电子显微镜看到的石墨烯纳米片
1. 在学校中,学生大概从9年级化学课,开始接触物质的原子理论。很少有老师能让学生感受到:他们正面对着一个非常了不起的人类智慧成果。学生们只是平淡地、不起波澜地接受他们必须要学习的又一个东西。这很遗憾。
2. 伟大的费曼,在他那著名的物理学讲义中,这样说道:如果世界上发生大灾难,所有的人都要死去,所有的知识都会毁灭,未来的人不得不重新发现所有的知识,这时,我们要给未来的他们留下一句话,把我们关于世界的最重要的知识告诉他们,情势紧急,我们只能说一句话,应该说什么?费曼说,他会选择这一句:“世界是由原子构成的。”(大意如此,细节不准确)
3. 我还在哪里看到,电子显微镜刚造出来时,费曼通过它,看到了碳原子(还是硅原子?)排成的阵列,他惊喜地喃喃说道:“它就在那儿!它就在那儿!”等费曼看完后,在场的其他人问他(因为他是大牌的物理学家):“费曼教授,请问您有什么要说的吗?”费曼说:“这时候人们不应该说什么――只有敬畏。”对费曼来说,那是重大和神圣的一刻。
4. 在2000多年前,古希腊的一些哲学家推测,物质是由原子构成的。在整个世界上,这种想法是绝对的少数派。它里面包含一种奇异的要素:如果物质是由非常小的微粒组成,那么,在这些微粒之间,是什么呢?是空的,是什么都没有,是完全的虚空!所以,我们看到的连成一体的桌椅,刀剑,还有水和油,其实里面包含大量的空无一物的空间!这不是太古怪了吗?古希腊的伟大哲学家柏拉图和亚里士多德,认为自然界是连续的,不会出现真空,他们坚决反对原子理论,他们的追随者也坚决反对原子理论。
5. 原子论遭到人们反对,还有另一个原因:原子论蕴含着无神论的倾向。人们原先认为,世界上各种事物之间的变化,都是神让它们那样;可是,按照原子论,各种事物之间的变化,只不过是原子运动的自然结果。这让神置于何地呢?所以,在信仰上帝的人看来,原子论是反对和亵渎神灵。这还了得!我们今天觉得,反对或亵渎神灵是无所谓的事,但是,在过去很长的时间里,这是最罪大恶极、最不可容忍的事,就像在独裁国家里,反对领袖是第一大罪一样。有一些学者,认为原子论在解释事物上很有道理,但是他们又虔诚地信神,内心充满忧虑和痛苦。
6. 在18到19世纪,在物理学家和化学家研究的许多问题中,有这样几个问题:(1)物质是由什么组成的,特别是,气体是由什么组成的?(2)热的本质是什么?它是一种极细微的物质,还是一种极细微的运动?(3)物质可以发生化学变化,化学变化的基础是什么?化学变化是怎样发生的?咋一看来,这三个问题好像完全没有关联。但是,对它们的研究走到了同一个答案:物质是由原子构成的。
虽然以前的哲学家,对原子进行了许多思索和想象,但是,他们的思索是定性、模糊和任意的。他们只是说,原子很小,但是说不出原子究竟多小;他们只是说,原子一直在运动,但是说不出原子运动的速度是多大;他们只是说,原子很轻,但是说不出原子的重量究竟有多小;他们只是说,原子可以和原子结合,但是确定不了原子和原子以什么方式结合;他们只是说,原子有许多种,但是确定不了究竟有哪些种――这也怪不得它们,这些问题太难了!
但是在18到19世纪,科学家开始分析起不同原子的相对重量来了;开始分析起原子的运动速度来了;开始分析起原子的大小来了;开始分析起1克的某种物质中的原子数目来了;开始分析起原子与原子的结合方式了;开始分析有多少种原子、它们之间存在什么联系了。科学家们根据这些分析,做出了许多预测,如果发现预测与事实不符,他们便改进他们的理论。理论与事实符合得越来越好,原子理论越来越坚实地建立了起来。
7. 尽管如此,直到20世纪初,许多著名的科学家仍然拒不承认原子理论,这些人中包括奥斯特瓦尔德,马赫,以及前期的普朗克。普朗克马上要提出“能量子”即能量的“原子”的概念,可是一开始时,他竟然对物质的原子理论都怀疑!这些人当然了解,原子理论在解释事实上有多么成功;但是他们仍然不相信它,认为它只是一个“美丽的虚构”。他们不接受原子理论,是基于两个理由,一,不借助原子理论,也能满意地解释有关的现象;二,谁看到过原子?
所以我们就能理解,费曼通过电子显微镜看到原子阵列时,为什么那么激动了:“它就在那儿!它就在那儿!”
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