这是一篇更详细的有关物理学以及那些大师们的故事，包括了牛顿，拉普拉斯，拉格朗日，哈密顿，富兰克林，卡文迪许，库仑，奥斯特，法拉第，洛伦兹,迈克斯韦，惠更斯，托马斯·杨，泊松，汤姆逊，爱丁顿，朗道，爱因斯坦，格罗斯曼，玻尔（N. Bohr），J.Schwinger，哈恩(O. Hahn)，费米，海森堡 ( W. Heisenberg),奥本海默,普朗克,德布罗意,& 薛定谔, 泡利, 狄拉克,汤川秀树, 李政道，杨振宁， 吴健雄,费曼，盖尔曼。很熟悉的名字是不是？因为他们都在我们的课本上出现过，以他们命名的方程式、单位和常量曾深深被我们记在心里，而今天我们身边的一切“高科技”，一切对于时间空间和宇宙的认识，没有一样不是得利于他们的成果。水木社区 → 理论物理 → 精华区文章阅读TheoPhys 版 (精华区)发信人: wdmm (鲜花~~玫瑰), 信区: TheoPhys标& 题: 物理学和伟大的科学家们(zz)发信站: BBS 水木清华站 (Mon Nov 22 20:19:44 2004), 站内转载--------------------------------------------------------------------------------&本文是名为ooooooops网友的大作（原文为爱因斯坦评传，但在后面的帖子中讲诉了很多物理学史的典故，所以我把它改名了）结趣味和科学于一体，希望有兴趣的朋友耐心慢慢看看一& 　天降牛顿　　 沧海月明夜，　　 万物匿其形，　　 天公降牛顿，　　 处处皆光明。　　　　公元1642年大概是整个物理学史上最为出名的一年，但这一点在当时只怕并不能为英格兰东部林肯郡一个名叫沃尔斯索普的小村里的居民能认识到。其时正值圣诞节前夜，风雪之中一位村妇行色匆匆地赶往医生家中，她在胸口不停地划着十字，嘴中还在叨念，那个牛顿家的早产儿不知道怎么到底怎么样了？　　她在村里干了多年的接生婆，却从来没有见过如此瘦小的婴孩，那个孩子象猫儿一样蜷在母亲的怀抱里，甚至一品脱的杯子就可以把他盛下。孩子刚出世的时候紧闭小嘴，脸色铁青，幸好边上有一位醉醺醺的神父，他情急之下把一杯烈酒泼洒在婴儿身上，孩子才猛醒一般大声哭叫起来。　　事隔多年之后，神父犹为当年的急智洋洋得意，因为他拯救的哪里是个病恹恹的小生命，而是世界上最伟大的人。　　　　伊萨克·牛顿静悄悄地来到人世的这一年，正赶上大物理学家迦利略的去世。这对刚复兴的物理学来说无疑是一沉重的打击，何况迦利略临死前不久还被人拖到宗教法庭上伏法认罪，知者无不心寒。这位德高望重的领袖一去，整个物理学不免显得萧索起来，很长一段时间都没有什么进展，世界仍是迷雾重重，也许大家都在等待那个拨开迷雾的人。　　但小牛顿是不知道这些的，他从来不知道迦利略是谁。对他来说最快乐的事情莫过于坐在河边看磨房风车的转动，或者水中小鱼的游荡。　　他不愿意回家。说起来这个孩子的身世颇为凄惨，他出生前的三个月父亲就去世了，而后他母亲又改嫁到一个名叫史密斯的牧师家中。这位牧师面慈心狠，经常虐待牛顿不说，还不让他见母亲的面，后来几个弟妹的相继出世使得牛顿在家中更无地位可言。　　在学校里牛顿也并没有讨到老师的喜欢，各门功课差得一塌糊涂，而且由于身形瘦小，成为诸多顽童欺负的对象。小牛顿生性内向，在外人面前很是腼腆，纵使受了欺侮也很少回击，他只喜欢和班上的女孩子来往，经常制作一些小玩偶之类的玩具送给她们。　　有一次牛顿精心模仿磨房里的风车制作了一个模型，他得意地拿到班上炫耀，这是他难得开心的时刻，但班上那个成绩最好的学生反问了他一句，你知道风车是怎么转起来的么，老实的牛顿立时目瞪口呆。　　哄笑声中那个成绩好的孩子将风车扔在地上踩个稀烂，牛顿再也忍不住了，他愤怒地拔拳相向，那个孩子虽然比他高一大截，但在牛顿凌厉的攻势之下无招架之力。事后牛顿跑到小河边痛哭了一场，他发誓今后一定要出人头地。　　这件事对牛顿的影响极深，直到他晚年仍不时地提及。自此之后，牛顿门门功课都是全优，所有的老师和学生都是刮目相看。牛顿除了学习成绩惊人以外，课外他更喜欢动手制作一些新发明。　　此时牛顿作为天才物理学家的能力已经显现出来，一次他观察到自己身体的影子随着太阳的转动长短发生了变化，就萌生了制作日晷的念头。他在家中大门上画满了刻度，随眼一瞥就能报出准确到分钟的时间，与教堂里的大挂钟别无二致。后来教堂里的钟出了问题，村里人干脆就拿牛顿的太阳钟做标准时间，一直用到牛顿逝世后几十年。　　18岁那年，牛顿终于得尝所愿，来到了著名的剑桥大学三一学院，当时的大学大多带有神学院的性质，三一学院的院名也是借指神学上的圣父，圣子，圣灵的三位一体。　　牛顿对宗教的兴趣大概也是始于剑桥，但他最喜欢的还是物理和数学。在大学里牛顿仍是性格孤僻，很少与人交往，早在读中学的时候他就发现自己的智力高得和普通学生不可同日而语，现在到了英国的最高学府，情况却没有什么变化。　　同学们之间的话题他从来没有兴趣参与，而指导老师普雷因教授也整天只是忙着招募弟子。当时教授们的收入完全来自学生们的学费，也无怪普雷因教授一连招收了五六十名弟子，几乎落得人贩子的美名。　　老师根本没时间指导牛顿，遑论能有心思回答他那些精灵古怪的问题了，最后普雷因教授干脆列了一个书单，上面都是自古流传的经典名作，内容涉及到数学，哲学，宗教等等，在这几年里牛顿的任务就是把它们读完就算了结了学业。　　此法果然奏效，牛顿再也没来找过他，而是埋头到那些书目之中。他一边读书一边作笔记，上面写满了他对各类科学问题惊世骇俗的看法。无论谁看了，都决不能相信这居然出自一个二十多岁的年青人之手，直到今天牛顿的这些手稿还在被一些史学家，科学家细细研究。　　在剑桥大学里唯一能让牛顿动心的是著名的卢卡斯讲座，这一讲座是当时剑桥大学里唯一涉及到自然科学的讲座，而且通常都是由最负名望的学者轮流主持，第一任执掌教席的乃是巴罗教授。这位巴罗教授也算得上是一位奇才，十八岁便在三一学院获得博士学位，他精通数学，还先后担任过希腊文，哲学教授，被誉为整个欧洲最为出色的学者。　　巴罗教授的报告牛顿开始是每场必听，并且通常坐在最后一排。每当巴罗讲到一些艰涩难懂的地方，经常会抽眼关注一下听众的表情，台下人人神色凝重，即便是资深教授也会微微皱起眉头，全场只有坐在后排的那个金发小个子嘴角微撇，一幅满不在乎的神情。　　更令巴罗惊异的是几次报告之后却见不到牛顿的人影，他索性直接在宿舍里找到了牛顿，原来牛顿竟认为他所讲的已经丧失新意，根本听之无趣。一番倾谈之下，巴罗对牛顿极是看中。这个年青人聪慧过人，眼界高远，学识水平远出齐辈，尤其在数学上更是极负天资，很多复杂的定理公式在他手中如同儿戏。　　然而当他无意中提到几个简单的几何问题时，牛顿却眨眨眼睛接不上话，细细盘问之下却发现他居然根本不懂最简单的欧氏几何学。　　 当下巴罗大惊失色：&你是怎么看懂笛卡儿的《几何学》的？&　　在刚才的谈话中牛顿曾对当代数学大师笛卡儿的几何学提出一些很是高明的见解。　　不料牛顿更是满脸狐疑：&那是我没事的时候翻着玩的，难道还先得学什么欧氏几何不可么？&　　巴罗低下头去半晌无语，他深知笛卡儿著的那本几何学极尽烦琐之能事，其中不但充满了晦涩的哲学术语，通篇公式之繁杂更是前所罕见，而眼前这位小伙子居然在丝毫不通基本几何学的情况下居然能全盘理解，融会贯通，那不是天才是什么？嘿嘿，那位人贩子普雷因教授，着实误人不浅。　　此后巴罗教授对牛顿更是青眼相加，有时候在卢卡斯讲座讲到精妙费解之处，就让牛顿站出来侃侃而谈，台下听众尽多博学之士，然则这位年青人说理清澈，功力精湛，竟是谁也找不出毛病来。一次，牛顿在讲说之中灵感忽现，便当即连讲带写展示了他的想法，其中的数学公式极是艰难，写在黑板上便是极长的一串，牛顿面不改色，心脑并用，转眼间就给出答案，包括巴罗在内的所有听众无不面面相觑，全场一片静寂。　　最后巴罗教授站了起来，缓缓道：&伊萨克·牛顿，我不得不遗憾地告诉你，作为导师，我实在不能再教你什么了，&，然后把目光转向其他听众&诸位，我提请你们注意一下，眼前的这位年青人终将执掌卢卡斯教席，而他一旦执掌，只怕教席的轮流制就此废止了。&　　巴罗教授毕竟是大有眼光的人物，在牛顿二十六岁那年就以教授的身份接掌卢卡斯教席，而且一直到他五十岁之后自愿放弃为止。　　牛顿如此受巴罗教授的赏识倒也不仅靠他的天才。巴罗教授生平阅人无数，而剑大更是英才辈出，牛顿的天分固然是无与伦比，他的勤奋更是不作第二人想。　　其实用勤奋这种字眼来形容牛顿还是太肤浅了，因为科学在他而言甚于生命。当时剑大的学生各个风流潇洒，马场，剧院，舞厅都少不了他们的身影，惟独牛顿一人整日埋头书桌，不与人交往，更遑论唱歌跳舞之类的活动。　　巴罗教授的点拨使牛顿眼界大开，而他介绍给牛顿的欧几里得所著的《几何原本》一书更是让牛顿明白了如何建立一套公理完备的科学体系。加强了基础之后他抽空又把笛卡儿的几何学从头至尾看了一遍，找到了其中大量的错误，他简直就象跟作者赛跑一般，一边读着书一边就远远地超出了作者的水平。　　一段时间里牛顿狂热地迷上天文。其时的天文学经过多年积累，资料已颇为丰厚，尤其在大天文学家第谷的毕生努力下，整理出行星运动的极多数据。同屋的人曾怀疑牛顿是否有了什么毛病，几天都不下床，只是捧着一大本资料看个没完，有时苦思冥想，有时写写画画，手头上没纸便顺手在墙上打起了草稿。　　大家都知道牛顿一件事不完成势必不会收工的，但从来没见他如此艰难地沉迷在一道难题上，以他资质之高当世未必会有什么问题让他如此费神。有人打趣地问他，难道你想做个占星士不成，牛顿　　紧闭着嘴唇并不答话。--------------------------------------------------------------------------------&但是牛顿的学生生涯突然被意外地中断了，那是一场席卷欧洲的大瘟疫，仅在伦敦一下子就死去了好几万人。学校里宣布停课，牛顿不得不转到乡下伍尔索普农庄里，这一住便是十八个月。　　