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各位听众，大家好！咱们今天来聊聊原子，这个构成我们整个世界的神秘小东西。
想想，爱因斯坦和哈勃在研究宇宙的大尺度结构，而另一群科学家，他们专注在眼前的，却又感觉遥不可及的东西——就是原子。
理查德·费曼，这位加州理工学院的伟大物理学家，他说过一句特别重要的话，要是你非得用一句话概括科学史，那就是：“一切东西都是由原子构成的！” 真的，哪儿都是原子，原子构成了所有东西。你看看周围，墙壁、桌子、沙发，都是原子，就连空气里也充满了原子。原子多到什么程度呢？简直无法想象！
原子最基本的工作形式是分子，就像作家用单词而不是字母来思考一样，化学家也更倾向于用分子来考虑问题。一个分子，就是两个或者更多原子以一种相对稳定的方式结合在一起。比如，一个氧原子加上两个氢原子，就组成了水分子。分子那可太多了！在海平面、零摄氏度的情况下，一立方厘米的空气，大概就是一块方糖那么大，就包含着4500亿亿个分子！你周围的每一立方厘米空间，都有这么多分子！想想看，你窗外的世界有多少个立方厘米？得用多少块方糖才能填满你的视野？再想想，得有多少这样的空间才能构成整个宇宙？所以说，原子真的太多太多了！
而且，原子还特别长寿。长寿到什么程度呢？它们到处漫游，你身上的每一个原子，可能都穿越过好几个恒星，当过上百万种生物的组成部分，最后才变成了你。我们每个人身上都有大量的原子，它们生命力特别顽强，死了以后还能重新被利用。甚至有科学家估算，我们每个人身上，可能有多达十亿个原子，原本是莎士比亚身上的，还有释迦牟尼、成吉思汗、贝多芬，他们每个人可能都贡献了十亿个原子！（当然，得是历史人物才行，因为原子要花几十年才能彻底重新分配。你想身上有个埃尔维斯·普雷斯利的原子，那还真不可能。）
所以，我们都是别人转世来的，只不过是短暂的。我们死了以后，我们的原子就会各奔东西，去寻找新的用武之地，变成一片叶子，或者另一个人体，或者一滴露水。
而原子本身呢？实际上是会永远活下去的！其实，没人知道一个原子的寿命到底有多长，但是有科学家说，大概是10的35次方年，这个数字大到我都想用数学符号来表示了！
原子还特别小，特别特别小！50万个原子排成一排，都遮不住一根头发！按照这个比例，一个原子小得简直无法想象。不过，咱们可以试着想象一下。
先从1毫米开始，就是这么长的一条线。现在我们把它分成1000段，每一段的宽度就是1微米，这就是微生物的大小了。比如，一个草履虫，一种单细胞的淡水小生物，大概2微米宽，也就是0.002毫米，真的非常小了。如果你想用肉眼看到草履虫在一滴水里游动，你得把这滴水放大到12米宽才行。但是，如果你想看到同一滴水里的原子，你得把这滴水放大到24公里宽！
换句话说，原子完全存在于另一种微小的尺度上。要想知道原子的大小，你得拿起这种微米大小的东西，再把它切成10000个更小的东西。这才是原子的大小：1毫米的千万分之一。这么小的东西，远远超出了我们的想象。但是，你只要记住，一个原子对于上面说的那条1毫米的线，相当于一张纸的厚度对于纽约帝国大厦的高度，你就能大概有个概念了。
当然，原子之所以这么有用，是因为它们数量众多，寿命极长。而之所以难以被察觉和认识，是因为它们实在是太小了！第一个发现原子有三个特点：小、多、实际上不可毁灭，以及一切事物都是由原子组成的，不是你以为的拉瓦锡，也不是卡文迪许或者戴维，而是一个业余的、没受过多少教育的英国贵格会教徒，名叫约翰·道尔顿。
道尔顿出生在英国湖区边缘，离科克默思不远。他出生在一个贫苦而虔诚的贵格会织布工家庭。他非常聪明，12岁就当上了当地贵格会学校的校长。这也可能说明了道尔顿的早熟，或者说明了那所学校的状况，也可能什么都说明不了。从他的日记里，我们可以知道，那时候他就在阅读牛顿的《原理》，还是拉丁文原文的，和其他类似的有挑战性的著作。15岁的时候，他继续当校长，同时在附近的肯达尔镇找了份工作。十年后，他搬到了曼彻斯特，并在那里度过了余生。在曼彻斯特，他成了一股智力旋风，写书、写论文，内容从气象学到语法都有。他还患有色盲，色盲曾经被叫做道尔顿症，因为他在这方面有研究。但是，真正让他出名的，是1808年出版的一本厚书，叫做《化学哲学的新体系》。
