日期：2013-04-02 09:37:58
　　首先，什么是科学？科学这个名词包含的内容越来越庞杂。更为普遍的，这个名词被当做和宗教对立的一种世界观。然而被引申过多，往往会让人忘记它的本质。其实，科学最核心的是两个特质：证伪性和预测性。
　　首先说证伪性。也就是可以被证明为错误。如果你提出了一个没有办法被证伪的观点，那么请自觉地不要把它包装上科学的外衣。举个简单的例子：“神不存在”，这个观点是可以被证伪的，因为你只要找出一个神就能证明它的错误。“神存在”就是不可被证伪的，因为有神论者常说的“你永远没有办法证明神不存在”。
　　阴阳、八卦、五行等概念在我们的民族屹立数千年而不倒，甚至到科技如此发达的今天仍然有着它们的立足之地。这一点被广大的传统文化粉丝们认为是它们的骄傲之处。然而却不知道，“辩不倒”本身正是这些理论的致命缺陷。它们的“辩不倒”不是因为它们如何的正确，而是因为这些理论自身被包装的没有被证伪的办法。事实上，我们也不用太过骄傲，因为这一点并不是我们传统文化的独有妙处，要不然专门针对它的“证伪性”也不会被国外的人提出来。

　　这一点似乎有悖常理，还有些不讲情面。因为没有办法证明是错的并不一定就代表一定是错的，仅仅是因为没有办法证明而已。那么为什么科学要给自己套上这么一个枷锁呢？或者说让科学具有证伪性有什么用处呢？通俗地说，那就是“严于律己”，要求自己“讲理”，杜绝“胡搅蛮缠”。就是有胆量让自己的观点接受检验，接受驳斥。套用一句口号：这一点可以保证“科学”队伍的纯洁性。

　　要强调的是：我没有说不具备证伪性的理论就是不正确的。仅仅是它们不能被证明“不正确”。你可以认为证伪性的要求是无理的，刻薄的。但是科学就敢于对自身要求这一点，如果你没有胆量把自己的观点变成可证伪的提法，就请不要套上科学的外衣。
　　可能有的朋友会犯嘀咕，“不能被证伪不代表就是错误的”，那我为什么不能去相信那些不能被证伪的观点呢？其实没有人强迫你不能信。科技发展到今天，也没有哪个国家是禁止宗教信仰的。（反倒是宗教之间会相互排斥和斗争~呵呵）
　　既然科学没有强迫人放弃宗教信仰，为什么宗教信仰会被科学迅速地击败了呢？其实很简单，正所谓“货比三家”，一个是严于律己，给自己套上了“证伪”的束缚，时刻接受挑战的科学，另一个是包装自己的观点，以使得它自圆其说，不敢接受证伪的挑战的宗教。如果它们都能解释你心中的疑问，你会相信哪一个？非常明显的，几百年来越来越多的人选择了科学。
　　记住，没有人强迫你的观点具有“证伪性”。但科学正是要求自己具有证伪性，才使得自身的“魅力”大增。就比如两个商场，一个敢说假一赔十，另一个支支吾吾，你去哪一家？宗教为什么在以前横行于世？就是因为只有后一个商场（只有宗教能解释人们对自然的疑问），没得选择。等到最近几百年“假一赔十”的科学商场开业（科学也能解释人们对自然的疑问了），哪个商场火爆还用说吗？

　　所以宗教和有神论，没有必要去敌对科学，这是公平竞争而已。
　　日期：2013-04-05 10:47:21
　　三十六、暮然回首，已忘记来时的路
　　我们再把目光放到原子身上，这个看似简单实则诡异到爆的原子一步步地在人类面前展现他不同寻常、匪夷所思的特性，人类正是为了解释这些特性，才不得不提出了同样诡异的量子力学。
　　玻尔为了解释原子光谱，强行假设原子中存在让电子稳定运动的特定轨道，而且电子不能平滑地移动，只能在轨道间“跃迁”。

　　德布罗意为了解释玻尔提出的那些轨道，异想天开地赋予了所有物质波粒二象性，并用驻波的形式让这些轨道合理化。最关键的是拿着波的频率、波长等量一计算，还很符合光谱数据。
　　既然说是波，只拿着频率波长这些宏观量说事可不行，你总得给出具体的波动形式，也就是波动方程吧。这个工作可没有那么简单，因为这根本不可能是一个逻辑推理的工作。这并不奇怪，回忆我们最熟悉的牛顿定律F=ma和万有引力定律，它们同样没有推理过程。因为你要推理，那你推理的基准是什么？只能是宇宙的终极规律，但谁又知道那是什么呢？所以我们能做的只能是观察数据，然后凭人类的智慧“悟”出一个可以符合所有数据的公式。还记得普朗克的公式吗？这种不着调的方式就是物理学的发展常态。薛定谔的方程也是如此，浪漫的度假给了他灵感，“悟”出了薛定谔方程。