这一段隐居生活，多年以来一直是人们津津乐道的话题。谁也无法想象，天下竟有如此一个聪明的年青人，居然有如神助，能在如此短暂的时间里作出震撼世界的成绩来。　　村里人都知道那个剑桥的聪明人回来了，但谁也没有见到他，牛顿始终都在屋后的那间小阁子里，唯一能表示他存在的便是小屋彻夜的昏黄灯光。　　一个经典的传说是当牛顿坐在树下看书的时候，一只苹果突然砸到他身上，这一司空见惯的现象却引起了牛顿的深思，他认识到一定是一种引力在起作用，推而广之，地球和月球，行星和太阳之间必然也存在类似的力，这便是牛顿发现万有引力的经过。　　如此一来，便似整个人类能有今天灿烂的文明倒似是两个苹果之功，其一便是伊甸园里的亚当和夏娃偷食的那一只，他们此后终被逐出伊甸园并得以繁衍众生，其二便是砸在牛顿身上的那只，这一砸不仅砸出旷世第一灵感，自此人类的命运是大为改观。　　 当然这只是戏说，但牛顿当真这十八月内几乎完成了他一生中最重要的发现。　　历史上的牛顿不仅仅是作为大物理学家出现的，在数学的发展史上他也是举足轻重的人物。而真正以数学大师身份出现的牛顿似乎只有他回到乡下后的头六个月，在这段时间里，他同时发明了二项式定理，无穷级数展开，微积分，无穷小概念和极限，尤其是微积分，几乎决定了几百年来数学的研究主流。　　这些眼花缭乱的成果在当时而言即便是第一等的数学家花六个月时间未必能理解，一个并不以数学为职业的人居然轻松创造了出来，当真匪夷所思。　　被冠以&轻松&二字，是因为牛顿只不过是为发展他的新物理找到一套工具而已，他也未必放在心上。牛顿瞄准的乃是宇宙中最普适的真理。　　在此之前人们就如何描述垂直下落的物体，也知平抛物体的时候初速度越大抛得越远，可是谁能把这和天上月亮和星星的运动联想起来！九天之上的神界怎能同浑浊不堪的凡间同日而语呢，上帝难道也会围着餐巾拿起刀叉享用早餐么？　　在英国乡下一间昏暗的屋子里，一个年青人锐利的目光看穿了一切：又有什么不一样呢？月球，行星运行的轨道方程和地上物体的是何其近似，一定是一种同样的神秘因素在起作用，一种促使着物体互相吸引的因素，这就是万物运动的根源所在。　　夜已深了，伏案良久的牛顿终于直起身来，他默默地把手稿放入了柜里，这是牛顿一向的习惯，凡事不彻底弄清楚之前，决不轻易拿以示人的，万有引力定理虽然神妙，但要确定它还需更详尽的资料。他首先想到的便是在剑大读书时曾疯狂研读过的天文资料，孰料当时很多记载都有误，跟牛顿推演的结论差距甚大，他只得再次将手稿封入柜中，直到几十年后天文观测的数据被修正之后才取出发表。　　但这震撼宇宙的第一思想就这样在悄悄诞生在一个名不见经传的年青人手中，牛顿终于可以安心地好好睡上一觉了----------------------------------------------------------------------------------&瘟疫之后，各大院校也陆续复课，此时的牛顿全然不似世界第一智者的形象，他照例是话不多说，人也不多交往，但他获得了一大笔奖学金，生活着实改善了不少，再加上巴罗教授的鼎立提携，他很快成为年轻一代学子中的佼佼者。　　1668年，26岁的牛顿双喜临门，他一方面获得发明了反射式望远镜，获得极大的声誉，另一方面终于开始执掌了卢卡斯讲座的教席。这种反射式望远镜不再是透镜聚焦，而是利用球面镜的反射来聚焦，这样一来消除了色差现象，望远镜的分辨率和放大倍数都大为提高，四年之后牛顿单凭此项发明便当选为英国皇家学会会员。　　反射望远镜的制作也证明牛顿确实是千年以来的第一奇才，为了发展出他新力学，什么都是亲自动手，数学知识不够便自创出一套来，观测工具不够先进便重新改进，什么都挡不住他的脚步。牛顿是既是第一等的思想大家，数学才能也是古今罕见，实验的技术也独步天下，即便就其作为一个工匠来看亦是身手不凡。　　如此才华横溢的牛顿却自打跨入皇家学会的第一天便遭人嫉视，这当然与他本人的个性也是大有关联。牛顿自幼双亲离弃，性格上多是偏激自负之处，言语不禁，得罪了不少人，而他偏又心胸狭窄，睚眦必报，若是有人触犯了自己，便会遭至倾力报复，甚至不惜利用学术和行政（这是他晚年当上大官之后）的手段压制。　　和牛顿争论最多的便是大他13岁同为皇家学会会员的罗伯特·胡克，此人亦是一位多才多艺的大物理学家，他发明了很多东西，诸如湿度计，量雨器，螺旋弹簧，万向节等等，在物理学中物体的形变和外力成正比的胡克定理也是大大有名。他身世与牛顿也有相仿之处，妒忌心之强却远甚牛顿，他可不愿意看到这位初出茅庐的年青人就此大红大紫，将自己的风头压了下去。　　胡克首先找到的茬子是牛顿的反射望远镜，他以长辈的口吻对牛顿的新发明反射望远镜再三挑剔，并说如果给他时间他作出来的还要好的多。不仅如此，胡克还强扣着牛顿的论文不发表，硬说他的光学理论不值一哂。　　生性要强的牛顿哪里受的了这个，一场大战就此引发。这些年牛顿一直专注于光学的研究，战火便从光学领域燃起，而这一战便是六年之久。　　开始二人还都仅囿于学术范围，但很快胡克就相形见绌，他虽也是一位罕见的奇才，然而在博大精深的牛顿面前，他的才智也仅剩下一些微不足道的小技巧而已。胡克的数学功底相比牛顿不啻霄壤，很多实验也是毛毛糙糙，漫不经心，而牛顿在学术上向来是兢兢业业，胡克的纰漏蔫能逃过牛顿那如炬目光，他甚至找出了胡克的看家法宝--显微镜原理的错误，并当众公布了出来。　　胡克羞恼之下，也纠集地当时全欧第一流的物理学家对牛顿的光学理论发难，其时牛顿的理论发轫未久，基础薄弱，漏洞实多，因此牛顿一边回击，一边迅速弥补了很多缺陷，为了替自己的观点辩护，1675年他在实验中发现了著名的牛顿环现象，这也是光学中极重要的一个发现。　　后来牛顿和胡克之争逐步演化为人身攻击，这一点上他们也是棋逢对手，胡克言辞亢烈，牛顿用语尖刻，却是谁也奈何不了对方。二人都被这场论战弄得筋疲力尽，唯一得益的倒是光学本身，这几年的发展乃是百年间最为迅速的。　　孰料一波未平，一波又起，来自欧陆的大数学家莱布尼兹就微积分的发明权的问题要也和牛顿争个高下。这场风波原是牛顿的好友，另一位数学家科林斯引发的。　　当年莱布尼兹在数学上刚展露头角，年少气盛，便以外交使节的身份来到英国，名曰研究，实是挑战，英国皇家学会派出的迎战人员便是科林斯。这莱布尼兹极是了得，三言两语便将他驳得体无完肤，科林斯焉能服气，他拿出了牛顿锁在柜中的手稿，上面都是牛顿数学思想的精华，比如二项式定理，流数法等。　　莱布尼兹一看之下不免大惊失色，一声不吭地就回了国。科林斯固然是不辱使命，得胜还朝，却在学界留下一桩公案。几年后莱布尼兹发表了世界上第一篇关于微积分的论文，在那篇不到六页的文章里他采用了比牛顿高明的微积分符号，直到今天还被广泛使用，但这却也不能说不受当年牛顿手稿的启发。　　牛顿知道后大是愤怒，以他个性之强，便是全天下的人与他作对也不见得会屈服，他马上写信将莱布尼兹痛斥一番，自此二人也是你来我往，不亦乐乎。　　终于连牛顿自己也不能忍受了，他在给胡克的一封信里明智地宣布退出争执，那封信是这样写的：&笛卡儿先生所做的是搭了一座梯子，而您则使梯子升得更高了一些，……如果我能看的更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。&　　最后那句话向来被用来引证牛顿为人是如何的谦逊，但大家都看的出来，牛顿的意思是我可并没理睬什么梯子，我是站在巨人肩膀上的，这只不过暗含对胡克的讥讽而已。　　尤令人啧啧称奇的是在这几年的无尽纷扰之中牛顿居然还能静下心来构思出古今第一科学巨著《自然哲学的数学原理》。在书中他模仿了欧几里德的几何公里化体系，综合前人的经验和自己的创新，奠定了经典物理学的根基：著名的牛顿三定律。　　此书一出，学界登时将牛顿视为天人，此后他几百年的崇高地位再也无人撼动丝毫，直到二十世纪又爆发新的革命为止。　　说起来，书中著名的万有引力于距离平方成反比的结论还是拜胡克所赐。牛顿在一次争吵中指出胡克行星运动的椭圆方程谬误丛生，胡克情急之下却突然萌发了一个大胆的见解，引力应和距离平方成反比。牛顿初闻此言便是一愣，他早年曾有过类似的想法，可是苦无证据，年日既久，已经慢慢淡忘了，现在一经胡克提及，登时想到这些行星的运动方程只怕就是突破口所在。　　看着胡克一头雾水的样子，牛顿肚中暗暗好笑，胡克的数学素养比自己毕竟还是差了一大截，他要是稍有头脑的话，便会想到这方程与引力定律乃有莫大的关联，决不至当着自己的面说出来。　　牛顿马上查遍了各种公式，最后目光落到开普勒方程上。开普勒乃是大天文学家第谷的嫡传弟子，第谷的最大贡献便是整理出浩若烟海的行星轨道数据，而开普勒也为总结出三条定律耗尽毕生心血。牛顿运用开普勒方程，很快便完成了推导。　　《原理》一书影响之大上至王公贵族，下至贩夫走卒都有耳闻，甚至女王陛下也为此召见牛顿，大概是让牛顿给她讲解。这次具体召见的情形史书并为记载，但想必女王对牛顿甚是钦服，自此牛顿也颇得女王的眷顾，走得一路顺风，不久便升任皇家学会主席。　　牛顿的思想象火炬一般熊熊地燃烧在欧洲的上空，整个物理学在他的带动之下走上了全新的道路，在物理学家的眼中牛顿无异耶稣降世，没有他的话人们不知还要在黑暗中摸索多少年。　　全盛时期的牛顿在物理学上已经没了敌手，当年胆敢与他争锋的学者一个个被他清出场外，皇家学会已然被他一手遮天，不是牛顿思想的信徒休想踏入一步，甚至在几百年后这还是选拔会员的唯一标准。　　后世的学者不免对牛顿的这种霸气颇有微词，英国皇家学会也一度成为最为保守的科研机构，但问题在于当时牛顿的道路是唯一可行的，所有和他不一致的观点都是行而不远，而那些&盲从&牛顿的信徒们最终将经典物理学推上了辉煌的极点，这其中的是与非可就难说的很了。　　至于牛顿对晚年对物理学的放弃，犹如他在隐居在乡下的十八个月里一般，令人很是难以理解。可能牛顿已经模糊意识到整套看似完美的理论有重大缺陷，那是关于他的绝对空间和绝对时间的观念。他自己也无法解释既然空间时间都是恒久地存在着，那么当初又是怎么运动起来的呢？　　 