在这本书里，学术界人士第一次接触到了接近现代概念的原子。道尔顿的见解很简单：一切物质的基础，都是极其微小而且不可还原的粒子。“创造或毁灭一个氢粒子，也许就像在太阳系里引进一颗新的行星，或者毁灭一颗已有的行星一样不可能。”他写道。
无论是原子的概念，还是“原子”这个词本身，都不是什么新鲜事。它们都是古希腊人发明的。道尔顿的贡献在于，他考虑了这些原子的相对大小和性质，以及它们的结合方式。
比如，他知道氢是最轻的元素，所以把它的原子量定为1。他还认为水是由七份氧和一份氢组成的，所以氧的原子量是7。通过这种方法，他就能得出已知元素的相对重量。他并不是一直都非常准确，氧的原子量实际上是16，不是7，但是这个原理是非常合理的，成了整个现代化学以及其他很多科学的基础。
这项成就让道尔顿名声大噪。1826年，法国化学家佩尔蒂埃来到曼彻斯特，想见一见这位原子英雄。佩尔蒂埃以为道尔顿在某个大机构里工作，当他发现道尔顿在一所小学里教孩子们基础算术的时候，简直不敢相信自己的眼睛。
据科学史家霍姆亚德说，佩尔蒂埃见到这位大人物，顿时不知所措，结结巴巴地说：“请问，这位是道尔顿先生吗？”他实在无法相信，这位欧洲著名的化学家竟然在教小孩子们加减乘除。“没错儿，”那位贵格会教徒干巴巴地说，“请坐，让我先教会孩子们这道算术题。”
虽然道尔顿想要远离一切荣誉，但他还是违心地当选为皇家学会会员，捧回一大堆奖章，获得了一笔可观的政府退休金。1844年他去世的时候，有4万人出来瞻仰他的棺木，送葬队伍长达3公里多。他在《英国人名词典》中的条目是字数最多的之一，在19世纪的科学界人士中，只有达尔文和莱尔能与之相比。
在道尔顿提出他的见解后的一个世纪里，它仍然只是一种假说。一些杰出的科学家，特别是奥地利物理学家恩斯特·马赫，声速单位就是以他的名字命名的，甚至怀疑原子是否存在。“原子看不见摸不着……它们是脑子想象出来的东西。”他写道。
尤其在德语世界，人们就是以这种怀疑的目光来看待原子的存在。据说，这也是导致伟大的理论物理学家和原子的大力支持者路德维希·玻尔茨曼自杀的原因之一。
是爱因斯坦在1905年，以那篇关于布朗运动的论文，首次提出了无可争议的证据，证明原子的存在，但是没有引起多大注意。反正，爱因斯坦很快就忙于研究广义相对论了。所以，原子时代的第一位真正的英雄是欧内斯特·卢瑟福。
卢瑟福1871年出生在新西兰的“内陆地区”。他的父母为了种植亚麻、抚养一大堆孩子，从苏格兰移民到了新西兰。他在一个遥远国度的遥远地区长大，离科学的主流也很遥远。但是，1895年，他获得了一项奖学金，有机会来到剑桥大学的卡文迪许实验室。这里即将成为世界上研究物理学的最热门的地方。
物理学家特别瞧不起其他领域的科学家。当伟大的奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利的妻子离他而去，嫁给了一个化学家的时候，他吃惊得简直不敢相信。“要是她嫁给一个斗牛士，我倒还能理解，”他惊讶地对一位朋友说，“可是，嫁给一个化学家……”
卢瑟福能理解这种感情。“科学要么是物理学，要么是集邮。”他有一次说。这句话后来被反复引用。但是，具有讽刺意味的是，他1908年获得的是诺贝尔化学奖，不是物理学奖。
卢瑟福是个很幸运的人，他幸运地成为了一位天才，更幸运的是，他生活在一个物理学和化学如此激动人心而又如此势不两立的年代（且不说他自己的情感）。这两门学科再也不会像从前那样重合在一起了。
