物理学

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。

物理学类包括的专业有物理学、应用物理学、核物理和声学。

一、物理学

主干学科：物理学

主要课程：高等数学、普通物理学、数学物理方法、理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学、固体物理学、结构和物性、计算物理学人门等。

学年：4年

授予学位：理学学士

培养目标：本专业培养掌握物理学的基本理论与方法，具有良好的数学基础和实验技能，能在物理学或相关的科学技术领域中从事科研、教学、技术和相关的管理工作的高级专门人才。

二、应用物理学

主干学科：物理学

主要课程：高等数学、普通物理学、电子线路、理论物理、结构与物性、材料物理、固体物理学、机械制图等课程。

学年：4年

授予学位：理学或工学学士

培养目标：本专业培养掌握物理学的基本理论与方法，能在物理学或相关的科学技术领域中从事科研、教学、技术开发和相关的管理工作的高级专门人才。

三、核物理

培养目标:培养在核物理与核科学技术领域内具有扎实、宽厚的理论基础、熟练的实验技能并获得科学研究的系统训练，具有较强的工作适应能力和后劲，能在工业、农业、国防、医学及环保及其相关领域从事核物理专业基础研究、应用研究、教学、管理等的高级专门人才。

主要课程：普通物理、电子技术基础、数学物理方法、理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学、固体物理、原子核物理学、核电子学、核物理实验方法、辐射剂量与防护、核技术基础。

应用物理学专业主要培养掌握物理学基本理论与方法，具有良好的数学基础和基本实验技能，掌握电子技术、计算机技术、光纤通信技术、生物医学物理等方面的应用基础知识、基本实验方法和技术。

应用物理学就业可以有以下几个方面：

1、新能源，新能源产业是开发新能源的单位和企业所从事的工作的一系列过程。新能源产业主要是源于新能源的发现和应用。

2、电子技术/半导体/集成电路，电子信息产业是信息技术产业的权威管理部门--信息产业部在统计和分析时通常采用的词，电子信息产业具体细分为投资类产品、消费类产品和元器件产品三个大类。

3、计算机软件，计算机产业是一种省能源、省资源、附加价值高、知识和技术密集的产业，对于国民经济的发展、国防实力和社会进步均有巨大影响。

4、互联网/电子商务，电子商务是以信息网络技术为手段，以商品交换为中心的商务活动；是传统商业活动各环节的电子化、网络化、信息化。

不同高校的物理专业考研难度不同，重点大学的物理专业肯定比非重点大学难。此外，考生的备考也直接影响到考研的难度。物理是一门相对不受欢迎的学科。与其他学科相比，考研难度相对较低，但也需要考生认真备考，才能考研成功。

什么是虚拟粒子？许多物理术语听起来非常简单明了。它们的存在似乎将复杂的物理概念打包成一个简单明了的术语，让普通人更容易理解它们。但这些都是幻想。

北京时间9月12日，据外国媒体报道，世界上有些物理术语听起来非常简单明了。它们的存在似乎将复杂的物理概念打包成一个简单明了的术语，使得普通人更容易理解它们。但这些都是幻想。许多物理术语的字面意义远非其真正含义。

这里只有一个例子:虚拟粒子。这个物理名词的出现是为了回答一个老问题:粒子是如何相互作用的？如果我们有两个带电粒子，我们将分别使它们成为A和B。例如，如果粒子A和粒子B都带负电荷，它们可能都是电子，当然它们也可能是μ；介子，没关系。重要的是，当这两个带负电的粒子相互靠近时，它们会相互排斥。

这种排斥是如何发生的？这两个粒子究竟是如何相互交流，从而了解彼此的电荷性质，并决定掉头避免相互接触的？

这是一个非常有趣的基本问题。可以想象，如果我们能对这个问题给出一个满意的答案，我们将能够洞察宇宙中深刻而重要的秘密。

现代量子场论认为光子是电磁力的载体。前面提到的两个粒子A和B是带电粒子，所以它们会与光子相互作用。然而，很明显，这两个粒子A和B没有传输激光束来相互通信，所以科学家说这两个粒子“交换了虚拟光子”。

这到底是什么意思？

粒子和电磁场

让我们回到旧时代，比如19世纪的物理学。我们知道，每一个带电粒子都会产生一个电磁场，这几乎可以指导其他粒子如何与它相互作用。对于一个粒子来说，这个电磁场在其附近最强，并且随着距离的增加而减小。此外，电磁场的方向从粒子开始，指向所有方向。

因此，从这个角度来看，我们的粒子A产生了一个充满整个空间的电磁场。其他粒子，如粒子B，可以阅读本指南并作出相应反应。当B粒子离A粒子太远时，从B粒子的角度来看，A粒子的电磁场强度非常弱，就像它给出的指令字太小而看不清楚一样，所以它的运动不会受到明显的影响。但是当粒子b越来越靠近粒子a时，它会发现后者越来越强的电磁场清晰明确地写着:“走开！”所以粒子b离开了。

在上面的场景中，场和粒子一样真实。整个宇宙充满了物质，场的作用是告诉物质如何相互作用。

场的重要性

从20世纪初到20世纪中叶，物理学家们逐渐意识到宇宙实际上是一个比我们最初想象的要奇怪得多的存在。当他们把狭义相对论和量子力学结合起来时，他们发展了量子场论，结果出乎所有人的意料。

顾名思义，“字段”的状态又被提升了。在此之前，“场”就像一张通知纸，为它后面的粒子陈述其他粒子的行为规范。现在，“场”突然变成了一个主要的物理物体。根据这一对复杂的现代物理学对宇宙的看法，电子不是一个孤独的粒子，一点也不是。相反，它被电磁场包围着，就像牛奶浸在吐司里一样充满了整个空间和时间。

结果，我们的想法改变了。“场”是主要研究对象。粒子呢？它们就像一个小小的“涟漪”，可以在平静的水中自由传播，或者像一个小像素，形成一个“场”的图像。这是一个重要的概念。

奇异粒子

从这里开始，事情逐渐变得混乱:一个粒子从一个地方移动到另一个地方，在此期间，它不是严格意义上的同一种粒子，或者至少不是同一种粒子。

你一定是完全晕了。没关系。让我们回到粒子A和粒子b的例子。我们说这是两个带电粒子，所以根据定义，它们将与光子相互作用，也就是电磁场。因此，电场(由电子组成的场)中的“波纹”会影响电磁场中的“波纹”。因此，从字面上讲，随着粒子A的运动，它的一部分时间在电场中扮演“波纹”的角色，而它的另一部分时间在电磁场中扮演“波纹”的角色。这也意味着有时它是一个电子，但有时它是一个光子，即构成电磁场图像的一个小像素。

这还没有结束！情况比这糟糕得多！粒子A产生的电磁场波纹可以转化为其他波纹，如μ；介子涟漪。对于宇宙中的任何基本粒子来说，都有一个相应的场，它们都相互交流，在其中传播的粒子(波纹)会在不同的“场”之间来回切换。

当你把所有这些“涟漪”、“涟漪”和“涟漪涟漪”都考虑进去，我们就能得到“一个粒子从一个地方移动到另一个地方”的结果。

从数学的角度来看，情况很快变得一团糟，但一些顶尖物理学家，如理查德·费曼，仍然能够理清思路，开展一些重要的科学工作。

粒子和虚拟粒子

嗯，经过这么长时间的背景介绍，我们终于可以说重点了。田野的涟漪会来回变化。如果这种“涟漪”持续存在并一直扩散，我们将称之为“粒子”。如果这种“波纹”很快消失，我们将称之为“虚拟粒子”。但在最深的意义上，它们都是“领域”中的涟漪。

本文中提到的A粒子正在逐渐接近B粒子。他们并不像许多人想象的那样像两颗子弹一样迎面逼近。事实上，它们是一系列复杂的“涟漪”，包含不同的场，从一个场转换到另一个场。

当两个粒子足够接近时，情况变得非常非常复杂。各种波纹之间的相互作用，这个复杂的过程在此期间可以用量子场论原理来计算，经过艰难而复杂的运算，我们确实可以算出正确的结果——相互排斥，两个粒子会分别反弹回来，但具体的过程极其复杂，完全不像子弹正面碰撞那么简单。

因此，关于粒子之间的相互作用，物理学家总结道:“他们交换了虚拟粒子”——多么简单明了的描述！典型的欺骗——用看似简单的名词来包装和隐藏所有复杂的过程和概念。这很好，但不幸的是，这种描述并不十分准确。

据国外媒体报道，粒子物理研究迫切需要升级，物理学家手头有这样一个问题:一些粒子和力在镜像中可能会变得非常不同，这本身就使所谓的标准模型陷入混乱。

当宇宙中的亚原子粒子被转换成镜像时，它们之间几乎所有的基本反应都是一样的。这个镜像被称为奇偶性，被认为是对称的，或者根据物理学，具有奇偶性对称性。

然而，并不是所有的粒子都遵循这个规则。例如，我们知道涉及弱核力(弱相互作用)的反应——由于许多原因，它们本身非常奇怪——违反了宇称对称性。因此，推测量子世界中的其他力和粒子也可能打破这种对称性是合理的。

物理学家对这些反应非常感兴趣，这些反应在理论上违反了宇称对称性，因为它们可以为我们指出物理学的新方向，帮助我们超越粒子物理学的标准模型。在粒子物理学中，标准模型是所有亚原子事物的总结，是描述强核力(强相互作用)、弱核力和电磁力三种基本相互作用以及构成所有物质的基本粒子的理论。到目前为止，三种力的实验结果几乎都符合标准模型的预测。

不幸的是，我们似乎从未在粒子加速器和实验室中看到奇怪的宇称违反反应。这种相互作用既罕见又微弱，用现有仪器无法检测到。

然而，也有一些罕见的例外。

位于日内瓦附近的大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器。那里的研究人员一直在寻找这些罕见的相互作用。到目前为止，研究人员还没有取得任何实质性的进展，但即使这样的结果也能带来灵感。负面结果有助于消除没有结果的假设，让物理学家专注于寻找更有希望的新物理方法。

对称性是物理学中最重要的概念之一。

你甚至可以说，物理学家的工作是寻找对称性，它揭示了支配现实最内在运作的基本自然法则。这是一个大问题。

那么，什么是对称？对称性意味着如果你改变一个过程或一个交互作用中的元素，并且这个过程保持不变，这个改变的过程在物理上是对称的。这里可能有点模糊，因为有许多不同的对称性，例如，有时粒子电荷的符号可以改变，有时可以观察到过程向前或向后的时间，有时可以运行过程的镜像版本。

最后，在镜像中观察一个过程被称为奇偶对称。在物理学中，大多数亚原子相互作用，无论是发生在你面前还是镜像中，都会得到完全相同的结果。然而，一些相互作用破坏了这种对称性，例如弱核力，特别是那些涉及中微子的。

中微子总是“向后”旋转(换句话说，它们的自旋点的轴总是远离运动方向)，而反中微子则“向前”旋转(它们的自旋点的轴在飞行时总是向前)，这意味着在常规实验中产生的中微子和反中微子的数量与依靠弱核力的镜像翻转实验相比差别很小。

埃尔·埃斯佩约·罗托

据我们所知，弱核力和弱核力违反了宇称对称性。然而，这可能不是一个例子。我们知道一定有超越当前认知的物理学。一些理论观点和概念也违反了宇称对称性。例如，一些理论预测，在LHC通常探测到的粒子类型的“正常”相互作用中存在微妙的不对称。

当然，这些理论观点既奇怪又复杂，难以验证。在许多情况下，物理学家不确定要寻找什么。

问题是，尽管我们知道当前粒子世界的标准模型是不完整的，但我们不知道去哪里寻找新的模型。许多物理学家希望大型强子对撞机能揭示一些东西——一些新粒子、新的相互作用等等。只要我们能找到新的令人兴奋的东西，但到目前为止所有这些探索都失败了。

除了标准模型之外，以前备受关注的许多理论(如超对称性)正在被逐渐排除，这就是违反宇称对称性可能派上用场的地方。几乎所有标准模型中常见假设的扩展都包括一个限制，即只有弱核力违反宇称对称性。这已被纳入标准模型的基本数学中，这也意味着超对称、轴子和光夸克等概念都保留了这种对称性的“原位”破坏，而不涉及其他过程。

然而，如果这些常见的扩展不成功，那么也许是时候拓宽我们的视野了。

出于这个原因，一组研究人员在大型强子对撞机的小型μ子线圈(CMS)实验释放的数据缓存中寻找宇称违反的迹象。这是一个相当棘手的搜索过程，因为这并不是建造大型强子对撞机的真正目的，但研究人员聪明地找到了一种方法，通过探测其他粒子之间相互作用的残余来达到目的。

