文盲正侃时间史（转帖）

南京陈斌

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
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南京陈斌

　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！

南京陈斌

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：
　　

南京陈斌

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。

南京陈斌

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。
　　

南京陈斌

　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。

南京陈斌

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。
　　

南京陈斌

“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！

南京陈斌

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。

南京陈斌

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”。

南京陈斌

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。