尽管他取得了那么多成就，但他并不是一个特别聪明的人，实际上在数学方面还很差劲。在讲课的时候，他经常把自己的公式搞乱，不得不停下来，让学生自己去算出结果。据和他长期共事的同事，中子的发现者詹姆斯·查德威克说，他对实验也不是特别擅长。他只是有一股韧劲儿，思想比较开放。他以精明和一点胆量代替了聪明。用一位传记作家的话来说，在他看来，他的脑子“总是不着边际，比大多数人走得远得多”。要是遇到一个难题，他愿意付出比大多数人更大的努力，花更多的时间，而且更容易接受非正统的解释。由于他愿意坐在荧光屏前，花上许多极其乏味的时间来统计所谓的α粒子的闪烁次数，这种工作通常分配给别人去做，所以他才有了最重要的突破。他是最早发现原子里固有的能量一旦被利用，可以制造出威力足以“使这个旧世界在烟雾中消失”的炸弹的人。
在体型上，他身材高大，体格壮实，说话声音能把胆小的人吓一大跳。有一次，一位同事得知卢瑟福就要向大西洋彼岸发表广播演说，便冷冷地问：“干吗要用广播？”他还非常自信，心态很好。当有人对他说，他好像总是生活在浪尖上，他回答说：“哎呀，这个浪头毕竟是我制造的，难道不是吗？”斯诺回忆说，有一次他在剑桥的一家裁缝店里偷听到卢瑟福在说：“我的腰围日渐变粗，同时，知识日渐增加。”
1895年，他离开了卡文迪许实验室。在遥远的将来，他的腰围会变得更粗，名声会变得更响。卢瑟福抵达剑桥大学的那一年，威廉·伦琴在德国的维尔茨堡大学发现了X射线。第二年，亨利·贝克勒尔发现了放射现象。卡文迪许实验室本身就要踏上一条漫长而辉煌的道路。1897年，汤姆逊和他的同事在那里发现了电子；1911年，威尔逊在那里制造出了第一台粒子探测器；1932年，詹姆斯·查德威克在那里发现了中子。在更远的将来，1953年，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克将在卡文迪许实验室发现DNA结构。
最初，卢瑟福研究无线电波，取得了一些成绩。他成功地把一个清晰的信号发送到1公里之外，这在当时是一个相当不错的成就。但是，他放弃了，因为有一位资深同事劝他，无线电没什么前途。总的来说，卢瑟福在卡文迪许实验室的事业不算兴旺。他在那里待了三年，觉得自己没什么作为，就接受了蒙特利尔麦克吉尔大学的一个职位，从此走上了通往辉煌的道路。当他获得诺贝尔奖的时候，他已经转到曼彻斯特大学了。正是在那里，他取得了最重要的成果，确定了原子的结构和性质。
到了20世纪初，人们已经知道原子是由几个部分构成的，汤姆逊发现电子就确立了这种看法。但是，人们还不知道到底有多少个部分，它们是怎么组合在一起的，它们是什么形状的。有的物理学家认为，原子可能是立方体的，因为立方体可以整齐地叠在一起，不会浪费任何空间。然而，更普遍的看法是，原子更像一块葡萄干面包，或者像一份葡萄干布丁：一个密度很大的固体，带有正电荷，上面布满了带负电荷的电子，就像葡萄干面包上的葡萄干。
1910年，卢瑟福在他的学生汉斯·盖格的协助下，向一块金箔发射电离的氦原子，也就是α粒子。令卢瑟福吃惊的是，有的粒子竟然会反弹回来。他说，这就像向一张纸发射了一发38厘米的炮弹，结果炮弹反弹到了他的膝盖上。这是不应该发生的事情。经过冥思苦想之后，他觉得只有一种解释：那些反弹回来的粒子击中了原子当中又小又密的东西，而其他的粒子则畅通无阻地穿了过去。卢瑟福意识到，原子内部主要是空无一物的空间，只有中间是密度很大的核。这是一个令人非常满意的发现。但马上产生了一个问题：根据传统物理学的全部定律，原子因此就不应该存在。
让我们稍停片刻，先来考虑一下现在我们所知道的原子结构。每个原子都由三种基本粒子组成：带正电荷的质子，带负电荷的电子，以及不带电荷的中子。质子和中子装在原子核里，而电子在外面绕着原子核旋转。质子的数量决定了一个原子的化学特性。有一个质子的原子是氢原子；有两个质子的原子是氦原子；有三个质子的原子是锂原子；以此类推，每增加一个质子就得到一种新元素。