研究的结果是没有违反宇称对称性的迹象。标准模型再次经受住了考验。

虽然这项研究没有开辟出一个新的物理领域，这有点令人失望，但它也有助于使未来的研究更清晰。如果我们继续搜索，但仍然没有发现弱核力之外违反宇称对称性的证据，那么我们可以推测，在标准模型之外可能有一些数学结构与主流理论中的那些相同，并且只有弱核力被允许有不同的镜像。

照片来源:基础大学物理系

物理学家首次成功地直接在单个分子中检测到氢键，这意味着理论方法现在可以应用于观察宇宙中最小和最丰富的元素。这个实验也证明了我们的成像设备已经可以达到极高的灵敏度，因为氢键比其他化学键弱得多。在过去，不可能直接看到氢键。现在，科学家可以用原子力显微镜清楚地观察氢键，他们也可以精确地测量氢键的力值。

在科学家想进一步揭示的许多元素中，氢可以说是第一位的:它构成了宇宙中75%的可见物质和90%的原子总量；它很容易与元素周期表中几乎所有的非金属元素形成化合物，它与氧和碳的结合是人类生存的关键因素。你也应该感谢氢键给你带来了一个稳定的双螺旋结构的DNA——有了这个千千的一千万个氢键，你的DNA碱基对将保持完整，这表明氢确实是人类生活的基石之一。

然而，研究最高纯度的氢键将面临两个挑战:氢和原子一样小；氢键很脆弱，容易断裂，尤其是在研究单个分子的过程中。

巴塞尔大学瑞士纳米科学研究所的研究人员表示，氢原子具有巨大的物理和化学价值。然而，经过许多分析研究，人们仍然不能直接观察单个分子中的氢原子。

瑞士团队通过使用特殊的螺旋桨状氢化合物螺氧烷，成功地测量了一个氧原子和两个氢原子之间的力和距离。

“我们的计算证实了定向结合信号和氢键的特征。直接测量单个氢原子和其他物质之间的相互作用可以为识别三维分子如DNA和聚合物铺平道路，”研究人员说。

他们是怎么做到的？

他们选择碳氢化合物，它们总是有两个指向上方的氢键。

你可以看到螺旋桨形状的侧视图，白色部分是氢原子(第二个指向上的氢键在第一个氢键之后被阻断):

资料来源:河井茂树et.al/scienceadvancers

接下来，该小组将分子置于原子力显微镜下，这是一种高分辨率扫描探针显微镜，可以用来观察和测量非常小的力值。

他们用一氧化碳增加了显微镜的尖端，从而使显微镜对氢极其敏感。当显微镜尖端和氢原子之间的距离足够小时，团队成员可以直接观察到形成的氢键。

在这张图片中，你可以看到两个氢原子指向上方:

螺旋桨烷烃(下方)和一氧化碳显微镜头(上方)之间形成氢键。

图片来源:巴塞尔大学物理系

在上图中，你可以看到上面的一氧化碳尖端和下面的碳氢化合物“螺旋桨烷烃”一起形成氢键。

经过比较，研究人员发现他们的结果可以准确地匹配现有的这类分子的氢键计算模型。

正如研究人员所说，碳氢化合物是工程、化学和生活的核心领域中极其多样化和功能性的产品之一，而氢在这些功能中至关重要。因为我们可以直接测量氢键，我们很快就能以全新的视角见证宇宙中最基本的建筑元素之一。新的物理水平将把我们带到哪里？多匆忙啊！

蝌蚪工作人员从科学警报，翻译李，转载必须授权

有一次，作者利用“双旦”的机会犒赏自己一顿海鲜大餐。目前的情况可能是这样的。

(资料来源:Dianping.com)

突然，对面的小白说:“你知道虾吗？它可以用眼睛治疗紫外线。你知道为什么有些螃蟹腿很长吗？你知道鱿鱼游泳的原理吗？你知道水母为什么会发光吗……”事实证明，我一定是膨胀了，敢吃海鲜？

从古至今，人类一直对海洋心存感激。海洋是深邃而神秘的，好像它永远不会被任何人理解。人类的理解一直是“冰山一角”也许，对许多人来说，他们最了解的是每一道菜的“海洋风味”。然而，读完这篇文章后，你可能不再认为一盘海鲜仅仅是矿物质、维生素、不饱和脂肪酸和蛋白质的集合，而是会感受到物理学的全部知识。

鹦鹉螺

也许许多人不熟悉鹦鹉螺，但许多人应该知道，科幻作家儒勒·凡尔纳在他的科幻小说《海底2000万英里》中描述了一艘名为“鹦鹉螺”的潜艇，而世界上第一艘核潜艇实际上被称为“鹦鹉螺”。事实上，这一切都是对鹦鹉螺号“漂浮和下沉的天才原理”的赞美。从照片上看，这种游泳方法非常稳定。

(来源:曾迪百科全书)

鹦鹉螺就像一只蜗牛，但它背上的壳并不重。它与乌贼等软体动物有关。它的外壳不是完全封闭的，它被分成几个气室。这些空气室通过导管连通，而其主体在该空气室中最靠近出口的位置。鹦鹉螺通过控制自身内部气压来漂浮和下沉。如果没有对阿基米德原理的透彻理解，恐怕鹦鹉螺号不可能在海洋中存活数亿年。

那么，你还应该想到潜艇漂浮和下沉的原理吗？宾果，其原理非常类似于鹦鹉螺号，在潜艇里有许多水箱。如果潜艇需要下沉，它会把水箱装满水来增加重量。当需要漂浮时，用压缩空气将水排出，使其稳定漂浮。可以说，潜艇是鹦鹉螺的仿生学应用。

皮皮虾

海鲜大餐中不缺虾。虾是一种凶猛的食肉动物，不仅覆盖着坚硬的外骨骼，而且武装到牙齿(下颚)，结构极其复杂。所以，“你怎么剥蛋壳？”这是一个令许多人担忧的问题，因为不小心它可能导致失去肉和断手的后果。事实上，与虾复杂的身体结构相比，虾的眼睛更令人惊叹。你知道虾皮的每只眼睛都是由成千上万个六边形组成的吗？它的视力非常好，能识别许多人类看不见的颜色。

(资料来源:57gif.com)

虾的眼睛里有12个感光细胞，但人类只有3个。这12个光传感器的排列也决定了它们处理颜色的器官不是大脑，而是眼睛。虽然人类已经发展了大脑，但我们的眼睛仅次于虾。不仅如此，虾的视觉系统也能过滤阳光。研究发现，虾的眼睛可以看到紫外线和两种偏振光。它可以通过特殊的氨基酸过滤掉部分紫外线，这种氨基酸用来减轻眼睛感受光线的压力。紫外线也可以被他们的眼睛使用。当眼睛吸收紫外线时，它们会发出肉眼可见的微弱荧光。这种荧光不仅可以用来警告敌人，还可以表达他们对敌人的爱。我们人类可能永远也学不会这种特殊功能。

作者认为，既然虾皮不能剥掉，只吃虾眼也是好的。

螃蟹

螃蟹有很多种。我们想在这里谈论的是一种叫做高脚蟹的海底蟹。它有四条让许多人羡慕的长腿。螃蟹也喜欢长腿英俊的男人(女人)吗？然而，为什么脚趾如此尖？

(来源:新浪博客)

事实上，这与海底环境有很大关系。就像在潮湿的雨天，当我们穿上带有明显花纹的鞋子、汽车轮胎和防滑链时，我们可以走得更平稳，海底也是一样。水的底部很容易滑动，底部的物体不仅会受到水的阻力，还会被浮起来，这不利于动物的行走。因此，聪明的高脚蟹想出了这样一个好主意。它们的脚呈锥形，它们的脚陷入水下的泥中，以增加与底部的摩擦力。除了它的长腿，这并不是为了好看，而是因为长腿可以把身体抬起来，不仅增加了步幅，还减少了身体和水下地面之间的摩擦。这一切都是为了赶上前面那个漂亮的女孩。

鱿鱼和水母

许多人吃过鱿鱼，但从未见过鱿鱼“跑”。说实话，这种柔软的头足类软体动物的“奔跑”姿势是非常科学的，即使爪子被切掉，它也能顽强抵抗。

(来源:搜狐)

它们首先通过身体侧面的洞和前面的特殊漏斗将水吸入鳃腔，然后通过漏斗将水挤出身体。这样，乌贼获得向前的推力，这是物理学中的反冲原理。此外，这些软体动物可以将它们的漏斗指向一边，然后用力将水从漏斗中挤出，让它们快乐地向四面八方移动，直到它们进入餐盘。

除了鱿鱼，海洋中还有许多生物知道如何使用反冲原理，包括优雅美丽的水母，这是水族馆里最受欢迎的。水母通过伞体膨胀后迅速收缩，将水向后排出体外，从而为水母提供向前的动力。请看这张照片，姿势真漂亮。

(来源:网易)

？？？？(康安)

有一条非常奇怪的鱼，它每天都玩一个小灯笼。尽管如此，这个小灯笼无法以任何方式照亮它的美丽。虽然作者不是来自外观协会，但这个外观真的有点丑。

(来源:中国海洋食品网)

？？？？头顶上方的肉质突起形状像一个小灯笼。事实上，它确实是一个发光的“小灯笼”。灯笼发光的原因是灯笼中的腺体细胞可以分泌荧光素，荧光素在荧光素酶的催化下与氧气反应，当它被缓慢氧化时会发光。但是。？？？“小灯笼”不是因为害怕黑暗，而是因为深海中的许多鱼都有趋光性。这是小灯笼吗？？？？引诱食物的利器。

(来源:百度百佳)

事实上，水母也熟悉生物发光机制。水母似乎也是一个多才多艺的人。

精通物理的水生生物

鱼和其他水生生物基本上以游泳作为它们的运动方式，那么它们如何在消耗很少能量的情况下快速移动呢？这也适用于物理知识。

首先，减少阻力。物体在流体中运动的阻力主要来自内部摩擦和涡流。鱼的流线型身体可以有效地抑制涡流的产生。此外，他们还用一层类似油脂的“润滑剂”擦拭全身，这大大减少了滑溜溜的身体和水之间的内摩擦。其次，掌握挥杆的节奏和幅度。事实上，鱼尾巴摆动的节奏和距离与其向前运动密切相关，几乎所有鱼和许多其他海洋生物的尾巴摆动长度都在动物体长的1/10到3/10之间。发现在该参数的最佳范围内游泳可以产生最大推力。

(来源:极客世界)

你知道吗？鱼不仅仅是一种涉及复杂知识的运动方法，许多鱼或海龟也可以依靠下丘脑的一些神经细胞来识别地球磁场，因此来自佛罗里达州东部的海龟幼虫可以在年复一年首次进入海洋后很长时间内迁移，但永远不会走错路。然而，他们标志性的鱼肚白并不是一件随便穿的“打底衫”，而是在充分考虑水下光线问题后做出的决定:从海底看，天空是明亮的，鱼肚白可以使它们与天空的颜色融为一体，防止被猎人发现。

原来，在神秘的海底世界里，有这么多伟大的物理学家。如果海鲜会说话，它肯定会在人类张嘴之前用物理知识“击退”人体内所有贪婪的人。

参考:

陈伟。活化石鹦鹉螺[。海洋世界，2016(01):119。

[2]，，梁，，王莎莎，王丽丽，.[小松鼠感光细胞的组织学特征。青岛农业大学学报(自然科学版)，2016，33(04):32324。

蓝亚红。游泳技术中流体力学的理论分析[。科技信息，2010(28):119。

冯亚辉，刘培。发光生物学[。生物教学，2009，34(04):560。

严。《鱼中的物理学知识》[。物理教学讨论，2004(24):343。

史蒂芬·温伯格

史蒂芬·温伯格被认为是至今仍健在的最杰出的理论物理学家之一。他在基本粒子和宇宙学领域的杰出贡献为他赢得了无数奖项，包括1979年诺贝尔物理学奖、1991年国家科学奖和2004年本杰明·富兰克林物理学奖。除了研究本身，史蒂芬·温伯格还是重大科学研究课题的公共发言人。他经常就公众关心的重大国际科学研究项目和物理学前沿学科发表演讲和评论。近日，赛先生邀请了本报“质量委员会”的八位物理学家向温伯格教授请教，请他就一些基本物理问题和未来方向发表看法。

文小刚先生主编赛

温小刚:目前，量子场论是描述我们世界的标准方法，包括你开发的描述所有基本粒子的标准模型。但是量子场论中有一个众所周知的问题:紫外线发散。你认为量子场论可能会成为自然界的基本理论吗？量子场论会不会在我们寻找自然基本理论的过程中代表一个错误的方向？那么正确的方向是什么？

