当爱因斯坦单枪匹马地创造了这个基于空间、时间、物质和能量的宏伟的新理论时，物理学的平行发展解开了一个古老的问题：物质是由什么组成的？这将导致下一个伟大的物理理论诞生，量子理论。
牛顿完成了他的引力理论后，进行了无数的炼金术实验，试图理解物质的本质。理论上来说，他的抑郁症发作源于他的水银实验。水银是一种已知的能引起神经症状的毒性物质。然而，人们对物质的基本性质知之甚少，从早期炼金术士的工作中也学不到什么，他们耗费了大量的时间和精力，试图将铅转化为黄金。
物质的秘密，或许要几个世纪才能慢慢揭示。到了19世纪，化学家开始发现并分离自然的基本元素——而这些元素不能分解成更简单的东西。虽然物理学的惊人进步是由数学开创的，但化学的突破主要来自于实验室里的乏味工作。
1869年，德米特里·门捷列夫做了一个梦，梦里自然的所有元素都落入一张表里。醒来后，他很快将已知的元素排列成一个规则的表格，发现元素有一个模式。从化学的混乱中突然出现了秩序和预测能力。大约六十种已知元素可以排列进这个简单的表格，但存在一些空隙，门捷列夫能够预测这些缺失元素的性质。当这些元素如预测的那样在实验室里被发现时，它奠定了门捷列夫的名声。
不过，元素为什么要排列成这样的有规则的模式？
下一个突破发生于1898年，玛丽·居里和皮埃尔·居里（Pierre Curie）分离出了一系列前所未见的不稳定元素。在没有任何电源的情况下，镭在实验室里发出明亮的光，违反了物理学的一个基本原则——能量守恒。这些镭射线的能量从何而来？显然，需要一个新的理论。
在那之前，化学家认为物质的基本成分——元素——是永恒的，像氢或氧这样的元素是永远稳定的。现在，化学家在他们的实验室里看到了像镭这样的元素正在衰变为其他元素，在这个过程中发出辐射。
这些不稳定元素衰减的速度也许可通过计算得出，但也许需要几千年甚至几十亿年的时间。居里夫妇的发现帮助解决了一场旷日持久的争论。地质学家对岩石形成的缓慢的速度感到震惊，通过岩石年龄的研究，他们意识到地球已存在了几十亿年的时间。维多利亚物理学巨人之一开尔文勋爵曾计算出熔化的地球在几百万年时间内会逐渐冷却下来。谁是正确的？
事实证明，地质学家是正确的。开尔文勋爵不明白一种新的自然力，即被居里夫妇称为核力的力，会增加地球的热量。由于放射性衰变可以在数十亿年内一直发生，这意味着地球的核心可能被铀、钍和其他放射性元素的衰变加热。故而，巨大的地震破坏力、雷鸣般的火山，以及缓慢且剧烈的大陆漂移皆源于核力。
1910年，欧内斯特·卢瑟福把一片发光的镭放在一个有小洞的铅盒里。一束微弱的射线从洞里射出，对准一片薄薄的金箔。他预计金原子会吸收辐射。但令他震惊的是，他发现镭的光束穿过了薄片，似乎金箔并不存在。
这是一个惊人的发现：这意味着原子主要由空白空间组成。我们有时会向学生演示这一点。我们把一块无害的铀放在他们手里，下面放一个可以检测辐射的盖革计数器。学生们听到盖革计数器“咔嗒、咔嗒”发出响声时会感到震惊，因为有东西穿透了他们的身体。
在20世纪初，原子的标准图像是葡萄干馅饼模型，也就是说，原子就像一个带正电荷的馅饼，里面撒着电子的葡萄干。渐渐地，一幅全新的原子图像开始出现。原子基本上是中空的，中心是微小且致密的原子核，周围有一群电子围绕着原子核。卢瑟福的实验帮助证明了这一点，因为他的放射性光束偶尔会被原子核中紧密堆积的粒子偏转。通过分析偏转的数量、频率和角度，他能够估计出原子核的大小，它是原子本身的一千分之一。
