能力的人才，要求学生在做研究之前，必须先学好相关实验技术。不仅做实验的观察者，更要做实验的创造者。
汤姆逊在担任这一要职的34年间，创立了一个极为成功的研究学派，新成果、新发现从卡文迪许实验室不断涌出，培养了一大批牛人：卢瑟福（E.Rutherford,）、威尔逊（C.T.R.Wilson）、斯特拉特（R.J.Strutt，瑞利之子）、汤森（J.S.E.Townsend）、巴克拉（C.G.Barkla）、里查生（O.W.Richardson）、阿斯顿（F.W.Aston）、泰勒（G.I.Taylor）、以及G.P.汤姆逊（G.P.Thomson汤主任之子）……在汤姆逊的学生中，有九名诺奖得主，加上他自己的诺奖，汤主任这个老师当的可谓十全十美了，真正做到胡锦涛同志所倡导的“创新智慧竞相迸发，创新人才大量涌现”。
这里要说的，不是汤主任的教育勋业，而是他和阴极射线的那些事儿。
阴极射线是什么玩意儿？这还得从一根玻璃管说起。
1858年，德国的盖斯勒（H.Geissler）制成了低压气体放电管。就是一根密封的玻璃管，内充少量气体，两端通电，一端是阳极，另一端你来猜猜看？对嘛是阴极！给电极通电，电压达到一定高度时，电流就会击穿管内的气体，开始放电。
1859年，德国的普吕克尔（Plücker）觉得这根管挺好玩，于是给它通电，发现阴极的对面冒出了绿光。咦？
为什么不直接说是阳极那边冒出绿光呢？等17年就知道了。
1876年，德国的戈尔兹坦（E.Goldstein）回答道，是阴极产生的某种射线，撞击到对面，从而发出绿光。他给这种射线起了个名：阴极射线。
阴极射线本身跟它的名字一样神秘，有人说它是电磁波，也有人说它是带电的原子束，还有人说是以太波……二十多年过去了，只有争论，没有结果。
1897年，汤姆逊决定试试看。他拿来一块小玻璃片，涂上硫化锌，放在阴极射线的必由之路上。阴极射线能让硫化锌闪光。利用这个原理，他搞清了阴极射线的“径迹”。发现，一般情况下，阴极射线是走直线的。接着，他拿来一块U型磁铁，跨放在放电管外面，结果见证了奇迹——阴极射线跑偏了！根据这个偏折方向，可以断定，阴极射线是带负电的微粒。顺便说一下，用电场，也可以让阴极射线跑偏。
那么，阴极射线是原子还是分子呢？测一下质量就知道了！可是，这么小的东西，怎么能测出质量呢？这需要多精细的设备啊！
这时，汤主任的功力就显现出来了。他设计了一套既简单又巧妙的实验：
首先，电场，或者磁场，都能使带电体偏转。而磁场呢，对粒子施加的力，是与粒子的速度密切相关的。汤教授同时施加电场和磁场，让粒子受夹板气，并精心调节，直到双场造成的粒子偏转互相抵消。这时，粒子在双场的淫威下，仍作直线运动。然后，用电场和磁场的强度比值，就能算出粒子的运动速度。
有了速度值，单靠磁偏转，或者电偏转，都可以测出粒子的电荷与质量的比值。
算出这个值后，汤姆逊惊奇地发现，它比电解质中氢离子的比值还要大得多！
这说明什么呢？说明这种粒子的质量，比氢原子的质量要小得多——前者大约是后者的1/2000。
我们看看元素周期表就知道，氢原子是最轻的原子，比它还小2000来倍的东西，不可能是原子！
那么，它是谁？一股寒意倏然袭来。
纵览科学史，从来没有这样的概念：比原子还小得多的带电微粒。
汤主任漂亮的实验结果，肯定地证实了阴极射线是由电子组成的。这是人类首次用实验证实了一种“基本粒子”——电子的存在。
我们一直在为原子找证据，因为无法观测，而总是怀疑它的存在。为这事儿，不知白了多少少年头，熬了多少不眠夜！没想到，我们首先观测到的微粒，竟然是比原子轻2000倍的电子！而原子，到现在也没看到，真是造化弄人啊！
先不要忙着感慨，好像有点不对劲——发现了电子，这意味着什么？
这意味着，八成存在原子。即使存在原子，它也不是原来大家认为的那样，是一个不可分割的基本颗粒，Look，电子就是从原子身上拆下来的！
它同时还意味着，除了电子，原子里还存在别的什么东西。
什么？你说原子里都是电子不可以吗？
不可以，因为原子不带电，也就是说，它是电中性。而电子带负电，只有跟带正电的东西在一起，才可能抵消，表现出整体的电中性。所以，原子里一定还有带正电的结构。
这位童鞋说了，就不能是带正电的电子吗？
不能，以后我们会知道，如果这个世界上，负电子非要和正电子往一块儿凑，那么，世界就毁了。
原子还没被证实，它的“基本粒子”身份就被取消了。科学进入了一个新时代。
发现电子后，汤主任火了，被誉为“最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。1906年，他因此获得诺贝尔物理学奖。
1940年8月30日，汤姆逊逝世，他的骨灰与牛顿，达尔文（Charles Robert Darwin）、开尔文等伟人的骨灰安放在一起。
话说发现电子后，人们都在想，电子貌似原子的零件之一，那么，原子的构造是个什么模样呢？这时，想象力占了主场，科学家们纷纷提出各种原子模型。
1901年，法国物理学家让·佩兰（J.B.Perrin）提出，带负电的电子，围着一个带正电的粒子旋转，组成了原子。原子的光谱不一样，是因为电子的运行周期不一样。
1903年，日本物理学之父长冈半太郎受到麦克斯韦土星模型的启发，提出原子就是像土星那样。
1904年，汤姆逊提出，原子是个球，带正电，镶嵌着带负电的电子。有点像葡萄干蛋糕。
……
客观世界纷繁复杂，你想撇开次要因素吗？你想抓住主要矛盾吗？你想让科学研究更纯粹、更基本、更简洁吗？请使用科学模型！
科学离不开模型。科学研究中的计算，针对的都是模型，而不是“现实”的东西。这个模型，要能够尽量简洁地模拟现实对象。比如计算天体力学关系时，最简洁、最有效的办法是，把天体简化成质点，这样计算起来又快又准。如果不依赖这个“质点模型”，那我们就把自己逼疯了：我们必须考虑每一个天体、及其每一个原子之间的力学关系！就算我们有这个能力、精力和时间，也是麻烦无比，还很难算得准。
有人说了，模型这东西，虽然好用，但太主观。
不错，不仅模型主观，就连我们对客观世界的观察，也撇不开主观。因为，我们的感知能力有限。所以，观察到的东西，只能是世界的一小部分，究竟是多小的一部分，还不知道。这些碎片信息，通过感官，映射到我们的大脑，做出分析理解，这个过程本身，就是客观刺激、主观反映。我们所能做的，就是尽量多地去观测客观世界，尽量客观地去模拟现实对象——用我们的模型。
这位童鞋问，模型再好用，它也不是“真实”，科学追求的不是真理吗？
是的，科学是在追求真理、拼命鞭策自己去接近真理，但是，对于科学，最科学的表述是：我们追求的真理，是有限的，但必须是有效的。
绝对真理也许存在，也许将来有一天，能够找到我们这个宇宙的绝对真理。但是，你能保证我们的宇宙是唯一的吗？你能保证其他宇宙的真理也和我们一样吗？
研究绝对真理，是哲学家、神学家、玄学家、政治家们的事，他们可以仙风道骨，很拽很大气；坐而论道，很玄很肯定。唯一的遗憾是，他们不能肯定、准确地预测一件事。
科学家们没那么潇洒，他们谨小慎微，很清楚地知道，自己建的模型很简陋，对大自然的描述很片面，他们承认自己没有能力客观地、全面地、历史地、辩证地看问题，他们只能用这些简陋的、片面的、孤立的东西，战战兢兢地搞些观测、做些实验，好不容易总结出可怜的几条规律，还心虚不已，一个劲儿地预测、验证，一旦发现某处与观测不符，就立即推翻自己苦心经营的理论，从头再来。他们唯一的骄傲是，总算能够肯定、准确地预测一些事了。比方说，能把飞行器送上太空的预设轨道、月球和火星的指定位置；预测几千年的日食月食，发生时间敢精确到秒；土星在2022年2月2日2点2分处于什么位置；130亿光年远的那颗恒星含有什么元素……有一次不准，他会立即认栽，比谁都认真地找出倒底错在哪，一旦找到原因，改得比谁都快。这就是有自知之明的科学，知道自己不代表真理的科学。
咦？倒底谁更主观？
哈，扯远了，违反了广告法。下面，接着说模型。
原子还没观测到，模型倒是提出不少。那，倒底有没有原子呢？
别急，咱俩熟悉的奇迹年——1905姗姗而至。三级技术员爱因斯坦同志在创立狭义相对论之余，关注了一下微观世界。他的目光落在布朗运动谜题上。5月份，小爱同志接连发表了《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》、《布朗运动的一些检视》两篇论文，用来解释布朗运动。
在论文里，小爱说，研究布朗运动，就是要找到证据，证实原子存在或不存在。原理是，假设存在水分子、构成水分子的原子，把它们看做微小的圆球，那么，按照热分子运动理论，观测悬浮颗粒的运动，就可以用数学手段精确测定小球的大小。如果做不到，那就说明，不能把水看作小球的集合，也就是说，原子不存在。
他做到了。在论文里，小爱创立了相关数学定律，成功统计了在一定体积的液体中，分子的数量和质量，准确描述了布朗运动，还给出了完美的解释：是分子（原子）的热运动，不停地撞击悬浮在其中的微粒，使它们不停地瞎折腾。
这个结论，不仅证明了原子的存在，终结了两千年来关于原子存在与否的争论，还顺便为现代统计力学作出了基础性的重大贡献。
小爱为解释布朗运动所创立的统计方法，可以用来描述和预测那些信息海量庞杂、变化微妙多端的复杂事物，比方说，模拟空气污染物的行为，或者股票市场涨落走势等等。
后来的事，我们在上部里说过，佩兰在物理学领域验证了爱因斯坦的理论，斯维德伯格（T.T.Svedberg）在化学领域验证了爱因斯坦的理论，他俩因此分别获得了1926年的诺贝尔物理学奖和化学奖。验证同一个结论的两个实验，分别获得不同领域的诺贝尔奖，这在诺奖历史上应该是绝无仅有的，足见这个理论的重要性。
多年来不遗余力捍卫原子论的著名科学家玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann）胜利了，但他已身心俱疲，于1906年自杀身亡。玻尔兹曼是热力学和统计物理学的奠基人之一，我们以后会谈到他。
原子，你是有多让人操心啊！
科学家们提出品类繁多、形态各异的原子模型，倒底哪个更靠谱呢？这个问题不能靠口才来解决，科学家们用的都是笨办法：实验。
1910年。
这个实验，被评为物理最美实验之一。
伟大的实验，自然要由伟大的人物来做。
欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）。
“法拉第之后最伟大的实验物理学家”的名头，不是说有就有的。
如果你嫌不够，那么，卡文迪许实验室第四任主任，也不是说当就能当的。
他的名头当然远远不止这两个。如果列一张清单给你，你一定会后悔看到它。因为它很长。
长到你无法承受。
卢瑟福可以承受。凭实力。
但现在，他把这些名头都忘在了九霄云外。
因为，他正盯着一个模型。原子模型。
每个人心中都有一个原子模型。但这只不同。
如果选择一只模型去相信它，自然要选老师的那只。
可以肯定，这位老师，就是汤姆逊，那个尊敬的长者。
而模型，却未必是原子的真身。
葡萄干蛋糕？其实这个模型更像一只西瓜。当然是削了皮的那只。
西瓜瓤，应该就是原子。而西瓜子，自然就是电子。
揭开它的面纱！这是卢瑟福的一个梦。也是整个物理界的一个梦。
梦想很丰满，但武器太骨感。
一张纸，涂了硫酸锌的纸。这张纸围成一个圈，让人想起天坛的回音壁。纸壁上有一个孔。纸圈当中，一张箔孑然而立。
够薄才能称箔。但这张，薄得让人心酸。寒酸的厚度，却由上好材质打造。是的，这是一张金箔。做靶，是它的宿命。
带正电的氦核，江湖人称α粒子，昵称阿尔法。它现在是射线，由放射性元素衰变射出，当然，裂变亦可。
纸圈外，α粒子发射孔透过纸孔，正对着那张箔。
当阿尔法遭遇硫酸锌，便有微光闪逝。
武器太寒酸，相对于名震物理江湖的实验。但放在卢瑟福手中，已然足够。
