新時代(也就是20世紀)漸漸地走近了， 當鏡頭拉近， 我們可以在巴黎街頭車水馬龍的流轉中看到隱藏的時代背景: 經過拿破崙的攻伐和普法戰爭的失利，
當時的學術圈裡， 其實還是有幾個高手的， 這幾個高手相互較量， 他們想要得到一個關於原子的基礎理論。 這也暗示著， 新時代應該有一套關於微觀世界的完整的學術理論。
這其中一個高手就是玻耳茲曼(Ludwig Edward Boltzmann 1844—1906)， 玻耳茲曼是奧地利的物理學家， 專攻統計力學。 統計物理好像物理學中的宏觀經濟學， 研究的是大量原子的集體行為， 所以很有一點難度。 玻耳茲曼研究這個學問的時候有一個單純的信仰， 他相信原子的存在， 雖然他從來沒有觀測到過原子——就是在現在這個時代，
那是19世紀晚期的奧地利首都——維也納， 有著寫下《一個陌生女人的來信》的茨威格和新年音樂會的金色大廳，
玻耳茲曼堅定地相信原子的存在。
什麼是原子呢?
古希臘時代的哲人認為原子是萬物組成的最小單元， 若用一把無比鋒利的小刀去切割一塊橡皮， 小刀切下去直到橡皮不能再分， 剩下的東西就是原子——這種最樸素的原子觀念。 而在古希臘時代的哲人的心目中， 一個蘋果和一塊橡皮的本質區別僅僅在於相同的原子的不同排列——當時還有哲學家發現原子在空間能排列出來的正多面體只有5種， 優美的空間排列結構非常稀少。 現在看來這種關於原子的說法無比簡陋且不夠嚴謹， 門捷列夫在19世紀中葉就開始得到元素週期表，說明元素其實是分門別類的，但古希臘哲學家們關於正多面體的結構研究則意味深長——這與三維歐氏空間中的離散群論有關。
到了後來，原子的觀念有了一些變化，其被分為不同的品種，但不是因為它們構成的空間結構不同，而在於它們的化學性質不同(主要是起源於核外電子總數與最外層的電子數)，它們共同構成了一張元素週期表。
但是，在19世紀晚期20世紀初這個新舊時代的分水嶺，還是沒有人能夠通過各種物理實驗或者化學實驗直接用人的眼睛去看見原子。所以學術圈對玻耳茲曼所篤信的原子觀念有一種天然的排斥。關於原子的概念，與之相關的典型物理問題是比熱問題，在初中物理課本中也是最早講的吸收熱量與比熱容的那個Q=CMΔT這個公式，其中C是比熱，M是品質，ΔT是溫度的變化，這個是關於熱量與溫度之間的第一個典型公式。早在1819年，原是化學家的杜隆(P.L.Dulong，1785—1838)和物理學家珀替(A.T.Petit，1790—1820)進行了一系列測量物體的比熱實驗。他們選擇的物件是各種固體，比如金子、銀子、銅塊和鑽石。他們在室溫下做了大量實驗，積累了大量資料，對於許多物質總結出一條經驗規律:“所有簡單物體都精確地具有相同的比熱，每摩爾(注意不是每千克！)的物質溫度升高一度需要大約25焦耳(大約是6卡，因為1卡等於4.2焦耳)的熱量，金子、銀子和銅塊差不多一樣，但是，鑽石不是這樣的……”當時他們無法解釋為什麼鑽石的原子比熱和大部分貴金屬的原子比熱差異那麼大。當然，那時候的鑽石還不值錢，女人們在結婚的時候也不要求男方送上鑽戒。原子比熱問題的最終結果，需要量子力學完善以後才能得到徹底解決，這是物理上懸疑的一方面。
1863年，這個叫玻耳茲曼的大學生進入維也納大學學習物理學和數學專業。物理學院的斯特番(J.Stefan)是一個不錯的物理學家。當時，斯特番是物理學院院長、數學和物理學教授，在斯特番的悉心指導下，玻耳茲曼學到了氣體和輻射方面的基礎知識，他們兩人後來一起創建了黑體輻射理論的積分表達: 斯特番 玻耳茲曼定律。這個定律說的是，一個黑體的輻射功率與溫度的四次方成正比——所謂黑體，就是那些與外界處在熱平衡狀態下發出輻射的物體，比如太陽、鋼水，甚至以後我們會講到的宇宙微波背景輻射，都是典型的黑體輻射。
