上回介绍了德国科学家普朗克，他是量子力学的奠基人之一，也是1918年诺贝尔物理学奖的得主。普朗克在19世纪末、20世纪初研究量子力学。这些研究，标志着科学从经典走向现代，更标志着一场伟大的科学革命。

但是普朗克在大学的研究课题并不是微观世界。他不像贝克勒、居里夫妇那样研究原子的放射性，也不像汤姆森、卢瑟福那样研究原子结构。相反，普朗克在大学里面研究的题目是热力学，他的毕业论文题目是《热力学第二定律》。这个题目，至少从表面来看，跟量子力学所研究的微观世界没有什么关系。那么普朗克究竟是怎样从热力学走进量子力学的呢？今天，张老师会为你解释其中的缘由。

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张浩然，科技大学理论物理学学士及物理学哲学硕士，英国布里斯托大学教育博士。

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经典物理学与现代物理学有两个最重要的分别。首先，从古希腊到19世纪之前，人类的所谓科学，都只是集中在肉眼可以见到的东西。这也很正常，因为人类观察大自然，最主要是靠肉眼。只有肉眼能够看得到的，才能观察，才能研究。

这个情况一直维持到19世纪的上半叶。但是到了19世纪下半叶，科学家就透过当时最先进的实验手段，一步一步地揭开了微观世界的神秘面纱。从宏观到微观，是经典物理学过渡至现代物理学的其中一项重要转变。二十世纪的量子力学，就是由于这个转变而发展出来的一套理论。二十世纪初最伟大的物理学家，有很多都是研究量子力学的。

第二个方面的变化，是关于万有引力的强度和物体的速度。十九世纪或之前的科学研究，都是速度很低，引力也不是很强的条件下进行的。但是后来有科学家发现，如果速度很高，引力很强，那么物体的物理学特性亦会有一些意想不到的变化。从低速至高速，从弱引力到强引力，是经典物理学过渡至现代物理学的第二个重要转变。而促成这个转变的主要是一个人，就是爱因斯坦，他的理论就是大家耳熟而不能详的相对论。

一连数集，张老师会介绍现代物理学里面一些最重要的科学家。今天会先由一位德国科学家开始，他就是量子力学的奠基者之一 - 普朗克 (Max Planck)。

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物理学里面有一种讲法：牛顿那个年代一直到19世纪的物理学，称为经典物理学。而20世纪出现的相对论与量子力学，则称为现代物理学。所以，19世纪末20世纪初的这一段时间，可以说是从经典科学到现代科学的一个分水岭。

今天，张老师会为你重温从上古到19世纪的西方科学发展，下一集再讲现代科学。

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1914年上半年，经过数年的筹组，居里夫人的放射性实验室终于在巴黎开幕。不幸地，仅仅几个月之后，欧洲就爆发了第一次世界大战。居里夫人是女性，不用上战场，但是她实验室里面的研究人员，差不多都被征召入伍。人都没有了，研究自然也做不下去了。

居里夫人在战争的这几年又是怎样过的呢？这里就要讲讲居里夫人在科学家之外的另一面，就是一位爱国者，也是一位人道主义者。第一次世界大战是近代规模最大、过程最残酷的战争之一，因为这是人类第一次广泛使用现代科技作为武器的大规模战争。而法国作为德国的邻国，自然是首当其冲，伤亡相当惨重。居里夫人实在是看不下去了，她希望可以贡献自己的一份力量。于是，在战争的第一年，居里夫人就组建了一支医疗队，到前线提供医疗服务。有一个统计数字说，居里夫人的这支医疗队，在第一次世界大战期间，挽救了100万名法国士兵的性命。此外，居里夫人亦将自己的私人财产，包括诺贝尔奖的奖金，都用来购买法国的战争债券。可以说，法国虽然不是居里夫人的祖国，但是为了支持法国，居里夫人实在是出钱出力。

可惜，由于长时间曝露在辐射之中，居里夫人的下半生都在疾病之中度过，最终在1934年死于白血病。而居里夫人的大女儿和女婿，同样进行放射性研究，同样获得诺贝尔奖，亦同样因为跟辐射相关的疾病而死亡。

今集，张老师会为你继续介绍这个专奇的居里家族。

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上次介绍过居里夫人的成长经历，介绍过她如何邂逅居里先生，也讲过他们两个人如何研究物质的放射性现象。他们确定了这些神秘射线是铀元素的一种本质，跟其他物质无关。而且铀越多，射线越强。由于这些研究，居里夫妇获得了1903年的诺贝尔物理学奖。

但是如果你以前听过居里夫人的故事，你可能会记得居里夫人最重要的成就并不是这个，而是她发现了一些新放射性元素，并且因此获得了诺贝尔奖。其实你也没有记错，因为居里夫人获得诺贝尔奖不止一次。除了1903年的物理学奖之外，她在1911年也获得了化学奖。而第2次的获奖原因，就是发现了钋和镭两种新的放射性元素。今天，张老师会为你继续讲述居里夫人的研究和人生故事。