他只有求助于上帝。--------------------------------------------------------------------------------&他不仅是天才的物理学家，也是虔诚的教徒，他在宗教方面可不是象外人所想的那般前卫和叛逆，注意这样一个事实：牛顿一生中的神学手稿洋洋洒洒统共有几百万字，比科学方面的多出几倍，他只怕比任何人都热心考证上帝的存在。　　有人说中年以后的牛顿已经是江郎才尽，这却也未必。那时的牛顿固然不象年轻时那般石破天惊，但头脑之机敏在当时仍是不作第二人想。　　那是一个昏黄的雨夜，年迈的牛顿从办公室里疲累地回到家中。此时的他跻身贵族重臣之列，身兼铸币大臣和皇家学会会长两大要职，工作十分辛苦，但大多已经和物理无关了，尤其是他宠养的猫咪打翻的烛台将几十年的手稿烧光之后，牛顿更是意冷心灰，遂全心于官场上的应酬。　　家中一位朋友恭候已久，他向牛顿递上了几张纸片，那是一份来自法国的信笺。著名的数学家伯努利提出了著名的最速落线问题，题目看上去很是浅显，从固定高度下落的小球究竟沿怎样的曲线轨道滑落到地面上方能使得下落时间最短，孰料此题难度之大居然折服了欧陆的第一等好手，伯努利无奈之下只得出重金悬赏，消息传到英吉利海峡的对岸，英伦三岛的大师们亦是一筹莫展。　　此时牛顿已遁入官场多年，但他们还是找到了这位精神领袖。牛顿接过信，戴上老花眼镜看了看，说道：我尽量试试吧。寒暄几句之后，访友告辞下楼。　　几天之后，伯努利突然收到一封没有署名的信件，他了了浏览了一便之后突然大叫了一声，人们纷纷闻声赶到，伯努利愣了半晌方才一字一顿的说道：&我虽然没有见到雄师本人，但毫无疑问我看到的是雄师的爪印。&那封信便是牛顿所写，这篇不长的文章里他又用利剑开辟了数学上一个崭新的领域--变分法，算起来该是牛顿对科学的最后一个贡献了。　　至于变分的思想在后世的物理学何等重要，这个只怕牛顿本人也没有意识到。物理学发展到今天，牛顿的光学的微粒说早在十八世纪就被支持波动说的泊松等人找出了破绽，绝对空间和绝对时间的理念终于被爱因斯坦的相对论彻底颠覆，万有引力定律也慢慢的为引力场理论所取代，唯独他模糊暗示的变分思想一跃成为物理学的真正根基所在，无论是研究广袤无垠的宇宙的相对论，还是揭示物质最基本结构的夸克的第一得力工具量子场论，他们的基础都是建立在朴素的变分思想之上的。几百年前伟大的牛顿，不问物理学几十年之久的牛顿，到底在离开人世之前为物理学埋下了最重的一个伏笔。　　晚年的牛顿将睿智无匹的头脑用在升官进爵上，倒也很是了得。这也说明牛顿决非一般人所想的书呆子之流。他为官工于心计，算无遗策，有心和他争竞的人在他手下根本走不了三合，几十年来内阁几遭更迭，唯他一人稳若泰山，屡受女王的封赏。他为铸币大臣的时候，以执法严酷闻名朝野，一些蟊贼企图伪造货币，他一怒之下将整个地下组织连根拽起，二十多人均处绞刑。　　牛顿一直到八十三岁那年才病逝，这对于一个生下来仅几磅重的早产儿来说也是一个奇迹。他这一生当真事事成功，无论作为物理学家还是数学家，神学家或者炼丹士，皇家学会会长或者大英帝国的铸币大臣，在历史上都是重重的一笔。　　送葬的队伍极是壮观，首尾蜿蜒几里之长，即便亲王下葬也鲜有如此的排场。街头巷尾都是潮水一般的人群，这些年来牛顿尽管深居简出，但在大英帝国臣民的心目中已然神秘得宛似上帝的代言人，大英王室的成员来了，坎特伯雷大主教来了，内阁的各部部长来了，整个欧洲的学界精英都聚齐了。　　尽管牛顿离开物理学已经几十年之久，但真正发自内心悲痛的还是学界的人士，上帝的代言人走了马上可以另找一个，铸币大臣去了当朝也不乏精明强干的官吏取代，然而作为科学家的牛顿一死，普天之下，千载以降未必再找得出第二人。　　他们中有的人一直因在学术上受到牛顿的倾轧而耿耿于怀，有的人不止一次地被牛顿的尖刻言辞所刺伤而记恨终生，然而这一次他们都默默地走在送葬队伍的当中，脚步格外地凝重，人人心中都是一般心思：历史终将记住的是科学家的牛顿，而决不是什么铸币大臣或神学家。　　 牛顿被安葬在威斯敏斯特大教堂的伟人公墓，他的墓碑上刻写的是如下的文字：　　 伊萨克·牛顿爵士　　 静静地躺在这里。　　 他以超人的智慧，　　 第一个证明了，　　 行星的运动和形状，　　彗星的轨道和海洋的潮汐。　　 他孜孜不倦地研究　　 光线的各种不同的折射角，　　 颜色产生的种种性质。　　 对于自然，历史和圣经　　 他是一位勤勉，敏锐而忠实的诠释者。　　 他以自己的哲学证明了上帝的庄严，　　 并在他举止中表现了福音的淳朴　　 让人类欢呼吧，　　 曾经存在过这样一位　　 伟大的人类之光。&-----------& 物理学的开端　　 每一个故事都有开头，我们又从哪里说起呢？　　距今两千多年以前，在欧洲巴尔干半岛的南端，美丽的爱琴海沿岸。群居民静静聚居在雅典城附近，过着日出而作，日落而息的静谧生活。　　他们的文明按照当时标准的评价也许不值一哂，在此多年以前埃及人就建起了宏伟的金字塔，美索不达米亚平原上纵横交错的运河更是惠泽万代，甚至领邦悍勇善战的斯巴达人也远瞧他们不起，雅典城里的那些人么，一一听到战鼓就后退，一见到血腥就颤抖，他们不过是一群悠闲堕落的商人和懦夫罢了　　还有比他们更奇怪的人么，敌人都快兵临城下了，议会大厅里无聊的公民们还在发表自己的高见；盛夏剧院里居然数万人和舞台上几个带面具的戏子同悲同喜；那里最受尊重的不是满身创疤的武夫，而是口若悬河的雄辩家，下笔如神的剧作家，和……一些疯子。　　那时侯没有思想家这个词语，但整日望着天空发呆的人不是疯子吗，胆敢鼓动年青人否定神灵的人不是疯子么，只知躲在屋内写画一些奇怪符号的人不是疯子吗，在一起只是大谈逻辑之类枉费人神的人不是疯子吗，他们中间固然有一些人颇受贵族们的青睐，从而得以开学授徒，著书立说，但更多的人则喜欢隐逸民间，最极端的干脆流浪街头，过着最是贫贱的生活。　　他们所追求的不是金钱，不是名利，不是宗教上的虔诚，只是一种模糊的理性美。王者的话语是靠不住的，天神的预言也有不实之处，要想真正弄清楚这个世界究竟是什么样的，不妨走得远一些，再远一些，静静地坐在橄榄树下，用一种审慎目光重新将凡间的万事再扫视一遍，终究会有所得的。　　&不懂几何者严禁入内。&这是柏拉图神学院，世界上最早意义上的大学门口的几个粲然大字，即便是名赫一时的王公贵族走到这里也会赧然避开，可以想象当地球上第一批的思想家们寻到数学这样一件不带任何主观色彩的利器时，那是如何的骄傲而自豪呀。　　数学早在几千年以前，就被埃及人和巴比伦人用于买卖商品，丈量土地，甚至他们还制定了年历，绘制了星图，这些不过是为了实用或宗教，但一到希腊人手中，立时神威尽显，借助数学，他们的目光更加敏锐，理解的事理更加深透，从那时便萌生了真正意义上的物理。　　早期的数学是和某种神秘主义联系在一起的，这里要提到的是毕达哥拉斯，形式上的演绎推论便是自他开始。他最是钟爱自然数，这是他从琴弦上发现的秘密，仅当弦长之比为为简单的自然数之比，例如2：1，3：4等才能发出悦耳的声音，这大概是历史上最早用数学表述的物理定律了。　　毕达哥拉斯甚至还想更进一步，不光琴弦是和谐的，宇宙的万物都应该符合这一至高准则，虽然最终神秘主义将他推到科学的对立面上，但这种对自然界美的追寻已经为历代物理学家终极使命。　　另一位大师名叫德谟克里特，是原子论的创始人。很难想象几千年前就有人敢断言我们这个世界是由无数不可分割的，肉眼不可见的粒子组成。他把这些粒子命名为原子，一共有四种，干燥而重的石原子，潮湿而重的水原子，冷而轻的气原子，热而易变的火原子，万物便是这些原子的组合，土壤是水原子和石原子组成的，植物则是土壤中的水原子和石原子与阳光中的火原子结合成的。　　这些观点以今天的眼光来看未免粗鄙可笑，但在当时的条件下有如此见解，也算是很了不起了，何况这确实为后世的物理化学奠定了基础。从德谟克里特玄想中的原子论到道尔顿提出真正科学意义上的分子论，却也足足过了两千年。　　混沌之中物理学又向前迈进了几百年，一直到大哲学家亚里士多德手中才算真正开张了起来。亚里士多德乃是一位兴趣极为广博的哲人，很多学科都是他给取的名字，包括生物学，哲学，逻辑学，物理学也是他从希腊文 （意为自然）中推演而来的。　　但只怕亚里士多德本人对物理学的最大贡献也就仅仅是给它取上了一个动听的名称而已，他采用的一套说明物理的方法很是符合日常的经验，譬如物体从来都是静止的，除非你用力推它才开始运动，这些浅陋的观点在今天即便是刚学物理的初中生也会直斥其非。然而他最大的错漏尚不在此，而是把数学掘弃到物理学之外，这可能是所有幻想仅通过哲学的思辩便能通晓天下事理的思想家的通病。偏偏这种错漏被人们一继承便是千年之久，传到后世的神学家手中时，所谓物理学已经被歪曲到惨不忍睹的地步。　　相形之下真正具有生命力倒是阿基米德的力学。阿基米德也是古希腊有数的大科学家，但他的成名之路与亚里士多德颇有不同。亚里士多德除了自身知识渊博之外，还因他是亚历山大大帝的老师；阿基米德则凭借保卫祖国的大军事工程师的身份而声名鹊起。　　在他的时代，所谓学者都是一些行在天上，不食人间烟火的异人，象阿基米德这般既精擅数学，又肯脚踏实地地和杠杆，机械之类实物打交道的，却是少之又少。　　物理学原本就是沿着两条不同的线路走下去的，其一是获得对世界的终极解释，其二是用于济世拯民。阿基米德.偏向的是第二条线路，当他的邦国锡拉丘兹遭到盛极一时的罗马帝国的侵袭时便挺身而出。　　事实上数万的罗马军士真正对抗的也只阿基米德一人而已。他利用杠杆原理抛射出的飞弹和巨石将罗马人砸的头破血流，在海上他甚至将敌方的舰只用机械手一把抓了起来，另一次则用镜面会聚了阳光的能量将罗马人的风帆烧为灰烬。　　恼羞成怒的罗马人源源不断的增兵添将，一番急攻之下终至城破。士兵们怒气冲冲地冲入城中，找的第一个人便是阿基米德。但他们见到后都不免大失所望，这位传说中神魔一般的人物居然是一个不起眼的白发老头，他静静地伏在地上用芦苇杆画着一些几何图形，对周遭的一切似乎置若罔闻。　　