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标题: 文盲正侃时间史（转帖） [打印本页]

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:35
标题: 文盲正侃时间史（转帖）


第一章 滥觞
　　
　　懵懂
　　
　　天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊，还有虎豹和豺狼。生机勃勃而又危机四伏的大地上，我们的祖先跌跌撞撞，一路迷惘。
　　有空迷惘，也是一种奢望，因为我们太忙。忙什么？生存。这涉及到三件大事：找点什么东西吃；防止被什么东西吃掉；繁衍后代。
　　但我们没有锋利的爪牙和犄角，跑得不够快，下水会淹死，想飞没翅膀，不仅没有鳞甲，连护体的毛都越来越少，到后来只剩两处不太好吃的地方才长毛，好像我们生来就是为了方便别的动物吃。这个发现真令人沮丧，原来，世界上第一种方便食品，是我们自己。
　　想起这些就让我们头大。难道我们走上了绝路？
　　其实头不白大。肢体上的劣势，逼着我们只能靠头脑生存，然后越来越聪明。
　　我们学会了合作，开始思考和判断。
　　有一天，我们拿起了石头和棍棒。从此，我们不必仅靠肢体去战斗。
　　有一天，我们懂得了加工石头和棍棒。它们比爪牙和犄角更好用。
　　有一天，我们觉得彼此之间必须得说点什么了……
　　生产力的提高、语言的产生，让我们的思维更活跃，更广阔。终于，我们有能力迷惘了！
　　我们已经忘了第一个问题是什么，但可以确定的是，那时，只有问题，而没有答案。知道为什么我们总是说“不知道”吗？因为那是人类对所有问题的第一个标准答案。
　　我们怎么会在这里？是谁让花鸟虫鱼山石草木飞禽走兽长成这样的？日月星辰…..天呐这太高深了…我…我…我饿了……
　　
　　后来，有些问题可以解答了。凭经验。
　　比如：人会死吗？会的。怎么知道的？因为谁都没见过不会死的人。
　　比如：天会下雨吗？会的。怎么知道的？因为大家常见天下雨。
　　……
　　经验，可以帮助我们解答一部分问题。但是，这些答案不能上升到更高的层次——闹不清“为什么”，就是知其然，而不知其所以然。
　　人为什么会死？天为什么会下雨？不知道。
　　大自然是那样的丰富多彩：风雨雷电，春夏秋冬，高山深水，夜空密林，日升月落，生老病死，地震，野火，洪水……离不开，躲不掉，看不懂，想不通，我们的记忆和思考能力越来越强，于是越来越好奇，这些为什么会存在？这一切怎么发生的？


原帖：天涯论坛-煮酒论史
http://bbs.tianya.cn/post-no05-211009-1.shtml#ty_vip_look[43285024]

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:35
最合理的、最容易得到的答案是：有一种神秘的力量在操纵天地万物！
　　神秘，引来好奇，也伴随着恐惧。我们所能做的，只有膜拜。于是，原始宗教产生了。
　　那种神秘的力量被不同的人群解释为不同的事物：神仙？妖怪？谢谢。那只是一个代号。叫什么都好，总之，它是无所不能的。
　　虽然代号无所谓，但崇拜的对象及形态很重要，我们总不能膜拜空气吧？
　　于是从旧石器时代晚期开始，我们有了图腾崇拜、自然崇拜和祖先崇拜，鸟兽草木、高山大地、江河湖海、日月水火，还有人的祖先，都可以作为我们的神。我们希望通过请请客、送送礼，搞搞对神的崇拜和祭祀，来换取神的护佑和启示。这可能是最早的交换吧。
　　从此，我们懵懂无依、敏感脆弱的心灵有了寄托和归宿。
　　从此，很多问题有了答案：天为什么下雨？是神干的，为了让万物生长；为什么雨下多了？是有人惹神仙生气了。为什么又不下了？是神仙又生气了……洪水、火山、地震、日食、瘟疫……唉，这神仙，心眼忒小，气性忒大。所以我们只好加倍小心供奉。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:36
怀疑
　　
　　几十万年过去了。人，越来越聪明。
　　我们根据经验，学会了用火、播种、放牧，发明了弓箭、陶器、铜器、铁器，创造了绘画、文字……
　　传说在石器时代，中国的伏羲就创造了八卦，把自然界中相对立而又相联系的事物，如冷暖、日月、高低、软硬、雌雄、明暗等，归纳为“阴阳”，用阴阳相生相克来解释万物。如果这件事发生的年代确定，这大概是史上第一个不用神力解释自然的系统理论了，它朴素、简单而优美，实在是一个伟大的创举。
　　但是，这个理论过于聪明了。说过于聪明，是因为这个理论是靠纯粹的聪明创造的。当然，那是在原始社会，我们不能站着说话不嫌腰疼，苛求人家创造出既有事实依据，又有实验支持，还有观测检验的理论来。所以，它只能是靠“（经验+直觉）×智慧”来支撑的哲学。
　　遗憾的是，后来国人把这种哲学技巧推高到极致。它的特点就是，结论笼统隐晦，一言多解，不能被证伪，可以解释一切已经发生的，但不能肯定、准确地预言将要发生的。只管“定性”，不管“定量”。解释清了是理论精深，预言不准是你没学好。虽然我谁也打不过，但谁也打不倒我。总之拎不清。
　　到公元前1000多年前，周文王以伏羲八卦为原理，著成《易经》，成为中国传统思想文化中自然哲学与伦理实践的根源。这是后话不提。
　　语言、文字、人的思维能力，这三者是互促互进的。人类文明开始迅速发展。
　　公元前3000年前后，埃及人搞出了十进制数学。
　　公元前2000年前后，巴比伦人的数系得到充分发展，十进制和六十进制（比如计时）并存。
　　公元前1800年前后，数字符号开始丰富起来了。
　　公元前1100年前后，姬昌也就是后来的周文王蹲监狱时写了一本书：《易经》。
　　公元前776年，中国史载日蚀记录。第一届奥运会在古希腊奥林匹亚召开。
　　公元前613年，中国《春秋》记录哈雷彗星。其后不久，古希腊阿那克西曼德的《论自然》问世。
　　有证据的最早的医学著作，是写于公元前2500年—1200年间的“埃及纸莎草书”。书云：
　　人为嘛生病？是魔鬼啊等坏东西进到身体里了。
　　咋治？祈祷、念咒、斋戒或佩戴符咒，赶跑这些坏东西，至少让它们稍安勿躁。
　　当然，还得搞搞仪式，吃些动物、植物、矿物原料配制的药物什么的。
　　宗教也在迅速发展。教义和礼制越来越丰富、越来越完备了。神的形象和分工也越来越细了。
　　虽然神仙越来越具体，但由于他们从不出现，所以总是让人感到太飘渺太虚无了。人越思考，神的形迹就越可疑。
　　经验，再次帮了我们的忙，人们发现，你虔诚，或者不虔诚，病就在那里，不来不去；你祈祷，或者不祈祷，天气就在那里，忽阴忽晴……没人见过神仙，巫术也总掉链子。没人见过无处不在的神干过什么。为什么？
　　这是怀疑的开始。
　　我们依靠经验，能预言很多东西，比如：乌云密布，可能会下雨；秋天来了，树叶会落；种子埋在土里，会发芽；公羊和母羊洞房后，会生小羊；石头扔进水里，会沉下去……这就是归纳，科学的最初手段。归纳来归纳去，我们发现，这一切，似乎与神物无关。
　　与神物有关的预言，往往又不灵。比如，世界许多人群都相信，日食和月食，是被天狼或者天狗吃下去了，只要我们制造大量噪音，就能像轰走其他动物一样，轰走这些贪吃的家伙，把太阳GG和月亮MM救出来。几千年也没人深究：这天杀的吃得下太阳，个头一定很大，为啥它在太阳旁边时，我们看不见它？
　　一个相当古老的夜晚，有个失恋的男青年，独自来到山坡上看月亮。这时，月食发生了。他邪恶地想，反正酋长的女儿再也不会陪我看月亮了，吃了就吃了吧。万籁俱寂中，青年惊奇地发现，像以往的月食一样，月亮渐渐消失，又渐渐出现，不快也不慢。咦？！
　　再后来，越来越多的人发现，日食、月食、火山、地震跟神仙无关，跟人也无关。
　　神仙好像只顾忙自己的事，他个仙人板板啥子也不管。靠谁不如靠自己啊！
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:36
理性
　　　　
　　　　公元前6世纪上半叶，古希腊出现了一批思维不正常的人，泰勒斯、毕达哥拉斯、赫拉克利特等，他们不像以前的人那样，多凭经验和直觉思考，而是更多地使用逻辑，进行理性的思辨，探求世界的本质。对，这就是哲学。
　　　　哲学家们开始琢磨，世界是由什么组成的，它的成分、结构和运作原理，有没有违规添加剂？这些东西都是从哪儿来的？地震、日食、雨雪等这些千奇百怪的现象，都是怎么发生的……一时间七嘴八舌，好不热闹。比方说，西方科学和哲学之祖泰勒斯认为，水生万物，万物复归于水，大地就漂在水面上；数学家毕达哥拉斯（勾股定理的最早发现者）认为，“数”是物质的根本实在，于是他把数学作为探究世界的基本工具；“万物皆流变”学说的创始人赫拉克利特认为火是万物之本，他说，天体是盛满火的碗，当碗口背向我们时，就发生日食、月食等……虽然有些观点现在看来很幼稚，但我们发现，自然的人格化消失了，在对自然现象的解释中，事必躬亲的神仙被请了出去，取而代之的是规律性。这一点非常重要，它说明，人对自然的思考，开始走向理性。
　　　　那时，米利都派已经在建立唯物论和一元论了，他们认为，世界是由唯一的一种基本实体组成。
　　　　理性，不仅为神仙们减了负，还让天上的星星清晰起来。
　　　　人类从学会思考时起，就对星空好奇不已。宗教出现后，我们不约而同地把星星与神仙、命运、天意等联系在一起，加上历法的需要，天文学就此产生了。
　　　　最初，人类不约而同地认为世界是神创造的，宙斯、耶和华、盘古……但这些传说并不妨碍我们对星空的实际观测。
　　　　人们很早就发现有几颗星不老实，总在乱动。公元5世纪前后，巴比伦的祭司们就锁定了金木水火土和日月这七颗星的活动范围，我们管它叫黄道带。他们记下观测结果，积累大量数据，通过计数的方式找到规律，从而做出一些预言，比如新月出现的时间，甚至能预言月食，虽然不太准。
　　　　实际的观测和数据分析，理性的计算和规律总结，这就是先“定量”，再“定性”。我们一脚踏入了科学之门。
　　　　公元前6世纪下半叶。老子的《道德经》问世，他说，“道，可道，非常道。名，可名，非常名。无，名天地之始，有，名万物之母……”而孔子正在和礼法较劲，他见本该只欣赏48人组舞蹈的季氏，居然私自欣赏只有天子才能用的64人组的舞蹈，吼出一句名言：“是可忍，孰不可忍？！”受到了领导的好评，当然，领导的好评就是群众的一致好评。
　　　　这时，留基伯和德谟克利特继承并发展了唯物论和一元论，他们提出：世界，是一个无限的虚空。虚空中，有无数小到看不见的固体粒子，叫做“原子”，这些原子随意运动、碰撞、排列，形成了万物。这个学说的重点是，任何事物，都是原子遵从规律运动的必然结果，不受神力和精神的控制。
　　　　但是，巴门尼德却认为，运动，或者叫变化，是不存在的。他的学生芝诺还搞出一个有趣的逻辑悖论，大意是：运动就是物体在有限的时间内，从一点到达另一点。但是，任何距离都可以分成无穷个小间隔。在有限的时间内，穿越无穷个间隔，是不可能的。所以，运动也是不可能的。他们得出结论：虽然经验和感觉告诉我们，变化是存在的，但从理性上看，这只是很真实的幻觉。
　　　　这个悖论结构简单，体积小巧，却结实耐用，让几代哲学家大伤脑筋。由它可见，这阶段，希腊哲学家的逻辑和论证功力提升神速。
　　　　后来，恩培多克勒用折中的办法，勉强应付了这个悖论：构成万物的基本元素既不产生也不消亡，这就满足了“不变”的要求。但它们因“爱”与“斗”而聚合、分离，这又产生了“变化”，就像我们感觉的那样。这个说法没解决悖论，只是和了一团稀泥。
　　　　
　　　　公元前5世纪下半叶，一个熟人出现了：苏格拉底，西方哲学的奠基人。他说，研究天啊地啊这些东西不实用，还不如研究人，可以促进社会和谐。他使希腊哲学的重心，从宇宙关怀偏向政治和伦理关怀。老苏虽然成功地转移了哲学家的注意力，但大家并没有放弃对宇宙的思考。相反，老苏精妙的思辨方法，使哲学更加成熟，辩证思维方法直逼事物的本质。
　　　　
　　　　老苏不仅本人很牛，他的弟子，以及弟子的弟子，也是一个更比一个牛。
　　　　柏拉图和亚里士多德。他俩与老苏并称为“古希腊三大哲学家”。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:37
起步
　　
　　公元前5世纪和4世纪之交。
　　期盼已久的时刻终于来到了——中国也出了一个牛人：墨子。墨家学派的创始人。他不仅是思想家、教育家、军事家、社会活动家，还是个哲学家、科学家。