温伯格:无论量子场论在本质上是否是一个基本理论，它都必须是物理学中的一个重要工具，因为任何满足某些物理要求的理论都被表述为能量足够低的量子场论。紫外线发散不一定是一个严重的问题，因为它总是可以通过重新定义理论的参数来消除。对于一些所谓的“重整化理论”，即使该理论只涉及有限数量的自由参数，它也是可以做到的。基本粒子的标准模型属于这一类。其他理论，包括任何涉及重力的量子场论，必须允许无限多的参数。只有当能量与表征这些参数尺度的一些基本能量(如普朗克质量)相比非常小时，这样的理论才能保持其预测能力。在更高的能量下，该理论失去了它的实用性，除非(a)它结合了一些非场论，如弦论；重整化群变换下理论上无限参数的能量依赖性趋向于一个不动点(即渐近安全的可能性)。

齐，斯坦福大学物理系副教授

齐:在不久的将来，用实验方法观察量子引力效应是可能的吗？你认为超对称性怎么样？你认为超对称性很快会被世界上最大、最强大的粒子加速器LHC缩短，加速质子并与之碰撞吗？大型强子对撞机位于日内瓦郊区，在瑞士和法国边界的汝拉山下100米处，在一个总长度为17英里的隧道中(包括一个圆形隧道)。2008年9月10日，对撞机首次开始测试。)确认还是伪造？

温伯格:短期内观察量子重力效应的唯一希望是在宇宙学领域——例如，观察早期宇宙中量子波动的痕迹。谁知道超对称性？可能很快就会被观察到，这也是我的期望。

徐森科:加州大学圣巴巴拉分校物理系副教授

许岑克:弦理论在早期提出时，被认为是物理宇宙的“万物理论”，特别是量子引力的候选理论。但是现在，越来越多的弦论者开始研究凝聚态物理。这是否意味着我们需要重新评估弦理论的意义和未来？

温伯格:我希望我们知道如何评估弦理论的意义和未来。对于基础物理学来说，这可能是一个死胡同，但我还没有听到任何其他更有希望的想法。

翁·于正:清华大学教授

翁·于正:你对还原论和生成论有什么看法，它们代表了基本定律的两种相反观点？多体复杂系统如凝聚态物质和生物的进化规律不能在低能量下进一步简化。从这个意义上说，它也是一部基本法。例如，在凝聚的强关联电子系统中产生的基本激发粒子和规范场对于生活在低能世界中的“外星人”来说是基本的，除非他们有高于1eV的加速器来揭示他们背后的“高能”电子是系统的组成部分。

温伯格:在复杂的宏观系统中发现的任何“定律”都是由更深层次的微观定律建立起来的。否则，我们如何理解这种“法律”适用于什么系统？

赵平:哈佛-史密森尼天体物理中心研究员

赵平:你认为暗物质和暗能量怎么样？他们会是什么？他们会不会以一个新的革命性理论结束，就像100多年前困扰物理学的以太一样，告诉我们，我们可以在没有暗物质和暗能量的情况下解释我们的哈勃体积？如果它们确实存在，你认为它们的发现会创造新的物理学吗？

温伯格:我看不出目前的天文观测如何与任何不包含暗物质和暗能量的理论相匹配。暗物质只是一些有待发现的弱相互作用粒子——也许是一个非常轻的轴子，或者是超对称性预测的重粒子之一。暗能量更神秘。它不存在于粒子中，而是存在于空间本身中。神秘之处不在于暗能量为什么存在，而在于它为什么如此之小，因为对量子波动中能量的粗略估计给出了比观察到的大得多的值。

是的，暗物质粒子的发现，或者可以解释暗能量观测的理论，将是物理学的一大进步。

赵平:斯蒂芬·霍金教授警告我们不要接触外星文明，因为先进的外星文明很容易摧毁人类，就像一个人摧毁一窝蚂蚁一样。你怎么想呢?人类应该积极寻求并努力与外星文明接触吗？

温伯格:如果它就像SETI一样，中央平台位于加州萨克拉门托的伯克利空间科学实验室，建于1984年。)倾听外星文明的信号，不会造成任何伤害。至于与外星文明的接触，也许我们已经这样做了。我们使用的电磁波频率足以穿透大气层的电离层并逃逸到太空。

陈:国家天文台研究员

陈:我知道你一直支持多元宇宙理论。我听到一个笑话:2005年，马丁·里斯说他愿意拿他的狗的生命去赌支持多元宇宙的存在，安德烈·林德说他愿意拿自己的生命去赌支持多元宇宙的存在，而你说你愿意拿马丁·里斯的狗的生命和安德烈·林德的生命去赌支持多元宇宙的存在。经过这么多年，你对多元宇宙和人类选择原则的理解是由波罗和提贝拉提出的。这一原则的主要思想是，人类的存在可以解释我们宇宙的各种特征，包括所有基本的自然常数。因为如果宇宙不是这样，就不会有像我们这样的智慧生命来谈论它。你的看法有什么变化吗？

温伯格:从我的小笑话中可以明显看出，我不会拿自己或我的宠物的生命去冒险去支持像里斯或林德这样的多元宇宙。多元宇宙只是一个猜测，但我认为这是一个合理的猜测，应该认真对待。

曹则贤:研究员，中国科学院物理研究所

曹则贤:关于人类选择的原则，海因里希·赫兹曾在他的《力学原理》一书中指出，我们只在一种特殊的意义上谈论适当性，也就是说，我们试图客观地接受我们所有的物理知识，并以一种简单的方式阐述这些知识，而不考虑人类在自然界中的偶然位置。人类选择的原则是把人和理论联系起来。你认为这种理论能给出清晰的数学表达式吗？如果不是，我们还能称之为理论吗？

温伯格:人类选择的原则在多重宇宙理论中是有意义的。这是常识。但是它当然永远不会提供准确的预测。

毛淑德:清华大学/国家天文台教授

毛淑德:意识最终能用物理解释吗？人类大脑中会发生量子纠缠吗？

温伯格:我非常怀疑量子纠缠和意识之间的任何联系。我们也许能够找到意识的客观基础，但我看不出它如何能描述意识。

凌福华翻译，退休物理教授

凌:16到17世纪的科学革命是如何影响18世纪的第一次工业革命的？未来的科学革命或重要的科学进步会对下一次工业革命产生什么影响？

温伯格:根据我从历史著作中收集的数据，第一次工业革命的先驱们没有受到科学革命的太多影响。影响的方向似乎正好相反。蒸汽机的发展导致了热力学的形成，而不是相反。然而，电子、光学和核能的后续工业发展必须以科学发现为基础。

凌华福:你能进一步解释文艺复兴对科学革命的可能影响吗？

温伯格:我只知道我在书里说了些什么。15世纪的文艺复兴重新点燃了人们对自然的兴趣。

1.物理学中的多维世界

当我们讨论空间时，我们的世界是三维的。当我们讨论时间和空间时，我们的世界是3+1维的，即1维时间和3维空间。时间是一维的，方向是固定的正向向量。我们将举一个例子来说明空间维度。

1.1零维空间

也就是说，没有体积的点是一个数学概念。人们普遍认为宇宙在大爆炸前是如此奇异的一个点，而这里什么都没有。但是根据大爆炸理论，奇点包含了一切，是一切的起源，是虚无的魔力。

1.2一维空间

是一条线，假设有一维生物——虽然我们不明白这种生物是如何存在的，但假设有——它们将只有长度而没有宽度，也就是一个点或一条线。在一维生物的眼中，它们是生活在没有宽度的管道中的生物。世界是一个点。因为没有顶、底、左、右、前和后，一维生物周围没有缝隙。它本身就是一个点，不能再小了。因此，它只能前进，除非它有能力推动整个宇宙。如果像我们的宇宙一样，世界是有限的，那它就是一个环。

1.3二维空间

这是一张脸。在二维生物的眼里，只有不同长度的线段，比如正方形，而在二维生物的眼里，它就是线段。你需要绕着它走，测量每条线段的长度和夹角，然后推断出它的形状和面积，然后才能得出结论。但是这个结论肯定不是我们想的那样，这种直观的方块，因为它们永远看不到整个画面。例如，在一张纸上，一头飞机猪和一头飞机牛相遇了。当他们互相问候时，他们看到彼此的形状，实际上是一样的，都是一条线段。不管从什么角度，切开，都会是一条线段。然而，作为一个外来的人，一眼就能看出猪和牛的样子。这是从三维世界看二维世界。不能在平面上完成的事情可以在三维空间中轻松完成。例如，要使两点重合，只需折叠纸张。如果像我们的宇宙一样，世界是有限的，它是一个球体的表面，类似于地球的表面。很难描述形状。在我们看来，它是一个球体，但我们必须展开二维生物来理解它。但是它是什么形状呢？没有什么，或者我们如何切割它，是什么形状。

1.4三维空间

这是我们的宇宙。在我们看来，它是一个容器，里面悬浮着许多恒星和其他物质。三维生物和物质由长度、宽度和高度三个方向组成。在我们看来，所有的物体都是二维平面。例如，当我们看一个立方体骰子时，我们最多只能看到三面。我们的眼睛和光线的配合使我们能够分辨出三面的阴影，从而创造出一种三维的感觉，但仅仅是感觉，而不是真正的三维，因为我们不可能同时看到骰子的所有面。也看不到一个封闭容器的内容物——就像我们看一个二维的圆一样，我们可以同时看到它的顶部、底部、左侧和右侧，这个圆被一个三角形覆盖着，我们还可以看到我们甚至可以伸出手来取出这个三角形而不破坏这个圆的形状。然而，二维生物不可能直接看到圆的内部。有必要打破这个圆，把里面的三角形去掉。同样，如果我们想从篮球中取出一个鸡蛋，我们必须打破篮球。如果我们的宇宙是有限和无限的，那它就是一个超级球体，或者我们无法描述它是否是圆的——因为在我们的眼里，它没有边界，自然无法描述它的形状。然而，我们可以用数学推导，让我们说宇宙是一个球。宇宙飞船从某一点出发，沿着直线行进，最终穿过不存在的边缘，从另一端出现，然后回到原点。

1.5四维空间

接下来是需要想象力的时刻。四维空间中的有机体和物质由长度、宽度和高度组成，其方向在我们的世界中并不存在。正如我们可以从二维世界中不存在的方向，即高度，看到二维世界的整个画面一样，二维生物必须用数学来获得对整个画面的一瞥，而肉眼是看不透的。四维生物眼中的世界是三维的。他们可以从三维空间中不存在的方向看到正方形的所有六条边。他们也可以从那个方向把东西从物体中取出来，看到物体的内部，而不破坏它们的紧密性。

对我们来说，这已经是上帝了--四维生物可以很容易地从篮球中取出鸡蛋，从人体内取出心脏，而不会对篮球和人的外表造成任何损害。四维生物可以同时看到我们的衣服、裸露的臀部、皮肤下的肌肉、血管、血液、骨骼和骨髓...我们所有的细节都展现在四维生物的眼中。就像二维世界一样，无数的二维平面无法堆叠三维物体，我们的细节被无限扩大到精细和裸露，四维生物也是如此，我们的“无限”对高维生物来说是“有限的”。如果像我们的宇宙一样，世界是有限的，那么它就是一个我们无法用现有知识理解的超球体。

简而言之，只有维度更高的生物才能理解维度更低的世界的全貌。就我们自己而言，我们只能在这座山上，看不清楚。如果我们想找出答案，我们只能用公式和数学方法来看。

1.6五维空间和多维空间

只能说方向依次增加，世界是无限广阔和自由的。我的语言能力显然超出了我的能力。最后，根据爱因斯坦的11维空间理论，最后一个维度是上帝的视角，它是无所不知和无所不能的。

2.宏观思维(整体)

对于作为一个庞大系统的整个社会，我们应该提倡宏观解释层面的一元思维。

总的来说，维度思维似乎是物理的，但事实上它无处不在，停留在经济、文化、社会和哲学的各个领域。

在哲学世界的金字塔中，最低层次对应于物理学中的零维空间，即多维思维，即人们常说的具体问题的具体分析，而较高层次的思维应该更一般化，正如人们在高维空间中从上帝的角度看低维空间一样。在我们达到第二高水平之前，这是二元思维。

二元思维意味着同时看到事物的两面。马克思认为，一切都是对立统一的矛盾，一切都有两面性。最后，当你看透世界到一定程度时，你一定只剩下一美元的思考空间了。因为无论是二元思维还是多元思维，这些思维系统都必然存在矛盾。如果一个系统不能达到自我一致的水平，它就不是一个足够强大的系统。然而，当一个系统完全自我一致时，它必须是单一的——一件事是由一件事决定的，而不是由许多事决定的。只要有矛盾，人们就无法解释清楚。