后来，物理学家确定了原子核是由更小的亚原子粒子组成：质子（带正电荷）和中子（不带电荷）。整个门捷列夫表似乎可用三种亚原子粒子来创建：电子、质子和中子。不过，这些粒子符合什么方程呢？
与此同时，一种新的理论诞生了，它可以解释所有这些神秘的发现。这个理论甚至引发了一场革命，挑战我们对宇宙的传统认知——量子力学。但是，量子到底是什么，它为何如此重要？
量子诞生于1900年。当时，德国物理学家马克斯·普朗克问了自己一个简单的问题：为什么物体在热的时候会发光？几千年前，当人类第一次利用火时，他们注意到热的物体会发出某种颜色的光。数百年来，制陶者已经知道，在物体达到数千摄氏度的过程中，它们的颜色会发生改变，从红色变成黄色，再变成蓝色。你自己点燃一根火柴或者蜡烛也能看到类似的现象。底部最热，火焰的颜色偏蓝；中间，火焰的颜色偏黄；顶部最冷，火焰的颜色偏红。
在物理学家试图将牛顿和麦克斯韦的工作应用于原子以计算这种效应（称为黑体辐射）时，他们发现了一个问题。（黑体是完美吸收所有落在其上的辐射的物体。之所以叫黑体，是因为黑色吸收所有的光。）根据牛顿的说法，原子越热，振动越快；根据麦克斯韦的说法，振动的电荷反过来可以以光的形式发出电磁辐射。但是，当他们计算热的、振动的原子发出的辐射时，结果出乎意料。在低频率下，该模型与数据非常吻合；在高频率下，光的能量最终会变成无穷大，这太可笑了。对物理学家来说，无穷大是方程失效的一个标志，但他们不明白发生了什么。
马克斯·普朗克随后提出了一个天真的假设。他假设能量以他称为量子的分离的能量包的形式出现，而不是像牛顿理论中那样是连续和光滑的。当他调整这些包的能量时，他发现自己可以精确地复制出热物体辐射的能量。物体越热，辐射频率越高，对应于光谱上的不同颜色。
这就是为什么随着温度的升高，火焰会从红色变成蓝色，这也能告诉我们，如何知道太阳的温度。当你第一次听说太阳表面的温度大约是5000摄氏度时，你可能会想：我们是怎么知道的呢？从来没有人带着温度计去过太阳。但是，我们知道太阳的温度可以由它发出的光的波长确定。
普朗克计算了这些光能包或量子的大小，并用一个小常数h（普朗克常数，6.6×10-34焦·秒）来度量它们。这个数字是普朗克通过手动调整这些包的能量找到的，直到它能完美拟合数据。
如果我们让普朗克常数逐渐变为零，那么量子理论的所有方程都能简化为牛顿的方程。这意味着经常违反常识的亚原子粒子的奇异行为，随着普朗克常数被手动设置为零，会逐渐还原为人们熟悉的牛顿运动定律。这也是我们在日常生活中很少看到量子效应的原因。在我们的感官上，世界看起来很牛顿，因为普朗克常数是一个很小的数，只在亚原子水平上影响宇宙。
我们将这些小的量子效应称为量子修正，物理学家通常会花费一生的时间去尝试计算它们。1905年，也就是爱因斯坦发现狭义相对论的那年，普朗克将量子理论应用于光，并表明光不仅是一种波，它还能像一包包能量或一种叫做光子的粒子一样工作。所以，光有两面性：一面是麦克斯韦预言的波，一面是普朗克和爱因斯坦预言的粒子或光子。于是，一幅新的画面出现了。光由光子组成，光子是量子或粒子，但每一个光子都会在它周围产生场（电场和磁场）。反过来，这些场的形状像波，服从麦克斯韦方程。所以，我们现在知道，粒子和它周围的场之间存在一种美丽的关系。
如果光既是粒子又是波，电子也有这种奇异的二重性吗？这是下一个合乎逻辑的想法，它将产生积极的效果，震撼现代物理世界和文明本身。