墨子反对老子关于“天下万物生于有，有生于无”的说法。他认为，宇宙是一个连续的整体。时间和空间都是连续不间断的。对于整体来说，时空是无穷的，而对于部分来说，时空则是有限的。
　　他说，物体的运动，在时间中表现为先后的差异，在空间中表现为位置的迁移。离开时空的运动是不存在的——这个相当的牛。
　　他还讨论了物体受力运动，提出作用力和反作用力，如果没有阻力的话，物体会永远运动下去——这个太牛了！
　　墨子还对光学、力学进行了研究，讨论了平面镜、凹面镜、凸面镜成像的现象，阐明了光沿直线前进、光影关系和小孔成像原理，用秤杆平衡为例，阐明杠杆原理，还对斜面、重心、滚动摩擦等问题进行了研究。
　　墨子研究数学，给出了直线、倍、平、同长、中、圆、正方形等数学定义，比如，“圆，一中同长也。”与欧几里得几何学中圆的定义完全一致。
　　值得一提的还有“墨辩逻辑”，它使得中国古代逻辑，无论在理论上还是在体系上，都达到了较为完整的程度。
　　我是有多希望墨家——这个中国古代的科学家集团强盛起来啊！但是没有。
　　那么好吧，墨子取得了这么多的成果，在世界科学史上应该占有较高的位置了吧？这个总该有吧？
　　还是没有。这个答案太狗血。但，这就是历史。
　　我们知道，由于古代信息不畅，一些科学定律、理论，在不同的地区被反复发现和建立，这就涉及到科学发现的优先权问题。对此，我们不仅要看发现的时间，更要看它是否问诸于世、是否得到世人承认和传播，以及产生了多大的影响。比如，公元前3世纪，古希腊天文学家、数学家阿利斯塔克就提出地球自转、还绕太阳转的“日心说”，但，一来他没有给出充分证明；二来没被世人接受，也没产生什么影响，所以日心说不归他。
　　虽然墨子的科学成果已经达到当时的世界水平，有的观念还相当的领先。但可惜的是，那时中国人的注意力都在眼前利益上。而解释万物，都喜欢用含糊晦涩的表达来显示高深。儒道二家的话，领导们爱听，就得到大力弘扬，浸入国人的灵魂，刻进了我们的DNA。劳心者治人，劳力者治于人。自然科学被划在“劳力”范畴，地位低下。于是，国人对摆布人的兴趣，远远超出研究自然的兴趣，如果能把这两种兴趣定量，将出现一个十分变态的比例。所以除了墨家，没人对这些不能当饭吃、不能换取金钱地位美女的东西感兴趣。于是，墨子之后，他的成就便渐渐束之高阁，无人问津，到汉朝就淡出了历史舞台，著说多有失佚。直到两千多年后，才被学者们从一些残篇中“发现”。可以说，墨子科学成就所产生的影响，只是让两千多年后的我们震惊了一把。
　　唉！不毛之地。不知是毛的悲哀，还是地的悲哀。既然搞不清楚，那咱们还是说说古希腊吧。
　　柏拉图，活跃在公元前4世纪和3世纪之交，古希腊伟大的哲学家，也是全部西方哲学，乃至整个西方文化最伟大的哲学家和思想家之一。我们最初认识阿图，大概都很浪漫，是从“柏拉图式爱情”开始的。虽然阿图的巨大贡献与爱情无关，但“柏拉图式爱情”的概念，也反映了阿图尊崇理性、排斥感官感受的一贯思想。
　　阿图把理性推上至高无上的地位。他认为，我们凭感官感觉到的这个世界，只是真实世界的简单投影而已。所以，人要获得真实的知识，感觉是靠不住的，必须完全靠理性才行。也就是说，我们必须把看到的、听到的、闻到的、尝到的、触摸到的这些感觉统统忘掉，只有用纯理性的逻辑思辨，才可能找到世界的真相——最根本的实在。
　　这个结论听起来很荒谬，但在某种意义上，它确实更接近事物的本质。关于这一点，我们以后将详细讨论。
　　事实是，柏拉图用他的理性，确实得到了更先进的理论。
　　阿图认为，造物主按照几何原理创造了完美的世界。他接受了恩培多克勒的“水、火、土、气”四元素说。还受到了毕达哥拉斯用数学构建宇宙的思想影响。结果是：他构建了“几何原子论”。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:38
阿图告诉我们，最根本的东西是等边三角形。三角形是二维图形，所以它是非实体的——是不是有点眼熟啊？对了，好像跟现在弦论所说的“膜”有点类似。虽然二维的东东是非实体的，但是，就像咱小时候玩积木那样，把它们拼拼接接，就能组成各种形状的三维粒子，每一个形状对应一种元素。
　　由于真实的世界是完美的，所以，出于美学考虑，这些三维粒子，必须是由完全相同的平面组成的对称几何体——“正多面体”。而据目前所知，只存在5种正多面体：
　　四面体，4个等边三角形。对应火元素。
　　六面体，也就是正方体，6个正方形。对应土元素。
　　八面体，8个等边三角形。对应气元素。
　　十二面体，12个等边五角形。对应水元素。
　　二十面体，20个等边三角形。对应整个宇宙。
　　平面形状构成物体，反过来，物体最终可以还原成平面。
　　这看起来很不理性，但仔细推敲一下，我们会相当拜服这位公元前的牛人。这个理论有三个特征：元素以不同比例混合，能产生不同的物质；图形可以拆分组合，允许一种元素变成另一种元素；能用数学演算事物变化——对自然认识的数学化的重要一步。
　　阿图还具体描述了我们的宇宙：从美学角度考虑，他认为所有天体都是圆形，包括我们脚下的大地。地球静止在中心，被圆形的天球包围着，天球每天自转一圈。在天球上，有与地球赤道对应的赤道，太阳、月亮以及其他行星的路径，在倾斜于赤道的一个圆周带，我们管它叫“黄道”。在黄道上，太阳每年绕一圈，月亮每月绕一圈，其他行星速度各有不同，有时还会逆向运动。柏拉图甚至看出来，水星和金星是太阳的跟屁虫，总是离太阳不远。这一理论较好地解释了天体运行、日月食、四季等现象。
　　要知道，那是在公元前4世纪上半叶。强悍啊！
　　更强悍的是阿图的学生。
　　亚里士多德。古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。逍遥学派的创始人，亚历山大的老师。不说别的，单看人家老亚的老师和学生，就足以让所有人鸭梨山大。
　　我们来看看，老亚是怎么看这个世界的。
　　他说，我们处在一个有序的世界，万物都按照自己的本性运行，掌握了这些本性，我们就能预测万物的发展。
　　老亚认为，万物只有在纯自然状态下，才能显露本性，人为的干扰越多，只能让这些本性显露的越不充分。所以，他从不做实验，而只凭观察和理性分析。他归纳了著名的“四因说”，用来理解事物的变化。
　　形式因：物体所接受的形式。例如：空气就不接受石头那样的存在形式。
　　质料因：决定形式的质料，它始终不变。比如：用空气作质料，就没法做成石头。
　　动力因：引起变化的作用者。比如：水滴石穿，木“穿”的变化，动力因是水“滴”。
　　目的因：变化的目的。比如：用石头刻个盆，目的是为了用它盛东西。
　　亚里士多德认为，宇宙是一个巨大的球，它无始无终，是永恒的。以月球为界，宇宙球分两个区域，月球以上是天界，以下是地界。地界的万物有变化，比如生死、聚散等等；天界永远不变，是由不朽的另一类元素组成——看过电影《第五元素》没？老亚创造的词。
　　老亚和他的老师阿图一样，认为万物可以还原成元素，或更基本的东西。但他不接受阿图的几何图形说。
　　老亚认为事物有4种基本性质，这四种性质两两对立：热VS冷，干VS湿。它们交叉作用于4种基本元素，从而产生万物及变化。基本公式：冷+干=土；冷+湿=水；热+湿=气；热+干=火。
　　根据这些基本公式，我们可以得出，水被加热，它的冷就没了，就变成了气。反之可倒推出水从气态变成液态。
　　冷、热、干、湿的程度不同，以及水、火、土、气四元素的混合比例不同，就产生不同的质料和物体。
　　大家一听，这个理论太符合实际了！你看看：泥又湿又软，进窑一烧，就能变成陶器呀砖块啊什么的；铜和锡加热会变成液体，把它们按比例熔合，就变成青铜等等。人类早就朦朦胧胧地意识到一点点了，只不过是从没有人解释得如此美妙和系统。所以，这个理论立即受到各界人士的普遍欢迎。然后，炼金术、炼丹术出现了。这是化学的萌芽。
　　人们把能想到的各种动物、植物、矿物放在一起，各种炼，企图炼出宝物，可得到的总是废物。但偶尔也会有意外收获。1000多年前，中国，一名执著的炼丹家沐浴焚香，白袍美髯，信心满满地把新配方放进炼丹炉，照例点火……然后，一声巨响，浓烟过后，炼丹家须发焦立，浑身乌黑，青烟袅袅，小白牙亮眼睛……黑火药诞生了！这是一个奇迹。
　　总是炼不出宝贝，人们并不怀疑是理论出了问题，而是怀疑温度、湿度没控制好，以及元素比例搭配不当。连两千年后的牛顿都相信，只要功夫深，就能炼成金。
　　老亚还说，不同元素、不同质料有着不同的“本性”，比如它们的轻重就不同，气和火是轻的，火比气更轻，它们的本性是上升；水和土是重的，土比水更重，他们的本性是下沉。
　　在无干扰、不混合的理想状态下，四元素都按照本性行动：土和水下沉，土凝聚在宇宙中心，水包在土上；火和气上升，气在下，火在上。逐层包裹，形成一个大球。再向上，就是前面说的天界了。但是，由于这个世界有干扰，元素又相互混合，所以世界就成了我们看到的这个样子，有山有沟有河有海有云……乱七八糟的不规则。
　　根据这一原理，老亚建立了运动学。老亚的运动学有两个基本原理：
　　一、运动分两种：按本性运动的“自然运动”和外力引起的“受迫运动”。比如，石头的本性是向下沉，你把它搬到山顶上，它就是被你的“外力”导致的受迫运动；而它从山顶滚下来，是“本性力”导致的“自然运动”，滚到山脚，到达自然位置，自然运动就停止了。
　　二、没有推动力就没有运动。就是说，必须有一个力一直推动物体，物体才会运动。
　　这两点好像很合理，但大家立即发现，按照这个原理，我们扔一块石头，当石头离开手的一刹那，手对它已经不产生推力了，它应该直接掉在地上才对。可石头一点面子也不给，它飞了出去，划出一道优美的弧线，躺在离手很远的地方，一副欠扁的表情。
　　大家尴尬地看着老亚。
　　老亚微微一笑：是媒介代替了推动者。我们扔石头，也把这个力传给了周围的媒介，比如空气，这样，它们也有了相同方向的力，继续推着石头向前跑，直到这个力慢慢消失。
　　老亚还得出很多基础性结论，比如：当动力和阻力相等时，运动将会停止等等……
　　我们现在评价亚里士多德，经常会拿他的一些错误理论来说事。其实，如果只允许用一个词来评价他，我想只有一个词最合适：博大精深。在对自然现象的分析、解释等方面，老亚的成就，是前无古人的。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，为人类科学发展作出了巨大的贡献。
　　哲学家玩的就是学问。马克思认为，老亚是古希腊最有学问的哲学家。逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学、博物学……他无一不精。他的著作据说多达四百到一千部，比如《工具论》、《形而上学》、《物理学》、《伦理学》、《政治学》、《诗学》等等，是那时的百科全书。
　　老亚的思想对人类产生了深远的影响。他活着时，人们有什么问题，那就是去问问老亚；他死后，人们有什么问题，那就是翻翻书，看看老亚是怎么说的。一直到1900多年以后，伽利略终结了他的权威。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:39
开路
　　
　　亚里士多德的形式逻辑学，在科学兵器排行榜上赫赫有名。它最辉煌的战绩，却是借助另一位牛人的手去斩获的。
　　欧几里得。公元前4世纪和3世纪之交的古希腊数学家，几何之父。
　　说到这，咱们来复习一下形式逻辑学的分析工具：著名的三段论。
　　三段论由大前提和小前提推出结论。例子：
　　大前提：正常的男人都是喜欢美女的。
　　小前提：你是正常的男人。
　　结论：你是喜欢美女的。
　　得出正确的结论，需要前提正确。但是，有时，大前提和小前提不是那么确定。比如：
　　大前提：专心工作、不搞宫心计的人得不到提拔。
　　小前提：你专心工作，不搞宫心计。
　　结论：你得不到提拔。
　　虽然这是普遍规律，但这种事情很复杂很微妙，有时冷不丁就会出现奇迹：专心工作、不搞宫心计的你被提拔了！别看这个几率小得犹如沥泉比之东海，也能导致整个结论错误——只要一滴。
　　那么，如何能够保证前提正确呢？
　　欧老动了动他那颗智慧的脑瓜，找到一个绝妙的办法：用无须证明、也没法证明的最浅显的简单真理作前提。比如：整体大于部分、凡是直角都相等……这样的道理谁都没意见，我们管它叫“公理”或“公设”。
　　欧老摆出不证自明的5条公理和5条公设，用缜密的逻辑演绎，步步为营，立柱架梁，添砖加瓦，构建了一座辉煌的数学大厦——《几何原本》（以后简称《原本》）。欧氏几何大概是怎么回事儿，我们到“广义相对论”时再说。
　　《原本》的研究、使用和传播之广，除《圣经》之外，没有任何其他著作与之媲美。它集整个古希腊数学的成果和精神于一身，是数学、哲学的双料巨著。它标志着人类第一次完成了对空间的认识——空间是人类认识自然的关键之一，这一认识直到两千多年后爱因斯坦出现，才被改变。《原本》的伟大之处，不仅在于取得了这些成果，更在于取得这些成果所使用的方法。
　　公理演绎法。
　　这是从公理、定义出发，论证命题、得到定理的论证方法——这一科学手段的系统应用，是人类理性的一次革命。杨振宁认为，现代科学没有发生在中国，而是发生在西方，正是因为中西分别受《周易》和《原本》影响，产生了两种不同的思维方式和文化。
　　
　　那是一个充满传奇的年代，那是一个神人辈出的地方。如果说，苏格拉底、柏拉图都出现在古希腊，让人羡慕，而亚里士多德、欧几里得又出现在古希腊，让人嫉妒的话，那么，接下来这个神人还出现在古希腊，就不能不让人恨了！
　　阿基米德。
　　给我一个支点，我可以撬动地球。这句话只有“力学之父”才说得出来。
　　公元前3世纪。阿德是当时智慧的象征。叙拉古国王怀疑自己的王冠被工匠掺了假，请阿德帮忙验证一下。阿德苦思冥想不得其法，决定先洗洗睡了再说。当他爬进盛满水的浴缸时，水保持了万亿年的一贯作风，毫不犹豫地溢了出去。阿德立即意识到，水溢出的体积，等于他进到水里的那部分身体的体积。那么，物体在液体中所获得的浮力，就等于它所排出液体的重量……于是他从浴缸里跳了出来，兴奋地奔跑大叫：“我知道了！……”著名的阿基米德原理，也就是浮力定律也随之冲出浴缸，走向世界。
　　这个故事誉满全球，妇孺皆知。但作为古希腊伟大的哲学家、数学家、天文学家和物理学家，阿德的贡献之大，恐怕是我们难以想象的。我们现在来看看，阿德除了史上最著名的裸奔之外，还干了哪些大事。
　　阿德不仅是力学之父、静力学和流体静力学的奠基人，还是物理学之父。他通过大量实验发现了杠杆原理。这不算牛，因为别人也发现了。但是用几何演泽法推出N多杠杆命题，并给出严格证明和公式的，就只有阿德。这才叫牛。
　　你要是说，阿德的长处是科学理论，那没错。他的理论成果丰硕，每一个命题都有严密、精确的逻辑证明。但你要是说，他的长处只有科学理论，那就大错特错了。阿德不仅善于动脑，还善于动手，是理论与实验“两手抓、两手硬”的完美天才。他的科学成果和科学方法，对推动人类科学发展起到了巨大的作用。
　　他一生设计、制造了大量机械、机器设备，有的用于实验，有的用于观测，有的用于生产生活，还有的用于军事。他利用杠杆原理，制造杠杆系统设备，解决了大量的问题。此外，举重滑轮、以及被称作“阿基米德螺旋”扬水机等发明，至今仍在使用。
　　可以说，阿德是用科学理论指导技术实践的第一人。这可不是浪得虚名。他科学地实现了自己匪夷所思的想象力，还写下了用知识PK罗马大军的不朽传奇。公元3世纪末，强悍的罗马帝国进攻叙拉古，阿基米德为保卫国土，发明了各种武器，低碳高效。比较著名的有：大起重机，可将敌舰吊到空中，然后扔在水面上摔碎；用凹面镜原理，让无数百姓用镜子聚焦阳光，烧毁敌舰，首开人类利用太阳能的先河；利用杠杆原理造出投石机，威力惊人……罗马大将军马塞拉斯苦笑着承认：“这是一场罗马舰队与阿基米德一人的战争”、“阿基米德是神话中的百手巨人”。
　　阿德用实际行动告诉地球人：知识就是力量！可惜人们反应太慢，直到1800年以后才由培根总结出来。
　　很强很辉煌是吧？其实，阿德在物理和机械方面的研究和发明还是次要的，他更灿烂的成就是天文学和数学。
　　阿德曾制作一座水力天象仪，日月星辰运行精确，并且，居然能预测月蚀、日蚀！晚年时，他开始怀疑地球不是宇宙的中心，并推测地球有可能是绕着太阳转的。这个观点直到1800年后才由哥白尼提出。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:39
有一种境界，叫至善至美。欧几里得严格的推理方法，柏拉图丰富的想象力，被阿德和谐地融为一体，希腊数学，被阿德的妙手推向巅峰。抛物线弓形、螺线、圆形的面积，以及椭球体、抛物面体……这些复杂几何体的表面积和体积，一直让数学家们大伤脑筋。阿德创立了“穷竭法”，即“逐步近似求极限”的方法，给出了对付这些奇形怪状的算法，这是微积分计算的鼻祖。今天，不管是什么奇形怪状的东西，我们都能计算出它的体积、面积，这是阿德的功劳。
　　美国著名数学史家E.T.贝尔这样评价阿德：任何一张“史上最伟大的3个数学家”的名单，一定包括阿基米德，而另外两个，通常是牛顿和高斯。把数学成就、时代背景、对人类所产生的影响等因素综合来看，首推阿基米德。
　　“除了伟大的牛顿和伟大的爱因斯坦，再没有一个人象阿基米德那样为人类的进步做出过这样大的贡献。”这个评价，阿德当之无愧。
　　阿基米德时代，代表着古代人类科学发展的顶峰。
　　
　　阿德之后，1800年无人超越。这是一种什么感觉？我想，阿德一定很寂寞。
　　
　　罗马帝国灭亡后，欧洲进入“黑暗时代”——中世纪。就像“四书五经”统治中国人一样，《圣经》统治着欧洲人，科学和哲学沦为神学的婢女，在漫长的1000多年里，整个西欧在科学方面没有原创性的贡献。不仅如此，教会只接受符合《圣经》需要的学说，导致了科学的退步，一些先进的科学探索被终止。直到伟大的文艺复兴，世间降临一位绝世全才。
　　列奥纳多•达•芬奇。
　　一提起达•芬奇，我们首先想到的是《蒙娜丽莎》，这是人类绘画艺术的巅峰，其艺术成就是空前的。500年来，阿奇一直被模仿，从未被超越。看看眼前这个浮躁的世界，估计他的成就也是绝后的。所以，我们习惯地认为，阿奇是史上最牛画家。这个没错，但是，不全面。
　　实际上，阿奇不仅是艺术大师，他还是科学巨匠、文艺理论家、大哲学家、诗人、音乐家、工程师和发明家。三百六十行，他行行是状元，在几乎每个领域都做出了令人膜拜的贡献。人们绞尽脑汁，想用一个词来评价他，但都觉得不够劲，于是，“文艺复兴时代最完美的代表”、“第一流的学者”、“旷世奇才”……各种巨型帽子纷纷戴在阿奇的头上。恩格斯称他为“巨人中的巨人”。
　　阿奇的成就太多，涉猎的领域也太多。在这里，我们只能在他的科学成就中走马观花一下。
　　天文学：认识到地球只是一颗绕太阳运转的行星。月亮靠反射阳光照耀夜空。阿奇还由此幻想利用太阳能。
　　物理学：重新发现了液压概念，提出了连通器原理。最早开始摩擦学理论的研究。发现了惯性原理，后来为伽利略的实验所证明。
　　医学：从解剖学入手，研究了人体各部分的构造。他发现了血液的功能，认为血液对人体起着新陈代谢的作用。成为近代生理解剖学的始祖。
　　建筑学：解决了中央圆屋顶建筑物设计问题，解决了理想城市的规划问题。在城市街道设计中，他把车马道和人行道分开，还具体规定了房屋的高度和街道的宽度。
　　水利：作了疏通亚诺河的施工计划。设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程。有些水利设施至今仍在发挥作用。
　　地质：根据化石、洪水痕迹等推断出地壳变动、海陆变迁等。计算出地球的直径为7000余英里。
　　此外，阿奇还有诸多发明，涉及军事、工业、生活等方方面面，欣赏他琳琅满目的发明成果之前，让我们深吸一口气：
　　簧轮枪、子母弹、三管大炮、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、浮动雪鞋、潜水服及潜水艇、双层船壳战舰、滑翔机、扑翼飞机、直升机、旋转浮桥、拉动装置、发条传动装置、滚珠装置、反向螺旋、差动螺旋、风速计、陀螺仪、纺织机、起重机、挖掘机、自毁式密码筒、初级机器人、乐器、闹钟、自行车、照相机、温度计、烤肉机......
　　可惜的是，达芬奇的多数成果都只是记在他的手稿里，未公开发表，500年来损毁大半。看过《达芬奇密码》的童鞋们都晓得，虽然影片纯属虚构，但阿奇的确是个喜欢设迷局的家伙，他的这些手稿，都是以独特的“左手反书”写的，解读起来十分的费力。但是一经解读，人们都惊奇地发现，阿奇简直就是现代世界的预言家！他现存的6000多页手稿至今仍在影响科学研究。欧美各国、以色列等亚洲国家设立了研究达芬奇的专门机构。科学史家丹皮尔说，如果阿奇的著作在当时发表，科学会一下子跳到一百年以后的局面！这种遗憾，也许只有墨子才能感同身受。
　　不过，遗憾归遗憾，虽然阿奇的很多成果没能及时发挥作用，但他的科学主张却为后世所继承并发扬光大，那就是“知识起源于实践、实践应以好的理论为基础、在实践中探索科学的奥秘”的科学方法。这种求真务实、勇于挑战的探索精神，对后代产生了重大而深远的影响。
　　
　　看，我们从史前说到文艺复兴，时空跨越数十万年，用了一万多字，说得最多的是什么？对，科学方法！只有好的科学方法，才能够得到好的科学成果。
　　直觉、经验、归纳、理性、逻辑、公理演绎，然后是，公理演绎+观测+实践（实验）。
　　很简单、很明显的道理，我们却花了几十万年的时间去寻找。这不算遗憾。真正遗憾的是，直到今天，还有相当一部分人，由于或者个性、或者见识、或者品德、或者智力的原因，行事说话仍然无视实际，也无视逻辑。用汉代刘歆的话说，就是“犹欲保残守缺，挟恐见破之私意，而无从善服义之公心。”
　　也许有人说，这是社会和意识形态问题，不应该放在这里讨论。其实，社会和意识形态问题会严重影响科学问题。2011年的诺贝尔化学奖刚刚揭晓，它被以色列科学家斩获。为什么诺奖经常在瑞士啊、荷兰啊、丹麦啊、奥地利啊、比利时啊这些几万平方公里国土、几百万人口的“小国”中产生，而偏偏不在我们960多万平方公里国土、13亿人口的“大国”里产生？！其实我们不必千万次地问，只要看看，在我们这里，成功的标准是什么，以及靠什么才能取得成功，就什么明白了。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:40
第二章 晕死人的时间
　　　　
　　　　什么是时间？这个闲得蛋疼的问题，你要是凝眉沉思，然后深沉地问出来，就是一个哲学命题。
　　　　
　　　　2500多年前，子在川上曰：逝者如斯夫！
　　　　
　　　　1100多年前，韦庄无限感慨：但见时光流似箭，岂知天道曲如弓。
　　　　
　　　　70年前，王洛宾在欢快的韵律中忧伤的唱道：太阳下山明早依旧爬上来，花儿谢了明年还是一样的开，美丽小鸟一去无影踪，我的青春小鸟一样不回来。
　　　　
　　　　他们说，时间就像流走的河水，射出去的箭，还像那飞走的鸟，一闪而逝，这小没良心的，他一走，你再也找不回来了。
　　　　
　　　　理性的思考，加上感性的类比，用优美的诗歌表现出来，是很形象，是很容易理解，但是，科学吗？
　　　　我们挑几种认可度高的时间概念，试着理解一下（如果看着晕，可跳过本节）：
　　　　
　　　　哲学定义：时间指物质运动过程的持续性、间隔性的矛盾统一和物质运动状态的顺序性。时间具有一维性，即不可逆性，它只有从过去、现在到将来的一个方向，一去而不复返。
　　　　——这不难理解，聪明的你和我自古以来就是这样认为的。
　　　　
　　　 物理定义：是事件发生到结束的时刻间隔。时间的本质是事件先后顺序的量度。
　　　　——这似乎也不难理解，时刻嘛，间隔嘛，顺序嘛，量度嘛，地球人都知道，对不对？
　　　　
　　　 还是物理定义：时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数，确定时间，是靠不受外界影响的物质周期变化的规律。例如地球绕太阳周期，原子震荡周期等。
　　　　——这个嘛，也可以理解，似乎本该如此，对吧。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:40
*伟大的爱因斯坦说，时间和空间是人们认知的一种错觉。
　　　　——What？错…觉？！等等……再看一遍，果然没看错，爱因斯坦就是这样说的，不仅时间，连空间也是咱俩认知的一种错觉。我朝你挥一挥衣袖，时间和空间都有，怎么会是错觉……有点晕了吧？
　　　　
　　　　*大爆炸理论认为，宇宙从一个起点处开始，这也是时间的起点。
　　　　——神马？时间会有一个起点？如果有，那个起点之前的一秒怎么算？之前的时间哪去了……难道你要告诉我，那时神仙们很忙，都“没有时间”？这下晕了吧？
　　　　
　　　　*爱因斯坦同志还告诉我们：时间与空间都不是绝对的，观察者在不同的相对速度或不同时空结构的测量点，所测量到时间的流逝是不同的。也就是说速度不同、位置不同，时间流逝就会不同。
　　　　具体看下面：
　　　　狭义相对论预测：一模一样的、质量上乘的时钟，你把其中的任意一个或几个（随便你了）放在你家床头不动，而把其余的一个或几个放在车里满世界瞎转悠，会有什么区别呢？床头的钟时间流逝快，车里的钟时间流逝慢（当然这个差别小到你无法感知，除非你以光速开车，所有交警会向你致敬）。
　　　　广义相对论预测：如果你在地球上盖一座很高很高的楼，也是同样的钟，分别放在顶层和底层，会发现什么呢？底层的钟比顶层的钟慢。
　　　　不信？就知道你不信。不幸的是，现有的仪器已经证实了，相对论关于时间的预测，不仅正确，而且相当精确，其成果已经应用于全球定位系统。无视相对论，卫星定位的误差就大了去了。如果你车里的GPS抛弃了相对论，你就必须抛弃你的GPS，否则，你都撞上天安门城墙了，它还告诉你右转直行700米上卢沟桥呢。
　　　　——天上一日，地上一年，难道目不识丁的奶奶N年以前就懂相对论？
　　　　
　　　　先别忙着晕，看下面，这是关于时间的公式：
　　　　t=T(U,S,X,Y,Z......)
　　　　U－宇宙；S空间，XYZ，......事件，顺序
　　　　是不是更晕？别急，还有：
　　　　0 y=y0 第一时空 绝对时空 牛顿理论
　　　　[0，p/2] y=y0cosq 第二时空 相对时空 相对论 （狭义、广义）
　　　　[0，+¥） y=y0coswt 第三时空 量子时空 量子力学
　　　　[2kp+p/2，2kp+3p/2] k=0,1,2....正整数 第四时空 负空间 黑洞
　　　　——你晕吗？反正我特晕。其实不懂的人不用细看，细看也不懂，哈哈你居然看得很仔细？
　　　　不过没什么不好意思的，就算有数理化强人看这些公式不晕，他们中真正理解第二、第三、第四时空的人又有几个呢？
　　　　有一个传说：
　　　　爱因斯坦发布广义相对论不久的一次宴会上，一个记者与英国物理学家爱丁顿爵士开玩笑：“听说世界上只有3个人懂广义相对论。”爱丁顿良久未答，记者问他在想什么，他答：“我在想那第三个人是谁。”
　　　　也就是说，当时爱丁顿认为，只有他和爱因斯坦两个人懂相对论。
　　　　虽然现在懂的人越来越多了，但是这并不意味着你我看看相关资料、背背相对论公式，再套用公式算算行星轨道，就是懂相对论。
　　　　——问题如此难懂，我们又如此好奇，苍天呐大地呀，在我们都成为物理学家之前，我们应该咋地啊？
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:40
第三章 我们应该怎样认识世界
　　
　　我们前面说过，柏拉图不相信“感觉”，因为感觉有很大的局限性。为了说明我们感觉到的世界，他讲了一个相当悲惨的故事，就是著名的“洞喻说”：
　　有一群倒霉的人，他们一出生，就被囚在一个深洞中，他们身体各部位都被固定，彼此也看不见，每个人只能看见面前的一堵墙。
　　他们身后有些人畜的雕像，再远一点有一个光源。就像放电影那样，光源一亮，囚徒面前的墙上，就华丽丽地出现各种雕像的投影。
　　囚徒们从小到大只看见这些投影，其余一无所知。所以，他们必然认为，这些影子就是真实的东西，而不知道还有实实在在的雕像，更不知道有雕像的原型——活生生的动物和人。
　　终于有一天，一个囚徒挣脱束缚，向身后看去，还走出了洞口……然后发生的事情你一定猜得到。他回去把自己的见闻告诉其他囚徒：我们原来看见的不是真实的东西，只是雕像的投影，那是由于雕像挡住了射向墙面的光造成的，而这些雕像也不过是复制品，真正的人畜是活生生的……但是你知道，其余囚徒肯定打死也不信，因为他们心中没有光、影子、雕像、人、畜的概念。他们很自信：除了那些影子，不会有别的东西。
　　柏拉图告诉我们：人的感觉是有限的，我们被有限的感觉束缚，就相当于那些囚徒，以为感觉到的事物就是真实的存在。
　　所以他建议我们，抛除感觉，完全凭理性去认知世界。这无疑走得太远，因为我们的理性也来自感觉，凭借感觉认识客观事物，才有了思维能力，才有了理性。所以，我们应该很充分地利用感觉，借助更广泛更细致的观测，与理性充分结合起来，认知世界，才能更接近“根本性的实在”。但柏拉图的建议很好地为我们提了个醒：只凭感觉认识事物，可能离真相会很远。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:41
上图是人和蜜蜂眼里的世界对比。当然，虽然紫外线与紫色的波长相邻，但紫外线是不是图片中显示的这样，还真不好说。【本图片来自网络，有版权问题请与我联络，我即删除之】
　　　　
　　　　俺们人类通过视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉来感知事物，并用大脑对其进行综合处理，做出分析判断。凭这5种感觉，我们知道：86、66、90是迷人的，阳光是明媚的；××讲话是不如鸟叫的；蜂蜜是甜的，老醋是酸的；美人再香拉屎也是臭的；刺刀是冰冷尖利的，婴儿的皮肤是温暖柔嫩的。
　　　　这5种直观的、具体的感觉，是人类生存发展必备之技，它们能让人感受到世界上的很多事物，但远远不是全部。
　　　　视觉：人眼能看到的光的波长大约在红光的770纳米到紫光的390纳米之间，我们称之为“可见光”，波长大于770纳米的红外线和低于390纳米的紫外线，我们都看不到，但响尾蛇能看到红外线，蜜蜂则可以看到紫外线。
　　　　听觉：人耳能感知的声波频率在20到20000赫兹之间。低于20赫兹的次声波和高于20000赫兹的超声波我们听不到，但是大象能听到次声波，蝙蝠和蛾子则能听到超声波。
　　　　嗅觉：老鼠、狗等动物的嗅觉比人灵敏成千上万倍，它们能嗅出其他动物留下的气味痕迹，就像我们人类看脚印和指纹一样自然。雄王蝶GG能循着气味找到11公里之外的雌王蝶MM，如果人类也靠气味找MM，恐怕早绝种了。
　　　　还有味觉、触觉等，虽然同样具有这些感官，但有很多事物，我们感觉不到而有的动物能感觉到。
　　　　除了视、听、嗅、味、触五种感官以外，许多昆虫、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类动物都能感觉地球的磁场，用它来导航，牛吧？告诉你，牛没有这类感官，和人一样。
　　　　设想，如果对红外线、紫外线、次声波、超声波、地球磁场、无线电波、宇宙射线、暗物质、暗能量等事物，我们都能通过自身感官觉察到，那么，我们印象中的世界绝不是现在这个样子。
　　　　换句话说，我们能感知的，只是这个世界的极有限的一部分，就像瞎子摸象。
　　　　对不完整的信息，用惯性思维进行分析处理，很难作出全面准确的判断。
　　　　与此同时，对感觉不到的事物，理解起来也是相当的困难，比如，蚯蚓没有视觉及听觉器官，只能感受光线及震动，你要想对蚯蚓描述音乐的美妙，还不如去对牛弹琴。同样，你对一个天生眼盲的人描述色彩，他就难以理解，因为他无从体会红色是怎么回事、什么叫色差，怎样才算艳丽——就像一只鸽子对你描述在地球磁场中穿行很爽，你也难以理解一样。
　　　　
　　　　因此，亲们，咱应该这样看待世界：
　　　　*我们感知的只是世界的残片，世界的全貌一定不仅仅是我们感知的这样。
　　　　*即使是感官起作用的事物，由于接触范围所限，我们感知的东西也是九牛一毛。比如，摸一下金星是什么感觉，在冥王星上跺一下脚是什么声音，目前就没人知道。
　　　　*对于无法理解的东西，除非有可靠证据证明它错误，否则，我们不能因为它听起来是新奇的、离奇的、甚至是怪诞的，就断然拒绝接受。当然，对没有证据表明一定是正确的东西，我们要持怀疑态度。
　　　　*一切皆有可能。转变观念、抛开经验束缚。你想啊，地球这么小，都会产生像我们这样到处游荡、胡作非为的奇怪生物，宇宙那么大，还有什么事情不能发生？
　　　　*虽然，对超出人类感知功能的东西，我们不能直接认知，但与地球上其他生物相比，我们还是有优势的，拥有地球上最先进的仪器、最牛叉的信息系统以及最丰富的想象力。所以，对一些不能感知、难以理解的东西，我们可以根据现有信息，展开想象，实在想象不到也没关系，并不影响我们饮食男女打嗝放屁。
　　　　了解上面这些，对于我们进行下面、尤其是后面的阅读至关重要。
　　　　那么好，亲，咱先从离我们最近的、最常识性的东西开始。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:41
第四章 所谓常识
　　　　
　　　　重温常识是如何诞生的，有助于我们进一步了解这几个问题：
　　　　一是转变固有观念的艰难程度。
　　　　二是应该怎样对待新思想、新事物。
　　　　三是如何正确对待不一致的意见。
　　　　
　　　　地球是圆的，地球和它的7个哥们围着太阳转，这对现在的我们来说是常识，一点也不稀奇。但人们是怎样知道这些的？是谁第一个发现，又是怎样证明了这些事实？
　　　　
　　　　怎样知道地球是球形
　　　　
　　　　这个事实是古人发现和证明的，那时没有飞机、没有火箭、没有卫星、没有天文望远镜……他们有的，只是一双好奇的眼睛，和一颗不安分的、爱瞎琢磨的脑袋。
　　　　
　　　　人类几何学先躯——古希腊人从美学的角度推测，大地是圆的，理由是：球体是几何图形中最完美的形状——这是感性的推测，或者说，这只是一种美好的主观愿望，即是说对了，也算不得数的。
　　　　咱们低头向下看看，再向四周看看，脚下的大地虽然不十分平整，但目光所及，没有证据表明我们站在一个圆球上，它更像一块平板——这就是“天圆地方”的由来，非常直观的看法，当时深受广大人民群众的理解和欢迎。
　　　　
　　　　站在大地上，能凭感官感觉到大地是一个球的，不是人，是神。
　　　　
　　　　思来想去你会发现，不离开地球，能够凭借对万物的观察，理性分析，然后意识到大地是球形，并找出证据证明大地是个球的人，真是太伟大了！伟大到你不为他做点什么都觉得问心有愧，反正我都想请他吃火锅了——不加口水油的那种。
　　　　人类在地球上直立行走了100多万年，成为智人20万年，创造文明6000余年，但直到2350年前，人类才开始逐步认识到地球是圆的。
　　　　那是在公元前340年，希腊哲学家亚里士多德在他的《论天》一书中，论证了我们生存在一个圆球上，而不是一块平板上。他提出了两个强有力的论证：
　　　　论证一：他意识到，月食是由于地球挡住了太阳照到月亮上的光引起的。地球在月亮上的影子总是圆的，这只有在地球是球形的前提下才成立。你可能会说：圆板也能投射圆形的影子。你说的没错。但亚里士多德和你一样聪明，他说，除非那个圆板的圆面总是正对着光源，否则只要偏一些，影子就会变成椭圆。观测表明，不管月食在什么位置发生，人们从未发现过椭圆形的影子。
　　　　论证二：喜欢旅行和四处乱看的希腊人发现，分别在南方和北方观测北极星，北极星的位置在南方看起来较低，在北方看起来较高。还不明白？那就用极端的观测位置来说明：由于北极星的位置在地球北极的正上方，所以，站在北极看北极星，它在我们的头顶、天的正中，须仰视才见；站在赤道上看北极星，它刚好在地平线上，平视就能看见，而站在南极，你只有做梦才能看见北极星。只有大地是球形才可以解释这种观测结果。
　　　　希腊人还为地球是球形提供了第三个论证：从地平线（海平面）驶来的船总是先露出船帆，然后才露出船身。
　　　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:42
当然，上面的结论只是逻辑的结果，证实地球是球形，是一次伟大的“西游”完成的。
　　　　1519年9月20日，葡萄牙贵族麦哲伦率领256人组成远航船队，从西班牙出发，一直向西航行，于1522年9月26日回西班牙，完成了人类历史上第一次环球航行。地圆论也因此得到了证实。
　　　　那么，地球是不是一个正球体呢？
　　　　牛顿在研究地球旋转中的离心力时计算出，两极的扁平度约为地球的1／230。所以有人就说，地球像一个橘子。
　　　　后来人们用卫星测得的地球赤道半径为6378140米，极半径为6356755米，两者相差为21385米，它的扁率为1/298.2，接近300比1，这可比橘子圆多了。
　　　　此外，人们又从测量中发现，地球赤道最大半径与最小半径相差200多米；北半球要比南半球细长一些；北极地区的平均海平面比参考扁球体要高出10米左右，南极地区则要凹进去30米左右。因此，又有人兴奋地宣称地球看起来不是正球体，而应该是像梨一样的“梨状体”。
　　　　本文盲认为，对于一个直径12700余公里的大球来说，别说半径有几百米、几十米的偏差，就算差个十几二十几公里，在视觉上也不影响地球的完美球形。说地球像橘子、像梨的人，纯属比例感缺失。你看一眼不带阴影的地球卫星图片，有这么圆的橘子和梨吗？桂圆也没这么圆啊。
　　　　实际上，如果我们把地球按比例缩小到直径1米，赤道半径只比极半径长1毫米多。这点微小差别，别说是个球体，就算做成两根分别长1米和1.002米的棍子，并排间距10厘米以上，摆在你面前，你也看不出谁长谁短。要是一横一竖，就算把短的那根再锯掉10毫米，你也看不出长短来，所以虽然从严格定义上来说，地球不算正球体，但用肉眼看，地球还是正球体。
　　　　所以要是再有人告诉你，地球是梨形的，你就让他去买一只像地球那么圆的梨回来look look先。
　　　　
　　　　对脚下的地球，解决形状问题很艰难，解决位置问题更艰难。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:42
怎样知道地球不是宇宙中心
　　　　
　　　　天旋？地转？
　　　　环顾四周，山河壮丽，地大物博，万类霜天竞自由；仰望苍穹，日月星辰东起西沉，你方唱罢我登场……眼前这一切，让人很难相信我们地球不是中心。
　　　　人的视野决定见识。
　　　　由于条件所限，连亚里士多德那样聪明的家伙都认为，地球是不动的，太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围着地球转。大家跑出来朝天上一看，果然是这样的，于是一致认为这个结论是英明的、伟大的、无比正确的，纷纷表示要坚持这个思想一万年不动摇。
　　　　
　　　　约500年后，还是古希腊，天文学家、数学家托勒密把这一思想发扬光大，他系统地研究了日月星辰的构成，以及运动方式，最重要的是，他把天体运行数学化，写了一本书：《天文学大成》，创立了地心说，还根据这个理论，制成一个精致的宇宙学模型（几乎是同时，汉代天文学家张衡创制了漏水转浑天仪）。这个模型告诉我们，天旋，地不转。在模型里，地球理所当然地处于正中心，8个天球包围着它，这8个天球依次一个比一个大，大的套小的，分别负载月亮、太阳、恒星和5个当时已知的水、金、火、木、土5颗行星，恒星在最外面的天球上。旋转这些天球，基本和人们平时观察的日升月落、斗转星移情况差不多。
　　　　
　　　　为什么说了 “基本”，还要说“差不多”呢？当然是因为模型上的天体运转轨迹，有很多与现实不符。
　　　　我们现在知道，由于地球向东自转，因此在地球上看起来，日月星辰基本上是东升西落，这种“东升西落”的规律，用地心模型表现起来问题不大。但是，用肉眼可以看见太阳系的5颗行星，因为它们围绕着太阳在公转（当时并不知道这一点），所以在地球上看起来，它们有时跑得快，有时跑得慢，有时会离开由东向西的规则轨道逆行，然后原路倒退，来回折腾，周而复始，千百年不变。
　　　　托勒密模型是怎样解决这个问题的呢？他先地球放在行星天球的偏心位置上，这就解释了行星运转快慢的问题，还顺便解决了地球四季的问题；然后而让行星和月亮在随着天球转动（均轮）的同时，各自沿着一个小圆圈（本轮）做穿透天球面的圆周运动（想象一下：月亮围绕地球转，并随地球绕太阳转，这时地球突然消失，而月球轨迹不变），托勒密笑了：这样就可以解释行星轨道的复杂性。他通过计算，校正行星运转的速度和方向，努力让行星转动的轨迹与实际相符。数学功力深厚的他做到了，模型上的行星运转真的越来越接近观测了！
　　　　但是这样做也有漏洞，太阳、月亮、彗星等等，不像恒星那样老老实实的沿着固定的轨道运转，它们总是在变换轨道！一个十分明显的漏洞是，在这个模型里，月亮离地球最远时和最近时的距离相差达2倍，月亮本来就离地球很近，如果距离上再有明显调整，其大小一定会有明显变化——为什么月球的大小看起来没有随距离变化而相差2倍呢？不和谐呀！难道，它远离地球时会慢慢变大，而接近地球时又会慢慢变小？
　　　　
　　　　托勒密也承认这个BUG，但没有提出解决办法。他挠头道，是啊，这是为什么呢？我只能说，它就是发生了。闻者摇摇头离开：关我屁事，我是出来打酱油的。于是这个模型就这样被糊里糊涂的沿用了一千多年。
　　　　
　　　　基督教会对这个模型推崇备至，因为它不仅与实际观测基本差不多，还在固定的恒星球之外，为天堂和地狱留下了大量的空间，这与《圣经》相契合，所以教会极力维护它的权威性。
　　　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:43
达芬奇反对把过去的东西作为金科玉律，他倡导人们到自然界中寻求知识和真理。指出“理论脱离实践是最大的不幸”，抨击教会是“一个贩卖欺骗与谎言的店铺”，他说：“真理只有一个，它不在宗教中，而在科学中”。他认为，地球不是太阳系的中心，更不是宇宙的中心，它只是绕着太阳转的一颗行星。
　　当然，教会是不肯承认这些结论的。在事实面前，他们有一种本能，那就是歪曲和遮掩。
　　
　　科学事实虽然不那么显而易见，但遮掩起来也不是件容易的事，因为它就在那儿摆着。
　　波兰教士尼古拉•哥白尼发现，以地球为中心，难以解释行星、月球甚至太阳的运行轨道。并且，托勒密理论周转圆数量居然有77个，这和自然规律的简洁美十分不符——它们干嘛把自己的路绕得如此复杂？难道是为了参加全民健身运动锻炼身体？按照托勒密对月球运行的解释，一定会得出一个荒谬的结论：月亮的体积时大时小。一颗星球怎么会周期性、大幅度地膨胀和收缩呢？
　　即便如此，托勒密的体系，还是那时最精密、最符合观测的理论。
　　那个年代，信息极不发达，各种学说真伪难辨，连月圆月缺，也没个统一说法。甚至很多人相信，月亮圆了缺了，是由于它本身膨胀了或收缩了。要知道，在那个年代，既没有膨大剂，也没有瘦肉精。就算是只气球，也要定期充气、放气才行——哪个妖怪会吃饱了撑的，去做这种无聊而又费力的事？太不和谐了！难道，这只是一个奇迹？！
　　
当然，无论推理如何有理，也只是逻辑推测。
　　科学事实更要依据实际观测。
　　
　　所以，我们不得不回到那著名的一夜。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:43
下弦月。
　　　　夷地微寒。
　　　　夜空清朗，繁星闪闪。
　　　　这样的日子本不适合杀人。事实上哥白尼和玛利亚也没打算杀人。
　　　　但你绝不能低估哥白尼的能力。圣约瑟夫教堂塔楼上的每个人都不能低估。
　　　　事实上，塔楼上只有两个人。
　　　　一个是哥白尼，一个是玛利亚。
　　　　教会，近年来江湖上最令人胆战心惊的一个组织。自从给月亮吹气放气之后，便声名鹊起。
　　　　他们要向教会说不，替受气的月亮，也替天下讨回公道。
　　　　现在，那弯月牙浮游太空，缓缓向金牛座最亮的那颗星“毕宿五”移近。
　　　　哥白尼皱了皱眉头，而玛利亚却睁大了眼睛。他们，密切关注着这一切。
　　　　果然，当毕宿五和月牙相接而还有一些缝隙的时候，毕宿五忽的从视线里消失了。就像从来没存在过那样。
　　　　这说明什么呢？这证明，月亮还是圆的，而不是缩小成了月牙，挡住毕宿五的，是月亮本身的阴影部分。
　　　　也就是说，月球的体积并没有缩小。我们只看见一弯月牙时，是因为只有那个部位反射了太阳的光，而其余部分是阴影。
　　　　那一天是1497年3月9日。
　　　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:47
经过长期的观测和研究，哥白尼发现，以太阳为中心，地球公转和自传，日月星辰的运转才与观测更相符，而且，周转圈的数量可以减少到34个。他说，是地转，而不是天旋。为了解释天体东升西落是地球自转公转导致的人类错觉，哥白尼把地球比作船，把日月星辰比作两岸的景物，船稳稳地航行时，船上的人会感觉不是船在走，而是两岸在走。
　　　　1513年，哥白尼提出了日心说，创造了以太阳为中心的宇宙模型，论述了地球绕其轴心自转、月亮绕地球运转、地球和其他所有行星都绕太阳运转的事实。
　　　　
　　　　哥白尼的日心说使真相走向大众，却使危险迫近自己。
　　　　历史证明：越是狭隘自私的统治者，越是害怕真相；越是愚昧黑暗的年代，真理诞生付出的代价越是惨重。例证俯拾皆是：1327年，意大利天文学家采科.达斯科里被活活烧死，而罪状居然是他论证地球呈球状，在另一个半球上也有人类存在。
　　
日心说奠定了哥白尼作为现代天文学创始人的地位，但是，这一科学的学说并没有立即被人们普遍接受，他遭到了教会威胁和迫害，甚至亲戚朋友也受到了牵连。意大利天文学家伽利略说：“我一想起我们的教师哥白尼的命运，就感到心惊胆颤。”
　　坐拥的统治者为何会敏感至此？当然是因为他们极力宣扬、维护的体系太虚假、太脆弱，经不起哪怕一点点推敲和质疑。

