这是一篇关于科学简史的文章，通过时间线的方式，罗列了科学史上的大事件。斗转星移，大浪淘沙，科学巨人们仿佛璀璨的星辰，永远点缀在历史的长河中。
回顾科学史，我们首先要明确科学的概念。科学和伪科学有什么区别，为什么有些民科让人反感，什么是真正的科学？
科学是具有可证伪性，和可预测性的，缺少一个，他都不是科学。最经典的例子是黑乌鸦的故事。
思想实验。例子，伽利略的羽毛和小石块的思想实验；粒子通过双缝的思想实验。
奥卡姆剃刀，如无必要，勿增实体。也就是说，假设越少的理论越可能正确。
佯谬，看起来是不可能的，但是被实验证明确实是正确的。
古希腊，人们认为光是一种微粒。
公元前300年左右，欧几里得写了《几何原本》，从五条公理出发，推导了23个定理。
16世纪末，伽利略打下了牛顿经典力学的基础。伽利略的思想实验非常牛逼。现在我们一提到经典物理学，首先印入脑海的就是牛顿。但是在牛顿之前，伽利略做出了两个成就，直接为牛顿的成功打好了坚实的基础。成就一：自由落体定律，不考虑空气阻力，任何物体下落的速度一样快。成就二：惯性定理，物体不受力或者受平衡力作用时，会有保持其运动状态的属性，称为惯性。伽利略设想了一种U型管，其一边不断放平，当水平时，小球会滚到无限远。另外还有一个重要的贡献的是提出相对性原理，即在任何惯性系中，力学规律保持不变。(所谓惯性系，就是静止或者匀速运动的体系)
胡克，惠更斯等人通过衍射等现象，认为光是一种波，光的波动说开始流行。
1675年，一个天文学家罗默通过观察木星证明了光速有限，计算出光速为22.5万公里每秒。由此开启了光速测量竞赛。
1687年，牛顿发表《自然哲学的数学原理》，这是现代历史上最重要的著作。书中的三大运动定律(惯性公式，加速度，作用力与反作用力)，居然能够解释宇宙中所有东西的运动！
牛顿是历史上最最伟大的炼金师，同时也是伟大的物理学家，天文学家，数学家，哲学家，神学家，而且对英国金本位制确实也起到了关键作用。物理方面：三大运动定律，质量守恒定律，能量守恒，动量守恒，万有引力。数学方面开创了微积分学科。天文方面反射式望远镜，光学色散和牛顿环。金融方面金本位制。哎，绝对是历史上绝无仅有的，跨越了这么多的学科，以后也不会有这样的全才，因为现在学科分的越来越细了。
牛顿信奉的是绝对时空观，即不论何种情况，如何运动，长度，时间，空间等物理量是不会变化的。
牛顿对光的看法是光是一种微粒，发表了《光学》，同时斥责了支持波动学说的阵营，由于此时牛顿已经成为科学泰斗，光的微粒说又开始占据了物理界主流。
1807年，托马斯杨发表了《自然哲学讲义》，描述了他那个名扬四海的实验——光的双缝干涉。光的波动学说又起死回生。第二次波粒大战又开始了。
决定性的时刻发生在1819年，在一次科学竞赛中，泊松为了证明菲涅尔的波动衍射理论的荒谬(按照他的理论，在圆盘的阴影中会由于衍射出现亮斑)当场做了实验，然而在实验过程中，这个亮斑还真他娘的出现了！
随后的日子里，光的微粒说节节败退，把希望寄托于光在水中的速度，根据微粒说，光速在水中应该更快，波动说则相反。1819年，傅科测定了光在水中速度下降，彻底宣判了微粒说的死刑。
1849年，菲索在实验室中通过齿轮组成的巧妙装置测定了光速31.5公里每秒，已经非常接近真实的光速了。
1873年，麦克斯韦发表了神作，《论磁和电》，麦克斯韦认为磁和电是同一种物质的不同表现形式，他们的性质和表现形式可以用麦克斯韦方程组表示。根据方程组，麦克斯韦预言了电磁波的存在。
1888年，赫兹通过实验观察到了电磁转换现象，确定了电磁理论的正确性，同时证实了光是电磁波的一种，为这座大厦封顶。
1897年，汤姆逊在研究阴极射线的时候，发现了电子的存在，打破了历史以来原子不可再分的理念。但是在原子内部结构的问题上，汤姆逊提出了葡萄干模型。
19世纪是辉煌的世纪，物理大厦如此宏伟，如此坚固，牛顿经典力学，电磁学，热力学三者囊括了宇宙中的一切，让人们相信物理学已经走到了尽头，再也不会有什么新的发现了。然而在19世纪末，不断有一些新的东西被发现，人们隐隐感到，有什么事情要发生了。物理学灿烂的天空上还漂浮着两朵不起眼的乌云，谁也不知道，她们将带来一场灭世的风暴。
