Mr Jupiter：从物质时空观到弧理论的思考-1

Jupiter

很高兴能同先生一起“谈天说地”，我把现代科学的物质原子论的发展史做下补充，所谓世间万事，知其所来，方知所往。

原子论发展史与主要内容   
    我们眼前的花草树木、鸟兽虫鱼，及放眼望去的山川河流、雪山荒漠、大海星空，无不令人遐想。自然界中万事万物究竟从何而来，为何千姿百态，变幻万千？目前主流解释的关于物质为何物的思想是原子论，下面我把原子论的发展史罗列出来：

一、古希腊人的原子思想
古希腊人率先走上了探索自然奥秘的追求智慧之路。而对万物始基和本原的探索也成为哲学永恒的主题。自然哲学从其产生之日起，在本原问题上便出现了两种对立的倾向：一方面，在小亚细亚沿海的伊奥尼亚地区产生了具有唯物主义倾向的米利都学派和爱菲索学派；另一方面，在南意大利出现了具有唯心主义倾向的毕达哥拉斯学派和爱利亚学派。阿布德拉的德谟克里特在总结前人成果——特别是米利都学派和爱利亚学派的合理成分——的基础上提出了原子论哲学思想，“建立了自身完整的无所不包的用以说明世界的科学体系。”它综合了前苏辙学彬成为后来哲学发展的源泉和基础，成为古希腊哲学的最高成就。
  
    德谟克利特认为宇宙空间中除了原子和虚空之外，什么都没有。原子一直存在于宇宙之中，它们不能被从无中创生，也不能被消灭。任何变化都是它们引起的结合和分离。原子在数量上是无限的，在形式上是多样的。在原子的下落运动中，较快和较大的撞击着较小的，产生侧向运动和旋转运动，从而形成万物并发生着变化。一切物体的不同，都是由于构成它们的原子在数量、形状和排列上的不同造成的。原子在本质上是相同的，它们没有“内部形态”，它们之间的作用通过碰撞挤压而传递。根据这样的理论，德谟克利特还提出了他的天体演化学说，即在一部分原子由于碰撞等原因形成的一个原始旋涡运动中，较大的原子被赶到旋涡的中心，较小的被赶到外围。中心的大原子相互聚集形成球状结合体，即地球。较小的水、气、火原子，则在空间产生一种环绕地球的旋转运动。地球外面的原子由于旋转而变得干燥，最后燃烧起来，变成各个天体。

德谟克利特“原子论”的基本思想：
1、宇宙空间中除了原子和虚空之外，什么都没有。
2、原子一直存在于宇宙之中，它们不能被从无中创生，也不能被消灭。
3、原子在数量上是无限的，在形式上是多样的。但在本质上是相同的，它们没有“内部形态”，它们之间的作用通过碰撞挤压而传递。
4、任何变化都是它们引起的结合和分离。
5、在原子的下落运动中，较快和较大的撞击着较小的，产生侧向运动和旋转运动，从而形成万物并发生着变化。
6、一切物体的不同，都是由于构成它们的原子在数量、形状和排列上的不同造成的。

