现代物理学两大支柱：量子力学和相对论

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1905年，爱因斯坦发表狭义相对论，1915年发表广义相对论。

我们基本上可以认为相对论是爱因斯坦一个人建立，但是量子力学的建立要复杂的多。

量子力学的开端始于对黑体辐射的测量。最开始，1859年德国科学家基尔霍夫首先提出来一个物体热辐射的理论，即物体辐射出来的能量，只和物体的温度以及辐射出来的电磁波波长有关系。

后来，斯蒂芬和波尔兹曼提出了一个斯蒂芬~波尔兹曼定律，这个定律显示：黑体的热辐射只和温度的4次方成正比。

而且，斯蒂芬和波尔兹曼的推导过程都很严格，是从热力学定律和麦克斯韦电磁理论里面推导出来的。

所以，这个时候就是两个物理学定理开始打架了，一个说和波长有关系，一个说没关系。那么到底有没有关系？

后来做了实验，在某些情况下有关系，在某些情况下又没关系。

也就是说，实验做出来的曲线在一部分情况下符合基尔霍夫定律，在另外一部分情况下符合斯蒂芬~波尔兹曼定律。

普朗克根据实验曲线，用拟合的方式凑出来一个公式，这就是黑体辐射公式。然后再去解释这个凑出来的公式上面的每一个参数的具体含义。

这个公式显示，电磁波的能量和波长有关，同时必须假定能量是不连续的。

后来，爱因斯坦在研究光电效应的时候，发现普朗克的假设是正确的，必须假定，电磁波的能量是一份一份的。

电子只有吸收到超越某个极值的那份能量，然后才会产生电子发射效应。

爱因斯坦因为正确解释了光电效应，而获得了诺贝尔奖。

这一系列的事件，可以看成是量子力学发端的标志性事件。

因为这些是科学实验和

科学假设告诉我们：这个世界完全是离散的和不连续的。

就像我们人的胳膊，实际上是和身体不连在一起的，它之所以不被扯掉下来，是因为分子和分子之间有氢键、二硫键等分子间的力把它连在一起的。

这些分子间力的本质作用是因为电磁力，而电磁力是因为吸收和发射虚光子引起的。

量子力学颠覆了以前科学家对这个世界的理解。

但是，量子力学解决了一个哲学问题：这个世界到底是不是无限可分的。

假如这个世界是无限可分的，那么就会面临着这个世界可以有无数多种组合，有无数多种规则，有无数多种现象，结果就是。万物的运动规律是一团乱麻，不可能构造如此有序的世界。

组成万物构造的最基本单位是原子，它只有三种东西构成：电子、质子和中子。

有限，就意味着物质的统一规律。

假如世界是无限可分的，我们可以设想一下，如果一个学校里面有无数本书，那么到底谁会毕业呢？没有人会毕业。

也可以认为，如果世界是无限可分的，那么就面临着一个没有结论的后果。

所以，量子力学告诉我们：基本粒子的数量是有限的，只有60多种。

且即是空间的大小，也不是无限可分的，分到最小不可再分的尺度，叫做普朗克尺度。

但是，这里又有一个问题。根据广义相对论，时空是连续的和光滑的。而且现在观察到的现象：时空确实是连续光滑的。

距离我们地球几亿光年以外的星星，它发出来的光在宇宙中经过了几乎是无限长的距离，飞到了我们眼睛里。

假如时空是不连续的，光线在飞行过程中会散射，损失能量。

因为按照量子力学的假设，真空其实并不是空的，它是虚粒子的海洋。每时每刻每分每秒，都有虚粒子产生同时在瞬间湮灭。

在几亿光年这一条直线上光飞过来，一个虚粒子都不碰到是不可能的，假如到一个虚粒子，这种碰撞就会损失能量，真空也会被加热。

如果时空是离散的这种现象真实发生了，那么天文学家的望远镜镜头下远处的星星是看不清楚的，它是模糊的，就像人得了近视眼一样。

这意味着这个世界上同时存在着量子力学的离散真空，又存在着连续、光滑的真空。

20世纪初，德国著名的数学家希尔伯特为了解决数学证明的一系列问题，提出了一个公理化原则。

公理化原则解决了一个问题，什么样的理论系统才具备导出结论的能力。

公理化原则，一个有效运行的系统：至少要有两套不同的理论。

公理化原则是说，如果一个理论体系要能够推导出结论，那么这个理论体系必须由N条公理组成， N要大于等于2。同时，这N条公理必须满足：彼此不相互矛盾~相容性，同时彼此独立。

从这个角度讲，宇宙最少应该拥有两种法则。

假如这个世界只有一种法则，那么最终的最后的结果，从数学上来说，可以得到无数个结论。

这一点又和时空的光滑性具有类似的性质。

所以我们这个世界既应该是有限的，又应该是无限的。

这个世界就像一个有无数本书的学校，每一个学生都可以随机的学任意数量的书，但是那些恰好学习了相同书的有限的学生，组成了一个彼此可以相互理解的世界。

这样的世界有无数个，但是他们彼此感觉不到对方的存在。

所以，在无限的世界里，每个人都只能看到有限。

这个世界有无数种规则，有无数物质，那些执行相同规则的物质，组成了我们的可观测宇宙。

所以，这个世界就是由有限和无限，两种规则构成的。

量子力学触及到的是有限的那部分，而相对论描述的是无限的那部分。