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法国科学家贝克勒于1896年意外地发现物质的天然放射性，这是人类第一次观察到从原子核分裂出来的粒子。贝克勒因此获得了1903年的诺贝尔物理学奖。

同样在1903年获奖的还有居里夫人和她的丈夫居里，他们研究的同样是放射性现象。其中，居里夫人是历史上第一位获得诺贝尔奖的女性科学家，而且她获奖两次：分别是1903年的物理学奖，还有1911年的化学奖。她亦是巴黎大学历史上首位女教授。居里夫妇的一个女儿，亦都获得了1935年的诺贝尔化学奖。今天开始，张老师会为你介绍这个传奇的居里家族。

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前几集讲到，汤姆森发现了电子，他的学生卢瑟福则是找到了原子核存在的证据。相比起门捷列夫的元素周期表，20世纪初的科学家，已经不再满足于从化学反应而来的数学规律，而是切切实实地进行一些针对原子甚至是原子核的实验。可以说，20世纪初，原子理论终于都从化学与数学问题，变成了真正的物理学问题。

但是如果说，要进一步研究原子核里面究竟有什么，这个问题又比之前的困难。要发现电子是相对简单的，因为电子本来就很容易从原子脱离出来。但是要把原子核打散，找到组成原子核的基本粒子，就困难得多了。人类真正能够人为地把原子核打散，要等到1932年卢瑟福团队发明粒子加速器之后才能做到。

幸好，大自然里面有一些原子核，就算没有人为的干扰，也会自己分裂。这个现象，就是物质的天然放射性现象。而发现这个现象的，就是法国科学家贝克勒，他是1903年诺贝尔物理学奖的得主之一。今集，张老师会为你讲述贝克勒意外地发现物质放射现象的故事。

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上回讲过汤姆森发现了电子。从此人类知道，原子并不是最基本的粒子。原子是由电子等更小的粒子组成的。

汤姆森提出，电子是带负电苛的，但是原子没有电荷。因此，原子里面除了电子，应该还有相应的正电荷物质，如此才能抵消电子的负电荷。汤姆森提出一个提子布丁模型。他认为原子里面的正电荷，充斥着整个原子空间，而电子则是平均分布在这个空间里，就好像提子布丁上面的提子。

不过，这只是汤姆森的假设。在科学里面，我们经常会提出各种各样的理论模型(theoretical model)，来解释实验或者观察结果。但是这些模型只是假设，必须通过验证才能变成理论。这是科学方法的原则。

汤姆森没有成功证明他的提子布丁模型。历史上第一个经过实验验证的原子结构模型，是由汤姆森的学生卢瑟福(Rutherford)完成的。卢瑟福跟汤姆森一样，都是成功的科学家。他是1908年诺贝尔化学奖的得主，被后人尊称为「核子物理学之父」。

今集，张老师会介绍卢瑟福如何利用实验，推翻了他老师汤姆森的提子布丁模型，并且提出了自己的原子模型。

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元素周期表点出了元素之间的关系，而20世纪初发展出来的量子力学，则带领我们进入多姿多彩的微观世界。从元素周期表到量子力学，中间只差了半个世纪。在这短短半个世纪之中，人类对于微观世界的认识，就从古典科学一下子进入了现代科学。如此重要的突破，究竟是怎么发生的呢？

其中一位重要的功臣，是发现电子的英国人汤姆森 (J. J. Thomson)。汤姆森于1856年出生， 1940年逝世。跟以前介绍过的科学家一样，汤姆森亦是一位天才。他是1906年诺贝尔物理学奖得主；他的学生和助手之中，后来有六个人亦获得诺贝尔物理学奖，另外两个人获得诺贝尔化学奖。他的儿子亦是诺贝尔物理学奖得主，获奖的研究也是跟量子力学有关。可以说，汤姆森的研究团队，都是科学界的超级大牛，亦是现代原子理论的奠基者。今集，张老师会为你讲述汤姆森发现电子的故事。

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元素周期表的发明者是俄国人门捷列夫。他生于1834年，死于1907年，这段时间是在牛顿之后，而跟道尔顿、达尔文有重叠。牛顿、达尔文、道尔顿，都是英国人。当时的大英帝国，无论在军事、商业、还是科学技术上，都是世界上首屈一指的强国。相比之下，俄国虽然幅员广阔，但是在各方面的实力就比英国差远了。而门捷列夫长大的地方，是在西伯利亚的托博尔斯克(Tobolsk)。在当时欧洲人的世界观里面，托博尔斯克实在是位于世界的边缘地带。

门捷列夫的出身，亦比前面介绍过的科学家平淡得多。他不像达芬奇、哥白尼那样多才多艺。他只有一项长处，就是化学。他的家境不富裕，身体不太好，成长经历也像牛顿一样坎坷。他14岁丧父，读大学期间又丧母。他搬了两次家才找到大学取录，毕业后却又找不到稳定的工作，还染上了肺痨。

但是，偏偏就是这样的一位人物，最终排除万难，发明了元素周期表，为化学带来了翻天覆地的贡献。他是怎样做到的呢？今天，张老师会为你讲述门捷列夫发明元素周期表的故事。

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