如果现在有人宣扬，地球其实像根黄瓜，我们不会为此感到震惊和恐惧，更不可能去迫害他，甚至都不用理他，因为事实就在那摆着，我们心里太有底了，不怕质疑。所以，树立权威最好的办法不是嘴硬，而是主动和事实站在一起。
　　在极其险恶的环境下，哥白尼的著作《运行》历尽磨难，终于出版（一些关键内容被教会篡改），1543年5月24日，这部印好的巨著被送到弥留之际的哥白尼手里，一小时后，哥白尼与世长辞。直到这时，他身边还有上司布置的密探和奸细。
　　
意大利伟大的哲学家布鲁诺信奉哥白尼的学说，在欧洲十几座著名的城市宣传哥白尼的理论，而且发展了哥白尼的学说。他进一步指出，运动是永恒的，太阳只是无数恒星中的一颗，它不是宇宙的中心，宇宙没有中心，是无限的。
　　后来，布鲁诺被宗教裁判所诱捕下狱，惨遭酷刑，监禁达8年之久。
　　1600年2月17日，在罗马的百花场上，布鲁诺被教会活活烧死。
　　这就是满口宽容、仁慈的教会所作所为。可见不论是谁，说什么都不足信，得看他做什么。
　　遍体鳞伤的《运行》在人世间流传了400多年，直到1953年，《天体运行》出第四版时，才补足原著。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:48
1609年，一个非凡的年份——人类近代科学史翻开了灿烂的第一页。意大利物理学家、天文学家伽利略发明了天文望远镜，他迫不及待地把它瞄向令人遐想无数的夜空。
　　人类历史从此加快了前进的脚步，一切开始变得不同了。
　　距离真的决定认识！
　　伽利略发现，皎洁的月亮姐姐皮肤不好，她的表面居然是坑坑点点凹凸不平的。
　　1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星。这个意义可是非同一般，因为这一发现为哥白尼学说找到了确凿的证据——并不是所有天体都是围着地球转的——这标志着哥白尼学说要沉冤得雪、走向胜利。
　　伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳自转，以及银河是由无数恒星组成等等。上帝啊，望远镜真是个好东西！这些发现开辟了天文学的新时代，为牛顿第一、第二定律提供了启示。人们说：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:48
这些成绩的代价是，又一次触怒了罗马教廷（为什么要说“又”呢），他们先是对伽利略发出措辞严厉的警告，随后，两名捕快风尘仆仆来到伽利略家门前，说是统计小区人数，伽利略一开门，就被带到罗马，由教会进行审讯。
　　为了让教会当局也相信科学的学说，伽利略献上他的望远镜：麻烦你们自己看看吧。
　　教会派了几个心腹大患观摩了一遍，又一遍，再一遍……他们把看到的情况汇报给领导，开了N次会，分别是听证会座谈会研讨会茶话会团拜会调研会碰头会鹊桥会收心会故事会……会议一致认为，不能相信自己的眼睛！他们创造性地宣称：望远镜会产生种种幻象，看到的东西都不存在，至于你信不信，我反正是信了。
　　愚昧和无理至此，可真让人无语。
　　伟大的伽利略当场被雷焦。
　　有的人盗铃，捂自己的耳朵。有的人盗铃，捂自己耳朵不说，还堵别人嘴，并且蒙上自己的眼睛！（看来手多了脑子便有问题，三只手的家伙就是不好搞。）
　　构建一个和谐理论，要做的是，勘误求真，使之趋向和谐，而不是遮羞盖丑，使之看起来和谐。可惜教会不这么想。发现观念与事实不符，他们不去修正自己以求发展，却不择手段拼命掩盖和扭曲真相。可见强权不仅伴生无耻，更伴生着愚蠢。
　　何止是愚蠢？简直就是愚蠢！
　　
　　当时教会有个条例传了下来，不知道是不是山寨版，全文如下：
　　一定得选最蠢的理由，
　　雇本门精神病，
　　反就得反最尖端的科学。
　　眼睛直接闭上，
　　不行直接不让人说话，
　　什么事实呀、数据呀、逻辑呀，
　　能给他灭的全给他灭了！
　　书上写用笔改，嘴上硬用火烧。
　　台上站一教会法官，
　　戴一假表，特绅士的那种。
　　论敌一进门甭管有事没事都得跟人家说：
　　“submit or die？”
　　一口地道的罗马流氓腔，
　　倍儿有面子。
　　社区里再建一所贵族学校，
　　教材用地心说，
　　一年光用纸就得几万吨，
　　再建一所文字狱，
　　二十四小时监审，
　　就是一个字：累！
　　审个帖子就得花个十天半月的。
　　前几任不是烧布鲁诺就是烧达斯科里，
　　本朝要是就抓一伽利略，
　　你都不好意思跟人家打招呼。
　　你说这样的行为一次得阻碍发展多少年？
　　我觉得怎么着也得十年八年的吧，
　　十年八年？那是副作用，
　　一百年起！
　　你别嫌多，还不打折。
　　你得研究教主的作孽心理，
　　舍得让社会倒退十年八年的主，
　　根本不在乎再多退九十年。
　　什么叫恬不知耻，你知道吗？
　　恬不知耻就是不管说什么玩意，
　　都说最虚的，不说最实的。
　　所以，我们搞事的口号就是：
　　不求心服，但求口服！
　　根据这一条例，1616年2月，宗教裁判所宣布，不许伽利略再宣传哥白尼的学说。他们还把伽利略软禁起来。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:48
与世隔绝的伽利略用了差不多5年时间，写了《关于两种世界体系的对话》，以三个人对话的形式，客观地讨论地心说与日心说，对谁是谁非进行没有偏见的探讨。这本书历尽千难万险，终于在1632年2月出版（环境还没糟透，居然能出版）。从字里行间流露出来的大胆结论，使神学家们感到极大恐慌，毫不意外——疯狂的迫害又开始了。
　　　　1632年8月，罗马宗教裁判所下令禁止这本书出售，10月，69岁的伽利略被宗教裁判所审讯，接着被投进大牢，教会法官用火刑威胁伽利略：要么认错，要么领死。
　　　　那时伽利略身患重病、精神颓丧，实在懒得再面对这帮蛮横的蠢货了，被迫向宗教裁判官宣读他的供状，“我以严重的邪教嫌疑罪被捕，这种邪教就是……地球在动……”
　　　　当他念到最后几个字的时候，在地上跺着脚，自言自语地说：“可是地球的确是在动啊！”
　　　　他被判处终身监禁。
　　　　1642年，伽利略去世，牛顿出生。虽然人类对同类不善，但上帝对人类真好。
　　　　野蛮、残暴和无耻的破坏力再强大，也抹杀不了真理的光芒。
　　　　雷人的是，300多年后，1979年11月，在世界主教会议上，罗马教皇提出重新审理“伽利略案件”。全球人民瞬间被这个提议雷焦了。这时，宇宙飞船在太空翱翔，人类已踏上月球，人造卫星源源不断地把更多真相传回地球，宇宙测探器飞出太阳系发回崭新的信息……孰是孰非，还用审理吗？
　　　　直接认错至少还能显示勇气，扭捏作态只能颜面扫地。真TM给流氓丢脸！
　　　　
　　　　伽利略——伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家，近代实验物理学的开拓者。他以系统的实验和观察，推翻了亚里士多德诸多观点，撼动了神学的科学理论根基。恩格斯称之为“不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一”。 他的工作，为现代科学理论体系的建立奠定了基础。他被称为 “现代观测天文学之父”、“现代物理学之父”、“现代科学之父”，甚至“科学之父”。
　　　　霍金说：“自然科学的诞生要归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及。”
　　　　
　　　　那么，地球为什么要围着太阳转，它怎样围着太阳转？
　　　　
　　　　【本章概要：人类发现地球是圆的，它不是宇宙中心，还围绕太阳转。常识诞生的艰难历程告诉我们三件事：一是对惯性认识太过固执是愚蠢可笑的；二是修正自己是生存发展之路，嘴硬改变不了事实；三是对不同的看法，理性分析比一棍子打死更高明】

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:50
第五章 苹果传奇
　　
　　这应该是天文学史上最奇妙的一次合作。
　　第谷，丹麦人，在天文界以观测著称，观测资料严谨、精确、翔实，时称“星学之王”。
　　开普勒，德国人，著名天体物理学家、数学家、哲学家。他视力不太好，因此不擅观测，但这家伙聪明而又执着。
　　信奉地心说的第谷先生眼光独到。1600年，他邀请信奉日心说的开普勒任自己的助手。这俩人没有像其他宇宙观不同的人那样，按照惯例打起来，相反，他们工作和感情都十分融洽，合作在亲切友好的气氛中进行。可惜好景不长，一年后，第谷逝世。
　　
　　开普勒继承了第谷精确、翔实的观测记录。宝剑配英雄，威力惊人。开普勒发现，自己的宇宙模型、哥白尼体系、托勒密体系、第谷体系，没有一个能与第谷的精确观测相符合——搞了几百年，居然没有一个是正确的？就让我来揭开谜底吧！开普勒对自己说。
　　
　　开普勒找火星帮忙，用三角测量法，巧妙地测量了地球轨道。原理：火星在每个火星年的同一时刻，都会出现在自己轨道的同一位置。每个火星年的这一时刻，同时观测火星和太阳，可确定地球的不同位置，把每次观测到的地球位置点连成线，就是地球轨道。
　　地球轨道搞定了，地球及其向径在任何时刻的位置和距离变化，也就成为已知条件。反过来，以地球向径作为基线，从观测数据中推求其他行星的轨道和运动，对开普勒来说就是小菜一碟了。
　　行星轨道算出来了，下一步要弄清楚的问题是，行星运动遵循什么样的数学定律。
　　开普勒的目光首先盯住的还是火星。
　　How old are you——怎么老是你？
　　是因为火星色泽鲜艳、选材考究、诚实守信，用了都说好，我们大家都喜欢？
　　当然不是，这是因为第谷的数据中对火星的观测记录最多、最详实。
　　幸运的是，恰好，就是这个行星的运行与哥白尼理论出入最大，火星轨道与哥白尼日心说预言相差8弧分！还有更巧的，火星轨道是太阳系行星中偏心率是比较明显的。我们马上就会知道这些巧合很重要。
　　按照传统的偏心圆来探求火星轨道失败后，开普勒断定火星运动的线速度是变化的，而这种变化应当与太阳的距离有关：距离越近时，速度越快。他还认识到，火星在轨道上，其向径围绕太阳在一天内所扫过的面积是相等的。随后，开普勒看出火星的轨道有点像卵形，在连接极大与极小速度两点方向的直径似乎伸得长些，他确定了火星是在椭圆的轨道上运动。现在我们知道，为什么那些巧合很重要：如果是一颗偏心率不明显的行星，在轨道测绘不十分精密的情况下，很难确定椭圆轨道这一事实。也就是说，幸亏火星轨道“椭”得比较厉害！
　　说到这，我们先干点体力活，休息休息大脑，顺便复习一下椭圆是怎么回事。
　　在木板上钉一颗钉子，拿一根线，一头系在钉子上，一头系在笔上，保持线绷直，用笔在木板上画一圈，哇塞，原来是个圆！那个钉子钉的位置就是圆心，线长就是半径。咱俩都认识嘢，庆祝下。
　　现在我们在另一块木板上钉两颗钉子，拿一根线，两头分别系在两颗钉子上，系好后线的长度要大于两颗钉子的距离才行，拿一支笔靠在线上，保持线绷紧，在木板上画线，绕两颗钉子一圈，哇塞，原来是个椭圆！两颗钉子的位置就是椭圆的“焦点”，它俩的距离当然就叫“焦距”了，过两个焦点与椭圆相交的线段，叫“长轴”。
　　在线长不变的情况下，两颗钉子距离越远，画出的椭圆就越扁；两颗钉子距离越近，画出的椭圆就越接近圆；两颗钉子钉在一处，画出来的当然就是圆了。嗯，圆是一种特殊的椭圆，就像正方形是一种特殊的长方形一样。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:51
【图4.2椭圆】
　　1609年，开普勒发表了《新天文学》一书和《论火星运动》一文，公布了两个定律：
　　一、所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上运动。太阳的位置不在轨道中心，而在轨道的两个焦点之一。这是行星运动第一定律，也叫轨道定律。
　　二、在同样的时间里，行星向径在其轨道平面上所扫过的面积相等。这是行星运动第二定律，也叫面积定律。
　　有了这个定律，可以计算任何时刻行星在轨道上的位置。爽就一个字，我只说一次。
　　
　　取得了好成绩的开普勒同学没有骄傲自满，他还要解决下一个问题：行星离太阳越近，在轨道上跑得越快，那么，他们是什么数量关系呢？

开普勒又一头扎进一堆乱七八糟的数字，整理、归纳、分析数量关系，过程十分枯燥（此处删去10万字）……9年后（如果当时有对数运算的话，或许9天就能搞定，可见数学之于科学多么重要），他终于找到一个奇妙的规律：行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这是行星运动第三定律，也称调和定律。
　　多美丽的定律啊，复杂的行星公转关系居然与数学结合得如此简洁美妙！
　　在美丽的同时，它更是一条十分重要定律。它表明，行星们不是一群随便围着太阳乱转的马屁精，而是以太阳为中心，共同构成一个纪律严明、组织严密的天体社团——太阳系。不仅行星遵循着它，连同行星的卫星，以及太阳、太阳系、银河系等其他天体概无例外。从此，行星在夜空中复杂的运动，立刻就失去全部神秘性。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:52
上述行星运动三大定律，被称为“开普勒定律”，它把看似杂乱、令人头痛的行星运动，与精确的数学完美地结合在一起，成为天界的“法律”。开普勒因此被称为“天空立法者”。
　　
　　可是，星星们为什么要遵循这样的定律呢？是谁让星星小盆友们这样乖巧服帖？
　　
　　回答这个问题，我们不得不请出本文的第一位超级牛人——牛顿。
　　
　　如果有人问，世界上最牛的水果是什么，我一定毫不犹豫地告诉他：是苹果！
　　它撮合了亚当夏娃，放倒了白雪公主，引发了特洛伊战争，成就了乔布斯（其实是乔哥成就了苹果，不过为了排比句…只好倒行逆施了…向刚刚逝去的老乔致敬），更重要的是，它还砸醒了牛顿！
　　1665，没错，就是那一年。一只苹果从树上掉了下来。
　　那一掉，苹果仅仅用了七十码，就画出了一道美丽的弧线（我们慢慢就会知道为什么不是直线而是弧线）。这道弧线后来被百晓生描摹下来，分别送给李寻欢和西门吹雪，这两个杀手的反应居然惊人的一致：沉吟半晌，然后一声长叹，分别毁掉了刀和剑。
　　百晓生于是毫不犹豫地把兵器谱的第一名填上——苹果。
　　牛顿这次注定要创造历史。哪怕他并不是刻意去创造，这就是科学家的可怕之处，他们总是在不经意之间创造于无形。
　　事实上牛顿这次只想找个休息的地方。最好的休息处，最宜人的景致自然只有花园里才有。
　　苹果树当然也在花园，苹果在枝上。惬意已在心中荡漾。
　　再过几分钟，睡意便可在心中荡漾。
　　忽然，牛顿皱了一下眉头。树上掉下来一个东西。曾掉过很多东西，却不是牛顿心中的那个。
　　牛顿动了动。
　　然而，苹果义无反顾地砸了下来。就是那道弧线，几米的距离。
　　牛顿的头毫不犹豫地成为弧线的转折点。
　　牛顿心中依然是自己想要的那个东西，突然，眼前一亮……
　　感谢TV、AV、MV，那不是一颗椰子树；感谢领导、制导和向导，掉下来的不是榴莲、电锯或伐木工。
　　牛顿摸摸脑袋，也问了类似上面那个问题：是什么让苹果总是向下掉，而不是向其他方向飞出去？它为嘛不掉到月亮姐姐那里去？月亮姐姐为嘛不掉到这里来？
　　于是，像所有经典的故事一样，牛顿经过多年努力，苦苦追寻，终于发现了万有引力，从此过上幸福的生活，鲜花掌声不断。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:52
其实，像我们听到的许多美丽故事一样，苹果砸醒牛顿，也只是一个浪漫的传说。牛顿在日记中回忆道，苹果并没有砸到他。他只是由苹果落地想到，这可能是被地球引力拉下来的。
　　有史学家认为，苹果的事纯属子虚乌有，因为牛顿完成万有引力定律的阐述、数学证明和公式推导，是1686年的事，相隔21年。而1665年的那时，23岁的有志青年牛顿同学对天体的运动规律问题还没有完全搞清楚。
　　
　　先把苹果的问题留给史学家好了。我们还是回到那个问题，是什么让行星俯首帖耳、循规蹈矩地运转？下面，我们跟随一批牛人、大牛人、巨牛人，温习一下他们创造的壮丽的时间表。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:53
开普勒认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动，必定有某种力在起作用，他认为这种力类似磁力，距离越远，这种力的强度越小。开普勒曾企图用磁力机制解释椭圆轨道的产生。他还以月球与海水间的磁性吸引解释潮汐现象——老天爷，这真是一颗让人羡慕嫉妒恨的脑袋！他是怎么想到的？
　　1634，勒奈•笛卡尔（法国伟大的哲学家、物理学家、数学家、生理学家。解析几何的创始人。17世纪的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一，被誉为“近代科学的始祖”，就算你和他不熟，他的“我思故我在”你也应该很熟）在《论世界》中提出物体运动的三条法则：一是如果不与其他物体发生碰撞，物体将保持运动的起始状态；二是宇宙间运动量总和是常数，冲撞的物体运动总量是守恒的（this is 大名鼎鼎的动量守恒定律）；三是物体若不受外力作用，将沿直线匀速运动。笛卡尔还认为太阳的周围有巨大的漩涡，带动着行星不断运转——我总感觉这和后来爱因斯坦的弯曲时空有点相像。
　　1645年，法国天文学家布里阿德提出一个假设：“开普勒力的减少，和离太阳的距离的平方成反比”。这是第一次提出平方反比关系的思想。
　　1659年，惠更斯（荷兰天文学家、数学家，史上最著名的物理学家之一，介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱，在力学、光学、数学、天文学方面都有卓越成就）从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为那是引力，并且试图推导引力和距离的关系。
　　1661 年，英国皇家学会成立了一个专门委员会研究重力问题。成员也是些牛人：
　　胡克：天才，英国博物学家、发明家、科学家、建筑学家，后来人们还发现他还可以做个画家。他首次用显微镜看到并命名细胞；发现双星；首次测量恒星的视差；发明的N多东西现在还在用，如车辆传动轴的万向节、钟表的游丝、相机的可变光圈等等。胡克定律记得不：F=kx。
　　雷恩：数学家、天文学家、英国著名建筑师，伦敦标志性建筑圣保罗大教堂出自他手。
　　哈雷：著名天文学家、数学家，哈雷彗星以他的名字命名。
　　他们在引力问题的研究上都曾做出过贡献。据说早在1661年，胡克就觉察到，引力和地球上物体的重力应该是有着同样的本质。
　　1664年，胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果。
　　1673年，惠更斯推导出向心力定律。
　　1674年，胡克在题为“证明地球周年运动的尝试”的演讲中提出，要在一致的力学原则的基础上建立一个宇宙学说，为此提出了以下三个假设：
　　第一，据观察，一切天体都具有倾向其中心的吸引力，它不仅吸引其本身各部分，还吸引其作用范围内的其他天体。太阳、月亮、地球以及其他行星都在互相影响。
　　第二，凡是正在作简单直线运动的任何天体，在没有受到其他作用力使其改变运动轨迹之前，它将继续保持直线运动不变。
　　第三，受到吸引力作用的物体，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。一旦知道了为什么会这样，就很容易解决天体运动的规律了。
　　1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。后来科学史家发现，胡克距离发现万有引力定律只有一步之遥，只是在数学计算上没取得成功——他不会微积分。当时他和牛顿之间还进行了万有引力定律发明权的持久争夺战。
　　
　　我们发现，万有引力到这里已初现雏形，如果它是苹果引发的，那至少需要一筐苹果，纷纷砸向这些可爱的天才。
　　万有引力不是牛顿一个人的独立发现，而是历史上若干人的研究逐步探索、积累的结果。
　　
牛顿的高明之处，在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:53
我们知道，牛顿同志不仅是世界上影响力最大的科学家，还是史上最伟大的数学家之一。他创立的微积分，是最伟大的数学成就之一，它实在是太重要太好用了，以至于它一出世，科学、工程学甚至经济学等各个领域，都争先恐后地患上了微积分依赖症。提篮小卖拾煤渣，挑水担柴都靠它，里里外外一把手，哼哈哼哈哼哼哈。微积分这东西说起来十分的枯燥，但它实在是一个重磅成果，如果不窥视一下，简直就是去敦煌不看石窟，入洞房无视新娘，太对不起它的万丈光芒了！现在，让我们一咬牙一跺脚，来看一下，微积分大致是怎么回事。
　　微积分学是一门研究变化的科学，针对函数、速度、加速度、曲线的斜率、各种面积、体积等这些不算只看都头疼的劳什子，提供了一套通用的计算方法。直观点说，变幻莫测、捉摸不定的东西，就用微积分来测、来捉摸。比如卫星轨道、炮弹轨迹、经济形势、气象变化等，相当的好用。当然，它也不是万能的，你要是想用它来计算咱国油价的涨落，以及女朋友的心思，那还是死了这条心吧。
　　为了掌握瞬息万变的世界，人类对计算变化的事物有着与生俱来的渴望，终于有一天，阿基米德创立的“穷竭法”为微积分的诞生埋下了伏笔。
　　这个伏笔一埋就是1800多年。由于入梦太久，睡得太死，所以唤醒她的，不是王子的吻，而是炮弹。
　　16—17世纪，各国为了实现军事现代化，纷纷配置了大规模杀伤性武器——火炮，你有我有全都有，两军交战，开炮不是问题，问题是打不准！于是大家为提高炮弹的命中率，伤透了脑筋，没人会算炮弹的飞行轨迹。它不仅是运动的，还是不断变化的，他个仙人板板！这怎么算？！数学家面对大炮轨迹溃不成军。
　　还好有伽利略在，那时他还没被教会关起来。伽利略说，假如没有重力，大炮朝斜上方发射的炮弹，必定沿着发射方向直线前进，冲出地球，走向宇宙。但是在地球上，大家都是有重力的，所以，炮弹出膛后，除了惯性力让它继续向前跑以外，还有重力不断把它往下拉，在两种力的团结协作下，假如不考虑空气阻力，炮弹应该是向前飞的速度不变，向下落的速度却随时间而增加（加速度，很重要哦），于是，炮弹将划出一道优美的彩虹状曲线——抛物线。如果考虑空气阻力，炮弹前进的速度将会逐渐下降，导致它划出的那道弧不完美，不是真正的抛物线。掌握了每种炮弹不同发射角的抛物线，就可以通过调整大炮的发射角度来控制炮弹的落点。问题得到基本解决。为什么要说“基本”呢？因为不够完美：炮弹轨迹不能用数字表达，不方便计算。
　　1637年，病床上的笛卡尔带病坚持琢磨：如何把抽象的代数问题几何化。正想着，蓦然回眸间，他突然看见一只蜘蛛，在墙角的三条线间瞎忙活。天才就是天才——他脑子里想的、眼里看的，完美地结合到一起，把墙角线标上刻度，可以准确锁定蜘蛛的点位置，这个点移动的轨迹，就是线……笛卡尔坐标系诞生了！解析几何奠基了！有了它，图和数可以相互转换，从此，现实现象变成了数学问题，炮弹的抛物线可以用坐标系——也就是数学公式来表达了！

