科学定理往往可以被精简成物理表达式，例如伟大的E=mc2。这类公式是基于大量实验数据上的一种特定叙述，而且通常只有在个别特定条件存在时才会组建。但是这种定理或理论，通常人很难理解。这篇文章就让我们可以像看“十万个为何”一样，轻松踏上一条通往基础科学的最佳捷径。
10条内容将采取易于理解，也符合发展规律的倒述方式，从宇宙大爆燃这阶段开始，理解行星、描述引力，再到生命进化起步，最后一头伸进量子化学学，去会一会那世上最让人头晕的玩意儿。
10、众理论的敲钻石：大爆燃理论
标准释义：大爆燃是描述宇宙诞生初始条件及其后续演进的宇宙学模型，其得到了现今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。目前通常所指的大爆燃观点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且湿度极高的太初状态变迁而至的（按照2010年所得到的最佳观测结果，这种初始状态大概存在于133亿年至139亿年前），并经过不断的膨胀抵达明天的状态。
当有谁想要试着触及一下高深的科学理论，这么，从宇宙下手就对了，而解释宇宙怎么发展至今的大爆燃理论就是最好选择。这条理论的基础构架在埃德温·哈勃、乔治斯·勒梅特、阿尔伯特·爱因斯坦以及许多其别人士的研究之上，该理论说白了，就是假定宇宙开始于几乎140亿年前的一次重量级的爆燃。当时的宇宙局限于一个奇点，包含了宇宙中的所有物质，宇宙原始的运动：保持向外扩张，在明天仍在进行着。
大爆燃理论能得到这么广泛的支持，离不开阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊的功劳。她们架设的一台扬声器形状的天线，接收到了一种如何都清除不掉的噪音讯号，那就是宇宙的电磁幅射，即宇宙微波背景幅射。正是最初的大爆燃促使如今整个宇宙都饱含了这些可以测量到的微弱幅射，对应气温大概为3K。
9、推算出宇宙年纪：哈勃定理
标准释义：来自遥远星体光线的红移与它们的距离成反比。该定理由哈勃和米尔顿·修默生在将近六年的观测以后，于1929年首先公式化，Vf=Hc×D（远离速度=哈勃常数×相对月球的距离），其在明天常常被引述作为支持大爆燃的一个重要证据，并成为宇宙膨胀理论的基础。
这儿涉及一个前文提及的人，埃德温·哈勃。此人对宇宙学的贡献值得让人来回溯下他的事迹：在20世纪20年代呼啸飞过、大凋敝踉跄而来的时光里，哈勃却诠释了突破性的天文研究。他除了证明，不仅银河系外还有其他星体的存在，还发觉了这些星体正以远离银河系的方向运动，而他公式中的远离速度就是星体退后的速率。哈勃常数指的是宇宙膨胀速度的参数，而相对月球的距离主体也是这种星体。但听说，被尊为星体天文学创始人的哈勃本人却十分不喜欢“星系”一词，宣称其为“河外星云”。
随着时间流逝，斗转星移，哈勃常数值也发生着变化，但这并没很大关系。重要的是，正是该定理帮助量化了宇宙各星体的运动，推测遥远星体的距离。而“宇宙是由许多星体组成”的概念的提出，以及发觉这种星体的运动可以溯源至大爆燃，它们都使哈勃定理如同同样借此人命名的天文望远镜般知名。
8、改变整个天文学：开普勒三定理
标准释义：即行星运动定理，由开普勒发觉的行星联通所遵循的三条简单定理。
第一定理：每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳运行，而太阳则处在椭圆的一个焦点中；
第二定理：在相等时间内，太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的；
