牛顿vs.爱因斯坦
数学学史上有两个可以被称为“奇迹”的年份，分别是1666年和1905年。1666年，牛顿为了躲避瘟疫，回到乡下老家渡假；就是在那段日子里，他独立完成了包括微积分、光学、万有引力定理等的开创性工作，并以《自然哲学之物理原理》的出版为标志，宣告了近代精典数学学的即将成立，因而奠定了牛顿作为数学学大师的坚实基础。
而1905年，在德国专利局作为小职员的爱因斯坦分别发表了两篇划时代的论文《关于光的形成和转化的一个启发性观点》（即“光电效应”）和《论运动化学的电动热学》，明晰地为我们开辟了新的战场：量子理论和狭义相对论，借此为基础的研究彻底推翻和重建了以牛顿为代表的整个精典数学学体系。
尤其是量子理论，带给了我们前所未有的冲击和惊艳，量子理论的奠基人之一玻尔曾说过，“如果谁不为量子理论而倍感疑惑，那他就是没有理解量子论”。1964年，理查德·费曼更是说出了那句知名的“没有人真正理解量子热学”。
《上帝掷色子吗？：量子化学杂记》一书以优美且浅显易懂的语言述说了近几百年来，量子理论发展的大体脉络，可读性十分强，集科学性和文学性之大成，强烈推荐。
作者先是用大量的篇幅来表述光究竟是微波，还是粒子，光的波粒大战促使着人类对量子理论的理解；之后又讨论了学术界一些最新的化学学理论，如量子意识、大统一理论、超炫理论、多世界理论等，不过这部份理论大部份还没有被否认，也比较烧脑，可以尝试阅读。
本篇分享曾经半部份为主，然囿于水平和篇幅所限，不能抒发“波粒大战”史实精彩之万一；倘若更好、更全面地了解这段历史，推荐阅读原著，也可阅读文末参考链接。
-0-缘起
从17世纪中期，牛顿发表知名的《自然哲学之物理原理》到20世纪初，以牛顿三大定理为基础的科学体系几乎可以解释世间万物。化学学家认为，这个世界所有的基本原理都早已被发觉了，化学学已然尽善尽美，它走到了自己的极限和尽头，再也不可能有任何突破性的进展了。假如说还有哪些要做的事情，那就是做一些细节上的修正和补充，愈发精确地检测一些常数值罢了。一位知名的科学家说：“物理学的未来，将只有在小数点第六位前面去找寻”。普朗克的导师甚至劝他不要再浪费时间去研究这个早已高度成熟的体系。
但是现实是，对科学丧失“敬畏心”的化学学家马上就被打脸了。1900年4月，知名化学学家开尔文在美国皇家学会的讲演中提及，“物理大楼早已开馆，所剩只是一些修饰工作”，其实也不是这么完美，“在数学学阳光灿烂的天空中漂浮着两朵小乌云”。第一朵就是迈克尔逊-莫雷实验，第二朵是宋体幅射问题。
在当时，这两个另类的实验现象只被看作是无关搔痒的小瑕疵。可谁曾想，随着研究的深入，它们一个诞生了相对论，一个诞生了量子理论，由牛顿世界观所建立的固若金汤的精典数学学大楼几乎被完全颠覆，直到近来的科学研究成果，我们的化学学家早已走出了很远。
其实，到20世纪初，光的波粒大战也早已快接近尾声，光的“波粒二象性”理论也正式登场。
-1-第一次“波粒大战”
1655年，瑞典波仑亚学院的物理院长格里马第在观测置于光束中的小木棍的影午时，首先发觉了光的衍射现象。据此他推论光可能是与水波类似的一种流体。
1663年，法国科学家波义耳提出了物体的颜色不是物体本身的性质，而是光照射在物体上形成的疗效。
这时侯第一个重量级人物登场——胡克，他是波义尔的实验助手，同时是西班牙皇家学会的会员。他重复了格里马第的工作，依据他的判定，光必将是某种快速的脉冲，同时他提出了“光是以太的一种横向波”的假说，于是他在1665年出版的《显微术》一书中明晰地支持波动说。胡克当时是大鳄人物，他擅长的是光学和仪器设计，设计了真空泵、显微镜和望远镜，波动说由于他的加入，暂时占了上风。