大家正准备雀跃一下以示庆祝，却在起跳时发现一个问题：因为炮弹的轨迹是一个弧，没有直线，所以每一个时间点，炮弹走的方向都有所变化。虽然这种变化是连续的、有规律的，但是，公式没体现出这种变化。于是，炮弹在某个时间点的方向，干瞪眼算不出来！
　　随后，聪明的数学家意识到，炮弹沿着弧线前进，它在某点前进的方向线，就是这个点在弧上引的切线。就这么简单吗？当然不简单。我们知道，在圆弧的某点划切线，只需划一条圆心到该点的连线的垂线，就OK。抛物线是弧，但不是圆弧，想准确找到这个点的切线，不太容易。仔细一想，太不容易！
　　那就让炮弹先飞一会，我们先请领导上场。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:54
皮埃尔•德•费马，法国律师、政府官员、贵族。头衔不少，但让他名垂千古的却是一个绰号：业余数学家之王。这并非浪得虚名，实在是他在数学方面的贡献，使一些职业数学家都望尘莫及。他独立于笛卡尔发现了解析几何的基本原理，不同的是，笛卡尔是从一个轨迹来寻找它的方程的，而费马则是从方程出发来研究轨迹的，这是解析几何基本原则的两个相对的方面。他当然也遇到了这个问题：怎样确定抛物线某点的切线？
　　数学家不是弹道学家，他们不是搞定抛物线上的切线问题就可以请功去了，而是要搞定所有曲线上的切线问题才算功德圆满。在曲线上划一个正确的切线，关键在于这个切线的倾斜度——也就是斜率正确。笛卡尔、费马等数学家找到了几种计算斜率的方法，但每种方法都是针对特定曲线的，对其他曲线无能为力。就像制定若干套法律，每套只管特定的人群，而对其他人无效一样。尘世间最令人抓狂的事莫过于此。关键时刻，费马出马了，他找到一种相对来说普遍性最好的方法，大致就是在线上取另一点，无限逼近切点，求出两者连线的斜率，算是解了围。他还建立了求极大值、极小值以及定积分的方法，为催生微积分做出了重要贡献。
　　这些方法虽然能够解决一些实际问题，但是，作为数学，它缺乏普遍性、简洁性、精确性，不完美，甚至不完整。
　　1664年，剑桥大学的尖子生牛顿同学也开始研究“切线难题”，他提出一个简洁的思想：把“线”看成“点”随时间移动的轨迹。
　　咱俩一看，这简单得跟废话一样。于是，一齐狐疑地看着牛顿：那又怎么样？
　　这样，每个点都会有个瞬间行进的方向。这个方向就是斜率，方向线就是我们要找的那个切线。牛顿说。
　　咱俩的下巴掉了下来。面对强人，我们可以颂扬。面对强人中的强人，我们只有无语。
　　牛顿先读出切点的坐标值，然后假设切点在无限接近0的时间里，沿线走了一段无限接近0的距离。这样，就得到了数学家们梦寐以求的东西：
　　首先，曲线上无限接近0的一段线，可视为直线，这样，相当于直接把切线划出来了。
　　其次，无限接近0的值可忽略不计，但它有着实在的数学意义，把它与切点的坐标值结合起来运算，就能得到实实在在的值。
　　这真是个聪明透顶的办法。记得三十六计的第十四计吧——借尸还魂。
　　剩下的事，就是把这些值代入曲线表达式、斜率公式算一下，那个倒霉的斜率便赤裸裸地出现在我们面前（计算过程就不写了。懂的不用看，不懂的看着晕，我们只要与伟人一起体验灵感迸发的快感就OK了）。牛顿管这种方法叫“流数术”，现在大家都管它叫“微分法”。
　　但是，这种算法还是有些麻烦，怎么办呢？后面的文字有些难捱，不过好在看了也不会怀孕，不看也不会爆胎，实在是更多选择、更多欢笑。继续好吗？好的。

从此，不论是炮弹，还是蚊子，所有运动物体的瞬间行进方向，都在我们的掌握之中。这就是我们梦寐以求的那个方法，够普遍、够简洁、够精确。但牛顿同学没有满足，他主动加压，奋力拼搏，为构建和谐社会作出了新的更大贡献。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:58
牛顿发现，计算曲边形状面积的方法很麻烦，不够和谐。古希腊时代，人们计算曲线围成的土地面积，是像拼图那样，用三角形啊、长方形啊这些简单的直边图形把它大致填满，这些简单直边图形的面积相加，就是那片土地面积的近似值，具体有多近似，那要看拼图的精细度。欧几里得和阿基米德都曾用过这种方法。这种算法不仅麻烦，而且作为数学来讲，它不够严格。
　　
　　17世纪，伽利略的弟子卡瓦列利提出一个思想：线由无数个点构成，面由无数条线构成，立体是无数个平面构成。
　　那么，点、线、面分别就是线、面、体的“不可分量”。
　　卡瓦列利通过比较两个平面（或者立方体）的不可分量之间的关系，来获得两者面积（或体积）之间的关系。有点绕了是吧？没关系，我们还可以举例、画图：
　　在一个平面上，我们放一个四面体（四个三角形围的那个），在他旁边，放个体型圆润点的圆锥体。圆锥体的体型虽好，但算起体积来，远不如四面体好算。
　　这时，让平面穿透他俩向上移动，在平面上，我们就会不断得到他俩的截面：一个是变化的三角形，一个是变化的圆形。如果从始至终，在每个时间点，我们得到的这俩截面的面积都相等，那么，这个四面体和圆锥体的体积也相等。我们只要算出四面体的体积，就得到了圆锥体的体积。
　　上面说的，是对立体，我们比较它们的不可分量：平面。
　　同理，对平面，我们可以比较它们的不可分量：线。
　　这就是著名的卡瓦列利原理。

其实，这个原理在我国叫“祖暅原理”，由魏晋时数学家刘徽提出“牟合方盖”概念，二百年后，南北朝时代大数学家祖冲之的儿子祖暅发展而成。可惜遭遇和墨子一样，既没引起重视，也没得到发展，自然就没产生什么值得一提的影响。有兴趣的同好们可以查一下相关资料。
　　卡瓦列利原理提出后，伽利略的另一名弟子把它用坐标系来表示，这一方法很快得到了发展应用。
　　这种算法，比拼图先进了些，但是，还是那句话：作为数学，这些方法依然欠严密，并且太繁琐。
　　前面说过，对曲线表达式进行微分，可以得到导数。表达式其实就是一个函数。1665年，聪明勤奋的牛顿同学在研究前辈们的复杂方法时，突然发现，不同图形的面积，可以用不同的导数形式来表示，这样，就可以把它“还原”成表达式，算出这个函数，面积也就出来了。这是微分的逆运算，叫积分。算面积不是问题，算体积也不是问题。
　　微积分就这样在不经意间，伴随着一个思想火花轻微劈啪声，悄悄诞生了。
　　伟大的灵感！

有了微积分，复杂运动、复杂面积的计算，都任人摆布了。更牛的是，如果我们掌握了运动物体当前某个状态的值，就能用微积分算出它将来的运动状态！这简直就是科学江湖中的倚天剑！
　　牛顿是真牛啊！
　　不知出于什么原因，牛顿在1665年创立微积分，却直到1707年，才把它发表在他的《光学》的附录里。
　　1675年，莱布尼兹（德国最重要的自然科学家、数学家、物理学家、历史学家和哲学家，举世罕见的科学天才，“世界上没有两片完全相同的树叶”出自他口）独立产生了微积分的思想，并于1684年发表了微积分论文。
　　牛顿形成微积分思想比莱布尼兹早，公之于众的时间却比莱布尼兹晚。于是，两位大师之间爆发了发明权争夺大战。
　　如果牛顿在1665年就把微积分亮出来，这场战争就不存在了。不过，如果这样，胡克等强人就掌握了微积分，那么，万有引力公式是谁的，就不好说了。
　　可是，历史没有假设。比起戏剧，历史更具戏剧性。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 11:59
此后，数学家们对微积分进行了多方面的改进。19世纪，数学家们把“极限”概念引入微积分，并使之成为现代微积分的基石。现在的微积分动力更强劲，操控性更好，易于上手，实在是居家旅行、科研教育、炒房炒股、经天纬地的必备良药！
　　
　　1679年，胡克写信问牛顿，能否根据向心力定律、引力同距离的平方成反比的定律，来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿对此保持沉默。

简洁明了。简洁的东西、简洁的方法、处事简洁的人。我喜欢。
　　从此，我们只要知道两个物体的质量和距离，就能算出它们之间的引力有多大。
　　当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明，地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下，行星运动符合开普勒运动三定律。
　　1686年，是一个伟大的年度。在哈雷的敦促下，牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》（以后简称《原理》）。
　　值得一提的是，虽然用微积分推导和证明力学问题既方便又好用，但是，牛顿在《原理》中，似乎是赌气一样避免使用微积分，甚至连坐标也不用，而是采用几何学方法证明问题。有人猜测他是用微积分得出结论，而在写《原理》时，改用几何学证明。之所以这样，是因为他崇尚几何学，认为那才是“武林正宗”，而使用坐标解决问题的“解析”数学多少有点“旁门左道”。 微积分发明权大战期间，牛顿曾声称，他一直不发表微积分学，是因为怕被人嘲笑。即使如此，《原理》的论证过程也流露出了微积分的概念。
　　牛顿在《原理》中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力，熟悉吧？）和基本定律（运动三定律）出发，运用他所发明的微积分，不但从数学上论证了万有引力定律，而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。从此，现代物理学拉开序幕。
　　可是…可是…我们无比熟悉的一幕出现了，皇家学会居然经费不足，出不了这本书！
　　……
　　1687年，在哈雷的资助下，这部科学史上最伟大的著作之一才得以出版。
　　尽管这个消息已经在地球上流传了300多年，尽管我不是第一次听到这个消息，但是，当我又一次看到它时，仍然为之激动不已！
　　千万别笑我，你我都知道这意味着什么，这标志着经典力学大厦基本构架的形成，它是人类的一次思维革命，它带来了伟大的工业革命！
　　
　　我很是替地球人捏了一把冷汗：幸亏我们可爱的哈雷先生比较富裕，幸亏比较富裕的哈雷是个科学家，幸亏这个科学家有着高度的科学精神，为了出版别人写的科学巨著而不遗余力。
　　
　　哈雷很快学会了微积分和牛顿定律，经过计算，他发现1531、1607、1682这三年，造访地球夜空的三颗彗星轨迹十分的相似，他断定这是同一个家伙的三次来访，并预言它将于1758年再次来访。1758年，这家伙果然如约而至，于是，人送绰号“哈雷彗星”。
　　1968年，美国飞船在第一次绕月航行返回途中，一位宇航员说道：“我想，现在主要是牛顿在驾驶飞船了。”

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 12:00
待续

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作者: 仁海中西医    时间: 2016-9-21 12:34
好!
人类，是不断求知的动物。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:55
第六章 所谓科学理论
　　
　　这个问题似乎不应该出现在这一部分，因为我们已经知道地是个球，还知道地球乃至于太阳都不是宇宙的中心，甚至温习了一些定律，围观了以牛顿为首的一批牛人开启现代物理新篇章……这个时侯，再回过头探讨啥叫科学理论，是不是晚了点？
　　
　　霍金同志说，不晚。不仅不晚，还恰恰好。
　　这个时侯弄清楚什么是科学理论，是为下一步谈论宇宙的本性打基础。如果把科学理论的本性搞错了，我们就无法继续下面的话题。
　　亲呐，你认为不会搞错？那么，让霍金陪着咱俩，浪费点时间，试着探讨一下。
　　
　　伟大的霍金同志说：理论只不过是宇宙或者它受限制的一部分的一个模型，以及一组规则，这组规则把这个模型中的量和我们进行的观测相联系。它只存在于我们的头脑中，而不具有任何其他真实性（不管其含义如何）。
　　这段话可能不太好理解，也不太好接受，所以我翻译一下，加深印象：
　　他说，所谓科学理论，只是我们针对部分（注意这个词：部分）事物进行描述和预测的一种规律性总结。它对这些事物本身没有任何意义，它只是现阶段与观测相符，因此我们还能用得着的一种工具。千万别把它当真。
　　
　　疑惑了是不？老说坚持真理捍卫真理，这下好，连科学理论都当不得真了。这样子搞法，会不会太儿戏了？
　　
　　别急，我们先看场电影，舒缓一下严肃、紧张的学术气氛。片名叫《肖申克的救赎》。
　　
　　面对电影中的人和事物，我们是毫无疑问的观测者。
　　影片中，典狱长和狱警是观测者。他们根据犯人的言行和狱中事件来判断、总结、预测。
　　犯人是被观测者。他们在某些规则的制约下，在自身因素的驱动下，在相互之间的影响下发生一些行为。当然，作为有思想的被观测者，他们同时也是观测者，观测其他人。
　　安迪和瑞德是这些被观测者中的一部分。
　　
　　嘘~，电影开始了，交叉的画面：汽车中的醉酒的安迪、法庭审问、安迪老婆与人偷欢、安迪装子弹、审问、安迪提枪下车……
　　随后是律师的结论：银行家安迪，因老婆与人私通，便在酒后干掉了他俩。
　　综合一下观测的信息，我们也不难得出与律师相同的结论。
　　这是我们得到的第一个理论。它符合逻辑，并与观测相符，所以大家承认这个理论是正确的。于是，安迪被送进了监狱。
　　这很合理，不然的话，难道非要法官亲眼看到犯罪的实施才能判罪吗？
　　
入狱后，安迪请瑞德帮他搞来一些东西：
　　一把石锤，用它雕刻一些小东西以消磨时光。
　　一幅女星海报，监狱里见不到女人，你懂的。
　　一副棋盘，但不要棋子。
　　一些石头，用来雕成棋子，以及其他小玩意。
　　
　　我们和影片中的人观测到：
　　安迪利用银行家的特长，为狱警们避税、理财，给狱友帮忙。——给自己换来良好的生存环境。
　　安迪每天雕刻棋子和一些小玩意，乐此不疲。——监狱里的时光太漫长太难熬，用一些小嗜好打发时光。
　　安迪买了本圣经，并且背得滚瓜烂熟。——听从典狱长的劝诫，救赎灵魂。
　　所有的一切都十分合理、十分正常。
　　所有的观测都表明，安迪已经习惯了这里，正在被“体制化”。
　　正如瑞德总结犯人对于监狱的态度：起先你恨它，然后习惯它，更久后，你不能没有它。这就叫体制化。
　　既然理论与观测相符合，那么我们和狱警就可以预测，安迪明天仍然会为狱警理财、雕刻、背圣经，他将继续安心地呆在这里。
　　这是我们得到的第二个理论。在典狱长看来，也是如此。
　　如果这时，谁断定安迪会杀人、复仇、越狱、自杀或患病死去，那纯属毫无根据的臆测和胡说八道。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:56
果然，我们看到安迪每天做那些十分合理、十分正常的事，他学会了妥协，喜欢散步，甚至排除万难在这里建了一座图书馆，一心扑在工作上，兢兢业业地维护它。
　　安迪还收了一个学生，孜孜不倦地教他学文化，搞得双方都很来劲。
　　理论与观测十分相符。
　　机缘巧合，学生道出了那场谋杀案的真相，真凶不是安迪。——我们的第一个理论“安迪是凶手”垮台了。正如地心说遭遇日心说，不一致的观测立马将该理论证伪。
　　
　　典狱长为了不让安迪出狱，设计杀死了安迪的学生——唯一的知情人，还关了安迪一个月的禁闭。正如教会采取烧死布鲁诺、迫害伽利略等手段来维护已被证伪的地心说。
　　
　　希望破灭了。
　　一个月后，从禁闭室出来的安迪变得很消沉。在典狱长的淫威下，安迪选择顺从，继续为典狱长理财、供他奴役。
　　安迪已经被驯化，他像其他犯人一样被“体制化”，放弃希望，囚至终老——这个理论与观测十分吻合，我们发现，安迪每天都在重复与理论相符的生活。所以我们说，这是一个好的理论。这是我们得到的第三个理论，是经过更多观测后，对第二个理论的修正、扩展和完善。
　　典狱长笑了，他对这一理论表示满意。

然而，一个风雨交加、电闪雷鸣的晚上，神奇的事情发生了，并不是终结者降临，而是安迪从牢房里消失了。
　　
　　他从一个长长的大洞里逃了出去。
　　那个洞就在女星海报的后面。
　　我们原先没有观测到的事实：海报是用来挡洞口的，不是用来消除寂寞的；20年来，石锤不仅用来雕刻，还用来挖洞；散步是为了把每次挖的墙土一点点撒掉；圣经是用来藏石锤的；给典狱长理财不仅是为了讨好，还顺便收集了典狱长的罪证，同时给自己弄笔钱花。