兵刃未动，卢瑟福却已在心中过招。事实上，每一个高手都会在心中过招。
α粒子，射中金箔中的原子，会发生什么？
实力决定结果。
α粒子冲击电子，就像卡车撞上乒乓球，毫无挂碍。而西瓜瓤这种疏松之物，只作容纳电子之用，不足为虑。
所以，α粒子将直贯而过——穿透金箔，砸在发射孔对面的纸壁上，就像子弹穿透纸靶射进墙壁。这是卢瑟福的推测。也是所有人的推测。
然而，失算乃兵家常事。即使是高手也不例外。
比如现在的卢瑟福。
不错，果然有微光频闪，但不止是在发射孔对面。大半个纸壁上都有！
那些散落在别处的微光也不容小觑。
事实上，每一点微光都不容小觑。一点微光，就是一个α粒子。
少数α粒子被反弹偏角超过90度！
它撞上了什么，被弹得四处飞散？！
电子？绝无可能。
那么，就只有一种可能：原子内部，一定还有异物！
质量大、硬度高，才有如此功力。
原子里居然有这等神器？
失算的不是卢瑟福，而是那个模型。
“这就像你用一发十五英寸的炮弹去轰击一张纸，可这发炮弹却被弹回来打到你一样。”
卢瑟福这样形容他对“α粒子散射实验”的不可思议。
实际上，这个实验，比上述要复杂得多。比方说，为了多打探些原子内幕信息，必须干一件又费力又无聊的事——数清闪光次数。需要在完全黑暗的环境中老老实实盯几个小时，去捕捉那一闪而逝的、孱弱的微光。达摩面壁，还能看见蚂蚁搬家呢，这小黑屋谁伤得起？对一般人来说，这活儿还不如守墓。好在卢老师门下奇人辈出，都不一般。
盖革（H.W.Geiger）尤其不一般。卢瑟福评价说，盖革工作起来像个魔鬼，可以整夜定时计数，而且极其淡定，丝毫不乱。
于是盖革老是被安排干这类事。
于是盖革发明了一个仪器替自己工作，这就是名震江湖的盖革计数器。当然不是为这次实验发明的。
这次试验，还是要靠眼力。因为不仅要计数，还得搞清楚散射位置。
盖革发现，阿尔法粒子要么直接穿过金箔，要么稍有偏转。这都很正常。但意外的是，盖革还发现，一些α粒子偏转角“相当可观”。
而那时，物理学家卢瑟福刚刚获得了诺贝尔化学奖。因为他发现，所谓放射性，是嬗变产生的一种现象，而所谓嬗变，就是一种元素变成另一种元素。突然从物理学家嬗变为化学家，这是在恶搞吗？喜欢幽默的他为这件滑稽的事发生在自己身上有点小得意：“这真是太妙了！我研究了那么多变化，但是最大的变化是这一次，我从一个物理学家变成了一个化学家。”
幽默归幽默，工作归工作。卢老师算了下，按照汤老师的模型，α粒子被大角度偏转的可能性不大。这时，盖革向卢老师推荐了一位很有前途的研究生——马斯登（E.Marsden），并建议给这位新人安排一个项目。
卢老师当场拍板：那就让他去看看，有没有α粒子反弹回来。
卢老师安排这件事的时候，只是给这位年轻人找点事干，也没抱什么希望，怎么可能反弹回来呢，还恰好被你看见，是吧？
于是马斯登就屁颠屁颠去了盖革的小黑屋。
没想到啊没想到，他真看到了！
于是卢瑟福拿炮弹作比喻，表示了这件事的不可思议。
事情到这儿还没完。搞出这么大个怪事，盖革和马斯登更来劲了，他们召集不同材料的箔，组织了一场比赛，就比谁弹回的α粒子多。赛后，盖革和马斯登发布了成绩榜：金是银的2倍，是铝的20倍……然后就兴冲冲干别的去了。
但卢瑟福没心思干别的了。他想为这张成绩榜找个解释。
在此之前，他得先理清思路：
第一，爱因斯坦对布朗运动的解释，加上自己刚发现的元素嬗变，这两个证据都毋庸置疑地证明了原子的存在。
第二，汤老师发现了电子，不容置疑地证明了原子不是基本粒子，它是可以拆开的。
第三，汤老师认为，原子主要是由电子构成的，还提出一个镶了很多电子的球形原子模型。
第四，α粒子有大角度的散射，说明原子里存在大质量的硬物。汤老师的模型不对。
第五，绝大部分α粒子直贯而过，说明这个硬物体积不大。那么它到底有多大呢？可以根据α粒子散射的数量，以及分布情况的数据算出来。
第六，这个数据已经被盖革和马斯登这俩小子弄出来了。
Yeah！
1910年12月，卢老师告诉盖革：“俺晓得原子是嘛模样了！”
卢瑟福原子模型闪亮登场：一个小小的、带正电的核心，叫原子核，只占原子中极小的一部分空间，就像教堂中心悬浮的一只苍蝇，电子绕着原子核转，就像教堂的墙。也就是说，原子基本上是空的。如果非要想象一下电子的大小，我们就只好把原子放大到地球的尺寸，原子核就相当于一个棒球场，而电子就是棒球。
实际上，原子核只占原子体积的几千亿分之一，却集中了原子99.96%以上的质量！原子核的密度是一样的，质量越大的原子，其原子核体积越大，所以弹回的α粒子越多。如果原子不是空的，而是都充满原子核，那么，1立方米的任何物质都将重达1百万亿吨！
卢老师原子模型简直就是一个小行星系统的翻版，就像我们的太阳系——原子核是太阳，电子就是行星，史称“行星系统”模型。多美妙啊！微观世界竟然是宏观世界的超级袖珍版！
这个原子模型，直接由实验数据计算而来，原子核的概念从此出现在人类的词典里，颠覆了此前人们对原子的认识，开辟了物理学的一个崭新分支，向原子核物理学最终确立迈出了决定性的一步。在卢瑟福的主持下，卡文迪许实验室涌出一系列重大发现，成为实验物理学圣殿。卢瑟福因此被誉为“原子核物理学之父”。
“原子核物理学之父”于1871年降生于新西兰纳尔逊，父亲是个手艺人，车轮工匠、木匠、机械、农活，样样拿得起。
但是样样拿得起的人，往往有一样拿不起，钱。并不是每个人都可以做达芬奇。所以爱好不要太广泛，盯住一样做到极致，你就赢了。
卢瑟福自小家境贫寒。好在智力和快乐并不是按价购买的。
小卢聪明淘气，建过土炮，Diy过相机，拆过闹钟，心灵手巧的劲儿比父亲有过之而无不及。如果你对此不以为然，那是你不知道，这对一个实验物理学家是有多重要。所以，看见孩子拆东西，鼓捣稀奇古怪的玩意儿，千万不要粗暴禁止，说不定你一不留神，就扼杀了一个伟大的科学家。
咱爹就是个明白人，咱俩拆啥他都不管，但是后来，咱俩都没变成科学家。那是因为，咱俩管拆不管装，把成品变成零件，就算万事大吉了。什么？你现在是报废汽车回收公司经理？嗯，算是专业对口，人尽其才了！
人家小卢比咱俩厉害，他不仅能拆，还能装上，坏了还能修好，比如那只钟；自己没有的东西能Diy出来，比如那个相机，真能拍照片，厉害吧？
其实他更厉害的是，淘气学习两不误，很小就爱思考，爱读书，但目标不明确。直到10岁那年，他看到一本书，《物理学入门》。小卢立即被书里简单而神奇的实验、美丽而优雅的自然规律所吸引，从此心里种下一个梦。也算是冥冥之中的巧合吧，这本书是他后来的老师汤姆逊的老师写的，说起来，还是师祖点化他投入师父的门下。
小卢靠自己劳动，解决了小学的学费。小学以后的学费，他靠奖学金解决。我们知道，奖学金可是个稀罕物，它只青睐两类人：凤毛、麟角，你得用成绩PK掉绝大多数对手才行。小卢一路过关斩将，进入了新西兰大学，毕业时还赚了三个学位：文学学士、理科学士和硕士学位。这个时候，他也可以凭本事养家了。但卢瑟福同学心里的那个梦发芽了，于是申请了剑桥的奖学金，这回竞争对手更多了。而且，你知道，敢申请剑桥奖学金的，那都是神人，否则就是神经了。果然，这次竞争特别激烈，一个叫迈克劳林的人跟小卢杠上了，他俩条件差不多，基金委员会很为难，最后经过争论，决定把机会给迈克劳林。小卢只好回家等下次机会。1895年4月，小卢正在菜园里挖土豆，母亲兴奋地给他送来一份电报，原来基金委员会改了主意，奖学金归卢瑟福了。小卢立马扔掉铁锹，雀跃道：“这是我挖的最后一个土豆了！”
卢瑟福从菜园子一路走来，取得巨大成就，靠的不仅仅是聪明的头脑，更有勤奋、坚持和勇气。还记得我们的成功等式吗？那几个因子，小卢一个也不少。他也许不是最牛的物理学家，但绝对是最牛的物理学导师，没有之一。
他真挚、爽朗、淳朴、诚恳、热忱、负责、渊博、智慧、幽默、勤恳，几乎具备作为好朋友、好导师所要求的一切优点，这绝不是搞浮夸，搞高大全，他被科学界公认为“从来没树立过一个敌人，也从来没失去过一个朋友”，让整个科学界这帮吹毛求疵的家伙公认一件事，容易吗？
当然不容易！他作为导师，对学生的影响和帮助，无论在精神、知识还是其他方面，都是无可比拟的。
俄罗斯物理学家卡皮查（Peter Leonidovich Kapitza）勤奋、有思想、还有幽默感，在卢老师门下工作了14年，师生俩情同父子，小卡给他敬爱的卢老师起了个外号：鳄鱼，寓意老师从不回头、勇往直前的精神，还做成一个鳄鱼徽标，挂在卢老师为他建的“蒙德实验室”，用来激励自己。
1934年秋，卡皮查回国探亲，被苏联留在国内出不来了。一个实验物理学家，离开了实验室，那就是龙游浅水、虎落平阳，卡皮查一连三年无所事事。卢瑟福做了一件谁也没想到的事，他说服了苏英两国政府，把“蒙德实验室”的所有设备、仪器送到莫斯科，还派了个得力助手前去协助安装。小卡后来在液氦的超流动性、球型闪电研究等方面取得成功，于1978年获得诺贝尔物理学奖，成为史上最高龄捧回诺奖者，那年他84岁。这个记录保持了24年，后来被打破两次，2002年，88岁的美国科学家雷蒙德·戴维斯与另外三位科学家分享了诺贝尔物理学奖，打破了这一纪录。2013年，84岁的希格斯与81岁的恩格勒分享诺贝尔物理学奖。获奖时，希格斯比当时的卡皮查大1个半月。
卢老师对学生不仅“能帮”，还“善导”。一天深夜，卢瑟福见实验室仍亮着灯，进去一看，一个学生正在那忙乎，便问道：“大半夜的你干嘛呢？”学生答道：“我加班呢。”交谈中，他得知学生从早到晚不是上班就是加班，就不满意的问了句：“那你用什么时间思考问题呢？”一个真正有头脑的老板，不是想方设法让手下加班，而是想方设法提高手下的效率和能力。
所以，他门下神人辈出，他的学生和助手，至少有11人获诺奖。物理学奖：索迪（F.Soddy 1921）、玻尔（1922）、查德威克（J.Chadwick 1935）、赫维西（G.C.Hevesy 1943）、哈恩（O.Hahn 1944）、阿普顿（E.V.Appleton 1947）、布莱克特（B.P.M.S.Blackett 1948）、鲍威尔（C.F.Powell 1950）、科克拉夫特和瓦尔顿（J.D.Cockcroft、E.T.S.Walton 1951）、卡皮查（1978）。
受卢瑟福影响获奖的还有：阿斯顿（F.W.Aston 1922）、狄拉克（P.A.M.Dirac 1933）、贝特（H.Bethe 1967）等等。
当然，还有些牛人没获诺奖，比方说刚才在小黑屋数数的盖革、马斯登等。没办法，诺贝尔物理学奖太少，卢老师门下神人太多，不够分呐！这不，还匀了几个化学奖给他们！
这个纪录超过他的老师汤姆逊，稳居世界第一。
导师当得够完美，那么，刚刚设计的这个原子模型怎么样呢？
这个模型既符合刚刚结束的实验观测，又符合自然的美感，何止是完美？简直就是完美！
但是，经验告诉我们，每当我们迎接一段光明时，后面总会跟着一个大大的阴影。
这次也不例外。科学家们很快发现，如果原子是这样的，这个世界就毁了。为了拯救世界，必须反对这个模型！
这次反对者的后台特别硬：牛爷、麦爷。
牛爷证明：做圆周运动的物体都经受加速度。
麦爷证明：带电粒子加速，会产生电磁辐射，不断损耗能量。
这位童鞋问：两位爷说得都没错，但是，损耗能量很平常啊，有什么大不了？
问题很严重，一个做圆周运动的物体，损耗能量，就必须缩小半径，能量损耗越多，半径越小。这下你懂了——电子会坠毁在原子核上。
这个坠毁过程需要多长时间呢？科学家们算了下：大概不会超过万亿分之一秒！
也就是说，如果原子系统是这样运行的，那么。它刚出生，就会毁在自己手里。
有的同学又问了，如果电子不是绕核“公转”，而是离原子核一定距离，老老实实呆着不动，不就没有能量损耗了吗？那就不能坠毁了吧？
答案是：坠毁得更快。带负电的电子，怎么能抗拒带正电的原子核的强大魅力？它会立即投向原子核的怀抱，比绕转坠毁还快！
