古希腊的自然哲学
在古希腊时期，有个叫做泰勒斯的学者，我们现在也把他叫做哲学之父、科学之父。原因就是他提出了一个想法：万物的本源是什么？
当然，他不光提出了问题，他还试图去解决这个问题，他认为万物的本源是水。
这里我们要搞清楚一个问题，万物的本源并不是一定要探讨“万物的构成是什么？”，其实还可以探讨“万事万物能够成为其本身的依据是什么？”
前者，演化出了自然哲学，后者逐渐演化出了形而上学。而自然哲学其实就是科学的前身。也就是说，科学的起源说白了就是从研究万物的本源开始的，尤其是万物构成的研究开始的。
不过，在古希腊对于“万物的构成”的研究还都停留在纯粹的哲学层面，最后有两个分支，其中一个是被认为是异端的德谟克利特，他在他师傅的理论基础上提出了万物是由原子和虚空构成的。
在德谟克利特的时代，主流的学术圈主要是围绕在亚里士多德周围的，他和亚里士多德正好是学术上针锋相对的对手。传说德谟克利特是一个类似于亚里士多德这样全能的学者，只不过他的主要著作几乎都在亚里士多德这派的打压下消失殆尽了，只留下些许残篇。
而亚里士多德认为，在月亮以下，主要就是地球上，万物的构成是水火土气四种元素，在月球以上的宇宙则是由以太构成的。
布朗运动
古希腊之后，西罗马帝国在公元476年后陷落，西欧进入了黑暗时代。古希腊的文明被阿拉伯人所承接，在公元1100年前后回传到了当时的西欧。学者们开始重新研究古希腊文化，但是在接下来700年，由于观测技术的限制，学者并没有在微观层面提出任何较为靠谱的理论。
一直到1827年，植物学家罗伯特·布朗在用显微镜观测悬浮在水上的花粉时，他就发现花粉微粒呈现出了不规则的运动。
我们后来就把这种运动称之为布朗运动。后来他也证实了其他的微小颗粒也会有类似的现象，比如：灰尘。不过罗伯特·布朗并没有给出相关的理论来解释这种现象。
那为什么会这样奇怪的现象呢？
后来，到了1877年，科学家德绍儿克思就提出了一个想法：
花粉微粒的运动是水中的水分子热运动造成的。
不过，他只是提出了一个想法，并没有给出数学表述和证明。
到了1905年，这一年被称为爱因斯坦的奇迹年，他提出了4个具有开创性的论文。其中就包括光电效应，布朗运动，狭义相对论和质能等价。
你可能要纳闷了，“布朗运动”不是早在1905年之前就有了吗？为什么说是爱因斯坦提出的？
实际上，爱因斯坦在这篇论文中，用数学证明了布朗运动的，并论述了原子是真实存在的。通过布朗运动，他还证明了原子的直径大概是在10^-8厘米。
寻找微观粒子
自从爱因斯坦证明了布朗运动之后，证明原子存在的相关理论也就完善了。但是理论再好，都不如一个实实在在的观测。19世纪末~20世纪初，科学家就在试图验证原子结构，试图描述原子具体是什么样子的。
首先是汤姆逊发现了电子，然后是卢瑟福利用α粒子轰击金箔给，验证了原子核的大小。随后他又用粒子的办法找到了质子。
紧接着是卢瑟福的学生查德威克利用老师的办法来证明中子的存在。但是电子，原子核到底是如何组成原子的呢？
这时候，海森堡提出了著名的不确定性原理，描述了原子核外电子的物理学规律，于是，我们得到了一个目前最主流的原子模型。
截止到目前为止，我们还是没有办法直接看到原子的存在。威尔逊发明了著名的云室，云室就是一个密封的环境，里面充满了饱和的水蒸气或者酒精。当穿过时，就会留下痕迹。如果想要在知道粒子的电性，则只需要外加一个磁场，观测粒子轨迹的偏折就可以了。
无论是布朗运动还是云室，本质上其实都是间接观测到的粒子。真正要看到粒子，其实是近30年的事情。
1981年，科学家发明了著名的隧道扫描隧道显微镜，这个显微镜就可以帮助科学家看到物质表面的单原子级别的起伏。甚至，他们还可以利用探针来进行单个分子或者原子的操作。
从德谟克利特到1981年的隧道显微镜，人类花了2000多年的时间，才从理论上，以及实际观测上验证了原子论。只不过，德谟克利特的“原子“其实和我们如今”原子“压根是两码事。他的所说的原子只是在哲学层面上的探讨，而且是指不可再分的粒子，这更接近于如今的基本粒子，原子是可再分的，不属于基本粒子。
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