有人用脚重重地踩在他的几何图形上，阿基米德这才愤怒地昂起头，厉声道：&你们让我把这道题算完……&，无情的刀剑已经斩落下来。　　躺在血泊中辗转呻吟的远不止是阿基米德，而是整个希腊文明。希腊文明的衰亡是历史上最是凝重悲壮的一笔，自此人类又在漫长黑夜中探摸了数千年，终于再见依稀的灯光。　　此后崛起的罗马帝国，其军威之胜，地域之广，那是希腊远不能比拟的。罗马文化也有其独到之处，但是真正意义上的科学精神在他们手中已经所剩无几了，及至西罗马帝国被日尔曼蛮族攻占，整个欧洲更是废墟一片，连罗马人自己也只能偏安到小亚细亚的一隅，希腊文明更是只剩下了神话和碎片，留待后世细心的人们拾取。& 二　 大厦落成　　 &陛下，我们的假设中没有上帝！&　　 --拉普拉斯　　1799年的法兰西，灯碧辉煌的宫廷中，盛装的拿破仑嘴角挂着微笑，他当然有十足的理由值得自豪，不久前的雾月政变中他一跃便攫取了最高权柄，偌大的法兰西自此便匍匐在他的脚下。他随眼一瞥，参加这次盛宴的尽是王公将军，政府要员，巨董大亨，学界名流，全法兰西的精英都汇集于此，便微微点了点头。　　这时一位高个绅士手捧两卷新书，缓步走到前排，毕恭毕敬地献给了拿破仑。众贵宾不免相视狐疑，他们自然都识得这位便是鼎鼎有名的大物理学家拉普拉斯，他与拿破仑的私人交谊非同泛泛，加之素来威望孚众，此时已升任内政部长。　　有人不免暗笑他大不识趣，如此风光的场合，人人都是奉上奇珍异宝，这书呆子却寒碜至此，有人却深知拉普拉斯此人甚是圆滑世故，自大革命以来无数的腥风血雨伤不了他毫发，官倒是越做越大，他此般做作自是大有深意。　　拿破仑接过赠书，一页页地翻了起来，宾客们纷纷放下酒杯，关注着他的脸色，拉普拉斯则恭顺地垂头立在一边。突然拿破仑重重一哼，道：&拉普拉斯，你新著的这本《天体力学》口口声声说能解决宇宙的一切谜题，可我前后翻了这许多页，你居然没有只字提到上帝？！&　　周围的人无不耸动，拉普拉斯却陡然敛起一贯谦卑的笑容，昂起头肃然说道：&陛下，我的假设中并不需要上帝！&　　　　纵观物理学千年以来的发展，对物理学真正最具信心的不是门类空前完善的今天，也不是经典物理成熟透顶的十九世纪末，而是拉普拉斯所处的时代。　　其时牛顿逝世已近半个世纪，然而他指引的方向确是丝毫不差，这些年来物理学取得了空前的发展，神学的迷雾一点点的散去，牛顿力学的威力也一点点的显出，原先无数困惑难解的现象无不迎刃而解。如果说还有什么障碍的话，那便是数学上遇到了难题。　　牛顿力学的概念固然是清晰明澈，但一遇到受力复杂的物体便需罗列诸多方程，求解极是困难，而且学过初等力学的人便知那套力学须得对每个物体作图解的受力分析，纵横交叉的矢量箭头更是大添繁乱，究其原因，还是牛顿力学在在数学上挖掘得尚不够深入。　　随着微积分体系的逐步健全，分析已成为数学中新兴的第一手段，和代数，几何鼎足而立。大物理学家，数学家拉格朗日的《分析力学》横空出世，立时弥补了牛顿力学的缺憾。　　拉格朗日是法国18世纪号称&三L&的三大科学家之首，剩下二位便是拉普拉斯和大数学家勒让德。他的父亲是一位很富有的商人，在拉格朗日童年的时候就不幸破产。多年之后拉格朗日提及此事的时候仍是大有感触，自称那是他一生最幸运的事情，要不然到今天法兰西只不过会多一个庸碌的商人而已。　　《分析力学》一书着眼于更本质的物理量--能量，把虚位移原理，拉格朗日方程，最小作用原理贯穿在一起，利用变分法这一强大的数学工具把力学推向了新的高度。全书以拉丁文写就，遣词造句极富风度，全无干巴巴的说教，倒似点缀以公式和方程的诗篇。　　拉格朗日于此书也极是自负，在序言中如是写到：&我们自牛顿时代以来力学的专著层出不穷，但我保证本书的见解是全新的，自此所有和力学相关的题目都可以遵循一整套有条不紊的步骤，这一点恐怕会令一些喜欢奇兵制胜的朋友所望，这里没有一副图形，也没有任何几何上的论证，在我看来，力学显然已经成了分析的一支。&　　分析力学自是将纯数学引入物理的一个成功范例，而且解决了很多以前很难求解的问题。机械制造工业，建筑行业都在此基础上大大迈进了一步。但后世学者对分析力学却也颇有微词，它冲淡了物理学对事物本原的追寻，反而陷入了数学上无尽的形式变化，所有力学家无不以尽善尽美地解出方程为终极目标，百多年来力学再鲜有进展，这也是原因之一。　　但分析力学中的变分法却无论在当时，还是后世都是大受推崇。变分法思想乃是起源于亘古以来的一种美学思想，即事间万物均是被最简单，最完美的天然规律所支配。　　十七世纪大数学家费马在研究光的传播时提出过一条神秘的费马原理，不管在什么介质中运动，沿真实传播路径所需时间是最短的，依照该定理便可导出光的折射定理，这实际上已经开了变分法的先河。　　牛顿还在世的时候，法国的伯努利曾悬赏解决著名的最速落线问题，题目的原话是这样的：&在垂直平面内有任意两点，一质点受地心引力的作用自较高点滑落到较低点，不计摩擦，问沿何种曲线运动时所需时间最短。&宝刀不老的牛顿仅花了一夜时间便找到了解决办法，而真正把变分法用于力学中的则是爱尔兰的大物理学家，数学家哈密顿。　　哈密顿自小便受过极好的教育，5岁就开始学习各种外语，12岁的时候已经掌握了12门欧洲语言，当时人人都认为他将会成为第一流的语言学家。孰料13岁那一年他和美国另一位15岁的数学天才见面之后发生了戏剧般的变化，他获得了那位美国神童不可思议的数学天赋，而美国神童最终却成为一代语言学大师。　　16岁那年哈密顿便指出了拉普拉斯的《天体力学》一书中的错误，令拉普拉斯大为惊叹。进入剑桥三一学院之后更是才华毕露，二十二岁那年就成为三一学院的天文学教授，人们从这位貌不惊人的爱尔兰人身上依稀看到了牛顿当年的风采。　　力学在哈密顿手中又一次获得升华，他的哈密顿原理是力学中至精至简的形式，纷繁芜杂的牛顿方程被简要地用哈密顿正则方程所代替。&其中的H便是著名的哈密顿量，这在当年并未怎么引起十分的注意，直到两百年后新物理学的两大支柱相对论和量子力学出世之后，牛顿力学中的很多观念都被放弃，惟有哈密顿量成为两大支柱都扣得极紧的物理量，这一方面固然是哈密顿识见远卓，另一方面也说明正则方程实是牛顿方程的精髓所在，须知任何新理论都不是空中楼阁，而要向原有的理论借助一些最是根本的思想。　　哈密顿不仅是一位物理学，数学大师，其人文素养也是首屈一指。法兰西文学院多次征文，此君都是榜上有名。这也与当时学界涉猎广博的风气相关，知识分子阶层相互交谈用法语，立论著书用拉丁语，其时的法国大革命方兴未艾，启蒙风气之胜，思想大家之多相比文艺复兴时代并不逊色，很多人身兼数学家，物理学家，哲学家于一身，但象哈密顿这般文笔高妙的人倒是不多，如象拉普拉斯一般冠以革命家，社会活动家，政府高级官员的头衔的任务更是罕见了。　　拉普拉斯出身贫寒，他自小砺志自学，到二十一岁那年已经身手不凡，几篇涉及到数学，物理最新研究领域的论文引起了法兰西科学院的重视。但科学院当时守旧势力极重，象他这般既无背景，又年轻的人是很难进入的，拉普拉斯满怀希望地申请加入，谁知第一年申请科学院把职位给了比他年长十四岁的范德蒙，第二年又给了比他大十岁的库辛，他不免大发牢骚&科学院宁愿接受一个才能远逊于我的人！&，心灰气沮之余便到一所军事院校教书，这却成为他一生的转折点，因为在那里他遇上了其时尚为一炮兵学员的拿破仑。　　不过若说拉普拉斯的成名全拜拿破仑所赐却也太过冤枉了他。当拉普拉斯经过一番努力终于跻身法兰西科学院时，立刻显出了他的实力。拉普拉斯研究领域之广，论文数量之多，质量之高在全法国再无人能出其右，即便已经逝世的拉格朗日也是颇为不及，凭借如此辉煌的业绩很快便登上了院长的宝座。　　拉普拉斯涉猎到分析力学，差分方法，偏微分的解法，概率论和人口论，热学和声学的诸多方向，但他最显著的成绩就是把物理学引入到天文学中。他最早根据牛顿力学的万有引力建立起摄动理论，并讨论了三体问题解的存在。　　所谓三体问题就是空间三个物体在万有引力作用下的运动方程，这类看似浅显的问题真正解决起来却极是困难，拉普拉斯凭借深厚的数学功底，找到了一个特解，大约一百年后另一位数学物理大师彭加勒专门研究了多体问题（三个物体以上），他发现若是任有一个物体的坐标稍加变动，整个系统的运行轨道就变得全然不可捉摸，顺着这条线索走下去便有了今天盛极一时的混沌现象及非线形科学。　　天体力学这个名词便是拉普拉斯最先提出来的，在他严密的推导之下所有的天体，诸如行星，月亮，彗星，木星、土星、天王星各卫星的轨道都是一目了然，甚至拉普拉斯开始了笔下推算未知天体的尝试。　　一些行星的轨道和计算的轨道有所偏离，学者们首先想到的不是方程出了毛病，而一定是轨道外围还有一颗未被发现的行星在作祟，这也可见此时人们对牛顿力学的倚信程度已经到了无以复加的地步。尤其是1846年英国的亚当斯和法国的勒威耶同时发现的海王星更是有笔尖上的行星的美誉，牛顿力学再次显示出无坚不摧的威力。　　如果说上个世纪物理学家还在为上帝的问题和神学家据理力争的话，到十九世纪则根本是不屑一顾，上帝的存在大可不必理会，世上还有什么问题解决不了的呢。漫漫长夜中伟人牛顿已经升起了明灯，沿着他指引的方向，我们自己在头脑里便可给出合乎理性的答案。大哲人伏尔泰的呼声道出了众人的心底话：&如果没有上帝，我们便造一个出来！&　　拉普拉斯虽然在官场上碌碌畏缩，明哲保身，但一谈及物理学这一股自豪感却油然而生，即便面对威严的皇帝也是豪情不减。拉普拉斯的说法是只要能给我宇宙诞生初期的条件和边界的条件，叫上加上足够的数学知识，我甚至能计算出整个宇宙的演化历程，不管是过去，现在还是将来。　　此言已颇显狂态，阿基米德也曾吹嘘若给他一个支点便能撬起整个地球，也不过是极言杠杆作用之大，谁也不会挺身一试，但拉普拉斯的狂言却赢得一片轰然叫好之声，有些持重之士纵使嘴上不说，心里也是暗暗称道，人人心中都是一般想法：纵使我们这一代人未必能够，后世的物理学家们的日子也大是轻松，甚至不须出什么才能特异之士，只要数学工具一朝改进，顺着牛顿的路走下去便终可修成正果，所需的不过是时间和经验而已。　　