经典物理学史话第一篇：
欧洲在13世纪末开始并持续到17世纪的文艺复兴影响深远，这场持续数个世纪影响几代人的思想文化运动所带来的科学与艺术革命的最重要的影响之一就是为人们发展了一套系统的观察实验和严密的数学推导相结合的方法，直接引起了17世纪在天文学和力学领域中的“科学革命”，这种方法从此为人类带来了一种全新的信仰—科学。
以伽利略和牛顿等大科学家为代表在17世纪共同创立了经典物理学，牛顿力学体系的建立，把天上和地上的运动规律统一起来，是科学史上第一次大统一，标志着经典物理学的正式诞生。经典物理学经过18世纪在各个基础门类的拓展与延伸，到19世纪得到了系统、全面和迅速的发展，麦克斯韦紧接着把电、光统一起来，完成科学史上的第二次大统一，1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典，终于使经典物理学达到了其辉煌的顶峰。到19世纪末，科学家们已经建成了一个包括力、热、声、光、电等诸学科在内的、宏伟且完整的理论体系。经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学已经臻于成熟和完善，不仅在理论的表述和结构上十分严谨完美，而且它们所蕴涵的十分明晰和深刻的物理学基本观念，对人类的科学认识也产生了深远的影响，构成了经典物理学的三大支柱。
在19世纪的最后一天，世界著名的科学家们在英国伦敦欢聚一堂，一起回顾并庆祝物理学所取得的伟大成就，同时展望20世纪物理学的前景和未来。大会上，英国著名的物理学家威廉·汤姆森（William
Thomson，1824年－1907年，热力学之父，通常被称为开尔文男爵，为表彰和纪念他对热力学所作出的贡献，热力学温标的单位为开尔文）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理学的大厦已经落成，所剩下的只是一些修饰工作了。但他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现在光的波动理论上，第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。”

开尔文男爵在1900年4月曾发表过题为《19世纪热和光的动力学理论上空的乌云》的文章。他所说的第一朵乌云，主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾；他所说的第二朵乌云，主要是指热学中的能量均分定则在气体比热以及势辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果，其中尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。

继续我们的物理学史话，我们再来小聊一段：

经典物理学到达顶峰的同时，唯物主义也紧接着到达了它的顶峰，这是因为系统的观察实验和严密的数学推导相结合的方法的基石就是由有某种最终的状态，是静止的，可预料的物质组成的可靠、稳定的大自然世界，也就是我们通常意义上所说的现实世界。此后，马克思在经典物理学的基础之上发展起来的马克思主义哲学也就顺理成章了。应该说当时的科学界普遍是自信心爆棚的，不但认为人类已经通过科学的方法基本掌握了大自然的全部奥秘，也想当然的认为达尔文的进化论成功的解释了人类的起源问题，以唯物主义为基础的科学世界实在是太美好，太舒服了。
可是，当时谁又能想到人类以“眼见为实”为基础所认识的现实是不可靠的呢，我们感觉上平整、不可改变的空间竟然他奶奶的会弯曲，我们感觉上一分一秒向前走的时间竟然他奶奶的会相对的变慢或变快，我靠，这还不算什么，谁又能想到我们从生下来就摸得着、看得见的各种物质也不是可靠的呢，当时我们甚至连它们是波动还是颗粒都搞不清楚。开尔文所说的两朵乌云不过就是很有代表性的揭示了这样的事实而已，虽然只是两个实验，但是却让整个科学界感到惶恐和不安，不是因为它们会带领我们发现什么，而是因为它们会直接摧毁物理学的基础。
人们通过科学的方法建成了辉煌的物理学大厦，但是不会因为这座大厦的完美和辉煌而停下来，即使要推倒重来也再所不惜。科学的精神已经远远的超出了方法和理论的局限，那已经成为一种打破少锅问到底的，百折不挠的、越挫越勇的、坚韧不拔的人类最强大的精神力量。
接下来，第一朵乌云，最终导致了相对论革命的爆发，第二朵乌云，最终导致了量子论革命的爆发。