上图疑似胡克画像，但仍有争议；听说，胡克的原始画像全部丢失
但是，此时胡克生命中的克星——牛顿登上了科学的历史舞台，也让第一次光的波粒大战全面爆发。
1672年年初，牛顿由于制造了一台杰出的望远镜而连任为皇家学会会员。光的色散实验是牛顿所做的最有名的实验之一，在牛顿的理论里，光的复合和分解被比喻成不同颜色微粒的混和和分开。
刚开始，牛顿的观点还是在微粒和波动之间有所摇摆的，并没有完全证实波动说。但在与胡克完全决裂以后，他最终开始一面摔倒支持微粒说。
在这期间，另一员大将也登上科学舞台，成了波动说的主将，他就是西班牙化学学家惠更斯。1678年惠更斯写了《论光》一文，以波动理论为基础，通过物理方式反推出光的折射和反射定理，让波动说在这场战争中博得一筹。
但是，波动说的主将惠更斯于1695年逝世，胡克也于1703年逝世。牛顿却于1704年出版了专著《光学》，《光学》是一本划时代的作品，几乎可以与《数学原理》并列。在书中，他抨击了波动理论，指责假如光和声音同样是波，为何光未能像声音那样绕过障碍物前进；他也对双折射现象进行了研究，提出了许多用波动理论难以解释的问题。
一方面惠更斯和胡克已去世，波动说群龙无首；另一方面，牛顿凭着《数学原理》和《光学》，并发明微积分量子物理的尽头是什么，早已成为神话版的人物，他建立的精典数学体系也被世人所忆念膜拜，他的权威是不容置疑和玷污的。所以第一次波粒大战就这样以波动说的失利而告终，微粒说牢牢抢占了数学界的主流。
-2-第二次“波粒大战”
近一个世纪过去了，牛顿体系和微粒说的观念是这么深入人心，因而人们几乎都忘了波动说的存在。
第二次波粒大战是从托马斯·杨开始的。出生于1773年的托马斯·杨是真正的神童和通才，他熟悉多种语言，甚至能够破译希腊古文字；会弹奏几乎所有的钢琴；同时学习了牛顿的《数学原理》和拉瓦锡的《化学纲要》及其他一些科学专著，打下了坚实的科学基础。
1801年，他做了精典的“光的双缝干涉实验”：把一支蜡烛置于一伸开了一个小孔的纸上面，这样就产生了一个点光源，之后在纸旁边再放一伸开了两道平行狭缝的纸。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，还会产生一系列明、暗交替的白色，这就是现今众人皆知的干涉白色。
我们都晓得，普通的物质是具有累加性的，一滴水加上一滴水一定是两滴水，而不会一起消失。并且波动就不同了，一列普通的波，有着波的高峰和波的谷底，假如两列波相遇，当它们刚好都处在高峰时，这么叠加上去的这个波都会达到两倍的峰值，假如都处在低潮时，叠加的结果都会是两倍深的谷底。并且等等，假若刚好一列波在它的高峰，另一列波在它的谷底呢？答案是它们会相互抵消。
如同托马斯·杨的双缝干涉实验显示的一样，明亮的地方，那是由于两道光刚好是同相的，它们的波峰和波谷刚好互相提高，结果导致了两倍亮光的疗效；而黑暗的这些白色，则一定是两道光处于“反相”，它们的波峰、波谷相对，刚好相互抵消了。
1807年，托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学课件》，上面综合整理了他在光学方面的工作，并第一次描述了他这个蜚声四海的实验。后来的历史证明，这个实验完全可以稳居于化学学史上最精典的前五个实验之列。