事情闹大了。
每一个科学新发现都表明，世界永远比我们想象的要简单。但每一个新发现，永远出乎我们的意料之外。这是因为，我们第一眼看到的，永远只是表象。
卢瑟福搞清了原子的大概模样，却弄不清楚它的机制。如果原子按照卢瑟福的“行星系统”模型运转，电子就坠毁了。电子坠毁了，原子也就不存在了。原子不存在了，我们的世界也就Over了。可是，大家睁开睡眼，太阳照常升起，老鼠照常偷米，物业照玩小区，阿希照玩相机，阿芝照演烈女，世界好好的，还那德性，任你河狮猫了个咪。于是我们长舒一口气。
不管同志们有多放心，卢瑟福也是清醒的，他意识到，这是个大难题，要搞清楚“稳定的原子结构”，没那么容易，所以他选择暂时放弃：“对于这个模型的稳定性问题，现阶段不一定需要考虑。”并指出，这是由原子的极细微结构——带电荷的部件的运动所决定的。言外之意，这是细节问题，并不影响原子结构的大局。
伟大导师卢瑟福的话还是先听为妙。我们暂时放下把持不住的电子和原子核，回到波粒大战如火如荼的岁月，去观观光。还愣着干嘛？走啊，这次是真的观“光”！
1800年，英国。有间小黑屋。唯一的窗，被木板堵得密不透光。然而，板上居然有个矩形孔，孔内还放了一块三棱镜！场景好像很熟。
不错，一束光被棱镜折偏，在试验台投出一道七彩光带。
这是牛爷的色散实验？
人物和实验都猜错了。牛爷已经在70多年前仙逝了，而这个实验也不是色散实验。
这个实验，比牛爷的实验多了一样东西：温度计。每种颜色的光带上，都放了一支温度计，相当精确的温度计。
从紫到红，温度计的读数一个比一个高。这说明，红端的光更容易让物体发热。这个发现让实验者有点小激动，一时好奇，他在红光外侧放了一支温度计，发现，光带外的这支温度计，读数竟然比其他温度计都高！
这说明什么？说明红光外侧有一种看不见的光！实验者管它叫“热线”。在光谱中，“热线”位于红光外侧，所以我们后来管它叫“红外线”。
这个实验者，就是鼎鼎大名的弗里德里希·威廉·赫歇尔（F.W.Herschel），英国人，天文学家、古典作曲家、音乐家。英国皇家天文学会第一任会长。
赫歇尔用自己亲手研制的大型反射望远镜发现了天王星及其两颗卫星、土星的两颗卫星，研究了太阳的空间运动，编制了第一个双星和聚星表，出版了星团和星云表，还研究了银河系结构，被誉为恒星天文学之父。
自然很神奇，科学研究也很神奇。赫歇尔发现红外线的第二年，紫外线就不甘寂寞地被发现了。
德国的约翰·里特（J.W.Ritter）听说赫歇尔发现了红外线，特感兴趣。他想，光谱是如此美丽，红端外侧有看不见的辐射，凭什么让紫端外侧空着？一定也有！这个信心满满的推测，来自一个简单而深刻的信念：科学规律的对称性。
但是怎么才能找到它呢？越向紫端，热效应就越不明显，所以，用温度计肯定是不灵了。里特开始琢磨另辟蹊径。
1801年，一瓶氯化银溶液来到里特手中。里特眼睛亮了。
氯化银在受热、受光时，会解析出银。
我们平时看到的银砖银条银首饰，都是晶体，呈金属白色。啥叫晶体呢？就是“原子啊、分子啊呈平移周期性规律排列的固体”，自然界里的固体物质，大部分是晶体。那，啥叫“平移周期性”呢？哦，跑题了，向后转——但氯化银受光析出的银，是极小的微粒，光反射跟晶体不一样。所以，氯化银受光时，看起来是颜色逐渐变深，先紫后黑。
那时，化学家们都知道这码事儿。
怎么会那么巧？里特恰好是化学家！他深情地看着这瓶氯化银溶液：Only you~……！
他拿来一张纸片，醮了点氯化银溶液，放在紫光的外侧。好期待哦。
果然，黑了，它黑了，纸片上的氯化银慢慢变黑了！真的存在那个射线！！
里特管它叫“去氧射线”，以强调这是化学反应。随后，它被简称为“化学光”，颇为流行了一段时间。一年后，改成我们熟悉的“紫外线”。
等等，好像不太对劲儿，前面不是说，频率越高的光，能量越大吗？上面说的三种光，按照频率高低排序，紫外线最高、可见光由紫到红越来越低、红外线最低，为什么比起热效应来，反而是红外线最强，而紫外线最弱？
虽然又问跑题了，但问题还是要回答的。因为，当时的人们也挺纳闷。还因为，辐射这事儿，跟量子论的内容有点关系，算是预习一下吧。
当时人们以为，物体发热是由于“热质”进入了物体。
本杰明·汤普逊（Benjamin Thompson），也就是伦福德伯爵（生于美国，后入英国籍，物理学家）表示了反对，还做了个摩擦生热的实验，但没人相信。因为人们认为，物质一摩擦，周围那些喜欢凑热闹的热质就来了。你看，还是“热质”惹的祸。
后来，法拉第的老师戴维也向同志们演示了一个实验：在与周围环境隔离的真空容器里，用机械让两块冰互相摩擦，直到融为水。这回“热质”进不来了，冰照样化，总该相信运动生热了吧？
事实是，相信的人仍然不多，只有托马斯·杨表示过对“热质”说的反对。
再后来，随着热力学的日益成熟，人们才慢慢相信，热是一种运动。物体中分子或原子振动越快，其温度就越高。
共振原理我们都知道，物质化学键的振动能级都差不多，一般处于红外线的频率范围，所以，红外线的照射，最容易引起分子、原子共振，表现为温度升高。反过来，物体分子、原子振动，也会辐射出红外线。
紫外线频率太高，很难引起分子和原子共振。所以，它的热效应比不上红外线。不过，能量高自有能量高的用武之地，紫外线的化学效应比红外线明显。
由上可知，红外线频率与原子振动能级越接近，热效率就越高。而原子振动能级又略有不同，所以，如果你办厂，需要使用电磁波加热，那就一定要弄清楚，你所加工的东西，用哪个频率的电磁波热效率最高。搞对路子了，就节能环保又省钱。
既然聊到红外线、紫外线，咱们就顺便聊聊关于辐射的那些事儿好吗好的。
辐射。一见到这个词，我们通常会联想到一些比较恐怖的东西，比如核弹啊、变异啊什么的。其实，我们每天、时刻都沐浴在辐射之中，逃不了是事实，离不开也是事实。
阳光是那样美好，无线电波是那样给力，它们都有一个共同的名字：辐射。
辐射族成员很多，按照血统，可以分两支：电磁辐射、粒子辐射。
电磁辐射就是电磁波，从麦爷一统光电磁王国那时起，我们对电磁波就不那么陌生了。现在复习下，电磁波由于波长和频率不同，导致能量也不同，所以咱就按频率和波长给电磁波分类，频率由高到低排列：γ射线、X光、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波、长波无线电。
粒子辐射也叫高能粒子辐射。听起来很神秘，其实，比“电磁辐射”好理解，就是一些运动速度很快的粒子，比方说α粒子，就是高能粒子辐射的一种，它其实就是氦原子的核，由两个中子和两个质子组成，带正电。除了α射线，还有β射线、中子、质子等粒子流。
粒子辐射是在1896年发现的。
但它的发现，却是由一种电磁辐射的发现引起的。
十九世纪末，研究阴极射线成了物理界的时尚，各实验室唯恐OUT慢，纷纷投入研究。德国维尔茨堡大学物理所也不甘落后，所长威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Rontgen）更是醉心于玩“勒纳德管”，研究阴极射线的荧光效应。勒纳德（P.Lenard）曾是赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）的助手，他研制出一种阴极射线管，管上用铝做了个窗口，可以把阴极射线引导出来，更好地研究放电过程。
但是，人们发现，伦琴玩着玩着，就变得古怪起来，他天天把自己关在实验室，不告诉任何人自己在干嘛，包括他老婆在内。伦琴夫人发现，老公不仅食不甘味，而且夜不归宿，难道……？！
这一切，都是从那晚开始的。1895年11月8日，星期五，夜生活刚刚开始。
伦琴摸黑进入实验室，回眸间，突然发现，一块涂了氰亚铂酸钡的荧光屏在发光。他有些吃惊，因为当时是夜间，屋里一片漆黑，是谁让荧光屏暗送秋波？
他想起了通着电的放电管。但在此前，为了防止阴极射线逸出，他已经用锡纸、厚纸板把放电管包得严严实实的了。难道锡纸和厚纸板挡不住？
伦琴就随手在实验室拿些物件，挡在放电管和荧光屏之间，书本、木板、铝片……发现效果差别很大，有的根本挡不住，有的可以起到遮挡作用，越试越觉得神奇。
他判断，让荧光屏发光的，可能是一种穿透力极强的、未知的新射线。于是就用未知数的代号X给它命名。他怕自己判断失误影响了名声，所以守口如瓶。
伦琴拿各种东西在X射线下拍照，发现，这种射线可以拍到木盒里的砝码，可以拍到金属片内不均匀的纹理……每次都有新惊喜。科学家的幸福感和满足感，有谁能懂？这一试就是四十多天，搞得老婆疑窦丛生，闺怨满屋。
终于，伦琴确认自己发现了一种新射线。索性不改名了，就叫它X射线吧。
1895年12月22日，他把狐疑不已的老婆请到实验室，用X光拍下了她的手。世界上第一张人体X光照片诞生了。
据调查，当时有多个国家的、N个实验室进行了类似的研究，他们也发现了X射线，时间相当接近。甚至在伦琴发现X射线之前，宾夕法尼亚大学就已经制造出X射线，还拍了照片。但是，他们没意识到，这是一个重大发现，只是把资料归了档，就忙别的去了。估计这些大神是卡文迪许同志的传人。伦琴没犯这个错误，他确认发现后，立即完成了论文《一种新的X射线》，于1895年12月28日出版。
阴极射线实验的意外收获，让伦琴获得巨大的声誉，他因此在1901年获得世界上第一个诺贝尔物理学奖。X射线也被人们称为伦琴射线。
X射线的发现引发了一连串重要发现，标志着现代物理学的产生。它的广泛用途，咱俩在上部聊过，这里就不罗嗦了。值得一提的是，伦琴射线被发现后，由于它的超强透视功能，引发了全世界的研究热潮，一年之中就有上千篇相关论文，但当时的人——包括伦琴本人在内，都不知道这种X射线倒底是什么。直到20世纪初，人们才发现，它也是一种电磁波，只不过频率更高，能量更大，穿透力更强。
伦琴发表论文的同时，也给庞加莱寄了一份相关资料。
1896年初，庞天才看了资料后推测，X射线与勒纳德管中强烈的磷光有关，就提出假设：被日光照射而发磷光的物质，也应该发出一种不可见的、有穿透能力的辐射。
法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔（A.H.Becquerel），想起另外两件事：
法拉第听说奥斯特把电变成了磁，于是就把磁变成了电；
莫尔斯（Morse）听杰克逊医生闲聊，说电能发出信号，于是就让电报改变了世界。
现在，俺贝克勒尔听庞天才说有一种未知的辐射，咋办？
赶紧找呗！
事情进展很顺利。1896年2月24日，贝克勒尔发现，把硫酸钾铀酰在阳光下曝晒几个钟头后，就能发出一种射线。这种射线很厉害，可以穿透黑纸，让照相底片感光。
开始，贝克勒尔和庞加莱都认为，这种射线类似X射线，用阳光对铀盐晶体进行激发，就可以放出这种射线。
贝克勒尔刚要大干一场，多搞几次实验，却郁闷地发现，天阴了。
没有阳光，就只能鸣金收兵。他把底片用黑纸包好，放进暗室的抽斗，把铀盐也用黑纸包好，压在底片上，关上抽斗。Over。出去等天晴。
几天后，1896年3月1日，贝克勒尔冲洗了一张底片，立即惊呆了——底片上放铀盐的部位感光特别明显。铀盐即便是经过曝晒后，发出的射线也不能让底片感光这么明显！底片恰巧出毛病了？再试试看！
他在暗室又准备了一张底片，在上面放了一个纽扣状的铀盐片。5个钟头后，冲洗底片，底片上出现了那个铀盐片的形状。
贝克勒尔确定，这不是巧合，就开始研究各种铀化合物，发现它们都“不停地发出不可见的射线”，用纯铀粉也一样。他得出结论：铀是主要因素，它可以放射这种射线。
物质的放射性就这样被发现了。
1903年，贝克勒尔因发现放射性喜获诺奖。可惜的是，贝克勒尔因为过多地接受有害辐射，于1908年逝世，年仅58岁。