接下来，我本来应该继续把物理学的史话聊下去，详细讲一讲这两条小乌云的前世今生，从而让大家更好的理解量子理论的诞生过程，为下面要讨论的内容做一个完美的过渡，但是考虑到时间和精力的问题，这一部分史话还是等以后有时间再来好好的聊聊吧，其实已经有不少人做过了，而且讲的很好，大家可以去参考学习一下，我们这里还是把重点放在最有挑战的问题上，着眼于大众科普鲜有涉及的广度和深度。

今天会多更新一些，也自然会聊到一些关键的内容，而且写到这里了，我自己也开始兴奋起来了，无奈必须得出去一趟，请大家再耐心等待一下，最好晚上再过来看吧。

长话短说，简而言之，就是说在第二朵乌云所代表的黑体辐射实验和理论的不一致问题的研究上，我们有了两套公式。可惜，一套只能对长波范围内有效，而另一套只对短波有效。根据现有的经典的物理学理论，是无法被调和的，这样的情况在今天看来其实也没有什么大不了的，因为无法调和和解释的事情实在已经多了让科学家们集体麻木了，但在当时可就是不得了的事情了，经典物理学辉煌的宫殿刚刚建立起来，所有人都陶醉其中，那个年代的科学家们已经把经典物理学看成是被人类偶然发现的上帝的杰作了，所以，任何公式和理论都必须是的经典的，必须得像麦克斯韦方程式一样完美才配得上经典物理学。
黑体辐射怎么可以出现两套公式呢，简直太不靠谱了，必须得调和一致了。有一个年轻人，就下定了决心要解决掉这个问题。这个年轻人是谁呢？他就是后来成为量子力学的创始人的德国物理学家马克斯·普朗克。普朗克的目标也很明确，就是要找到一个公式，能够同时适用于两种情况，他的方法也没有什么神秘的，无非就是利用数学上的内插法，拼了老命先凑出一个公式来再说。
从1894年普朗克把心力全部放在研究黑体辐射的问题上开始，在1899年普朗克终于率先提出了解决此问题的方法，叫做“基础无序原理(principle
of elementary
disorder)”，并把瑞利-金斯定律（长波长范围内有效）和维恩位移定律（短波长范围内有效）这两条定律使用一种熵列式进行内插（事实上，这两个定律之所以能发现有一小部分的原因是由于普朗克的贡献，但大多数的教科书却都没有提到过这一点），并由此发现了普朗克辐射定律，可以很好地描述测量结果，但是没过多久，人们就发现他的这项新理论是没有实验依据的，普朗克也感到很无奈，但他没有气馁，反复的修正自己的研究成果，最后终于成功的推衍出著名的第一版普朗克黑体辐射定律，这一定律在描述由实验观察来的黑体辐射光谱时匹配的很好，于1900年10月19日在德国物理学会上首次提出，实验结果证明，普朗克的公式给出的数据在每一个波段里都十分精确地与实验值相符合，普朗克的公式彻底的大获全胜。
这时，普朗克才突然的意识到他也只不过是拼了老命的勉强的凑出了一个公式而已，对于这个公式为什么能够成功，建立在什么样的基础上，代表了一个什么样的物理意义，究竟说明了什么，应该怎样去解释等一连串的问题，他自己和当时的所有人一样，都是一头雾水，搞不清楚状况。用他自己的话来说就是：“一个纯公式的假说，我其实并没有为此思考很多。”