今天的物理学家回想起来，拉普拉斯的言语虽然极是鼓动人心，却也太过狂妄，此后的两百年间数学固然没取得想象中的进展，牛顿力学却终究发现了不实之处，而且即便我们的计算能力空前强大，也不能预言出宇宙的每一个细节，这些都是二十世纪的量子力学出世之后人们才慢慢领悟到的，拉普拉斯纵使是牛顿再世，也决计想象不出后来居然还有如此惊人的波折。&热学的发展包括热力学和统计物理两部分，它一开始虽然不象力学一般从数学中演绎出一套完美严格的体系，但于生产发展，社会进步却起过重要的作用，从第一次科技革命的代表--蒸汽机便可见一斑。　　早在1695年法国人丹尼斯·巴本就制造出世界上第一台活塞似蒸汽机，他的设计思想很是新颖，汽缸中加热产生蒸汽，推动活塞上升到顶端，然后汽缸降温，活塞又被推回，于是装置就运转起来。　　此后的蒸汽机种类繁多，但究其原理也与此类似。作出重大改进的是英国的瓦特，他于1782年制出单动式蒸汽机，并随后改进为双冲程式，蒸汽机的效率大大提高，并被广泛运用于各行各业，从此瓦特的名字就和蒸汽机紧紧联在一起。　　瓦特，巴本等人都是第一等的大发明家，工程师，却都算不上是物理学家。热学建立之初便和工程运用方面联系得极紧，这固与热学中不需要力学那般复杂的数学工具有关，但研究热学的物理学家们大多重视实验现象，忽视哲学的思辩也是一大失策，譬如荒谬的热质说就作为热学的根本前后统治达两百年之久便是明证。至于在如此脆弱的根基上居然演绎出很多成功的热学定理，甚至总结出震烁古今的第一哲学思想--能量守恒定律，却当真匪夷所思。　　整个热力学是建立在三大定律的基础之上的，如同牛顿三定律是牛顿力学的核心一般。第一定律就是能量的转化和守恒定律，这不仅限于热学领域，而是贯穿于整个物理学中。最早用实验证明热学中的热量和力学中的功等效的是英国物理学家焦耳。　　焦耳出生于曼彻斯特，原本是位酿酒师，后来在著名化学家道尔顿的引导下走上了科学的道路。他在实验方面颇有天赋，几乎是一点便会，一会便精，二十出头就在电学中观察到电流产生的热量和电流强度的平方、电阻成正比的焦耳定律而扬名一时，然而自此这位年青人就沉寂下去，因为他花了足足三十年的工夫才测定热功当量的数值，奠定了能量守恒的基础。　　能量守恒定律意义的重要性在当时而言，其哲学上的意义远较物理为胜。哲学家尽可以欢天喜地地拿去引证自然界事物的运动形式总是不断转化的观点，而物理学家只不过简化了一些复杂问题的求解过程。　　 真正令人大开眼界的是二十世纪的相对论诞生之后，爱因斯坦著名的质能方程显示出质量和能量的转换关系，原来各自独立的能量守恒和质量守恒也合二为一。此后数学中的群论引入物理学之后，寻找守恒定律便成了第一要务，今后物理学还会有什么进展，很大程度上取决于是否能找到类似能量，动量之类的守恒量。　　热力学第一定律无情的击碎了&永动机&的梦想。人类自古以来就渴望制出一种不需要额外提供能量又能永远转动下去的机器，但一直也未成功，反倒弄出了无数闹剧。　　最有名的是欧洲的一个人号称制出了永动机，其装置并不复杂，不过是一个轮轴上悬挂了几个金属球，偏偏这个轮轴当真一转起来就不休不停，而且每转一圈还可以从井中提出一小桶水来。稍具物理知识的人便可知此事绝不可能，但也一时看不出其作弊的手段。这个人口才了得，在他的鼓动之下，居然带着永动机游历整个欧洲，每到一国还受到王室的接见，甚至还曾取得专利。后来他的仆人间拌嘴才泄露了天机，原来永动机的下面有个暗箱，只须有人藏匿其中转动发条即可。　　第一定律明确指出了能量是不能凭空产生的，但有些才智之士又突发奇想，第一定律不是指出能量和热量可以相互转换么，那好，我们可以从一个高温物体不断吸收出热量并转换成机械能做功，这不也是一种永动机么，何况于第一定律并不矛盾呀。　　其实当蒸汽机不断完善的时候人们就发现出这一个问题，无论怎么润滑机件，减小摩擦，蒸汽机的效率提高到一定值之后就怎么也上不去了，换句话说高温物体释放的热量绝对不能完全转化成机械能，这倒不能简单地推诿于摩擦，即便是摩擦力为零的情况也是如此，解决这个问题就需要用到热力学第二定律。　　著名的物理学家克劳修斯提出的第二定理的表述是：不可能从单一物体吸收热量并把热量完全转化为机械能，另一位物理学家开尔闻勋爵的说法更是简单明了：不能把热量从低温物体逆传到高温物体，后来证明这两种说法都是等同的。　　随后克劳修斯便引入了熵的概念，从而第二定律又获得了第三种解释：熵增加原理，即在封闭的外部热量无法传入的情况下，体系的熵值只会朝增加的方向移动。　　所谓熵值乃是表现体系的无序程度的物理量，熵值越大，体系便越是混乱离散。熵这个词在当今除了物理和化学等寥寥学科之外，很少再有人提及了，但在19世纪的欧洲的上层社会的交谈中，你若不装腔作势地拼出这个字音来会被人视为鄙陋的。　　起因还在克劳修斯，他得出熵增加的结论之后马上就推广到宇宙空间，整个宇宙不也可视为一个封闭系统么，那么宇宙的前景是可想而知的，熵值无限增加，最后到一个极大值，此后宇宙各处的温度都等同了起来，便处于一种永恒的死寂状态。他写下这篇论文时的笔调很是忧郁，似乎宇宙的末日并不为远。　　克劳修斯的文章震动了整个社会，当时西方各国的社会正处于上升的黄金阶段，机械大工业已初见端倪，粗大的烟囱林立城市，满载的航船游曳大洋，老百姓的生活日益富足，人人都正在想如何把此等天堂一般的日子承继下去，孰料一盆冷水突然迎面泼来。　　末世的到来圣经里不是没有，那也只是触怒上帝的报复，再说那时人们已大多倾信于科学，于天主的警告未必放在心上，然而正是科学家作出这等惨淡的预言，不由得不信，一般小民未必会在意这世界的结局如何，但哲学家们却非要争出个是非不可，受其影响，那个时期的文学也是悲观主义盛行一时，无病呻吟的诗歌也处处可见，神学家又得意地站了出来&如何，末日终有到来之日，这可是上帝的惩罚，还不投入天主的怀抱，请求宽恕？&　　实际上宇宙的热寂说本不足为信，第二定律简单地推广到整个宇宙空间未必适用，何况我们还无法说出宇宙的边界究竟是怎样的情况。至于那些耗散到太空去的热究竟到哪里去了，究竟又是怎样集结起来的，这期间牵涉到怎样的能量转化过程，当时的人们只能含混其词&上帝自有他的道理&。这须得到二十世纪的新宇宙学发展之后，才能给出答案。　　热力学第三定理最简单的表述是：绝对零度可以无限接近，但永远都不能真正达到。我们知道，物理学家开尔文曾经制定过一套热力学温标，与摄氏温标和华氏温标不同的是，它规定的世界上的最低温度是绝对零度，换顺换算成摄氏温度是-273.16度。　　第三定律是在对低温进行时由德国的物理化学家能斯脱提出的，沿着这条路走下去到二十世纪低温物理学便发展成物理学中门类最是庞大的一支--凝聚态物理，八十年代红极一时的超导也是系出此门。　　热学的另一支统计力学走的与热力学全然不是一条路，它是建立在分子运动论和数学上一大分支概率论基础之上的。　　分子学说自从古希腊的德谟克里特以来沉寂了千年之久，直到近世才被大化学家道尔顿从故纸堆中翻了出来，而概率论来历更是古怪，最初居然是大数学家傅立叶从赌场中获得的灵感。这样的两种理论结合在一起，又没有很强的实验来支撑，人们原来是不抱什么希望的。孰料天下尽多蹊跷之事，统计力学轻易就推导出热力学三大定律，而且前提只有一条：承认每个分子在各种不同的物理状态中是等几率分布的。　　这样一来热力学给出的是宏观上的现象，统计力学解释的是微观上的机理，二者实是殊途同归。其实统计力学最大的意义并不在于把热学重新解释了一遍，而是第一次把概率论的观点引入了物理学中，这在二十世纪物理学的革命中起了极端重要的作用，到今天每个物理学家都能真切地认识到：我们这个世界是建立在概率基础上的。&电磁学是整个经典物理学辉煌到顶点的标志。早在古希腊时代人们认识到琥珀带电和磁石吸引铁钉的现象，但也仅仅到两百年以前才突然发现电和磁是如何紧密地联在一起的。　　最早能把琥珀带电和天上的闪电想象成是一种物质的是美国人富兰克林，这在当时也算是了不起的创见。自古以来人们就对电闪雷鸣抱有恐惧的心理，牛顿力学虽然解释了很多现象，但对此却无能为力，因为这其中涉及到的不是引力的作用，而是另一种尚未知晓的力--电磁力。　　富兰克林也是偶然注意到这一现象的，那一次在家中用一个存贮电荷的莱顿瓶做实验，一不小心莱顿瓶漏电，当场将他身旁的夫人击晕了过去，这只怕是历史上第一次人造电荷发生的事故。富兰克林赶忙将妻子扶起，心中却想，妻子倒地时浑身抽搐发青，倒似被雷电击中的一般，只怕雷电多少和这莱顿瓶中的电荷有关。　　这富兰克林也是胆气豪壮之士，他专门找准了雷雨天放起风筝，金属丝线搭落下来，火光四溢，旁人见了无不骇然失色，他却一边拽着风筝疾跑一边哈哈大笑，&我找到雷电的成因了！&　　当时研究电流的强度实在没有什么好的仪器，富兰克林干脆就把电流通到自己身上，如此强度就分成了三六九等，无感觉，麻木，抽搐，昏厥，再以上就觉察不到了，几次富兰克林都险被击毙。物理学家大都极富献身精神，但象他这般涉身犯险，视生命直同儿戏的倒也没几个，也正是在这些迹近拼命的实验下，电学的第一批数据建立起来了。　　第一个认识到电荷平方反比律的是应该算是英国的大物理学家卡文迪许。他出身贵族豪门，照例卡文迪许这等身份的人或者出入官场，扬威域内，或者放浪形骸，寄情声色犬马之中，可是他生性古僻，平时连生人都不愿见到一个，生平最喜好的事情便是在家里作各种希奇古怪的实验。　　卡文迪许是第一等的大物理学家，实验作得固然是精度极高，理论上的功底也是不弱，他在翻读牛顿的《原理》一书时看到牛顿的一个证明，一个小球悬吊在另一个空心球体之内，受到的引力为零，这完全是因为万有引力与距离平方成反比之故。卡文迪许看到这里，突然想到莱顿瓶的电荷可是只分布在表面，内部可是一点儿也没有，莫非电荷的作用力和引力作用全然相同，都是遵守平方反比的规律，这也未免太过巧合了吧？　　