即使在一个有许多宗教和神的世界里，对人类来说似乎也有许多，但是在统一成为可能之前，这些神所属的更高层次的世界必须是统一的。这和高维的物理世界是一样的。

过去，我们认为研究小事情是解剖小麻雀的过程。剖开麻雀的胃，研究肝、肺、肠和心脏的功能，从而控制整体结果。直到癌症和艾滋病开始引起人们的注意，科学家们才意识到解剖只是一个开始。最初看似健康的器官在不知不觉中因衰竭而死亡。解剖学无疑只是停留在器官表面的医学技术。直到20世纪末，分子技术和基因技术的进入，医学终于被推到了一个更高的水平。

它们高的原因是它们不用动刀就能看到人体器官的全貌。这是利用技术的力量进入一个更高的视角，也进入一个更高的因果维度。需要在器官层面对具体问题进行具体分析的疾病可能是由于在基因层面缺乏人体的某些基本要素。在二元甚至多元病理学的基础上，可以有一个一维的解决方案来统一它们。

3.微观思维(局部)

对于具体微观问题的分析，我们应该提倡多元思维。

简而言之，我将举一个中国足球队赢得世界杯的例子。中国足球队不可能赢得世界杯，这是一个简单的一元论思维。中国足球队在情况A下赢得世界杯是绝对不可能的。如果它避开情况A，在情况b下也是可能的。这是看到事物的反面，典型的二元思维。最后，中国足球队赢得世界杯的问题不能简单地从A或B的角度来看，而是从多种思维的角度来看，即思考在什么情况下应该采取什么措施来实现最终目标。

单变量思维是因果推理。最简单的例子是我们在初中学习平面几何。证明过程是一系列的“因为甲使乙”。当我们判断一类事物时，我们应该保持因果关系一致，而不是互相矛盾。这是为了实现一元思维。如果你真的用一元思维方式做事，要非常小心，反复思考，以免导致你后悔的结果。

二元思维意味着积极和消极。总之，我们应该看到优点和缺点，权衡优点和缺点。如果你来自一个富裕的家庭，生活会很好，但你可能会变成一个纨绔子弟。如果你来自一个贫穷的家庭，当然会很苦。只要你不断努力自我完善，你就会有更多的抱负和动力。生活中没有其他东西，也就是说，你不断地做出各种选择。不管你选择什么，不可避免地会有负面的结果。因此，道家说，他们不会欢迎，避免或追求。

在我看来，多元思维就是《道德经》所说的:“道而道，非恒道，名而名，非恒名”。一切都从发展的角度来看待这个问题。理解马克思的句子是相互联系和永恒发展的本质。一切都在变化，变化中有恒定性。这是一个无法形容的领域。

4.在末尾写

一个思维水平比你高的人很容易看穿你。当他打开上帝的视角，他会用你的思维方式打败你，让你哑口无言，比你想得更多，比你更深更广。在一元论思维清晰的人眼里，大多数人的思维都是混乱的，很容易击败他们。在具有明显二元论思维的人眼中，一元论思维的人只能看到一面。只要它们从相反的一面开始，就很容易被打破。在多种思维的人眼里，世界上所有的具体问题都有具体的方法，但具体的方法来自于不断看穿神秘的内在方式。

无数阴极射线科学家被它迷住了，并因此而出名，包括前三位诺贝尔物理学奖获得者。然而，在1904年，诺贝尔物理和化学委员会打破常规，将年度诺贝尔物理学奖授予了没有研究过阴极射线的赖利。

莱利，原名约翰·威廉·斯特拉特，因其高贵的出身而被尊为男爵莱利三世。1880年，他开始连续12年精确测量各种气体的密度。他的实验室拥有当时最精确的天平，灵敏度为1/10000克。经过多年的研究，他发现空气中除了氧气、氮气、二氧化碳和其他气体外，还有一种惰性氩气。他把像氩这样的“小懒骨头”气体称为“惰性气体”和“稀有气体”。稀有气体广泛应用于工业、医学、先进科学技术以及日常生活中。瑞利发现了新的元素氩和氦，这是稀有气体研究中的第一个发现，他自然应该获得诺贝尔奖。

赖利三世(来源:百度)

莱利的获奖并没有打乱诺贝尔委员会鼓励阴极射线研究人员颁奖的想法。1905年，经过慎重选择，委员会授予阴极射线研究专家菲利普·莱纳德新的物理学奖。

与前三届物理学奖的获奖者不同，伦纳德致力于研究阴极射线的性质，并希望通过实验找出这种射线是否由粒子组成。

阴极射线的发现可以追溯到17世纪末。1690年，科学家格里克发明了一种真空泵，物理学家用它来做电学实验。半个世纪后，伟大的科学家法拉第在真空泵中输送电流时，发现阴极和阳极之间有一种奇怪的辉光。科学家们发明了各种先进的真空玻璃管来研究这种发光的大脑，其中最著名的是威廉·克鲁克斯发明的克鲁克斯管。1876年，德国物理学家尤金·戈尔兹·谭通过实验证明了辉光是在垂直于阴极表面的方向上发射的。显然，这与四面八方的烛光完全不同。戈尔兹·谭在他的论文中称真空管阴极射线管和克鲁克斯管产生的辉光产生了这种射线阴极射线管。他进一步说，阴极射线实际上是一种在以太网中传播的电磁波，就像紫外线一样，在受到撞击时会产生磷光。至此，阴极射线的概念诞生了。

阴极射线管(来源:仪器网络)

自戈尔兹·谭之后，许多欧洲学者和教授都致力于阴极射线的研究。莱纳德是其中之一。

伦纳德是一个因缘际会的青少年。他出生在匈牙利普莱斯堡(现斯洛伐克首都布拉迪斯拉发)的一个酒商家庭。他的母亲英年早逝，他的父亲忙于生意，对他毫不关心。结果，伦纳德从小就孤僻多疑，努力保持竞争力。他以优异的成绩先后在布达佩斯大学、柏林大学、海德堡大学等著名大学学习物理学，并成为本生、列奥·柯尼希斯伯格、格奥尔格·赫尔曼·昆克等著名科学家的学生。

1886年，获得海德堡大学博士学位的伦纳德开始对磷光和荧光现象感兴趣，并开始研究阴极射线。在两年多的时间里，尽管他不明白阴极射线是否是电磁波的问题，但他在1888年提出了关于阴极射线的第一个研究结果:赫兹认为阴极射线类似于紫外线的观点被实验证明是错误的。

菲利普·莱纳德(照片来源:百度)

赫兹当时是一位著名的物理学家。伦纳德的举动是对权威的极大挑战。更引人注目的是，1892年赫兹聘请伦纳德作为助手，专门研究阴极射线。

在赫兹的授权下，伦纳德做了大量的阴极射线实验，并获得了“伦纳德窗”的重要发现。在实验中，他进一步质疑赫兹关于“阴极射线不可能是粒子”的断言。

经过反复实验，伦纳德于1894年发表了一篇关于阴极射线的理论论文。根据这篇论文，阴极射线实际上是一股粒子流，它在空气中只能传播几米，在真空中能传播几米而不会衰减。

“阴极射线是高速粒子流，不是电磁波。大多数原子是内部有粒子运动的空白空间。我找不出这些微粒是什么。”论文发表后，伦纳德在他的笔记本上写道。经过十多年的努力，他终于揭开了阴极射线的秘密。

阴极射线的发现和阴极射线管的发明是几代科学家努力的结果。根据以前的研究成果，伦纳德极大地丰富了阴极射线的科学内容。

电视显像管示意图(来源:物理科学网)

必须说，尽管伦纳德发现了阴极射线的秘密，后来又研究了谱线的性质，但他得出了著名的结论:“每个光谱都有一定的原子变化，这些变化决定了每个光谱”。他还获得了布拉迪斯拉发大学荣誉博士学位和德意志帝国鹰盾勋章等荣誉，但他童年时因缺乏家庭教育而形成的偏执性格使他走上了德国种族主义和反犹太主义的道路。他不仅多次公开批评犹太科学家爱因斯坦，倡导“德国物理学”，还加入纳粹党，成为激进分子希特勒的物理顾问，鼓吹希特勒的种族主义和反犹太主义理论。他没有后代，最后孤独地死在了梅瑟的豪森。

伦纳德一生都不理解阴极射线中细微粒子的流动，这给了其他科学家一个机会。后来，一位英国科学家最终得出科学结论，“阴极射线由带负电的电子组成”，从而打开了基本粒子物理学的大门，并仅获得1906年诺贝尔物理学奖。他是谁，他的精彩故事是什么？如果你想知道事情的结果，请听下一期的解释。

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[参考]

1.《诺贝尔物理学奖一百年》一书于2002年由上海科普出版社出版，作者是和沈。

2.论文《20世纪物理学的伟大缩影》，清华大学郭怡伶，2009年第2期，物理研究。

3.论文《菲利普·莱纳德的光电效应》，于华志，物理研究，2013年第3期。

法国物理学家亨利·贝克雷尔在研究X射线的实验中发现了具有天然放射性的铀射线，因此站在了1903年诺贝尔物理学奖的领奖台上。然而，他不知道铀射线来自哪里，也不知道其他元素是否会发出类似的自然射线。

1897年3月，在法国小镇奇利奥纳的一间公寓里，一个美丽的女人独自坐在客厅里，阅读有关铀辐射的文件。这个客厅很简单，只有一个书架、一张桌子和两个凳子。显然，它只用于阅读和吃饭。

居里夫人铜像(来源:百度)

这个漂亮女人的名字叫玛丽，因为她丈夫的名字叫皮埃尔·居里，人们都叫她居里夫人。他出生在波兰，从小就非常聪明，在班上总是名列第一。1895年，德国物理学家伦琴发现了x光，她嫁给了法国。婚后，丈夫和妻子一起弹钢琴、唱歌，并共同从事科学研究。通过努力，居里夫人不仅获得了物理和数学双学士学位，还完成了法国工业振兴协会委托的钢铁中磁性气体的研究，并通过了中学教师资格证书。

不满是向上的车轮。居里夫人的生活非常幸福，她的科学研究事业进展顺利，但是她也选择了其他人没有做过的研究作为她的博士论文的主题。

在反复阅读近年来的物理期刊后，居里夫人开始对贝克雷尔关于铀射线的论文感兴趣。经过反复阅读，她隐约觉得贝克雷尔的研究在物理学上很有启发性，很可能是一些伟大研究的开始。在与丈夫讨论后，她决定在怀孕三个月后，将研究铀射线的来源和相关的辐射现象作为她的博士论文的研究课题。

平心而论，居里夫人的决定非常具有前瞻性。首先，能源在当时是科学界的一个难题，一般学者不敢触及。第二，贝克雷尔的重要发现没有得到科学家们的充分重视。虽然很少有参考文献来完成这个主题，但是成功的机会很高。第三，当时世界上没有女科学博士。论文的完成可以证明当时的女性并不比异性差！

然而，当决定实际着陆时，居里夫人发现困难比她想象的要大得多。第一个“路障”是没有实验室。没有实验室的物理学家就像没有枪的士兵。当时，欧洲国家只为少数有影响力的学者配备了实验室。普通学者要么花巨资建造自己的实验室，要么去别人的实验室当助手。尽管出身普通家庭的居里夫人取得了许多成就，但她在当时仍属于“普通学者”的范畴。

居里夫人在实验中

在关键时刻，居里先生出现了。在巴黎物理和化学学院任教的何(音译)与校长进行了协商，并从该校借了一个仓库和一个杂货铺作为实验室。仓库环境真的不讨人喜欢。地面不平，屋顶漏雨，夏天闷热，冬天的冷风从墙上的裂缝吹进来。更重要的是，当物理和化学学校是巴黎医学院时，它仍然是解剖室，所以光线很暗，湿度很大，设备甚至更原始。

只要有实验室，所有的问题都不是问题。居里夫人整理了屋顶和墙壁，以确保没有风雨。她修理了壁炉，并添加了一些基本的实验设备。重湿气从未被解决，因此她的第一个实验室诞生了。尽管居里夫人从那时起已经改变了许多实验室，但这无疑是她实验工作的起点。

我的同事也给了居里夫人极大的安慰。化学家安德烈·伯恩送实验仪器去参观这样一个简陋的实验室时，表现出惊讶和钦佩。作为锕系元素的发现者，他知道实验研究的重要性。“亲爱的居里夫人，你是最好的女人。你一定会成功的！”他紧握居里夫妇的手，表达了真诚的祝愿。

准备好做实验了。她做的第一个实验是测量铀辐射的强度，贝克雷尔也重复了这个实验。贝克雷尔发现铀有三个特征:电离气体、感光照片和穿透力。居里夫人通过实验测量确定，铀射线的强度与铀的质量能量成正比，不受光照和加热等因素的影响，元素物质也是如此，化合物也是如此。因此，贝克雷尔的结论再次得到证实:铀射线的辐射是原子内部运动的结果。

随着实验的深入，居里夫人惊喜地发现铀射线具有一种不寻常的性质，这可能对人类生活产生不可估量的影响。尽管当时确定铀元素会自动发射铀射线，但没有证据证明铀元素是唯一能够发射这种射线的元素。

居里夫妇正在做实验

贝克雷尔只是偶然发现了铀射线，但是如果认为只有铀元素才能发出这种射线，那么必须用实验数据来说明。居里夫人发现了许多矿物质和化学物质，并决心检查当时所有已知的元素，看看它们是否能发出这样的射线。

通过反复实验，居里夫人证实钍也能发射自然射线。她相信随着科学的发展，科学家会发现更多像铀和钍这样的元素。因此，她把原子核自发辐射称为“放射性”，把铀和钍等放射性元素称为“放射性元素”。

含天然放射性元素的钍矿石(来源:中国新石器时代网络)

放射性对科学界来说是一个非常重要的术语。1903年，诺贝尔奖组织委员会给居里夫妇颁奖的理由，即发现天然“放射性”。从对“放射性”的研究开始，玛丽·居里发现了钋和镭，并获得了1909年诺贝尔化学奖。三十年后的1939年，她的大女儿艾琳因发现人造放射性物质而获得诺贝尔化学奖。一个家庭中的两代女性获得了诺贝尔奖，这是一个世代相传的奖项。

放射性太重要了。从放射源的角度来看，放射性可以分为两种类型。天然放射性遍布地球甚至宇宙。人工放射性是通过核反应获得的辐射现象。放射性已广泛应用于各个领域:核电站的工业建设、核能发电；用x光对癌症进行医学治疗；考古学用放射性年代测定来确定出土文物的年代。在日常生活中，手机、电脑、电视、传感器等。，都需要放射性技术...