面对这个洞，我们的第二、第三个理论瞬间坍塌了。
　　真相是，入狱二十年来，安迪从未放弃希望，他一直在想方设法逃狱。我们之所以没有得到与之相符的理论，是因为那时，我们没有观测到真凶杀人，以及安迪挖洞、扔土等等。
　　
　　霍金同志说，在一个只包含一些任意要素的模型基础上，如果一个理论满足如下两个要求，就是一个好理论：
　　能精确描述大量的观测。
　　能明确预言未来的观测结果。
　　
　　其实，在安迪逃狱之前，我们可以使用第二、第三个理论，很好地描述和预测安迪的行为，这些描述和预测与实际观测相符。所以，在被证伪以前，这就是好的理论。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:57
所以霍金同志说，为了能够应对更复杂问题，我们在探讨时，必须暂时这样看待科学理论：
　　任何物理理论都只是假设，在这个意义上，它只能是暂时的，你永远不能证明它。不管实验结果多少次和某种理论相符，你永远不能断定下一次的结果不和该理论相冲突。另外，你只要找到一次和理论预言不一致的观测，就足以将该理论证伪。正如科学哲学家卡尔•波普强调过的，一个好的理论应该是这样的：它做出一些可能被观测证伪的预言。每一次新实验结果与理论相一致，我们就增大对它的信赖；但是一旦发现和预言不一致的新观测，我们就必须抛弃或者修正该理论。
　　上面这段话基本摘自原书。我们发现，看了电影之后，这样的观念很容易懂了，也很容易被我们接受了。可见，时不时放松一下，对于我们增加理解能力和接受能力很有帮助。
　　
　　我们发现，新理论往往是原先理论的一个扩展。就像刚才在电影里，我们得到的第三个理论是第二个理论的扩展一样。在理论使用上，只要不影响想要的效果，哪个方便好用，我们就用哪个。
　　比如，我们明知地心说是错误的，但在日常生活中，还是按照习惯运用地心说理论——我们说，太阳升起来了（地心说），而不说地球上我们住的这一面转向太阳了（日心说）。
　　我们来看一个有趣的例子：
　　我们对水星进行非常精确的观测，会发现，它的运动与牛顿理论预言不符（存在一个很小的差异，后面将提到详情），但与爱因斯坦的广义相对论预言十分相符。这就是说，牛顿理论被证伪，广义相对论更准确。
　　那么，为什么在大部分情况下，我们仍然使用牛顿理论？这是因为两者计算结果差别非常微小，在处理一般问题时，我们不需要搞那么精确，而用牛顿理论来计算，也能算出行星轨道啊什么的，更重要的是，牛顿理论用起来比相对论要简单、容易得多。
　　
　　这就是科学理论。
　　
　　那么，最终，我们需要一个什么样的理论？
　　霍金同志教导我们：科学的终极目的，是提供一个能描述整个宇宙的统一理论。
　　为什么要用统一的理论？一个理论描述一块，难道会误了二路汽车？
　　答案是，会。
　　地球生物进化的顶峰们（生物学），下一站纬度31.7319，经度113.2297（地理学），要避免资产流失（经济学），请按照上帝的旨意上下车，阿门（神学）。
　　看，误车了不是？
　　下面我们来用日常用语统一下：
　　同志们，下一站是随州市安居镇，请带好随身物品准备下车，谢谢！
　　哈哈，其实你发现了，这个例子不是很恰当，但道理差不太多。
　　我们知道，万物虽千奇百怪，但越是构成物质的基础部分，其本质越是相近，到最后，应该基本相同。这不难理解，人和蚂蚁差别很大，但从基础上看，都是由细胞组成的，细胞虽有差别，但细胞都以碳水化合物为主，到这里已经没啥区别了，如果我们再往更基础处看，把鲜花和牛粪也抓过来（嘿嘿抓字用得恶心吧）和我们比一比，都是分子构成的，分子是原子构成的……这时我们发现，原来是一样一样一样的啊。所以，一个理论可描述的范围越广，它就越接近根本，也就越接近真实。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:58
所以，找到描述整个宇宙的统一理论，就是真正看到了宇宙的本质，而科学就是这样，越接近真相，掌控事物的能力就越强。
　　况且，人类都有真相癖，从某种意义上说，这就是人类社会发展进步的主动力。不是吗，如果人们对宇宙万物一点都不好奇，那我们现在一定不如猩猩。
　　无论从人文科学、社会科学还是从自然科学上来讲，真相都是一种最可贵的资源，掌握真相则科技进步、社会发展，掌握真相就掌握一切。不信？你要是知道股票真相，你就是股神，巴菲特得靠边站；你要是带兵打仗，知道敌我的真相，你就是战神，韩信凯撒诸葛亮成吉思汗都不如你；你要是知道市场和经济的真相，你就是全球第一大富豪，微软Google中石油都是毛毛雨；你要是知道周围人和事的真相，你就是能掐会算的神仙，想干啥都能干成……真相是如此的宝贵和难得，以至于不明真相的总是围观群众。- -!
　　OK，闲言碎语不要讲，咱看一看，科学家们怎么想，当里个当……多数科学家现在把问题分开来看：
　　第一，一定存在这样的定律：它能够描述宇宙如何随时间变化。这样，我们只要知道宇宙在任一时刻的状态，就能用这些定律预知宇宙将来任何时刻的状态。比如，您看这篇文章不爽，朝我扔一块板砖，在板砖扔出的任意时刻，我只要得到板砖在那个时刻的质量、速度、角度等数据，就能利用牛顿力学定律算出，它将要划过什么样的轨迹，最终以多大力度砸在哪。当然，如果您扔得特准，那就只好麻烦您自己来算了。
　　第二，宇宙初始状态是个大问题。就是说，宇宙是怎样产生的？这一切是如何开端的？再问具体一点，它是遵循什么样的规律开始的？
　　有些人认为，科学只应该关心第一部分，宇宙启始是上帝的事，他老人家想怎么样就怎么样。果真如此，上帝完全可以放任宇宙随意演化，但是看来，他似乎更喜欢让宇宙乖乖地按照严谨的规则来演化。所以可以这样说，一定存在制约初始状态的定律——根据这个定律，宇宙的产生是必然的，宇宙以这种形式诞生、成长为现在的样子也是必然的。
　　
　　设计一种能描述整个宇宙的理论，太难。所以，我们目前力所能及的是，把问题分成许多小块，针对各块搞理论，来描述和预言一定范围的观测。
　　于是，就必然出现这样的情况：我们形成了某一块的理论，但有时候，受这一范围之外的效应影响，我们会发现实际观测和理论预言略有不同。
　　这是因为，宇宙万物并不是真的像我们划分的那样，一块是一块，互不干涉。万物万象实际上是相互关联的。比如，原来电力、磁力是两个学科，人们针对这两块分别创立了两个独立的理论，后来发现，电和磁关系密不可分，如果只考虑其中一块，就会出现很大问题。后来二者合二为一，创立了电磁学……
　　有时候，某个区域的理论出现问题，又没有合适的补丁可以下载来修补，那么，如果这些问题不影响大局，大家通常就把它忽略掉，或者干脆用一组数来代表它，使理论看起来更贴近实际。
　　比如，爱因斯坦开始认为宇宙是静态的，但如果这样，根据他的广义相对论，宇宙就会因物质间的引力而坍缩，最后变成一个点。可是据观测，宇宙又没有坍缩的迹象，也没发现有什么东西可以抗拒引力，于是他在方程中引进一个“宇宙常数”，这个数刚好对抗引力，使宇宙乖乖地保持静态。
　　对于宇宙为什么要搞这样一个常数来约束自己，大家都很茫然。后来发现，宇宙是膨胀的，星系间相互飞离的惯性大于引力，所以不会坍缩，于是宇宙常数就成了一个尴尬的蛇足。于是，爱因斯坦就从他方程中把宇宙常数咔嚓掉了，并惭愧地说宇宙常数是他“一生中最大的错误”。
　　然而，造化弄人，1998年，两个天文学家小组通过研究超新星，发现各个星系正在加速远离地球而去。目前的解释，是暗能量导致宇宙加速膨胀。这个暗能量就是当年没发现的可以抗拒引力的东西，它导致负压，所产生的反引力，是一个常数……恭喜你猜对了，把宇宙常数请回爱因斯坦方程，可以完美地解释宇宙加速膨胀。这说明，已经举行遗体告别仪式几十年的宇宙常数要复活！三个家伙为此获得2011年的诺贝尔物理学奖，他们是美国人帕尔马特、美国-澳大利亚人施密特、美国人黎斯。宇宙常数的曲折故事，是观测区域变宽导致的一个洗具。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:58
刚上班头几年的筒子们都会有一种感觉，那就是社会的关系网比想象的要复杂得多，你对面的美女说不定就是一把手的小蜜，而某次宴会上与你相见恨晚的那个哥们就是那个小蜜的丈夫，他现在最苦恼的事就是闹不清楚他和你们一把手老婆的关系……
　　宇宙也是这样，原本我们以为，两个不在一处的物体基本不存在什么关系，后来我们发现，万物都有引力、光、电、磁等远程联系方式。说不定，情况比这还要复杂得多，所有物质之间，还有更隐秘、更基础的联系方式没被我们发现。如果是这样，那么，我们用上面说的隔离法研究问题，就不太容易接近那个最终的、完备的答案了。
　　
　　但从狼狼阿狗，一直以来，我们就是用这种方法“从胜利走向胜利”。牛顿引力论又是一个经典的例子，它告诉我们，两个物体之间的引力只决定于它们的质量，与它是啥东西无关。这样，不需要知道星球的结构、成份、思想状况和政治立场，我们就可以计算它们的轨道。所以，在没有新的发现之前，我们只能靠目前的办法来理解宇宙。
　　
　　今天，我们按照两个基本的“部分”理论——广义相对论和量子力学来描述宇宙。它们是二十世纪最伟大的智慧成就。
　　广义相对论：用来描述引力和宇宙的大尺度结构，从只有几英哩直到大至1亿亿亿（1后面跟24个0）英哩，这是我们目前可以观测到的宇宙范围的结构，也就是人类目光所及的最远距离。
　　量子力学：用来处理极小尺度的现象，例如万亿分之一英寸。
　　可惜的是，这两个理论不相协调，所以它们不可能都对。或者说，它们都离真相还有一定距离，究竟这个距离有多大，尚未可知。当代物理学的一个主要努力方向，就是在寻求一个能把它俩合并在一起的理论——量子引力论。
　　目前来看，要搞定它，还早着呢。现在是万里长征刚开始系鞋带。
　　我们都清楚，要找一个人，事先掌握他的特性越多，找到的机会和准确率也就越高。目前，我们已经知道了这个理论所应具备的许多性质——它应该是什么样、应该能解释什么、预测什么等等——这是唯一值得我们欣慰的。
　　
　　现在，我们相信宇宙不是任性的，而是守规矩的，这个规矩就是我们要找的统一理论。不过，霍金发现，寻求完整的统一理论，有一个基本的自相矛盾，讨论起来也有点意思：
　　作为有理性的生物，我们地球人可以随意观测宇宙，还可以从中得出逻辑推论，这样，就应该能越来越接近那个最终答案。然而，如果真有统一理论，那么它也决定我们的行动。这样，理论本身就决定了我们对它探索的过程和结果——额滴神呐，原来一切都是是注定的！问题来了：
　　为什么它必须注定我们得到正确的结论？
　　难道它不会注定我们得出错误的结论吗？
　　或者根本没有结论？
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:58
对此，霍金同志用达尔文的自然选择原理来解答。
　　即使我们在电脑里复制、粘贴，也不能保证每次都能得到一模一样的结果。不信你在网页上Ctrl+C，再到word等文档里Ctrl+V，一定会看到变化。
　　生物繁殖还不如电脑复制、粘贴那样精确。即使是同一对夫妻，他们生出的后代也总有不一样的地方，性别啊、智力啊、外貌啊、体力啊、个性啊、甚至血型和DNA也不一样，加上生存期间的经历等等，导致差异越来越大，这是遗传、发育、成长上的变异。看看我们周围的人，看看同一窝小狗，要是还不服气，那就再看看同一根藤上的瓜……所以莱布尼兹说：“世界上没有两片完全相同的树叶”。全世界人民一听，立马一致通过了。
　　由于相互有差异，那么不同个体对世界的认识和适应能力也存在差异。这没问题吧？很多地方不一样，而偏偏适应能力却一样，张飞和阎婆惜面对持刀的宋江，都是同一个下场，还有天理吗？
　　所以说，在大自然里，适应能力强的就是爷，吃香的喝辣的，老婆孩子多，更易存活和繁殖，其行为和思维的模式逐渐成为主流……物竞天择，如此往复，就叫进化。
　　智慧的进化，使我们人类在地球生物界趾高气扬，不可一世。
　　如果宇宙是遵循某种规则发展到现在这样的，我们就可以这样推测：既然宇宙发展导致进化的必然，而进化又给了我们推理能力，那么，在探索统一理论时，我们推理能力的进化也是必然的。
　　那个终极答案就在那摆着，它不会发生变化，而我们的推理能力却在不断进化，这说明，我们将离它越来越近，最终，我们会把它拿在手里。“子子孙孙无穷匮也，而山不加增，何苦而不平？”就是这个道理。
　　这是个乐观的看法。因为，没人知道我们还能存在多久，也没人知道，得到那个答案需要多久。放弃吗？或许就在明天呢？
　　
　　也许有人说，目前，除了最极端的情况以外，我们现有的部分理论，已经可以对所有一切给出精确的预言了，没必要去探索宇宙的终极理论了。然而，我们回过头想一想，当初探索相对论和量子力学时，我们也可以用这个论点来说没有必要，但实际上，这些理论已经给我们带来了核能和微电子学的革命！
　　所以，一套完整的统一理论，可能无助于种族存亡，甚至不影响我们随地吐痰加班骂娘，但这并不能成为我们停止探索脚步的理由！
　　自从我们学会思考，就不甘心不明真相，不甘心对事物保持迷惘状，我们大声疾呼：被蒙在鼓里的感觉很不爽！
　　对预知未来的渴求，引无数英雄竞折腰。折腰也搞不定，就花钱找丘道士鲁和尚算一卦。可见我们是多么渴求理解世界的根本秩序！
　　我们为何在此？我们从何而来？我们必将何往？
　　难道你不想知道吗？
　　我们的目标：对我们生存其中的宇宙作完整的描述！
　　
　　那么，我们目前已知的宇宙是个啥样？
　　
　　子曰：酒要一口一口喝，路要一步一步走，步子迈得太大，容易扯着蛋。
　　咱慢慢来。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:58
　第七章 牛顿的宇宙
　　　　
　　　　运动VS力
　　　　
　　　　描述宇宙，离开了运动和力，就好比描述美女，却无视“美”和“女”这两个基本特质一样。
　　　　运动、力，同为宇宙的根本性质之一。二者的关系密不可分。如果上帝说，让你和你的恋人关系好得像运动和力一样，那么恭喜你，你们生生世世、时时刻刻都甭想甩开对方了。
　　　　根据自己居住地球多年的经验，亚里士多德认为，物体的自然状态是静止的，只在受到力或冲击作用时才运动。这很直观也很好理解，茶杯放在桌子上，没有外力作用，它不会跑到地上摔碎自己。
　　　　聪明的亚里士多德还认为，人们不用观测呀、检验呀那么麻烦，只用脑袋想，就可以找出制约宇宙的定律。就比如刚才这条。所以他根据自己的理论得出一个预测：重的物体比轻的物体下落得更快，因为它受到更大的力将其拉向地球。
　　　　听起来很有道理，大家都信了。除了一个人。
　　　　伽利略这个死心眼的家伙，他非要亲眼看看才相信，物体重量不同，是不是真的下落速度就不同。
　　　　大家熟悉的版本是，伽利略在比萨斜塔上同时扔了两个球，一大一小两球同时落地，一阵惊叹和一阵掌声之后，大家都高高兴兴地回家吃饭去了。多数60后、70后、80后是通过这件事知道比萨斜塔的，还记得课本上那幅插图吧。但，让我们伤心的是，这又是个美丽的传说。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 16:59
别忘了，伽利略是个聪明得让人羡慕嫉妒恨都解不了心中块垒、仰慕崇拜爱也止不住牙根痒痒的家伙，连爱因斯坦都对他佩服得不得了。
　　　　面对老亚的这个预测，略哥哪都没去，只是饭后坐在家里，翘着二郎腿闭目养神顺便剔剔牙时做了个思想实验：如果真的像老亚同志说的那样，重的下落比轻的快，那我把重的和轻的绑在一起，会怎么样呢？奇妙的事情发生了，从逻辑上讲会出现两种截然不同的结论——
　　　　结论一：重的轻的合二为一，当然更重，它们的结合体下降得一定比那个重的更快。
　　　　结论二：重的还想那样快，却被轻的拖了后腿，两个力一中和，它俩加起来应该比轻的快点，比重的慢点。
　　　　如果它俩不是绑在一起而是融为一体，这个这个……和绑在一起有何区别呢？
　　　　矛盾呀矛盾……
　　　　这个思想实验以老亚的预测为前提，逻辑推理过程毫无问题，却同时产生了两种不同的结论，所以，一定是前提错误——也就是老亚的预测错误！略哥遗憾地一拍大腿，怎么我又对了？
　　　　但思想实验终究是看不见摸不着的，逻辑再正确，也得拿出大家都看得见摸得着的证据来，广大人民群众才会信服，毕竟大家都是正常人，哪有几个像你伽利略那样，聪明得令人发指的？
　　　　略哥懒得去爬比萨斜塔。同时也为安全考虑，要是砸到小盆友怎么办？但重物落地速度太快，如果高度不够，很难分清落地先后。
　　　　你要是把乡亲们都叫来，自己拿一大一小俩砖头举过头顶，双手一松，台词是：“各位观众，现在你们请看，是不是两砖同时落地呢，那位拿葱的大婶一向视力超凡入圣眼尖嘴快要不你来说说看？”如果这俩砖没砸在你脚上，那一定会有鸡蛋西红柿飞到你头上，今天午饭晚饭都不用做汤了。
　　　　咋办呢？
　　　　要是我，就算了，谁先落地关我屁事？不砸到我就万事OK了。
　　　　但伽利略不，他非要分出个子午寅卯！
　　　　这家伙有办法，他把不同重量的球从光滑的斜面上滚下。掉下来和滚下来（听起来像骂人）性质类似，都是重力加速度，但是滚下来速度慢，更容易观察，大家围观起来比较舒服，球缓缓而行，逐渐加快，清晰易辨，回去描述起来也方便，这样乡亲们就不会拿鸡蛋西红柿招呼咱了。聪明吧？
　　　　实验表明，不同重量的物体，其速度增加的速率是一样的。
　　　　在一个沿水平方向每走10米即下降1米的斜面上，你释放一个球，则1秒钟后球的速度约为每秒1米，2秒钟后为每秒2米……不管球多重都一样。
　　　　是不是很神奇？10米、1米、1秒、1米/秒、2秒，2米/秒……人类主观意识衡定的计量单位，和自然力配合得如此美妙，就好像几百亿年以来，大自然一直在等待我们获取这个答案一样。如果你说这只是巧合，只是大约，那么，还记得勾3股4弦5吗，为什么会这样？
　　　　370年后，阿波罗16号登月时，宇航员通过电视直播，当众做了一个验证自由落体定律的实验：一手拿锤子，一手拿羽毛，从同一高度同时松手，锤子和羽毛同时落地。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:00
牛顿把伽利略的测量作为运动定律的基础。他考虑到，当物体从斜坡上滚下时，它一直受到不变的外力（它的重量），产生的效应是，它被恒定地加速。这表明，力的作用是，改变物体的速度和方向，而不仅仅是“使之运动”。只要一个物体没有受到外力，它就会以同样的速度保持直线运动。
　　这个思想这样表述：任何物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。这是牛顿第一定律，也叫惯性定律。
　　还记得笛卡尔提出的物体运动三条法则吗？何其相似！但接下来我们会发现，两者认识的高度不同。那么谁的认识更高呢？当然是站在肩膀上的那位！
　　好的，接下来又出现一个问题，是不是无论物体质量多少，随便加一个力，都产生同样的效果呢？力、质量、运动之间是个什么关系？
　　实验表明，它们是有比例关系的：
　　力加倍，则加速度也将加倍。
　　实验：让林黛玉玩命地推你一下，然后让姚明玩命地推你一下，比较一下自己被他俩推出去的速度，就明白了。

物体的质量越大，则加速度越小。
　　实验：如果刚才你没被姚明推吐血，以及林黛玉推你的时她自己没吐血，那么那现在你可以报仇了。你先玩命地推林黛玉一下，然后再玩命地推姚明一下，比较一下你把他俩推出去的速度，就明白了。
　　
结论：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。这是牛顿第二定律。
　　质量定义的标准答案是：物体的一种性质，通常指该物体所含物质的量，是度量物体惯性大小的物理量。后面这句跟牛顿第二定律息息相关。根据这一定律，我们可以这样理解：质量就是改变物体运动状态的难度，质量越大，这个难度就越大。
　　
　　现在我们知道，要改变一个物体的运动状态，必须有其它物体和它相互作用（包括非接触性的引力等）。那么，物体之间的相互作用时，他们之间的作用力会有何表现呢？牛顿说，力的作用是相互的，有作用力必有反作用力。
　　表述：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。这是牛顿第三定律。
　　说到作用力和反作用力相当，我想起不论哪一代莘莘学子，在学到这一定律时，都经历过这样的事：一个同学推了或打了一个同学，狡辩“力的作用是相互的”，一般情况下被动受力的同学大都一时想不起如何反驳。这个游戏代代相传生生不息。
　　虽然大家都很忙，我们也不妨来研究一下：作用力、反作用力，它们大小相等、方向相反，那么，受力者受的伤害是否对等，责任是否也对等。
　　其实，不论是拳打、脚踢、掌扇，还是推搡所产生的作用力，主动的一方都是用身体中比较坚硬、耐受的部位，去作用在对方身体中比较柔弱、不耐受的部位，这就在物理上产生了一个耐受的不对等。
　　如果主动方是用脸磕碰被动方的脚后跟，或者用舌头攻击对方脚趾，被动方一般是不会申诉受屈的。
　　即使在物理上对等，你用自己的头去撞对方头部相同的部位，双方都头破血流，这也会产生精神上的不对等——因为你实现了两头相撞的愿望，而对方没有陪你一起受伤的愿望，所以，在精神上一定比你痛苦。
　　因此，这种攻击的作用力、反作用力虽然相当，但双方受到的伤害绝不对等。跳出物理，从道德上和法律上讲，即使主动方受的伤害更大，责任也在主动方，比如你主动用一指禅点对方无影脚，对方脚破皮，你手指骨折，那你也得出钱给人家消毒包扎。
　　哈哈，好像跑题了~

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:00
牛顿还搞定了描述引力的定律：任何两个物体都相互吸引，其引力大小与每个物体的质量成正比。我们根据这个定律来推导一下：
　　两个物体，A和B。A的质量加倍，则两个物体之间的引力加倍。这很好理解，因为增肥到原先两倍的A，可以看成两个原先的A，每一个A都用原先的力来吸引B，所以A和B之间的总力加倍。如果A增肥到原先的2倍，B增肥到3倍，则引力就增大到6倍。当然，我经过研究发现，引力定律也有例外，比方说，你GF的体重增加到原先的2倍，她对你的引力就减半；增加到3倍，引力为零；再增加下去，就产生斥力（为了防止不谙世事的小盆友看了这段产生误会，特此声明关于GF的引力理论是个玩笑）

现在我们终于明白了，为什么重量不一样的落体总以同样的速率落下来：
　　按照牛顿引力定律，引力大小与每个物体的质量成正比。
　　按照牛顿第二定律，加速度跟物体质量成反比。
　　这两个效应刚好互相抵消。所以在相同的引力环境下，无论物体多重，加速度是同样的。
　　牛顿引力定律还告诉我们，物体之间的距离越远，则引力越小。
　　牛爷不仅知道是这么回事，还能算出来究竟是多少，数学关系出来了，这就是高度，回望历史，无人能及的高度！
　　===========我是排长=========
　　说到这想起一个私人问题，《时间简史》在讲到引力时，有句话我看了N遍也没看懂，不知道是不是翻译的事，原文如下：
　　牛顿引力定律讲，一个恒星的引力只是一个类似恒星在距离小一半时的引力的4分之1。
　　为了印证是否印刷校对错误，我看了三个版本（完整版、简明版、完整版的网络版），这句话是一样的。我估计应该是这个意思：与一颗恒星的距离增加一倍，则其引力减少到原来的4分之1。
　　再举例翻译一下，一颗小行星，你离他1公里，如果它对你的引力是4千克，那么你离它两公里，它对你的引力就是1千克。
　　不知道对不对，谁有正确答案请通知我。谢谢。
　　==========我还是排长=============
　　这个定律极其精确地预言了地球、月亮和其他行星的轨道。如果把这个定律改变一下，距离增加时，引力下降的比例比实际上稍多点或少点，那么，行星轨道就不会是椭圆，而是螺旋线，要么旋进，撞上太阳；要么旋出，飞离太阳。这样看来，星球、星系间的平衡，是不是脆弱得让人胆战心惊？
　　行星公转的离心力，刚好对抗恒星的引力——自从牛顿告诉我这事后，我有好长时间都在担心，有一天这个平衡会突然被打破。先不要笑我，等我鼓足勇气，把小时候的另一件糗事坚持讲完，你再笑我杞人忧天不迟。
　　相信很多人小时候都曾很认真地玩过磁铁，我也是。有一个玩法，不知道你试没试过：把磁铁固定，拿一块合适的铁，在磁铁下方调整距离，试图找到让铁悬在空中的平衡点。为什么要强调一下“合适的铁”呢？因为太重吸不起，太小看不见，所以合适的标准就是，看得见、吸得起。一看这个标准，就知道是个极其粗糙的实验。但是，铁块大小真的不是关键，关键是一个信念——既然铁在某个距离一定会被吸上去，再远一点就会掉下来，那么，理论上，一定存在这样一个理想距离：铁悬在空中，既不能被吸上去，也不会掉下来，就像直升机的“悬停”。
　　这个无聊的游戏玩了多少天，我不记得了，但是整个过程印象深刻。一开始，雄心勃勃，想尽各种办法要悬停，但是你知道，铁块不是啪的一声被吸上去，就是咚的一声掉下来。那些日子，我稚嫩的心就在这啪啪咚咚声中渐渐变老……然后我学会了妥协，不要悬停了，我要看到，在接近理想距离时，它由于近似平衡，在啪或咚之前，是由慢到快的过程，哪怕这个过程再短暂，只要能看到它是由慢到快的，也是对这场实验的莫大安慰。这个一定有！我躲在屋里鼓励自己。可是，这个过程太快，我始终感受不到。那块该死的铁不是以极快的速度啪，就是以极快的速度咚……
　　终于有一天，我深情地凝望着那块铁，思前想后，良久，拿起它走到院里，看看蓝蓝的天，手臂一挥，它向那朵长得很像神马的浮云飞去。
　　不想房后传来啊的一声：是悟空吧，你又乱扔垃圾……
　　对不起，那时我不知道抛物线……
　　人生中第一次伟大的物理学实验彻底宣告破产，我幼小的心灵受到现实铁蹄的无情践踏。
　　这不要紧，我们有自愈功能。要紧的是，后来得知，地球和太阳的距离之所以保持不变，是由于引力和离心力恰好相等导致的。这让我想起那个失败的实验，引力相当于磁铁的磁力，而离心力相当于铁块的重力，这个平衡是有多脆弱啊？！
　　后来我再也没有做过这个实验，因为我推测，即使当时侥幸找到了磁、铁的平衡，它也会立即被空气中的细微扰动打破，所以成功的几率为零。
　　同理，只要不远处一颗行星经过，地球和太阳的平衡就会被打破。这个平衡一旦被打破，地球就应该很快地旋近、或者旋离太阳。
　　可是，45亿年以来，地球围着太阳转啊转，不知有多少行星经过，有的甚至直接砸在地球上，八大行星也在不断地相互扰动，地球却依然在此。为什么？
　　虽然眼看着地球稳稳当当地载着我们在宇宙中飞奔，但我对引力平衡的担心一直隐隐存在，直到爱因斯坦给出另一个答案，这才稍稍放下心来。
　　如果“天宫二号”征集太空实验方案，小民建议试试这个：
　　行星公转轨道平衡模拟实验。
　　主要器材：
　　一个透明真空容器（减少扰动），你知道，没道理把它做成三角形的或扁平波浪形的，最好是圆的，它说，我是你的小宇宙！
　　一个固定的电磁铁的单极，放在真空容器的正中心，它说，我是你的太阳！
　　一个铁球，它说，那我只好是你的地球了！
　　一只可以精确控制速度，以电磁铁为中心转动的机械手。它说，我是上帝之手！马纳多纳闻言泪奔而去。
　　数据：
　　电磁铁，也就是你的太阳的引力，是已知数。如果懒得算，别忘了它是电的，你可以过把上帝瘾，随心所欲地调，喜欢让它多大就调到多大。
　　铁球的质量是已知的。因为大小是你定的。但最好小点，不然电磁铁也要跟着大，不符合节能环保要求。
　　铁球离中心点的距离，也就是它的轨道半径，由我们说了算。
　　你看看你看看，一切都是我们内定的，算出铁球维持轨道不变所需要的“公转速度”，还不是易如反掌的事？
　　操作：
　　用机械手精确控制铁球在指定轨道上运行，绕磁铁公转，所谓“扶上马送一程”嘛，等铁球达到并稳定在刚才算出来的公转速度时，松开机械手。
　　我们唯一需要掌握的关键就是公转速度的精确性，即使情况比预计的要复杂，我们还有那么多科学家，考虑各种因素，精确算出这个公转速度，应该不算事儿。
　　观察：
　　铁球能否维持恒定公转。
　　如果平衡被打破，看看它离开轨道的速度有多快。
　　如果地球仅仅靠万有引力就能维持轨道平衡，那么铁球也能。
　　结论：
　　实验完才知道。
　　呵呵，我孤陋寡闻，不知道这样的实验有没有人做过，也不知道最终会不会有人去做这个实验。不过，即使是痴人说梦，说出来也痛快些。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:01
空间
　　
　　我的地盘我做主，说起来和听起都来很High，不过，哪儿才是我们的地盘？
　　现在，自己呆在屋里的你，认为这间屋子所囊括的区域，是属于你的空间。真的是这样吗？
　　别忘了，我们是在地球表面生活——地球以465米／秒的速度自转，以30公里/秒的速度绕太阳公转（不是绕太阳公公转），并跟随太阳一起以220公里/秒的速度绕银河转，又在银河系的领导下以600公里/秒的速度向仙女座星系方向狂奔……
　　现在，假如，除了你，所有物质都透明，有个相对“静止”的宇航员站在银河系外（不跟着银河系走）观察你，他会发现你沿着一条非常复杂的、奇怪的、类螺旋形的轨迹瞎折腾，以大约900公里/秒的速度飘忽而去。
　　如果你看完这段话用了1分钟，那么，刚才你认为属于自己的那个“空间”已经离你5万4千公里了（不要跟我说“直线”距离，你没有参照物）。所以，即使我们躺着“一动不动”，每天都至少“被旅行”7776万公里（赚钱这么快就爽毙了）。为什么要说“至少”呢？因为我们还没算银河系所在的星系群共同飞行的距离！“坐地日行八万里，巡天遥看一天河”毛主席他老人家指的仅是地球自转速度，算得还蛮准（地球自转赤道速度为每24小时40176公里，也就是80352华里）。
　　我们每时每刻都在以这样的速度旅行，并且永远不能回头——也没法知道怎样才算回头。在宇宙里，所有事物都是真正的流浪者。我们都没有故乡。
　　幸亏，地球有固体区块存在，这些区块在地球表面相对“固定”，我们可以在其中活动，辨别“位置”和“方向”，这才有了归属感。
　　现在我们知道，敏感的诗人和刚上岸的水手为啥喜欢拥抱大地了吧？

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:02
亚里士多德是幸福的，因为他相信静止状态，特别是相信地球静止。
　　
　　根据牛顿定律，不存在一个静止的唯一标准。
　　
　　妙玉：是风动，还是幡动？
　　宝玉：不是风动，不是幡动，是心动。
　　那得看参照物是谁……牛顿飘过，悠悠说道。
　　用和尚的句子泡尼姑，你真行……慧能飘过，幽幽说道。
　　
　　寒蝉凄切，对长亭晚，骤雨初歇……你我正执手相看泪眼，还没等凝噎呢，我一狠心放开你的手，走开10步——这是假定你不动、以你为参照物的说法。如果以我为参照物，那就是你相对我移动了10步，两种说法是等价的，也就是说都对。你还别不服气。
　　别扭是吧？和我们习惯的看法不一样是吧，有点不爽是吧？那就研究一下：
　　我们暂时忘掉地球小亲亲的自转、公转。
　　真的忘了？那好，现在跟我坐高铁，去马尔代夫。What？你怕怕？搞实验有时是需要勇气的。马尔代夫哦，拿出点点勇气来。你都用光了？那改普快好了。
　　火车以100公里的时速向北前进，或火车是静止的，而地球以100公里的时速向南运动，随便你怎么说好了。咱俩在火车上搞搞健康向上的、群众喜闻乐见的文化娱乐活动——打乒乓球，这时我们发现，无论是在火车上，还是在铁轨旁边的地面上放一张球桌打乓乒球，球都不会改变运动方式，该怎么飞就怎么飞，该怎么跳就怎么跳，一样服从牛顿定律。那么，相对于跳来跳去的乒乓球来说，是火车在动还是地球在动？
　　现在，我用手把乒乓球拿到球桌上方，松手。会发生什么事呢？
　　乒乓球从手里落到桌面上，跳起来，落下去，又跳起来，又落下去……好像很无聊哦……
　　球第一次落在桌面上，是一次事件，第二次落在桌面上，是另一次事件。我们来看看，这两个事件发生的时间和空间。
　　咱俩在火车上，会看见乓乒球直上直下地弹跳，在一秒钟前后，两次撞到桌面上的同一处。也就是说，在相隔约1秒钟的时间里，这两次事件是在同一位置，也就是同一空间发生的。还是很无聊啊……当然会这样了。
　　
【图7-5】在列车上观察，两个事件发生在同一个空间。
　　现在麻烦你下车，我再做一次，你看看会发生什么。乖，别撅嘴。马尔代夫哦。
　　你会发现，球落在一个点上，弹起来时，随着火车前进的方向，划出一道抛物线，落在30米外的另一个点上。因为火车在这1秒钟走了这么远。也就是说，同样在相隔一秒钟的时间里，两次事件发生的空间不同（相隔30米）！
　　完全相同的一个实验，两个不同的观测结果。只因为，观测者的两次观测位置不同。从观测结论的准确度来看，我们没法说哪个更准，车上车下都是对的！
　　
【图7-6】在列车外观察，两个事件发生的空间相隔30米。
　　
　　这还是在假定地球不公转也不自转的情况下得出的结论。不然，就不是30米的事了。你真忘了？
　　可见，我们的世界没有什么绝对静止。所以，我们不能确定某件事发生在某个空间，也不能判断在不同时间发生的两个事件，是否发生在同一空间。你看上句话和看这句话时，所处的空间已经相距至少2000公里了。
　　好，现在我们从马尔代夫返回，what? 你光顾看乒乓球了没见碧海银沙？太遗憾了。没见也不要紧，因为咱俩都知道了：没有绝对的空间位置。现在我给你出一脑筋急转弯，哪儿是马尔代夫？
　　
　　牛顿发现这一点后，感到很郁闷。因为他遇到一个严重的问题：上帝在哪？
　　他拒绝接受这一事实。
　　于是许多人都批评他的这种非理性信仰，其中最有名的是哲学家贝克莱主教，他认为所有的物质、空间和时间都是虚妄的（与我佛所见略同：一切皆为虚幻）。好事者把贝克莱的看法转告同样著名的约翰逊博士，他激动地找到一块石头，一脚踢上去，并大声地说：“我要这样驳斥它！”——我估计他是痛大于怒才那么大声。看看，那时的专家学者多可爱，萌死了。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:02
时间的困惑
　　
　　分析来分析去，终于找到亚里士多德和牛顿的共同语言：他们都相信绝对时间。
　　所谓绝对时间，就是在爱因斯坦之前，所有人类相信的那种时间：恒定、一维、一去不返。这种时间观念认为：
　　——你在我这借了1万块钱，过几天还我2万，这两件事，只要用质量上乘的钟表，不管谁去测量，这个时间的间隔都是一样的。
　　——时间和空间是完全分开并独立的。就是嘛，时间和空间有啥子关系，饿着肚子，住在天安门广场和住在扁壶胡同一样度日如年。
　　这就是绝对时间，它不仅与牛顿定律相协调，而且，与我们的日常认知相协调，大家把它作为常识。
　　前面说过，我们对事物的判断，多数源于日常生活的直观感知。比如，我们看见一块蓝布，会把这个颜色和它的本质联系在一起，我们没注意的是，它实际上是吸收除了蓝色光以外的其他可见光波，唯独把蓝色光波反射出来，才让我们看到它是蓝色——也就是这块布唯一抛弃不要的颜色。如果我们的眼睛也按照这块布的选择，将光的蓝色部分反射出去，而让其余部分落在视网膜上，那么，我们“看到”的就是那块布吸收的颜色混合体，由于去掉了蓝光而发红，也许这种颜色，才是蓝布“颜色”的本质。而这时，别人发现我们的眼睛泛着蓝光。
　　对时间的感知也是这个道理，在没有搞清时间的本性之前，所有人都同意绝对时间——它均恒地流逝，一去不返，对万物一视同仁，这种观念从人类有意识开始，一直持续到20世纪。那时，科学家们才逐渐意识到，和我们以前对空间的看法一样，我们对时间的看法也是不对的。
　　
　　是不是快崩溃了？发现自己一直在犯错误，是一件令人极其不爽的事。我们往往会因此产生抵触情绪，从潜意识开始，由内而外地保护自己的一贯看法，在做选择时不由自主地倾向于自己希望的观点。
　　这完全可以理解。因为，我们之所以是我们，关键在于自己的精神，或者说灵魂，是由记忆和对世界的各种认识、看法组成的，它们结合肉体，共同构成了独一无二的你和我，自己的看法全错误，岂不等于自己原本就是个错误？！这大概就是人们总是为了捍卫自己的思想而争执不休、乃至于大动干戈的原因。
　　为了世界和平，这个思想政治工作我来做。
　　我们前面说过，根据达尔文的进化论，物种在基因传递时会发生变异，其中一些更适合环境、对世界认识更趋近正确的个体，能够更好地存活和繁殖。这个过程，从另一个角度看，不正是基因对自身的不断修正吗？让自己以更“正确”的形式存在，不然就被淘汰。因此，不断修正自己，是生命的根本性质之一，是生存进步的必由之路。也就是说，生命不仅在于运动，更在于修正——其实从本质上看，运动也是让自己变得更健康更强壮的一种修正手段。
　　或许，生命的全部意义，就在于不断接近宇宙的本质。
　　我们从稚嫩的小盆友长成迷人的美少女、强壮的纯爷们；我们从天真无知的少年成长为久经考验、技术精湛、老奸巨猾的商人、打工仔、官员，适应社会，练就了一身谋生的本领。从内在到外在，我们都跟很久以前的那个自己截然不同了，但是，谁也没感到有何不妥，因为这是必须的。所以——
　　修正，让生活更美好。让我们一起来修正吧！
　　
　　罗嗦这么多，原因是，修正时间观念实在是一件困难的事，我们需要足够的心理准备。虽然我们现在看的科教片、科幻片多了，上学时物理老师、课本也告诉我们关于时间的本质，但敢拍着胸脯说“我真正理解了时空是怎么回事”的人又有多少？不会是多数人吧？
　　所以，在此，我谨代表至尊宝同志，向多年来始终坚持拍胸脯的同志致以亲切的问候和崇高的敬意，对你们、并通过你们对广大天才说三~~个字：我俩爱你们！如果非要在这份爱上加一个期限，我希望是：一万年。
　　一万年有多久？
　　不一定。
　　为什么？
　　亲爱的，这正是我们接下来要讨论的问题。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:03
第八章 智慧之光 （上） 路线与战争
　　
　　光程迷踪
　　
　　要讨论时间问题，光是无法回避的。它俩关系相当瓷实。
　　所以我特膜拜咱祖先的先见之明，老早就给咱们预备了一个将二者紧密关联的词：时光。
　　另外，光不仅与时间的关系掰不开，它和我们今后要探讨的几乎所有问题都分不开。因此，在我们修正时间问题之前，现在首先要做的是，认识一下光，它的家庭出身、本人成分、社会关系、政治面目……总之，它究竟是一种什么东西？它是不是东西？
　　说起来，光的确是一种很奇怪的东西。它能从那遥远的地方瞬间到达我们的眼睛，速度如此之快，撞到身上却一点感觉也没有。坚硬的陨石进入我们的大气层，由于速度太快，会被空气摩擦燃烧，多数被消失。而速度比陨石快N的N次方倍的光，却能够轻易穿越大气层，实现“软着陆”。我们刚要感叹光的霸气，却在不经意间，轻轻一抬手，不费吹灰之力就挡住了它无与伦比的脚步。还没来得及得意，又惊奇地发现，从手指缝漏出去的那束光，毫不费力地穿透了比我们的手硬N倍的玻璃……