第三定理：各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成反比。
围绕着行星的运行轨道量子论的物理学基础，尤其是它们是否以太阳为中心，科学家与宗教领袖以及自己的同行进行了历时数个世纪的厮杀。16世纪时，哥白尼提出了在当时引起巨大争议的日心说理论，觉得行星是以太阳而不是月球为中心进行运行的。随后第谷·布拉赫等人也陆续有所阐述。但真正为行星运动学完善明晰科学基础的，是约翰内斯·开普勒。
开普勒于17世纪初期提出的行星运动三大定理，描述了行星是怎样围绕太阳运动的。第一定理，又被称为椭圆定理；第二定理，又被称面积定理，换句话解释该定理，就是说假如你连续30天跟踪测算月球与太阳之间连线随月球运动所产生面积，都会发觉不管月球在轨道的那个位置，也不管何时开始测算，结果都是一样的。至于第三定理，俗称调和定理，它促使我们才能构建起一个行星轨道周期与距太阳远近之间的明晰关系。例如金星这样特别紧靠太阳的行星，就有着比海王星短得多的轨道运行周期。正是这三条定理，彻底捣毁了托勒密复杂的宇宙体系。
7、大部份理论的基石：万有引力定理
标准释义：牛顿的普适万有引力定理表示为，任意两个质点通过连心线方向上的力互相吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成反比，与它们距离的平方成正比，与两物体的物理本质或化学状态以及中介物质无关。该理论就能由一个早已写进明天中学数学课本的公式进行叙述：F=G×[(m1m2)/r2]
虽然明天人们将其看作是理所其实的事情，但当艾萨克·牛顿在300多年前提出万有引力学说的时侯，无疑是当时最具有革命性的重大风波。牛顿提出的理论可以简单叙述为：任何两个物体，不管各自质量怎样，互相之间就会发生斥力，而质量越大的东西形成的引力越大。公式中，F指两个物体之间的万有引力，用“牛顿”作为计量单位；m1和m2分别代表两个物体的质量；r为二者之间的距离；G是引力常数。
这是多种实践条件下都相当精确的定理，但数学学发展至今，人们早已晓得牛顿对重力描述的不完美性。但是，该定理仍不失为迄今所有科学中最实用的概念之一，它简单、易学、且囊括面很广，以至于在广义相对论初问世的一段时间内都很少有人问津。更有意义的是，万有引力定理让渺小的人类获得了估算庞大星球之间引力的能力，而且在发射轨道卫星与测绘探月航线等方面尤其有用。
6、物理科学有了基本定律：牛顿运动定理
标准释义：牛顿第一定理为惯性定理；牛顿第二定理构建起物体质量与加速度之间的联系；牛顿第三定理为斥力与反斥力定理。
还是牛顿。每每我们谈论起那位人类历史上最杰出的科学家之一，总不由得从他最知名的热学三大定理开始。由于这种简约而高贵的定理，奠定了现代数学学的基础。
简单理解三大定理的意义，其第一条就让我们晓得，滚动的皮球之所以还能在地板上运动，必将是遭到外力的促进。这外力可能是与地板之间的磨擦，其实是小儿子踢出的一脚。第二定理以F=ma这个公式叙述，同时也意味着一个具有方向性的矢量。那种皮球滚过地板时，由于加速度的缘由，获得了一个指向滚动方向的矢量。通过它便就能估算出皮球所遭到的斥力。第三定理相当简约，也最为人们所熟知，其意思无外乎，用右手随意戳戳那个物体的表面，它们都将用同等的力量进行回应。
5、热力学基础基本完备：热力学三定理
标准释义：热力学第一定理，热可以转变为功，功也可以转变为热，也就是能量守恒和转换定理；第二定理有几种叙述方法，其中之一是不可能把热从高温物体传到低温物体而不造成其他变化；第三定理，在热力学气温零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。