自然辐射现象(来源:免费文献网络)

放射性与我们的生活密切相关。在这方面，居里夫人获得了十个诺贝尔奖。不幸的是，由于当时大男子主义的盛行，她不得不站在诺贝尔物理学奖的领奖台上，居里作为合作研究员，贝克雷尔，铀射线的发现者。

当居里夫人在巴黎专心研究放射性实验时，被誉为“20世纪初英国最著名的物理学家”的瑞利勋爵正在用物理实验和物理理论研究空气密度和成分，并因此获得了1904年诺贝尔物理学奖。如果你想知道瑞利勋爵是如何进行理论和实验研究的，请听下一部分的解释。

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[参考]

1.《诺贝尔物理学奖一百年》一书于2002年由上海科普出版社出版，作者是和沈。

2.论文《20世纪物理学的伟大缩影》，清华大学郭怡伶，2009年第2期，物理研究。

3.文章《居里夫人，伟大的女科学家》，江西大学出版社，2015年7月。

诺贝尔，世界著名的“炸药大王”，拥有355项专利发明，在不同国家拥有大约100家工厂或公司。他死后，根据他的遗嘱，他把他的大部分遗产和税收作为奖金来奖励在各个领域为人类做出贡献的科学家。在所有领域，自然科学的基础学科物理学是第一个被推广的。1901年12月10日，也就是诺贝尔逝世5周年，诺贝尔基金会首次将诺贝尔奖授予物理、化学和其他领域的杰出科学家。诺贝尔物理学奖诞生了。

23K诺贝尔金奖(来源:百度)

从1901年至今，诺贝尔物理学奖已经走过了119年。诺贝尔物理学奖有一个严格的评选过程。只有严格的权威才能显示权威，只有权威才能显示杰出的成就。在200多名诺贝尔物理学奖获得者中，有一些熟悉的名字，如玛丽·居里、伦琴、爱因斯坦等。今年10月8日，最新的诺贝尔物理学奖揭晓，增加了三位对宇宙演化史和地球位置研究做出重要贡献的物理学家。他们是詹姆斯·皮布尔斯、米歇尔·迈尔和迪迪埃·奎洛兹。

打开获奖科学家的厚厚档案，我们似乎看到了他们不屈不挠的品质和不断改进的技术。也许他们背后的“人类理性”比他们掌握的“物理学”更有价值。

诺贝尔物理学奖是现代物理学史上伟大成就的缩影，反映了现代物理学的发展。在诺贝尔物理学奖诞生119周年之际，我们有必要以故事的形式纪念在这条道路上获奖的科学家。

第一章伦琴的新奖项获得第一名

1901年12月10日下午，首届诺贝尔奖颁奖典礼在瑞典斯德哥尔摩音乐学院举行。按照程序，每个奖项的获奖者将在收到奖牌和奖品后发表“获奖感言”。当主持人准备宣布物理奖得主威廉.康拉德.伦琴发表演讲时，发现他不在场。赢得奖牌后，你去了哪里？

我去后台寻找答案，却发现只有很少时间的伦琴已经回家了。此外，当小组成员通知伦琴接受该奖项时，他说他不想在长途旅行中浪费时间，并建议将其邮寄到德国单位。工作人员诚恳地解释说，诺贝尔奖是23K金，奖金是15万克朗(捷克货币)，既贵又不方便邮寄。伦琴勉强同意领奖，但没有注意领奖的过程和细节。

伦琴的诺贝尔物理学奖证书(来源:腾讯)

主人听后，耸了耸肩，嘀咕道:“他真是世界上的怪人！”

事实上，伦琴并不奇怪。他太忙了。尽管他发现的新射线刚刚为他赢得了诺贝尔奖，但他对这种新射线仍有许多疑问，并希望能更早发现。

伦琴偶然发现了这种新射线。

1895年11月8日晚，49岁的伦琴像往常一样来到德国维尔茨堡的实验室(现位于伦琴街8号伦琴博物馆)。这是一个只有十多平方米的简易小屋。这太简单了，与他当时的名声不相称。他因在1879年发现“伦琴电流”并利用实验记录磁效应的存在而闻名。自1894年以来，他一直是维尔茨堡大学的校长，并因其作品而受到尊重。最值得称赞的是他不重视物质和金钱。甚至他后来获得的诺贝尔奖也被捐赠给了维尔茨堡大学的物理实验室。

伦琴的实验大楼现在是伦琴博物馆(来源:腾讯)

伦琴来到实验室的主要目的是继续研究阴极射线。半个世纪前，英国物理学家法拉第发现，当一种稀薄气体放电时，它会从阴极发出明亮的光。这种“阴极射线”的使用也不例外。

伦琴用一块厚的黑纸板把玻璃管密封得很紧，以便在做阴极射线实验时不受可见光和紫外光的影响。当他打开电源时，他突然发现一米开外的纸板上有一道微弱的绿光，当电源切断后，绿光消失了。他依次加大了纸板的距离，结果，纸板移动到两米远，通电后纸板仍然发光。他证实，这是一种以前从未发生过的物理现象，绿光绝不是阴极射线，也许还伴随着重大发现。

x光发现实验室(来源:腾讯)

在接下来的一个多月里，伦琴除了他的主要学术工作之外，还把自己锁在一个物理实验中，几乎切断了与同事和家人的联系，并全身心地投入到实验中。他喜欢用努力换来“完美的结果”，未经证实的结论不会发表。

通过进一步的实验，他发现当笔记本、厚书、木头等。被放在放电管和纸板之间，纸板仍然闪烁。当1.5毫米厚的铅板放在它们之间时，铅板上没有光，显然被铅板挡住了。为了便于研究，他称这种未知的新射线为“x光”。

伦琴使用的阴极射线管(来源:腾讯)

“既然x光能穿过厚橡胶和数百页书，它能穿过人体吗？”12月22日晚上，伦琴没有向他不请自来的妻子解释太多，而是请她帮忙做一个实验。知道伦琴的脾气，他的妻子欣然同意。她用黑布紧紧地裹住右手，然后把它放在装有摄影胶片的暗盒后面，等待伦琴打开电源。大约15分钟后，她被一张打印的照片震惊了，照片上清晰地显示了她的手骨和一枚结婚戒指。这张照片已经成为x光史上最早、最著名和最令人难忘的照片。它标志着人类可以用x光透视骨骼。

有了实验结果，接下来的事情就容易多了。一周后，伦琴向国家物理学会提交了一篇题为“关于新射线”的论文，其中根据16个主题详细解释了几周的研究结果。第二年年初，伦琴在宣布x光片后引起了巨大的轰动，这在科学史上是非常罕见的。他举办了一场公开讲座，在讲座上，他给维尔茨堡大学的解剖学家克里克的手拍了x光片。过了一会儿，实验仪器研制出来后，老人的手骨出现了，掌声响起。克里克当场建议将这种射线命名为“伦琴射线”

左图显示伦琴妻子的手，右图显示解剖学家克里克的手(来源:纪弦网)

伦琴今年才50岁。在认识生命的一年里，他给了科学界最珍贵的礼物。

x光的应用开创了医学成像技术，大大提高了医学诊断水平。它被认为是19世纪末物理学的三大发现之一。后来科学家研究并改进了基于x光的成像技术，并最终在20世纪70年代发明了CT扫描仪。因此，我们现在可以选择进入医院时进行x光或CT检查。

诺贝尔奖基金会成立不久。考虑到迫切需要找到著名的科学家来提高这个奖项的知名度，第一个物理奖的桂冠被授予了做出巨大贡献的伦琴。落花是有意的；流水无情。然而，伦琴并不关心这个奖项，只是因为这个奖项，他才获得了这个奖项，但却没有在瑞典发表演讲。

据伦琴先生称(来源:百度)

受伦琴的影响，另一位西方科学家在发光材料的实验中发现了一种新的穿透光线。他还与居里夫妇分享了1903年诺贝尔物理学奖。(请期待)

诺贝尔物理和化学奖委员会处理完伦琴奖后，将在1902年选出诺贝尔物理学奖候选人。如上所述，物理学家在前半个世纪一直忙于研究阴极射线，那么谁有机会为对阴极射线做出杰出贡献的物理学家赢得这一荣誉呢？？如果你想知道事情的结果，请听下一集。

>>>>门户网站“诺贝尔物理学奖历史系列(2)——用经验证据划分奖项”

>>>门户网站“诺贝尔物理学奖的历史(一)——伦琴和x光”

19世纪以前，人们一直认为电、磁和光是不相关的自然现象。进入19世纪，科学家法拉第和麦克斯韦把电、磁和光现象放在一起解释。赫兹用实验来证明电磁波的存在，从那时起，电、磁和光的效应结合在一起。

阴极射线发现后，西方物理学家尽力研究其本质。这些人包括上次提到的伦琴。到19世纪70年代，对于阴极射线的性质有两种完全不同的观点:英国科学家克鲁克斯和其他人认为它是带负电的粒子流，德国物理学家赫兹和其他人认为它只是电磁波产生的辐射。两党之间进行了激烈的讨论。

阴极射线示意图(来源:百度)

荷兰物理学家亨德里克·安托万·洛伦兹也参加了讨论。经过深入研究，他得出以下结论:阴极射线是由比原子小的粒子振动产生的。这种粒子存在于任何物体的原子中，发光现象与这种粒子的振动有关。这些粒子的振动会产生电场和磁场。只要电场或磁场的方向改变，光也会改变。

然而，这些先进的理论在当时是完全站不住脚的。一方面，著名科学家法拉第在去世前研究了磁场对光源的影响，但以失败告终。后来，几乎没有人研究过它。其次，西方科学界一直认为，物体是由原子组成的，原子就像一个玻璃固体球，不可能开得尽可能小。

亨德里克·洛伦茨的形象(来源:读史春秋的博客)

洛伦茨不相信邪恶。他决心用他的强项——理论研究来证明原子是可分离的。他于1870年进入莱顿大学。受天文学教授弗雷德里克·凯瑟的影响，他开始对理论物理感兴趣。1878年1月25日，他成为莱顿大学的理论物理教授。在接下来的20年里，他的理论研究包括阴极射线的本质，解释电、磁和光之间的关系等。，紧跟时代潮流。

经过理论研究，洛伦兹发现物体的原子中有带负电的粒子。这些粒子由于围绕原子核运动而产生电场。根据法拉第的实验，运动的粒子也会产生磁场。核自转产生电场和磁场，这些电场和磁场与带负电的粒子相互制衡，形成原子磁场。

根据原子图，洛伦兹发现的粒子是电子。(资料来源:科学网)

