宇宙方程：古老梦想的统一

当人们凝视夜空的辉煌壮丽，被天空中灿烂的星星包围时，很容易被它纯粹的、令人窒息的威严淹没。而我们的关注转向了一些更神秘的问题：

宇宙有没有宏大的设计？

我们如何理解一个看似毫无意义的宇宙？

我们的存在是有韵律和有道理的，还是毫无意义？

我想起了斯蒂芬·克莱恩（Stephen Crane）的诗：

一个人对宇宙说：“先生，我存在！”

“然而，”宇宙说，“你的存在并没有让我产生责任和义务感。”

希腊人是第一批认真尝试整理我们周围混乱世界的人。像亚里士多德那样的哲学家认为，一切都可以归结为四种基本成分的混合物：土地、空气、火、水。但是，这四种基本成分是如何产生世界上的丰富多彩和复杂性的呢？

希腊人对这个问题至少给出了两个答案。第一个是哲学家德谟克利特（Democritus）提出的，甚至在亚里士多德之前。他认为一切都可以被简化为微小的、看不见的、不可摧毁的粒子，他称之为原子（希腊语意为“不可分割”）。然而，批评者指出，原子太小而无法观察，人们不能获得原子的直接证据。尔后，德谟克利特指出了令人信服的间接证据。

例如，想象一枚存放了多年时间的金戒指，戒指由于磨损，一些东西丢失了。每天，戒指上都有一些微小的物质脱落。因此，虽然原子是看不见的，但它们的存在可以间接测量。

即使今天，大多数的先进科学也得益于间接测量，太阳的组成、DNA的结构、宇宙的年龄都是通过间接测量得出。即使我们从未登上过恒星，从未进入过DNA分子，更未目睹过宇宙大爆炸，但我们仍然知道这一切。当我们尝试证明统一场论时，直接证据和间接证据之间的区别将变得至关重要。

第二个答案由伟大的数学家毕达哥拉斯首创。

毕达哥拉斯具有将数学描述应用于音乐等世俗现象的洞察力。据说，他注意到拨弦的声音和敲击金属棒发出的共鸣之间的相似处。他发现它们产生了以一定比率振动的音乐频率。因此，像音乐这样令人愉悦的事物起源于共振的数学。他认为，这可能表明，我们看到的周围物体的多样性必须遵守同样的数学规则。

因此，我们的世界至少有两个伟大的观点来自古希腊：其一，万物是由看不见的、不可摧毁的原子组成；其二，自然界的多样性可以用振动的数学来描述。

不幸的是，随着古典文明的衰落，关于这些观点的讨论和争论的资料没有留存下来。可能存在一个解释宇宙的观点这个概念被遗忘了近一千年。黑暗笼罩着西方世界，科学探究在很大程度上被迷信、魔法和巫术取代。

17世纪，一些伟大的科学家奋起挑战既定的秩序，研究宇宙的本质，但他们也面临了强烈的反对和迫害。约翰尼斯·开普勒是第一个将数学应用于行星运动的人，他是鲁道夫二世皇帝的帝国顾问，他在科学工作中并未遭遇迫害。

曾经做过僧侣的乔尔丹诺·布鲁诺（Giordano Bruno）就没那么幸运了。1600年，他因异端学说被审判并被判处死刑。他被塞住嘴，在罗马街头裸体游行，最后被烧死在火刑柱上。他的主要罪行是：宣称在环绕其他恒星的行星上可能存在生命。

伟大的伽利略，实验科学之父，几乎遭遇了同样的命运。但与布鲁诺不同的是，伽利略在死亡威胁面前撤回了自己的理论。尽管如此，他用他的望远镜留下了永久的遗产，这也许是所有科学中最具革命性的发明。用望远镜，你可以亲眼看到月球上坑坑洼洼的表面；金星的相位与其环绕太阳的轨道一致；木星有卫星。当时，所有这些都是异端思想。

可悲的是，他被软禁在家，与来访者隔绝，最终失明（据说，这是由于他曾用望远镜直视太阳），伽利略因绝望与心碎而亡。就在他去世的那年，一个婴儿在英国出生，他将完成伽利略和开普勒未完成的理论，给我们一个统一的天空理论。