两朵乌云分别是迈克尔逊--莫雷实验和黑体辐射的困境。迈克尔逊的实验是为了测量光沿着不同方向的速度来证明以太的存在，结果光在所有方向的速度都相同。这个实验意味着物理大厦的崩塌在即，因为以太这个概念是经典时空观绝对运动的代表。黑体辐射的困境则是推导温度和频率之间的函数关系时出现的问题，两个人分别推导出两套公式，但是分别只是适用于短波和长波。
普朗克推导出了一个普适公式，可以同时适用于长波和短波。在得到公式后，他开始思考隐藏在这个公式背后的物理规律。
1900年，普朗克发表了《黑体光谱中的能量分布》，其中改变历史的是这样一段话：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。量子是一个基本的能量单位，其大小由普朗克常量确定。
1905年，被称为奇迹年，这一年，爱因斯坦连发六篇论文，改写了物理学的走向。爱因斯坦的思考结果是
对于任何参考系来说，在真空中的传播速度都是常数。光是电磁波，波速与光源无关，和介质有关。光速不变，解释了mm实验的结果。
物理规律不变，这修正了伽利略的相对性原理的适用范围
时间是相对的，时间本身会膨胀，随着速度增大，时间会变得更慢。通过洛伦茨变化公式可以计算。
空间本身会收缩
质速关系式，说明当速度学接近光速，质量越接近无限大。所以没有任何有质量的物体能超过光速。
质能方程，伟大的公式。质量与能量原来是可以互相转换的。
注意狭义相对论是针对惯性系问题。
光电效应的实验与麦克斯韦电磁理论是不符合的，只有频率到达一定界限的电磁波，才能激发出电子，与强度没有关系，强度只决定了激发电子的多少。这也是困惑所有人的地方。此时爱因斯坦站了出来，他发现如果把光看成由光量子组成，而不是把光看成一种波，那么这个问题就迎刃而解了。但是，这样一来，光的第三次波粒战争又开始了。
1910年，卢瑟福用α粒子轰击原子，发现了原子核的存在，提出行星系统模型。可是不对啊，原子核带正点，电子围绕原子核肯定是不稳定的。根据经典物理学无法解释这个东西。
卢瑟福的学生波尔出场了，由于原子只能释放特定波长的射线，电子在特定轨道的跃迁导致了能量的吸收和释放。这些特定的轨道就好比台阶，是不连续的。注意，电子在轨道跃迁过程中，不会经过中间的地带(电子永远也不会出现在广阔的中间地带)。同时，电子在空间中的运动方向也是不连续的，此结论在1922年被实验证明。但是遗憾的是，波尔的模型还是无法摆脱经典电磁学的束缚——电子围绕原子核运动，必然要放出电磁辐射，也就导致了体系的不稳定。波尔的革命是不彻底的革命，无法与经典物理决裂也注定了它的失败。
1915年，广义相对论，加速度与引力等效。也就是说，在惯性系的基础上，再处理一个额外的引力场就好了。由此推论，引力会试光线弯曲。其本质是引力造成了时空的弯曲。
任何物体在四维时空中的速度都为光速，只是光速在不同的维度上分解导致看起来不一样。没有单纯的时间和空间。星际飞船就是真正的时间机器，只不过这个时间机器只能走向未来。
1919年，星光实验，证明了爱因斯坦广义相对论中时空弯曲的正确性，爱因斯坦一炮成名。
1923年，德布罗意发现电子在运动过程中，同时还伴随着波，称之为相波。难道说电子本身也是一种波？在进一步，所有的物质都是一种波？
1925年，海森堡提出矩阵模型，通过矩阵运算推导出的新的力学体系居然包含了经典力学。
1926年，薛定谔把电子看成一种德布罗意波，用波动的方程来表示它。由此得出了著名的薛定谔波动方程。云彩，尊敬的各位，电子不是一个粒子，它是一团波，像云彩一般地在空间四周扩展开去。我们的波函数恰恰描述了这种扩展和它的行为。电子是没有具体位置的，它也没有具体的路径，因为它是一团云，是一个波，它向每一个方向延伸——虽然衰减得很快，这使它粗看来像一个粒子。
然而波恩提出了相反的意见，他认为波动函数并不是空间分布函数，而是电子出现的概率的函数，由此将骰子引入物理学之中，带来了轩然大波。这也导致了关于哲学的争论，因为一直以来，物理学可以解释一切，给出足够的初始量，就可以预测结果，这是因果论和决定论。然而，不确定性是物理学万万不想看到的东西。
接下来就是非常有趣的双缝思想实验了，假若让一个电子通过双缝，电子是以粒子状态通过一个缝隙还是以波的状态通过两个缝隙呢？诚然，我们可以在双缝上装上探测仪器，这样的结果是只有一个仪器检测到，然而这时干涉也就消失了。