当光源通过原子磁场时，原子中粒子的振动会发生变化，光源的谱线肯定会变宽或分裂洛伦茨经过反复推理得出了这个结论。

物理学的发展离不开理论和实践的结合。尽管洛伦兹从“虚拟”理论证明了原子中存在带负电荷的粒子，但他如何通过“真实”实验证明这一理论呢？

就在他为此痛苦的时候，他的学生彼得·塞尔曼出现了。

塞曼也是荷兰人。1865年5月24日晚，荷兰泽兰岛上的大坝决堤。在一艘没有舵和桨的小木船上，一名中年产妇在碰撞中痛苦地生下了塞曼。塞曼的小学成绩平平，但他在高中毕业考试中物理不及格。他的母亲用他出生的故事来影响他，所以他努力学习，进了代尔夫特高中。在这里，Zeeman遇到了比他大12岁的heike kamerlingh onnes。后来，获得诺贝尔物理学奖的艾格尼丝聪明又渴望学习，给塞曼留下了深刻的印象。

塞曼经过不懈努力，终于考上了莱顿大学。1890年大学毕业后，他留在学校，幸运的是，他是物理教授洛伦茨的学生和助手。

作为洛伦茨的助手，塞曼最大的乐趣在于他可以继续研究磁光克尔效应。磁光克尔效应是指光线进入磁铁时发生偏转的现象。它是以1877年英国科学家约翰·克尔发现它而命名的。经过3年的研究，塞曼完成了他关于磁光克尔效应的博士论文。后来，他被莱顿大学聘为讲师，暂时离开了洛伦茨的实验室。

磁光克尔效应示意图(来源:原始文献网络)

1896年，塞曼被开除，因为他不听莱顿大学实验室主任的安排，悄悄地进行了谱线磁场分裂实验。他把光源放在一个非常强的磁场中，结果，发光体的光谱发生了变化，谱线被分成了三部分。在离开莱顿大学之前，塞曼冷静地将实验过程和结果以论文的形式提交给荷兰皇家艺术科学院。

那一年的10月31日，洛伦茨在皇家艺术科学院的一次会议上意外发现了塞曼关于光谱研究的论文，他对此感到震惊。两天后，星期一早上，他邀请塞曼去他的办公室。塞曼详细描述了光谱实验的过程。洛伦茨仔细听后说，磁场中光谱变化的根本原因是原子中带负电粒子的振动。

由于洛伦茨的大力推荐，塞曼的实验吸引了西方科学界的注意。

彼得·西摩(来源:读史春秋的博客)

他的实验首先证明了原子具有精细的结构并且不是“不可分的”，这是对洛伦兹“原子中的带电粒子”理论的最好支持。其次，实验证实了洛伦兹的理论，即“磁场中发射的光将被极化”。这也意味着电、磁和光可以相互影响。后来科学家称这种现象为磁场分裂光谱塞曼效应。塞曼效应作为一种众所周知的磁光效应，使世界对物质的原子和光谱有了更多的了解，被誉为继X射线之后物理学中最重要的发现之一。为了表达对塞曼的记忆，科学界将月球背面的一个陨石坑命名为“塞曼”。

塞曼效应可以用来测量恒星的磁场。海尔和其他美国天文学家首次在威尔逊山天文台利用塞曼效应测量太阳黑子的磁场。物理学家汤姆森利用塞曼效应测量了谱线分裂的频率间隔，称之为原子电子中的负电荷粒子，并用数据证实了电子的存在。汤姆森因此获得了1906年诺贝尔物理学奖。

1902年12月10日下午16: 30，瑞典斯德哥尔摩皇家音乐学院的礼堂座无虚席。第二届诺贝尔奖颁奖典礼在这里举行。在严肃音乐中，所有国家的获奖者分别获得奖牌、证书和奖品。轮到塞尔曼上台时，他看到一个5到6英寸大的金框挂在胸前，而不是戴着花。这张照片显示了他死去的母亲。每次他获奖，他都会挂上这个相框来表达对母亲的敬意。这已经成为诺贝尔奖历史上的一个好故事。

诺贝尔奖颁奖典礼现场(来源:壳牌网)

从诺贝尔物理学奖回来的洛伦茨也受到世界的尊重和喜爱。他被誉为经典电子理论的创始人，因为他提出了电子存在于原子中的理论。后来，他的名字被用作物理学中的学术术语，如洛伦兹-洛伦兹公式、洛伦兹力、洛伦兹分布、洛伦兹变换等。爱因斯坦将洛仑兹变换应用于科学研究中的力学关系，从而产生了著名的狭义相对论。1928年2月4日，洛伦茨在荷兰城市哈拉姆去世。葬礼当天，荷兰国家电话服务暂停3分钟以示哀悼。公认的新一代物理领袖和著名科学家爱因斯坦致了悼词，称洛伦茨为“我们时代最伟大、最高尚的人”。后来，为了纪念洛伦茨的伟大贡献，荷兰政府从1945年起将他的生日(7月18日)定为一年一度的洛伦茨节。

洛伦茨在理论上创立了经典电子理论，塞曼通过实验证明了电子的存在。老师和学生分享了1902年诺贝尔物理学奖。在从阴极射线开始的科学研究中，除伦琴、洛伦茨和塞曼外，许多科学家都取得了非凡的成就并获得了诺贝尔物理学奖，其中包括1903年的几位获奖者。他们是谁？你取得了哪些杰出的成就？如果你想知道事情的结果，请听下一期的解释。

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[参考]

1.《诺贝尔物理学奖一百年》一书于2002年由上海科普出版社出版，作者是和沈。

2.《诺贝尔物理学奖的故事》，陕西人民出版社，2012年9月。

3.论文《20世纪物理学的伟大缩影》，清华大学郭怡伶，2009年第2期，物理研究。

由于对科学研究的热爱，比利时根特大学的物理学教授约瑟夫·普拉托直到39岁才结束婚姻。40多岁时，他迎来了两个相继出生的孩子。很自然，他控制不住。1841年底的一个晚上，普拉托在完成了他繁忙的教学和实验任务后匆匆回家。

当他到家时，他像往常一样弯下腰逗孩子们开心，但是突然，他面前一片漆黑。在接下来的几天里，普拉托的视力略有改善，但总有一个挥之不去的彩色光环。显然，他的眼睛有问题。医生诊断他患有慢性葡萄膜炎，但他并不这么认为，认为还有另一个“人”对伤害他的眼睛负有责任。

我们必须从头开始。

约瑟夫·普拉托，1843年(照片来源:en.wikipedia.org)

青少年的崎岖之路。

1829年初夏，正在比利时列日大学攻读博士学位的普拉托终于获得了他梦寐以求的物理学学位。他努力学习了七年。当他进入学校时，他显然学习法律，但是当他毕业时，他获得了物理学位。发生了什么？

普拉托1801年出生于布鲁塞尔的一个艺术家庭。他的父亲是当地著名的画家。小普拉托沉浸在浓厚的艺术氛围中。他最喜欢的事情是看他父亲静静地画画，看路边的花草。

然而，美好的时光并没有持续多久。普拉托13岁时，他的父母相继去世。他不得不带着两个妹妹去见他的叔叔。这个突然的变化让普拉托特别难过。看到他活泼的小侄子变得沮丧，我叔叔很担心，带着他和他的姐妹们住在乡下。乡村的宁静生活照亮了普拉托的生活，激发了他对自然科学的兴趣。他喜欢收集各种蝴蝶标本，每天他都去村里铁匠叔叔家玩各种机械设备。

然而，我叔叔看到他这样非常不高兴。

农村生活激发了普拉托探索自然科学的兴趣(照片来源:www.mskgent.be)

原来，普拉托的叔叔是一位备受尊敬的律师，他非常希望他的侄子能继承他的衣钵。他没想到自己对“奇怪的技术和卖淫”有特殊的爱好。所以，在乡下呆了一段时间后，我叔叔匆匆忙忙地把普拉托拉带回了城市。

普拉托知道他叔叔的良好意图，尽管他仍然喜欢在高中发明和做实验，并认识了他的终身老师和密友物理学家凯特勒(注

数学家阿道夫·凯特勒和普拉托被鼓励转而研究物理(照片来源:www.sciencesource.com)

直视烈日

终于进入了物理系，普拉托珍惜这个难得的学习机会。他对人类的视觉感兴趣，并决定把它作为他博士论文的研究内容。

1829年，普拉托28岁，已经上了7年大学。毕业设计迫在眉睫，他开始疯狂地做实验。有一次，为了检查人眼的耐光极限和物体在人眼中的停留时间，他盯着太阳看了25秒钟，此后几天都看不清楚物体。他的视力一提高，就立即投身于光学实验。十二年后，普拉托坚信正是这一系列的实验伤害了他的眼睛。事实上，在19世纪之前，许多科学家由于长期观察太阳而患有眼病。最著名的例子是科学先驱伽利略，他在用双筒望远镜长期观察太阳后失明了。

普拉托在比利时列日大学学习了七年(照片来源:www.wikidata.org)

然而，在那个时候，所有这些对普拉托来说都是值得的。普拉托注意到，每当他直视太阳几秒钟，一个强光源的图像就会留在他的眼睛里。在反复直视太阳后，他计算出物体在人眼中的停留时间约为三分之一秒。在此基础上，他进一步研究了人眼运动图像的几何叠加和重建原理。同年6月，他成功完成了他的博士论文，题目是“关于视觉器官中光产生的图像的一些性质”。虽然论文只有27页，但这是第一次详细解释视觉暂留现象。

今天，作为动画和电影的理论基础，视觉暂留现象似乎已经成为一种生活常识，人们对此并不感到惊讶。但是200年前，它的提议是耸人听闻的。仅仅五年后，普拉托成为比利时皇家科学院院士，在视觉暂留领域取得了杰出的研究成果。

这个常见的自己动手制作的动画使用了视觉暂留的原理(网络图)

“恶心”法努奇镜子

事实上，暂时性视觉现象的出现不仅在物理学和生理学领域引起了轰动，而且在当时的欧洲社会也引起了轰动。这都归功于普拉托发明的一个小装置。

1832年，普拉托在一项研究中发现，如果在旋转圆盘的边缘沿径向切割出一些等距狭缝，并在圆盘的正面放置一面镜子，当从圆盘背面透过狭缝观察时，镜子中圆盘的图像几乎是静止的。他突然心血来潮:如果你在光盘背面画出不同的运动阶段，难道你就不能看到连续的电影吗？这样，人们可以更直观地感受到视觉暂留现象。普拉托邀请了一位画家来帮助他，并很快发明了一种新颖的装置，他将其命名为非那基望远镜。

通过光盘的缝隙，你可以在镜子里看到连续的动画！(照片来源:insaneclopedia.com)

普拉托早年制作的finach镜子现在藏在根特大学(照片来源:www . ugen tmentmemorie . be)

法努奇镜类似于我国的古代灯笼。它可以产生连续的动画。它一经推出，就很受孩子们的欢迎。那时，许多假冒商品出现了。许多公司发现普拉托希望将法努奇镜子商业化，但他们都视而不见。普拉托对商业不感兴趣。他甚至开始讨厌法努奇镜子，认为它扰乱了他平静的生活。他再也没有接触过它。

然而，普拉托并没有想到富纳基镜子会成为后来无声电影的雏形，使他成为后人口时代的“电影之父”。

各种金融镜子(照片来源:www.amazingbelgium.be)

Fanucci mirror展示的连续动画(图片来源:wakest.info)

生活的紧张

1840年，“书呆子”普拉托结婚了。有趣的是，当他和妻子去巴黎度蜜月时，他下了车，跑到一个物理学家那里讨论这个问题，完全忘记了他刚刚结婚，身边还有一个妻子。尽管这个孩子的出生给柏拉图带来了无尽的快乐，但他仍然致力于他的实验。

一天，一名助手不小心将一滴橄榄油滴入乙醇溶液中。普拉托惊讶地发现油滴没有溶解在乙醇溶液中，而是变成了许多离散的球形油滴。经过一些研究，他发现油滴和乙醇溶液界面处的分子力是造成这一现象的主要原因，而分子表面张力只存在于界面附近的薄层中。为了消除重力的干扰，进一步揭示表面张力的真实面貌，普拉托决定用极轻的肥皂泡进行研究。然而，他的视力正在恶化。1843年，普拉托完全失明。

失明后的普拉托(照片来源:www.amazingbelgium.be)

普拉托是个盲人，没有时间为自己感到难过。他立即发现他的侄子是他的助手。他让他的侄子将不同几何形状的金属框架浸入肥皂水中，然后不断询问泡沫的形成结构和颜色。这样，在他侄子的耐心帮助下，普拉托发现肥皂泡是由完全光滑的表面组成的，肥皂泡表面的边界总是由三个表面连接而成的曲线。在大量实验观察的基础上，普拉托于1873年出版了《静态液体实验和仅受分子力影响的理论》，并提出了著名的普拉托定律。此后，泡沫物理和表面张力作为新的研究领域进入了科学领域。

普拉托研究表面张力的装置，图片显示了一个金属框架和在其中形成的肥皂泡(图片来源:文献

根特大学展出的柏拉图图像(照片来源:www.ugentmemorie.be)