此等联想乃是物理学中最是宝贵的直觉,在实验室中不分昼夜的埋头实验故是不易，呕心沥血地推导出复杂的公式也属难得，但终究是及不上这电花火石般的一刹那，自牛顿的万有引力发现以来最重要的一个猜想便这般诞生了。　　当时的实验条件很是简陋，但卡文迪许经过极细心的检验和论证，指出电荷间作用力的形式如同： ，其中n在之间，这是第一等的发现，但卡文迪许生性内向，所有的手稿都锁在柜中了事，根本无意发表。一直到1785年，法国物理学家库仑设计出扭称实验，验证了平方反比率，轰动了整个欧洲，但其精度尚还不及卡文迪许。　　卡文迪许终身未婚，只有他侄子继承了一大笔财产和一大柜手稿。他一生除了购置实验仪器之外花费着实寥寥，他的侄子毕竟最通他心意，将此笔钱捐给剑桥大学彼得豪斯学院实验室，这个实验室就是后来名闻天下的卡文迪许实验室，人类在那里第一次揭开原子的秘密，前后在那里培养出诺贝尔奖金获得者共计二十六人。　　不过卡文迪许的侄子本人不通物理，倒拿那一大堆手稿没有办法，直到他本人也逝世之后，手稿才流落出来，后世的物理学家读到之后才对卡文迪许的旷世才学又惊又佩。是他最早精确测定了万有引力的常数，是他最早提出了电荷间的作用力和距离平方成反比，是他在法拉第之先用实验演示了电容器的电容和填充的物质相关，早在欧姆定律公开发表的三十年前他就发现了导体两端的电势和流过的电流成正比。在化学上他甚至享有&化学家中的牛顿&的美誉，是他最早提出水是由氢氧两种元素组成的。　　更让人不可思议的是所有这一切全部都是他一人完成的，连一个助手都没有，更别提创立什么学派了，他从来不与其他科学家交往，但英国科学界对他的尊敬是牛顿之后无人可比的。　　库仑定理提出之后，静电学又进入了一个崭新的阶段，一些第一流的大数学家参加了进来，其中便有高斯，格林，泊松等人。泊松是拉格朗日的得意高徒，他最先把数学中一整套分析的办法引入到电磁学中来，高斯则把单电荷的库仑定理扩展到连续场中，格林则第一次引入了电势的概念。　　静电学已经发展得很是成熟，与此平行的磁学也找到了类似的平方反比的作用力，但究竟电和磁之间究竟有什么牵连几十年来都不甚明了。一直到电池问世，人们可以获得稳恒的电流时，这个谜底才在1820年被丹麦物理学家奥斯特揭开。奥斯特也是偶然发现通以电流的导线边上的磁针奇迹般地发生了偏转，这一发现当即轰动一时，当年的著名科学刊物《化学和物理学年鉴》破例将他的论文全文刊载，附的编者按也颇耐人寻味：&读者们一定都知道，本刊从不轻易支持宣称有惊人发现的报告，至今我们仍以能坚持这一方针而自诩，然而奥斯特先生的文章显然是个例外，他的结果看起来无论怎么光怪陆离，但每一个数据都是准确无误的，谁也找不到丝毫漏洞。&　　奥斯特的论文很快被译成法文，英文和德文传便了整个欧洲，另一位大物理学家安培接到消息之后大吃一惊，头脑中冒出的第一个想法便是磁体和磁体之间有相互作用，电流和磁体之间也有相互作用，如此说来电流和电流之间也应该有相互作用的呀。电池发明并使用的那么长时间，奥斯特效应摆在眼边都被漠视至此，已经是说不过去了，电流之间的相互作用要是还找不到，岂不令我辈汗颜？　　他马上付诸实验，并于日找到了实验证据，并向法国科学院作了汇报，并给出了著名的安培定律的表达式，而这仅仅是在奥斯特发现电流磁效应的第七天，电磁学的在一个星期的时间里进境之快，当真令人瞠目结舌。　　　　物理学家们各个都在暗悔自己的粗心大意，下一个目标却是再也不能放过了，电流可以产生磁，那么磁怎样才能产生电呢？但这个问题一搁置又是十年，直到英国的大物理学家法拉第发现了电磁感应现象。　　法拉第的崛起才真正算得上是一个奇迹。这位从小生长在伦敦郊外贫民窟里的孩子，一生所受到的正规教育不过才两年。连他自己都认为一生的最大出息也不过是一个出色的手艺工人而已，可是当时万业萧条，连靠手艺吃饭都成梦想，不得已法拉第浪迹伦敦，什么样的粗活重活都干过，包括打铁，喂马，送报，烤面包等等，最后的一份工作总算是固定下来了，帮人装订书报。　　可是法拉第也算是不世奇才，那个印刷厂出版的多是科技图书，他在装订的间隙闲极无聊，干脆读一些装订的书页为乐，开始他连字都认不全，但后来居然对其中的电和磁之类的东西大感兴趣。下工之后，他经常在工友中宣讲自己对电磁学的理解，人人都听得昏昏欲睡，唯独他意兴盎然，最后一位老工人劝他道：&你和我们这些粗人有什么可说的呢，应该去找那些吃白面包的人呀。&　　那些吃白面包的人都是上层人士，自己奈何能见到他们？再三思量之下，法拉第决定把自己的一些见解写信寄给当时皇家学会会员戴维先生。戴维乃是英国当时首屈一指的大化学家，28岁那年便自创电化学一门学科，并发现了钠，钾等诸多金属元素，当时英法两国打得天昏地暗，拿破仑还是力排众议，授予他皇家勋章。法拉第对他景仰已久，经常旷工跑去听他做的报告。　　法拉第本没抱多大希望，谁知不久竟然受到了戴维的亲笔回信。原来戴维看到法拉第的信后，心想此人的见解倒也颇具灵性，看来也是一位可造之才，一见面之后却不免微微皱头，来者衣衫不整，肢手粗大，全无想象中儒雅的绅士风范，稍询片刻，便知法拉第根本没受什么教育，业余自学的东西倒是不少，但都杂而未纯，不成章法，尤其数学知识几乎是零。　　但戴维心肠甚软，不忍拂他一片热忱求学之意，又见他反应灵敏，手脚麻利，便接纳他为自己的助手。自此法拉第一步登天，步入了科学的殿堂。　　法拉第得知奥斯特和安培的进展之后，就把目标锁定在磁如何生电的问题上。十年之间他不知做了多少实验，跟着戴维拜会了多少名家，都没有取得丝毫进展，但法拉第却并不气馁。　　最后一次他选定的方案是把磁铁插入绕制的线圈之中，然后观察电流计中的计数。当时的仪器很是庞大，每次法拉第把磁铁插入线圈之后，都须得跑到另外一个放电流计的屋子去读数，结果每每都失望而回。　　突然法拉第灵感忽现，莫不是在磁棒插入的一瞬间才有电流产生？他向来心思极是周全，但于这一节却倒是从未想过，心念一动，叫来同事帮忙，在另一个房间里他果然看到了指针的偏转，登时目瞪口呆，兴奋得连欢呼都忘了。　　电磁感应定律发现又一次轰动了欧洲，法拉第也一朝成名。但法拉第在科学上的贡献远远不止这些，他师从戴维，在电化学领域发现了电解第一，第二定律。在实验方面19世纪的物理学家中却没有一个及得上他，是法拉第首先证实了电荷守恒，研究了光的偏振面在强磁场中的旋转，揭示了抗磁性和顺磁性，在化学上也是硕果累累，他制造出包括苯，丁烯在内无数的有机物，成功地液化了二氧化碳，氯气，二氧化硫等气体，接连不断地创出新的低温记录。　　但所有这一切比起他提出的场的观念，都不免黯然失色了。法拉第的数学基础不好，这是不争的事实。当时的物理学家各个都擅长用复杂的数学公式来表达物理思想，法拉第就经常合不上拍，但他也有自己的一套办法，用图解的方法表示出电磁场的分布。法拉第称之为力线，并在讲演中经常使用，开始大家都不免窃窃私笑，但没有人料到，这些力线实在是牛顿时代以来物理基础理论的一次最重要的变革。　　在此以前人们的潜意识中都持有的是超距作用的观点，即物质之间相互作用的传递根本是不需要时间的，力本身就是物质的属性，至于它怎样产生是无法说明的。　　这本来是牛顿的一家之言，只是牛顿威名过胜，后来人们一直便当天经地义一般。而法拉第画出的力线则隐然包含了物质之间的作用力乃是通过场来传播的，场虽然看不见，摸不着，但却实实在在的是一种物质，这不但为迈克斯韦的电磁场理论奠定了基础，而且对整个二十世纪的物理学影响极深。　　法拉第曾著有《电学的实验研究》一书，由于书中公式寥寥，在当时抱有数学至上观点的物理学界中反应平平，但法拉第毕生的思想精髓汇聚于内，后世得益于此书的有两个大大有名的人物，其一便是大发明家爱迪生，他年青时在波士顿的旧书摊上买得一本，虽然页数不全，却也是收益匪浅。晚年的爱迪生腰缠万贯，回忆起来仍认为当年买下法拉第的书实是一生中最得意的一笔投资。　　另一个人便是旷世奇才迈克斯韦，电磁学在他手中才到了旁人想也不敢想的至高境界，以他的姓命名的迈克斯韦方程组更是十九世纪物理学的一株奇葩，千载之后的人们忆及公元1864年，首先想到的只怕不是轰动一时的美国南北战争，而是那几个朴素的方程。　　迈克斯韦出生于苏格兰的爱丁堡，自小沉默寡言，喜好的仅是数学和英文诗歌，同学们都送给他一个外号&傻子&，但稍有眼光的老师都清楚这个孩子在数学上的前途不可限量。　　果然在16岁的时候迈克斯韦就写下了两篇论文《关于旋轮线的理论》和《论弹性的平衡》，居然获得了在皇家学院会议上宣读的资格，但会议真正开始的时候却是由人代读的，他还不过是个穿夹克衫的孩子而已，实在上不得台面。　　迈克斯韦在19岁那年进入剑桥大学学习，他的兴趣极为广泛，数学，物理，化学，哲学方面的课都去听，不过他最喜欢的还是数学。一次著名的大数学家霍普金斯到图书馆去借一本数学著作，管理员告诉他已经被一个叫迈克斯韦的学生借走了，霍普金斯心中暗暗称奇，这本书艰难晦涩，全剑桥的数学教授也未必有几人能看得懂，而一个学生竟能聪明至此？　　自此迈克斯韦师从霍普金斯，水平又升上了一个台阶。数学自古希腊以来一直分为两派，一派以毕达哥拉斯为鼻祖，崇尚抽象数学，并把数学看成纯粹的符号，另一派由法国的笛卡儿，英国的牛顿等人继承了下来，他们强调的是数学的应用性，尤其在物理学中更是一件犀利的锐器。很多大数学家，例如高斯，欧拉等人都是身兼两派之长，在纯数学和应用数学中都有过光辉的贡献。　　而迈克斯韦在老师影响之下，走的是应用数学的路子，这是他一生中最正确的选择，因为他有着比一般数学家强的多的物理直感。自古而来，数学家从事物理的鲜有大家，可见两门学科的思考方式原本大大的不同，物理学家固罕见严密得无以复加的推理本事，数学家也缺少简洁明快地直觉思维，但一朝突破这一障碍，那便是了不起的大师级人物，迈克斯韦便是一例。　　迈克斯韦一生中的另一大幸事便是见到了法拉第，他们二人虽都是第一等的物理学大师，但各方面相差仍是极远：法拉第自学成材，迈克斯韦则毕业于最负名望的剑桥大学，又受业于霍普金斯这等大行家，法拉第的实验手段极是高妙，物理直觉更是胜人一筹，而迈克斯韦的数学功底在当时也不做第二人想。