第二部分
量子力學與納米
曾經有一位一流的科學家在1893年宣告，他相信做出偉大發現的時代已經過去，因為幾乎一切都已被發現了，將來的科學家除了更加精確地重複19世紀做過的實驗，使原子量在小數位上有所添加以外，不可能有更多的作為。
事實證明這位科學家錯了。因為，即使擁有19世紀所取得的全部知識，也無法說明X射線和鈾的放射性這兩種現象。這是新生事物，好像完全不合乎自然規律，背離了人類關於原子的認識。X射線和放射性像兩個雪球，一旦滾動起來，必將如同雪崩一樣引出一係列科學發現。
古人對物質元素的認識，是人類探究微觀世界的開始。遠古時代的人類在長期的生活實踐中，發明了製陶，掌握了煉銅、煉鐵等技藝，他們看到了物質可以重新組合並發生質的變化，於是就開始思考有關物質的構成與變化的原因。人們看見，冬天水結成冰，夏天冰又化成水，而且在地熱泉中，水又蒸發為氣體。人們還看見萬物在大地上生長，又消失在大地之中，對於天地萬物和人類的本源，人們一直懷有強烈的好奇心，試圖從本質上理解和認識事物本身。最原始的元素學說就這樣萌生了，開始了人類最初的對微觀世界的認識。
經過人類不斷的探索，今天我們知道物質世界是由一些很小的粒子——原子組成的，各種原子按照本身的規律相互連接，形成了分子，各種各樣的分子聚集在一起就是我們豐富多彩的世界。可是，原子是怎樣相互連接的呢?這就不能不說到原子內部的結構。原於是由一個位於中心的原子核和核外的電子組成的，原子核帶正電，而電子帶的是負電，這樣整個原子對外就不顯電性。電子在原子中並不是靜止的，而是繞著原子核做高速的運動，電子的高速運動在原子的周圍形成像雲一樣的外衣，也叫電子雲。不同的原子內電子的數目不同，電子運動的模式也不同。就像一個班的同學，大家都穿上形狀各異的外殼，由於外殼的形狀不同，使得有些人靠在一起會比較舒服，而有些人很難靠到一起。當然實際情況還要複雜得多，上麵隻是一個簡單化的比喻。我們要是真想理解原子等一些基本粒子的行為，就必須引入量子力學。
1900年，德國物理學家普朗克發表了一篇論文，導致了量子理論的出現。普朝克提出“量子論”，吹響了20世紀物理學革命的進軍號。在同一年，孟德爾遺傳學說被確認，成為生物科學上劃時代的一年。也是在這一年，德蘭斯特納發現了血型，拯救了許許多多人的生命。到2000年，人類在量子論、相對論、基因論、信息論等方麵都取得了以前難以想像的飛躍發展。人類一直在研究我們生活的地球和宇宙。現在，人類的觀察範圍不僅已達150多億光年之遙，而且可以深入到原子核中去觀察“誇克”等基本粒子的特征。
量子力學是20世紀人類在物理學領域的最重要的發明之一。量子力學和狹義相對論被認為是近代物理學的兩大基礎理論。量子力學主要研究微觀粒子運動規律。20世紀初大量實驗事實和量子論的發展，表明微觀粒子不僅具有粒子性，同時還具有波動性，它們的運動不能用通常的宏觀物體運動規律來描述。量子力學的建立大大促進了原子物理學、固體物理學和原子核物理學等學科的發展，並標誌著人們對客觀規律的認識從宏觀世界深入到了微觀世界。
量子力學的奠基人玻爾曾經說過：“誰如果在量子麵前不感到震驚，他就不懂得現代物理學；同樣如果誰不為此理論感到困惑，他也不是一個好的物理學家。”的確，量子力學確實很難理解，原因之一就是在微觀世界裏的很多事情，同我們所能看到的宏觀世界存在很大的差別，有些可能是我們難以想像的。一個很典型的例子就是隧道效應。如下圖所示，在經典力學控製下，獅子不可能越過障礙吃到你，可是在量子力學控製下，獅子卻可以直接穿過那個堡壘，好像挖了一個隧道跑出來一樣，看起來有些像“嶗山道士”裏麵的穿牆術吧!其實，這裏隻是個比方，現實生活中你無需擔心獅子會從籠子裏直接鑽出來。因為我們的宏觀世界是不會發生這樣的事情的。可是在微觀世界裏，電子等微觀粒子卻經常能夠“穿牆而過”。
微小的納米世界
20世紀人類的科學技術發生了翻天覆地的變化，人類對微觀世界有了更深認識，隨著對微觀世界了解的增多，人們認識到實際上微觀世界裏同樣奧妙無窮，別有洞天。