艾萨克·牛顿也许是有史以来最伟大的科学家之一。在一个痴迷于巫术和妖术的世界，他敢于写下天空的普遍规律，并应用他发明的新数学来研究力，称为微积分。正如物理学家史蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）所写，“艾萨克·牛顿开启了万能理论的现代梦想。”在当时，它被认为是万能理论，即描述所有运动的理论。

这一切都始于他23岁那年，剑桥大学因黑死病而关闭。1666年的一天，牛顿在自己的乡间庄园散步，看到一个苹果掉了下来。然后，他问了自己一个问题，从而改变了人类历史的进程。

如果苹果会掉下来，那么，月亮也会掉下来吗？

在牛顿之前，教会说有两种法则：第一种是在地球上发现的法则，它们受凡人的罪恶腐蚀；第二种是纯粹的、完美的、和谐的天空法则。

牛顿思想的本质是提出一个涵盖天地的统一理论。

在笔记本上，他画了一幅有决定性意义的图画（见图1）。

图1　从山顶发射炮弹。如果一发炮弹从山顶发射，它在落地前会飞出一段距离。如果你以越来越快的速度发射炮弹，它在返回地球之前会飞得越来越远，直到完全环绕地球一圈并回到山顶。他得出结论，支配苹果和炮弹的自然法则（重力）应该同样支配着围绕地球运动的月球。

地球上的物理学和天空中的物理学是一样的。

他实现这一点的方法是引入力的概念。物体移动是因为它们被普遍存在的力拉动或推动，这些力可以精确地用数学方法测量。（很早以前，一些逻辑学家认为，物体是因为欲望而运动，所以物体坠落是因为它渴望与地球结合。）

于是，牛顿引入了统一的关键概念。

但牛顿是一个非常注重隐私的人，他的大部分工作都是保密的。也因为朋友不多、不善交流，牛顿经常沉浸在与其他科学家关于他的发现的优先权的激烈争论之中。

1682年，发生了一件轰动的事件，改变了历史的进程，一颗炽热的彗星掠过伦敦上空。从国王、王后到乞丐，每个人都为这个消息兴奋不已。它从哪里来？它将去哪里？它预示了什么？

对这颗彗星感兴趣的人群中有一个是天文学家奥迈尔·埃德蒙多·哈雷。他去剑桥拜见了艾萨克·牛顿，那时牛顿的光理论已经很有名了。（牛顿让阳光透过玻璃棱镜，显示白光分离成彩虹的所有颜色，证明了白光具有复合颜色。他还发明了一种新型望远镜，使用反射镜而不是透镜。）当哈雷向牛顿询问大家都在谈论的彗星时，他深受震惊。牛顿说自己可以证明彗星绕太阳作椭圆运动，还能用自己的引力理论预测其轨迹。事实上，牛顿用他发明的望远镜在跟踪这颗彗星，这颗彗星的移动就像他预测的那样。

哈雷惊呆了，他立即意识到自己见证了科学的一个里程碑，并愿意支付费用（自掏腰包）以印刷这个最终成为所有科学中最伟大杰作之一的《自然哲学的数学原理》（简称《原理》）。

同时，哈雷意识到，牛顿能预测彗星会定期返回，计算出1682年的彗星将在1758年返回。事实上，这个预测是准确的，哈雷彗星于1758年圣诞节从欧洲上空飞过，确立了牛顿和哈雷的声誉。

牛顿的运动和引力理论是人类思想的最伟大的成就之一，是统一已知运动定律的单一原则。亚历山大·蒲柏（Alexander Pope）写道：

大自然和大自然的法则隐藏在夜晚：

上帝说，让牛顿去发现吧！

于是光明来临。

今天，牛顿定律引导太空探测器穿越太阳系。

牛顿万有引力定律引人注目，还因为它具有对称性——如果我们旋转它，方程保持不变。想象一个围绕地球运动的球体，重力在轨道上的每一点都是相同的。事实上，这就是为什么地球是球形而非其他形状，因为重力均匀地压缩地球。这就是为什么我们从未见过立方形恒星或金字塔形行星。此外，小行星通常形状不规则，因为小行星的引力太小，无法均匀压缩。

对称的概念简单、优雅、直观。此外，在这本书里，我们将看到，对称可不是什么微不足道的性质。事实上，它是一个基本且重要的特征，表明了一些关于宇宙的深层的、潜在的物理原理。