而且这二人的年岁相差足足四十岁，可他们一见面便似多年的老朋友一般，当真是无话不谈。　　法拉第虽然威名远播，但他的电磁理论很少有人问津，说起来法拉第既然发现了电磁感应现象，又别出心裁地引入了场的概念，离电磁场方程的建立也就一步之遥，却偏就力不从心，想必是数学功基太也不牢的缘故。迈克斯韦则刚好在这一节上拿稳了法拉第的接力棒。--------------------------------------------------------------------------------&麦克斯韦的这几个方程貌似拙朴，却是整个电磁学的精华所在，当时无论哪一个物理学家看了都不免意动心折。须知电磁学发展到此也有百多年历史了，公式堆积得已经到了骇人听闻的地步，然而无论是怎样眼花缭乱的公式，却都可由这几个方程一推便得。而且迈克斯韦在这些方程中从数学家的美感出发，引入了位移电流的概念，这一手堪称绝妙，一代大师风范隐然已现。　　 后来英国的亥维赛等人将其改写为现在常用的标准形式，　　　　在此形式之下迈克斯韦方程形式更显简洁，如果到类似于电荷的磁荷，方程将会更加完美，在二十世纪为磁荷的寻找也曾激起过轩然大波。　　但这组方程中蕴涵的更深层次的道理只怕连迈克斯韦本人也未意识到。原来这种更完美的对称竟是以破坏了迦利略变换为代价的，而整个牛顿力学的根基便建立在迦利略变换之上。　　要么牛顿力学被修正，要么迈克斯韦方程被推翻，此外没有第三条路。能警醒地看到这一点的人那自然更是了不起，他便是爱因斯坦，迄今为止真正能和牛顿比肩的巨人。他基于美学的观点，肯定了迈克斯韦方程的同时动摇了牛顿力学的根基，并终于创造出震古烁今的相对论，这些都是二十世纪以后的事情了。　　迈克斯韦根据他的方程作出最重要的预言便是电磁波,这在人类历史上是个了不起的里程碑，此后电报，广播，电视，雷达等等才成为可能。但当时所有人都在嘲笑迈克斯韦那悬乎其旋的所谓电磁波，从没有人在实验上找到它，甚至从从没有人想到过做相关的实验，数学家笔下花哨的东西多半作不得准的。　　迈克斯韦本人也是心灰气沮之致，他原先兴致勃勃开授的电磁波理论的课，只有两个人坚持听到最后。他身体原本羸弱，推导迈克斯韦方程那等艰辛的工作更是耗尽了毕生的心血，在四十八岁便英年早逝，葬在一处不知名的墓地上。　　他逝世七年之后德国人赫兹验证了电磁波的存在，人们突然才想起这位&牛顿之后最杰出的数学物理学家&迈克斯韦的功绩来，铺天盖地的荣誉呼啸而至。二十世纪量子论的提出者，大物理学家普朗克这样评价道：&他的名字永远镌刻在经典物理学的门扉上，永放光芒。从出生地来说他属于爱丁堡，从个性来说他属于剑桥，从功绩来说他属于全世界。&　　 迈克斯韦若是地下有灵，也该含笑九泉了。　　　　经典力学中的力，热，电，光四大分支中走过道路最是曲折的原是光学，其波动说与微粒说之争，数百年之间几经反复，已在物理学发展史极所罕见，最后结局之奇，却是大出所有人意料之外。　　牛顿本人对光学研究之深并不亚于力学，他最早通过三棱镜的色散观察到太阳光的色散现象，制造出先进的反射望远镜。对于光的本性，牛顿是持微粒说观点的，他认为光线是一些大小不同并且迅速震动的粒子组成，而这些粒子又是从发光物体那里一个个地发射出来。　　微粒说很好地解释了光的直线传播规律，折射定理和反射定理。但胡克是持波动观点的，所谓光就象水波一圈圈地传入人眼中，这一观点也得到当时法国的大物理学家惠更斯的认同。　　第一场大论战就此爆发。牛顿先发制人，一下子扼住了波动说的要害，波动说首先不能说明光直线传播，因为波的衍射现象是人所共知的，光线却何尝能够绕过障碍物，照到阴影中去？其二也不能解释光的偏振现象。　　惠更斯也不甘示弱，指出光如果真的是微粒一类的东西，就会象飞行的子弹一般相互碰撞，传播方向首先就确定不了，而且惠更斯借助包络作图法成功地解释了波的折射现象，但牛顿对此视而不见，当时他与胡克的成见甚深，凡是胡克拥持的观点他都不遗余力地加以反对。其实微粒、波动二说当时是各擅胜场，谁也不能压服对方。　　随着牛顿本人逐渐走上神坛，其创建的牛顿力学又是无往不胜，物理学家们大多对他骇然敬服，微粒说占稳了统治地位也是意料中的事情，天才如牛顿何尝犯过错误？　　又过了将近一个世纪，在1800年英国物理学家托马斯·杨竟然冒天下之大不韪，旧案重提，在提交到皇家学会的论文《在声和光方面的实验和问题》中指出光和声音一样都是纵波，最显著的例证便是二者都有干涉现象。　　托马斯·杨的双缝干涉实验装置并不复杂，却极有说服力，任何支持微粒说的人看到了都不免目瞪口呆。但皇家学会的保守传统由来已久，何况这次捍卫的乃是牛顿的理论，无数的讥讽，嘲笑，漫骂将托马斯团团裹住，托马斯一人舌战群儒，竟是丝毫无退缩之意。只是反方势力过强，托马斯也是心知肚明，他曾经花了好几年工夫写就的《关于自然哲学和机械工艺的演讲》一书来支持波动观点，正如他自己坦然承认一样，&总共也只卖出去一本&。　　与此同时法国的另一位光学家菲涅尔在对杨氏实验毫不知情的情况下，当把一根又细又直的线放在点光源的光束中，意外地在屏上观察到彩色条纹。菲涅尔马上联想到当年惠更斯的理论，引入了波前和子波的假说，成功地推导出光的衍射规律，为波动说找到了另一半证据。　　但波动说在法国的命运相比英国也未见好到哪里去，菲涅尔提交的报告落到拉普拉斯、泊松这些一等一的数学物理大师手中。菲涅尔当时的数学功底尚浅，泊松等人立时找到了不少缺陷，接着就将原稿退回，也不管其中物理思想的是非。　　菲涅尔毫不气馁，他将数学上大大改进之后静待时机。在1818年，法国科学院举办了一次规模空前的科学竞赛，题目是如何用精确的实验来确定光线的衍射效应。菲涅尔将更新后的稿件寄出，当真不是冤家不碰头，该次评委会的主席又是泊松。　　不过这一次菲涅尔的数学上实在无懈可击，泊松大为踌躇之余，对菲涅尔却也是刮目相看。一夜长考之后，泊松在假设承认菲涅尔衍射理论的情况下，居然推导出在一个圆盘的衍射花样的中心应该出现亮斑。他大笑着掷下笔从坐椅中直起身来，&怎么会有此等荒唐的事情，一个圆盘映在墙上的影子中心居然是个亮斑？&　　泊松的笑声未消，实验方面传来的消息把他惊得半晌说不出话来，确实在影子中心观察到了亮斑！当时那些久负盛名的光学家们都不免暗叫惭愧，如此重要的现象任由眼边溜走达百余年之久，未免太也说不过去。　　托马斯的干涉，菲涅尔的衍射，泊松的亮斑都使人们意识到波动说的正确性，紧跟着光的偏振，双折射，旋光等现象都找到了令人信服的解释，波动说更是被确认无疑了。　　支持微粒说的人一下子成了少数派，但他们的反诘也是咄咄逼人。我们都知道波的传播都是需要媒质的，声波借助的是空气，水波的媒质就是水，但光线能从无穷远的恒星传过来，媒质又是什么呢？　　波动说的支持者认定是一种充斥于宇宙空间的以太在起作用，可是这种以太的性质也太过离奇，它应该是一种能产生切向力的胶体，偏偏弹性模量比钢还要大，究竟是怎样的波才能传输在这样的媒质中呢？　　这个谜团一直到电磁波理论出现之后才被揭开。迈克斯韦生前曾深入研究过电磁波，一个惊人的预言便是电磁波传播的速度和光完全一样，每秒30万公里。他只差就没说出口，光就是电磁波！　　当时电磁波本身是否存在还是个问题，人们也没有在意，但当电磁波存在的消息被证实之后，人人都是恍然大悟，光本身就是电磁波，电磁波也有诸如折射，反射，衍射，干涉，偏振等与光一致的现象。　　光是电磁波的消息传出，物理学家们各个喜形于色。最后这道谜题的解出不但为波动说和粒子说最终定案，而且标志着经典力学已经到完美无及的地步了。众人都是一般心思：打开香槟痛饮一番，我们物理学家的使命到底是完成了！　　连英国皇家学会会长汤姆逊先生都放出话来：&力，热，电，光物理学的四大根基已经稳稳地扎牢，上帝的奥秘我们全然知晓，现在我们的任务应该转到具体而细致的技术工作上来，物理学本身也会由于丧失新奇性而味同嚼蜡。&　　 但真的就这样完了么？　　早在1888年赫兹就观察到紫外线照射到金属上时，会令金属发射出带电粒子，汤姆逊等人又证实这种带电粒子便是电子，是称光电效应。但依照光的电磁波理论，却是无论如何也说明不了光如何具有如此的能量将电子打将出来，而整个作用时间又何以短得不可思议。　　波动说隐然又被蒙上一层阴影，倒是废弃已久的微粒说可以很好地自圆其说。何况电磁波本身还有未解决的问题，诸如黑体辐射中的紫外发散，就令第一等的专家也是一筹莫展。　　 更要命的危机是以太怎么也找不到！　　人们时空观自牛顿以来就无有丝毫变更，宇宙中存有一个绝对静止的空间，任何其他参考系和它对照才能判断是惯性系或者非惯性系。电磁波的存在则认定宇宙中充斥的以太便是和这个绝对空间连绑在一起的，我们只需测得地球相对于以太的运动，便可探知地球相对于那个绝对空间究竟是怎样的运动情形。　　这在当时被认为是物理学中的最后一件盛事，而且由于迈克尔逊干涉仪的发明大大增强了人们的信心，这种新型的光学仪器测量精度之高亘古未见。　　然而精度愈高，测量的结果愈是令人寒心不已，无论怎么都丝毫感测不到地球相对以太的运动，换句话说，以太也好，绝对空间也罢，都只怕是幻梦一场。一些有识之士在漫天的叫好声中却开始冷汗涔涔，这座经典物理的大厦看似威风凛凛，富丽堂皇，实则地基处就存有极大的缺陷，弄不好千年基业一朝便会灰飞烟灭。　　 此时，历史的车轮已经缓缓驶入了二十世纪。　　　　　　　　　　　　日清晨，巴西南部一个叫做索不拉尔的偏僻村庄里。太阳刚刚升起。上帝赐予了当地人永久的宁静，在他们眼中，世界不过是蓝天，麦田，草原，绵羊，仅此而已。甚至刚结束的硝烟弥漫的第一次世界大战仿佛也是天边的传说。　　　　但他们还是一大早就被人吵醒了，门口来了一队行装古怪的外国人。有的操着蹩足的葡萄牙语向他们问好，有的打着手势借水喝，更多人在忙着架设天文望远镜和照相机。　　　　中午时分，灿烂的阳光慢慢开始变暗，本世纪一次著名的日全食发生了。