在接下来的时间里，普朗克试图找到普朗克黑体辐射定律的意义，但是毫无结果，他曾写道：“我的那些试图将普朗克常数归入经典理论的尝试是徒劳的，却花费了我多年的时间和精力。”
此时，普朗克的直觉已经告诉了他，这里面一定隐藏着某种至关重要的东西，它将关系到整个经典物理电磁学和热力学的基础。
我们今天来看，普朗克是一个非常保守的传统物理学家，他为了维护经典物理学的经典和完美，不惜拼了老命似的勉强的凑出了一个公式，但当他终于理解了公式背后所包含的意义之后，他却震惊到不敢相信，甚至打心眼儿里就不愿意去相信，在后来的时间里，普朗克也一直也没有放弃将自己的理论纳入经典物理学的框架之下的努力。
普朗克的直觉帮助他发现了这个公式，现在他的直觉又在不断的提醒他，他必须要坚持继续走下去，勇敢的打开面前的这个潘多拉的盒子，不管那里面装的是什么。凭借着自己的直觉，普朗克有了一种背水一战的勇气，已经决定抛开他心中一切的传统成见，除了热力学的两个基本定律他暂时认为还不可动摇之外，就算整个世界，他都做好抛弃的准备了。

普朗克发现，他必须接受他一直很反感的统计力学，把熵和几率引入到这个系统里来。经过了一生中最紧张的几个礼拜的工作后，普朗克终于看见了黎明的曙光，一个完全意想不到的景象呈现在他面前。普朗克进一步他又发现，仅仅引入分子运动论是不够的，在处理熵和几率的关系时，如果要使得方程成立，就必须做一个假定，假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。

今天，我们多少都已经听说过了量子理论，对于一份一份量子化的思想，也没什么特别的感觉，不会觉得有什么了不起了，但是请你再仔细的回忆一下当你在学校里面第一次听到这句话的时候，“必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。”
你的第一反应是什么，是不是觉得有什么地方不太对劲，有点不太正常，有没有突然的在心里冒出一个问号，“这是为什么呢？”
反正我记得我当年就觉得这不太正常，而且特别想知道这是为什么，背后又有什么含义，可惜根本没有人能够告诉我。

你之所以会觉得这不正常，那是因为在你的潜意识里面，你对大自然的体验和理解让你对自然界的连续性深信不疑，甚至根本就不会去想它。
从古至今，我们对于大自然，对于时间、空间、宇宙的理解就是连续不断的，一切自然的过程都被当成是连续不间断的，即使你突然有了一个想法，觉得大自然不是连续的，是由一种最小单位组成的，你自己也会很快的发觉到，自己太幼稚了，再仔细想一想，因为表面上是有限的最小单位组成的一个尺度，其实每个最小的单位都是可以再细分下去的，这种细分是无限的。不但在我们的潜意识中自然界是连续的，平滑的，可以无限细分的，这种连续性也是微积分的基础，是整个数学的根本基础，进而此后的整个经典物理学，包括牛顿力学和麦克斯韦的电磁理论，也都建立在这个基础之上。从古希腊先哲开始，大自然的连续性是根本不容置疑的，以致于几乎很少有人会去怀疑这一点，这已经成为了一种我们潜意识里面的基础信仰。那么能量也自然应该是这样的，能量的释放是连续的，它总可以在某个时刻达到范围内的任何可能的值。

但是突然之间，普朗克的方程倔强地要求，能量必须只有有限个状态，它不可能是无限连续的。在发射或接收的时候，它必须分成有限的一份份，必须有个最小的单位。
老天总算让普朗克认识到了，能量的传输必须一次至少要传输一个确定的量，而不可以无限地细分下去。能量必须有一个最小的基本单位。能量只能以这个单位为基础一份份地发出，而不能出现半个单位或者四分之一单位这种情况。但此时的普朗克，却比他的方程式更加倔强，更加顽强，他还是认为量子的假设并不是一个物理真实，而纯粹是一个为了方便而引入的假设而已。

1900年12月14日，普朗克在德国物理学会上发表了他的大胆假设，宣读了他的《黑体光谱中的能量分布》论文，“为了找出 n 个振子具有总能量 un
的可能性，我们必须假设 un 是不可连续分割的，它只能是一些相同部件的有限总和……”