令物理学家震惊的是，他们随后发现，一度被认为是坚硬的点状粒子的电子也可以像波一样运动。为了便于演示，拿两张平行的纸，将一张置于另一张后面。你在第一张纸上钻两个孔，然后向它发射电子束。你通常会期望在第二张纸上找到两个电子束击中的点（见图7）。电子束要么穿过第一个孔，要么穿过第二个孔，而不是两者同时穿过，这是常识。
图7 电子波干涉实验。电子通过两张纸的行为与波类似，它们在另一面互相干涉，就好像它们同时穿过了两个孔。这在牛顿物理中是不可能的，但却是量子力学的基础。
但是，当实验真正完成时，第二张纸上的点的图案似乎排列在一条垂直线上，这是波相互干涉时发生的现象。（你洗澡时，同步在两个地方轻轻拍打水面，就能看到这种干涉图案的出现，像蜘蛛网一样。）
从某种意义上说，这意味着电子同时穿过了两个孔。这是一个悖论：一个点粒子（即电子），怎么能与自己互相干涉呢？好像它穿过了两个分开的孔一样。此外，对电子的其他实验表明，它们会在某处消失，又在其他地方重新出现，这在牛顿的世界中是不可能的。如果普朗克常数相当大，以人类的尺度影响事物，那么这个世界将是一个完全无法识别的、奇怪的地方。物体可能消失并重新出现在不同的位置，也可能同时出现在两个地方。
尽管量子理论看起来不太可能，但它逐渐取得了惊人的成功。1925年，奥地利物理学家欧文·薛定谔写下了他著名的方程，精确地描述了这些粒子波的运动。将他的方程应用于单个电子围绕一个质子运动的氢原子时，与实验结果非常一致。在薛定谔原子中发现的电子能级与实验结果完全一致。事实上，整个门捷列夫表在原则上可以解释为薛定谔方程的解。
量子力学的惊人成就之一是，它能够解释构成物质的原子和分子的行为。根据薛定谔的说法，电子是围绕着微小原子核的波。在图8中，我们看到只有具有特定且离散的波长的粒子才能绕原子核传播，波长数为整数的波非常合身；波长数为非整数的粒子不能完全包裹在原子核周围——它们不稳定，不能形成稳定的原子，这意味着电子只能在分立的几个壳层上运动。
图8 允许的轨道和禁止的轨道。只有某些波长的电子适合在原子内部，即轨道必须是电子波长的整倍数。这迫使电子波在核的周围形成离散的壳层。详细地分析电子如何适合这些壳层，有助于理解门捷列夫周期表。
随着我们离原子核越远，这种基本模式就会重复出现；随着电子数量的增加，外环离中心越远。你移动得越远，电子就越多。这反过来解释了为什么门捷列夫表包含着规则的、分立的若干重复的层级，每一层级都模仿它下面一级的壳层的行为。
你在一边淋浴一边唱歌时会发现，这种效果很明显。只有某些离散的频率或波长从墙壁上反弹并被放大，其他不适合的频率会被抵消，类似于电子波围绕原子核的方式：只有某些离散的频率起作用。
这一突破从根本上改变了物理学的进程。这一年，物理学家在描述原子时被难住了。下一年，他们就可以利用薛定谔方程计算出原子内部的性质。有时，我在给研究生讲授量子力学课程时，会试图让他们牢记，在某种意义上，他们周围的一切都能用薛定谔方程的解来表达。我会向学生强调，不仅可以用它解释原子，还可以解释原子如何结合形成分子，从而形成构成我们整个宇宙的化学物质。
然而，不管薛定谔方程有多强大，它仍然存在一个局限性。它只适用于低速情况，也就是说，它是非相对论的。薛定谔方程没有提到光速、狭义相对论，以及电子如何通过麦克斯韦方程与光相互作用。它也缺乏爱因斯坦理论的美丽对称性，而且相当丑陋，难以用数学处理。