围观的人群骚动了起来，纷纷在胸口画着十字，有人急忙去找牧师，而那些外国人则胸有成竹地开始进行观测。　　　　他们是一支天文观测队，来自遥远的英国，此行的目的是验证一个德国人的奇怪理论。　　　　很快数据得到了处理，而且底片也冲出来了。　　　　领队的教授是一个标准的英格兰绅士，虽然绅士们最推崇沉着冷静的作风，但是教授的目光明显流露出期待和不安。当他将湿漉漉的底片放在灯下时，很快教授先生的手连同大胡子都激动地抖了起来，宇宙有界还是无界，我们所属的空间平直还是弯曲，牛顿思想胜利还是被颠覆，都取决这几张小小的底片了。他深吸一口气，睁大了眼睛。　　　　很快，即使离屋子五十米以外的地方都可以听到一声毫无风度的嚎叫：“我的上帝，难道那个叫爱因斯坦的德国人到底说中了？！“　　　　在两张重叠的底片上可以清晰地看到一条笔直的星光在穿过阴影中的太阳时，竟然发生了偏转，偏转角是1.7秒。　　　　　　　　英国皇家学会的大厅里，坐满了英伦三岛的科学精英。他们有的可能意识到这会是个不平凡的日子，特地换上节日才穿里的西装。　　　　当大会主席汤姆逊爵士，扶了扶眼镜，慢吞吞地宣布这次大会的议题是《广义相对论在天文学上的验证》时，底下的学者们就开始窃窃私语，而后声音愈来愈大，有的甚至不等主持人的召唤隔着橡木桌就站起来大声辩论，汤姆生几次摇玲试图控制局势都未成功，他遗憾地摇摇头，向旁边的几位委员尴尬地笑笑。　　　　但是当著名的天文学家爱丁顿勋爵，这次天文测量的总领队出席在会场时，下面顿时静了下来。他满脸风尘，声音低哑而且发言简短，但纵使会场离他最远的人也听清了这样几句，“……铁一般的事实……光线弯曲了……与爱因斯坦博士的计算结果完全一致……“　　　　会议开到很晚，没人提前退出会场，甚至没有人站起来发言。鲜红的地毯，昏黄摇曳的烛光，将沉思中的学者们的脸衬得或明或暗。没人感到饥饿，没人感到倦意，更为糟糕的是工作人员似乎也受上了物理学家风范的影响，粗心得连晚餐也忘了上。但人们根本顾不上这些，从白发班驳的老学究，到颇富朝气的新锐，都在默默地思考着，激动着。　　　　无论是赞成派还是反对派，都清楚这的确是重要的一天，不仅二十世纪物理学的一代巨人就此崛起，而且是他，爱因斯坦，亲手抡起大槌，将牛顿苦心创建，业已竣工百年的经典物理学的大厦砸开第一道裂纹。　　　　牛顿也错了？物理学就此混乱？末日就此到来？呵，依撒克．牛顿，我们心中的神祗，我们都是你忠实的追随者，你会怎样指示我们呢？人们纷纷把目光投向大厅正中牛顿的巨幅画像上。　　　　牛顿不说话，他只是高深莫测地笑着。　　　　　　　　在伦敦，第二天影响甚大的《泰晤士报》头版头条的报道是《光线弯曲了，牛顿神话的破灭》，盛赞爱因斯坦是继牛顿之后的最伟大的物理学家，他更正了人类的时空观，拓展了人类的思维世界，并且断言他的相对论产生的影响决不会只囿于二十世纪。很快，从踯躅在伦敦街头的商贩，到面目黝黑的煤炭工人，都隐约知道了科学界最近发生了惊天动地的事，至于对其它人有什么影响，一时还领悟不到。毕竟，这离相对论的副产品之一──原子弹的诞生，还有漫长的二十六年。　　　　在大西洋彼岸的纽约，惯用哗众取宠手法的《纽约时报》的头条标题是“俄国爆发革命“，但接下去以更大的标题写道：“爱因斯坦的胜利“，“恒星在不在它们应在的位置上出现，但是似乎不必担心。“按照他们的报道，公众们已开始怀疑九九乘法表的正确性，学生们则开始拒绝作几何题，又据称，爱因斯坦在把他的著作交付出版商时，警告说全世界仅有12个人懂相对论，但出版商乐于承担这个风险。　　　　在巴黎，沙龙里“相对论“立时成了最时髦的词语。雍容的女贵族可以一边抚着怀中的哈巴狗，一边和女友们眉飞色舞地谈论“相对论“，如同在谈论昨夜刚上演的歌剧。她们并不需要纸和笔。　　　　在柏林，官方机构正在为难是否宣传这位并不是日尔曼人而是犹太人的传奇科学家的时候，大街小巷的啤酒馆里的人都在神秘而兴奋地谈论着爱因斯坦和他的相对论。是的，自从一战以德国的惨败而告终后，很久没有这样激动人心的话题了。一个德国人能受到战胜国的推崇，真是少见。一夜之间，即使是小学生也把爱因斯坦那著名的公式 写入了练习簿。　　　　1919第一次世界大战的硝烟刚刚散尽。为民族主义所鼓动的人们在狂欢或狂悲过后，却发现轰轰烈烈的一战除了大口径重炮，齐柏林飞艇，满目疮痍的建筑物和以百万计亲人充当的炮灰以外，委实没有剩下什么。理性终于在人们的冷静中回归，科学再度被摆上至高无上的地位。　　　　不管怎么讲，1919年的爱因斯坦如日中天。　　街头的电车刚刚停稳，就下来一个穿褐色风衣，头发凌乱的中年人。刚才在电车上，警惕的售票员几乎把他认作小偷，因为他实在很少见这种脖子上扎着领带，脚下穿着拖鞋的人。不过要是他知道这就是大名鼎鼎的爱因斯坦教授，一定会惊讶得说不出话的。爱因斯坦先生刚刚从他朋友洛仑兹教授的电报里得知广义相对论被证实的消息，他不过微微一笑，自然，一切都在意料中了。　　　　心情毕竟很好，他边走边哼着舒伯特的小夜曲，但是没过多久声音就小了下去。爱因斯坦，这位历史上出名的智者，又一次晃着硕大的头脑陷入沉思，他在想些什么呢……　　　　日，阿尔伯特．爱因斯坦诞生于德国南部一个宁静的小城乌尔姆。和牛顿一样，这个注定要震撼世界的人的童年并未有任何特异之处。　　　　他的父亲海尔曼．爱因斯坦虽说是一位商人，但是他年青在学校里展现的数学方面的才华是有目共睹的。而他的母亲艾尔莎则是音乐爱好者，并经常在家庭聚会大声朗诵席勒的诗篇。父亲的数学才华加上母亲的艺术天赋，照理小爱因斯坦应该聪颖过人。然而这个孩子天生沉默寡言，以致忧心的母亲一度怀疑他是否有智力障碍。　　　　但是当他的母亲奏起钢琴时，小爱因斯坦就会侧过脑袋倾听。他的湛蓝的目光显得很是深邃，孩子显然是听懂了。这就是美呀。也许他毕生所追求的自然界和谐的美就根源于此。　　　　很快爱因斯坦就发现小城的环境并不适合他。弯曲而狭窄的街道，庄严的哥特式教堂，威武雄壮的炮台，这里似乎更适宜培养出一批热血的日尔曼战士，而不是他这种视自由为生命的思想家。在宏大的阅兵式上，普鲁士军官刻板的军令，士兵们单调的步伐，往往成为孩童们模仿的对象。而这时可怜的爱因斯坦紧张地抓住大人的手，他要回家。军号和刺刀是他厌恶了一生的东西。　　　　在学校的情况似乎也妙不到哪里去。他是一个犹太人，而欧洲排犹的习俗由来已久。周围同学有意无意的伤害，使小爱因斯坦更加孤僻。老师们也没有注意到蜷在教室一角的他，在老师看来，不能掌握拉丁文语法的孩子是没有前途的，而且小爱因斯坦回答问题时总显得很迟钝。他们并不能理解这是爱因斯坦思考比同龄人深刻得多的缘故。　　　　 这期间也发生了触及爱因斯坦终生的事。　　　　他的父亲送给小爱因斯坦一个罗盘针。不管他怎么拨动指针，它永远只朝一个方向。这在大人们看来是司空见惯，但在孩子的眼里充满了神奇，一定有什么神秘的力在推动它，怎么才能找到这种力呢？孩子为这苦恼了一段时间。　　　　在他升入中学的时候，他第一次接触到了几何。这更是一个充满魔力的世界。书上各种复杂的定理归根到底由几个公理推论而出，一切是那么的简明，而证明过程又严格得无可挑剔，自然界有它独特的秩序美。　　　　更令小爱因斯坦惊奇的是自然界竟也会骗人！人们通过粗浅的直觉经验得来的结论往往是那么的不可靠。上帝不仅淘气，而且吝啬，他经常会把真理象皮球一样踢向更深处，然后转过身向人们扮个鬼脸。人类对真理的追寻如同与上帝的角力。“或许我们对世界的看法根本就有偏差，因为它不过是建立在几个公理之上的，如果这些公理本身也有漏洞呢？“当小爱因斯坦摆弄着圆规和三角板的时候，心中升起这样的念头。当然他没有说出来，说出来也只会导致大人紧张地伸出手去摸他的额头，没有人相信若干年后这个羸弱的孩子会轻轻掀翻整个人类的世界观。　　　　对于爱因斯坦而言，长期音乐的熏陶赋予他美感与想象，对常见事物的深思训练了他的洞察力，而几何题迷宫一样的推理使他的思路更加缜密。他无疑是幸运的。　　　　然而爱因斯坦还是不能足够敏锐地回答老师的问题而遭白眼，还是不得不交出自己精心制作却依旧丑陋的泥捏小板凳而遭同学们嘲笑，拉丁语的课文念得结结巴巴，算术考试也由于马虎而错误百出，整个少年时代，学业不过平平。　　　　　　　　从1896年到1900年，爱因斯坦求学于瑞士苏黎士工业大学，这是他一生中十分平静和惬意的地方。　　　　瑞士立国数百年，自由的氛围欧洲无国可及。爱因斯坦在这里听不到士兵们无休止的冲杀声，空气清新，阳光也分外的和媚，即使巡逻在街头的警察也是步履缓慢，眼角蕴含着笑意。　　　　在这里，爱因斯坦的自由散漫发挥到极致。他可以穿着拖鞋进出教室，可以蓬头垢面地整天窝在实验室，可以和同学们在一起自由讨论，可以不去上自己不喜欢的课。他甚至对数学这样重要的课都去敷衍。在他当时看来，物理世界是简单而优美的，上帝只垂青1，2，3，4，而数学只是徒增形式上的复杂。这甚至影响他多年以后的研究工作。　　　　用现在的眼光看来，当时无论数学还是物理都发展得远不够充分。到二十世纪末，我们才发现数学和物理交叉愈来愈深。以前只是物理简单地从数学中寻找工具，而现在甚至物理可以导致数学中的突破。　　　　我记得在一次报告中，诺贝尔物理奖获得者李政道博士伸出双手，这样说道：“物理学和数学犹如一根树枝上的两片叶子。“　　　　 可是一般说来,极富洞察力具有哲学家气质的人，并不一定很胜任细琐而又精密，逻辑性强的数学推理工作。　　　　 从来没有人能兼两者之长，牛顿不能，爱因斯坦也不能。　　　　更主要的是爱因斯坦发现展现他面前的数学分支繁复，数论，几何，拓扑等等，任意一门就会耗尽一生的精力。这情形犹如布里丹之驴。这头可怜的驴子因为摆在它面前的两堆稻草同样厚而无法选取吃哪一堆，最终活活饿死。　　但是，爱因斯坦很快就要为自己的选择付出代价了。考试之前，他对着自己散乱不堪的笔记发愣。幸好他的老朋友格罗斯曼先生是一个生来与爱因斯坦处处相反的人，他的笔记和他的人一样，光鲜齐整，一丝不苟。当爱因斯坦在发展广义相对论时发现几何知识欠缺而找其时已为数学教授的格罗斯曼援手时，}