普朗克所说的这个基本部件先是被他自己称作“能量子”（energieelement），但很快在他的另外一篇论文里，他就改称为“量子”（elementarquantum），英语就是
quantum。来自拉丁文
quantus，本来的意义就是“多少”，“量”。量子就是能量的最小单位。
这个最小单位究竟是多少呢？从普朗克的方程里可以很容易地推算出这个常数的大小，它等于6.626196×10^-34J·s（焦耳*秒），这个单位实在是太小了，你甚至不能想像要经过多少次等分才能得到一个近似的值，也说明了大自然事实上非常非常非常的精细，就算是目前最精密的人造仪器，想要分辨出也还差的太远太远了，因此一切就好像是连续的一样。这个值是科学中最为重要的常数之一，称为“普朗克常数”，用h来表示。

1919年，著名的德国物理学家阿诺德·索末菲（1868～1951）在他的《原子构造和光谱线》一书中最早将1900年12月14日称为“量子理论的诞辰”，后来的科学史学家们一致的将这一天定为了量子理论的诞生日。

接下来，量子力学带来的革命就正式的爆发了，她似乎拥有摧毁一切的力量，瞬间就把经典物理学撕毁，把人类千百年来亘古不变的真理之瓶打碎，一切旧的体系都被彻底的打倒。她开始一步一步的引导人们从头开始重建整个科学体系，带领人们重新审视人类的理性之光，重新认识这个世界，带给人类一种前所未有的精神力量。

量子理论究竟做了什么，又是如何做到的呢？这可就说来话长了，以后有机会再来多聊聊那些重要的历史时刻吧，这段史话聊到现在就已经足够了，终于可以继续我们的大道行思了。

我们可以说，正是这个大胆的假设，推翻了自伽利略和牛顿创立经典物理学以来，曾经被认为是完美的经典物理学，这个表面上连续不断的世界其实是不连续的，是可以量子化的。我们可以认为，微观世界中的粒子的状态变化和动运变化都离不开量子的思想，微观粒子的状态变化和运动都需要以一份一份的能量为基础来进行计算和解释，因此，开启了量子理论的革命。我们也可以说这个假定以及它所蕴含的意义，彻底的改变了人们对世界的理解和认识。

这就是全部了吗？怎么总感觉还是没有说到点子上，怎么总感觉还有一个天大的秘密就在我们的眼皮子底下，但是却没有被点破呢？

现在，真的好戏要登场了！

这就是全部了吗？怎么总感觉还是没有说到点子上，怎么总感觉还有一个天大的秘密就在我们的眼皮子底下，但是却没有被点破呢？

那是因为你的思维被教科书简单的定格在对能量的理解和解释上了，你思考被限制在了量子力学之中了，认真看贴的同学应该还记得，我们发现了原来物质本质上是由能量组成的，那就是说，物质本质上也是量子化的，所以，从能量的一份一份的量子化出发，我们会发现并证明，许多物理量实际上都可以量子化，角动量可以量子化，空间可以量子化，甚至时间也可以量子化，“无限分割”的观点只是一种数学上的假设，根本就不可能在现实中实现，宇宙中的一切都是不连续的。

现在你眼皮子底下的这个天大的秘密被点破了吗？还没有吗，不妨稍微来一点提示吧。

然后呢，然后计算机出现了，然后超级计算机出现了，然后中国的超级计算机世界第一了，然后又被美国超过了，在这同时计算机仿真出现了，然后好莱坞特效出现了，然后虚拟化技术出现了，人类开始梦想着有一天能够进入一个由自己设计的完全分不清真伪的虚拟世界之中，与此同时，人类也开始反思，我们是不是根本就是生活在一个巨大的模拟环境之中呢，这个巨大的模拟环境就像是我们未来的超级计算机所虚拟出来的世界，我们还想知道，能够虚拟出我们这个世界的“超级计算机”自身有智慧吗？这个“超级计算机”就是造物主吗？又是谁创造了它呢？