后来，22岁的物理学家保罗·狄拉克决定通过融合空间和时间来写一个服从爱因斯坦的狭义相对论的波动方程。薛定谔方程的一个缺点是：它将空间和时间分开处理，因此计算繁琐且耗时。但是，狄拉克的理论将两者结合了起来，具有四维对称性，所以它美丽、紧凑、优雅。原来薛定谔方程中所有丑陋的项都收缩成一个简单的四维方程。
（我记得自己读高中时，曾试图彻底地学习薛定谔方程，挣扎于其中那些丑陋的术语。我思考着，大自然怎会故意地创造出如此笨拙的波动方程呢？后来，有一天，我偶然发现了狄拉克方程，它美丽且简洁。我记得，自己初次看到它时禁不住叫了起来。）
狄拉克方程取得了惊人的成功。早些时候，我们看到法拉第证明了线圈中不断变化的电场会产生磁场。但在没有任何运动电荷的情况下，条形磁铁中的磁场来自哪里呢？这是一个谜。根据狄拉克方程，电子被预测会自旋，故而能产生自己的磁场。电子的这一特性是从数学的一开始就存在了。（然而，这个自旋不是我们在周围看到的熟悉的自旋——陀螺仪的自旋，而是狄拉克方程中的一个数学项。）自旋产生的磁场与实际上在电子周围发现的磁场完全符合，这反过来有助于解释磁性的起源。那么，磁铁中的磁场来自哪里？它来自于被困在金属内部的电子的自旋。后来，人们发现所有亚原子粒子都有自旋。关于这个重要的概念，我们将在后面的章节作详细讨论。
更重要的是，狄拉克方程预言了一种意想不到的新物质形式，反物质。反物质遵循与普通物质相同的规律，只是电荷相反。所以反电子叫做正电子，有正电荷而不是负电荷。原则上，可能会产生反原子，由反电子围绕反质子和反中子旋转而成。但是，当物质和反物质碰撞时，它们会爆发而产生出能量。（反物质将成为万能理论的一个至关重要的成分，因为万能理论中的所有粒子必然有对应的反粒子。）
以前，物理学家认为，对称性是任何理论中令人愉悦但不重要的方面。今天，物理学家对对称性的力量感到震惊，它实际上可以预测全新的和意想不到的物理现象（如反物质和电子自旋）。物理学家开始明白，从根本上看，对称性是宇宙的一个必不可少的、不可避免的特征。
当然，还是存在不少问题困扰着我们。如果电子具有类似波的性质，是什么干扰了波所存在的介质？什么是波？一个电子怎么能同时穿过两个不同的孔？一个电子怎么能同时出现在两个地方？
答案是惊人的和不可思议的，且把物理界一分为二。根据马克斯·玻恩（Max Born）在1926年发表的一篇论文，波是在某一点找到一个电子的概率。换句话说，你不能确切地知道电子在哪里，你能知道的只是找到它的概率。这符合沃纳·海森堡著名的测不准原理，该原理指出，你不能精确地知道电子的速度和位置。换句话说，电子是粒子，在任何给定位置找到粒子的概率由波函数给出。
这个想法令人震惊。这意味着你无法准确地预测未来。你只能预测某些事情发生的可能性。但是，量子理论的成功是不可否认的。爱因斯坦写道，“量子理论越成功，它看起来就越愚蠢。”甚至最初引入电子波概念的薛定谔也拒绝了这种对他自己方程的概率解释。即使在今天，物理学家仍在争论波动理论的哲学含义。你怎么能同时在两个地方出现？诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼曾经说过，“我想我可以有把握地说，没有人理解量子力学。”(www.xing528.com)