日本化学学家和小说家查尔斯·珀西·斯诺以前有一段极其知名的阐述：“不懂得热力学第二定理的科学家，如同一个从没读过莎士比亚的科学家一样。”斯诺的言语意在批评科学与人文之间“两种文化”的隔绝与分裂，但却无意中在文人圈里“捧红”了热力学第二定理。虽然，斯诺的论述确实指出并敦促人文学者都应当去了解一下它的重要性。
热力学是研究系统中能量运动的科学。这儿的系统既可以是一台底盘，也可以是炙热的地幔。斯诺运用自己的聪明才智将其精简成为以下若干条基本规则：你赢不了、你难以实现收支平衡、你没法退出游戏。
该怎么理解这种说法呢？首先来看所谓的“你赢不了”。斯诺的意思是指既然物质与能量是守恒关系，在能量转换过程中，我们难以实现一种能量方式到另一种的对等转换，而不损失一部份能量。如同假如要底盘做功，就必须提供热能一样。虽然是在一个完美极至的封闭空间中，部份热量仍然将不可防止地散逸到外部世界中去。
而这就引起了第二定理“你实现不了收支平衡”。鉴于熵的无限降低，我们没法返回或保持相同的能量状态。由于熵总是从含量高的地方向含量低的区域流动。而有熵的存在，也是永动机不可能出现的缘由。
最后是第三定理“无法退出的游戏”。这儿要涉及到绝对零度，即理论上可能达到的最低气温，通常指零开尔文（零下273.15摄氏度或零下459.67华氏度）。第三定理的叙述为，当系统达到绝对零度时，分子将停止一切运动，即没动能，熵也能达到理论上的最低值。但现实世界中，虽然在宇宙的深处，达到绝对零度也是不可能的。你只能无限地接近所谓的终点。
4、公元前200年的大智慧：阿基米德定理
标准释义：化学学中的阿基米德定理，即阿基米德压强原理，是指浸在静止流体中的物体遭到流体作用的合力大小等于物体排开的流体的重力，这个合力称为压强。物理表达式为：F浮=G排
关于阿基米德是怎样发觉压强原理这一数学学重大突破的，有个传说：阿基米德某次洗脚的时侯，见到浴盆里的水会随着自己身体的浸没而上升，便遭到启发开始思索。而当他最终确定发觉了压强理论以后，那位古埃及最伟大的先哲一边激动地大叫“找到了！找到了！”，一边裸露着身体飞奔在锡拉丘兹城的大道小巷。
古埃及学者阿基米德的古老发觉早已被广泛应用在人类社会生产的各个领域。按照压强原理，施加在一个部份或整体吞没于液体中的物体的斥力，等于该物体液内容积所排出的液体重量。这对于估算物体的密度，从而进行导弹和远洋客轮的设计建造，具有关键性意义。
3、我们自身的阐述：进化与自然选择
标准释义：进化，即演变，在生物学中是指种群里的遗传性状在世代之间的变化。自然选择，亦称为天择，指生物的遗传特点在生存竞争中，具有了某优势或某劣势，因而在生存能力上形成差别，并造成饲养能力的差别，致使这种特点被保存或是淘汰。
既然我们早已构建起关于宇宙何以从无到有，以及数学学在日常生活中是怎么发挥作用的若干基础概念体系，下一步便可以开始关注我们人类自己的方式问题，即我们是怎样成为明天这番模样的。
我们晓得，基因是会复制给下一代的，但基因突变会让其情况出现变化，这些变化了的新情况，可能随着物种迁徙等在种群中传递。
这么依照现今大多数科学家的观点，所有月球生物以前拥有一个共同的先祖。后来随着时间的发展，部份开始进化成为特点鲜明的特定物种。久而久之，生物多样性便渐渐在所有有机生物中降低与扩充开来。
从最基本的意义上说，基因突变等变异机制在生物进化的过程中一卷发生着。而每一阶段的那些细节变化就会通过世代的遗传而得以保留。相应的，生物种群也因而发展出了不同的特点，但是这种特点常常就能帮助生物更好地繁衍生存出来。例如蓝色皮肤的乌龟，其实比其它颜色的同类更适合以伪装的形式在崎岖的沼泽地区生存。这便是所谓的自然选择。