　　波动方程是什么量在波动呢？薛定谔用一个符号Ψ来代表它。人们后来给这个量的解释就是它的平方代表概率。薛定谔的波动方程是Ψ与能量的关系式。
　　有了波动方程，强大的数学就可以展现它的威力了。通过数学转化，动量，角动量，能量等等所有物理量都可以用Ψ来表示。当然Ψ是概率分布，求出的这些物理量也全部都是概率分布。
　　于是确定了波动方程就确定了所有的物理量（此处的确定指的是统计分布的确定），也就是可以确定粒子的运动状态。物理学家把粒子的运动状态称作“量子态”，而量子态用波动方程来表示。
　　现在，运动定律已经发生了根本的转变：牛顿定律是从一些已知的物理量来求出未知的物理量。比如知道速度、时间求出位移。现在的量子力学是找出粒子的量子态，也就是波动方程，从而求出粒子各物理量的统计分布。
　　到此为止，研究粒子的思路也就很清晰了。就是求波动方程，通过波动方程求各物理量。
　　等等，不是说好的解释原子轨道吗？怎么这会成了波动方程就能完全代表粒子的状态了？那还要不要轨道了？对不起，不要了。人往往就是这样，路走的太远往往会忘记了初衷，引导人类前进的轨道概念被抛弃了。

　　通过纯数学的求解，可以求出电子在原子中所处的“量子态”，从而确定了电子在各位置出现的几率。电子不再处在轨道上，而是处在一种状态，一种按照特定概率在某位置出现的状态。为了形象的描述这种状态，可以想象一团雾，某一位置雾的浓度代表电子出现在该位置的概率。不同的量子态，雾的浓度分布不同。给这团雾取个名字叫“电子云”。下图就是用电子云的方式形象地表示氢原子的量子态。

　　于是，结束了吗？一切都结束了吗？当然还没有，因为原子的特性可不只有光谱，即便是光谱也不只是氢原子。仍然需要具体问题具体分析，不过还好，我们的思路已经清晰，而且有了波动方程这一个分析工具。
　　日期：2013-04-05 14:24:29
　　三十六中有失误，其中薛定谔方程的一段应该改为
　　波动方程是什么量在波动呢？薛定谔用一个符号Ψ来代表它。人们后来给这个量的解释就是它的平方代表概率。薛定谔的波动方程是Ψ与一个被称作“哈密顿算符”的关系式。而哈密顿量算符由粒子所处的环境（如电子处在原子中，处在磁场中等都是不同的环境）而决定。
　　日期：2013-04-05 15:15:33
　　三十七、你帮我来我帮你。
　　大部分朋友对上图肯定不陌生，它就是化学元素周期表。它展现了不同元素化学特性的变化规律。
　　早在18世纪，人们就发现元素化学特性分布存在着某种规律。1789年法国科学家拉瓦锡尝试着按照化学特性对元素进行分类，开启了分类研究物质化学性质的先河。随后人们发现的元素越来越多，对化学特性了解的越来越清楚，最后，俄国人门捷列夫于1860年代，将当时已知的每一种元素和它的化学特性写在一张卡片上，然后将这些卡片在桌子上像玩牌一样摆来摆去，研究它们的规律，最终经过再三修正，发表了元素周期表。当然当时已知的元素数量没有上图中的那么多，只有63种。

　　这个工作对于化学学科的重大意义自不必说。纯的元素就是纯的原子，元素的化学特性必然是由原子的结构来决定的。所以这张表可以给原子物理的研究提供线索和帮助，反过来也要求原子物理的研究成果能够解释化学元素周期表。
　　玻尔提出自己的原子模型时，不可避免地也需要考虑这一点，所以他的理论除了包括稳定轨道和电子跃迁的假设外，还有一个关于电子在复杂原子中的分布的假设。没错，假设、假设、全都是假设。关键是除了假设还能做什么呢？
　　他假设原子有一层层的壳，而每一层壳中包含的电子数量是固定的，而元素的化学性质是由最外层壳中的电子数来决定的。自然每层包含的电子数是根据周期表来推算出来的。这个结构的设计更像是一种艺术创造。
　　我们看周期表中72号以前的那一个位置，它是被一系列的元素所占据。这一系列元素的化学特性很相似，因此它们被称为稀土元素。在当时，72号元素尚未被发现，人们都预测它应该也属于稀土元素，所以寻找该元素的工作也主要集中在稀土中。但玻尔认为根据他的理论，72号元素的特性应该和钛、锆是一类，所以应该去锆矿中去寻找。最终人们按照这个向导找到了铪元素，并检验了它的特性，证明了玻尔的正确性。这就是玻尔的壳状理论所获得的最大成就，该元素的名字hafnium也正是哥本哈根的拉丁文。

　　这个解释直观，形象又美丽，但谁都知道这样的解释不可能是终极的。现在量子力学（波动方程）横空出世了，那就让我们来搞定它吧。