砰！！！我明白了，我们发现了大自然的“像素”了！

我们发现了组成宇宙万事万物的最基本的单位了！

我们本来是要给这种我们生活在一个巨大的模拟环境中的说法以致命一击，刚才我们还兴奋的以为我们已经发现了一个百试不爽的好办法能够帮我们搞清楚我们是否是生活在一个虚拟环境之中，就是虚拟环境中的图像不管它表面上有多么的真实，只要当你放大到足够大的程度，图像最终都会分化成一个一个的像素，我们认为在这个真实的世界中不可能如此，但是，天哪，我们万万没有想到，我们真的发现大自然的像素了，能量是量子化的，基本的，不可见的粒子只有原子的几十亿分之一，物质是量子化的，是由“像素”那样的最小单位组成的，空间是量子化的，时间是量子化的，宇宙万物都由单独的“像素”组成的。

这又代表着什么呢？这意味着宇宙由有限多个的部件构成，宇宙存在有限多个的状态，说明宇宙是可以计算的，这是否就意味着我们所见的所有东西，也许真的是由计算能力超级强大的超级计算机里一行一行的代码实现的呢？我们这个世界的能量就和使超级计算机运行的电能一样类似的东西呢？即使抛开这种假设，这是否意味着我们亲眼所见的现实及宇宙的根本运行方式与存在方式就是由像类似运行“模拟人生”游戏那样的超级计算机计算出来的呢？

宇宙的这种“类超级计算机”的根本运行方式将引出另外一个让人极为不安的问题，也许这才是普朗克不愿意相信他自己发现的量子论的真实原因。

宇宙的这种“类超级计算机”的根本运行方式所引出的一个让人极为不安的问题就是你、我、所有人根本无法是独立的，你、我、所有人必须要参与到宇宙的整体计算中才可能存在在这个世界上，你、我、所有人都必须要被计算出来才有意义。你的一个想法的产生，你所做的每一件事情，都可能是计算出来的，必然由另外一些人的想法和行动所影响。你、我、所有人都是宇宙计算的一部分，你、我、所有人都是被计算出来的。

再进一步，你现在每时每刻的所思所想，你刚刚决定要做的一件事情，事实上，都是宇宙计算的一部分，早就已经被宇宙精确的计算出来了。

现在关键中的关键是，我们能有那么一丁点的机会发现宇宙计算的蛛丝马迹吗？我们有可能，哪怕是一丁点的可能去发现宇宙计算的证据吗？

从人类诞生之日起，就一直在思考一个问题，人有命运吗？命运可以改变吗？人能够改变一切，还是真有宿命的囚笼，世间果真有佛家的因果、姻缘一说吗？从人类诞生之日起就存在的宿命论，历经数千年宗教的历练，始终生命力顽强，没有人能够给予其真正意义上的致命一击，即使现代科学高速发展的几百年来，也没有谁能够给予其真正有力的打击，直到量子理论的出现，由量子理论引申出的“自由意志”终于对“宿命论”出了绝招，给予其数千年来真正意义上的致命一击，但是谁又能够想到，又是量子理论自己在大自然中，在宇宙中埋下了命运一说的种子，让宿命论得以绝地反击。

自由意志与宿命论的生死大对决即将上演，它们之间的大碰撞对人类来说又意味着什么呢？谁将会最终取得胜利呢，自由意志？还是宿命论？

在进入“自由意志”与“宿命论”的大对决之前，有一点我们必须要大大的强调一下。

那就是如果你通过我的论证开始接受了宇宙的可计算性理论，即宇宙运行与存在的可计算方式本身，你就必须要开始认真的对待祖国的传统文化，抛弃成见的，科学理性的来看待、研究中国的玄学，《周易》、八卦、奇门遁甲、邵雍的《梅花易数》其实都是研究宇宙运行与存在的可计算方式的“科学”的理论，这种计算方式可能就是非逻辑的基于量子纠缠的计算原理，其奥秘可能就隐藏在中国最古老的太极八卦之中。