自牛顿以来，物理学家就相信一种叫做决定论的东西，而这种哲学认为所有未来的事件都可以准确预测。自然法则决定了宇宙万物的运动，使之有序和可预测。对牛顿来说，整个宇宙就像一个时钟，以精确可预测的方式跳动。如果你知道宇宙中所有粒子的位置和速度，你就可以推断出所有未来的事件。
“如果你能探究时间的种子，
说哪种谷物会生长，哪种不会，
那么，跟我说说。”
根据牛顿物理学，可以预测哪些颗粒会生长，哪些不会。几个世纪以来，这种观点在物理学家中盛行。所以，不确定性是异端邪说，彻底动摇了现代物理学。
这场论战的一方是爱因斯坦和薛定谔，他们首先帮助发起了量子革命；另一方是尼尔斯·玻尔和沃纳·海森堡，新量子理论的创造者。这场论战在1930年布鲁塞尔举行的具有历史意义的第六次索尔维会议上达到高潮。这是一场旷日持久的辩论，当时物理学界的巨头们为阐明自己对量子理论的观点展开了正面交锋。
保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）写道：“我永远不会忘记两个对手离开大学俱乐部的情景。爱因斯坦，一个威严的人物，平静地走着，带着淡淡的讽刺的微笑。玻尔在他身边小跑，非常沮丧。”可以听到玻尔在走廊里沮丧地喃喃自语，重复地说着：“爱因斯坦……爱因斯坦……爱因斯坦。”
爱因斯坦带头冲锋陷阵，对量子理论提出了一个又一个反对意见，试图揭示它是多么的荒谬。但玻尔成功地逐一反驳了爱因斯坦的每一个批评。当爱因斯坦不断重复“上帝不会和宇宙玩骰子”时，据传玻尔说：“别再告诉上帝该怎么做了。”
普林斯顿物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）说：“这是我所知道的思想史上最伟大的辩论。30年来，我从未听说过两个更伟大的人在更长的时间内就一个更深奥的问题进行过类似的辩论，对理解这个奇异的世界产生更深远的影响。”
历史学家大多同意，玻尔和量子反叛者赢得了辩论。
尽管如此，爱因斯坦还是成功地揭开了量子力学基础的裂缝。这些批评流传至今，且都集中在某一只猫的身上。
薛定谔设计了一个简单的思维实验，揭示了问题的本质。把一只猫放在一个密封的盒子里。在盒子里放一块铀。当铀发射亚原子粒子时，它会触发盖革计数器，引发一把枪向猫发射子弹。问题是：猫是死是活？
既然铀原子的发射是纯量子事件，那就意味着你要用量子力学来描述猫。对海森堡来说，在你打开盒子之前，猫是作为不同量子态的混合物存在的，即猫是两个波的和：一个波描述一只死猫，一个波描述一只活猫。这只猫既没有死也没有活，而是两者的混合体。辨别猫是死是活的唯一方法是打开盒子观察；然后波函数坍缩成一只死猫或一只活猫。换句话说，观察（需要意识）决定存在。
对爱因斯坦来说，这一切都是荒谬的。这很像伯克利主教的哲学，他问：如果一棵树倒在森林里，没有人听到它，它会发出声音吗？唯我论者会说“不”。但量子理论更糟糕，它说：如果森林中有一棵树，周围没有人，这棵树就是许多不同状态的总和，例如，一棵烧焦的树、一棵树苗、木柴、胶合板等。只有当你看见那棵树时，它的波才会神奇地坍缩为一棵普通的树。
当游客来参观爱因斯坦的房子时，他会问他们，“月亮存在，是因为一只老鼠在看它吗？”不过，无论量子理论多么违反常识，一个优点不可忽视：它在实验上是正确的。量子理论的预测已经被测试精确到小数点后11位，使它成为有史以来最精确的理论。
爱因斯坦承认量子理论至少包含了部分真理。1929年，他甚至推荐薛定谔和海森堡获得诺贝尔物理学奖。
