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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970775]
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1．追寻世界的本源
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世界的本源是什么？答案是多样化的，要看你是把它当成一个哲学问题、宗教问题，还是科学问题。宗教问题难以理清，每种宗教都有自己的答案，与我们研究的科学没有多大关系，在此不表。
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世界本源的哲学解释倒是与科学结论密切相关。在古代，科学尚未建立理论、形成气候之时，只有哲学家来回答这个问题。
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总而言之，世界本源问题的答案经过了数次历史的变迁。如同其他的科学问题一样，可以说，没有一个说法是永远完美、没有错误的。科学在不停地进步，人类的认识也在不断完善。本来被认为是正确的东西过一段时间就可能是谬误，科学在永远持续不断的真理和谬误的斗争中成长壮大起来。
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对古代哲学家而言，世界本源是个核心问题，古中国和古希腊都是如此。当然，不同哲学家有不同的说法。如公元前500年左右的古希腊“哲学之父”泰勒斯认为万物之本是“水”，水生万物，万物又复归于水。泰勒斯的学生及后辈们，都成为了古希腊时期一代活跃的哲学家，提出了世界本源的各种学说。有人认为不应该将“世界之本”归结为一种起源，应该是起于所有的“无定形”“混沌”之物；还有人认为万物起源于“气”，“气”是无定形的更好体现，因为气哪儿都能去，水却只往低处流。
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古希腊不仅有哲学家，也有数学家，毕达哥拉斯就是一个数学、哲学两者皆通的典型代表。他提出“数是万物的本原”，如今从物理学家看起来一个颇为奇怪的观点，因为他取消了一切感性的实体，代之以抽象的思想——数。毕达哥拉斯认为数字先于事物而存在，数生万物。因为数字与几何一一对应，所以点生线、线生面、面生体，然后再产生出“水、火、气、土”等元素，乃至世界万物。
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图4-1-1 古希腊哲学家
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赫拉克利特（Heraclitus，前540—前480年），是古希腊一位颇有特色的哲学家。他出身贵族，性格古怪、矛盾，被称为“哭泣哲人”。他的文章经常充满隐喻和悖论，有时让后人读起来感觉隐晦难懂、不知所云，往往引起争论纷纭。赫拉克利特将他本来可以继承的王位让给了他的兄弟，自己到寺庙过隐居生活，以野草植物度日，被视为人间的“异类”。
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在世界本源的问题上，赫拉克利特认为宇宙不是被人或神创造的，而是一团自身永恒燃烧的“活火”。火与宇宙万物可以互相转换。赫拉克利特用对立统一的辩证法思想为宇宙构建秩序和规律。认为万物的运动、物与火之间的转换，都是由它自身的“logos”所决定的。“罗各斯”（logos）这个名词，包含了“话语”“逻辑”“规律”多层意思。赫拉克利特提出罗各斯理论，意在追寻宇宙万物规律的源头。有趣的是，某些中文读物中，将logos翻译成“道”字，因为这与老子的“万物生于道，统一于道”的哲学思想不谋而合。
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老子（姓李名耳）是中国春秋时代的思想家和哲学家，道家学派之宗师，其经典名著《道德经》上说：“道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，冲气以为和。”如此看来，他们确有相同之处。
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随着科学思想的萌芽，哲学家们对世界本源的认识逐渐向物理学的思维靠拢。大多数哲学家本人也都同时思考物理问题，同时也是物理学家。我国古代有五行之说，认为组成世界有五种基本元素：金、木、水、火、土，并且中国古时候的天文学家用这五个字为观察到的五大行星命名。中国还有阴阳说，认为世界是由阴和阳两种元素构成的。
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古希腊的哲学家柏拉图（Plato，前427—前347年）将泰勒斯等人的水、气、火、土四种元素形象化，用四种正多面体的几何图像表示，认为它们是组成世界的本源。柏拉图的学生亚里士多德（Aristotle，前384—前322年）认为除了组成地球的四种元素之外，还有组成天体的第五元素：“以太”。古希腊的数学家已经证明，只有五个正多面体，因此，柏拉图和亚里士多德认为它们与组成世界的五种元素一一对应。
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原子这个名词，最早也是由一位古希腊哲学家德谟克利特提出来的。根据德谟克利特的原子说，世界中每一种事物都由不可分割的“原子”组成，原子可能有不同种类，世界的本质就是原子和虚空。柏拉图则正式使用“元素”一词来表示不同的化学物质。这两个名词：“原子”及“化学元素”，一直沿用至今。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970776]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 2．从炼金术到周期率
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虽然物质结构的理论尚未成熟，但在探索物质奥秘的实验中，化学家却早已捷足先登。可以说，化学的历史从远古时代就开始了。自从人类认识了“火”的作用，就开始制作陶瓷、融化金属、打造工具和武器、提取香料、制造肥皂染料等，这些都可以算是不自觉进行的化学实验。炼金术更是现代化学的先行者和基础，牛顿就是一个终身追求炼金术的狂热信徒。
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对不同种类的物质“元素”的认识，在各种各样的化学实验中得到深化和发展。
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近代科学中关于世界基本是由原子组成的观点，可以认为是从约翰·道尔顿（John Dalton，1766—1844年）开始的，他首次将原子的研究从哲学引进到科学。
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道尔顿以78岁高龄去世，他终生未婚、安于穷困，只为科学理想而献身。道尔顿是个气象迷，他从21岁开始，连续观测和记录当地气象，几十年如一日，从不间断。一直到临终前几小时，还为他近20万字的气象日记，颤抖地写下了最后一页，给后人留下了宝贵的观测资料。在老耄贫穷之年，他还把英国政府给予他的微薄养老金积蓄起来，捐献给曼彻斯特大学作为奖学金。
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道尔顿对色盲做了很多研究，因为他自己就是个色盲。并且，道尔顿希望在他死后对他的眼睛进行检验，用科学的方法找出他色盲的原因。1990年，在道尔顿去世后将近150年，科学家对其保存在皇家学会的一只眼睛进行了DNA检测，发现他的眼睛中缺少对绿色敏感的色素。让我们对这位鞠躬尽瘁，为科学献身的科学家致以深深的敬意。
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1803年9月6日，道尔顿提出原子学说，以此庆贺自己的生日。不过现在我们知道，物质并不是直接由原子构成，中间还有一个层次，叫做“分子”。当时道尔顿的原子论并没有假设存在分子，因此出来没多久便碰到了与实验不符合的、难以解决的困难。比如说，1805年盖—吕萨克发现2体积的氢气和1体积的氧气燃烧，会生成2体积的水。如何用道尔顿的原子论来解释这个化学反应呢？根据原子论，氢气由氢原子组成，氧气由氧原子组成，水由“水原子”组成。因此，就像图4-2-1（a）中所画的，根据原子论，这个反应好像意味着：2个氢气原子，加1个氧气原子，生成2个“水原子”。也就是说，1个氢原子和“半个”氧原子，生成1个“水原子”。
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