“天行健，君子以自强不息；地势坤，君子以厚德载物”

@我爱钱学森们 337楼
2013-02-20
22:51:21
说点算命的事
我是湖北的
去年到江西一个市碰到个算命的
她把我见她面前一天所做的事说了个遍-----人物.数量分毫不差
我是说难道算命也是量子纠缠的理论???????
科学和算命?????
楼主
发现这好文我一口气看到现在
我要失眠了
也有可能马上就要睡着了
我晕菜了
彻底的晕菜
-----------------------------
呵呵，其实我和你有过类似的经历，只不过被算命的不是我自己，而是身旁的一位陌生人，而且当时我还太小，十岁左右，周日和妈妈一起去公园，发现在公园门口有一位老先生正在给一个人算命，周围没有别人了，因为好奇，我和妈妈就凑了过去，结果发现那位老先生一点儿都不专业，手里拿了一个很大的手抄的本子，一页能有A4纸那么大，然后问那个人一些问题，大概是生辰八字之类的，然后拿着放大镜开始一页一页的慢慢的找，找到了说出来那个人在哪年哪月哪日结的婚，她老婆属什么什么的都说的那个人一愣一愣的，再问一个问题，又接着开找，找出来还是说的精准无比，那个人连连感叹，别看我当时还小，但我已经被镇住了，已经在幼小的心灵上留下了“阴影”，后来就可惜了，妈妈就拉着我进公园了。要是现在我还能碰到这位老先生，就算花100万，我也要把他手上的宝典买下来好好研究研究。
虽然当时还小，分辨能力不强，但是周围又没有别人，费了那么大劲用放大镜找了老半天才说出一句话来，托不托的实在是没有道理。

大家信与不信都没关系，不信的话也就权当是听一个小故事了，如果大家有类似的经历就拿出来说一说聊一聊吧，正好我们已经聊到这了。

@豪雨知时节582楼 2013-03-21
19:07:11
看如下新闻，楼主怎么看？以往的发现，都获得了炸药奖，看这次咱们的难度，好像炸药奖板上钉钉了吧？
中国首次发现量子反常霍尔效应
或引爆信息新革命
被视作“有可能是量子霍尔效应家族最后一个重要成员”的量子反常霍尔效应，被中国科学家首次在实验上独立观测到。今天凌晨，由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学的研究人员联合组成的团队，历时4年完成的研究报告在《科学》杂志在线......
-----------------------------

感谢支持啊！
我觉得炸药奖不全是看科研成果的，一直都有政治的因素在里面，人脉也很重要，如果你师出名门，与欧美几个传统大学的大牌教授关系还不错，要首先在圈儿内得到认可，大家都顶你才行，要不然，再好的成果，沉个二三十年也很正常，所以国内的大学十年内都很难出头的。好在文学上我们已经突破了，但是说实话，大众现在其实已经不是很在乎了，我们更关心的是国家最高科学技术奖什么时候开始颁发给年经人，哈哈。

我非常能够理解大家此刻急切的期盼心情，这么多年了，终于找到这个与众不同的贴子了，终于品味到有些好像本不应该出现在这俗世上的文字了，终于可以有机会勇敢的面对甚至回答那些深藏在我们内心深处多年的疑问了，感兴趣的同学也一定会发现这里与那些只会讲皮毛的科普不同，与那些只会故弄玄虚、看起来似乎高深莫测的发言也不一样，这里没有什么不能说的，这里也没有什么大道理，但是这里会有真正的思考，会有你不曾了解的知识，会有你苦苦寻找的答案。我和大家一样也很着急，也想快点把大道行思普及开来，但是大道不是拷贝粘贴，行思也不是即兴发挥，只有精益求精，才能无愧于大家给的一个天涯神贴的称号。