「量子和相对论生活」
人类社会在其几千年的文明史中，从没有哪一个世纪曾经取得过如此广泛且深刻的科学进展，人类对于自然界的理解达到了自身此前甚至无法想象的境地。
主笔 | 苗千
在很多历史学家——尤其是以欧洲政治为中心的历史学家眼中，20世纪要迟至1914年第一次世界大战爆发才算是真正开始。这个推迟到来的世纪，其标志就是史无前例的两次世界大战以及其中数不胜数的杀戮。随着两次世界大战，旧的政治框架解体，大批的君主和贵族消亡于尘世之中，世界霸主的位置从欧洲转移到了另一块大陆。人类文明遭遇了前所未有的重创，而一个崭新的世界格局随着大战之后的重建和随之而来的“冷战”开始塑造出全新的人类社会，21世纪由此开始。
1900 年，在纽约斯克内克塔迪举行的物理学家会议（视觉中国供图）
但如果我们通过另一种视角去观察20世纪，会发现这是一个令人激动不已且奇异的世纪：人类社会在其几千年的文明史中，从没有哪一个世纪曾经取得过如此广泛且深刻的科学进展，人类对于自然界的理解达到了自身此前甚至无法想象的境地。现代科学的根基——物理学，以一种看似是摧毁自身原有基础的方式，在一片废墟之上建造起一个更加辉煌的现代物理学大厦，与之相关的知识几乎全部被重写——可以说，现代社会正是在此基础之上被发明出来的。
这次如今被称之为“第二次物理学革命”的重大事件，与之前17、18世纪以英国为中心的“第一次物理学革命”也有着诸多不同：经过文艺复兴时代，以及哥白尼，伽利略等先贤的积累，当时人们对于天体运行轨道的观测越来越精细，数据也积累的越来越丰富，最终由以牛顿为代表人物的科学家得出引力以及运动定律算得上是水到渠成。17世纪的英国社会思想环境相对宽松，也为爆发科学革命提供了社会条件。
艾萨克·牛顿在1666年进行分光实验的虚构场景 ，1796年（视觉中国供图）
相比之下，爆发于20世纪初期的第二次科学革命在发生之前似乎并没有明显的预兆，也出乎当时大多数科学家的预料。这一次物理学革命最初的中心——德国的社会气氛绝对称不上自由宽松。恰恰相反，从20世纪初开始，极端民族主义情绪开始逐渐在德国蔓延开来，在客观上造就了纳粹的兴起，最终导致了第二次世界大战的爆发。但也是在这样严苛且奇异的社会环境之中，一批德国科学家以前所未有的研究方法和澎湃的创造力，又一次改变了人类对于自然界的认识。
第二次科学革命是如此的深刻且复杂：它混杂着战争和政治，伴随着极端民族主义情绪和杀戮。人类的创造性和自我毁灭的倾向几乎同时被表现得淋漓尽致。
法国巴黎索邦大学物理实验室内的研究人员，约1900年（视觉中国供图）
一方面，人类的创造力以无与伦比的规模爆发开来，天才们成群而来，使人类科学的触角远远超出人类感官的范围，论细微小至不可见的原子核，论广阔则延展到了整个时空——这是人类先贤都不曾想象过的境界，一条条以数学符号写就的公式，成为了不容置疑的自然界的铁律。
另一方面，两颗原子弹的爆炸宣告了世界大战的结束，同时也以这么一种惨烈的方式宣告人类进入了原子时代。人类开始有能力开发原子核中所蕴含的巨大能量，这种能源能够帮助人类摆脱对化石能源的依赖，同时也足以毁灭人类自身。伴随着原子弹的爆炸，第二次科学革命的高潮随之结束，但时至今日，可以说我们仍然生活在这次科学革命的余韵之中，或者也可以说，这次科学革命至今仍然没有结束。现在我们试着简略回顾这场人类历史上绝无仅有的科学进步事件的过程，其实我们所回顾的，正是现代社会的建构史。
德国验光师约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫(Joseph Von Fraunhofer)用一种叫做光谱仪的特殊仪器进行实验，并在光谱中发现了黑线（TPG/alamy 供图）
肩负着“天才”的名字，仿佛就具有了某种特权，可以无视社会和历史发展规律而肆意妄为，让天才所做的一切都显得无法解释。正因为如此，历史学家们不愿轻易承认天才的存在。但当我们回顾20世纪初这几十年里人类科学进步的历史，又绝不可能忽视“天才”在其中的决定性作用。一个世纪的时间过去之后，当时的一些人如今已经成为了“天才”和“智慧”的代名词。而当我们回顾人类为了建造一个全新的物理学体系，几代人前仆后继，常遇挫折，时有突破，其情节用峰回路转、荡气回肠来形容都不为过。因此即便是在百年之后，这些故事仍然被人津津乐道。