托马斯·杨的专著燃起了革命的导火索，化学史上的“第二次波粒大战”开始了。波动说在经过了百年的蛰伏以后，总算又回到了历史舞台。但由于微粒说的深入人心，托马斯·杨的实验最初并没有导致多大的关注，直至“泊松亮斑”实验的出现。
1818年，一个不著名的德国年青工程师―菲涅尔向美国科大学评委会递交了一篇论文。在这篇论文里，他采用了光是一种波动的观点，并以严密的物理推理，极为完满地解释了光的衍射问题。
当时的评委会成员泊松并不相信这一推论，泊松对它进行了仔细的审查，结果发觉当把这个理论应用于圆盘衍射的时侯，在阴影中间将会出现一个亮斑。这在泊松看来是非常荒唐的，影子中间如何会出现亮斑呢？但最终菲涅尔的朋友，评委之一的阿拉果在关键时刻坚持要进行实验测量，结果发觉真的有一个亮点就像奇迹通常地出现在圆盘阴影的正中心，位置照度和理论符合得相当完美。
这个亮斑也阴差阳错地被称为“泊松亮斑”，泊松原本想严打波动派的理论，最后居然弄成了支持波动学说的最有力装备。“泊松亮斑”的这个胜利成了第二次波粒大战的决定性风波。
1821年，菲涅尔发表了题为《关于偏振光光线的互相作用》的论文，用横波理论成功地解释了偏振光现象，攻破了波粒大战中最无法征服的据点。
波粒大战还有最后一个堡垒，那就是光的速率。按照微粒说，光在水底的速率应当比真空中要快；而波动说仍然觉得光在水底速率是要比真空中要慢的。1850年，傅科向美国科大学递交了他关于光速检测实验的报告，光在水底的速率只有真空中光速的3/4，这一结果彻底公审了微粒说的死缓，第二次波粒大战以波动说击败而结束。
同时在另一个战场，1946年法拉第发觉了光和电磁现象有关；到了1964年麦克斯韦发展了法拉第的电磁理论，并发表了知名的论文《电磁场的动力理论》，提出了电磁波的概念，给出了优美的麦克斯韦多项式，统一了电磁理论。他通过估算，发觉电磁波的速率和光速一样，于是提出了“光是一种电磁波”的理论。
光看多项式组表达式，就晓得麦克斯韦有多天才了
1988年，赫兹设计了一个电磁发生器形成电火花，并依照麦克斯韦的理论，他在实验室第一次测量到了电磁波，这也验证了麦克斯韦理论的正确性。
电磁波理论的否认为波动说锦上添花，微粒说彻底丧失往日的光辉，暂时退出历史舞台。
-3-第三次“波粒大战”
赫兹在做电磁波实验的时侯，发觉了一个奇怪的现象，假如有紫外线照射实验设备，还会让实验疗效更好。他在论文《论紫外光在放电中形成的效应》中做了记录，但在当时，这个论文没有造成太多的关注。就连赫兹自己都不晓得，他在无意中早已打开了量子化学的潘多拉魔盒。
后来的化学学家把这些现象称之为“光电效应”：当光照射到金属上的时侯，会从它的表面打出电子来。随着实验的深入进行，化学学家发觉两个事实：
首先，对于某种特定的金属来说，光是否还能从它的表面严打出电子，这只和光的频度有关。频度高的光线便就能打出能量较高的电子，而频度低的光则一个电子也打不下来。
其次，能够打出电子，和光的硬度无关。再弱的紫外线也就能打出金属表面的电子，而再强的绿光也未能做到这一点。降低光线的硬度，才能做到的只是降低打出电子的数目。
当时没人晓得这是哪些缘由。
1900年12月14日，普朗克在美国数学学会上发表了他的大胆假定。他宣读了那篇名眷顾史的《黑体波谱中的能量分布》的论文，假设能量在发射和吸收的时侯，不是连续不断，而是分成一份一份的；并提出了能量子的概念，后来被更名为量子，这三天后来被觉得是量子化学的诞生日。