即使今天，物理学家对猫的问题也没有普遍的共识。老的尼尔斯·玻尔的哥本哈根学派的解释是，真正的猫出现只是因为观察导致猫的波的坍缩。这种解释已经不再受欢迎，部分原因是纳米技术的出现，今天我们可以操纵单个原子并进行这些实验。新的且更受欢迎的是关于多元宇宙或多元世界的解释，宇宙分裂成两半：一半包含一只死猫，一半包含一只活猫。
随着量子理论的成功，20世纪30年代的物理学家将目光转向了一个新的战利品[1]，尝试回答一个古老的问题：为什么太阳会发光？
自古以来，世界各大宗教都尊崇太阳，把它放在神话的中心。太阳是主宰天空的最强大的神之一。对希腊人来说，它就是赫利俄斯，它每天都骑着那辆燃烧的战车在天空中穿梭，照亮这个世界，赋予了生命。阿兹特克人、埃及人和印度人都有他们自己版本的“太阳神”。
在文艺复兴时期，一些科学家试图通过物理学的透镜来观察太阳。如果太阳是由木头或石油制成的，早就消耗殆尽了。如果广阔的外层空间没有空气，那么太阳的火焰早就熄灭了。所以太阳的永恒能量是一个谜。
1842年，世界上的科学家面临着一个巨大的挑战。实证主义哲学的创始人、法国哲学家奥古斯特·孔德（Auguste Comte）宣称，科学确实是强大的，揭示了宇宙的许多秘密，但有一件事将永远超出科学的范畴。即使最伟大的科学家也不能回答这个问题：行星和太阳是由什么组成的？
这是一个合理的挑战，因为科学的基石是可测试性。所有的科学发现都必须是可复制的，且可在实验室中进行测试，但人们肯定不能将太阳物质捕捉到瓶子中并带回地球。因此，这个答案将永远超出我们的掌控。
具有讽刺意味的是，孔德在《积极哲学》中提出这一主张的几年后，物理学家就发现了太阳的重要成分是氢。
孔德犯了一个小错误。是的，科学必须是可测试的，但正如我们已经知道的，许多科学成果得益于间接测试。
约瑟夫·冯·夫琅和费（Joseph von Fraunhofer）是19世纪的科学家，他通过设计当时最精确的光谱仪来回答孔德的问题。（在光谱仪中，物质被加热，直到它们开始发出黑体辐射。然后，光线通过棱镜，在那里形成彩虹。在颜色带内部有深色带，这些带的产生是因为电子从一个轨道到另一个轨道进行量子跳跃，释放和吸收特定量的能量。由于每个元素都有自己的特征带，所以每个光谱带就像一个指纹，让你可以确定这种物质是由什么组成的。分光镜还解决了许多犯罪问题，能够识别罪犯脚印的泥土来自哪里，或者在毒药中发现毒素的性质，或者发现纤维和毛发的来源。光谱仪可以让你通过确定所有东西的化学成分以重现犯罪现场。）
通过分析太阳的光带，夫琅和费与其他人发现，太阳主要由氢组成。（奇怪的是，物理学家还在太阳中发现了一种新的未知物质。他们将其命名为氦，意为“来自太阳的金属”。所以，氦实际上是首先在太阳中被发现的，而不是地球。后来，科学家意识到氦是一种气体，而不是金属。）
夫琅和费还有一个重要发现，通过分析来自恒星的光，他发现它们是由地球上常见的相同物质发出的。这是一个深刻的发现，因为它表明物理定律不仅在太阳系适用，在整个宇宙也适用。
一旦爱因斯坦的理论得到承认，像汉斯·贝特（Hans Bethe）这样的物理学家就会将所有的东西放在一起，以确定太阳的燃料。如果太阳是由氢组成，其巨大的引力场可以压缩氢，直到质子融合，产生氦和更重的元素。由于氦的重量略小于结合形成氦的质子和中子，这意味着丢失的质量能通过爱因斯坦的公式E=mc2转化为能量。