贝克勒尔让我们知道，一些物质具有放射性，这种神秘的射线，被称为“贝克勒尔射线”。可是，“贝克勒尔射线”是什么？贝克勒尔没给出答案。
1898年，卢瑟福发现，铀发出的射线有两种，一种极易被吸收，他称之为α射线；另一种穿透力强，他称之为β射线。
不久，贝克勒尔发现，β射线带负电，在电场、磁场中会偏转——是不是有些眼熟啊？对了，贝克勒尔也很眼熟，后来他确定，所谓β射线，就是跑得飞快的电子流，本质上跟阴极射线是一回事！神奇吧？神奇的还在后面。
卢瑟福把注意力集中在α射线上了。他确认，α射线是一种粒子，能量和动量巨大，特别适合作为“炮弹”，来轰击其他粒子，研究其结构。我们知道，正是α射线，敲开了核物理学的大门。
但是，它究竟是什么呢？
卢瑟福也很想知道，所以各种实验、各种计算，终于扒开了她的婚纱，不，是揭开了它的面纱。主要实验：
电磁偏转实验。证明了α射线带正电荷，与阴极射线相反。还顺便求出了它的速度和荷质比。所谓“荷质比”，就是电荷量和质量的比值。一看电荷量和质量，跟原子差不多，怎么看怎么像是氦原子。但是我们知道，原子是电中性，也就是不带电啊！
拿到证据之前，不能乱讲，万一是钓饵呢？情急之下灵光一闪——查暂住证，哦不，查条码身份证啊！
光谱实验。得到高速粒子射线的光谱，可不是用手电筒一照就能搞掂的。得让它老老实实停下来，并且凑够一定数量，才好实验。
卢瑟福的办法是，用0.01毫米厚的薄玻璃管，底部连通水银，上部留空充氧气，接通电管，密封。设备OK。
现在该α射线上场了，它穿过管壁，由于穿透性不强，所以穿过一层薄玻璃就没劲儿了，被氧气留下一起混。两天后，数量凑够了。让管中的水银提升，混合气体就被压缩到电管里，通电，发光，就查到了它的身份证——光谱线，果然是这厮——氦原子！
原来铀可以放射出氦！不过，氦怎么会带正电呢？
答案在汤老师的阴极射线里。电子带负电。那么，电子丢了，剩下的部分，可不就是要带正电？！原来神秘的α射线，就是丢了两个电子的氦原子！
那么，铀为什么可以放出氦，而它放出的氦又为什么会丢电子呢…...问号忒多，扑倒一个问号，便得到一块板砖，核物理学大厦就是这样盖起来的。
被“贝克勒尔射线”吸引的，不止是卢瑟福，法国的一对夫妇也立即迷上了这些神秘的射线。玛丽·居里（Marie Curie）和她的丈夫彼埃尔·居里（Pierre Curie）。
居里夫人的注意力不在“射线是什么和为什么”的问题上，而在“还有什么能发出射线”的问题上。她先发现，铀化合物发出射线的强度，与其含铀量成正比，不受环境影响，冷暖、干湿、明暗……都没关系。她认为，能放出射线的应该不止是铀，这应该是一种比较普遍的自然现象，她建议，管这种现象叫做“放射性”。怎么验证呢？
普查。就是把所有元素都查一遍。你懂的，这活儿相当艰苦，相当繁重。终于，他们发现钍也有放射性。
有了发现，她再接再厉，从普查各种盐、各种氧化物，扩展到一切矿物，逮什么查什么。苦心人，天不负，他们发现，有些矿物放射性的强度，甩铀和钍几条街。难道，这是一种新元素？
在一些同行们怀疑的观望下，丈夫居里放下手头工作，友情加盟，组成夫妻档，并肩作战。1898年7月，他们找到一种新元素，放射性比铀强400倍。居里夫人起名“钋”，以纪念她的祖国，当时被俄、德、奥瓜分的波兰。8月，又发现了一种放射性元素，放射强度又甩钋N条街！两口子很直白地给它取名，叫“镭”，拉丁语意思是“放射”。
但，科学是谨慎的，在没测出原子量之前，就承认找到新元素，有点太儿戏了。可是，镭的含量极低，提炼出足够多、足够纯的镭，达到测量要求，谈何容易！
一无矿石二无设备三无资金的居里夫妇四处奔波，获赠一些铀矿残渣，借来一间冬冻夏焖的废旧棚屋，烟熏火燎地奋战了4年，终于在1902年，从7吨铀矿残渣中炼出0.1克纯净的氯化镭，测得镭的原子量为225。镭元素正式归入族谱——元素周期表。不幸的是，居里1906年因车祸去世。
1903年，居里夫妇与贝克勒尔共同获得诺贝尔物理学奖。居里夫人成为第一个获诺奖的女性。
1911年，居里夫人获得诺贝尔化学奖。
居里夫人发现了两种元素，两次获得诺贝尔奖，并以顽强拼搏的意志、淡泊名利的情操、无私奉献的精神而为人称颂，加上她的性别原因，获得了更高的关注度和知名度，成为世界妇女的骄傲和偶像。
卢瑟福从铀矿中发现了α、β两种射线，法国物理学家维拉德（P.U.Villard）想看看，铀矿中还有没有其他射线可以发现。他还真发现了。这种射线比β射线穿透力更强。卢瑟福给它起了个名：γ射线。
用一张纸就可以挡住α射线。为啥它的动量那么大，却这么容易被拦截呢？等下就知道了。
用几毫米厚的铝板挡β射线，只能减弱它的强度，却不能完全拦住它。
而要挡住γ射线，几毫米厚的铝板都弱爆了，只能用厚重的铅块。
γ射线在磁场里不偏转，说明它不带电。后来，维拉尔搞清楚了，γ射线是一种电磁波，频率比X射线还高。
1902年，卢瑟福和他的助手、英国化学家、物理学家弗雷德里克·索迪研究钍的放射性，突然发现，放出α粒子或者β粒子后，钍就变身了，成为另一种元素！这是怎么回事？！索迪惊呼，这不就是“嬗变”吗！
“嬗变”是炼金术的术语。而在卢瑟福那个年代，炼金，早就是巫术、骗术和笑话的代名词了。卢瑟福听索迪用了这个词，就说，索迪，拜托你别管它叫“嬗变”好吗？他们会把我们当成炼金术士砍头的。
玩笑归玩笑，他俩很快就意识到，所谓放射性，就是原子本身分裂，或者蜕变成另一种原子所引起的。它不是原子或者分子之间的变化，也就是说，这不是化学反应，而是原子本身的变化。在汤老师的支持下，他俩的论文发表后，得到物理界、化学界的一致反对——原子怎么能变呢是吧？你拿石头变一坨金子给俺瞧瞧？
这句话放在当时问出来，绝对没人敢接茬儿。但是我们别忘了，所谓历史，就是一个不断把不可能变成可能的大杂烩。现在，我们的理论骄傲地宣布，原则上，咱俩可以利用加速器，撞击原子核，把铅、汞之类的重金属变成贵重金属——金。只不过，以现在的技术，要制造出1克金，需要一台加速器工作10万年！用整个森林去换一片树叶，也比这买卖赔得少。
1903年3月，索迪离开了卢瑟福实验室，回到伦敦。他和惰性气体发现者拉姆塞（W.Ramsay）合作，进一步证实了α射线就是带正电的氦离子流。
啥叫“离子”呢？我们知道，原子核带正电，电子带负电，二者电荷量平衡时，原子整体就是电中性。电中性的原子捡到一个电子，就带负电；丢掉一个电子，就带正电。带电的，不止是原子，也有原子团或分子团，这种带电的微粒，就叫做离子。而它们丢掉或者捡到电子的过程，就叫“电离”。
还记得刚才的问题吗：冲量巨大的α粒子为啥那么容易被拦截？因为它很容易跟别的粒子发生电离反应，一反应就留下了。所以没派他去取西经。
有的童鞋问了，β射线也带电，为啥没那么容易发生电离反应呢？
所谓电离反应，其实就是粒子与电子之间的纠葛。带电量越大、体积越大、速度越慢，就越容易跟电子发生纠葛。而带电量、体积、速度这三个指标，前两者增其一，或后者减慢，都会造成电离发生率倍增。α粒子比β粒子：带电量增1倍，体积增1800多倍，速度减9/10，
我们可以把拦截物想象成诺曼底，它的电子，就是德军的负电子弹。β是电子，也是负电子弹，与德军子弹同性相斥。而α是抢滩登陆的大兵，背了两块磁铁，与子弹异性相吸。我们还可以加一条探雷犬，就算它是中子吧。现在，让β子弹、探雷犬、背磁铁的α大兵一起，都以自己最快的速度冲向诺曼底……是的，你脑海里出现的印象，就是α射线、中子射线和β射线撞击障碍物的情景。
哈，为了个电离，我们居然动用了二战。罪过。下面回到一战之前的和平时期。
那段时间的理化界，寻找放射性元素也很时尚，物理学家、化学家纷纷加入寻宝大军，各种查，各种炼，一时间，“新”放射性元素层出不穷。
开始还好，后来人们发现，有点不对劲。因为到1907年，寻宝大军居然找到了将近30种放射性元素！
元素周期表顿感鸭梨山大，它收不下这些冗员，就算是谁谁谁的亲妹子干闺女也不行。因为周期表是按原子序数排列的，不能随意扩编，不能因人设岗，坑只能挖那么多，萝卜嘛宁缺毋滥。否则，整张表就废了。
有人开始怀疑，周期表是不是对放射性元素不适用了。
还有人研究这些放射性元素本身，一对比，发现，有的元素，放射性有区别，但化学性质完全一样。索迪研究了这类现象，于1910年提出：存在“原子量和放射性不同，但其它物理、化学性质完全相同”的元素变种，这些变种应该处于周期表的同一位置。这就是“同位素”。
同位素的提出，进一步加深了人类对元素的认识，还顺便解决了元素周期表的编制问题。坑还是那些坑，但一个坑里可以放多个萝卜，前提是，它们必须互为对方的变种，并且物理、化学性质一模一样，就像体重有变化的自己。不明白？那就再打个比方。元素周期表就好比饲养场，我们饲养了三个动物：鸡、狗、驴。每个动物一间屋子，现在又找到一只动物，长得跟驴差不多大，但经鉴定，它是狗，不是其他新物种，只是个头比较大。那么，我们应该给它安排在哪个屋子呢？当然和狗放在一起。这两只狗就是同位素。
既然，元素放出氦（α射线），或者放出电子（β射线），就可以蜕变成别的元素，那么，蜕变前后的两种元素，它们在周期表上是啥关系呢？索迪提出了“位移规则”：
α蜕变后，在周期表上向前（即向左）移两位，原子序数减2，原子量减4；
β蜕变后，向后移一位，即原子序数增1，原子量不变。
英国化学家罗素（Russell）、德国化学家法扬斯（K.K.Fajans）也独立地发现了这个位移规则。
根据同位素假说，天然放射性元素被分为三个系：铀-镭系、钍系、锕系。按照位移规则推测，三个放射系蜕变到最后，都是铅的同位素。1914年，美国化学家里查兹（T.W.Richards）验证了这个推论。
插播一个小广告。这期间，英国物理学家阿斯顿（F.W.Aston）发明了一个小玩意儿，可以测量带电粒子的质量，精确测量各种原子的原子量。这下测粒子质量方便了，实在是居家旅行、化学物理、科学实验之必备良品！对了，请认准它的名字：质谱仪。
同位素的提出，质谱仪的使用，解决了元素周期表的一桩悬案。
1815年，英国医生普劳特提出，所有元素的原子量，应该都是氢原子量的整数倍。
一开始，化学家们认为很有道理。但是一测，坏了，数据显示，普大夫说错了。于是大家只好放弃这个美丽的假说。
元素周期表诞生后，化学家们看看极有规律的元素队列，又想起普大夫的假说，很不甘心地测了又测，结果涛声依旧。
元素周期律很好用，大家认为可以信赖，但是在周期表中，钾VS氩、钴VS镍、碲VS碘的位置，按照原子量看，顺序是颠倒的！
一个大大的问号一直悬在物理学家、化学家们的头上，大家都很尴尬。直到阿斯顿手托质谱仪降临。
经过各种测、各种算，阿斯顿指出，几乎所有的元素都存在同位素。我们原来提取的某种元素，实际上是其同位素的混合体！
混合体比例不同，测得的原子量，数值就略有差别，怪不得老是搞不太准，只能得出平均值！比方说氯Cl，有两个同位素：Cl 35和Cl 37。它俩的原子量当然分别是35和37，但是，我们原来分不开它们，测的是混合物，它俩在自然界的丰度大致是3:1，所以，我们得到个平均的大约值：35.46。
所有的化学家长舒一口气：普劳特医生提出的那个美丽的假说是对的，成了又一个美妙的法则。
为什么会有如此美丽的法则呢？别急，一会就知道了。
α粒子散射实验后，卢瑟福知道了原子的大致结构：原子核+电子。所以，丢了电子的氦原子，应该就是氦原子核。
发现原子嬗变后，卢瑟福知道原子可以嬗变，嬗变时可以放出电子和氦核。
α射线也就是飞驰的氦核冲量大，还特愿意跟别的粒子起反应……
一个大胆的想法从卢瑟福脑中蹦了出来：用氦核当炮弹轰击其他粒子，能不能引起嬗变呢？不能引起嬗变也能讹来点援助吧？
卢瑟福可不是光说不练的主，他说干就干。1918年，他不仅把氦核弹对准了氮，还发射了！不仅发射了，还击中了！果然，氮乖乖送出了氢原子核。卢瑟福一量，氢原子核的质量是电子的1836倍。这是地球人第一次有意识完成的核反应，看来，不是所有的核反应都那么可怕哦。这次核弹轰炸，标志着核物理时代的开始。