研究数学之前的普朗克和研究数学以后的普朗克，正所谓“读书改变知性”
量子概念的提出，颠覆了人类对化学世界的认知，那就是我们的世界是连续的；并且在量子概念看来，世界不是连续的，而是一份一份的。正由于量子是这么的离经叛道，所以仍然不被主流化学学家所接受。
直至1905年3月17日，爱因斯坦在《物理学纪事》上发表了一篇关于幅射的论文，题目叫作“关于光的形成和转化的一个启发性观点”，这篇论文成了量子论的奠基石之一。在论文中，爱因斯坦从普朗克的量子假定出发，解释了光是一群离散的量子，而不是连续性的波，每一个量子拥有的能量等于频度和普朗克常量的乘积：E=hv。
只有当单个光量子达到一定的能量级别才才能让金属表面的电子逃逸，导致光电效应。假如单个光量子达不到这个能量级别，照射再多也没有用，完美的解释了光电效应现象。
1923年，康普顿在研究X射线被自由电子散射的时侯，发觉了一个奇怪的现象：散射下来的X射线分成两个部份，一部份和原先的入射射线波长相同，而另一部份却比原先的射线波长要长，具体的大小和散射角存在函数关系。这被后人称为“康普顿效应”，康普顿在量子理论的基础上推导入波长变化和散射角的关系式，和实验完全相符。
“光电效应”和“康普顿效应”现象的发觉，拉开了第三次波粒大战的帷幕，战争伊始，微粒说就以压倒性地优势抢占高地，连下数城。
1911年10月30日，第一届索尔维大会在瑞士奥斯陆举办，24位最杰出的数学学家出席了大会，大会只进行了短短5天，化学学并未取得重大进展，但这依然是量子发展史上的一次重大风波，由于量子问题总算在此次大会上被推到了历史的最前沿，成为时代的焦点。
假如说，1900年普朗克宣告了量子理论的诞生，这么1913年的玻尔则宣告它步入了青年时代。玻尔所有关于量子理论的思想均转化成理论推论和物理抒发，并以三篇论文的方式最终于1913年3月到9月发表在《哲学刊物》上，分别题名为“论原子和分子的构造”、“单原子核体系”和“多原子核体系”，这是量子化学历史上划时代的文献。
随着实验证据的不断出现，波尔的量子模型不断地被更多数学学家所接受：电子在围绕原子核运转时，只能处于一些“特定的”能量状态中。这种能量状态是不连续的，称为定态。当电子处在某个定态的时侯，它就是稳定的，不会放射出任何方式的幅射而丧失能量；但当电子在不同的能量态之间转换，或则说电子跃迁时，才会幅射或则吸收能量，E2-E1=hv。
波尔的量子模型为微粒说摇旗呐喊、站脚助威，微粒说暂时领先；直至“德布罗意波”的出现，将第三次波粒大战推向了高潮。
1923年，德布罗意在其博士论文中提及，联通的电子总是伴随着一个波，他称之为“相波”，其频度为h/(m*c)；他还预言电子在通过一个小孔或则晶体的时侯，会形成一个可观测的衍射现象。这个预言在1927年被戴维逊和他的助手革末所否认；1927年，G.P.汤姆逊通过实验进一步证明了电子的波动性，实验中得到的电子衍射纹样和X射线衍射纹样相差无几，而所有的数据，也都和德布罗意的预言吻合得天衣无缝。
“波粒大战”全面升级，这时除了是光和电磁幅射，还涉及更多的基本粒子，甚至连整个数学体系都身陷到这个争辩中：光究竟是粒子还是波，电子和其他微观粒子究竟是粒子还是波，你和我究竟是粒子还是波，这整个物质世界究竟是粒子还是波。
此时，数学学真正走到了一个十字路口，无论是波动说，还是微粒说都不能解释全部化学现象，只适用于部份场景。不过很快，这场大战将迈向最终的结局。