不过，当我们说一个方程是对称的时，应如何理解呢？

如果在你重新排列一个物体的各个部分后，它保持不变，物体就是对称的。例如，球体是对称的，因为它在旋转后保持不变。但如何用数学方法表达呢？

想象地球绕着太阳旋转（见图2）。地球轨道的半径由R给出，当地球在其轨道上运动时，半径保持不变（实际上，地球的轨道是椭圆形，所以R略有变化，但这对本例并不重要）。地球轨道的坐标由X和Y给出，当地球在其轨道上运动时，X和Y不断变化，而R不变，即半径不变化。

图2　圆的对称性。如果地球围绕太阳旋转，它的半径R保持不变。地球的坐标X和Y随着它的轨道不断变化，但R是一个不变量。通过勾股定理，我们知道X2+Y2=R2。所以牛顿方程在用R（因为R是不变量）或X和Y（通过勾股定理）表示时是对称的。

所以牛顿的方程保持了这种对称性[1]，即地球绕太阳运动时，地球与太阳之间的引力保持不变。当我们的参照系改变时，定律保持不变。无论我们以什么样的角度来看待问题，规则都是不变的，结果也是一样的。

在讨论统一场论时，我们将会重复遇到对称的概念。事实上，我们会看到，对称性是我们统一所有自然力的最有力的工具之一。(www.xing528.com)

几个世纪以来，牛顿定律得到了无数的证实，它对科学和社会产生了巨大的影响。在19世纪，天文学家注意到天空中有一种奇怪的异常现象，天王星偏离了牛顿定律的预测。它的轨道不是一个完美的椭圆，而是有点摇晃。要么是牛顿定律有缺陷，要么是有一颗未知的行星的引力拽着天王星偏离了轨道。当时，学界对牛顿定律的信心十足，以至于像奥本·勒·威耶（Urbain Le Verrier）那样的数学家也不厌其烦地计算着这颗神秘星球的位置。1846年，在第一次尝试中，天文学家发现了这颗行星，距离预测的位置不到1度，这颗新行星被称为海王星。这是牛顿定律的一个杰作，也是历史上第一次运用纯数学探测主要天体的存在。

正如我们前面提到的，每次科学家破译宇宙四大基本力之一，它不仅揭示了自然的秘密，也产生了社会本身的革命。牛顿定律不仅解开了行星和彗星的秘密，还奠定了力学定律的基础，使今天的我们可以用力学定律设计摩天大楼、发动机、喷气式飞机、火车、桥梁、潜艇、火箭。在19世纪，物理学家应用牛顿定律解释热的本质。当时，许多人推测，热量是通过物质传播的某种形式的液体。但进一步的研究表明，热量源于分子的运动，类似微小的钢球不断相互碰撞。牛顿定律让我们能够精确计算两个钢球是如何相互反弹的。然后，通过将数万亿个分子相加，人们可以计算出热量的精确性质。（例如，腔室中的气体在被加热时，它会根据牛顿定律发生膨胀，因为热量增加了腔室内分子的运动速度。）

工程师可以利用这些计算来完善蒸汽机。他们可以计算出将水转化为蒸汽需要多少煤，用蒸汽推动齿轮、活塞、轮子和杠杆以驱动机器。随着19世纪蒸汽机的出现，工人可以使用的能量猛增到几千匹马力。突然间，钢轨连接了世界上遥远的地方，极大地增加了货物、知识和人员的流动。

在工业革命之前，商品是由微小的、排他性的熟练工匠协会制造的，连最简单的家庭用品也要辛苦地手工生产。他们还小心翼翼地保守着手工艺品的秘密。因此，商品往往稀缺而昂贵。随着蒸汽机和强大机器的出现，各种商品如潮水般涌来，大大降低了成本，也使国民的财富成倍增长，我们的生活水平也得到了飞速提高。

当我把牛顿定律教给有前途的工科学生时，我试图强调这些定律不仅是枯燥乏味的方程，它们还改变了现代文明的进程，创造了我们周围看到的财富和繁荣。有时，我甚至会让学生看纪录片，例如，发生于1940年华盛顿州塔科马海峡大桥的灾难性坍塌事故，这就是人们误用牛顿定律的一个惊人的例子。