舉一個例子，太陽的溫度是由於太陽上的氫彈爆炸產生的，它的溫度大概是5000℃。假設太陽上每秒鐘內有2顆氫彈爆炸。那麼，我們可以估計出，另外一個同樣大小的恒星，如果其溫度是10000℃，那麼根據斯特番玻耳茲曼定律這個恒星上每秒鐘差不多有24，也就是每秒有16顆同樣大小的氫彈發生爆炸。
玻耳茲曼大學畢業後成了斯特番的助手，同時繼續讀博士，最後自然也成了教授。在得到斯特番玻耳茲曼定律以後，玻耳茲曼開始想建立一個關於統計物理的完整的理論，他的理論模型中，最核心的觀念就是原子的存在性。玻耳茲曼相信原子存在——這成為他基本的人生信仰。也恰恰是因為這個信仰，導致他一直都很憂鬱。那時的他在大學裡做物理教授，就如同每個江湖故事中的高手都有一個對手一樣。與他PK的對手是馬赫(Ernst Mach，1838—1916)——他的同事，此人被青年時代愛因斯坦視為偶像和精神導師。
馬赫認為，原子既然肉眼看不見，也不能用實驗檢測出來，那麼所謂原子就根本不存在。馬赫的觀點現在看來也是不無道理的。在現在的量子理論中，也非常重視可觀察的物理量，不能被觀測到的，那就不是物理量，如果是理論要求不得不存在的，那就只能稱之為“鬼量”或者“鬼場”。單就馬赫的觀念——一個不能被探測到的東西，就是不存在的。這種說法無疑是非常符合現代的物理學理念的。但這裡面其實有2個層次的問題，一種是原則上不可以被測量到，比如說一個量子的疊加態——以後我們會說的薛定鍔的貓態——你一測量，就會被破壞。還有一種就是因為儀器與技術的局限，使得暫時不能被測量到的，比如說原子，三聚氰胺分子——這些東西隨著技術的進步，通過特定科學儀器，最終是可以被測量到的。因此，馬赫把這2個層次的問題打包到一起，拋給了玻耳茲曼。(作者注: 可觀測與不可觀測還有第3層的概念，那與時空的結構有關，比如因為宇宙大爆炸以來的時間是有限的，光的速度也是有限的，所以我們只能看到有限的宇宙，看不見的那部分被稱為不可觀測的宇宙，在我們的視界之外。)
作者簡介
棽棽，雲南昆明人。山東大學應用化學學士，復旦大學物理化學碩士。喜好神游四海，偶爾亦會逃離地球，卻怎麼也逃不開對宇宙設計的好奇。探索其間的樂趣，願與你一同分享。
好書推薦
《時與光：一場從古典力學到量子力學的思維盛宴》
清華大學出版社2015年10月出版
作者：棽棽
《時與光：一場從古典力學到量子力學的思維盛宴》是一本相對論與量子力學的零基礎入門書，同時也是一套描繪人類思維發展歷程的精彩畫卷。跟隨書中的一個個智者，你將從古典力學走向經典體系，最終跨入理論物理的前沿陣地——量子迷域。
門捷列夫在19世紀中葉就開始得到元素週期表，說明元素其實是分門別類的，但古希臘哲學家們關於正多面體的結構研究則意味深長——這與三維歐氏空間中的離散群論有關。到了後來，原子的觀念有了一些變化，其被分為不同的品種，但不是因為它們構成的空間結構不同，而在於它們的化學性質不同(主要是起源於核外電子總數與最外層的電子數)，它們共同構成了一張元素週期表。
但是，在19世紀晚期20世紀初這個新舊時代的分水嶺，還是沒有人能夠通過各種物理實驗或者化學實驗直接用人的眼睛去看見原子。所以學術圈對玻耳茲曼所篤信的原子觀念有一種天然的排斥。關於原子的概念，與之相關的典型物理問題是比熱問題，在初中物理課本中也是最早講的吸收熱量與比熱容的那個Q=CMΔT這個公式，其中C是比熱，M是品質，ΔT是溫度的變化，這個是關於熱量與溫度之間的第一個典型公式。早在1819年，原是化學家的杜隆(P.L.Dulong，1785—1838)和物理學家珀替(A.T.Petit，1790—1820)進行了一系列測量物體的比熱實驗。他們選擇的物件是各種固體，比如金子、銀子、銅塊和鑽石。他們在室溫下做了大量實驗，積累了大量資料，對於許多物質總結出一條經驗規律:“所有簡單物體都精確地具有相同的比熱，每摩爾(注意不是每千克！)的物質溫度升高一度需要大約25焦耳(大約是6卡，因為1卡等於4.2焦耳)的熱量，金子、銀子和銅塊差不多一樣，但是，鑽石不是這樣的……”當時他們無法解釋為什麼鑽石的原子比熱和大部分貴金屬的原子比熱差異那麼大。當然，那時候的鑽石還不值錢，女人們在結婚的時候也不要求男方送上鑽戒。原子比熱問題的最終結果，需要量子力學完善以後才能得到徹底解決，這是物理上懸疑的一方面。