20世纪20年代，海森堡、波恩等以矩阵热学为语文工具，推论验证了物质的粒子性和不连续性量子物理的尽头是什么，其背后就是阿姆斯特丹学派的精神领袖波尔；而另一方面，薛定谔、爱因斯坦等大师以波动热学为工具，用波动等式描述了物质的波动性和连续性。
“波，只有波才是惟一的实在。”薛定谔肯定地说，“不管是电子也好，光子也好，或则任何粒子也好，都只是波动表面的泡沫。它们本质上都是波，都可以用波动多项式来抒发基本的运动形式。”
“绝对不敢指摘。”海森堡指责道，“物理世界的基本现象是离散性，或则说不连续性。大量的实验事实证明了这一点：从原子的波谱，到康普顿的实验，从光电现象，到原子中电子在基态间的跳跃，都无可争辩地显示出大自然是不连续的。你那波动多项式其实在物理上是一个可喜的成就，但我们必须认识到，我们不能依照传统的那个方法去认识它——它不是那种意思。”
不过到了1926年4月，薛定谔、泡利、约尔当都各自证明了两种热学在物理上来说是完全等价的：从矩阵出发，可以推导入波动函数的抒发方式，而反过来，从波函数也可以导入矩阵。
福尔摩斯说过，“我的方式，就构建在这样一种假定前面：当你把一切不可能的推论都排除以后，那剩下的，不管多么诡异，也必然是事实。”真是至理格言啊。这么，电子不可能不是粒子，它也不可能不是波。那剩下的惟一的可能性就是……它既是粒子，同时又是波！
“啊哈”时刻到了，光的波粒二象性总算面世了：任何时侯我们观察电子，它只能表现出一种属性，要么是粒子，要么是波。并且，作为电子这个整体概念来说，它却表现出一种波粒的二象性：它可以诠释出粒子的一面，也可以诠释出波的一面，这完全取决于我们怎么去观察它。讨论那个是“真实”毫无意义，我们惟一能说的，是在某种观察方法确定的前提下，它呈现出哪些样子。
在1927年的科莫大会上，波尔发表了名为“量子公设和原子论的近来发展”的讲演，第一次公开描述了波粒二象性，用互补原理详细地阐述我们对待原子尺度世界的心态。他指出了观测的重要性，宣称完全独立和绝对的检测是不存在的。
第三次波粒大战就以这么戏曲性的方法收场：光同时具有微波和粒子的属性，即“波粒二象性”。
-4-后续
故事还远没有结束，反倒才刚才开始。青山依然，几度晚霞，1927年第五届索尔维大会如期举行，大会从10月24日到29日，主题是“电子和光子”。后来的发展证明，它毫无疑惑是有史以来最知名，也是最重要的一次大会，化学大师云集一堂，并留传下了那张被誉为“物理学全明星梦之队”的世纪相片，参会29人中有17人获得过诺贝尔化学学奖。
大会上，诸位化学学家对这种年化学学的最新进展做了报告，如德布罗意波、康普顿效应、海森堡的矩阵热学和薛定谔的波动多项式等，不过讨论很快就弄成了一场爱因斯坦和波尔之间的决斗，爱因斯坦虔敬地信仰因果律，是绝不能相信以波尔为代表的阿姆斯特丹学派所倡导的机率解释，即著名的“上帝掷筛子”。以后，如同牛顿和胡克、莱布尼茨一样，爱因斯坦和波尔这两位大师也终生处于学术斗争中。
爱因斯坦：上帝不掷色子
波尔：别指挥上帝怎样做
“屈平辞赋悬日月，楚王台谢空山丘”，又一百多年过去了，虽斯人逝去，然理论长存，后来者站在那些巨人的右臂上，继续推进着科学的前进，谨借此文向数学大师致敬。
参考链接：
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—全文完—
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