當愛因斯坦和哈勃在弄清宇宙的大尺度結構方面成果累累的時候，另一些人在努力搞懂近在手邊的而從他們的角度來看又是非常遙遠的東西：微小而又永遠神秘的原子。
加州理工學院偉大的物理學家理查德·費曼有一次發現，要是你不得不把科學史壓縮成一句重要的話，它就會是："一切東西都是由原子構成的。"哪裡都有原子，原子構成一切。你四下里望一眼，全是原子。不但牆壁、桌子和沙發這樣的固體是原子，中間的空氣也是原子。原子大量存在，多得簡直無法想像。
原子的基本工作形式是分子（源自拉丁文，意思是"小團物質"）。一個分子就是兩個或兩個以上以相對穩定的形式一起工作的原子：一個氧原子加上兩個氫原子，你就得到一個水分子。化學家往往以分子而不是以元素來考慮問題，就像作家往往以單詞而不是以字母來考慮問題一樣，因此他們計算的是分子。分子的數量起碼可以說是很多的。在海平面的高度、零攝氏度溫度的情況下，一立方厘米空氣（大約相當於一塊方糖所佔的空間）所含的分子多達4
500億億個。而你周圍的每一立方厘米空間都有這麼多分子。想一想，你窗外的世界有多少個立方厘米--要用多少塊方糖才能填滿你的視野。然後再想一想，要多少個這樣的空間才能構成宇宙。總而言之，原子是很多的。
原子還不可思議地長壽。由於原子那麼長壽，它們真的可以到處漫遊。你身上的每個原子肯定已經穿越幾個恆星，曾是上百萬種生物的組成部分，然後才成為了你。我們每個人身上都有大量原子；這些原子的生命力很強，在我們死後可以重新利用；在我們身上的原子當中，有相當一部分--有人測算，我們每個人身上多達10億個原子--原先很可能是莎士比亞身上的原子，釋迦牟尼、成吉思汗、貝多芬以及其他你點得出的歷史人物又每人貢獻10億個原子。（顯然非得是歷史人物，因為原子要花大約幾十年的時間才能徹底地重新分配；無論你的願望多麼強烈，你身上還不可能有一個埃爾維斯·普雷斯利的原子。）因此，我們都是別人轉世化身來的--雖然是短命的。我們死了以後，我們的原子就會天各一方，去別處尋找新的用武之地--成為一片葉子或別的人體或一滴露水的組成部分。
而原子本身實際上將永遠活下去。其實，誰也不知道一個原子的壽命，但據馬丁·里斯說，它的壽命大約為1035年--這個數字太大，連我也樂意用數學符號來表示。
而且，原子很小--確實很小。50萬個原子排成一行還遮不住一根人的頭髮。以這樣的比例，一個原子小得簡直無法想像。不過，我們當然可以試一試。
先從1毫米著手，就是這麼長的一根線：－。現在，我們來想像一下，這根線被分成了寬度相等的1000段。每一段的寬度是1微米。這就是微生物的大小。比如，一個標準的草履蟲--一種單細胞的淡水小生物--大約為2微米寬，也就是0.002毫米，它確實小得不得了。要是你想用肉眼看到草履蟲在一滴水裡游，你非得把這滴水放大到12米寬。然而，要是你想看到同一滴水裡的原子，你非得把這滴水放大到24公里寬。
換句話說，原子完全存在於另一種微小的尺度上。若要知道原子的大小，你就得拿起這類微米大小的東西，把它切成10000個更小的東西。那才是原子的大小：1毫米的千萬分之一．這麼小的東西遠遠超出了我們的想像範圍。但是，只要記住，一個原子對於上述那條1毫米的線，相當於一張紙的厚度對於紐約帝國大廈的高度，它的大小你就有了個大致的概念。
當然，原子之所以如此有用，是因為它們數量眾多，壽命極長，而之所以難以被察覺和認識，是因為它們太小。首先發現原子有三個特點--即小、多、實際上不可毀滅--以及一切事物都是由原子組成的，不是你也許會以為的安托萬－洛朗·拉瓦錫，甚至不是亨利·卡文迪許或漢弗萊·戴維，而是一名業餘的、沒有受過多少教育的英國貴格會教徒，名叫約翰·道爾頓發現的，我們在第七章里第一次提到過他的名字。