用氦核弹轰击氮原子，可以得到氢原子，这说明，原子核也是可以拆开的。那么，原子核又是啥玩意儿构成的呢？
卢瑟福想，既然氮原子里含有氢核，而氢的原子序数为1，没有比它更小的原子核了，那么，可以认为氢原子核是一个基本粒子。带一个正电荷的氢原子核，就叫质子。所以，一个原子的序数，实际上就是指原子核中的质子数。简直太美妙了！
OK，这样说，所谓原子核，其实就是质子。不同数量的质子，组成了不同的原子核？
恭喜你，卢瑟福发现质子后，当时物理界也都是这样认为的。
但是，人们的美好愿望老是和现实差那么一截。
如果原子只由质子组成，那么原子量就是质子数，而每一个质子都带一个正电荷。那么，一个电中性的原子，就应该是这样的：有多少电子，就有多少质子。是吧？
又因为氢原子核就是1个质子，而氢原子的原子量是1，所以，一个原子有多少电子，它的原子量就应该是多少，对吧？
上面说的太绕，写成公式：
电子数=质子数=原子序数=原子量
没错吧？
很美很强大。
电子数、原子序数、质子数这哥仨相等不假，可是，很多元素的原子量跟它们仨谁都不相等，有些原子所携带的电子，只有原子量的一半！就比如原子序数排行老7的氮-14，它的原子量是14，却只带7个电子，因为它的原子核只带7个正电荷。
1920年，卢瑟福提出，可能有一种电中性的粒子，与质子一起组成了原子核。也有一些物理学家认为，氮-14的原子核就是由14个质子组成，只不过有7个电子在原子核内，抵消了7个质子的正电荷，所以，另外7个质子才对外显现出7个正电荷，于是，在核外可以带7个电子。
后来呀，量子力学就兴起了。量子力学指出，没有什么力量能把电子这样轻的粒子束缚在像原子核这么小的区域中。
1930年，苏联的安巴楚勉（V.A.Ambartzumian）和伊瓦年科发现，原子核里确实存在某种中性的粒子。
1931年，德国物理学家博特（W.W.G.Bothe）和贝克尔发现，用α射线轰击铍、硼、锂之类的元素，会产生一种穿透力极强的辐射。他们认为，这是γ射线。
1932年，英国物理学家詹姆斯·查德威克各种实验，证明楼上两位说的γ射线站不住脚。他认为，这种新辐射，可能就是卢瑟福说的那个中性粒子，它的质量和质子差不多。然后，他用实验证实了这个说法。这种中性粒子，叫做“中子”。
中子降临人间后，成了轰击各种元素的新武器。意大利皇家科学院院士恩利克·费米（Enrica Fermi，又是牛人一个啊！后来被伟大领袖墨索里尼逼入美国籍）用得最来劲儿，他带领一群年轻人，按照元素周期表的顺序，从头到尾挨个挑逗已知的各种元素，期待见证奇迹。
1934年，奇迹终于出现了，他们轰击周期表上最后一个元素——92号元素铀时，发现铀被“激活”了，产生出多种元素。他们认为其中出现了一种新元素——93号元素，是中子打进铀核，使其原子量增加而产生的。虽然有很多人怀疑，但当时当地的技术所限，没法对轰击后的产物进行精确的分离和分析。
1934年10月，又一个奇迹出现了。他们发现，用减速的“慢中子”轰击放射性物质，更容易引起核反应。这一招很快传遍物理江湖。
德国化学家哈恩也学会了这一手。1938年，他和斯特拉斯曼（F.Strassmann）用慢中子轰击铀核时，发现产生了钡，他很困惑，为什么中子+铀核会生成比铀小的钡，还能发出些中子和β射线之类的。于是，哈恩给著名女物理学家迈特纳（Lise Meitner）写信，倾诉困惑。迈特纳本来和哈恩合作呢，后来为了躲避伟大元首希特勒，逃到瑞典去了。看到哈恩的信，迈特纳和她的侄子、核物理学家弗里施（K.Frisch）敏感地认识到，这是铀核被中子搞破了，分成两半的结果。她给这个现象起了个名：裂变。还利用爱因斯坦质能公式算出了裂变释放的能量。随后，弗里施用实验证实了裂变。
1938年11月10日，费米接到斯德哥尔摩方面的电话，原来是瑞典科学院宣布他获得诺贝尔物理学奖，授奖理由是：发现93号新元素，发现慢中子更易引起核反应。
1938年11月22日，哈恩把分裂原子的论文寄给《自然科学》杂志，1939年1月份发表刊出。大家一看哈恩的论文，OMG，诺贝尔奖发错了！费米轰击出来的不是新朋友93号元素，而是一个熟人——56号钡！还有比这更衰的事吗？
费米听到消息，赶忙跑到设备比较过硬的哥伦比亚大学实验室，重复哈恩的试验，结果与哈恩一致。于是，费米坦率地检讨和总结了自己的错误。
诺奖发错了成果，却没发错人。很快，在核裂变理论的基础上，费米提出：中子使铀核裂变时，又会放射出中子。这些中子又会击中其它铀核，就会发生一连串的核反应。这就是大名鼎鼎的“链式反应”理论。
至此，核能的理论基础就差不多打好了。1942年12月2日，费米领导他的团队，建成了地球上第一座核反应堆。1945年7月16日，在奥本海默的领导下，世界上第一颗原子弹爆炸成功。1945年8月６日，在罗斯福的领导下，原子弹“小男孩”夷平了广岛。
再后来呀，就不能跑题太远了，钻到粒子物理、核物理学的迷宫里面绕不回来就糟了。咱们打住。接着说辐射。
咱俩在上部说了很长时间的“光”，现在又说了半天和“辐射”有关的事儿，我们知道，包括“光”在内的“辐射”，的确帮助我们敲开了通往自然秘密的大门。这都是好事儿。接下来，我们顺便了解下辐射的危害好吗好的。
我们前面说过，根据辐射的性质，可分为“粒子辐射”和“电磁辐射”。而按照辐射的效果，又可以分为“电离辐射”、“非电离辐射”。
我们已经知道“电离”是什么意思了，所以，不难理解，可以电离出至少一个电子的辐射，就叫电离辐射。
波长短、频率高的辐射——比如γ射线，以及能量高的射线——比如α射线，虽然它俩一个是电磁辐射，一个是粒子辐射，但都属于电离辐射。一般来讲，电离辐射对人体伤害比较大。具体怎么个危害法，咱们等会再说。
粒子辐射的来历，刚才已经说了不少。电磁辐射又是从何而来的呢？它们都是带电粒子运动的产物。这里的“运动”，包括振动，也包括电子在原子轨道中的迁移运动，叫做“电子跃迁”，这个名词会在后文经常出现。
带电粒子运动，产生电磁波，这个上部电磁学里涉及过，根据麦爷的方程组，运动的电场会产生变化的磁场，而变化的磁场又会产生变化的电场——电生磁、磁生电，以光速向外扩散，这就是电磁波。
频率较低的无线电波和微波，是自由电子震荡运动产生的。它们能量比较低，只要强度不太大，就没什么危害。
频率高一些的红外线，是物体分子、原子震荡、旋转，导致原子核和电子也能跟着震荡、旋转，从而产生电磁波。物体温度越高，这种电磁波就越强。它的能量比楼上两种稍高些，至于危害性，也要看强度是多少。
以上三种波对人体主要是产生热效应，使细胞温度升高，如果温度没有高到伤害细胞的程度，就没什么问题。
频率再高些的可见光、紫外线、X射线，主要是电子跃迁产生的，以后我们会知道，电子跃迁的能量差越大，放出的电磁波能量就越强。紫外线、X射线、γ射线对人体主要产生化学作用，都有不同程度的危害。当然，这也要看强度。相同强度的情况下，紫外线危害最小，γ射线危害性最大，并且由于它穿透力极强，所以危害距离更远。
粒子辐射的危害性，在于它们携带的能量和速度。
α射线的速度大约是光速的1/10，其电离效应会对人体细胞产生伤害。由于它非常容易被拦截，所以一般不会穿透衣服或皮肤，一旦被拦截，它就是一个氦核，起不了什么大风浪。
可怕的是，放射性物质通过口鼻或其它渠道进入体内，在体内放射α射线，搞电离，就会对人体造成直接伤害。
β射线速度接近光速，是电子流，可烧伤皮肤，也可穿透皮肤伤及内脏。放射源吸入体内就造成直接伤害。中子射线也是这样。
彼埃尔·居里为了搞清楚辐射危害，曾用自己的手臂做辐射伤害实验，并记录了症状、感觉及愈合过程。
电离辐射伤害人体，实际上就是用它们的高能量来砸坏细胞，本质上是破坏组成细胞的生物分子的化学键，造成细胞受损死亡。
更可怕的是，有时碰巧，某种辐射砸坏了DNA，如果破坏了某些基因，细胞就会不受控制地生长，获得“永生”，这种细胞叫做癌细胞。一个高能粒子刚好砸中某个基因，概率很低。但是，如果有足够的放射源，这个概率就会大幅提升。嗯，关于概率的事，咱在上部中微子那段说过。
所以，防止被粒子辐射伤害，最好的办法，一是是躲放射性物质远点，二是直接屏蔽。而不是一些稀奇古怪的办法。
这里，顺便扒一个伪窍门。有人说，在电脑显示器旁放一些仙人球之类的植物，可以防辐射。这个办法搞笑到可爱。
首先，显示器的辐射不大。咱国在上世纪90年代对CRT显示器做过一次检测，这种老式显示器，的确会发出少量的X射线，不过能量低、强度小，伤害性极小，如果不是长时间盯着它，就没问题。现在一般都是液晶显示器，辐射比老式显示器更小，对人体不造成什么伤害。
其次，大家都知道，电磁波是走直线的。咱俩使用显示器，通常是和它面对面，对吧？那么，在显示器旁边，你即使是吊装一块铅锭，也改变不了电磁波直射我们的事实，何况是仙人球。想让某物防辐射，只有把它挡在你和放射源之间才行。而用仙人球来挡，它所起的作用，跟一团毛线、一本书没啥区别。非要找出差别，那就是搬走它时，要留神扎手。
窑火腾游，五彩瓷胎被柔软的暗红色火舌舔得周身燥热。火越燃越旺，慢慢透出鲜亮的樱桃红。而瓷胎，早就把持不住，身上的矿物颜料、金属丝、釉、陶泥等缤纷的色彩都缓缓褪去，代以鲜亮的樱桃红，与窑火融为一色。温度渐高，颜色渐变：桔红、橙黄、黄白……
这是瓷窑司空见惯的场景。早在1800年代以前，陶瓷师傅们就已经发现，所有物体，不管它是什么材料，也不管它“原本”是什么颜色，加热到一定程度时，在同样的温度下，它们都发出同样颜色的光。
1859年，一个喜欢玩火的物理学家对这种现象发生了兴趣。
古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫。那时，他和好基友罗伯特·威廉·本生正在兴致勃勃地玩“烧烤”，把各种元素放在本生灯火焰中烧，如痴如醉地用光谱分析仪观测神奇的光谱线。
观测光谱线之余，基尔霍夫对温度与颜色的关系产生了浓厚的兴趣。很明显，这里肯定存在一个美妙的规律。
基尔霍夫很快就列出这个规律的关键：吸收和释放辐射。这就是给物体加热，使之发光的过程。
为了简化分析，基尔霍夫提出了一个完美吸收和辐射的概念，叫做“黑体”。
什么是黑体？要了解这个家伙，咱得先了解什么是“黑”。前面说过，咱的眼睛之所以能看到这个色彩缤纷的世界，是由于物体把光反射到我们眼睛里。
如果说，所有物体（包括空气呀等等），反射的光都完全一样的话，那么，我们就只能分辨有光或者没光，这跟什么都看不见没啥区别，只好靠触角行走江湖了。
好在物体各有各的脾气，反射光的频率、强弱、距离不同，我们感受到的色彩、明暗、清晰度就不同。有些家伙特别贪婪，属貔貅的，光射到它们身上只进不出，或出的很少，于是，我们就“看”到它是“黑”的（实际上是看不到）。这就是“黑”。
光是电磁辐射的一种。黑色的物体吸收辐射的本领特别强，比如煤炭，对电磁波的吸收率可达到80％左右。由于物体只要吸收了辐射就会升温，而温度越高，物体对外的辐射就越强——能吸善射，十分有利于简化研究，相信科学家们都喜欢。
那么，黑色的物体就是“黑体”咯？恭喜你答对了……一小半。现实中的黑色物体，都黑得不够彻底，或多或少会反射出一点点光，所以我们仍能分辨出它的深浅明暗。
为了从理论上完整地研究吸收、发出辐射的现象，基尔霍夫定义了一个理想的黑色物体：在任何条件下，它都完全吸收任何外来辐射，毫无反射和透射。这种理想中的黑色物体，才是“黑体”。
我们知道，所谓黑体，在现实生活中是找不到的。但这难不倒基尔霍夫。他想象一个空心球，壁上开个小孔。辐射进入小孔，就有去无回——在空腔内壁来回反射，直到被吸收殆尽。基尔霍夫还让这个球体内壁与外界绝热，这样，内壁吸收辐射加热后，只有内壁才会释放辐射。我们任何时候看这个小孔，它都是“全黑”的。这个小孔，就是传说中的“黑体”。