1863年，這個叫玻耳茲曼的大學生進入維也納大學學習物理學和數學專業。物理學院的斯特番(J.Stefan)是一個不錯的物理學家。當時，斯特番是物理學院院長、數學和物理學教授，在斯特番的悉心指導下，玻耳茲曼學到了氣體和輻射方面的基礎知識，他們兩人後來一起創建了黑體輻射理論的積分表達: 斯特番 玻耳茲曼定律。這個定律說的是，一個黑體的輻射功率與溫度的四次方成正比——所謂黑體，就是那些與外界處在熱平衡狀態下發出輻射的物體，比如太陽、鋼水，甚至以後我們會講到的宇宙微波背景輻射，都是典型的黑體輻射。
舉一個例子，太陽的溫度是由於太陽上的氫彈爆炸產生的，它的溫度大概是5000℃。假設太陽上每秒鐘內有2顆氫彈爆炸。那麼，我們可以估計出，另外一個同樣大小的恒星，如果其溫度是10000℃，那麼根據斯特番玻耳茲曼定律這個恒星上每秒鐘差不多有24，也就是每秒有16顆同樣大小的氫彈發生爆炸。
玻耳茲曼大學畢業後成了斯特番的助手，同時繼續讀博士，最後自然也成了教授。在得到斯特番玻耳茲曼定律以後，玻耳茲曼開始想建立一個關於統計物理的完整的理論，他的理論模型中，最核心的觀念就是原子的存在性。玻耳茲曼相信原子存在——這成為他基本的人生信仰。也恰恰是因為這個信仰，導致他一直都很憂鬱。那時的他在大學裡做物理教授，就如同每個江湖故事中的高手都有一個對手一樣。與他PK的對手是馬赫(Ernst Mach，1838—1916)——他的同事，此人被青年時代愛因斯坦視為偶像和精神導師。
馬赫認為，原子既然肉眼看不見，也不能用實驗檢測出來，那麼所謂原子就根本不存在。馬赫的觀點現在看來也是不無道理的。在現在的量子理論中，也非常重視可觀察的物理量，不能被觀測到的，那就不是物理量，如果是理論要求不得不存在的，那就只能稱之為“鬼量”或者“鬼場”。單就馬赫的觀念——一個不能被探測到的東西，就是不存在的。這種說法無疑是非常符合現代的物理學理念的。但這裡面其實有2個層次的問題，一種是原則上不可以被測量到，比如說一個量子的疊加態——以後我們會說的薛定鍔的貓態——你一測量，就會被破壞。還有一種就是因為儀器與技術的局限，使得暫時不能被測量到的，比如說原子，三聚氰胺分子——這些東西隨著技術的進步，通過特定科學儀器，最終是可以被測量到的。因此，馬赫把這2個層次的問題打包到一起，拋給了玻耳茲曼。(作者注: 可觀測與不可觀測還有第3層的概念，那與時空的結構有關，比如因為宇宙大爆炸以來的時間是有限的，光的速度也是有限的，所以我們只能看到有限的宇宙，看不見的那部分被稱為不可觀測的宇宙，在我們的視界之外。)
作者簡介
棽棽，雲南昆明人。山東大學應用化學學士，復旦大學物理化學碩士。喜好神游四海，偶爾亦會逃離地球，卻怎麼也逃不開對宇宙設計的好奇。探索其間的樂趣，願與你一同分享。
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《時與光：一場從古典力學到量子力學的思維盛宴》
清華大學出版社2015年10月出版
作者：棽棽
《時與光：一場從古典力學到量子力學的思維盛宴》是一本相對論與量子力學的零基礎入門書，同時也是一套描繪人類思維發展歷程的精彩畫卷。跟隨書中的一個個智者，你將從古典力學走向經典體系，最終跨入理論物理的前沿陣地——量子迷域。