中子不影响原子的身份，但却增加了它的质量。一般来说，中子的数量与质子的数量大致相等，但也可以稍稍多一点或少一点。增加或减少一两个中子，你就得到了同位素。考古学里就是用同位素来确定年代的。比如，碳-14是由6个质子和8个中子组成的碳原子。
中子和质子占据了原子核。原子核很小，只有原子全部容量的千万亿分之一，但密度极大，实际上构成了原子的全部物质。有人说，要是把原子扩大到一座教堂那么大，原子核只有大约一只苍蝇那么大，但苍蝇要比教堂重几千倍。1910年卢瑟福在苦苦思索的，就是这种宽敞的空间，这种令人吃惊、意想不到的宽敞空间。
认为原子主要是空荡荡的空间，我们身边的实体只是一种幻觉，这个见解现在依然令人吃惊。如果两个物体在现实世界里碰在一起，比如台球，它们其实并没有互相撞击，而是两个球的负电荷场互相排斥。如果不带电荷，它们很可能会像星系那样安然无恙地互相穿堂而过。你坐在椅子上，其实并没有坐在上面，而是以一埃（一亿分之一厘米）的高度浮在上面，你的电子和椅子上的电子不可调和地互相排斥，不可能达到更亲密的程度。
几乎每个人脑海里都有一幅原子图，即一两个电子绕着原子核飞速转动，就像行星绕着太阳转动一样。这个形象是1904年由一位日本物理学家创造的，完全是一种聪明的凭空想象。它是完全错误的，但照样很有生命力。正如阿西莫夫喜欢指出的，它给了一代又一代的科幻作家灵感，创作了世界中的世界的故事，原子成了有人居住的太阳系，我们的太阳系成了一个大得多的体系里的一颗微粒。就连欧洲核子研究中心也把这种图像作为网站的标记。物理学家很快就意识到，实际上，电子根本不像在轨道上运行的行星，更像是电扇旋转的叶片，想要同时填满轨道上的每一个空间。当然，电扇叶片只是看起来好像同时在每个地方，电子是真的同时在每个地方。
不用说，在1910年，或者在此后的许多年里，知道这些知识的人为数甚少。卢瑟福的发现马上产生了几个大问题。特别是，围绕原子核转动的电子可能会坠毁。传统的电动力学理论认为，飞速转动的电子很快会把能量消耗殆尽，只是一刹那间，然后盘旋着飞进原子核，给二者都带来灾难性的后果。还有一个问题，带正电荷的质子怎么能一起待在原子核里，而不把自己及原子的其他部分炸得粉碎。很明显，那个小天地里发生的事情，是不受适用于我们宏观世界的规律支配的。
随着物理学家们深入这个亚原子世界，他们意识到，那里不仅不同于我们所熟悉的任何东西，也不同于我们所能想象的任何东西。费曼有一次说：“由于原子的行为如此不同于普通的经验，你是很难习惯的。在大家看来，无论在新手还是在有经验的物理学家看来，它显得又古怪，又神秘。”在费曼发表这番评论的时候，物理学家们已经有半个世纪的时间来适应原子的古怪行为了。因此，你可以想象，卢瑟福和他的同事们在20世纪初是什么感觉。这在当时还完全是一个新鲜事物。
和卢瑟福一起工作的人当中，有一个和蔼可亲的丹麦年轻人，名叫尼尔斯·玻尔。1913年，他在思考原子结构的过程中，突然有了一个激动人心的想法。他推迟了蜜月，写出了一篇具有划时代意义的论文。
物理学家们看不见原子这样的小东西，他们不得不试图根据它在外来条件作用下的表现方式来确定它的结构，比如像卢瑟福那样向金箔发射α粒子。有时候，这类实验的结果是令人费解的，那也不足为怪。有一个存在很久的难题跟氢的波长的光谱读数有关。它们产生的形状显示，氢原子在有的波长释放能量，在有的波长不释放能量。这好像一个人受到了监视，不断出现在特定的地点，但永远也看不到他是怎么跑过来跑过去的。谁也说不清是什么原因。
就是在思考这个问题的时候，玻尔突然想到了一个答案，迅速写出了他的著名论文。论文的题目为《论原子和分子的构造》，认为电子只能留在某些明确界定的轨道上，不会坠入原子核。根据这种新的理论，在两个轨道之间运行的电子会在一个轨道消失，立即在另一个轨道出现，而又不通过中间的空间。这种见解，也就是著名的“量子跃迁”，当然是非常奇特的，又实在是太棒了，让人不能不信。它不但说明了电子不会灾难性地盘旋着飞进原子核，而且解释了氢的令人费解的波长。电子只出现在某些轨道，因为它们只存在于某些轨道。这是一个了不起的见解，玻尔因此获得了1922年，也就是爱因斯坦获得诺贝尔奖的第二年，的诺贝尔物理学奖。