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个人简介:

约瑟夫·普拉托(1801 . 10 . 11883 . 9 . 15)，比利时物理学家，1829年毕业于列日大学，获得医学、物理和数学博士学位，后来成为根特大学的物理学教授。普拉托首先发现了快速运动物体的视觉暂留现象，这为后来的动画和电影奠定了理论基础。因此，普拉托被称为“电影之父”。根据视觉暂留的原理，他发明了可以连续播放动画的木讷镜，被认为是早期无声电影的雏形。他还致力于研究表面张力、毛细作用等。中年失明后，他在1873年以顽强的毅力开创了泡沫物理学的新研究领域。

注意:

[1]阿道夫·凯特勒(1791874)，比利时数学家和物理学家，19世纪最有影响力的统计学家之一，被誉为“现代统计学之父”。

参考:

[1]沃蒂埃K，琼克希尔A，塞格斯d。约瑟夫高原的生活和工作:电影之父和表面张力的发现者[J]。透视物理学，2012，14(3): 25278。

[2]维列斯特.格.约瑟夫·普拉托的生活、眼病和工作[[]。文献眼科，1990，74(2): 20。

1967年11月20日，史蒂文·史蒂芬·温伯格在《物理评论快报》上发表了一篇里程碑式的论文:“轻子模型”，为20世纪下半叶高能粒子物理学的发展指明了方向。

1967年11月20日，温伯格在《物理评论快报》上发表了轻子模型。从2017年到2018年，全世界举行了许多会议来庆祝标准车型诞生50周年。

在一篇两页半的论文中(包括参考文献和致谢)，温伯格优雅而简洁地写下了宇宙最深的秘密。他的成就在当时无疑是革命性的。今天，这篇论文每周至少被引用三次。它的内容是粒子物理学的标准模型——迄今为止描述宇宙中粒子如何相互作用的最完整的理论核心。

轻子模型是理论物理学史上被引用最多的论文之一，迄今已被引用11396次。|照片来源:Inspirehep

1979年，温伯格、阿卜杜勒·萨拉姆和谢尔登·邓拉·肖因统一了自然界四种基本力中的两种——电磁力和弱核力——而获得诺贝尔物理学奖。他们的“电弱理论”假设光子和矢量玻色子(即弱相互作用的载流子)之间是对称的。温伯格认为这种对称性无法被观察到，因为它是由于与其他场的相互作用而“自发”破裂的。他的理论解释了这个领域中几个令人困惑的问题，包括为什么左手粒子和右手粒子之间的弱相互作用不同(违反宇称守恒)。

2009年，温伯格(左)参观了欧洲核子研究中心的阿特拉斯实验。

最近，温伯格在《物理评论快报》上发表了一篇文章

这一事件显示了在1200升的格格美尔气泡室内产生的真实轨迹(1973年7月)，并提供了第一个证实中性流相互作用的证据。|图片来源:欧洲核子研究中心

人们什么时候开始称这一切为标准模型了？

我不确定，但我记得我在1973年法国普罗旺斯艾克斯的一次演讲中用过这个名字。我想向我的听众指出，当时物理学家已经对基本粒子有了很好的理解，我们可以用这个“标准模型”作为解释实验的工具。

对你来说，名字中包含“标准”这个词意味着确定吗？

我相信这个理论是正确的，但是在1976年和1977年，一系列的实验数据很难用标准模型来解释，这在一定程度上动摇了我的信心。1977年春天，我取消了与妻子和女儿一起去约塞米蒂的计划。相反，我花了那段时间和我的朋友李志希一起工作，试图找到一个替代理论来解释这些实验。我自豪地说，我们失败了，因为事实证明实验是错误的。

最后，1978年的SLAC实验解决了这个问题。实验证实了电子-核相互作用中宇称不守恒的预测。在那之后，我认为每个人都相信标准模型是正确的。

在这篇PRL文章中，您已经描述了标准模型开发中的一些曲折。你认为重温那段复杂的历史有用吗？

我认为通过研究物理学史，我们可以理解所有物理学家做出的判断——以及错误的判断。历史也可以是力量的源泉:作为物理学家，通过理解物理理论背后的故事，我们可以感受到伟大历史进程的一部分。这种进步的感觉鼓励我们在办公桌前和实验室里继续奋斗。

这一进展将把粒子物理学带到哪里？

我们的目标是找到一个解释所有力和粒子的“终极理论”，但是它的形式非常模糊。在这一点上，这样一个基本理论似乎比以往任何时候都更遥远，因为有迹象表明，看到它所需的能量超出了我们的能力。不幸的是，除了中微子的质量之外，加速器实验没有揭示出标准模型以外的任何东西。(根据标准模型的预测，中微子没有质量。然而，中微子振荡的发现表明它们的质量非常小)

你认为今天粒子物理学家面临的问题与你作为一名年轻科学家面临的问题不同吗？

是的，我认为50年前的情况与现在不同。当时，我们有太多的实验数据，其中许多似乎不符合任何模型。这些问题令人生畏，但有许多方法可以应用于新理论。作为一名物理学家，这真是一个激动人心的时刻。

如今，很难提出一个我们可以认真对待的挑战。当前的困难并没有给理论家提供很多机会来提出可以通过实验来验证的解决方案。

你对下一代有什么建议吗？

丘吉尔在第二次世界大战开始时有一句谚语:“永不懈怠！”(继续窃听！本着这种精神，我认为做某事比什么也不做要好。我的建议是尝试疯狂的想法，尝试创新的实验。会有事发生的。

1979年，知名科学家格拉肖明确提出，将亚夸克和轻子等更加基础的粒子称之为“毛粒子”，即毛泽东粒子，它是为什么呢？毛泽东为何和物理学粒子扯上关联了呢？

原先是由于，但毛泽东依据唯物辩证法明确提出，质子、中子应当還是分为的。之后，科学家们果真发觉了亚夸克等更小的粒子的存有。格拉肖因而明确提出毛泽东的预料具备积极意义，倡导将其取名为“毛粒子”。

谢尔登·格拉肖和德莫特·温伯格曾一度浏览我国，遭受毛泽东会见，彼此就基础粒子还能否再次切分作探讨。在上世纪50年代，大家广泛认为质子、中子便是组成物质的基础粒子，是最少的、不能分的了，格拉肖方的观点那时候也趋向于不可以。毛泽东则觉得对立统一的社会学下物质是无尽分为的，质子、中子、电子器件和更小的物质也应该是分为的，一分为二，对立统一，直至无尽。

之后更小物质的确发觉，我国科技界称之为层子，美国301科技界称之为夸克。

毛去世后没多久，在一九七七年的第七届美国夏威夷粒子物理年大会上，格拉肖建议将组成物质的全部这种假定的构成部分取名为“毛粒子”（Maons），以哀悼毛泽东并献给其社会学念头。

李政道：1926年出生于上海。1957年与杨振宁共同获得诺贝尔物理学奖。

李政道认为，取得科学成功的几个必要条件是：人才、方向、环境、时间。他说，中国已经具备了一切条件，21世纪世界物理学的领袖人物将出现在中国。

回首20世纪，李政道认为20世纪物理发展可以简单归纳为：了解基本粒子就会了解大物质体的构造。而21世纪的物理学发展将是探求整体统一，物理与生物学和其他学科会有极紧密的关系。“在我看来，21世纪物理学的前景是：激发真空;微观和宏观物理的结合;制造象宇宙开始的状态;了解暗物质;了解类星体的能源;了解CP不对称的原理。”

李政道说20世纪的文明是微观的，而21世纪微观和宏观应结合成一体。在整整一百年前，汤姆逊发现电子，从那以后影响了我们这个世纪的物理思想，即大的是由小的组成的，小的是由更小的组成的，找到了最基本的粒子就知道了最大的构造。这个思想不仅影响了物理学，还影响到本世纪生物学的发展，要知道生物学就应该研究生物的基因，知道基因就可能会知道生命。20世纪是越微小越好，我们觉得小是操纵一切的。但现在我们发现其实并不然。小的粒子，是在很广泛的真空里，而真空很复杂，是个凝聚态，是有构造的。微观粒子和宏观真空实际上是分不开的，这两个必须同时处理。就造计算机而言，是不是越小的就越好呢?可能21世纪的计算机要的是较大的，是个凝聚态单位，这里的信息才更多。21世纪如果把微观和宏观整体地联系起来，这不光是影响物理学，也许会影响到生命的发展。

对统一的探索所遇到的复杂性比几十年前任何人想像的都要大，不仅有四种普遍存在的力，而且还有大约 300 多种“基本”粒子——还不包括被认为是各种基本粒子的基本组成部分的夸克。

从本世纪初以来，每年都越来越详细地揭示出原子的内部结构，而且使得关于原子和亚原子的理论越来越复杂。原子本身是在 19 世纪末被分裂出来的，人们因此知道了占据它的能量壳层的是电子，但没有人知道后来会出现多少不同的粒子。有关的发现随着粒子加速器的发展而来，随着每一台比以前更强大的新加速器投入使用，一系列新粒子在碰撞中出现了。

20  年代，人们只知道三种亚原子粒子：光子、电子和质子。E·卢瑟福当时指出，在原子核中必定还有其他粒子，它叫做中子。当实验证实了这种粒子的存在时，基本粒子的目录已经开始扩大。1930 年，在一次旨在解释某些令人困惑的有关放射性原子核衰变方式的实验的理论论证中，W·泡利提出了存在中微子的假设，25 年后，中微子的存在得到了实验的证实。

由于量子理论的出现，人们尽管已经比较了解原子的电子外壳，但原子核依然还是一个谜。是什么力在维持它的稳定性呢？日本物理学家汤川秀树认为还有一种新的基本粒子，因为根据预测，它的质量介于质子和电子之间，所以它被叫做介子。汤川假设，质子和中子不断地交换介子，而使原子核保持稳定的正是这种交换。

但是当实验者们开始寻找介子时，他们发现的不是一个粒子，而是一个粒子家族，其中包括μ介子和π介子。由于建造了更大的粒子加速器，同时还由于物理学家们利用火箭来寻找包括来自地球大气层以外的宇宙线在内的核碰撞的证据，基本粒子的一个新系列出现了。其中有些粒子的发现与具体理论所作的预言恰好相符，而另外一些粒子的发现则完全出乎人们的意料，有些粒子能存在很久，而其他粒子几乎在产生出来的同时就消失。

第一批基本粒子 （如电子、质子、中子和早期的介子）的出现是意料之中的，和当时流行的原子理论完全吻合。当物理学家们把实验进行到越来越高的能量层次时，观察到的结果和理论就不再相符。例如，尽管

理论预测某些交换粒子只能“存活”转瞬即逝的 10-23s，在这段时间里光线几乎通不过一个基本粒子的宽度，但实验显示这些粒子存在了整整 10-10s，这段时间长到足以让光线穿过一个房间。因为这些粒子持续的时间是预料中的十万亿倍，并且总是成对地出现，所以物理学家们把它们命名为“奇异粒子”，它们是最早一批来到粒子动物园的粒子。为了在这个粒子动物园的外来移民中建立秩序，M·盖尔曼建议按照独特的“八重”法对粒子进行归类。这一归类法预先假定，粒子由盖尔曼称之为“夸克”的更基本的实体组成。一开始，人们想像有三种不同的夸克：即μ （上）夸克，d （下）夸克和 S （奇异）夸克。质子由两个 d 夸克和一个μ夸克组成，而交换粒子除此之外还有一个 S 夸克，这样就解决了粒子分类中的一个困难问题。尽管轻子 （像电子这样的小质量粒子）具有一个相干的“对称群”，但强子 （像质子和中子这样的重粒子）则没有。然而，如果每个强子由三个夸克组成，那么强子家族也可以根据夸克的组合进行整合。最终，随着更多的粒子涌现出来，三个夸克已经不够了，夸克家族增添到了六个成员。

把大规模的粒子阵整理进相干对称群是一项重大成就，但真正的统一还要求粒子所代表的各种力必须统一。在近几年里，普遍存在的力的统一范围和一致性成了努力探索大统一理论和超大统一理论的试金石。

需要统一的力是通常得到公认的四种普遍存在的力：引力，电磁力，核的弱相互作用力和强相互作用力。半个世纪以前，当核力还未得到确认时，爱因斯坦就已经试图通过证明引力和电磁力的统一来建立统一场论。新物理学接受统一场论的挑战，力求把四种普遍存在的力统一在叫做“超大统一”场的单一连续统内。

