日期：2017-08-22 15:21:25
　　第三十六回：微观世界
　　迄今，人类一直有两个问题没有搞清。一是宏观宇宙有多大，二是微观宇宙能有多小。
　　在汉语中，“微”这个词有很多的意思。指“小”用的最多，比如微小、细微等等；也可以作“无”讲，比如《岳阳楼记》中的“微斯人，吾谁与归”。而微观宇宙中的“微”，自然不能作“无”讲，否则还研究个什么劲呢？但是可以解释为“小到无”。如此便两个说法：
　　1.作“小”讲，小到一定程度不能再小了；
　　2.作“小到无”讲 ，即没有最小只有更小。
　　古希腊人对微观问题有过大胆猜测，哲学大师德谟克利特（Demokritos，约公元前460—公元前370）持第一种态度。他大约在公元前450年提出“原子”的概念，原子本意是指“不可分割”。德谟克利特认为宇宙万物由最微小、最坚硬、最不能分割原子构成，原子数目与排列上的不同，造就了世界的多样化，他甚至认为人的灵魂都是由原子组成。他的思想对后世影响很大。
　　原子论一直饱受猜测和反对，其中反对声音最大的当属柏拉图与亚里士多德。他们二人继承了古希腊的元素说，而古希腊人的元素说由继承于古巴比伦人和古埃及人，他们认为世界万物由水、土、气组成。

　　号称“哲学史第一人”、米利都学派的祖师爷泰勒斯抛弃了土和气，他认为世界的本质是水，万物是由水元素组成，土和气不过是水的凝聚和稀薄。泰勒斯的学生阿那克西曼德（Anaximander，约前610—前545）在水、土、气的基础上增加了第四种元素—火。
　　此后，古希腊人对元素说说法纷纷，莫衷一是。古希腊人恩培多克勒（Empedocles，约前495—约前435）发展了四种物质元素的说法，并且虚拟了两种抽象元素—爱与恨，正是这两种抽象元素使得基本元素结合与分离，从而构成了宇宙万物。天下高见，多有暗合，爱与恨很像中国道家哲学中的阴阳。
　　恩培多克勒的观点最终被亚里士多德继承下来，不过他不认为存在爱恨抽象元素，他认为物质元素两两相互作用足可以构成宇宙万物。大抵上，和道家学说五行相生相克构成了万物类似。
　　朴素的元素论和原子论最大的区别在于，前者认为宇宙万物归根到底“只能论斤称”，而后者认还可以“论个卖”。由于亚里士多德等人对原子论的批判，在此后的两千多年里，元素学说在生活中很盛行，不过在科学上并没有很大发展。原子学说再次被提上日程的是人类对于光本质是思考，也就是光的微粒说，转眼已经是笛卡尔时代了，但是笛卡尔等人的微粒说都基于假设之上的。真正从实验角度出发的是英国人波义耳。

　　波义耳出生于爱尔兰，比牛顿大十几岁。他出生于贵族家庭，家资颇丰。他是家里的最小的“十四阿哥”。在他三岁的时候，他的母亲便去世了。也许缺少照顾的原因，波义耳小时候体弱多病。有一次医生给他开错了药，差点导致他中毒死亡，幸好及时吐了出来。一朝被蛇咬十年怕井绳，从此波义耳不再相信医生，也不敢吃他们的药。生病了他就开始自学医学、找药方。长大后，他便开始学医配药，于是波义耳又迷上了化学实验。

　　1661年，波义耳得出定律：在恒定的温度下，气体的体积与压强成正比。同时波义耳提出物质是由不同的“微粒”自由组合而成的。这个定律后来被查理和盖-吕萨克发展，称为“查理定律”。通过查理定律可以得出一个结论：同温、同体积的气体的微粒个数是相等。波义耳在化学方面做出了很多的贡献，是第一个把化学确立为一门科学的人，所有波义耳被誉为“近代化学之父”。
　　拉瓦锡对化学的贡献不亚于波义耳，他研究燃烧现象（化学反应），确立的氧的存在，得出了质量守恒。他重新使用了“原子”一次，并认为原子是化学反应中最小的单位。后人尊他为“近代化学之父”。
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　　化学的两位父亲召唤出了原子之父道尔顿。约翰道尔顿（John Dalton，1766—1844）出生于英国，从小家境贫寒，只好去贵格会的学校读书。他的启蒙老师很喜欢他，以至于退休的时候叫道尔顿来“顶职”，那时道尔顿才12岁。后来他到中学任教，在中学里研究过气象.一路走来、一路辛苦，于是他决定到大学去镀金，主修医学。为了改善生活，他开始公开授课，而在下面听课的便有酿酒师焦耳。

　　1803年，在总结前人尤其是化学家们的基础至上，道尔顿提出新的原子论：
　　1.单一元素的最终微粒便是原子，原子不能自生自灭，也不能再分割；
　　2.同种元素的原子是一样的，不同元素原子化学性质、大小质量都不同；
　　3.不同元素化合时（比如氢气燃烧），原子以简单的整数比结合成一种更“复杂的原子”（比如水）。
　　此时的元素和原子都不可与古希腊时代的同日而语了。它们之间的区别在于集合与对象，比如你可以说我是“一个风趣的人”，但是你绝不能说我是“一个风趣的人类”，所以我们只会说：一个原子，一种元素。
　　很快道尔顿的原子论得到了实验支持。1808年，盖-吕萨克得出“盖-吕萨克气体反应定律”：同温同压的情况下，化学反应中的气体成一定的比例。比如氢气在氧气中燃烧，氢气的体积是氧气的二倍才可以完全化合反应，否则要不就是氢气有剩余、要不就是氧气有剩余。这个现象很好地被原子论解释：2个氢原子+1个氧原子=1个水原子（或者称“水微粒”）。
　　笑到最后才是最灿烂的，很快该定律和原子论发生了冲突。当盖-吕萨克将化合后的水气化后，得出水的体积和原来氢气的体积相等。也就是说2体积的氢+1体积的氧=2体积的水蒸气（同温同压情况下测量）。根据查理理论，化合后的水微粒和化合前的氢微粒的数量相等。如果微粒是原子的话，也意味着2个氢原子+1个氧原子=2个水微粒。那么1个水微粒中势必只含有半个氧原子，但是原子又不可再分，道尔顿的原子理论出现了严重的悖论。于是笃信原子的人开始怀疑查理理论的正确性，即同温同体积情况下，不同气体的微粒数可能会不相同。反正都是看不见、数不着的猜测，许你州官放火，就得许我百姓点灯嘛。

　　盖-吕萨克和道尔顿之间产生了激烈的争论，在这种情况下，意大利物理学阿佛加德罗（Avogadro，1776—1856）出来打“圆场”。他认为参与一次化合的必须是2个氧原子，而这2个氧原子组成了一个新的微粒，叫“分子”。同样根据查理定律，氢分子也是由2个原子组成，而每个水微粒则包含1个氧原子和2个氢原子。
　　分子说为原子论一路斩荆披棘，但是道儿顿却不领情—他是如此的笃信原子。由于阿佛加德罗也拿不出有效的证据，分子说只能是一种假说，就像当时安培的“分子电流”一样。