是时候统一波和微粒了。此时不确定性登场。1927年，海森堡重新审视了他的矩阵形式，发现pq != qp，把p，q分别看成动量和位置，这不是说明动量和位置不可能同时观测到吗？经过计算，两者误差的乘积大于一个常数。
所以电子的本质到底是什么呢？老天，这真是一个毫无意义的问题，我们只能知道我们看到的电子是什么状态，这里的关键是我们如何去观察它，而不是它本来是什么！我们的结论是，讨论哪个是真实毫无意义，我们唯一能说的，是在某种观察方式下它呈现的样子。(好吧，这倒颇有些哲理的意味了，没有绝对的正确与真理，只有在某个特定条件下成立的正确与真理。)。这是波尔的互补原理，波和粒子在同一时刻是互斥的，却在更高的层次上统一在一起。这个原理和波恩的概率解释，海森堡不确定性原理，共同构成了量子论的哥本哈根解释的核心。至今深刻影响着我们对整个宇宙的终极认识。关于这种波粒二象性的解释，有一个有趣的例子，人脸和花瓶的图。你无法说它本来是什么，只能说你观察到了什么。
说到双缝干涉，电子在到达屏幕前以概率的形式存在，在碰到屏幕地一刻，骤然坍缩为一点，因为这一刻相当于对电子进行了观测，电子就坍缩了。这真是怪事，按照这么说，我们的世界也就不存在真实了，我们的世界是我们观察到地世界，而不是什么绝对真实的世界。等等，这不是唯心论地观点吗？假若我们不去观察它，这个世界就不存在了？这简直太令人困惑了。
1927年索韦托会议，量子物理学家们齐聚一堂，讨论量子理论地最新发展，会议最终变成了波尔和爱因斯坦之间的决斗。然而，量子的潮流浩浩荡荡，爱因斯坦终究是无法抵挡。当年叛逆的爱因斯坦，如今却站在了守旧的一方，不得不让人扼腕叹息。
然后薛定谔作为波动连续性的守旧代表，在爱因斯坦身后站了出来，提出了著名的薛定谔的猫的思维实验。这下好了，本来假若仅仅是电子虚无缥缈也就罢了，可是这么一来连我们的宏观世界也变成一种概率波了，这还叫谁受得了？
这下真的麻烦了，这只猫捅了一个大篓子，因为意识这个虚无缥缈的东西居然被带到素以客观自居的物理学之中了。意识是什么，谁也无法回答。
1929年，哈勃望远镜发现了宇宙处于膨胀之中。不管往哪个方向看，远处的星系都在极速离我们远去。
1954年，既意识的疯狂之后，物理学仿佛陷入了绝望，各种理论被提出来，只为了解释波函数的坍缩这个恶魔。艾弗莱特提出了多世界理论，电子在通过双缝的过程中，整个世界也就分为两个，每个世界都观察到了电子的一种选择。还有退相干理论，低维的粒子世界是不正交的，自然能相互感知。但是假若加上观察者，维度提高，世界之间开始正交，两个世界的粒子无法感知了，也就成为了粒子态。退相干理论更好的解释了多世界理论。这个理论抛弃了观察者，意识等让人迷茫的东西，但是为了解释一个小小的粒子而把整个宇宙拖下水，也是非常疯狂了。
量子自杀，按照多世界的理论，对一个人来说，永远存在一个世界他是不会死的，所以那个人就在量子永生的状态……从人择原理的角度看，一个人存在是必须的，整个宇宙必须如此，他才能存在，举些例子，你的父亲，爷爷，太爷爷一直追诉到远古，才有了你的存在。最后得到的推论是，一旦一个意识开始存在，从他自身的角度看来，他就必定永生！此为终极人择原理。
好了，我们的世界观也快要崩塌了，又是意识又是世界分裂。还是让我们回归经典吧，在经典理论中，一切都是可以预测的。这里不得不提到对量子的第三种理论，隐变量理论。说是其实量子的行为是确定的，只是有一个隐藏的我们无法观察到的变量对它产生了影响，从而使量子表现为不可预测。
贝尔不等式，“科学中最深刻地发现”，即将对我们这个宇宙的终极命运做出最后判决。在ERP问题中（即量子的超距作用），遥远的两个粒子之间如何知道相互的状态。贝尔不等式给出了这种可能性，任何信息传输的速度都必须满足该不等式。假如粒子之间的传输不满足不等式，说明确实存在一种超距作用。最为关键的是，我们能够做这个实验！现在，终于可以用实验来说明量子到底是个什么玩意了。1982年，实验终于做出来了，这个实验被称为“对上帝的判决”。这将决定上帝是一个温暖的老头还是一个反复无常捉摸不透的老头。然而贝尔不等式这把双刃剑斩断的却是爱因斯坦，而不是波尔。量子还是飘渺的量子，量子论笑到了最后。
万物理论，兼容牛顿经典物理学，相对论和量子论。其中最被人们报以期望的是超弦理论。
参考文献
《上帝掷骰子吗》
《时间的形状》
《时间简史》
网友评论