当众多物理学家忙于争论量子理论令人费解的悖论时，战争的阴云正在地平线上聚集。阿道夫·希特勒于1933年在德国夺取政权，一波又一波的物理学家或被迫逃离德国，或被逮捕，甚至更糟。
一天，薛定谔目睹了纳粹褐衫党徒骚扰无辜的犹太旁观者和店主。当他试图阻止他们时，他们转向他，殴打他。当其中一个褐衫党徒认出他们正殴打的是诺贝尔物理学奖的获奖者时，行动停了下来。受到惊吓的薛定谔很快离开了奥地利。德国科学界最优秀和最聪明的一些人被媒体报道的压制消息震惊，纷纷离开了他们的国家。
量子理论之父普朗克曾经是一名外交官，他曾亲自恳求希特勒阻止德国科学家的大规模外流，避免国家最优秀的人才流失。但希特勒只是冲着普朗克大声咆哮，声讨犹太人。后来，普朗克写道，“不可能和这样的人作正常沟通。”（普朗克的儿子曾试图暗杀希特勒，最终遭到了残酷的折磨并被处决。）
几十年来，当爱因斯坦被问及他的方程是否能释放出被锁在原子内部的惊人能量时，他总是说“不”，一个原子释放的能量太小，没有实际用途。
然而，希特勒想利用德国在科学上的优势来制造世界上从未见过的强大武器、恐怖武器，如V-1、V-2火箭和原子弹。毕竟，如果太阳是由核能驱动的，那么使用相同的能源制造超级武器将成为可能。
物理学家利奥·西拉德（Leo Szilard）对如何利用爱因斯坦方程有着关键的见解。德国物理学家已经证明，铀原子被中子击中，可以分裂成两半，并释放出更多的中子。单个铀原子分裂释放的能量非常小，但西拉德意识到你可以通过链式反应放大铀原子的能量：分裂一个铀原子释放出两个中子。这些中子可以再裂变两个铀原子，释放出四个中子。那么，你会有八个、十六个、三十二个、六十四个中子……分裂的铀原子数量呈指数级增长，最终产生足够的能量可将任何城市夷为平地。
突然，造成物理学家分裂的索尔维会议上的神秘讨论变成了生死攸关的紧迫问题，全人类、国家和文明本身的命运也岌岌可危。
当爱因斯坦得知纳粹正在波希米亚封锁含有铀的沥青铀矿时，他吓坏了。虽然爱因斯坦是一个和平主义者，但他意识到必须给富兰克林·罗斯福总统写一封至关重要的信，呼吁美国制造原子弹。罗斯福随后批准了历史上最大的科学项目——曼哈顿计划。
再说德国，沃纳·海森堡，可以说是这个星球上最杰出的量子物理学家之一，被任命为纳粹原子弹项目的负责人。根据一些历史学家的说法，当时的科学界对海森堡可能用原子弹击败盟军感到恐惧，以至于战略情报局（中情局前身）策划了一项针对他的暗杀计划。1944年，布鲁克林道奇队的前接球手莫伊·贝格（Moe Berg）接受了这项任务。贝格参加了海森堡在苏黎世的一次演讲，他接到的命令是：如果他认为德国的炸弹项目即将完成，就杀死这位物理学家。［这个故事在尼古拉斯·达维多夫（Nicholas Dawidof）的《接球手是间谍》一书中有阐述。］
幸运的是，纳粹的炸弹项目进度远远落后于盟军的努力。它资金不足，长期拖延，其基地频繁遭到盟军的轰炸。最重要的是，海森堡未能解决制造原子弹的一个关键问题：确定产生链式反应所需的浓缩铀或钚的重量，也称临界质量，约20磅（约9.07公斤）。
第二次世界大战后，人们慢慢认识到，量子理论中晦涩难懂的方程不仅是原子物理的关键，也可能是人类自身命运的关键。
这时，物理学家开始慢慢回到战前困扰他们的问题：如何建立一套完整的物质量子理论。
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