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如果地球即将毁灭，而你是地球上唯一一个还活着的人，但很快，你就将被γ射线暴吞噬，如果这时你手上有纸笔，剩下的时间只够你写下一句话作为留给后世文明的遗言。如果碰巧你是一名物理学家，你想着，这句遗言一定要为未来文明再启时留下最重要的信息，它代表着我们这一时代人类文明对于物理学最重要的认知，请问你会写下哪句话呢？
2012年，曾经是玛雅传说中世界末日出现的一年，恰巧在这一年张首晟教授负责斯坦福大学本科生的“新生入门研讨会”。他也借由世界末日这个话题，向学生们提出了一个核心思考题，那便是如果真的存在如电影《2012》中拍摄的、人类新打造的“挪亚方舟”，每个上船的人只能携带一个信封，在信封上写上一句话，作为保留人类知识的唯一办法，请问你会写下哪句话？这就是我们开篇的问题，关于这个问题，伟大的物理学家费曼曾经几乎是不假思索地给出了他的答案：万物是由原子构成的（Everything is made of atoms）。
张首晟教授在斯坦福大学
著名的理论物理学家，理查德·费曼
“万物是由原子构成的”，这个知识点在当代，几乎是尽人皆知。但为了证明这个结论，人类花了两千多年时间。万物是由原子构成的，它其实揭示了两个道理。第一个道理是“万”与“一”的关系：不论“万物”如何千变万化，它们都是有基本构成单元的，那就是原子，即复杂的事物是由简单的事物构成的。第二个道理则是“大”与“小”的关系：万物的概念包含万有，自然可以有无比巨大的事物，如天体星系。原子则又是无比微小的事物。所以“万物是由原子构成的”，其实也是在说，大的东西都可以拆分成更小的东西。
那么，小的东西是否又可以拆分成更小的东西呢？就这样把小的东西拆分成更小的东西，不断重复这个过程，是否会有一个尽头呢？会不会拆到一定程度，就没有办法继续拆了呢？即是否存在一种构成万物的基本物质单元呢？
关于这个问题，东西方的古代哲学家，其实做出了相似的猜测。《庄子·杂篇·天下》中曾经提到一位被称为“惠子”的智者所说过的：“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”这并不是庄子本人的观点，庄子只是对惠子的观点进行了引述，其本意在于讽刺惠子“弱于德，强于物”的行为特点，而庄子本人对于“日取其半，万世不竭”的态度并不明朗，也许庄子本人认为这样的问题并不重要，个人的德行才是重点。那我们姑且认为，庄子作为一位东方哲人，隐晦地表达了，万事万物存在基本的构成单元。而在西方，古希腊哲学家留基伯（Leucippus）与德谟克里特（Democritus）师徒二人，则是明确地提出了“原子论”。
古希腊哲学家留基伯
古希腊哲学家德谟克里特
“原子论”的基本思想是：万物的基本构成单元是原子（atom）（当然该定义与现代物理学所认知的原子定义大为不同）；除了原子之外，则皆为“虚空（void）”，这与现代物理中的“真空”概念类似。但下一个问题立刻出现了：构成万物的基本单元只有一种，还是有好几种？原子论显然认为只有一种，但现代粒子物理却告诉我们，已经被找到的基本粒子，居然就多达61种。其实不必说现代粒子物理学的结论，如果我们秉承“大的东西是由小的东西构成的，复杂的东西是由简单的东西构成的”这一信念，便会发现：如果出现不同，我们总是可以认为，存在更基本的构成单元，这种不同来源于基本单元不同的排列组合。
这种“大东西由小东西构成，复杂的东西由简单的东西构成，最基本的构成单元应当只有一种”的思想，在哲学上有一个更广为人知的名字：还原论（reductionism）。
还原论的哲学理念认为，整体的性质可以通过了解其组分的个体性质，以及组分个体之间的作用关系完全得出。还原论的思想可以说几乎贯穿了人类对自然、宇宙规律以及基础物理学的研究两千多年，一直到今天，它依然是现代粒子物理最为核心的理念，甚至可以说是信念。的确，在这两千多年探索的道路上，秉承还原论的哲学理念，人类在基础物理的研究道路上攻城略地，获得了极其璀璨的成就。它带来的科研成果惠及人类生活的方方面面。无怪乎费曼选择留给后世的一句话遗言是：万物是由原子构成的。还原论的哲学理念实在太成功了。
还原论认为大的东西由小的东西构成，这句话固然是不言自明的，因为就目前来说，它完全符合我们的经验，从归纳的意义上来说，它是个直到目前为止，都尚未被证伪的命题。复杂的东西由简单的东西构成，目前看来也完全符合我们的经验，但严格来说，我们只能说复杂的东西“可以”由简单的东西构成，而我们却无法证明复杂的东西不能构成简单的东西，或者说，构成简单东西的未必是更简单的东西，是否也有可能是更复杂的东西呢？这个问题留到后文再来审视，你会发现，复杂的系统也能产生简单的秩序。
相比于“大”与“小”的关系，以及“复杂”和“简单”的关系，对于还原论来说，更关键的点应当是：是否能从构成整体的个体的自身性质，以及个体之间相互作用的规律，完全得出整体的性质？关于这个问题，还原论的答案是肯定的。但反还原论（anti-reductionism）却认为，未必。我们先不急于了解反还原论的观点，先来回顾一下还原论在帮助人类认识自然方面都做出了哪些贡献。秉承还原论的思想，前辈科学家们把人类文明提升了好几个档次。