光炮与死星(3)
量子革命
这一切都随着量子理论的到来而改变了。在20世纪之初，尽管牛顿的定律和麦克斯韦的方程极为成功地解释了行星的运动和光的行为方式，但它们很明显无法解释一整类现象。它们不幸未能解释为什么材料可以导电，为什么金属会在特定的温度下熔化，为什么气体被加热后会放射出光，为什么某些材料会在低温下成为超导体——这些全都需要对于原子内部动态的了解。进行一场革命的时机成熟了。历时250年的牛顿物理学将被推翻，宣告一种新物理学即将诞生。
1900年，马克斯·普朗克（Max Plank）在德国提出能量并不像牛顿所认为的那样是连续的，而是在小型的、截然分开的单位中发生的，这些单位称作“量子”（quanta）。随后，爱因斯坦在1905年假设光是由这些微型单位（或称量子）组成的，后来它们被命名为“光子”（photon）。有了这一强有力却很简单的想法，爱因斯坦得以解释光电效应：为什么将一道光照射在金属上的时候电子会释放出来。今天，光电效应和光子组成了电视、激光、太阳能电池和大量现代电子设备的基础。（爱因斯坦的光子理论具有很强的革命意义，甚至连马克斯·普朗克——一贯是爱因斯坦的忠实支持者，一开始也不能相信它。关于爱因斯坦，普朗克写道：“他有时候可能没有命中目标……比如说，他的光量子假设，这真的不能怪他。”）
后来，在1913年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔给了我们一幅全新的原子图，看上去像是一个微缩版的太阳系。但是，和太空中的太阳系不同，电子只能在互不相干的轨道中或者原子核周围的壳中移动。当电子从一个壳“跳跃”到一个较小的、能量较少的壳中，会释放出一个光子的能量。当一个电子吸收了一个光子的离散能量，它会“跳跃”到一个具有较多能量的较大原子核壳中。
一项几乎完整的原子理论在1925年出现，与之伴随的是量子力学和埃尔文·薛定谔（Erwin Schrodinger）、韦纳·海森堡（Werner Heisenberg）的研究成果以及许多其他影响深远的研究的到来。根据量子理论，电子是一种粒子，但是有波与其相联系，使它既有粒子的属性也有波的属性。这样的波遵守一个方程，名叫薛定谔波动方程（Schrodinger wave equation），它使我们得以推算原子的性质，包括一切玻尔假设的“跳跃”。
1925年以前原子还被认为是神秘的事物，许多人——比如哲学家恩斯特·马赫（Ernst Mach），觉得它可能根本不存在。1925年以后，我们能够真实地深入观察原子的动态，并且精确地预测其性质。令人吃惊的是，这意味着如果拥有一台足够大的计算机，你就可以用量子理论的定律得出化学元素的性质。用同样的方法，牛顿物理学家们如果有一台足够大的计算机器，就可以计算出宇宙中所有天体的运动。量子物理学家们宣布，他们理论上可以计算出宇宙中一切化学元素的性质。如果某人拥有一台足够大的电脑，他同样可以写出整个人类的波函数（wave function）。