定义了这个完美的“黑体”，基尔霍夫就开始用它与实物进行对比研究。
为了围观得清楚一点，我们来熟悉几个新词：
刚才说过，实物不能完美吸收辐射。不同的物体，吸收辐射的能力也不同。正如不同的男人，泡妞的能力也不同一样（你是个妞？那就把“男人”和“妞”这俩词对换下）。假如我们要比一比泡妞的能力，用一个值来精确表示，应该怎么做呢？是比“一共泡了多少妞”的绝对值，还是比“一共泡成多少妞”的绝对值？显然都不是，因为很多男人很能泡，但是他并不广泛去泡，所以用某个绝对值是没有说服力的。最好的算法你知道，是“泡成数/泡妞总数”。所以，物体吸收辐射能力，就是“吸收量/辐射总量”，精确表述麻烦点：“吸收辐射能量/射达它身上的总辐射能量”。这个值叫做“吸收率”。
吸收能力搞掂了，那么，想表示某物发出辐射的能力，又该怎么办呢？这个比较难办，因为它没有总量来对比。不同温度，发射量不一样，怎么能确定比值？这时，“黑体”就派上用场了。因为黑体具有完美吸收与发射的神功，所以，我们可以把它当成一个标尺，想知道自己的发射能力怎么样？那就来和黑体比比看！在相同温度下，“实物辐射能量/黑体辐射能量”。这个值叫做“发射率”。
还有一个很好理解的概念：单色。就是指单一波长的辐射。
经过研究，基尔霍夫发现了一些规律：
任何一个物体，它发出辐射的同时，也吸收其他物体发来的辐射（所以冷艳高贵其实是一件很可笑的事，因为只要你能看见某物，就一定和TA发生了辐射交换，从某种意义上来说，辐射交换，是比单纯触摸更“深度”的接触）。
在热平衡的状态下，其发出、吸收的辐射总能量相等，也就是收支平衡。
在相同温度下：对单色辐射，所有物体的“发射率”与“吸收率”的比值都相等，并等于黑体对单色辐射的“发射率”。
这些规律，与物体的材质、形状、大小一律无关，只与温度相关。
根据上述的规律，我们假装列个算式看看：
【发射率】 ÷ 【吸收率】= 黑体发射率
实物发射量 实物吸收量
—————— ÷ —————— = 黑体发射率
黑体发射量 射达总量
得：
实物发射量 射达总量
—————— × —————— = 黑体发射率
黑体发射量 实物吸收量
式中可见，当热平衡时，“实物吸收量”和“实物发射量”相等，“黑体发射量”和“射达总量”相等，可以抵消，变成：
1 = 黑体发射率
符合黑体完美吸收与发射的定义。
计算结果里，明摆着一个结论：关于温度与辐射的问题，搞清楚黑体就OK了。
利用黑体，基尔霍夫天才地简化了物体温度和光色的关系问题，简化后，这个问题变成：某温度下，黑体发出了多少辐射量。
找出这些基本规律后，基尔霍夫向自己及同行们出了一道题：
尽快找到那个公式：可以描述任何一个温度下，黑体发射出的单色辐射的分布情况。比方说，在30℃的温度下，黑体发出的波长为0.5纳米、1纳米、3公里的辐射量各是多少。
看样子，一切都进展地很顺利。
基尔霍夫做梦也没想到，带着这道题，黑体越走越远，引发一个又一个意外，撩拨着整个物理界脆弱的神经。
黑体像一个路标，给物理学家们指明了方向。基尔霍夫总结的规律告诉大家，我们要找的那个公式，只有两个变数：温度、波长。
目标很简洁，但道路很艰险。以当时的技术条件，要Diy出“黑体”，以及配套的精密检测仪器，是不可能的。Diy不出黑体，就没法取得精确数据；没有精确数据，就Diy不出正确的公式。即使你撞大运撞上了，你也不知道它对不对，没有精确数据验证，是吧？
但是，眼巴巴地等待黑体降临，也不是个好办法，研究还要继续。况且，这事儿已经牵扯到了国家荣誉和利益。
一个伟大的科学发现，往往会引发一连串的新发现、新发明，伴生一批新创业家、新产业，新创业家、新产业先诞生在哪个国家，哪个国家就抢占了发展先机。可以说，正是在“发现→发明→创业”的交替推进中，我们的现代文明才得以建立和发展的。谁抢占了先机，谁就最牛逼。
那么，“抢占先机”最便利、最有效的途径是什么？
当然是国家有着孕育发现者、发明者和创业者的优质土壤。三者排名，当以发现者为首，没有他，发明和创业的空间很窄。这里的“土壤”，当然指的是意识形态、社会文化、思维方式、价值观（这些词意有交叉）等方面的软环境，而不是广袤、丰饶、富有之类的东西。
十七、十八世纪的英国为什么那么牛？因为它孕育了人类的骄傲：牛顿。还有在本文中出场的胡克、波义耳、卡文迪许、托马斯·杨、戴维、法拉第、赫歇尔等一线科学大牛。哈雷、布拉得雷、吉尔伯特都算不起眼的了。
十八、十九世纪的法国为什么那么牛？因为此前，它有笛卡尔、费马等大牛打底，科学跟不上，它知道着急，也拿出了行动，例子在前文：1666年，法国皇家科学院刚刚成立，便迫不及待地邀请荷兰人惠更斯出任院士（后来又挖来了伯努利等牛人）。然后库仑、傅科、拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）、菲涅尔、拉格朗日（Joseph-Louis Lagrange）、泊松、安培、庞加莱、卡诺（Sadi Carnot）、巴斯德等牛人就纷纷出现在本文中。有了他们，马吕斯、阿拉果（D.F.J.Arago）、斐佐都算小角色了。所以，那时，虽然英国坐拥伟大的麦克斯韦、达尔文，但是神也无法阻挡法国的崛起。
十九世纪的德国为什么越来越牛？因为它孕育了人类的又一个骄傲：高斯（Johann Carl Friedrich Gauss）。还有本文出现的夫琅和费、赫兹、希尔伯特、欧姆、基尔霍夫、赫尔姆霍茨（Hermann von Helmholtz），以及尚未出现的克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius）、洪堡（Alexander Humboldt）等大牛。他们带来的辉煌，增强了即位不久的脑残皇帝威廉二世的信心，坚定树立了统治地球的伟大理想，挑起了第一次世界大战，然后被群殴，惨败，签订不平等条约，经济面临崩溃很多年，使新政权魏玛共和国始终处于水深火热之中，短命夭折。即使如此，德国的科学地位却顽强地屹立不倒，一直延续到二十世纪初，普朗克（Max Planck）、能斯特（Walther Nernst）、维恩、伦琴、闵可夫斯基、索末菲（Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld），以及他们大张旗鼓请回来的人类的又一个骄傲：爱因斯坦。他们赶超开普勒、莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）等前辈的荣光，在恶劣的经济环境下，把德国缔造成世界科学中心。
世界科学中心，一般会成为经济、文化的中心，如果这一切能够保持，那么，德国摆脱困境的日子不会太久。但是，二十世纪的德国科学却开始衰落，而没什么文化底蕴的新国家美国却越来越牛！为什么？
这都是拜伟大元首希特勒同志所赐，他上台后，先是清洗异见、异族，大批科学家出逃，然后把欧洲打了个稀巴烂，科学家们只好逃到当时最适宜人类居住、最有利于科学家发挥才干的美国，于是很快，美国神一般地崛起了！
物理史，实际上就是人类现代文明史的缩减版。
有人说，这太片面，科学家固然很重要，但是，难道政治家不是推动人类发展的领头羊吗？是的，政治家当然很重要。这里，我们要搞清楚政治家与政客的区别。历史上，真正的政治家不多，常见的是政客。你当上高官，不一定就是政治家，就像你当上校长，不一定是学者，当上书记，不一定是党员一样。那些不择手段攀爬高位、弄权谋私，而罔顾社会发展的，不是政治家，只是政客。真正的政治家也是社会科学家，他们创造和实践利于社会发展的规则，并用科学的方法验证，被实践证伪了，能够主动改进，积极、持续地创造利于科学、文化蓬勃发展的那个优质“土壤”，以实现社会的健康协调可持续发展。人类的发展，得益于这些伟大政治家的创造。是的，人类的发展，就是创造；没有创造，就是原地踏步；毁灭创造，就是倒退。所以说，一个政治家成功与否的检验标准，是看在他的治下，社会创造力如何；而一个政客成功与否的检验标准，就简单得多：权在手，成功了，权离手，失败了。
世界上最无耻的事，不是写了日记，也不是被写日记，而是占着无穷的资源、握着无敌的权力，却对责任无感无力。
世界上最无良的事，不是卖了文凭，也不是买了文凭，而是扣着博士的帽子、揣着院士的待遇，却拿不出实际的成果。
世界上最无语的事，不是戴错手表，也不是摘错手表，而是挺着骄傲的脖子、扬着傲慢的眉毛，却只能炫耀千年前的祖宗。
我们骄傲了几千年，有一天，却发现自己怜悯的目光只能落在人家后背上，一时间百感交集，五味杂陈，放眼世界发展史，邓小平同志恍然大悟：科学技术是第一生产力！
好吧，我们接着聊生产力的事儿。
我们可以看到，紧跟着发现之后的发明和创业，充满着创造的激情，也充满着竞争的残酷。没办法，生产力就是这样发展起来的。
1831年，第一台发电机在法拉第手里诞生后，虽然那个贵妇人对这只丑小鸭很不感冒，但识货的人有的是，他们很快就嗅出，这只丑小鸭蕴藏着不可估量的巨大价值。
1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机。轻轻摇一摇，电流飘呀飘。
1866年，德国电工学家、实业家恩斯脱·韦尔纳·冯·西门子（E.W.V.Siemens）发明了自激励式发电机。不用永磁铁就能发电了。
1870年，比利时人克拉姆研制发明了环形电枢发电机，开始利用水力发电。经过不断改进，电机技术走向成熟。
1877年，具有实用价值的发电机开始投入商业化生产。
1882年，特斯拉（Nikola Tesla）发明了交流发电机。那时，他在爱迪生（T.A.Edison）公司打工。而爱迪生正在为电的技术问题苦恼——他大力推广的直流电传输距离越远，成本就越高。特斯拉的交流电发电、配电成本低，配套的变压器解决了长途送电中的低电压、高消耗、高成本的一系列问题，特别适合商业推广。但爱迪生却对此不屑一顾，他太爱直流电了。随后，爱迪生把交流发电机及电动机的专利权卖给了西屋公司。特斯拉很郁闷。后来，由于爱迪生在支付报酬等方面不守承诺，特斯拉辞职。
1882年，美国人戈登制造出了输出功率447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。
1886年，特斯拉取得西屋公司的支持，研发交流电系统。这让直流电忠贞不渝的爱迪生愤恨不已，开始不择手段打压交流电。他出了一本小册子，细数交流电的危险，还抓些小猫小狗，用交流电将其电死（虐杀啊！），以验证小册子的理论。他还发明了电椅——用交流电。一时间，在人们心中，交流电跟死神划上了等号。但是，交流电那实实在在的优越性，代表了先进生产力的发展要求，生产力的发展，谁也无法阻挡。
1889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂。
1897年，著名的尼亚加拉水电站中，第一座10万匹马力的交流发电站投入运营，随后，十几座发电站相继建成，一直运营至今。
有了电，各种电器自然应运而生。其中的不二首选，当然是电灯泡。照明，是人类对电最基本、最普遍的应用需求，可以说，哪里用电，首先就会用电灯。
所以，电灯的巨大价值，也是无可比拟的。我们的发明家、创业家当然不会放过这片广袤的沃土。
因此，早在发电机诞生之前，人们就已经迫不及待地探索用电照明了。
第一个吃螃蟹的，仍然是法拉第的老师戴维，1801年，他给铂丝通电、发光。我们知道，金属丝热到能发光的程度，很快就会烧毁。不能持久，总是尴尬和痛苦的，是吧？
于是持久就成了最大追求。
1810年，戴维老师让两根碳棒之间形成电压，发出电弧光，名曰“电烛”。这个可以持久，但你知道，电弧光照明的诡异效果，是不堪实用的。
