《一九○○至一八年科学与工艺一尺度与结构》

二十世纪开头那几年，人类对于物质世界那种最古老的观念，开始淹没在科学革命汹涌澎湃的浪潮里。这种观念不知在史前什么时代兴起，认为大至太空宇宙，小至微尘原子，天地万物，无论是什么，总脱不了同一的自然法则和结构。
迟至一九一一年，这个万物遵守同一法则的平衡观念还很流行，所以英国的鲁瑟福爵士提出原子的构造有如“太阳系”的理论后，人们很快便认为，太阳系本身就可能是个大得不可思议的庞大分子中的一个原子。风波不可能在水壶里发生，因水壶里的蒸汽纵然流动得快过飓风，但是那样微小的气团绝对不能形成飓风那种复杂的结构；还有太阳虽然大部分由氢组成，但是它的活动，也绝对和氢弹不同。而且在生物界里，我们现在知道，小于病毒的东西，根本就不可能有生命机能。
总之，二十世纪最初的几十年内，情况渐趋明显，现有的科学法则，不经修订，就不能适用于自然界的每一个范畴。科学开始在以前从来不能想象的空间、时间、速度和温度等各范畴中探索时，许多固有的观念，不得不全部抛弃，或是至少要大加修正。同时，人类对自己在地球历史上、在生物界里，以及在许多星系组成的宇宙里所占地位，原有的看法，也发生了剧烈的动摇。把范畴扩展十九世纪中叶，地质学和进化论的研究显示，地球的年龄比我们以前所想的古老得多。到了十九世纪末期，英国物理学家基尔文勋爵对新的年代估计又提出质疑。他根据对地球失热率的计算，认定地球上生物的历史不可能超过二千万到四千万年。
一九○七年，又有人提出新证据。鲁瑟福认为，地球中放射元素所散发的热，可能会推翻基尔文爵士的计算。此后不久，美国放射学专家博尔特伍德证明地球上适宜生物生存的条件已存在了几十亿年。最后，有人发现，使地球保持温暖的放射现象，同时也可以确定矿物和化石年代的可靠标准，使科学家对我们史前时代万物的起源，能有一个比较明确的认识。
地质年代就这样不断地扩展。同时，早期的地震学家也在仔细研究地球的内部构造。一九○六年，英国的奥尔德姆，根据地震波运行情况，判断地球中心是熔融地核。到了一九一四年，德国地震学家古腾堡把地球核心的深度推算出来，并且相当准确。
一九一六年爱因斯坦发表相对论，说明传统上想象的宇宙——无数星球悬浮在无极的太空里——不可能是稳定不变的。其后不久，荷兰天文学家德西特也提出宇宙不是静止的，而是不断向各方扩张。美国天文学家赫布尔在一九二二到一九二四年间，观察到我们一向认为离我们很近的那许多由气和尘组成的星云，事实上是离我们很远和我们的星系同样大的星系。到了一九二九年，他又观察到它们果然在向四方远飏，就像整个宇宙的的确确向外扩张一样。原子内部的空间就在某些科学家把研究工作的路线指向远古的地质年代和庞大的宇宙太空的时候，另一些科学家则在埋头研究微小到显微镜下也看不见的原子世界。
可是在十九世纪末和二十世纪初期的时候，许多科学家仍然觉得这些研究充其量也只不过给化学家提供一些有用的抽象观念。然而过后不久就已证明，原子虽然微小到肉眼不能见（它们的直径大约只有几亿分之一时），但确有其物。研究原子大小和结构的工作便积极地展开了。英国物理学家汤普逊，早在一八九七年就说过电子是带电的粒子，可是直到一九一四年，美国科学实验家米里坎才把电子分离出来，并且测量过它的电荷。鲁瑟福用含有两个质子和两个中子的ａ粒子作了二十年的研究，到了一九二○年才把质子分离出来，并且定了名，中子则迟至一九三二年才被发现。
第一次世界大战爆发时，科学家知道原子的内在空间，要比天文学家的宇宙空旷得多。原子体积尽管小，可是原子的质量大部分都集中在原子核里，原子核的体积只有原子的万分之一。
证明了原子内部的天地广阔，对于原子研究工作的进展便快得惊人。从法国物理学家白克瑞尔在一八九六年发现天然放射性到博尔特伍德利用它来估计地球的年龄，中间不过相隔十一年；又过十一年，鲁瑟福已经达成了古代炼金术士把一种元素变为另一种元素的愿望。虽然用人工使原子分裂的工作还要经过许多年才能实现，可是一九二○年以前的一些物理学家，已经越过原子分裂的阶段，开始注意到威力更加强大的核聚变了。晶体与低温学二十世纪初期，人类越过原子限界，更深一步的科学研究也有重大进展。英国青年物理学家莫斯利发现一个原子所含电子的数目决定它在元素周期表上所占的位置。一九一六年，美国化学家刘易斯，把这个新发现与当时已知原子怎样在化学上结成分子的知识联合研究。德国物理学家冯劳在一九一二年证明伦琴的Ｘ射线是能够通过晶体折射的波，就跟普通光波可以通过棱镜折射一样。翌年，英国的布莱格父子开始使用Ｘ射线通过晶体，以决定晶体内部结构，还把那些印在照像底片上的折射方式进行研究。人造纤维、塑胶和固态电子学就是有了这种技术才研究出来的。
荷兰人奥尼斯开始在实验室里研究普通物质在极端情况（例如极冷和极热）下发生的现象。从一九一一到一九一三年，他是最先研究超导电性的人。超导电性就是在低温（接近绝对零度，即华氏零下四百六十度。在这种低温里所有分子全都停止活动）中某些金属与合金遇到电流通过时几乎完全丧失阻力的现象。
低温学，也叫做低温物理学，跟Ｘ射线晶体学一样，发展迅速得惊人，只要有新学说出现，跟着就有长足的进展。这种迅速发展的现象，正是二十世纪科学进步时代的典型表现。