统一基于以下思想：基本粒子是嵌在这种连续力场中的量子，在一个特定点上的场强表示在该区域内找到量子的统计概率。从某种意义上讲，粒子是由场强的变化产生的。物理宇宙是根据服从相对论和量子力学规律的场进行描述的，质子、电子、中子和整个粒子动物园都只是场的量子动力学的结果。这种革命性的概念已经导致了物理学重点的深刻转变——从粒子实体到把它们嵌进其中的动力学事件的总体。S·温伯格毫不犹豫地断言，宇宙的构成物是场；粒子被降到了副现象的地位。量子场论的基础在 20 世纪 20 年代和 30 年代就已经由约当、魏格纳、狄拉克、玻恩、泡利、费米、海森堡以及其他开拓者们建立起来。这种理论的成熟形式被称之为量子电动力学，它诞生于 40 年代，它的预言在 20 世纪中期所进行的高能实验中得到了引人注目的证实。由于物理学家成功地运用场的概念解释了各种根本不同的过程，因而导致了标志着统一自然界物理力各个不同阶段的其他量子场理论的建立。

第一个突破是弱核力与电磁力得到了统一。理论物理学家 S·谢尔登、S·温伯格和 A·萨拉姆已经证明，这两种不同的力是作为单一的“弱电力”的两种形态出现的。现在人们相信，在宇宙的早期时刻，弱核力和电磁力之间没有明显区别，但由于宇宙中开始出现结构，这种完美的对称就出现了破裂并分化为两种形态——长程的电磁力和短程的弱核力。

① 引自 M·盖尔曼《重子和介子的简易模式》，载《物理学通讯》第八卷，第 3 期，1964 年。对强核力的更深刻的理解可以影响更深层次的统一。在夸克出现之前，人们假定中介力粒子 （介子）连续不断地在强子之间进行交换，而正是这种交换产生了强核力现象。然而，随着强子的夸克理论的出现，就有必要假设夸克本身之间有一种力，结果表明，这种力在数学上完全可以用类似于论述电磁力的方式进行讨论。尽管夸克之间的力还没有与弱电力统一，但其表面现象非常类似。通过与量子电动力学的类比，实现了这种统一的理论叫做量子色动力学。

大统一的第一个阶段是提出一个把强电力和弱核力以及组成宇宙物质的轻子和强子都包括在内的综合理论，下一个阶段可以把这种理论扩大到把引力也包括在内。强核力已经可以用叫做胶子的新粒子来表示，而弱电力则是光子、W 粒子和乙粒子的产物，如增加引力就需要一种叫做引力子的新的力的量子。

引力场的量子化遇到了理论上的困难。爱因斯坦的引力理论是一种关于时空几何的理论——但几何的量子化意味着什么呢？此外，没有证据表明引力子确实存在，而且根据引力子所进行的计算导致了无穷的结果。有关引力的量子理论需要一种与量子场论的早期尝试不同的研究方法，我们不得不求助于所谓的新“规范对称性”，这种对称性具有更为深奥的形式。

突破是随着在数学上详细阐述所谓的超对称性而来的，与它结合在一起的量子场论变成了“量子超引力”理论。

量子超引力统一了先前属于不同类型的粒子：费米子和玻色子。虽然费米子本身与强子和轻子一样，可以归入粒子家族，而这些粒子家族又相互关联，但物理学家总是假定费米子和玻色子是绝对分开的——前者毕竟是“物质”，而后者则是“力”。但有些理论家利用超对称性的数学手段提供了一种把它们结合在一起的方法，利用“超空间”，就有可能把玻色子和费米子联系起来，因为在这种更高维的空间中，一方能够“反射到”另一方中去。问题是，还没有任何已知的玻色子能实际上像超对称镜像那样起作用，反过来也一样。只有通过引进一种全新的粒子体系，费米子和玻色子才能相互联系起来：因为每一个已知的玻色子和每一个已知的费米子都必须是一个新的超对称伙伴。结果表明，超对称伙伴的质量必须大于它们的相对镜像，而且，因为产生大质量粒子需要很高的能量，所以现有的基本粒子加速器不可能提供可以观察到这种粒子的条件。

基本粒子的数目一下子增加了一倍，而且，通过把理论渗透到超越实验证实的只以一致性和连贯性作为有效性标准的数学领域中，便能使它们达到统一。

无论如何，超对称性粒子已经克服了统一引力和弱电力的主要障碍。正如光子具有叫做光微子的镜像伙伴，夸克具有叫做奇异夸克的镜像一样，费米子“引力微子”也可以添加到通常的“引力子”上，这就使得理论家可以假设一种叫做“超引力”的统一力。不过，即使最成熟的超对称性理论也不是没有问题的，不仅它所预言的许多新粒子一个都没有被观察到 （尽管有些物理学家相信，在电子和正电子或质子和反质子的高能碰撞中一定可以发现光微子），而且还有另一件意想不到的事：它需要 11 维才能成立。爱因斯坦的革命性创新是把第四维 （时间维）加到人们所熟悉的三维空间上，但与在现存的四维时空上再加上 7 维的建议相比，其复杂性就显得有些黯然失色了。

物理学家们继续工作，运用复杂的数学来“简化”超空间的另外 7 维，以便使超对称理论同相对论的四维时空一致起来。有人假设，另外的 7 维可能存在，但它们是被“卷起来”的，所以它的效应即使在基本粒子的尺度上也显示不出来。但很快就可看出，这种努力注定要失败：如果不压缩剩下的四维，并把这种理论的明显结果降到零维，那么就没有什么办法减少 11 维中的 7 维。

有一段时间，大统一理论的事业似乎不得不被放弃，但当时年青一代的物理学家们提出了另一种比先前的任何事物都更难理解的想法。J·谢尔克 （JoeScherk）提出，粒子根本不是微粒，而是在空间自旋和振动的弦，物理世界所有已知的现象都可以由这些振动的不同组合构成，这与一首乐曲是由乐器弦的不同振动构成非常类似。

转动和振动的弦可以作为我们理解自然的基础，这种想法可以追溯到本世纪 60 年代。那时，G·维内齐亚诺 （Gabriel Veneziano）曾经提出，当基本粒子按它们的质量顺序排列时，它们就形成一种与音调或共鸣形成的曲调相类似的格局。后来其他物理学家受到这种想法的启发——共鸣可以由极微小的物体，即有点象粒子大小的振动的弦产生。

谢尔克的弦理论证明同盖尔曼的夸克理论是一致的，这种新理论解释了为什么在自然界中观察不到夸克：与盖尔曼所提出的理由相同，弦决不可能只具有一个单一的末端。当弦的两端被分开，就会产生新的两端；同样当强子破裂时，出现的不是单个的夸克，而是新的成对的夸克。

1976 年，谢尔克、F·格利奥兹（Ferdinando

Gliozzi）和 D·奥利夫（David Olive）证明，可以把超引力引入弦理论中，使它成为“超弦理论”，这里，粒子—弦在高维超空间中振动。①但是超弦理论到 80 年代才真正取得胜利，当时超对称理论似乎已被简化问题难倒，但 J·施瓦茨 （John Schwartz）和 M·格林

（MichaelGreen）已能证明，10 维超弦理论完全适用于四维时空，它没有遇到过先前的那些简化问题。新的超弦小于原先理论中的弦：其普朗克长度估计为 10-33cm，而不是比基本粒子大得多。

超弦理论仍然有一些问题，而且甚至它的基本概念也没有被物理学界

①       关于超弦理论发展的总的看法，见 B·帕克《探索一种新理论：从原子到超弦》，纽约，普伦姆出版社，1987 年。的所有成员普遍接受。不过，可以实现大统一的信心已经增长，几乎很少有研究粒子和场的物理学家会怀疑，总有一天宇宙中所有的力和粒子都会统一在一种理论中，这种理论可能比迄今为人类所思考的几乎任何事物都更抽象，更深奥。

水星是离太阳最近的一颗行星。叫它水星，真是名不副实，因为它上面并没有水。水星的外表跟月亮很像，到处都是大大小小的环形山；没有空气，白天受太阳暴晒，温度高到 400℃以上，夜晚一下子又冷到零下 200℃。

可是，这么一颗死气沉沉、好像一点儿也不可爱的行星，却长时期吸引着许多天文学家和物理学家。它对物理学理论的发展做出的贡献可大啦！

水星和其他行星一样，也沿着椭圆形的轨道围绕着太阳转圈子。椭圆有两个焦点，太阳在一个焦点上，也就是偏一边的。椭圆有长轴和短轴，它们相当于圆的直径。很早，天文学家就发现，水星轨道的长轴方面在缓慢地转动着。水星的轨道上最靠近太阳的点叫近日点，也就是近日点在空间有小小的移动，这种现象叫做水星近日点运动。其实，地球也好，其他行星也好，都是这个样子的。只不过水星离太阳最近，运动比较明显一点，容易观测得

准确，所以科学家们就最注意它了。

这样一种奇怪的行动，是怎么形成的呢？科学家们首先是想：是不是其他行星的万有引力，使水星的椭圆轨道发生改变？但是，按照牛顿引力理论算出来的结果，把别的行星的影响都除去以后，还是和实际测量不符合。根据万有引力定律，发现了海王星、冥王星，预报日食、月食发生的时刻，都很准确，为什么用到水星运动就不灵了，是不是万有引力定律还有不完备的地方？后来又有人猜想，可能还有一颗大家都不知道的行星，由于它的引力的影响，使水星的轨道成了这个样子。甚至还有人给那颗不知道的行星起了个名字，叫“火神星”。许多天文学家不怕辛苦，努力想找到它，结果找了

100    多年，连影子也没有见到。水星近日点的运动，就成了一个长期解决不了的大难题。

这个难题是伟大的物理学家爱因斯坦解决的。1915 年，爱因斯坦建立广义相对论以后，提出三个预言，供实验验证。第一个就是水星近日点的进动；第二个是前面已讲到的恒星光线在太阳附近偏折的现象；第三个是太阳的光线向红方向移动的现象。根据广义相对论的引力理论，算出来水星的轨道不是一个闭合的椭圆，与水星运动的实际情况符合得很好。这是广义相对论的第一个胜利。在对广义相对论的几次实验检验中，对水星运动轨道的实际观测最精确，所以，在这个问题上的检验是最严格的，这是对广义相对论的一次最有力的验证。这也证明了爱因斯坦的广义相对论比牛顿的引力理论又前进了一步。

关于时间，牛顿方程式还有另一个令人惊异的特点：它们是“决定性的”。为了理解这个意思，我们可以想像任何一个系统，相互碰撞的台球也好，绕日运行的火星也好。牛顿的运动方程说，不管在观测的初始时刻位置和速度如何，也就是不管“初始条件”如何，系统的行为对过去和将来都是确定的。不论物体是受到电磁相互作用，像绕原子高速转动的电子那样，还是受到引力，像绕日运转的行星那样，牛顿力学原则上能使我们确定物体在整个过去和将来的行为，只要我们能够知道物体在某一个时刻的速度和位置。我们也许会想，将来是不确定的。但是按照牛顿的方程，将来是被详详细细地确定下来的。这种“决定论”，是牛顿方程数学结构的一个直接推论。决定论与“因果律”密切有关，因果律说，每一个事件都有它的原因，而事件本身为其结果。在我们现在讨论的情况下，初始条件就是第一个原因，因为我们不问初始条件是如何导致的。

看上去，我们不得不下这样的结论：万事都是由宇宙的初始条件决定的——当上帝点燃大爆炸的导火线的时候，这初始条件就被确定了。哲学家们常常想“证明”源于偏见的信仰；他们列举出来的有利于自由意志的所有论点，都被牛顿的决定论击得粉碎。决定论也贬低上帝和人类在宇宙演化中扮演的角色。牛顿的钟表机械式的宇宙，像是打在基督教神学心脏的致命一击。怪不得教会与科学的关系相当不融洽。

上一章提到爱因斯坦说过的一句话——过去、现在和将来之间的区别只不过是一种幻觉——这无疑是出自于牛顿力学的决定性的和因果性的结构，这结构也同样支承着广义相对论。牛顿力学是一个时间对称、决定性的理论，其中过去、现在和将来没有区分——这三者相互之间没有什么特别的关系。知道了某个任意时刻行星的坐标和速度，就可以完全确定地描述太阳系在所有“后来”和“以前”时刻的状态，只要把这些坐标和速度代入牛顿方程就行了。因此，对于一个力学系统，牛顿理论在任何一个时刻的描述，都在这同一时刻已包含有其整个的过去和将来。时间倒转的对称性意味着“果”可以变成“因”，“因”可以变成“果”；这样一来，我们的“因果感”本身也就大有问题了。就牛顿方程而言，一场板球比赛的时间完全可以倒转，每一个球都完全可以回到投球手的手中。此时，“因”是球开始在草坪上先滚动后弹起时，球吸取的热量；“果”是球飞向球板，吸收声波，并弹回到向后退的投球手张开的手里。