道爾頓的故鄉位於英國湖泊地區邊緣，離科克默思不遠。他1766年生於一個貧苦而虔誠的貴格會織布工家庭。（4年以後，詩人威廉·華茲華斯也來到科克默思。）他是個聰明過人的學生--他確實聰明，12歲的小小年紀就當上了當地貴格會學校的校長。這也許說明了道爾頓的早熟，也說明了那所學校的狀況，也許什麼也說明不了。我們從他的日記里知道，大約這時候他正在閱讀牛頓的《原理》--還是拉丁文原文的--和別的具有類似挑戰性的著作。到了15歲，他一方面繼續當校長，一方面在附近的肯達爾鎮找了個工作；10年以後，他遷往曼徹斯特，在他生命的最後50年里幾乎沒有挪動過。在曼徹斯特，他成了一股智力旋風，出書呀，寫論文呀，內容涉及從氣象學到語法。他患有色盲，在很長時間裡色盲被稱做道爾頓症，因為他從事這方面的研究。但是，是1808年出版的一本名叫《化學哲學的新體系》的厚書，終於使他出了名。
在該書只有4頁的短短的一章里（該書共有900多頁），學術界人士第一次接觸到了近乎現代概念的原子。道爾頓的見解很簡單：在一切物質的基部，都是極其微小而又不可還原的粒子。"創造或毀滅一個氫粒子，也許就像向太陽系引進一顆新的行星或毀滅一顆業已存在的行星那樣不可能。"他寫道。
無論是原子的概念，還是"原子"這個詞本身，都稱不上是新鮮事。二者都是古希臘人發明的。道爾頓的貢獻在於，他考慮了這些原子的相對大小和性質，以及它們的結合方法。
例如，他知道氫是最輕的元素，因此他給出的原子量是1。他還認為水由七份氧和一份氫組成，因此他給氧的原子量是7。通過這種辦法，他就能得出已知元素的相對重量。他並不總是十分準確--氧的原子量實際上是16，不是7，但這個原理是很合理的，成了整個現代化學以及許多其他科學的基礎。
這項成就使道爾頓聞名遐邇--即使是以一種英國貴格會式的低調。1826年，法國化學家P.J.佩爾蒂埃來到曼徹斯特，想會一會這位原子英雄。佩爾蒂埃以為他屬於哪個大機構，因此，當他發現道爾頓在小巷裡的一所小學教孩子們基礎算術的時候，不由得大吃一驚。
據科學史家E.J.霍姆亞德說，佩爾蒂埃一見到這位大人物頓時不知所措，結結巴巴地說："請問，這位是道爾頓先生嗎？"因為他無法相信自己的眼睛，這位歐洲赫赫有名的化學家竟然在教小孩子加減乘除。"沒錯兒，"那位貴格會教徒乾巴巴地說，"請坐，讓我先教會孩子這道算術題。"
雖然道爾頓想要遠離一切榮譽，但他仍違心地當選為皇家學會會員，捧回一大堆獎章，獲得一筆可觀的政府退休金。他1844年去世的時候，40000人出來瞻仰他的棺木，送葬隊伍長達3公里多。他在《英國人名詞典》中的條目是字數最多的之一，在19世紀的科學界人士當中，論長度只有達爾文和萊爾能與之相比。
在道爾頓提出他的見解以後的一個世紀時間裡，它仍然完全是一種假說。一些傑出的科學家--尤其是奧地利物理學家恩斯特·馬赫，聲速單位就是以他的名字命名的--還壓根兒懷疑原子是不是存在。"原子看不見摸不著......它們是腦子想像出來的東西。"他寫道。
尤其在德語世界，人們就是以這種懷疑目光來看待原子的存在。據說，這也是導致偉大的理論物理學家和原子的熱心支持者路德維希·玻爾茨曼自殺的原因之一。
是愛因斯坦在1905年以那篇論布朗運動的論文首次提出了無可爭議的證據，證明原子的存在，但沒有引起多大注意。無論如何，愛因斯坦很快就忙於廣義相對論的研究。因此，原子時代的第一位真正的英雄是歐內斯特·盧瑟福，如果他不是當時湧現出來的第一人的話。
盧瑟福1871年生於紐西蘭的"內陸地區"。用斯蒂芬·溫伯格的話來說，他的父母為了種植一點亞麻、撫養一大堆孩子，從蘇格蘭移居到紐西蘭。他在一個遙遠國度的遙遠地區長大，離科學的主流也同樣很遙遠。但是，1895年，他獲得了一項獎學金，從而有機會來到劍橋大學的卡文迪許實驗室。這裡快要成為世界上搞物理學的最熱門的地方。
物理學家特別瞧不起其他領域的科學家。當偉大的奧地利物理學家沃爾夫岡·泡利的妻子離他而去，嫁了個化學家的時候，他吃驚得簡直不敢相信。"要是她嫁個鬥牛士，我倒還能理解，"他驚訝地對一位朋友說，"可是，嫁個化學家......"
盧瑟福能理解這種感情。"科學要麼是物理學，要麼是集郵。"他有一回說。這句話後來反覆被人引用。但是，具有某種諷刺意味的是，他1908年獲得的是諾貝爾化學獎，不是物理學獎。
盧瑟福是個