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1897年，汤普逊通过阴极射线的实验证明，被视为万物基本单位的原子，居然还可以继续切分； 1900年，普朗克发现，能量的传输并不是连续的，而是存在着一个不可切分的最小单位； 1915年，爱因斯坦提出，引力的本质是时空的弯曲； 1927年，海森堡发现，人类居然无法同时测量一个粒子的位置和速度… 在20世纪初期，人类对宇宙的认知一再被颠覆：无论是在微观的粒子层面，还是在宏观的时空层面，都出现了大量违背直觉、甚至让人难以接受的神秘现象。人类的科学发展，也因此在20世纪迎来了一场爆发。 今天要介绍的这本《从一到无穷大》，就是从微观和宏观两个层面，向读者展示20世纪多个学科领域的重大进展。本书作者乔治·伽莫夫既是热宇宙大爆炸模型的提出者，也是最早提出生物学上“遗传密码”模型的人。 接下来，我们就跟随伽莫夫一起，从微观的粒子，和宏观的空间这两个角度，来看看宇宙究竟是什么样子： ↓↓↓视频在这里↓↓↓ ↑↑超精美的请不要错过↑↑ 20世纪以前，人们认为原子就是微观世界的尺度极限。原子的直径一般在10的负10次方米左右，大概90万个原子叠在一起，才相当于一根头发丝那么粗。化学家道尔顿提出，所有的化学元素都由同样的原子构成，原子就像一个无比坚硬的实心球，不可再分割。 1897年，物理学家汤普逊利用阴极射线对原子进行研究后发现，原子内部还有一种更加微小的带负电的粒子——电子。电子的质量，只有氢原子质量的1/1840。汤普逊经过研究后提出，原子并不是实心球，而是一个“葡萄干蛋糕”，带负电的电子就像葡萄干一样，均匀对称地散布在带正电的原子球中。 但1909年，汤普逊的学生卢瑟福在用α粒子轰击金箔后提出，原子内的大部分地方都是空的，但正中央却有一颗原子核，就像太阳，电子围绕着原子核旋转，就像行星。原子核与电子之间的吸引力，就像是太阳和行星间的引力。更巧合的是，原子核占整个原子质量的99.97%，太阳则占整个太阳系质量的99.87%，二者呈现出了令人惊奇的相似性。卢瑟福因此提出，原子的结构，就像是一个微缩的行星系统。
然而……这个看似美好的行星模型，却注定只是一场幻梦。微观世界很快展现出了自己幽灵般的鬼魅一面： 海森堡发现，对于电子这样的微观粒子而言，任何观察行为都会对它们造成干扰，支配着经典世界的各种规律在如此微小的领域里全都失效了。人类不可能同时精确地掌握电子的位置和速度，因为在观测之前，粒子的位置和速度根本不存在！如此一来，经典物理学的决定论和实在论受到了致命打击。 更多的研究发现，电子时而呈现出粒子的性质，时而呈现出波的性质，这么一来，微观粒子的样子就更模糊了：人们实在难以想象，一个既是粒子又是波的东西，到底应该是什么样，又该如何存在。 可以说，人类对微观世界的研究越来越深入，但微观层面的宇宙面貌，却显得越来越模糊不清。既然如此，我们不妨换个角度，从最宏观的角度来认识宇宙。 宇宙中最宏大的事物，既不是星系，也不是任何宇宙中的物质，而是——空间。在20世纪以前，人们对空间的认知一直以牛顿的观点为代表，认为空间“是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变”。 但爱因斯坦却在相对论中预言，空间并非永远不变，而是具有某种结构或形态上的内容，并且会发生弯曲。 但自己就身处三维空间之中的人类，要如何验证这一预言呢？ 1919年，一支英国的天文队伍趁着日全食之际，对经过太阳附近的光线进行了测量。结果发现，光线在经过太阳附近时出现了偏转，且角度在误差允许范围内恰好与广义相对论的预言一致。这就意味着，空间的确会在物质的影响下发生弯曲，而且物质的质量越大，空间也就弯曲的越厉害。 空间的弯曲，不光会影响光线的传播，还会影响物质在空间中的运动。爱因斯坦由此提出，支配天体运动的引力，其本质就是空间的弯曲所导致的。这同时意味着，支配着物理学数百年的牛顿万有引力理论轰然倒塌。
随后，人类开始了对宇宙空间的不断探索。1929年，爱德温·哈勃总结提出，人类朝任何一个方向观察都会发现，远处的星系正在以极快地速度远离我们而去，而近处的星系则在向我们靠近，所以，宇宙空间正在处于膨胀之中。
本书作者乔治·伽莫夫在1948年提出，宇宙诞生于一场同时在各处发生的大爆炸，所有的元素都诞生于此，宇宙空间的膨胀也正是源于这次大爆炸。
但至今为止，人类对空间的认识还很有限，甚至还没能摸清宇宙空间的基本性质。比如20世纪后期诞生的弦理论就提出，我们所处的宇宙空间可能并不是3维的，而是10维的，其中有3个维度是打开的，其余的7个维度，则紧紧地卷曲到了极小的普朗克尺度，难以察觉。但这些理论，至今仍然未能得到确证。
弦理论示意模型 应当说，无论是在微观还是宏观层面，宇宙的样子，至今对于人类来说都还是同样的模糊不清。但那又如何呢？“怕什么真理无穷，进一寸有进一寸的欢喜”。正如纽曼在《大学的理想》里所说的那样： “知识本身即为目的。这就是人类心智的本性。如果真是如此，任何知识便是对知识自身的回报。” |
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