天天见，天天纳闷，是一件超级纠结的事。于是，从人类成为人类开始，就一直在研究光，直到今天。回首望去，这是一条曲折坎坷、甚至硝烟弥漫的探索之路。
　　古希腊流行“四元素说”的时期，认为光是火的一种传递形式，而火是四元素之一，是一种又轻又小的微粒。也就是说，光，是一种无比细微的粒子流。但他们也就是一说，既没有理论依据也没有观测依据。
　　可圈可点的是，他们把对光的观测，还有猜测，都尽量用数学来处理。欧几里德总结了这些成果，比如：光线是直线；光线的入射角和反射角相等。但是，即使是这些今天看起来十分小儿科的讨论，也只是停留在经验上，没有上升到理论高度。
　　公元二世纪，托勒密请陈家村的王木匠做了一个工具：在一个圆盘上钉两把尺，就像钟盘和指针。他没把这玩意挂在墙上，而是把它一半泡进水里，一半露在外面，让一束光线顺着盘面，由空气射入水中。托勒密让那两把尺子分别与入射光线（空气里那束）和折射光线（入水后被偏折那束）重合……各种测，得到了一系列精确的数据，并从中发现，入射角和折射角之间有一定的规律，但是很遗憾，这个规律就像梦中那朵花，感觉很清晰，但走近它，却什么也看不见。
　　公元十六世纪，莫洛利克（意大利物理学家、天文学家、数学教师以及牧师）兴致勃勃地加入了“观光”队伍，他先是摆弄各种镜子，平面的、球面的，柱面的，锥面的……鉴定了它们对光反射的不同表现。他还指出，凸透镜能把光聚在一起，而凹透镜却能把光散开。可惜他没试试，让光一次通过这两个透镜会怎么样，不然，望远镜就提前诞生了。但是透镜原理也没白研究，他意识到，光在眼睛的晶状体（我们天生的两个凸透镜）中产生折射，聚在视网膜上，这就产生了视觉。他由此断定，近视或远视的原因，是我们的凸透镜出了问题，曲率过大或太小，造成聚光不能精确地投射到视网膜上。
　　莫洛利克还喜欢看彩虹，他最早指出，彩虹有7种颜色。这好像没什么了不起，现在小盆友们都知道嘛。但事实是，此前，人们普遍认为，彩虹只有3种颜色。为什么同样是看彩虹，却看出两个结果呢？因为彩虹有两种看法。
　　路人甲：“看，彩虹耶！”路人乙：“哇，果然彩虹耶！”然后继续打酱油。这是第一种看法，也是普遍看法。彩虹乍看上去，还真就是三种颜色：红黄绿，这三种颜色占的色带很宽，其他颜色占的色带很窄，彩虹本来就是透明的，它又总是在云雾缭绕、视线朦胧的时候才会出现，那时天空色彩交错，青蓝紫与天空颜色接近，分辨那些窄窄淡淡的色带就更不容易了。所以只有用第二种看法——长期地、较真地去观察，不怕耽误打酱油，才能分辨出七种颜色。
　　1567年，莫洛利克写了一本书：《论光》。但这本书直到他去世后30年，也就是1611年才出版。
　　1611年，开普勒也出版了一本书：《折射光学》。那时望远镜已经诞生3年了，小开在书中剖析了望远镜原理，还更准确地解释了视觉的原理，搞清了晶状体和视网膜的合作关系，并进一步指出，视力是大脑对视网膜受光刺激的一种感觉。大家歪歪脑袋眨眨眼睛一想，是这么回事，都欣然接受了。
　　只是，还有一件事，大家一直感到奇怪：太阳光穿过各种形状的小孔，投射到屏幕上的图像总是圆的！
　　没道理啊！是不是？
　　大家都表示是。
　　但是没道理的事经常结结实实地摆在我们面前，怎么办？
　　小开有个好办法：动手，不动口。他做了个实验。
　　他拿了本书代替发光体，用黑板代替屏幕，书和黑板间放了一个带角孔的屏，在书的一角系上一根线，代表光线，线的另一端系一根粉笔，穿过角孔，拉到黑板上，拉直这根线，让线擦着角孔的边绕行，猜猜粉笔在黑板上画出啥形状？
　　当然是角孔的形状了！沿着角孔的边绕行嘛。这说明，书角这个点发出的光，穿过角孔投射到屏幕上，应该是角孔的形状。
　　然后，小开解开系在书角上的线，在书的另一个位置系上，再重复上面这套规定动作，这回，黑板上又出现了一个角孔的形状，只不过位置不一样了。
　　有人开始打哈欠了。
　　要说小开也够无聊，他把线在书的每个位置都系了一遍！那套规定动作当然也重复了N遍（有人开始打呼噜了）。你猜怎么着？
　　当然是粉笔在黑板上画出了密密麻麻的角孔形状。
　　受不鸟，有人睡醒了拿起砖在手里掂量。
　　大家正在为围观这种无聊的事情后悔，突然发现，这些角孔形状重叠成了一个总的形状——就是那本书的形状！
　　咦？哦~~！众皆恍然大悟：那么，太阳光穿过小孔，投射的当然是太阳的形状了！
　　这个小开还是蛮可爱的嘛，我就知道他会鼓捣出些好东西来，这……这块砖谁掉的？
　　开普勒还继承了托勒密未竟的事业，想要找出光的折射定律，功夫不负有心人，他还真找到了一些规律：光从一种媒质射入另一种媒质，当入射角小于30度时，与折射角成近似固定的比，注意是“近似固定”哦。比方说，光从空气射入玻璃或水晶，这个比大约就是3：2。小开还总结出，如果入射角很大，比方说接近直角，这个比就不成立了。这种好像既有规律，又没规律的规律，让小开欲罢不能，他做了很多实验，想找到精确的折射定律，虽然实验方法正确，但没得到正确的结果。
　　上帝说，小开啊，给星星们立法已经很拽了，小光的事，就放放手吧！
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:03
%1621年，事情终于有了转机，威里布里德•斯涅耳加入到测光的队伍，他是荷兰著名数学家、物理学家。是什么家不重要，重要的是，他的特长正是实验和测量。1615年（一说1617年），他用第谷提出的三角测量法，测量出纬度相差1度的两个荷兰小镇之间的距离是107公里，这个值乘以360，得出地球圆周为38520公里，换算成半径是6134公里，只比地球平均半径6371公里偏差3.7%。比前人测得的数据精确多了。
　　斯涅耳测完地球跑去玩水，发现了一个所有人都发现过的有趣现象：水里的东西看上去比它的实际位置要高一点。于是兴致勃勃地开始研究光折射现象。实验的常用媒质，当然是价格便宜量又足的空气和水。他顺着托勒密、开普勒等前辈的目光看过去，没有更多的收获，就转移视线，终于发现了前辈们没有看到的东西。
　　光线从空气到达水面，在交界处发生偏折，在这个转折点上，斯涅耳划一条垂直于水面的线，叫“法线”。因为法线与入射光线都是直线，并且经过同一个点，所以这两条线决定了一个平面。斯涅耳发现，无论光线以什么角度入射，它的折射光、反射光都在这个平面上。这是第一个发现。
　　第二个发现是两条线长度的比例，一条线是光从那个转折点走到垂直的容器壁上的实际路程，另一条线是如果光不发生偏折、保持原始方向走到容器壁的虚拟路程，这两个路程的长度成一定的比例。顺着“两条线的比例”这根藤，斯涅耳一路摸去，终于摸到一个藏了千百年的瓜：对每一对媒质来说，入射、折射这两个角的正弦之比，是一个常数。他总结出了光的折射定律，也叫斯涅耳定律。注意，这个定律是通过实验和精确测量“总结”出来的，虽然结果正确，但没有任何理论推导，所以斯涅耳把它写在手稿里，没有公布。后来惠更斯看了他的手稿，这才揭了秘。
　　到这里，光线传播的三条基本定律已经出台：直线传播定律；独立传播定律（两束光相遇时，互不干扰，仍按各自的路径行走）；反射定律和折射定律。其中，折射定律的难度最大，技术含量最高，所以出现最晚。斯涅耳的发现，为几何光学的发展奠定了理论基础，有力推进了光学的发展。
　　后来，一个强人的加入，使几何光学变得完美起来。
　　费马。国家干部中超牛的数学家，数学家中鲜有的国家干部。为什么要用“超牛”和“鲜有”，而不用“最牛”呢？因为这个位置被牛顿占了。
　　1657年，费马发现，光在任何均匀的介质中，从一个点传播到另一点时，只走耗时最短的路径。并且，如果光反方向传播，不管折射反射的路径有多复杂，它一定还走这条路。
　　用一句话概括：光走最短的路径。
　　这就是著名的费马原理，它规定了光线传播的唯一的路径。从费马原理还可以推导出几何光学的三个基本定律。
　　人类对光程十几个世纪的探索，被费马一句话给概括了。从此几何光学走上了成熟和谐的康庄大道。
　　这不是费马最牛的一件事。
　　这个天才一生做了很多牛事，不说出来，实在对不起自己的良心。所以，在这里顺便八卦一下，权当是茶余饭后的消遣。
　　费马作为国家干部，虽然政绩不突出，但在业余爱好中，却玩出了国际水平。和咱的干部不同的是，人家马干部玩的是尖端学术。在微积分上，他的贡献仅次于牛顿和莱布尼兹；他还是解析几何、概率论的创立人之一；在数论上，他更是硕果累累。
　　马领导、马律师的业余爱好，成了多数职业数学家心中永久的痛。原因并不仅仅在于他玩出的巨大成就难以超越，更在于他玩出的花样让人牙根痒痒却又无计可施。他得出很多如雷贯耳的结论，却不肯发表，即使发表了，也恶作剧般的不肯拿出证明，至于你们能不能证明，我反正是证明出来了！然后，他就像一个残忍的制谜帝，只负责出谜面，不负责给谜底，得意洋洋地俯视着焦头烂额的解谜者。
　　十分渴望知道，却又肝肠寸断也算不出来，这次第，怎一个愁字了得！于是，一些资质一般般的数学家就说费马撒谎。这时，费马的国家干部做派就表露无遗：你爱说什么说什么，我就是不搭理你。不同的是，人家马干部真没撒谎。
　　每道谜题最终的结果，总是让那些说费马撒谎的数学家感到脸红，他提出的结论后来都被优秀数学家证明是正确的。于是，一道亮丽风景呈现在我们眼前：解开这个业余数学家的谜题，成了职业数学界的一种荣耀。
　　其中最著名的是费马猜想。1637年，马干部在研究《算术》时，突然想到一个命题，就顺手写在这本书的页边空白处：一个高于2次幂的数，不可能是同样次幂的两个数的和。翻译成公式就是说，在n大于2的情况下，zn不可能等于xn+yn。乍一看，这个结论好像相当的不靠谱，数字是无限的，就找不出几个数，让这个简单的等式成立一次？令人气急败坏的是，还真找不出来！最气人的不是这个结论本身，而是费马同志在命题后面接着写的一句话：
　　对这个命题，我已经有了一个非常美妙的证明，可惜这里空白的地方太小，写不下。
　　每个数学家看到这句话时，都跳了起来。
　　然而，跳是不解决问题的。对于科学问题，最好的办法是安静地坐下来一步步研究。于是，有很多不同的n被证明出来了，这个命题成立。但就是没人找得到普遍的证明——所有n，这个命题都成立。
　　270多年过去了。费马猜想，仍然是猜想。更是一个挑战。
　　如果有一种爱，是用恨来表达的，那么，几百年来，费马就沐浴在数学家们这种连绵不绝的爱里。
　　1908年，德国的实业家佛尔夫斯克终于忍无可忍，他决定跟费马拼了，拿出10万马克家产悬赏：在他逝世后100年内，谁第一个证明费马猜想，奖金就归谁。一时间应者云集，却都毫无悬念地都折戟而归。一战后，马克大幅贬值，悬赏的魅力也跟着贬值了。
　　但是，对于真正的数学家来说，费马猜想的魅力没有贬值，它成了数学家心中的一个梦。通往谜底的崎岖小路上，挤满了前赴后继的数学家。他们的努力没有白费，虽然没有得到费马猜想的证明，却得到了很多稀奇古怪的数学结果、甚至数学分支，比如代数数论等。这些副产品也是我们的宝贵财富。
　　80多年又过去了。1994年9月，英国数学家怀尔斯在N多前人工作的基础上，终于证明了费马猜想，从此这个猜想有了一个鼎鼎大名：费马大定理。整个数学界长舒了一口气，阳光顿时灿烂起来。
　　怀尔斯为此获奖无数，当然包括佛尔夫斯克奖金。
　　但是，怀尔斯的证明论文长达130多页（为了防止看出人命，我就不把原文贴在这了。给个地址：http://www.mat.puc-rio.br/~nicolau/olimp/Wiles.pdf）。这跟费马当初说的“页边空白太小写不下”的那个证明显然不是一回事，并且，怀尔斯证明所用到的数学工具，比如代数几何中的椭圆曲线和模形式，以及伽罗瓦理论、赫克代数等，在费马时代还没有诞生。所以，很多人还在怀疑，费马说的那个证明存不存在。如果真的存在那个简洁美丽到极致的证明，为什么全世界这么多聪明的脑袋瓜都找不到？
　　天呐，从费马在书页上写下那几行字时算起，一直到今天，370多年过去了，这依然是一个谜！这位“业余数学家之王”在天堂的浅笑，仍是无数职业数学家的梦靥。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:03
波粒大战
　　
　　让我们先把目光从马干部那胖乎乎、牛哄哄的笑脸上收回来，接着探讨光的问题。
　　光学几何完善后，我们可以对光的行踪了如指掌，但最根本的问题还没解决：它是什么？
　　
　　一直以来，人们都在沿用古希腊人的说法，光是一种微粒流，就像无数个小得看不见、轻得没质量的刚性球。光的反射、透射、折射，都可以用粒子流来解释，看过中国足球吧？别不好意思承认，敢看的人才是真的猛士。球踢到我方身上，反弹到对方脚下——反射；我方组成人墙，对方把球从墙缝里踢进球门——透射；球从我方守门员200米外的第一媒质空气中飞进球门，打到第二媒质网上改变了运动方向——折射。
　　但粒子流解释不了光学几何的第二定律：独立传播定律。两束光相遇时，互不干扰。
　　如果光是粒子流，那么，它们交叉和对射时，那些粒子为什么不相互撞得四处飞散？
　　想想几万粒足球集中对射会怎么样？当然相互撞得乱七八糟！
　　不过凡事都有例外，假设这对射的几万粒球都是咱国队员踢出来的，而球上都画着别国球门，那就一个都碰不上。
　　但是，咱国足球不是用科学能解释得了的，所以此例不算。
　　
　　1637年，笛卡尔在他的《折光学》中，用数学推导出了光的折射定律，这是折射定律最早的理论推导。他还试图从力学上证明光的反射、折射定律。提出，光可能是一种微粒，也可能是一种压力，就像声音那样，以波的形式传播。不同的是，声音是通过固体、液体、气体来传播，而光是通过一种叫“以太”的物质来传播。
　　说到以太，我们以后会详细了解，它在物理史中的地位，就像蒋干在曹操的赤壁之战中的地位。无论你怎么看他，也无法回避他造成的巨大影响。
　　波？粒？两个问号在笛卡尔飘洒的秀发上空盘旋，他骑在墙头，看看两边风景都不错，就是下不了决心选一边跳下去。
　　有一种痛苦，叫别无选择；还有一种痛苦，叫选择。
　　这两个问号，为后来的那场大战埋下了伏笔。
　　
　　17世纪的某一天，意大利。格里马尔迪，波仑亚大学的数学教授。这一天，阿迪没有研究数学问题，而是看着眼前那道光，把手里的细棍探进光束。阿迪眼前一亮，一向只会走直线的光束，并没有像预料的那样，被细棍齐刷刷地分隔成两半，屏幕上的光照处，只隐隐约约出现小棍的淡淡倩影，让他几乎以为，小棍本来就是那样朦胧。这说明，部分光线绕过了细棍，到达屏幕上本该被细棍遮住的影子区域。
　　水波、声波遇到障碍物或者小孔，可以通过扩散的办法，绕过障碍物继续传播，这种功夫叫做衍射，也叫绕射，是波族的独门绝技——幸亏子弹没这本事。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:04
【图8.3】水波衍射
　　莫非…..光也是波？！阿迪为自己的推测激动起来。
　　为了稳妥起见，他做了一个实验：让一束光穿过一个小孔，照到暗室里的屏幕上。我们都知道，屏幕上的光影比小孔大。它扩散了。
　　为了更加稳妥，他又做了一个实验：让一束光穿过一个小孔，接着再穿过一个小孔，照到暗室里的屏幕上。这时，屏幕上的光照边缘出现了明暗条纹。这是衍射无疑。
　　阿迪从实验得出结论：光是一种波动的流体，光波的不同频率，产生不同的颜色。他提出了“光的衍射”概念。
　　光是波的说法，完美解释了两束光相遇时，可顺畅穿过而不被撞散的现象。也可以解释透射折射反射现象。
　　阿迪还发现，金属板上的划痕所反射的光，投射到屏幕上，会产生斑斓的色带，他想到，鸟的羽毛和昆虫翅膀被光照时，也闪烁彩光，它们应该是一个道理。这个发现，是后来发明反射光栅的引子。
　　阿迪把他对光的研究写成了一本书：《关于光、色和虹的物理数学研究》，这本书于1665年出版。这时，阿迪已经去世两年了。
　　光的波动说虽然只是点燃了星星之火，但它的光芒却笼罩了微粒说的半壁江山。
　　这是两支实力相当的游击队。虽然粒军建队比较早，资格比较老，但根据地比较薄弱，没什么新发展。而波军凭着一个衍射实验，便异军突起，雄踞一方，虎视微粒说的古老领地。但为了维护“和平与发展”的世界格局，两支游击队各安一方，参军退伍，任君选择。
　　1663年，英国皇家学会的元老波义耳说了一句话：颜色与物体的自身属性无关，它只是光照在物体上产生的视觉效果。他还首次记载了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹。这是一个新结论，也是一个很正常的结论，但波军和粒军都试图占领这块新阵地，由此引发了争论：
　　颜色是什么？换句话说，光是什么？
　　粒军：光的直射反射折射自古以来就是我军的固有领地，早在古希腊时期，我们就开始在那里进行大量的测量和计算活动，断断续续传承至今。波军不请自来，我军表示坚决生气和强烈郁闷。关于颜色的问题，我军认为，我们看到的颜色，就是光微粒本身的颜色，什么颜色的微粒射入我们的眼帘，我们就感觉到什么颜色。
　　波军：用波动说统一光的直射反射折射还有衍射，是大势所趋，人心所向，是广大人民群众的共同愿望。对于颜色的问题，我方认为这根本不是问题，光波的不同频率，产生不同的颜色。阿迪玩的光衍射实验就是证明，波义耳玩的肥皂泡、玻璃球中的彩色条纹也是证明。历史将证明，我们的理论是伟大光荣正确和不可战胜的。
　　粒军：那么，水波靠水传播，声波靠空气等传播，贵军的光波靠神马传播呢？
　　波军：揭短是吧，好啊！那两光相遇不被撞散，还有光的衍射，贵军能否给个解释先？
　　同时被对方击中软肋，双方都很尴尬。
　　阿粒进三步，小波便退三步，都站着；小波进三步，阿粒便退三步，又都站着。两支孱弱部队的战争，并不比阿Q和小D的战斗更高明。正僵持间，一个强人加入了波军。
　　胡克。
　　这个天才重复了阿迪的光衍射实验。还用自己制造的显微镜，观察了各种透明薄膜的色彩，包括肥皂泡、云母、玻璃片间的空气层及水层等，发现颜色变化是有规律的，随着薄膜厚度的变化，光谱出现周期性重复。根据这些观察，他得出结论：“光是以太的一种纵向波”，光波的频率决定了颜色。光波在薄膜的两个内表面之间反射，由于薄膜厚度不均，光波反射的距离不断发生变化，各种频率的光波交错重叠、相互作用，在某些部位相互抵消，在某些部位相互增强，就产生了缤纷的色彩。这个解释很美妙。胡克把它写进他的得意之作《显微术》，于1665年发表。《显微术》把一个全新的微观世界展现在人们面前，包含了“细胞”等许多令人惊奇科学发现，为胡克带来了巨大的声誉。光的波动说也随之得到广泛传播和认可。
　　胡克的加入，使波军由游击队升级为正规军，要理论有理论基础，要试验有实验支持，要组织有组织保证，一路攻城略地，锐不可当，历史悠久的粒军一下子变成了弱势群体。
　　战争，实力才是王道。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:04
1672年，一个年轻的小角色卷进了这场战争。他提交了一篇名为《关于光和色的新理论》的论文，里面谈到一个实验：
　　让阳光从小孔中进入暗室，透过一个三棱镜，投射到屏幕上，我们会看到一个七色彩带。
　　年轻人解释道：光是一种微粒，三棱镜能把不同颜色的光微粒分开，就得到了那个七彩色带；我们用凸透镜把这个七彩色带聚焦，它又会变回白色，这就是说，各色光微粒合在一起，就是白光。
　　当时如日中天的胡克一看，这个结论与自己的波动学说完全不同，这还了得？！于是，在皇家学会评议委员会上，胡克拉上波义耳，很干脆地否定了这篇论文，还给予了尖锐的批评。
　　年轻人的脸被批得七彩交集。
　　按说，粒军有了胡克和波义耳这两员大将领衔，波军这支游击队应该被打成小股流寇了吧？
　　错了。
　　因为这个被批的年轻人不一样，His name is 牛顿。你知道，那个实验当然就是著名的色散实验了。
　　本来，牛顿同学对波动说没什么反感，他只是由棱镜实验提出一个可能：白光是各色微粒混合而成。没想到啊没想到，胡克你不同意也就罢了，还批评得那样尖锐，好吧，尖锐我也忍了，谁让你是领导+前辈呢？可是，可是你居然说我论文中“色彩的复合”是窃取了你的思想！好过分哦！子是怎么曰来着？是可忍，孰不可忍？！你以为只有你胡克小心眼吗？我牛顿也……好吧咱们走着瞧！
　　从此，牛顿视胡克与波动说如仇敌，义无反顾地担任了粒军的主帅。他开始在几乎每一篇涉及光的论文里，都毫不留情地打击波动说。
　　虽然大家都感到火药味很浓，但谁也没见过牛胡二将拆招。他俩学者风度十足，从不在公开场合当面唇枪舌剑，除了在相关论文中，有理有据地否定对方理论外，其余的交锋只通过信件私下进行，从不牵涉第三者。并且，双方的措辞都相当绅士，语气和缓，相敬如宾。从这时起，直到胡克去世，二人鸿雁传书，不亦乐乎，恨海情天，名句迭出。这里摘录牛写给胡的一段，与君共飨：
　　笛卡尔迈出了漂亮的一步，而您，则推进了N多方面的发展，特别是，把薄膜的色彩也引入了哲学范畴。如果说我看得比较远，那是因为我站在你们这些巨人的肩膀上。
　　谦谦君子，莫过于此啊！
　　体貌直逼时迁的胡克读到后面这句，鼻子当时就歪了。
　　可是，这句巧妙尖刻的挖苦之言，却被作为科学巨人的自谦之语，为后人津津乐道，流芳至今。历史啊，教我如何说信你？
　　牛顿固然强悍无比，但这时还没成气候，而胡克正处于巅峰时刻，加上双方关于光的理论体系都不完善，所旗鼓相当，战争进入胶着状态。关键时刻，又一个强人加入了战斗。
　　克里斯蒂安•惠更斯。
　　前面说过，他是史上最著名的物理学家之一，同时还是天文学家、数学家。他在力学、光学、数学、天文学等领域均有杰出贡献，是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱、近代自然科学的重要开拓者之一。向心力定律、动量守恒原理等都是他的手笔。
　　这位荷兰天才年纪轻轻便受人尊敬。1663年，小惠被英国皇家学会聘为第一个外籍会员。1666年，法国皇家科学院刚刚成立，便迫不及待地邀请小惠出任院士。
　　其实，小惠并非不宣而战，他早就表明了立场，只不过，他花了更多的时间在磨刀。虽说艺高人胆大，但，真正的高手，从不草率行事。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:04
1662年，惠更斯去英国访问时，结识了牛顿和胡克。那时，小惠已经是大名人，他很赏识名人小胡同志，以及小名人小牛同学。天才们难免惺惺相惜，他们相谈甚欢。不过，话题进入到光的本性时，三个人产生了分歧。小牛同学与小胡同志的意见相反。小惠那时虽然没有对光做深入研究，但他一分析，觉得小胡同志的意见比较靠谱。
　　可是，科学这个事，就得科学对待，不能搞少数服从多数，也不能搞民主集中制，没有足够的证据，便谁也奈何不了谁。这是合理的。否则，科学就会办成科室。
　　互相搞不掂，就只好各自回营，另做主张，以图后计。
　　
　　1666年，小惠来到法国皇家科学院后，开始把更多的精力投入光的研究。
　　他把格里马尔迪等人的光学实验又做了N遍，发现很多现象如果用微粒说来解释，就好比很多人祸非要用天灾来解释一样，无法自圆其说。但是用波动说解释起来，就靠谱多了。
　　然后，小惠在胡克理论的基础上，完善和发展了波动说，提出了更完整的理论：
　　首先，光是一种波。是一种什么波呢？机械波，就是机械振动在介质中的传播。
　　其次，光以什么介质为载体来传播呢？以太。
　　再次，光是一种纵向波。所谓纵向波，就是振动方向与传播方向相同的波，比方说空气里的声音，是空气分子沿传播方向往复振动产生的波。那么，横向波，当然就是振动方向与传播方向垂直的波了。比方说水波，它沿水平面传播，但振动方向是垂直于水平面的，上下往复，这就有了波峰和波谷。
　　最后，波面上的每个点，都可作为引起介质振动的波源。这就是著名的惠更斯原理。
　　根据这套理论，小惠证明了光的反射定律和折射定律，还解释了光的衍射、双折射等现象。
　　小惠不出手则已，出手就惊人，这套动作稳扎稳打，步步为营，看似不疾不徐，但劲道雄浑，绵绵不绝，如巨轮启航，势不可当！
　　但，一座冰山挡住了去路。
　　牛顿。
　　1675年，小牛同学拿起一块曲率半径很大的平凸透镜，把它的大肚子顶在玻璃板上，让白光透过凸透镜和玻璃板，猜猜看发生了什么？这是一道选择题：
　　1.光被聚焦，出现一个亮点。
　　2.光被重整，出现靶状彩色同心圆。
　　3.光被扩散，出现一个放大变暗的圆。
　　4.光被分散，出现一条七彩色带。
　　哈哈，您还真划了？I服了U，划对了，答案是2。
　　没错，牛顿看到一个个彩色的同心圆，环环相套，组成一个美丽的靶，靶心就在凸透镜与玻璃的接触点上。
　　那么用单色光入射，又会怎么样呢？当然靶还是那个靶，只不过，没那么多色彩了，是那种单色光明暗相间形成的同心圆。
　　这就是著名的牛顿环。（奇怪，我怎么想起太上老君的金刚琢了？）
　　这种奇怪的东西为什么会降临人间呢？牛顿解释道：
　　每当光线通过折射面时，它就会瞬间改变自己的状态（我们简称之变态）；通过折射面后，又开始复原，而复原是为了顺利通过下一个折射面。就像恋爱、受伤、复原、再恋爱。
　　但是，当反射折射透射的频率非常高、速度非常快时，就会出现这种情况：光还没等完全复原呢，就遇到下一个折射面，这时，光更容易被反射。这就好比你失恋了，身心俱疲失魂落魄，不等恢复当日风采，就开始追求下一个，当然更容易被拒绝了。牛顿把两次复原的距离称为“阵发间距”。
　　凸透镜面与玻璃板面之间，距离均匀变化，光穿越它俩时，一阵容易反射，一阵容易透射，经过它俩复杂而又有规律的反射透射折射，光微粒在不同半径分布不同，就形成了美丽的牛顿环。
　　这个理论解释了牛顿环，就意味着它也能解释云母、肥皂泡等薄片的彩光现象。
　　也就是说，波军赖以生存的根据地要失守！