Jupiter

二、近代原子论发展
     随着科学实验的深入、技术的进步、一代又一代科学家的努力，人们对物质的认识渐渐地明确起来，并发生了认识上的飞跃，产生了科学的原子论。
    1661年，自然哲学家罗伯特•波义耳出版了《怀疑的化学家》（The Sceptical Chemist）一书，他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的，而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。恩格斯认为，波义耳是最早把化学确立为科学的化学家。
    1789年，法国贵族，拉瓦锡定义了原子一词，从此，原子就用来表示化学变化中的最小的单位。   
    1803年，英语教师及自然哲学家约翰•道尔顿（John Dalton）用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应，即倍比定律（law of multiple proportions）；也解释了为什么某些气体比另外一些更容易溶于水。他提出每一种元素只包含唯一一种原子，而这些原子相互结合起来就形成了化合物。  
    1827年，英国植物学家罗伯特•布朗（Botanist Robert Brown)在使用显微镜观察水面上灰尘的时候，发现它们进行着不规则运动，进一步证明了微粒学说。后来，这一现象被称为为布朗运动。
    1877年，德绍尔克思（J. Desaulx）提布朗运动是由于水分子的热运动而导致的。
    1897年，在关于阴极射线的工作中，物理学家约瑟夫•汤姆生（J.J.Thomsom）发现了电子以及它的亚原子特性，粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。汤姆生认为电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。这也叫做葡萄干蛋糕模型（枣核模型）。  
    1909年，在物理学家欧内斯特•卢瑟福(Ernest Rutherford)的指导下，菲利普•伦纳德（P.E.A.Lenard）用氦离子轰击金箔。发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆生假设所预测值。卢瑟福根据这个金铂实验的结果指出：原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中，电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。带正电的氦离子在穿越原子核附近时，就会被大角度的反射。这就是原子核的核式结构。
    1913年，在进行有关对放射性衰变产物的实验中，放射化学家弗雷德里克•索迪（Frederick Soddy）发现对于元素周期表中的每个位置，往往存在不只一种质量数的原子。玛格丽特•陶德创造了同位素一词，来表示同一种元素中不同种类的原子。在进行关于离子气体的研究过程中，汤姆生发明了一种新技术，可以用来分离不同的同位素，最终导致了稳定同位素的发现；同年，物理学家尼尔斯•玻尔（Niels Bohr）重新省视了卢瑟福的模型，并将其与普朗克及爱因斯坦的量子化思想联系起来，他认为电子应该位于原子内确定的轨道之中，并且能够在不同轨道之间跃迁，而不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动。电子在这些固定轨道间跃迁时，必须吸收或者释放特定的能量。这种电子跃迁的理论能够很好的解释氢原子光谱中存在的固定位置的线条，并将普朗克常数与氢原子光谱的里德伯常量取得了联系。   
    1916年，德国化学家柯塞尔（Kossel）在考察大量事实后得出结论：任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结构。  
    1919年，物理学家卢瑟福在α粒子（氦原子核）轰击氮原子的实验中发现质子。弗朗西斯•威廉•阿斯顿（Francis William Aston）使用质谱证实了同位素有着不同的质量，并且同位素间的质量差都为一个整数，这被称为整数规则。  
    1923年，美国化学家吉尔伯特•牛顿•路易斯（G.N.Lewis）发展了柯赛尔的理论，提出共价键的电子对理论。路易斯假设：在分子中来自于一个原子的一个电子与另一个原子的一个电子以“电子对”的形式形成原子间的化学键。这在当时是一个有悖于正统理论的假设，因为库仑定律表明，两个电子间是相互排斥的，但路易斯这种设想很快就为化学界所接受，并导致原子间电子自旋相反假设的提出。  
      1926年，薛定谔（Erwin Schrödinger）使用路易斯•德布罗意（Louis de Broglie）于1924年提出的波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型，用来将电子描述为一个三维波形。但是在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值。  
      1926年，沃纳•海森堡（Werner Heisenberg）提出了著名的测不准原理。这个概念描述的是，对于测量的某个位置，只能得到一个不确定的动量范围，反之亦然。尽管这个模型很难想像，但它能够解释一些以前观测到却不能解释的原子的性质，例如比氢更大的原子的谱线。因此，人们不再使用玻尔的原子模型，而是将原子轨道视为电子高概率出现的区域（电子云）。
       1930年，科学家发现，α射线轰击铍-9时，会产生一种电中性，拥有极强穿透力的射线，最初，这被认为是γ射线；
       1932年，约里奥•居里夫妇发现射线能从石蜡中打出质子；同年，卢瑟福的学生詹姆斯•查得威克（James Chadwick）认定这就是中子，而同位素则被重新定义为有着相同质子数与不同中子数的元素。
       1950年，随着粒子加速器及粒子探测器的发展，科学家们可以研究高能粒子间的碰撞。他们发现中子和质子是强子的一种，由更小的夸克微粒构成。核物理的标准模型也随之发展，能够成功的在亚原子水平解释整个原子核以及亚原子粒子之间的相互作用。   
       1985年，朱棣文及其同事在贝尔实验室开发了一种新技术，能够使用激光来冷却原子。威廉•丹尼尔•菲利普斯团队设法将纳原子置于一个磁阱中。这两个技术加上由克洛德•科昂-唐努德日团队基于多普勒效应开发的一种方法，可以将少量的原子冷却至微开尔文的温度范围，这样就可以对原子进行很高精度的研究，为玻色-爱因斯坦凝聚的发现奠定了基础。历史上，因为单个原子过于微小，被认为不能够进行科学研究。
       2012年，科学家已经成功使用一单个金属原子与一个有机配体连接形成一个单电子晶体管。在一些实验中，通过激光冷却的方法将原子减速并捕获，这些实验能够带来对于物质更好的理解。

Jupiter

    先生的论述实在是精彩至极，通过弧几何表征把静态的能“动”了起来，而创生出物质形态。不过弧几何概念与我们已经固化的点几何概念有较大差别，还要好好消化一下才行。

    先生在《天堂之门和自我之路：关于心灵与世界本质的对话》有把物质态类比为水泡泡，我很喜欢这个比喻。《金刚经》有云“一切有为法，如梦幻泡影，如露亦如电，应作如是观”。我用一个画面打比方，一阵狂风吹过海面，海面上激荡出无数晶莹剔透的水泡，诸多水泡有的互相结合形成了大大小小的泡沫，有一些进化成了会思考的泡沫，它看着身边千奇百怪的各种泡沫，有的变大、有的变小、有的生成、有的消失，它对此非常不解，不知道自己这团泡沫到底为何物，那个张三泡沫破掉了是去哪里了，泡沫存在的意义又是什么？这个类比中空气和海水分别对应弧理论中的光能和磁能，通过海浪的拍打，形成的泡沫也即弧理论中的电态，当然了，不知道这个类比是否恰当哈。

Jupiter

感谢先生的精彩论述，春节期间事情较多，未能抽出时间来。今天把本帖打印出来，要仔细的研读一番才行