牛顿定律建立在把天空中的物理和地球上的物理统一起来的基础上，从而迎来了第一次技术革命。

下一次重大突破等待了200年，它来自于对电和磁的研究。

古人知道磁性可以被驯服，如中国人发明的指南针利用了磁力，从而开启了一个发现的时代。但古人害怕电的力量，视闪电为上帝所表达出的愤怒。

最终为这一领域奠定基础的人是迈克尔·法拉第，一个贫穷但勤奋的年轻人，缺乏任何正规教育。年轻时，他曾设法在伦敦的皇家科学院找到了一份助理工作。通常，像他这样社会地位不高的人会永远干些扫地、洗瓶子的幕后工作。但法拉第勤奋、努力，对一切都充满好奇，以至于他的主管允许他做实验。

法拉第在电和磁方面做出了许多杰出的贡献。他用实验演示，如果将一块磁铁放入一个电线线圈，电线中会产生电。这是一个惊人而重要的发现，因为那时的人们完全不知道电和磁之间的关系。同时，人们也可以实验出相反的情况，移动的电场可以产生磁场。

法拉第逐渐意识到，这两个现象是同一枚硬币的两面。这一简单的观察将有助于开启电力时代——在这个时代，巨型水电站大坝所发出的电将照亮我们的城市。在水电站大坝中，河流推动携带磁铁的轮子旋转，旋转的磁铁推动电线中的电子运动，电线将电力输送到你家里的插座。相反的效应，把电场变成磁场，就是吸尘器工作的原理。来自墙壁插座的电流导致磁铁旋转，从而驱动吸尘器中的泵产生吸力，并导致真空吸尘器的滚轮旋转。

由于法拉第未受过正规教育，他未能用数学知识描述自己的惊人发现。他在笔记本上画满了奇怪的图表来显示磁力线，看起来就像铁屑围绕磁铁时形成的线网。他还发明了场的概念，这是所有物理学中最重要的概念之一。一个场由这些遍布整个空间的力线组成。每一个磁铁周围都有磁力线环绕，地球的磁场从北极发出，通过空间传播，然后返回南极。甚至，牛顿的引力理论也可以用场来表示，地球围绕太阳的运动源于它在太阳的引力场中运动。

法拉第的发现有助于解释地球周围磁场的起源。由于地球自转，地球内部的电荷也随之自转，这种地球内部的不断运动是产生磁场的原因。但这也留下了一个谜：条形磁铁内部无任何运动或旋转的东西，它的磁场来自哪里？我们稍后将回到这个谜。今天，宇宙中所有已知的力都是用法拉第最先引入的场的语言来表达的。

鉴于法拉第对开创电气时代的巨大贡献，物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）宣称他是“有史以来最伟大的科学发现者”。

法拉第是一个不寻常的人，至少在他那个时代如此，因为他喜欢用自己的发现来吸引公众甚至孩子。他以自己的圣诞讲座而闻名。在那里，他会邀请人们去伦敦的皇家科学院见证令人眼花缭乱的电子魔法表演。他会进入一个墙壁被金属箔覆盖的大房间（法拉第笼），然后给它通电。虽然金属箔明显带电，但他绝对安全，因为电场遍布整个房间的墙壁表面，而房间内部的电场却保持为零。如今，这种效应通常用于保护微波炉和精密设备免受杂散电场的影响，或者保护经常被闪电击中的喷气式飞机。（我曾经主持过一个科学频道的节目，我进入了波士顿科学博物馆的法拉第笼。高达2兆伏特的巨大电流冲击着笼子，礼堂里充满了巨大的爆裂声，但我什么也没感觉到。）

牛顿表明，物体移动是因为它们受到力的拉动或推动，这可以用微积分来描述。法拉第表明，电子移动是因为它受到磁场的拉动或推动。但是，对场的研究需要一个新的数学分支，这个分支最终被剑桥数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发展成形，叫做矢量微积分。如同开普勒和伽利略奠定了牛顿物理学的基础一样，法拉第为麦克斯韦方程铺平了道路。

麦克斯韦是数学大师，但他却在物理学上取得了惊人的突破。他意识到法拉第和其他人发现的电和磁的行为可以用精确的数学语言来概括。一个定律指出，移动的磁场可以产生电场；另一个定律正好相反，移动的电场可以产生磁场。

然后，麦克斯韦开始思考，如果一个变化的电场产生一个磁场，然后产生另一个电场，再产生另一个磁场……会如何？他敏锐地发现，这种快速往复运动的最终产物将是一个运动的波，电场和磁场不断相互转化。这个无穷序列的转化创造出一个振动电场和磁场的移动波。