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:05
居然能用微粒说解释波干涉现象，这种牛事，也只有牛顿这种牛人，才做得出来。
　　该理论虽然体积庞大，结构复杂，但使用效果还是蛮不错的。
　　杯具了。波军一班伟大棋手的脸一阵痉挛，又做不出什么别的表情，只好习惯地挤出淫贱的笑：要不，咱共同开发？
　　管他波波粒粒的，大家和和气气、有得棋下才是真。走什么子不要紧，要紧的是姿态！要是一般人，这样也就过去了。观棋不语真君子嘛。
　　可恨的是，偏偏小惠不一般，而且很不一般。
　　小牛同学放出的这座冰山固然威武雄壮，但小惠启动的那艘巨轮，不仅体大能容、威猛能行，它还有个兼职：破冰。所以它的芳名既不是巨轮，也不是破冰船，而是破冰巨轮！
　　破冰巨轮很快找到冰山的软肋——一条大大的裂痕。
　　小牛同学的理论虽然解除了人们对牛顿环的疑惑，但作为科学理论，它太麻烦。就好比设计一套复杂的连锁机关打鸡蛋，看起来眼花缭乱，技术精湛，其实效果还不如拿起鸡蛋磕一下。简洁，是自然真理的重要特征。这个，地球科学家都知道。
　　光透过折射面时，为什么要改变状态？
　　光透过折射面后，又凭什么恢复状态？
　　小牛同学含糊地应付道：“至于这是什么作用或倾向，它是光线的圆圈运动或振动，还是介质或别的什么东西的圆圈运动或振动，我在此就不去探讨了。”
　　小惠一看，这样也行？不给力啊！别看牛顿环 made in 你们粒军统帅，可不幸的是，它不是你们粒军的武器，反而是我们波军的有力证据！
　　无间，从这里开始。
　　牛顿环现象，与格里马尔迪同志解释的薄膜色彩是一个道理，小牛同学所说的那个复杂的“阵发间隔”，其实很简单，就是光的波长。与肥皂泡、云母等薄片的区别是，凸透镜与玻璃板之间，两个反射面的距离变化更有规律，所以光的分布也更有型，变成了帅帅的牛顿环！
　　1678年，惠更斯完成了《光论》，将其提交给法国科学院，还公开演说，反对微粒说。顺便提出了那个著名的问题：如果光是微粒，那么，光相遇时，微粒们为何不相互撞得四处飞散——难道它们都懂得右侧通行，而且有临时协警维护秩序？！
　　《光论》于1690年出版。

波军就这样保住了岌岌可危的根据地。
　　但，这是一片有争议的领地。
　　强大的惠更斯没想到，他的破冰巨轮设计有缺陷。而且，按照惯例，是祸，就不好意思单行的。
　　两大缺陷。后来随着粒军的穷追猛打，以及波军的自检自查，逐渐浮出水面。
　　惠更斯发表论文和演讲时，英吉利海峡对岸，小牛同学似乎什么也没听到。因为另一个声音吸引着他。
　　刀和磨刀石缠绵悱恻的幽幽之声。
　　懂得磨刀的高手，不只是小惠。
　　
　　惠更斯轰轰烈烈破冰前行、大搞波军复兴运动时，牛顿也没闲着，他在闭关修炼，悄悄地建造他的超级航母，身稳甲厚，你亮倚天剑，我置屠龙刀，一一化解波军的杀招。但抵御和化解不是目的，目的是消灭。所以，这不算完。牛顿给这艘超级航母配备了一颗超级核弹。这才满意地端详起他的大作来。
　　可以开到波方大陆架上去了吧？
　　不。
　　坐拥大规模杀伤性武器的牛顿不动声色。他在等待。
　　等待那个最佳时期，一击制胜。他不想打持久战、拉锯战、地雷地道麻雀战。
　　1687年，人类科学史上划时代的伟大著作——《自然哲学的数学原理》横空出世，地球人都知道，作者是牛顿。物理帝，不，科学帝！世界为之倾倒。
　　那航母，可以开到波方大陆架上去了吧？
　　不。
　　已经坐定“史上影响力最大的科学家”位置的牛顿，依旧按兵不动。
　　1695年，惠更斯逝世。
　　1703年，胡克逝世。这一年，牛顿被推选为英国皇家学会会长。
　　用不着航母了吧？
　　不，启航！

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:05
1704年，牛顿拿出珍藏N久、修改N遍的一部手稿，正式出版发行，它的名字简洁而有威仪：《光学》。
　　这就是那艘超级航母。
　　它配备了各种新式理论武器，攻击力达99！并且基础厚实，理论各部都有实验支持，所以防御力也是99！！观其形，可知牛顿行事之谨慎；赏其技，可叹牛顿用心之良苦；品其能，可见牛顿决心之坚定！
　　航母直接开到波方军港，当头就是两炮。
　　第一炮：纵波类比。您说光是一种纵波？好吧。它的纵波姐姐——声波可以绕过障碍物。您在墙的一面说话，我在墙的另一面的任何位置，都听得到（当然这面墙不要太长，如果是长城，您在山海关喊破嗓子，我在嘉峪关的同一面，也听不到）。既然大家都是纵波，那么，就让你们的光波也学学人家声波，绕过障碍物，从此以后不要产生影子了。不然，就把光开除波籍，归我粒族。
　　第二炮：双折射。您只分析了过程和结果，它产生的根本原因，您解释不了吧？
　　说起这个双折射，话就长了。我们知道，有些东西，它在不同方向上，某些性质也不同。比方说您突然爱心泛滥，抚摸您家小刺猬，顺刺摸，很滑很顺利，您和刺猬都舒服；逆刺摸，那完了，又扎又别扭，刺猬不舒服，您更不舒服。这种不同方向有不同特性的现象，叫做“各向异性”。一些晶体就是这样，沿晶格的不同方向，原子排列的周期、疏密都不太一样，见过骰子吧？把一个玻璃骰子看成晶格，把点数看成原子，就明白了。这就导致它不同方向上的物理、化学性质不同。
　　冰洲石，也就是无色透明的方解石，就属于这样一种晶体。光透过它，会被折射成两股——我们透过它看到的东西重影！这就叫“双折射”现象。

惠更斯在《光论》中，是这样解释双折射现象的：
　　根据惠更斯原理，光入射到晶体时，晶体微粒就成为传递光脉冲的“次波源”。
　　各项同性的次波源，只发出一种球面次波，朝一个方向传播。
　　各向异性的次波源，发出球面、椭球面两种次波，只好沿两个方向传播。
　　据此，小惠还做出了精妙的几何图解，精确计算了光被分裂成两束后的折射方向，可谓功德圆满。
　　真的很圆满吗？牛顿问，作为一种纵波，光凭什么让它的次波源发出球面、椭球面两种次波。您能解释吗？
　　波军对着高山喊：惠经理！山谷回音：他刚离去……
　　惠更斯躺着不说话。
　　这两颗重磅炮弹把波军轰懵了。早知今日，不如共同开发……瑟瑟秋雨中，有人含泪道。
　　牛帅，收兵？
　　No！把那颗炸弹也扔过去！
　　质点力学。
　　牛顿说，物质都是由微粒组成，光也是。这些微粒的运动规律，用质点力学可以搞定，而质点力学遵循的是牛顿定律！
　　牛顿定律是什么？是经天纬地的金科玉律！
　　开了这么大一个挂，你无敌了！不带这么玩的。
　　这就是那颗核弹。
　　波军彻底崩溃了，他们无助的眼神瞄向胡克和惠更斯。
　　胡克和惠更斯情绪暴稳定，异常正常，纷纷表示关我P事，俺现在专职睡觉，酱油都懒得打。
　　这就是为什么牛顿要耐着性子等到这个时候发动总攻。无人招架啊！
　　什么样的进攻最有制胜把握？
　　不是最凶猛的进攻，而是无人抵挡的进攻。
　　一个理论，或者别的什么主张，有人及时提反对意见，这是好事，因为反对意见实际上是一种最好的检查和维护工作，最有利于事物的修正和完善。
　　在科学界，这类例子更是一抓一大把。很多如雷贯耳的科学理论，都是经过“批评→修正→争论→完善”这些千锤百炼的过程而走向辉煌的。这方面最负盛名的就是量子论，爱因斯坦和波尔的世纪论战，就像赤道炽烈的阳光和丰沛的雨水，催生了量子力学的热带雨林。这是后话，以后再提。
　　如果胡克和惠更斯在世时，牛顿指出波军的软肋，说不定这两位天才会妥善解决问题，修正完善波动说，使之屹立不倒。
　　但牛顿居然忍住没说，直到他们再也无力解决任何问题时，才把问题提出来。
　　于是波军全面溃败，被扔进历史的角落，粒军一统天下。
　　这一统，就是一个世纪。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:06
作为战略战术，牛顿的做法堪称完美，技术含量高，应用效果好。得了便宜还顺便卖个乖：避免与胡克冲突。大度啊！遗憾的是，那时诺贝尔还没出生，不然这和平奖……
　　完胜。
　　作为科研工作，这种做法不地道，也不厚道，不值得提倡。它不利于科学理论的健康协调可持续发展。
　　如果说，这个过错与牛帅的功绩比起来，实在不值一提的话，那么，接下来发生的事，就无论如何也说不过去了。
　　牛顿剥夺了胡克在光学上那一席之地的使用权。这还不算完，身为皇家学会的主要领导干部，他把胡克的相关信息列为敏感词，拼命屏蔽，可怜的小胡逐渐淡出人们的视野，声望降至冰点。
　　为了防止胡克死灰复燃，牛会长抓住皇家学会拆迁的有利契机，利用职权，使胡克的收藏啊、仪器啊、文件啊等珍贵文物被丢失，连胡克仅有的画像也未能幸免！这事在前面提到过。
　　2003年，一位历史学家宣称找到了胡克画像，但经辨认，那是比利时化学家海尔蒙特的画像。在一份幸存的文件中，有胡克的封印，封印上有个头像，但没法认定它就是胡克的头像。
　　于是，到目前为止，胡克在后人心目中，一直是一个矮小模糊的影子，也许将来，或者永远也无法清晰起来。
　　
唉，要不要这样凶狠这样残忍啊？牛爷，让俺说您什么好！
　　不过，牛顿固然狭隘，胡克也不是没有责任。
　　胡克用他的彻骨之痛告诫我们：压制后辈实在是一桩不划算的买卖，而压制才华横溢的后辈，更是取百害而拒万利的蠢事。
　　首先，这耽误工作。不过对压制者来说，这倒不十分要紧。既然压制了，就没把工作当回事。何况，工作早晚有人去做。
　　其次，压制人家，招来仇恨的概率是100%。而人，总是要老的。子是怎么曰来着？以德报怨，何以报德？！你老了，人家正当年，所以，招来报复的概率低也低不过50%。这就很要紧了，这是多大的风险啊，简直是在自掘坟墓！
　　这样看来，遇到略有瑕疵的后辈人才，能点拨抬举一下，相当于给自己买了潜力不错的原始股；实在看不顺眼，就别招他，大路朝天各走一边，戒恶也算积德了；你非要堵人家的路，那就先掂量掂量自己的后路，别看宽度，看长度。
　　扯远了是吧？其实不远。无论是政治还是科学，怀一颗开明之心，广纳异见，是利己利人的双赢之道，是利国利民的万用之方。
　　牛爷《原理》一出，人类科学史乃至整个文明史就翻开了新的一页，其影响所及，遍布自然科学的所有领域。人们对牛爷的倾慕之情连绵不绝、泛滥成灾。无以言表之际，只有顶礼膜拜。
　　常言说得好，拜屋及乌。大家顺便也把《光学》也给膜拜了，重复牛爷的实验，验证牛爷的理论，成为一种时尚，大家纷纷表示坚持牛爷的标准答案一百年不变，并郑重指出：凡是牛爷提出的观点，我们都坚决维护，凡是牛爷的理论，我们都始终不渝地遵循。
　　眼看快到100年了，同志们欢欣鼓舞，开始筹备“迎接伟大光荣正确的牛家微粒光辉思想稳定100周年大型焰火歌舞升平团拜会”，领导致辞写好了，焰火招商的事都内定了，搬运焰火的临时工也雇齐了，甚至晚会上准备颁发的“科学脊梁奖”的金脊梁奖杯都定制了，纯银包金……万事俱备，只欠报销。
　　但是，偏偏在这个节骨眼上，有人不开眼，不长眼，跳出来搅了一通浑水，破坏了在微粒思想的光辉指引下，伟大光学事业团结统一的大好形势。
　　是谁这么大胆，竟敢冒天下之大不韪？！
　　
　　托马.杨。
　　
　　一般介绍说他是英国医生、物理学家。其实这样介绍也不太准确，因为他不仅在医学界是权威，在物理界是英才，而且在工程、语言、考古、艺术等方面也都玩出了水平，超一流的水平。
　　这其实是一个天才玩主。或者说是超级玩家。花朵时期的成长经历：
　　2岁会阅读，从此狂爱读书，很遗憾那时没有欣闻连播、良民曰报和参考的消息。
　　4岁能熟练背诵大量英国诗歌和拉丁文诗歌。
　　6岁前已将圣经看过两遍，还会用拉丁文造句。
　　9岁掌握了一门手艺——车工，自己DIY一些物理仪器。注意，不是厨卫用具，而是物理仪器，它跟两个字密切相关：精密。
　　14岁前，掌握10多门语言。奇异之处不止于此，他不仅对这些外语当前时代的听、说、读、写样样精通，还对它们的古文颇有研究！
　　15岁左右学会微积分和制作显微镜与望远镜；
　　中学时期，读完了牛顿的《原理》、拉瓦锡的《化学纲要》等科学著作。
　　19岁，到伦敦学医，并涉猎音乐、绘画等艺术。
　　21岁，由于研究了眼睛的调节机理，成为皇家学会会员。
　　22岁，到德国格丁根大学学医。
　　23岁，取得医学博士学位。
　　……
　　人送绰号“奇人杨”。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:07
小杨兴趣广泛，涉猎力学、数学、光学、医学、声学、语言学、动物学、埃及学等风马牛不相及的多种学科，在光波、声波、流体动力、造船工程、潮汐理论、毛细作用、测量引力、虹的理论、生理光学等方面做出贡献。
　　除了纯粹的科学，他居然还是保险经济问题、航海天文学方面的专家，可以作为一个不错的职业来养家。
　　更让人羡慕嫉妒恨的是，把这么多门学术搞得出类拔萃的同时，他还有精力研究艺术，他画画得好，几乎会演奏当时的所有乐器，擅长骑马，并且会玩杂技走钢丝！
　　他的主要贡献：
　　杨氏双缝实验，被评为“物理最美实验”之一。
　　杨氏模量，用来测量物体的弹性。
　　视觉和颜色，生理光学创始，提出人眼会自动调节以适应所见物体的远近。提出三原色原理 。
　　医学，在血流动力学方面贡献突出。
　　语言，对400种语言做了比较，提出“印欧语系”。
　　考古，最先尝试翻译埃及象形文的欧洲人之一。由于他的成果，诞生了一门研究古埃及文明的新学科。
　　说了这么多，是因为我偶尔看到网上有人专门说这个天才的一个实验造假，而这个实验正是我们下面要介绍的。这种奇才，在一个人人都能拿过来试试真假的简单实验中造假，那就不是脑子进水能解释得了的了。
　　双缝实验。
　　那是在1801年。
　　托马斯•杨在实验室里玩，玩具是三块板子。像我们小时候一样，他很淘气，让三块板子面对面立起来排好队，还把其中两块板子弄破：第一块钻出一个细孔，中间那块搞出两道平行的细缝，饶了第三块不破。
　　然后，他拉上厚重的窗帘。海内外著名青年诗人罗玉凤（笔名凤姐）的两句诗就变成了现实：
　　天还没有黑。
　　天已经黑了。
　　黑暗中，托马斯•杨拿起刀，不，他点燃了一盏灯。将它放到钻孔的板子前，灯光透过小孔，射到中间的板子上，透过两条细缝，投射到完整的板子上。
　　猜猜，我们会看到什么？这又是一道单项选择题，请在下面的答案中选一条你认为正确的划“√”。
　　1．        两道细细的、平行的光条，它俩亮度相同。
　　2．        很多光条，明暗不一。
　　3．        一个亮度均匀的光块。
　　4．        一个光块，两道光交叉的地方比较亮。
　　5．        一个光块，两道光交叉的地方比较暗。
　　您划的真是越来越顺手了！划在哪个答案上了？
　　对了，答案还是：2。

是的，托马斯•杨看到了很多光条，他数了数，不止五道杠，而是N道杠。
　　你说这是为什么呢？
　　小杨解释道，这是纵波相互扰动的结果。
　　要了解纵波扰动，咱还真得先大概认识一下纵波。我们从声音开始，因为有相当熟悉的空气做媒，理解起来很方便。
　　我们知道，声音也是一种纵波，空气分子有规律的振动，就产生了有规律的挤压，让空气产生有规律的疏密变化，并向四周传播，这就是我们听到的声音。我们管它叫声波。
　　声波的职业是简单重复劳动，“密→疏→密”，或者“疏→密→疏”，就完成了一次振动任务，术语叫一个振动周期。一个振动周期所传播的长度，就是声波的“波长”。
　　在1秒钟内，完成振动周期的次数，叫频率。不管声音的波长是多少，它在相同介质内，传播的速度都一样（1个标准大气压，15℃，音速是340米／秒）。
　　所以，波长越短，频率越高。这很好理解，姚明和潘长江一齐跑步，姚明一步3米，潘长江一步1米，要在相同的时间内，跑完相同的距离，谁的频率更高？换句话说，谁需要更多步跑完？当然是潘长江！波长（步子）越短，频率（步数）越高。他的两条小短腿要紧着倒腾才行。
　　波长决定了声音的“音高”。所谓音高，顾名思义，就是声音的高度，它不是声音的大小，而是我们平常说的声音的“粗细”。波长越短，频率越高，其音高也就越高，也就是声音越“尖”，反之，声音越粗。女人声音的波长，比男人声音的波长要短一些，所以听起来“尖”一些。吵架，男人通常不是女人的对手，除了女人天生的语言能力，以及神奇的跳跃式思维以外，我想，或许音高也是一个重要因素？
　　声音的大小是振动幅度，也就是疏密对比的程度决定的。疏密对比越强，声音越大；对比越弱，声音越小。
　　那么，两波相遇，是不是大~~者胜？
　　不一定。因为声波是可以相互穿越的。
　　我们人耳在听到一大一小两个声音时，往往忽略掉小的，这并不表明小的声音消失了。它不仅没消失，而且极有可能没有减弱，甚至在某些地方，借助大的声音加强了！因为声音是空气有规律的“疏”、“密”变化。所以，当两道声波的“密”遇到“密”，就会更密，相当于正数相加；当然，当“密”遇到“疏”，就是正负相抵，相互减弱。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:07
“你你你说谁错了？”无数双错愕的眼睛盯着小杨，全都怀疑自己听错了。搞得小杨一时以为自己说错了。
　　“你火星来的吧？” “知道牛顿是谁不？”人们期待着小杨给出另一个答案，心砰砰地跳着，这是小杨的一个机会，也是大家的一个机会。
　　“牛~顿……错了。”小杨弱弱地说。被无数双异彩纷呈、内涵丰富的眼睛盯着，任谁也要心里发虚。但小杨还是说了心里话。
　　“胡说！胡说！”有人害怕了，害怕得愤怒了。要是让领导听见，此处如此不稳定，岂是尿一裤子就能过关的？！
　　“胡说胡说胡说！！”他们企图用异口同声的重复掩盖这不和谐的一幕。
　　“胡克已经不在了。”有人提醒道。
　　“那……你造谣！”“永远伟大光荣正确的牛爷怎么会错？！”大家七嘴八舌，义愤填膺，恨不能把那一挂忠心义胆，捣碎了涂在脸上，招摇成一面引领导瞩目的旗帜。
　　“可是，你们看看这美丽的干涉条纹，如果光不是波，它怎么会这样？如果光是微粒，它又怎么会这样？”小杨苦口婆心地解释，“难道，微粒们参加过朝鲜高清人肉LED训练，走路不列队踢正步，都不好意思跟人家打招呼了？”
　　大家闻言愕然。
　　“马上快对100年了，怎么会突然错了？上面出什么事了？有内幕消息没？小道的也行。”有人动摇起来。
　　“闭嘴！闭嘴闭嘴全都闭嘴！！即使上帝错了，牛爷也不会错！！！他也不能错！！！他错了，我们怎么办？！人类怎么办？！！地球怎么办……银河系、麦哲伦星系和仙女座几亿亿亿受苦受难的阶级兄弟怎么办？！！怎么办怎么办怎么~~~办？！！！！”此人涕泪滂沱，一式咆哮问天，更是深得马教主真传，惊得小杨险些放弃观点。
　　“但是，他的确错了。”小杨无奈地叹了口气说：“尽管我万分仰慕牛顿，但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。”这句话，他写入名为《关于声、光的实验问题》的论文，提交给英国皇家学会。他还在英国皇家学会的《哲学会刊》上发表论文，解释了“牛顿环”和自己的实验，提出了光的干涉的概念和定律。注意，定律哟！
　　这是战书。也是战鼓。
　　波军的灵魂从历史的角落聚拢、复活。
　　粒军从百年前就守着牛爷的超级航母，以为靠这个就可以仙福永享、寿与天齐、千秋万代、一统江湖。所以这些年干的事，不是招贤纳言，发展高新科技，武装航母，与时俱进，而是给它镀金披花，涂脂抹粉，树碑立传，挂牌授勋。因了个此，超级航母除了体重增加了一些些之外，其余没什么变化，也就是说，没长什么本事，还是那两炮一核。
　　按说，这两炮一核威力也够大，足以对付大部队了。何况，波军还算不上什么大部队，顶多算个连队。
　　但是，人家连长这次是开着灰机来的，有高度，这两炮一核够不着人家。
　　更要紧的是，人家正居高临下，投弹仓正对着航母的弹药库——只要人家投中了，粒军的弹药就要为波军盛开了！
　　粒军一时竟不知如何应对，情急之下，纷纷使用原始武器：否定、嘲笑、挖苦、毁谤。还有，愤怒。
　　不仅粒军愤怒，粒粉、牛粉也愤怒起来。英国政治家布鲁厄姆忍不住跑到物理界插了一杠子，给小杨的理论连戴三顶帽子：“不合逻辑的”、“荒谬的”、“毫无价值的”。
　　1803年，小杨在空中玩了个特技，他在论文《物理光学的实验和计算》中，用独门利器
　　“干涉定律”，对衍射现象作了分析，得出结论：光之所以衍射，是由于直射光束与反射光束相互干涉。
　　但是，这个特技一玩不要紧，露出了一个破绽：如果光是一种纵波，得到上面这个结论就要遇到很多麻烦，证明起来很牵强。就好比从家门口走到卧室，本来几步就到，但你非把上海世博会的排队栏安在家里，那张床近在咫尺，可你居然在蜗居里走出长征的距离来！