只有当我们尝试着让思绪回到19世纪末期，把自己沉浸在一种机械化的节奏中，沉闷且自满的空气中，同时带着可以预知未来的眼光看看周遭的一切，才可能理解，人类的科学进步虽然是一种必然，但当它真正开始发生，又是一件多么奇妙且令人激动的事情。人类理性的领地将再一次被突破。这一次，人类将同时面对几乎无限的渺小和广阔，以及同样近乎无限的未知。
广义相对论是描述物质间引力相互作用的理论。其基础由爱因斯坦于1915年完成，1916年正式发表（视觉中国供图）
现代人可能难以想象的是，在一百多年前，量子理论、狭义相对论这些塑造和重新发明了现代社会的基础科学理论都是在连电灯都没有普及的情况下被发现的。如今我们只需要拿起一部智能手机，就能够发现这次物理学革命对现代生活的决定性影响：手机的设计和制造依赖计算机技术和半导体科学的发展，就连人们离不开的定位系统也需要根据接收到的卫星数据利用广义相对论进行计算才能得出正确位置。如今以马克思·普朗克命名的卫星正在宇宙空间中探测宇宙刚刚诞生时留下的信息，绘制最为精密的宇宙地图……
谈及开始于20世纪初的第二次物理学革命，它对现代生活的塑造固然重要，但是更为深远的一面则在于，它向人类展示了更广阔的未知——这些未知，正是人类理性至今所未及之处。
1919年拍摄的日全食照片（视觉中国供图）
第二次科学革命究竟如何发生？它与两次世界大战之间有着怎么样的关系？当第一次科学革命发生时，还处于康熙年间中国人对之并没有太大的回应。那么时至20世纪，进入到民国时期的中国人又是如何对待第二次科学革命？这股不可抗拒的席卷世界的潮流，又对整个世界的文化、艺术和思想界造成了怎样的改变？
就在大约100年前，爱因斯坦于1922年11月乘船抵达上海。他也正是在瑞典驻上海总领事那里得知了自己获得诺贝尔奖的正式通知。爱因斯坦这样一位世界名人在中国得到了热烈的迎接。随着他的到来，也迅速在全中国掀起一阵“相对论热潮”。但人们所感兴趣的究竟是名人，还是科学真理？爱因斯坦究竟有没有为中国带来“赛先生”。从科学的角度来看，当时的中国与相对论思想遗憾的擦肩而过。百年之后，我们回顾这段历史，也可以从一个侧面见证中国的进步。
手捧鲜花被仰慕者包围的爱因斯坦，摄于1932年（视觉中国供图）
在这一期的报道中我们首先尝试着通过第二次科学革命中的几位标志性人物，大致梳理这次持续了数十年的运动的主要线索，同时也希望介绍它对中国，以及全世界造成的方方面面的影响。可以说，我们至今仍然在这场科学革命之中。这场结局未知的革命依然在塑造着我们每一个人。
经过20世纪的科学革命，更深刻的问题依然存在。现代物理学的两个支柱：量子力学和广义相对论，至今在理念和数学形式上都无法统一，这就形成了一个看似荒唐的事实：物理学家如果需要研究极小尺度的问题，就会使用量子力学，而如果问题涉及到星系，宇宙等大尺度，又要自动换成广义相对论，如果问题的尺度与我们日常生活的物体相似，那么可以近似使用牛顿力学……自然界的规律理应是统一的，怎么会因为尺度问题而彼此不相容？这就意味着还需要进行更多的工作，取得一个统一性的理论。
1942年12月2日，科学家们在芝加哥大学斯塔格球场看台下的壁球场实现了第一座核反应堆的场景图（视觉中国供图）
量子力学自身也远非完美。在极小尺度下，物质的运动规律，乃至存在的方式都完全发生了变化，那么所谓物理实际的意义又在哪里？生命的本质又是什么？在一个机械化的世界里，人可以完全作为旁观者或是实验者出现，通过记录实验数据总结自然界的规律。但是在量子力学的描述中，人本身不可避免的成为了量子系统的一部分。而且在进行实验观测时，人的意识也不可避免的被卷入到物理学之中。那么，意识的本质又是什么？
在宇宙中，星系，黑洞，以及各种神奇的天体的名字都已经成为了人们日常生活的一部分，但是通过观测和计算，人们发现所有这些可见的物质其实只占到整个宇宙中极小的一部分。而更为重要的物质和能量，我们目前对其一无所知，只能将其命名为“暗物质”（dark matter）和“暗能量”（dark energy）……
希格斯玻色子蓝色（计算机生成图）
如果说17世纪开始的第一次物理学革命让人类第一次认识到了理性的力量，那么从20世纪初开始的第二次物理学革命则让人类的理性几乎覆盖了整个宇宙，同时也让我们开始面对此前根本无法想象的未知。