利用矢量演算，他计算出了这个运动波的速度为每秒310 740公里，他震惊得难以置信。在实验误差范围内，这个速度非常接近光速。然后，他大胆地迈出了下一步，声称这就是光！光是电磁波！

麦克斯韦预言性地写道，“我们几乎无法避免这样的推论，即光的本质是引起电和磁现象的同一介质的横向波动。”

今天，每个学物理的学生和电气工程师都必须记住麦克斯韦方程，因为它们是电视、激光器、发电机原理的基础。

法拉第和麦克斯韦统一了电和磁，统一的关键是对称。麦克斯韦方程包含称为对偶性的对称性。如果光束内的电场用E表示，磁场用B表示，当我们切换E和B时，电和磁的方程保持不变。这种二元性意味着电和磁是同一个力的两种表现（见图3）。所以E和B的对称性让我们统一了电和磁，从而创造了19世纪最伟大的突破之一。

图3　电场和磁场的互相转化。电场和磁场是同一个硬币的两面，震荡的电场和磁场互相转化，并像波一样移动。光是电磁波的一种表现。

物理学家被这个发现迷住了。柏林奖将颁给任何能在实验室里真正创造出这些麦克斯韦波的人。1886年，物理学家海因里希·赫兹进行了历史性的测试。

首先，赫兹在自己实验室的一个角落里制造了电火花。几英尺外，他放置了一圈电线。赫兹表明，通过开启火花，他可以在线圈中产生电流，从而证明一种新的神秘的波从一个地方无线传播到了另一个地方。这预示着一种被称为无线电的新名词的出现。1894年，伽利尔摩·马可尼（Guglielmo Marconi）向公众介绍了这种新的通讯方式。他展示了无线电信息以光速穿越大西洋的情景。

随着无线电的引入，我们现在有了一种超高速、方便、无线的远距离通信方式。从历史上看，缺乏快速可靠的通信系统是历史前进的巨大障碍之一。［公元前490年，在希腊人和波斯人的马拉松战役之后，一个可怜的跑者被命令尽可能快地传播希腊胜利的消息。他勇敢奔跑了26英里（约41.8公里）到达雅典，此前他还跑了147英里（约236.6公里）到达斯巴达。然后，根据传说，他由于极度疲劳而倒下死去。他在电信时代之前表现的英雄主义，现代以马拉松长跑的形式表达。］

今天，我们理所当然地认为，我们可以毫不费力地在全球范围内传递消息和信息，这是利用了能量能以多种方式转化这一事实。例如，当你用手机说话时，声音的能量在振动膜中转化为机械能。该隔膜附着在磁铁上，磁铁依靠电和磁的互换性产生电脉冲，这种电脉冲可以由计算机传输并读取。这种电脉冲最后将被转化成电磁波，由附近的微波塔接收。在那里，信息被放大并发送到全球各地。

麦克斯韦方程不仅让我们可以通过无线电、手机和光纤电缆实现即时通信，还打开了整个电磁光谱，可见光和无线电只是其中的两个成员。17世纪60年代，牛顿证明了白光通过棱镜时，可以被分解成彩虹的颜色。1800年，威廉·赫歇尔（William Herschel）问了自己一个简单的问题：在从红色到紫色的彩虹之外，还有什么？他用一个棱镜在实验室里创造了一个彩虹，并在红色的下面放置了一个温度计，那里没有颜色。令他惊讶的是，这个空白区域的温度开始上升。换句话说，红色下面有一种肉眼看不见但含有能量的“颜色”，被称为红外光。

今天，我们意识到存在一个完整的电磁辐射光谱，其中大部分是不可见的，每种辐射都有不同的波长（见图4）。例如，收音机和电视机的波长比可见光的波长长，彩虹颜色的波长比紫外线和X光的波长长。

图4　电磁光谱。电磁光谱的大部分颜色，从无线电到伽马射线，是我们肉眼不可见的。我们的眼睛只能看到电磁光谱最小的一段，因为我们的天线只有细胞大小。

这也意味着我们周围看到的现实只是整个电磁光谱中较小的一段，是更大的电磁色彩宇宙的较小近似。其实，我们的世界，存在一些动物比我们的可视范围更广。例如，蜜蜂可以看到我们看不见的紫外线，这对蜜蜂在阴天也能找到太阳至关重要。由于花朵进化出绚丽的颜色是为了吸引蜜蜂等昆虫为它们授粉，这意味着用紫外光观察时，花朵往往更加壮观。