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:08
其实，偏振光离我们很近，现在影院的高清立体电影，用的就是偏振光原理。
　　我们的双眼有一定距离，看东西的角度有点小差别，这叫“视角差”。大脑把两张有“视角差”的图像综合处理一下，就能识别远近——也就是感觉“立体”了。
　　为了实现立体效果，电影在拍摄、放映时，都模拟眼睛的视角差，用左右双机同时拍、同时放。为我们提供了有视角差的两个图像。这是第一步。
　　这两个图像，同时出现在一张屏幕上，一定重影。所以，让每只眼睛只看到属于自己的图像，是关键的第二步。
　　这时，“偏振片”闪亮登场了。这个名字听起来很高深，但实际上，它就是一个过滤光的薄片。我们看看它的制造过程，就知道，经它过滤的光是什么“形状”了。
　　材料都很常见：一块高透明的薄膜，它的分子排列为网状结构，用碘浸染之，然后用硼酸水还原稳定，再单向拉伸4-5倍。这样，碘分子就很整齐地排列在这块膜上，像细密的梳子。
　　我们知道，梳子齿缝可以通过两类东西，一类是直径小于齿缝的物体，比如头发、细小颗粒等；一类是宽度和长度虽然大于齿缝，但厚度小于齿缝的物体，比如纸条、卡片等薄片。薄片通过梳子，有一个条件，就是让薄边顺着齿缝，否则会被挡住。
　　放电影时，两台放映机前各装一块偏振片，“梳子齿”方向一横一竖，把光过滤成一横一竖两道偏振光，我们戴的眼镜，镜片也是两块偏振片，横竖与放映机的相对应。横的只能透过横光，竖的只能透过竖光，于是，我们的两眼分别看到有视角差的影像，大脑就误以为图像是立体的了。
　　花了这么长时间来了解偏振片的工作原理，还是值得的，因为我们得到一个重要的信息：光的形状居然是“扁”的！
　　通常光源发出的光，它的“薄边”在与传播方向线垂直的各个方向上均匀分布，这叫自然光。经偏振片过滤，只剩下与偏振片“梳子齿”方向相同的光，这种“薄边”方向相同的光，就是偏振光。
　　我们做个试验就清楚了。拿两把齿缝一样大的梳子，面对面排列，齿方向一横一竖。
　　先用铁丝和颗粒试着穿过梳子，我们发现，铁丝和颗粒只要能穿过第一把梳子，就能穿过第二把梳子。
　　现在用薄片来做实验，长和宽大于齿缝，厚度小于齿缝。让薄片的薄边顺着第一把梳子的齿缝穿过，到达第二把梳子时，就过不去了。想过去只有一个办法：让两把梳子的齿方向相同。
　　这和偏振片只能透过相同方向偏振片所过滤的光，是一个道理。
　　所以，偏振光的原理告诉我们，光不是微粒，不是均匀光滑的线。
　　也不是纵波。因为光纵波理论认为，光是介质微粒沿传播方向振动，传递光脉冲形成的，也可以看成一根均匀光滑的线。即使不是均匀光滑的线，沿传播方向振动也不可能形成“扁”的形状。
　　马吕斯当时发现的偏振光，不是用偏振片得到的，而是在做双折射试验时发现的。
　　那是一个黄昏，小马哥透过冰洲石看玻璃窗上反射的落日。
　　当然，他看到了两个落日，双折射嘛，很正常。
　　他开始转动手中这块神奇的石头，转着转着，神奇的事情发生了，始终坚持双折射的冰洲石或许被转晕了，它突然放弃了一个折射——其中一个落日消失了！
　　敏感的小马哥立即用其他光源做实验，用水面啊、玻璃啊来反射各种光，透过冰洲石，各种观察。
　　他发现，转动冰洲石，双折射的两个图像，亮度会交替变化，转到某个角度，会消失一个。
　　小马哥得出结论：经过折射、透射后，光的强度会随方向而变化。他给这种现象起了个名，叫光的“偏振化”，这种光，当然就是偏振光了。
　　通过反射、多次折射、双折射和选择性吸收的方法，都可以获得平面偏振光。
　　那时，小马哥虽然还没有意识到光的“形状”问题，但他天才地意识到，纵波理论是无法解释偏振现象的。
　　于是，发现光的偏振现象后，小马哥的第一个反应就是，用它一票否决了光是纵波的理论；第二个反应是，顺手搞定了偏振光强度变化的规律，也就是“马吕斯定律”；第三个反应是，用微粒说对偏振现象作出了令人信服的解释。这就是粒军梦寐以求的高新武器啊！
　　1810年，马吕斯获得了拉普拉斯设立的“光的双折射理论研究”奖。但是，大家心里都清楚，对双折射现象，波粒双方虽然都作出了解释，但都不完美，底气都不足。
　　小马哥对偏振现象的完美解释，给了波军沉重一击。
　　当时战场上形式很尴尬，波军解释不了偏振，而粒军虽然人多势众，也解释不了干涉。
　　但僵持，一般是不会持久的，总有一方hold不住。
　　1814年，史上最强的土木工程师加入了波军。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:08
　菲涅耳。
　　法国人。土木工程师是他谋生的专业。在这个专业里，小菲算不上最强。但他所做的事，在土木工程师中，绝对称得上史上最强。因为他反对的两个人，都称得上史上最强。
　　牛顿、拿破仑。
　　他俩分列人类史上最有影响力的一百位伟人第2位和第34位。
　　这份勇气，不是每个土木工程师都有的。何况，小菲还曾因反对拿破仑被关起来过。后来他全身而退，没在里面患各种怪病，以各种理由离开人世，说明早在那个年代，人家已经很开明了，难怪人家发展那么快。
　　我们这里要介绍的是，他反牛顿的光辉事迹。
　　在粒军对波军的围剿时期，小菲悄悄加入了势单力薄的波军。
　　1809年，小菲同学从巴黎路桥学院毕业后，走上了土木工程师岗位，他始终爱岗敬业，拼搏进取，为建筑工程科学发展和谐发展做出了贡献。
　　从1814年起，神奇的光学吸引了小菲同志清澈的眼睛，他干一行爱一行，爱一行精一行，终于崭露头角，在光学领域取得了突出业绩，受到领导和群众们的好评。小菲同志于1823年被选为法国科学院院士，1825年被选为英国皇家学会会员。
　　好，现在开始好好说话。
　　一切是从两根线开始的。
　　小菲让光从一个小孔中射入暗室，一条细细的光线笔直地投向屏幕。
　　小菲拿起另一根细线，拉直，把它交叉在光线中。他居然在屏幕上看到了彩色条纹！
　　眼熟吧？这是格里马尔迪和托马斯•杨两个实验的结合体，是衍射和干涉的共同结果。没办法，那时信息太不发达。
　　看着旖旎的彩色条纹，敏感的小菲一下子想起了旖旎的惠更斯。
　　他应用小惠的理论，成功地推导出光的衍射规律——波动说的证据，还写了报告，然后兴奋地提交到法国科学院。
　　为新发现激动的小菲同学忽略了一件事，那就是他的数学成绩不太好。
　　话说法国的科学成果鉴定渠道也真够畅通，一个名不见经的年轻人写的报告，居然落到拉普拉斯、泊松等物理名家手中。物理家的数学成绩都很好，尤其是拉普拉斯、泊松，他们首先是数学家，然后才是物理学家。看了小菲的报告，泊松等人很快就发现其中的数学缺陷。于是报告被退回，里面的物理思想没引起注意。
　　被名震四海的高手否决，对一个刚出道的新手而言，无异于灭顶之灾。
　　然而，小菲不一样。他有个最大的优点。
　　勇敢。
　　刚出道的第一件事，就是挑战人类顶尖高手牛顿的微粒说，被其他高手否决一下，又算得了什么呢？
　　聪明执著的小菲清醒地认识到了自己的瓶颈——数学。于是，他埋下头，缺啥补啥。
　　
　　我们先给点时间，让小菲补习数学。现在，去看看开小差的杨连长干嘛去了。
　　
　　考古。这对职业考古学家来说，是一项工作，但对托马斯•杨来说，这就是散心。小杨在考古界玩得很开心，还取得了让一般考古学家羡慕嫉妒恨的成绩。
　　既然是出去散心，那就注定，这是一个短暂的离开。
　　小杨心中始终没放下波军，他考虑来考虑去，脑海里出现了一个大胆的提问：是不是我军的指导思想出了问题？紧接着，出现一个同样大胆的答案：从根子上动手。
　　1817年，小杨重返战场，他放弃了波军先烈们“纵波”的理论，提出“横波”的假设。以此为根基，进行试验、论证、推导、计算……这个天才大笔如椽，波军理论体系焕然一新。衍射、干涉现象有了新的解释，粒军用来打击波军的王牌——偏振现象也迎刃而解。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:09
横波理论的提出，解决了惠更斯理论的一大缺陷。
　　光是一种横波，振动方向与传播方向垂直。那么，光每一次振动，其矢量线与传播方向线（虚拟的）就形成一个平面，我们管它叫“振动面”。如果我们把这个振动面画出来，就像一张无比袖珍的弓，光振动的矢量线是个弧，像弓背，光传播的方向线，就相当于弓弦了。这就是为什么光的“形状”是“扁”的。
　　自然光的振动面方向不是固定的，也就是说，弓背并不总朝着同一个方向，而是各向均匀分布的。一道光线，就像无数个弓背，共用一根长长的、直直的弦，弓背随机朝向各种方向。
　　
【图】光波示意图。中间的直线是虚拟的方向线。像共用一根弦的无数弓。为清晰起见，弓背所朝向的方向直取了横竖两个方向，实际上是一切方向皆有可能。
　　
【图】还是光波示意图，只是把振动矢量线（弓背）与传播方向线（弓弦）形成的振动面填充了条纹，便于识别它的扁“面”。
　　
　　经过反射、多次折射、双折射、选择性吸收、或者偏振片梳子的梳理等手段，可以使弓背偏向某个方向，甚至都处于同一个平面，这样的光，就是偏振光。

【图】光过滤的示意图，各种可能的振动面经梳理后，变成了振动面方向统一的偏振光。
　　
　　所以，经过折射、透射后，光的强度会随方向而变化。这就是小马哥发现的光的“偏振化”。
　　这个解释，比粒军解释偏振的理论简洁多了。
　　粒军用来打击波军的高新武器，一下子变成了波军最有力的证据！
　　
　　现在，光从纵波一下子变成了横波，那么，关于衍射和干涉的纵波解释该咋办呢？
　　其实很简单。改呗。
　　关于衍射，解释起来挺费劲，就让惠更斯来吧。
　　小惠认为，在同一时间内，从波源发出的波，所到达的各点，可以连成一个面，叫做波面。
　　波面上的这些点呢，又可以看做是新的波源，我们管它叫子波源，子波源们继续发力传递，形成新的子波面……以此类推，子子孙孙无穷匮焉。
　　如果没有阻碍，波就打算这样不厌其烦地连续传下去，力道均匀，形态圆润，直到筋疲力尽。
　　但是，障碍物无处不在。好在障碍物上还有缝可钻，这是波继续玩下去的希望。于是波撞在缝上，缝上的各点，就成了新的子波源，由于受到缝边缘的限制和干扰，这些子波源发出的波面发生了弯曲，传播方向向外扩散，这就是衍射。
　　惠更斯的这个理论适用于“纵波”，也适用于横波。
　　
　　关于光的干涉，就好解释了。所以让小惠先歇会，我来解释：
　　光既然是横波，就有波峰和波谷。
　　我们知道，波的振动幅度，也就是振幅，决定了波的强度。
　　波峰、波谷有叠加效应。这里，我们把波峰看成正数，把波谷看成负数。
　　现在我们看看，波长相同、振幅相同的两波相遇会怎么样。
　　如果波峰和波峰重合、波谷与波谷重合，这叫“同相”，正数相加，波峰更高，负数相加，波谷更低，也就是波的振幅加强。结果是他们合二为一，成为波的增强版。
　　如果正好错开，波峰与波谷重合、波谷与波峰重合，这叫“反相”，正负相抵。结果是它俩扯平了，消失了。
　　那么，波长不一样的两波相遇会怎么样呢？我们可以类比一下波浪，找一张各种波重叠的波浪照片，仔细观察，我们会发现，在大波上，小波该怎么传播还怎么传播。而小波也不会对大波造成减弱或增强，也就是说，波长相差越大，它们之间发生干涉的可能性越小。

【图】水波图片（以上图片均来自网络）
　　
　　双缝实验实际上就是光的衍射和干涉的一场综合操练。
　　光通过两条狭缝，发生衍射，尔后相互重叠，发生干涉。由于它们来自同一束光，所以振幅、波长都一样，相遇时，在一些区域反相，在一些区域同相，明暗交替，投到屏幕上，就成了排布规则的条纹。
　　
　　虽然横波理论还只是一个框架，但已经显示出高新武器的优越性。现在，波军既能搞定干涉，又能搞定偏振。粒军表示不淡定了。他们加紧演练，准备发动一场决战。
　　
　　演练期间，我们去看看小菲补习得怎么样了。
　　小菲除了补习数学，还干了很多事。
　　他和阿拉果合作研究光学，阿果那时已经是法国著名的物理学家了，还是个冒险家。他此前是微粒说的粉丝。1816年前后，他俩发现，偏振光相互干涉与否，与偏振面的方向密切相关。偏振面相互垂直时，不能发生干涉；偏振面平行时，可以发生干涉。这是纵波无法解释的。也是微粒说无法解释的。
　　1817年，托马斯•杨写信，把崭新的“横波”理论告诉了阿果，阿果自然与小菲共享了这一信息。
　　经过各种实验，各种观察，他们认为，如果光是一种横波，那么解释偏振、折射、双折射、衍射、干涉等现象更完美，更有说服力。
　　这一年，法国科学院举办了一场科学大赛，悬赏征集论文，题目是用精确的实验和严谨的数学推导来验证光的效应。各级领导都非常重视，大赛很隆重，影响很大，各路高手纷纷应战。
　　可以说，这是一场粒军安排的大决战。
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:09
大赛评委有比奥（与小马哥是反对拿破仑的战友、狱友，兼粒军盟友）、拉普拉斯、泊松等名家，都是粒军将领，主席就是当年退回小菲波动论文的泊松。
　　乍一看，组织这场比赛，就是想发展微粒说，牢牢占领光的衍射啊、干涉啊、双折射、偏振啊这些领地，顺便泼一盆凉水，浇灭波军已经不太嚣张的气焰。
　　但评委会这样安排，并不是摆明了要搞一言堂和暗箱操作，而是从威望上来讲，人少势孤的波军里，除了杨连长，实在是没有什么拿得出手的人物，可以与这些评委坐在一起，但杨连长是英国人，他不是法国科学院院士，何况，就算邀请小杨去当评委，这个爱好广泛、业余文化生活无比丰富的天才还不一定有时间去呢。
　　于是，兵强马壮、人多势众的粒军运动员、裁判员熙熙攘攘地入场了，与中国乒乓球队的区别是，人家连裁判都是自己人。
　　回头看看，波军怎么没人上场呢？飞机晚点？倒时差？
　　一场似乎毫无悬念的比赛拉开了帷幕。
　　
　　1818年，小菲和阿果把他俩共同研究偏振光线的成果，合作写成了一篇论文：《关于偏振光线的相互作用》，提交到大赛组委会。
　　论文阐述了光是一种横波的概念，论证了只有当光是横波时，才能完美解释光的各种表现。
　　小菲还发现了惠更斯破冰巨轮的第二个缺陷：用惠更斯原理，虽然能定性地解释衍射现象，但不能对衍射现象作出定量的分析！科学嘛，不能定量，就没底气。你说火箭利用热气流的反作用力能上天，定性了。那好，多少燃料能推动多少重量上天？能发射多远距离？这个量定不了，我们只能用这个原理玩钻天猴鞭炮。
　　小菲顺手给这个理论打了个补丁：任一时刻的波面，并不是简单地由子波的包迹形成的，而是它们互相干涉的结果。所谓包迹，就是这样一个弧面，它与同时刻的子波面都相切，把它们包在弧面内。这个补充，诞生了惠更斯原理的增强版：惠更斯-菲涅耳原理。
　　
　　最重要的是，经过一段时间的恶补，小菲的数学成绩突飞猛进、今非昔比，他用严谨的数学推导证明了这个的理论。
　　人数虽少，但看起来准备很充分。
　　然而，就连小菲和阿果之间，也存在分歧。
　　阿果始终对波动说持怀疑态度，所以，在论文提交前，冒险家阿果鼓足勇气对小菲承认，他没有勇气发表这个观点。拒绝在论文上签名。
　　现在，比冒险家更有勇气的小菲，代表波军站在赛场上，孤独地面对兵强马壮的粒军。
　　你是第十届奥运会上的刘长春，还是长坂坡上的赵子龙？
　　
　　论文依然落到了泊松的手里。
　　泊松大师拿着这份试卷一检查，没有错别字，逻辑清晰，推理严谨，数学缜密，体系完整，完美地解释了衍射、偏振等现象，但答案和自己的标准答案不一样！这是怎么回事？！
　　究竟是谁错了？
　　不能从论文推导本身找出问题，那么，就用这个原理和推导办法，试试推导其他情况下的衍射，看看这套理论是不是仍然好用。只要有一处，理论推导与观测结果不符，这套精致的理论就将被扔进废纸篓。
　　泊松选中的推导对象是一只小小的、圆圆的盘子，光迎面射向圆盘，经过它的边缘时，会发生衍射，那么，根据小菲的理论，圆盘的影子会是什么样的呢？
　　真不愧是数学大师啊！结果很快就出来了。按照小菲的理论，这个圆盘的影子正中，应该会出现一个“亮斑”！
　　哈，怎么可能？这太荒唐了！影子中间怎么会出现一个亮斑呢？它从哪来？盘子中间又没洞。果然不出所料，这个看上去很美的理论，中看不中用，不具有普遍性，一个小小的圆盘就把它证伪了！
　　泊松公布了他的计算结果，大家一看，不愧是数学大师，计算干净利落，结果完美无误，影子中间出现了不该出现的亮斑，于是纷纷表示小菲理论太荒谬了。
　　组委会正准备宣判这个新理论的死刑，关键时刻，阿果挺身而出。虽然他怀疑波动说，但作为一个严谨的科学家，他认为即使要判死刑，也要亲眼看看证据才行，不能从重从快，草菅新论，坚持要做个实验。
　　取证。

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:10
虽然评委会成员觉得，对这种荒唐的结论做实验实在没什么必要，但大家都是搞科研的，十分清楚这个要求再合理不过了。实验是检验理论的唯一标准嘛。
　　实验就实验，反正影子中间是不会出现亮斑的，这回让你死个心服口服！
　　然而，我们已经不意外了，大自然和人类开的玩笑太多了：影子中间居然真的出现了一个亮斑！围观的大师们眼睛和嘴顿时圆了起来。
　　亮斑像一只无辜的眼睛，莫名其妙地看着目瞪口呆的大师们，难道我走错了吗？我本来就应该在这儿，你们瞪什么眼？
　　光，是横波。
　　泊松是一个胸怀宽大、治学严谨的科学家，但这次，他郁闷了一把。
　　让泊松同志郁闷的，不是谁对谁错的问题，而是人们给这个亮斑起了个名，叫“泊松亮斑”。
　　这大概是史上最尴尬的一个科学命名了。就好比把滑铁卢战役命名为“拿破仑战役”。
　　
　　这场比赛的结果比戏剧还戏剧：在粒军的精心组织、广泛参与、奋力拼搏和大力帮助下，波军胜利了。小菲单枪匹马，勇夺金牌，摘取了这次论文大赛的最高奖。
　　战斗一点也不激烈，围观者纷纷表示这仗打的不过瘾。就好像下凡为怪的青牛精，不论哪路神仙，什么法宝，他就一招：取出一个亮灼灼白森森的圈子来，望空抛起，叫声：“着！”什么金箍棒啊、风火轮啊、金丹砂啊、水呀火呀的，一律套走，动作简单，台词单调，Pose难看，两个字：没劲。
　　但是，科学不是表演，理论预测与实验观测普遍相符，这才是王道。
　　想反对吗？拿出与观测符合得更精细、更普遍的理论来！否则，说什么都是笑谈。
　　
　　小菲一战成名，他以一套完整、严密的横波理论击溃了微粒说，从一个名不见经传的小人物，一跃成为在光学领域可以和牛顿、惠更斯这些顶尖高手平起平坐的大人物。
　　只是可惜了阿果，他与小菲合作，相互启发，在光的横波理论建立中，做出了重要贡献，但关键时刻，他对波动说的怀疑，让他失去了与小菲共享荣誉的机会。
　　
　　到此，波粒大战暂时降下帷幕。但光学的发展，只是从此走上了更新的一条道路，前面，依然荆棘密布。
　　最大的一个障碍，来自一个古老的问题：横波是吧？好吧，你是以什么为介质传播的？
　　如果没有介质，你能想象一个物体——就比如铅球，嫌重那就棉花团——会在空中像袋鼠一样跳跃前进吗？凭什么？
　　这个问题先按下不提。因为刚刚打下江山的波军，还有很多细节需要完善。
　　
　　科技。其实这是两个词的概括。就好比马列、英美、锋芝……
　　为什么我们总是把科学和技术绑在一起？因为科学和技术是互促互进的关系，谁也离不开谁。下面出场的，正是这样一个集工艺技术、科学理论于一身的强人。
　　夫琅和费。
　　德国物理学家。自学成才。他是一家光学工厂的技术合伙人。后来成为慕尼黑大学教授，慕尼黑科学院院士。
　　1814年，小费用他制造的玻璃棱镜，发现太阳光谱中有许多暗线。
　　同样是棱镜，为什么观察力超强的牛顿当时没发现呢？因为棱镜中那怕有一点细小的缺陷，也会使这些暗线模糊不清，这就是棱镜制造的技术问题了。
　　其实，早在12年前，英国化学家、物理学家沃拉斯顿就曾观察到7条这种暗线，但当时没引起人们注意。他自己也没当回事，放在一边不了了之了。
　　沃拉斯顿可以潇洒地走开，因为他发明了加工铂的秘技，可以赚很多钱来养活自己。
　　但小费不能不研究，除了兴趣以外，他还得解决光学元件的技术问题。
　　为了精细分解太阳光谱，精确测量各种光学玻璃的折射率，提高光学元件的精密度，小费制造了精密元件：光栅。
　　光栅的构造与我们前面提到的偏振片大致差不多，不同的是，它的梳子齿不是由分子线构成的，比偏振片的梳子齿和齿缝都粗一些，不足以造成光的偏振。
　　1821年，小费把细金属丝绕在两根平行的细螺丝上，第一个光栅问世。它的工作原理和双缝实验的原理差不多，不同的是，光栅的缝更多，光透过这些金属丝之间的缝产生衍射，N多衍射相互交叠、干涉，就能产生比三棱镜还精密的色散，形成精密的太阳光谱。
　　因为衍射和干涉都与光的波长密切相关，所以，通过光谱中各色条纹的尺寸，还可以精确计算各色光的波长。
　　光栅的齿缝越细、越密集，产生的光谱越精密、越明锐清晰，拿现在的话说，“像素”和“分辨率”就越高。因此增大缝数，是光栅技术的关键。
　　小费最初制造的光栅有260条平行线。1823年，他用金刚石在玻璃上刻成了精密光栅，精密度达1300条/厘米（现在光栅线每毫米几十到几千条都有）。他精确计算了光的波长，给出了至今通用的光栅方程，还观察到576条暗线（现在人们已经发现了1万多条），并编制成表。光谱学从此奠基。这些成就有3个直接意义：
　　

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作者: 南京陈斌    时间: 2016-9-21 17:10
　1．利用这些谱线，使光学玻璃折射率的测量达到从未有过的精度，解决了大块高质量光学玻璃制造的难题。
　　2．光学玻璃精密度的提高，直接推动了科学观测的发展，当然也就推动了科学发展。
　　3．进一步完善了波军理论，让横波坐定了光学领域的王位。
　　小费注意到，不管是阳光、月光还是其他行星的反射光，其光谱线总是出现在光谱的同一部位上；其他恒星与太阳相比，它们光谱中的暗线，样式有些不太一样。一个伟大的发现近在咫尺，可惜与他擦肩而过，也与那时所有地球人擦肩而过。当时，他公布了这个发现，但是，大家只是看了一眼，就都忙着打酱油还房贷去了。谁也没细想，这个现象意味着什么。
　　直到1859年，基尔霍夫（德国物理学家。著名的基尔霍夫电流、电压定律的缔造者）和罗伯特•本生（德国化学家。铯和铷的发现者，本生灯以他命名）利用这个原理，制造了光谱分析仪，发现不同的物质，分别对应光谱上不同的条纹，就像人的指纹一样！1860年，他俩用这种方法发现了铯，1861年，又发现了铷。
　　这么好用的工具，当然不用白不用。1861年，英国化学家克鲁克斯用它发现了铊；1863年，德国化学家赖希和李希特用它发现了铟，然后镓、钪、锗……相继被发现，工具也是它，大家用了都说好。是不是很牛？
　　更牛的是，我们还可以用光谱分析法，研究遥远的太阳，以及更遥远的其他恒星的化学成分！只要能看见你，离得再远，我也能知道你是啥组成的！
　　巨大的贡献受到了巴伐利亚国王的赏识，夫琅和费被封为贵族。这个苦孩子从一出生，命就不好，穷。小时候当然靠父母，可父母双亡；打工糊口，作坊倒塌，捡回一条命。幸亏一位好心的贵族帮他解决了生存问题，他靠着天分与不懈努力，终于获得成功。可惜的是，1826年，39岁的他因肺病逝世。
　　菲涅耳比夫琅和费晚生一年，晚亡一年，都是肺病。天妒英才啊！
　　小费强有力的技术支撑，使波军的统治地位固若金汤。粒军偃旗息鼓，纷纷倒戈。拉普拉斯学派的诸多科学家由粒方转向波方。
　　大家现在目标一致：寻找光波的介质。
　　以太说活跃起来。
　　以太，光的介质，它布满虚空，但看不见、摸不着。职业：当光波的介质。
　　菲涅耳发现一个大问题：能产生如此快速横波的介质，应该是一种十分坚硬的类固体，但如果以太果然是这样，布满空间的它，是怎么做到让物质自由穿行的呢？
　　泊松发现一个更大的问题：如果以太是一种类固体，在光的横向振动中，必然伴有纵向振动，这与整个横波理论体系相矛盾！
　　为了让以太合法存在，1839年，法国数学家柯西提出，以太是一种“消极的”可压缩性的介质；1845年，英国力学家、数学家斯托克斯又进一步指出，以太是类似石蜡、沥青或某些胶质一样的东西。它既硬得可以传播横向振动，又可以消除纵向振动，还可以让别的东西穿行。
　　……
　　你信吗？好像他们自己都不信。
　　打江山难，守江山更难。在寻找介质的高山丛林中穿行，似乎比在波粒大战的战场上前进更加困难。此后的过程，因为与相对论、量子论密切相关，所以在这里简短列举一下。以后再详说。
　　1887年，德国物理学家赫兹发现光电效应。光的粒子性又一次浮出水面，露出诡异的微笑。
　　1900年年底，德国物理学家普朗克推导辐射公式时，发现必须假定辐射能量不是连续的，而是一份一份的，才能得到正确的公式。
　　1905年3月，爱因斯坦发表了一篇论文：《关于光的产生和转化的一个试探性观点》。完美解释了光电效应。他认为对于时间的平均值，光表现为波动；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。也就是“波粒二象性”。
　　Stop！等等，人仰马翻地打了将近三百年，你一出来，说了句“光是波，也是粒”，就完了？和稀泥呢吧？还有没有点原则性了？
　　这个问句论据充分，简短有力，结构严谨，一气呵成，很有道理。但是，波粒二象性后来被无数实验证实了无数次，直至现在，还没被证伪。
　　跌宕起伏的波粒大战，居然以“波粒二象性”签约言和，原来是大水冲了龙王庙，孙悟空PK六耳猕猴！
　　老天爷真会开玩笑啊！此正是：
　　百载拼争，敌居然即我，一朝弃戈硝烟尽；
　　双身合并，俺究竟是谁，片刻无暇歌舞平！
　　路，还长得很呢！

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