其实，对于进化与自然选择理论，我们还可以将其应用到更广泛的生物范围。而且达尔文在19世纪提出的“地球生命丰富的多样性，来始于进化中的自然选择”，无疑依然是最基础和最具开创性的。
2、永远转变了理解宇宙的方法：广义相对论
标准释义：引力在此被描述为时空的一种几何属性（曲率），而这些时空曲率与处于时空中的物质与幅射的能量，动量张量直接相联系，其联系方法即是爱因斯坦的引力场多项式（一个二阶非线性偏微分等式组）。
对于任何一个不曾学习或研究它的人来说，广义相对论的标准释义看了和没看一个样。由于它在解释该词条时，起码又用了4组不被人理解的词汇。
它的内涵和外延涉及甚广，虽然非论文方式不能描述。在此，我们且瞧瞧被称为现代引力理论研究的最高水平的广义相对论在论哪些。作为比牛顿万有引力更具有通常性的理论，质量还是一个决定引力的重要属性，并且不再是引力的惟一来源。
在爱因斯坦这儿，引力已不再是牛顿所描述的一种力，甚至可以说，已没有了原先引力的概念。由于爱因斯坦把它看成物体周围的时空弯曲，先前所说的“物体受引力作用所作的运动”，被归结为物体在一个弯曲时空中，沿近程线的自由运动。
若果让“弯曲时空”的概念更明朗化些，可以想像环绕月球飞行的航天客机里的宇航员，对她们而言，她们是按直线形式在太空中飞行，但实际上航天客机周围的时空，早已被月球的引力所弯曲，这使航天客机成为又能往前飞行，又能围绕月球转的物体。
按日本相对论研究的首席专家约翰·惠勒解释量子论的物理学基础，这些所谓时空的几何属性可以这样概述：时空告诉物质怎么运动，物质告诉时空怎样弯曲。因此，其可以诠释出宇宙星光受大天体影响的弯曲形式，而且为研究黑洞奠定了理论基础。
1、上帝掷色子吗？：海森堡测不准原理
标准释义：日本化学学家海森堡于1927年提出，表明量子热学中的不确定性，指在一个量子热学系统中，一个粒子的位置和它的动量（粒子的质量除以速率）不可被同时确定。
“测量！在精典理论中，这不是一个被考虑的问题。”《量子化学杂记》如是说。
那是由于在精典化学学里，你、我，或作为观测者的任何一人，对这个等待被检测的客观物体是没有影响，或影响甚少因而可忽视不计的。那时即使我们弄不懂个中道理，也不阻碍原理待在那，等着我们渐渐参详。
但如今就要走入量子世界的魔潭了，此处我们作为观测者会给实验现象带来一定的扰动，因而假如测一个电子的动量，所得值只是相对你这个观测者而言的。微观世界中，要以“概率”来论，所谓上帝掷色子。
当初的华纳·海森堡就在此中有了突破性的发觉，人们难以同时得到粒子的两种变量精确信息，哪怕再精密的仪器都不行。具体讲，你或则可以确切地晓得电子的位置，但未能同时晓得其动量，或则反之，得此失彼。而类似的不确定性也存在于能量和时间、角动量和角度等许多数学量之间。
其实你没明白这件事的奇特性，如同之前提到的，量子世界里的量既然是相对性，那只要它存在，就应当可以被检测下来。既然无论怎样不能检测到，那它就不复存在。因而，在你没确定检测这个数学量的手段时，谈论它毫无意义。一个电子的动量，只有当你检测时，也才有意义。
这更像是一个哲学话题了。而“海森堡测不准原理”与其说是实验中发觉的，倒不如说是海森堡和他老师玻尔等人讨论下来的。到了玻尔发觉电子同时具有粒子和波的双重性质（量子化学的柱石，波粒二象性），当我们检测电子的位置时，我们将其当做粒子，波长不定；而当我们要检测动量时，我们将其当做波，晓得波长的量值却丧失它的位置。
虽然你如今无比混乱，这仍然没哪些大不了的。玻尔的格言就是：“如果谁不为量子论而苦恼，那他一定没有理解量子论。”类似的话费曼也说过。所以我们没啥好苦恼的，爱因斯坦和我们一个状况。