当我还是个孩子时，每次读到这里，总会提出一个问题——为什么人类只能看到电磁光谱的较小部分？我想，这是多大的浪费呀。现在的我意识到，答案是电磁波的波长大约为产生它的天线的大小。你的手机只有几英寸长，天线的尺寸也这么大，于是发出的电磁波的波长也大致如此。同样，你视网膜中一个细胞的大小大约近似于你能看到的颜色的波长。因此，我们只能看到波长与我们细胞尺寸近似的颜色。电磁光谱的所有其他颜色都是不可见的，因为它们的波长要么太长、要么太短，无法被我们的视网膜细胞检测。因此，如果我们眼睛的细胞有一间房子那么大，也许就能看到所有在我们周围旋转的无线电和微波辐射。

同样，如果我们眼睛的细胞只有原子那么大，我们也许能看到X光。

麦克斯韦方程的另一个应用是电磁能量为整个星球提供能量的方式。石油和煤炭必须通过船只和火车长途运输，但电能可以通过电线传输，只需轻触开关，就可以给整个城市输送电能。

这又导致了电气时代两大巨头托马斯·爱迪生和尼古拉·特斯拉之间的争论。爱迪生是一个天才，发明了许多电气设备，包括灯泡、电影、留声机、自动收报机和数百个其他奇迹。他也是第一个给街道装上电线的人，在曼哈顿市中心的珍珠街。

这开启了第二次技术革命——电气时代。

爱迪生认为直流电或DC（总是朝同一个方向移动，电压从不变化）将是最好的输电方式。曾为爱迪生工作并协助他为今天的电信网络奠定基础的特斯拉提倡交流电（电的方向大约每秒反转60次）。这导致了著名的电流之战，大公司在竞争对手的技术上投资数百万美元，通用电气支持爱迪生，西屋支持特斯拉。电气革命的未来取决于谁赢得这场冲突，是爱迪生的直流电，还是特斯拉的交流电。

虽然爱迪生是电的幕后策划者和现代世界的建筑师之一，但他并未完全理解麦克斯韦方程，这将是一个代价高昂的错误。事实上，他对擅长数学的科学家嗤之以鼻。（一个著名的故事，他经常请找工作的科学家给一个灯泡计算体积。当科学家试图用高等数学繁琐地计算灯泡的形状和体积时，他会露出微笑。之后，爱迪生将水倒入一个空灯泡中，再将空灯泡中的水倒入一个有刻度的烧杯。）

工程师们知道，如爱迪生指出的，绵延数英里长的电线如果只带有低电压，会损失掉大量的能量。所以，特斯拉的高压电线在经济上成为首选，但高压电缆太危险，不能引入你的客厅。诀窍是，从发电厂到你所在的城市使用高效的高压电缆，然后在高电压进入你的客厅之前以某种方式将其电压降低，关键在于变压器。

我们记得，麦克斯韦证明过，移动的磁场能产生电流，反之亦然。如此，你可以制造一个变压器，可以迅速改变电线的电压。例如，发电厂电缆的电压可能有几千伏特，但位于你房屋外面的变压器可以将电压降低到110伏特，这就能很容易地给你的微波炉和冰箱供电。

如果这些场是静态的且保持不变，它们就不能相互转化。因为交流电是不断变化的，所以能很容易地在磁场和电场间转化。这意味着交流电可以很容易地用变压器改变电压，但直流电不行（因为其电压是恒定的，而非交变）。

最终，爱迪生输掉了这场论战，也输掉了在这项技术上投入的大量资金，这就是忽略麦克斯韦方程的代价。

牛顿和麦克斯韦方程的结合，除了解释自然的奥秘和带来经济繁荣的新时代之外，还给了我们一个令人信服的万能理论。或者，至少是能解释当时所知的一切事物的理论。

到1900年，许多科学家宣称“科学终结”。因此，20世纪令人陶醉，所有可能被发现的东西都已经被发现，或者看起来是这样。

事实上，当时的物理学家并未意识到，科学的两大支柱其实互不相容，牛顿和麦克斯韦存在矛盾。

这两根大柱子中的一根必须倒下。一个16岁的男孩握着了这把钥匙，那个男孩恰好在麦克斯韦1879年去世的那年出生。