1854年，美国人亨利·戈培尔（德裔）想到，用真空保护灯丝，他把炭化的竹丝放在真空玻璃瓶里通电发光，可维持400小时。第一个白炽灯泡诞生。那时，电还没走进千家万户，戈培尔没有申请专利。
1878年，英国人约瑟夫·威尔森·斯旺申请了电灯在英国的专利——碳丝真空灯泡，他是从1850年开始研究电灯的。
1874年，加拿大的两名电气技师发明了另一种灯泡，把氮气充满灯泡，灯丝是碳杆。他们取得了专利，但没钱投入发展，就把专利卖给了爱迪生。
爱迪生买到专利权后，就开始了我们很熟悉的那个奋斗故事——不断用各种材料搞试验，目标是：灯丝可以持久到有实用价值。1879年，他让碳丝维持了13个小时。1880年，他研制的竹炭丝灯泡维持了1200小时。可以实用了，并且那时，爱迪生的直流电已经商业化了。爱迪生搞电灯，也是官司不断。先是斯旺告他侵权，前者成了后者在英国的电灯公司的合伙人。后来，斯旺把自己的合伙人权益及专利都卖了给爱迪生。在美国也不太顺，专利局曾判决爱迪生的发明已有前例——戈培尔的碳丝灯，打了N年官司，在戈培尔临去世时，爱迪生输了官司，后来只好从戈培尔遗孀手中，买下了碳丝白炽灯的专利。1906年，爱迪生终于搞定了廉价制造电灯钨丝的方法——这是他对电灯最大的贡献，钨丝电灯泡沿用至今。
今天看起来再普通不过的一个小小的灯泡，何以让这么多的人魂牵梦萦，连大发明家、大企业家爱迪生对它也情有独钟，不惜耗费大量精力去研究开发、拼争谋夺？
因为无论贫穷还是富有，无论疾病还是健康，人类都需要照明，而电灯，集廉价、便利、清洁、高效于一身，社会价值、商业前景无限光明，谁要是把握了它，谁就引领了时代！所以，我们抛除商业竞争手段不谈，单说爱迪生的眼光，那真是杠杠的！
有眼光的当然不止是爱迪生，很多国家、很多强人都在抢占这一领域的制高点。德国的各家公司当然也不甘落后。开发出更高效的照明工具，击败美国和英国的对手，是骄傲的德国公司共同的梦想。
他们知道，黑体，作为辐射的完美吸收和发射体，它能够释放出最大的热辐射。在能量一定的情况下，物体辐射总量也是一定的，如果热辐射多，那么，光辐射就少。利用黑体的完美辐射特质，精确测量它的光谱，作为标准，可以用来校准电灯技术指标，让它尽量多发光，少发热，实现高效照明。所以，研究好黑体问题，成了开发高效照明工具最科学、最高效的手段。
于是，精确测量黑体光谱、Diy出基尔霍夫梦想的那个公式，成为这些德国公司的追求目标。一个完整的、有效的、成熟的理论，必须有一个精确描述它的公式。
电力的应用，让人类相见恨晚。相关发明、产业如雨后春笋，于是，建立一套全球统一的度量单位和标准，就越来越重要、越来越迫切了。
1881年，农历也是1881年。确定电力度量单位的第一次国际会议在巴黎召开。22个国家的250余名代表参加了会议。会议在亲切友好的气氛中进行，会上，定义了安培、伏特等度量单位，大家以为这又将是一个胜利的大会，没想到，却在光照度的标准上卡了壳。与会人员纷纷发表声明，对此表示遗憾，并将继续关注事态发展。
这时，基尔霍夫已经快60岁了。黑体问题成为焦点——作为辐射的标杆，你没有公式，拿什么确定标准？
有的童鞋问了，制定国际标准有那么重要吗？
是的，相当重要。国际标准不仅是产品质量的标尺，也是产品市场的保证，有了统一的国际标准，大家都遵照标准去做，产品才在各国各地都具有通用性、互换性，这是产品的生命。不信？你生产电视机，只有在400伏电压下才能打开，并且插销是6项的，电视台必须调整制式，才能把信号传送到你的电视机，你觉得你能卖出去几台？
好吧，我知道制定国际标准很重要了，但是，让别人制定，咱照做，问题总不大吧？
标准制定权同样重要。
掌握了某个产品标准制定权，你就牢牢把握了这个产品的发展方向。你的产品，就是国际标准，大家都要照你的产品来做——谁能做得过你？但掌握标准制定权，不是靠口才，也不是靠武力，而是靠产品质量、技术水平，这个没法忽悠。2006年，海尔派出专家，作为亚洲企业唯一的代表，参加了在罗马召开的国际电工委员会家用洗衣机技术标准的制定，成为中国电工业的一个里程碑。
德国政府清晰地认识到掌控国际标准的重要价值，大企业家西门子当然也认识深刻。1887年，西门子捐赠了一块土地，德国政府狠狠地投入了一把，在这块土地上建立了帝国理工学院（PTR），历经10多年的建设，为它配备了强悍的科研队伍，拥有世界上最精良的设备、最昂贵的科研设施，软硬件双优。这个看一眼吓一跳的豪华阵容，它的使命是什么？就是制定标准、测试产品，推动科学成果转化为生产力，引领世界新潮流。
制定国际光照度标准，是它任务清单中的首选项之一。你想到了什么？是的，黑体。
PTR光学实验室由卢默尔（O.R.Lummer）负责，他有一个强悍的同事：维恩。对，就是上部里那个名字特长的维恩。他俩都曾做过亥姆霍兹（H.L.F.Helmholtz）教授的助手。
他们研制黑体，以及配套的、先进的测光仪。1893年，也就是维恩在29岁时，他发现了一个简单公式，可以描述黑体辐射情况。温度越高，黑体辐射中最大的波长会越变越短。
什么叫最大的波长？它本身很简单，只是解释起来比较绕口：一个物体发出的辐射，一般不会是单一的波长，而是很多种波长的大杂烩，这些波长的量，肯定不是平均的，而是有多有少的，其中，量最大、即强度最大的那个波长，就是上面说的“最大的波长”。这个名字很不专业，所以，我们以后管它叫“峰值波长”。
在此之前，我们只知道，温度升高，辐射总量增加。现在维恩告诉我们：峰值波长×黑体温度，得出的结果永远是个常数。你把温度提高一倍，峰值波长就会降一半。也就是说，温度×2，则峰值波长÷2。注意：降的是波的长度，而不是量。
太给力了！你拿一个黑体，只要测出它此刻的温度和峰值波长，就能算出那个常数。拿到这个常数后，不管它在什么温度下，你都能算出它当时的峰值波长。峰值波长代表什么？波长=颜色。峰值波长=主要颜色。也就是说，我们只要知道物体的温度，就能知道它发出的光是什么颜色。
温度升高，峰值波长向光谱中的短波方向“位移”：红→橙→黄→白→蓝白……
这就是维恩位移定律。
现在我们知道了，为什么瓷胎在窑火里，会随温度升高而变色，并且能够预测，如果温度可以继续升高，而陶胎又不会被气化的话，它将变成蓝白色。
反过来，我们“看”到物体发出的“光”，就能知道它的温度是多少。这个相当牛。比方说，让咱俩去测织女星的体温，这在以前是不可想象的，先不要说牛郎让不让，单说距离，咱用人类最快的飞行器（美国探测冥王星那个），大约16公里/秒的速度，飞到26.5光年远的织女星，需要50多万年！而现在，有了维恩位移定律，我们只要在地球上测出织女星光的波长，就能算出她的体温！
维恩是个理论和实验都很棒的物理学家，他在业余时间发现了位移定律。在没有得到PTR官方确认时，就作为“个人沟通”发表了。
现在卢默尔和维恩要做的是，Diy出黑体，测出精确数据。
他们边研制、改进黑体，边收集数据、寻找公式。
1896年，维恩发现了一个公式。
汉诺威大学的帕邢（Friedrich Paschen）兴致勃勃地验证这个公式，他收集了大量黑体辐射数据，经比对，确认这个公式与“黑体辐射短波中能量分布”的数据相符。
这个公式让维恩获得了1911年的诺贝尔物理学奖。我们来欣赏下：
ρ=b(λ-5)e-a/(λT)
公式中，ρ是能量分布函数；λ是波长；a、b是常数；T是绝对温度。
这个公式，是从热力学理论出发，在实验数据的基础上，对黑体辐射作了一些特殊假定之后推导出来的。我们可以管它描述的定律叫“分布定律”。
那个特殊的假定是：辐射都是由分子发射出来的。这些分子服从麦爷的速率分布定律。
1896年6月，维恩在PTR取得了这个辉煌的战绩后，一个华丽的转身，潇洒地走开——到德国最牛的理工科大学之一、位于威斯特法伦州的亚琛工业大学当特别教授去了。
卢默尔还在兢兢业业地背负PTR赋予的光荣使命。他得对维恩公式进行严格的测试。
怎么个“严格”法呢？一是要更精确地测，二是要更广泛地测。
“精确”就不必说了，指的是波长、温度数据，是否足够精准地与公式相符。
“广泛”指的是波长范围。刚才说过，经帕邢比对，确认“短波中的能量分布数据”与公式相符，那么，长波数据呢？更短的波长呢？还没比对，是吧？
没比对的原因，倒不是帕邢懒，或者帕邢不认真，而是那时，没有标准的黑体，就没法获得准确、全面的波长数据。没有数据，他们又不会编造数据，所以，只好坐等黑体出现。
但卢默尔不能等，他有PTR的使命在身。维恩走了，他先后找到库尔玻姆（F.Kurlbaurn）、普林舍姆（E.Pringsheim）合作，为了那个梦寐以求的黑体，各种不眠、各种钻研。终于——
1898年，一个真正的、顶级水平的黑体诞生了！传说变成了现实。这个电加热的黑体，可以达到1500℃的高温。
真是十年磨一剑！
卢默尔和普林舍姆迫不及待地搞起了黑体辐射的“测绘”——测量波长能量分布，绘制坐标图。坐标图很简洁。
横轴：波长。
纵轴：强度。
坐标显示，随着波长的增加：强度提高，到达顶峰后，开始下降，然后缓缓趋平。
这种曲线的形状，我们可以这样想象：在桌面上平放一根线，用牙签拦腰挑起来一点，稍稍左倾，线两端自然下垂在桌面。温度升高，线就挑高。那个最高点，就是峰值波长。这说明，温度越高，峰值波长的强度越大，也就是越“亮”。
如果让黑体不断加温，在不同温度下，分别划出辐射波长的分布曲线，然后把峰值——也就是这些曲线的最高点连起来，我们会发现，这条曲线随着温度的升高，缓缓朝短波方向——也就是蓝色方向移动。
这些情况，符合维恩的位移定律。
1899年2月3日，在德国物理学会的会议上，卢默尔和普林舍姆报告了这个研究成果。
卢默尔告诉大家，俺们验证了维恩“位移定律”。但是，“分布定律”的情况还不是很清晰。虽然，理论预测与实验数据大致相符，但是，在红外区域，还有点不太对劲儿。实验数据有误差？现在还不太确定。我们量得已经很认真了！如果让我们给出确定一定以及肯定的答案，那就等等吧，待到山花烂漫…技术条件成熟，可以在更大范围（包括波长和温度范围）上进行实验时再说。
大家听完卢默尔和普林舍姆的报告，虽然隐隐有点悬心，但感觉不至于出什么大乱子。剩下的事，无非是搞好黑体实验技术升级，取得更全面、更精确的数据，进一步验证维恩定律。万一有什么偏差，也不要紧，大不了就是修补一下维恩公式，让它与观测相符就行了。大家数学都不错，是吧？于是，与会人员高高兴兴地回家了，度过了充实而有意义的一天。
谁也不会想到，那点不对劲儿，是一枚顽固的路标，虽然苔痕斑驳，毫不起眼，却明确而坚定地指向迷雾深处——自古华山一条路，你爱走不走，不容置疑地把我们带进荆棘丛、乱石岗、崎岖路，无论你愿意，还是不愿意，你都回不去，只能踯躅苦行，带着难舍的记忆，告别温馨的过去，去面向未知的恐惧。当然，还有惊奇。
见到卢、普二人的报告结果，帕邢也开始了测试，温度范围比卢、普实验的温度要低一些，不到三个月，帕邢宣布，他得出的结果与维恩公式的预测完全一致。
世界太美好了！听到帕邢的实验结果，有个人长舒了一口气。
不是维恩。也不是卢默尔。而是普朗克。
马克斯·普朗克，1858年4月23日出生于德国基尔。马克斯的祖辈多为教会或政府工作，曾祖父、祖父都是哥廷根大学著名的神学教授，父亲是慕尼黑大学著名的法学教授，一个名符其实的书香门第。马克斯排行老六，他有三个哥哥，两个姐姐和一个弟弟。
虽然马克斯始终不肯承认自己是天才，但他的确天资聪颖。难得的是，他从小就懂得刻苦用功，一点也没浪费天分。这让他上学也没遇到过什么困难，始终名列前茅。
他多才多艺，5岁时就弹得一手好钢琴；上中学就写得一手好文章，对古典文学情有独钟，还试着写诗剧；诗剧还没写完，数学老师赫尔曼·米勒尔又发现马克斯的数学才能出类拔萃，主动利用业余时间教他天文学、力学，马克斯兴致勃勃，照单全收……又聪明又懂事又勤奋的完美孩子。
