構成世界的微粒

01-27

提起科學家，「愛因斯坦」是每個人都會最先想起的名字，關於他的逸聞俯拾即是，然而如果要問愛因斯坦具體做了些什麼，人們就不那樣津津樂道了。

作為現代物理最重要的奠基人，愛因斯坦的貢獻絕不只有相對論而已，他解釋了光電效應，肯定了玻色的工作，改變了20世紀以後的整個物理格局。

而在本期節目里，我們將會看到一個由他終結的亘古難題：原子存在嗎？

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以下是視頻文字稿：

至少自有文字以來，人類就在問自己，這個世界由什麼構成，為何如此有序？
然而數千年來人們給出的答案大同小異，從楔形文字的泥板到萬葉假名的書卷，從尼羅河兩岸的傳說到尤卡坦半島的神話，從印度人的《奧義書》到猶太人的《創世紀》……它們看起來非常有趣，但從根本上卻十分單調，那些神秘力量實際上沒有回答任何問題。我們真正需要的那個答案，至少要從「原子」開始講起。
一般認為，「原子論」始於古典希臘的留基波和他的學生德謨克利特——這或許是芝諾悖論刺激下的產物。這個悖論可以簡單地表述為：假設芝諾要到花園去，走完半途需要一些時間，走完剩餘半途的半途又需要一些時間，再走完剩餘半途的半途還需要一些時間……如此以來，芝諾要走無窮多個半途，豈不是永遠到不了花園？在今天看來，這個問題怎一個蠢字了得，但是在那個沒有極限概念，連除法都算不清楚的時代，這個問題就把人們都唬住了。

德謨克利特師徒於是提出了一個解釋：世間萬物並非無限可分，而是由微小不可分的「原子」構成。原子種類繁多，以各種排列組合構成萬物，但在變化中維持著恆定的性質，不會憑空破壞或創生。在感性上相當接近現在的原子理論。
原子論足以列入古希臘自然哲學最重要的成就，但它太過超前，被基督教斥為異端徹底消滅，直到文藝復興才經義大利傳回歐洲，被17世紀的英法自然哲學家武裝起來。伽桑狄、培根、波義耳、伽利略，乃至牛頓，都是原子論的支持者，牛頓在光學上的偉大成就，就建立在「光的微粒說」上。
終於在1808年，已知最早的色盲症患者，約翰·道爾頓在此基礎上發表了《化學哲學的新體系》，系統地提出了近代原子論，阿伏伽德羅又在3年後區分了原子和分子，提出了阿伏伽德羅定律，使得原子論蓬勃地發展起來，在19世紀的物理和化學中都結出了碩果。
但是直到1897年，湯姆遜從陰極射線中發現電子的那一年，馬赫還公開宣布「我不相信原子存在！」，因為人類從來沒有找到原子存在的可靠證據，原子論者還都是一廂情願。
真正的轉折發生在1905年，一個在專利局工作的年輕人改變了一切，這個人就是愛因斯坦。他發表的論文《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》，通過定量計算水中微粒作「布朗運動」的速度，以精確的實驗證明了原子的存在，正式結束了長達2000多年的曠古爭議。

不僅如此，這篇論文問世前兩個月，愛因斯坦發表了光電效應的論文，揭示了波粒二象性，奠定了量子力學的開端；之後一個月，愛因斯坦又以《論運動物體的電動力學》確立了狹義相對論，解決了電磁學與經典力學的矛盾；又過了三個月，愛因斯坦給出了質能方程，E=mc2，這是核能的來源。

就這樣，25歲的愛因斯坦在6個月內以一己之力開闢了現代物理的半壁江山，奠定了未來百年的物理學研究主題：電子是否可以再分？基本粒子究竟是什麼？如何相互作用？以及當代物理學夢寐以求的終極理論——萬有引力也能量子化嗎？我們還有的是時間慢慢消化他的遺產。