与此同时，不知疲倦的卢瑟福这个时候已经返回剑桥大学，接替汤姆逊担任卡文迪许实验室主任。他设计出了一种模型，说明原子核不会爆炸的原因。他认为，质子的正电荷一定被某种起中和作用的粒子抵消了，他把这种粒子叫做中子。这个想法简单而动人，但不容易证明。卢瑟福的同事詹姆斯·查德威克忙碌了整整11年寻找中子，终于在1932年获得成功。1935年，他也获得了诺贝尔物理学奖。较晚发现中子或许是一件很好的事情，因为发展原子弹必须掌握中子。由于中子不带电荷，它们不会被原子中心的电场排斥，因此可以像小鱼雷那样被射进原子核，启动一种叫做裂变的破坏过程。他们认为，如果在20世纪20年代就能分离中子，“原子弹很可能先在欧洲研制出来，毫无疑问是被德国人”。
实际上，欧洲人当时忙得不可开交，试图搞清电子的古怪表现。他们面临的主要问题是，电子有时候表现得很像粒子，有时候很像波。这种令人难以置信的两重性几乎把物理学家逼到了绝境。在此后的十年里，全欧洲的物理学家都在思考啊，乱涂啊，提出互相矛盾的假设。在法国，公爵世家出身的路易-维克多·德布罗意亲王发现，如果把电子看作是波，那么电子行为的某些反常现象就消失了。这一发现引起了奥地利人埃尔温·薛定谔的注意。他巧妙地做了一些提炼，设计了一种容易理解的理论，叫做波动力学。几乎同时，德国物理学家维尔纳·海森伯提出了一种对立的理论，叫做矩阵力学。那种理论牵涉到复杂的数学，实际上几乎没有人搞得明白，包括海森伯本人在内，但是似乎确实解决了薛定谔的波动力学里一些无法解释的问题。
结果，物理学有了两种理论，它们基于互相冲突的前提，但得出了同样的结果。这是一个令人难以置信的局面。
1926年，海森伯终于想出了一个绝妙的妥协办法，提出了一种后来被称为量子力学的新理论。该理论的核心是“海森伯测不准原理”。它认为，电子是一种粒子，不过是一种可以用波来描述的粒子。作为建立该理论基础的“测不准原理”认为，我们可以知道电子穿越空间所经过的路径，我们也可以知道电子在某个特定时刻的位置，但我们无法两者都知道。任何想要测定其中之一的努力，势必会干扰其中之二。这不是一个需要更精密仪器的简单问题，这是宇宙的一种不可改变的特性。
真正的意思是，你永远也无法预测电子在任何特定时刻的位置。你只能认为它有可能在那里。从某种意义上说，正如有人所说，电子只有等到被观察到了，你才能说它确实存在。换句话说，在电子被观察到之前，你非得认为电子“哪里都有，又哪里都没有”。
如果你觉得被这种说法弄得稀里糊涂，那也别担心，它也把物理学家们弄得稀里糊涂了。有人说：“玻尔说过，要是谁第一次听说量子理论时没有发火，这说明他没有理解意思。”当有人问海森伯是不是可以想象一下原子的模样，他回答说：“别这么干！”
因此，结果证明，原子并不完全是大多数人想象的那个样子。电子并不像行星绕着太阳转动那样在绕着原子核飞速转动，而更像是一朵没有固定形状的云。原子的“壳”并不是某种坚硬而光滑的外皮，就像许多插图有时候怂恿我们去想象的那样，而只是这种绒毛状的电子云的最外层。实质上，云团本身只是一个统计概率的地带，表示电子只是在极少的情况下才越过这个范围。因此，如果你能弄明白的话，原子更像是一个毛茸茸的网球，而不大像一个外缘坚硬的金属球。其实，它们两个都不大像，换句话说，不太像你见过的任何东西。毕竟，我们在这里讨论的世界，和我们身边的世界是非常不同的。
古怪的事情似乎层出不穷。正如有人所说，科学家们首次碰到了“宇宙里我们的大脑无法理解的一个区域”。或者像费曼说的：“小东西的表现，根本不像大东西的表现。”随着深入钻研，物理学家们意识到，他们已经发现了一个世界：在那个世界里，电子可以从一个轨道跳到另一个轨道，而又不经过中间的任何空间；物质突然从无到有，“不过，又倏忽从有到无”。