大家都认为，小普朗克丰满的理想一定会顺利变成丰腴的现实。
普朗克也这样认为。于是，他选择了一个理想：当音乐家，做舒伯特！
然后，他信心满满地去见父亲的朋友，慕尼黑著名钢琴演奏家科林先生。科林先生听了他的演奏，很负责任地告诉他，你还是干点别的吧，你不适合专门从事音乐工作。
挚爱钢琴的普朗克有点失落。不过这不算太糟，自己还可以写作嘛。于是，他把自己的作品拿给同学们看，想听听他们的意见。同学们给意见比还钱快多了：你还是干点别的吧，你写的东西很刻板，缺乏技巧和热情。
人如其文。普朗克没心思去分析，这个评论，到底指的是他本人还是他的作品。他在想，我数学不错，并且对自然科学的挚爱不亚于音乐和文学，那么，数学、物理也是蛮不错的选择！
于是，咱俩和普朗克一起回到了那个熟悉的场景。1874年，德国慕尼黑大学，约利（Philipp von Jolly）教授告诉16岁的普朗克，你还是干点别的吧，物理学已经完成了，没啥好干的了。
悲哀啊！
如果我一无所长，就不会为选择而迷茫；如果我只有一条路，就不会为错过而疯狂；现在我有很多选择，却条条大路都堵死，上帝啊，你倒底要闹哪样？！
虽然如此，普朗克还是选择了物理，大自然太奇妙了！约利教授口中那个完美的物理学，让他着了迷！
在大自然这位神奇美人面前，抑制不住好奇心，Hold不住诱惑，是一个科学家必备的品质。
普朗克虽然自认循规蹈矩，但他恰好具备这种品质。数学、物理学得有板有眼，乐队也搞得有声有色，慕尼黑的校园生活让普朗克过得有滋有味。都是自己爱干的事儿，人生若此，夫复何求？
经验告诉我们，当你脚下的路越来越直、越来越平的时候，那意味着，前方不远处一定是曲折和坎坷。不过话又说回来，哪条溜光大道不是人走出来的？！
1875年冬。一场肺病从天而降。普朗克不得不回家养病。
养病是一件痛苦的事，不仅是因为病痛，更因为没事可做。但普朗克给自己找了不少事——专心学习。有了充足的时间博览群书，病榻上的普朗克视野居然一下子开阔起来。赫尔姆霍兹、克劳修斯、基尔霍夫、玻尔兹曼……这些闪光的名字，以及他们闪光的思想，让病中的普朗克每每激动不已，难以自持，如果不是病痛压身，他不知跳起多少回了！
柏林！柏林！
1877年，普朗克得偿所愿，转入了心中的圣地——柏林大学。这里，可以聆听赫尔姆霍茨，可以直面基尔霍夫，热血沸腾的青春，遇上生机勃勃的名校，想不燃起理想的烈焰都难！
然而，普朗克的激情之火似乎总是惨遭泼水。这回泼水的，正是让他慕名而来的偶像。泼水的手法，不是劝他干点别的，而是给他上课。
赫尔曼·赫尔姆霍茨，德国物理学家、生理学家兼心理学家，很拽的一个科学家，却是很衰的一个教授。他记性不太好，却从来不备课，讲起课来吞吞吐吐，常常出错。他的课堂有一点十分协调：讲的人、听的人都同样厌恶这堂课。
还好，基尔霍夫备课特别认真。甚至每字每句都经过反复斟酌，一旦备好课，他就严格照讲，不会少说一句，也不会多说一句，比背课文还枯燥。
好吧，这样我也忍了，可是，你就不会讲点最前沿、最尖端的东西，让我们受受启发吗？事实证明，不能。
这些大神都不会讲课？
当然不，克劳修斯就是一位难得的好老师。
鲁道夫·朱利叶斯·埃曼努埃尔·克劳修斯，德国物理学家和数学家，热力学第二定律的提出者，热力学的主要奠基人之一。
虽然克劳修斯不在柏林大学，但仅仅是阅读克劳修斯的论文，就已经让普朗克激情澎湃了。可见，作为一个物理学教授，传道授业，口才固然重要，笔杆子也是相当重要的。
普朗克依然坚持去听赫尔姆霍茨老师、基尔霍夫老师的课，即使课堂上只剩下3个人，也有一个是普朗克，充分体现了坚忍不拔的顽强意志、不畏艰险的献身精神。
与此同时，他被克劳修斯笔下神秘而美妙的热力学征服了。
能量既不能被创造，也不能被消失，只能从一种形式转化为另一种形式。这简直就是“神的启示”！
热不会自发地从较冷的物体传给较热的物体。这个生活中随处可见的寻常现象，竟然是大自然的一条铁律！它是如此简单，如此显而易见，看似平凡无奇，却没有任何力量可以违背！
为什么？
这些，我们到热力学的时候再说。
反正普朗克是被彻底迷住了，并且很快就有了研究成果。
1879年，21岁的普朗克以论文《论机械热力学第二定律》拿到了博士学位。论文把克劳修斯的思想概括为“任何方法也不能使导热过程变为可逆的”，拓展了理论宽度。
普朗克满怀期待地把论文分别寄给了赫尔姆霍茨、克劳修斯、基尔霍夫，前两位也不知看了还是没看，反正论文如石沉大海。基尔霍夫倒是仔细阅读了论文，还给出了意见：
你的思维过程是错误的。
郁闷啊！
遭到打击不要紧，要紧的是，在自己热爱的每个专业都遭到打击。
就算各专业都打击你也不要紧，可如果出手的，都是这些专业的权威，你会怎样？
好吧，你不在乎权威？可这些权威是你的偶像。你的偶像们都在打击你，你当如何处之？
放在一般人身上，早就趴下了。
但他是普朗克。
1880年6月14日，普朗克又提交了一篇论文，题目很枯燥：《各项同性体在各种温度下的平衡状态》。这篇论文让他获得了在大学教授理论物理的权利。
大雪压青松，青松挺且直。普朗克虽然连遭打击，但情况还不错，他的两篇论文，分别为他争得了学位和授课资格。他回到慕尼黑大学，当上了讲师。并开始尝试，把热力学和电动力学统一起来。
虽然我们总是注意到普朗克所遭受的打击，但不得不承认，他的路，还是比较平坦的，至少，比在这个年龄时的爱因斯坦强多了。并且，热力学上的公平原则，开始在他身上充分体现了，好运气不会总是集中在同一个人身上，坏运气也是。普朗克转运了。
1885年5月12日，27岁的普朗克收到了一份邀请函：去基尔大学担任特别教授，主讲理论物理。这份工作有2000马克年薪，足以支撑一个家了。
于是，他娶了青梅竹马的玛丽·默尔克。她是慕尼黑一位银行家的女儿。
在学术上，他也取得了一些成果，著成了《普通热化学原理》、《热力学讲义》，影响不小，他已经成了热力学的新锐。
1888年11月，一份意外荣誉降临到普朗克头上，柏林大学邀请他接替基尔霍夫，任理论物理学教授。基尔霍夫在1887年10月去世了。本来，在柏林大学拟的候选人名单上，头一名是赫兹，还有其他几位，但这些大神都以各种理由拒绝了，于是赫尔姆霍茨推荐了普朗克。
普朗克欣然接受了这个邀请。1889年，他来到柏林大学，接替了基尔霍夫的教授一职，还兼任了新设的物理研究所所长。那时，赫尔姆霍茨已经去管理PTR了。1892年，普朗克提升为正教授，此时的他，已经是德国顶尖大学的高级物理学家了。
1894年，赫兹去世了，赫尔姆霍茨也去世了。克劳修斯早在1888年就已经驾鹤而去，玻尔兹曼那时正陷入痛苦不能自拔。
36岁的普朗克左看看，右看看，吓了一跳：自己成了屈指可数的顶梁柱之一！
作为一根顶梁柱，是没有选择的，你只能承担重任。
这些个重任里，有一项是担任德国顶尖物理学杂志《物理年鉴》的理论物理顾问。与咱国现在的顾问不同的是，人家这个顾问是真顾问，影响力非常大，有权决定所有理论物理来稿的生杀去留。所以，爱因斯坦那篇不朽的《论动体的电动力学》才得以发表。
PTR的工作，顶梁柱当然也是了如指掌。基尔霍夫的黑体谜题，普朗克一直很在意。现在，不能只是在意了，他必须直面。
但这项工作远远不是看起来那样简单。你越深入其中，就越感压力山大。还好，关键时刻，维恩挺身而出。
维恩的工作先后得到了卢、普和帕邢的证明，普朗克当然要长舒一口气。但他没有忘记自己的责任。
他要给维恩定律找一个坚实的理论基础。
1899年5月，普朗克成功地把维恩定律纳入热力学第二定律麾下。有人开始称这个加强版的维恩定律为“维恩-普朗克法则”。当然也有人不同意这个冠名。
普朗克建议：进一步测试分布定律，要从重从快，不仅是检验维恩，也是检验热力学第二定律！
卢默尔和普林舍姆其实已经在干这事儿了。他俩花了9个月的时间，扩大了测试范围，减少了实验误差。1899年11月，他们的报告显示：在长波范围，维恩理论预测的强度总是偏高。
但是，帕邢的新测试报告却显示了相反的结论：维恩定律与实验相当吻合。不止是帕邢，除了卢、普二人的实验，其余所有测试都支持维恩定律。
普朗克虽然十分愿意相信帕邢等支持派的实验结果，但理智告诉他，你必须认真审视，谨慎处之。
冲动可以创造世界，但理智可以拯救世界。1900年9月，普朗克的朋友海因里希·鲁本斯（Heinrich Rubens）带来最新实验结果：在远红外线一端，维恩定律被证实无效。
35岁的鲁本斯是工业大学的普通教授，他也是PTR的客座工作人员。他和PTR的同事费迪南德·库尔玻姆合作，Diy出了一个黑体，可以精确测试远红外线区域。他们发现，辐射波越长，与维恩定律的预测差距越大。
维恩公式预言，当波长趋向无穷大时，能量密度——也就是一定空间或质量中所储藏的能量，与温度无关。但是实验表明，这时，能量密度与绝对温度成正比！
这是一个噩耗。
瑞利勋爵（对，就是汤姆逊的老师）见维恩公式在长波上出了糗，便出手相助，他拿着维恩公式左看右看，最不顺眼的就是那个分子假设！还是用麦爷的电磁学理论靠谱。
于是，瑞利也得出了一个公式，后来经英国数学、天文学、物理学家金斯（J.H.Jeans）修订成型，史称“瑞利-金斯公式”：
ρ=kT[（8πv2）/c3]
其中，k是玻尔兹曼常数，c我们都认识，v是频率。
公式的具体意义咱们文盲先不研究，这里出现了不止一个熟悉的东西。
看到没？频率！
这个公式成功地描述了长波上的黑体辐射规律。
但没人能高兴起来。因为，这个公式告诉我们，当v趋向无穷大时，也就是波长λ趋于0时，能量将疯狂暴涨，在短波段，黑体将释放出无穷大的能量！
如果这个公式的预言属实，我们还抢夺什么能源？造一个黑体扔在那，够全宇宙用的了！
这是一个更大的噩耗。
物理学家们面对这两个噩耗，哭笑不得。他们重新审视这两个公式：维恩从分子假设——也就是粒子的角度出发，得到的公式搞定了短波，却在长波上丢盔卸甲；瑞利、金斯从波的角度出发，摆平了长波，却在短波上铩羽而归。
就好像你定制一双鞋，由两个顶级设计师亲手制作，左脚的那只舒适无比，右脚的那只无比舒适，可悲催的是，它俩不是一双，而是两个单只！
这么好的两只鞋，扔掉怪可惜的，改成一双不就得了？对不起，左脚那只是尊贵俏丽的高跟鞋，右脚那只是休闲憨实的登山靴！
这不是物理，是恶作剧！
在上部，波和粒这两个家伙已经折腾得天昏地暗，令人头晕目眩。现在，正当大家余悸未消、注意力刚要成功转移之际，它俩又不合时宜地冒了出来。
保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）对这事儿也很无语。与麦克斯韦、基尔霍夫、赫尔姆霍茨那些物理很牛、但授课很糗的大神不同，这个荷兰籍的奥地利人是真正一流的教授，那些复杂的、高深的物理理论，他总是能够清晰地、浅显地表达出来，善于概括本质。爱因斯坦这样评论好友埃伦费斯特：“我所知道的最好的教授。”
老爱心中最好的教授看着瑞利-金斯公式，无比纠结，它的推论，实在是骇人听闻！于是，埃伦费斯特给它起了个骇人听闻的名字：紫外灾变。
然后，我们的老熟人，白胡子老头开尔文勋爵驾着两朵乌云出场了，其中一朵是MM实验带来的光速不变和以太之死，另一朵是黑体辐射危机，也就是眼前的“紫外灾变”。
虽然这个名字听起来好像有点瘆得慌，但是没关系，它既不会引起生化危机，导致医药费上调，也不会引起经济危机，导致CPI上调。
不过，物理学家们看着它，血压会上调。搞不掂黑体，还搞什么物理！
俗话说，天塌下来，有大个儿顶着。普朗克个子虽然不大，但他是顶梁柱。
什么是顶梁柱？就是你顶得住也得顶，顶不住也得顶！
所以，关键时刻，普朗克朝那朵乌云挥出了谨慎的一剑。却没想到，这一剑，割裂了经典物理的天空。不仅让整个物理界惊悸狂躁，更令挥剑人自己颤栗不安！