量子理论有许多令人难以置信的地方，其中最引人注目的是泡利在1925年的“不相容原理”中提出的看法：某些成双成对的亚原子粒子，即使被分开很远的距离，一方马上会“知道”另一方的情况。粒子有一个特性，叫做自旋，根据量子理论，你一旦确定了一个粒子的自旋，那个姐妹粒子马上以相反的方向、相等的速率开始自旋，无论它在多远的地方。
这就好像你有两个相同的台球，一个在美国，一个在斐济，当你旋转其中一个的时候，另一个马上以相反的方向旋转，而且速度完全一样。令人惊叹的是，这个现象在1997年得到了证实，瑞士日内瓦大学的物理学家把两个光子朝相反方向发送到相隔11公里的位置，结果表明，只要干扰其中一个，另一个马上做出反应。
事情到了这样的程度：有一次会议上，玻尔在谈到一种新的理论时说，问题不是它是否荒唐，而是它是否足够荒唐。为了说明量子世界那无法直觉的性质，薛定谔提出了一个著名的思想实验：假设把一只猫放进一只箱子，同时放进一个放射性物质的原子，连着一小瓶氢氰酸。如果粒子在一个小时内发生衰变，它就会启动一种机制，把瓶子击破，使猫中毒。要不然，猫就会活着。但是，我们无法知道会是哪种情况，因此从科学的角度来看无法做出抉择，只能同时认为猫百分之百地活着、百分之百地死了。正如霍金有点激动地说，这意味着，你无法“确切预知未来的事情，如果你连宇宙的现状都无法确切测定的话”。
由于存在这么多古怪的特点，许多物理学家不喜欢量子理论，至少不喜欢这个理论的某些方面，特别是爱因斯坦。这是很有讽刺意味的，因为正是他在1905年这个奇迹年中很有说服力地解释说，光子有时候可以表现得像粒子，有时候表现得像波，这是新物理学的核心见解。“量子理论很值得重视。”他认为，但心里并不喜欢，“上帝不玩骰子。”
爱因斯坦无法忍受这样的看法：上帝创造了一个宇宙，而里面的有些事情却永远无法知道。而且，关于超距作用的见解，也就是一个粒子可以在几万亿公里以外立即影响另一个粒子，完全违反了狭义相对论。没有什么能超过光速，而物理学家们却在这里坚持认为，在亚原子的层面上，信息可以通过某种方法做到这一点。顺便说一句，迄今为止，谁也解释不清楚粒子是如何做到这件事的。据物理学家说，科学家们对待这个问题的办法是“不予考虑”。
最大的问题是，量子物理学在一定程度上打乱了物理学，这种情况以前是不存在的。突然之间，你需要有两套规律来解释宇宙的表现，一套用来解释小世界的量子理论，一套用来解释外面大宇宙的相对论。相对论的引力出色地解释了行星为什么绕太阳转动，星系为什么容易聚集在一起，而在粒子的层面上又证明不起作用。为了解释是什么把原子拢在一起，你就需要有别的力。20世纪30年代发现了两种力：强核力和弱核力。强核力把原子捆在一起，是它将质子拢在原子核里；弱核力从事各种工作，主要与控制某种放射衰变的速率有关。
弱核力尽管叫做弱核力，它比万有引力要强1亿亿倍；强核力比这还要强，实际上要强得多，但它的影响只传到极小的距离。强核力的影响只能传到原子直径的大约十万分之一的地方。这就是原子核的体积如此之小、密度如此之大的原因，也是原子核又大又多的元素往往很不稳定的原因：强核力无法抓住所有的质子。
结果，物理学最后有了两套规律，一套用来解释小世界，一套用来解释大宇宙，各过各的日子。爱因斯坦也不喜欢这种状况。在他的余生里，他潜心寻找一种“大统一理论”来扎紧这些松开的绳头，但总是以失败告终。他有时候认为自己已经找到了，但最后总是觉得白费工夫。随着时间的过去，他越来越不受人重视，甚至有点儿被人可怜。他的同事们认为，他浪费了他的后半生。
然而，别处正在取得实质性的进展。到20世纪40年代，科学家们已经达到了这样一种程度：他们在极其深的层次上了解了原子。1945年8月，他们提供了最有力的证据：在日本上空爆炸了两颗原子弹。
到了那个时候，科学家们认为，他们马上就要征服原子了。实际上，粒子物理学所涉及的一切，即将变得复杂得多。