古希臘的自然哲學
在古希臘時期，有個叫做泰勒斯的學者，我們現在也把他叫做哲學之父、科學之父。原因就是他提出了一個想法：萬物的本源是什麼？
當然，他不光提出了問題，他還試圖去解決這個問題，他認為萬物的本源是水。
這裡我們要搞清楚一個問題，萬物的本源並不是一定要探討“萬物的構成是什麼？”，其實還可以探討“萬事萬物能夠成為其本身的依據是什麼？”
前者，演化出了自然哲學，後者逐漸演化出了形而上學。而自然哲學其實就是科學的前身。也就是說，科學的起源說白了就是從研究萬物的本源開始的，尤其是萬物構成的研究開始的。
不過，在古希臘對於“萬物的構成”的研究還都停留在純粹的哲學層面，最後有兩個分支，其中一個是被認為是異端的德謨克利特，他在他師傅的理論基礎上提出了萬物是由原子和虛空構成的。
在德謨克利特的時代，主流的學術圈主要是圍繞在亞里士多德周圍的，他和亞里士多德正好是學術上針鋒相對的對手。傳說德謨克利特是一個類似於亞里士多德這樣全能的學者，只不過他的主要著作幾乎都在亞里士多德這派的打壓下消失殆盡了，只留下些許殘篇。
而亞里士多德認為，在月亮以下，主要就是地球上，萬物的構成是水火土氣四種元素，在月球以上的宇宙則是由以太構成的。
布朗運動
古希臘之後，西羅馬帝國在公元476年後陷落，西歐進入了黑暗時代。古希臘的文明被阿拉伯人所承接，在公元1100年前後回傳到了當時的西歐。學者們開始重新研究古希臘文化，但是在接下來700年，由於觀測技術的限制，學者並沒有在微觀層面提出任何較為靠譜的理論。
一直到1827年，植物學家羅伯特·布朗在用顯微鏡觀測懸浮在水上的花粉時，他就發現花粉微粒呈現出了不規則的運動。
我們後來就把這種運動稱之為布朗運動。後來他也證實了其他的微小顆粒也會有類似的現象，比如：灰塵。不過羅伯特·布朗並沒有給出相關的理論來解釋這種現象。
那為什麼會這樣奇怪的現象呢？
後來，到了1877年，科學家德紹兒克思就提出了一個想法：
花粉微粒的運動是水中的水分子熱運動造成的。
不過，他只是提出了一個想法，並沒有給出數學表述和證明。
到了1905年，這一年被稱為愛因斯坦的奇蹟年，他提出了4個具有開創性的論文。其中就包括光電效應，布朗運動，狹義相對論和質能等價。
你可能要納悶了，“布朗運動”不是早在1905年之前就有了嗎？為什麼說是愛因斯坦提出的？
實際上，愛因斯坦在這篇論文中，用數學證明了布朗運動的，並論述了原子是真實存在的。通過布朗運動，他還證明了原子的直徑大概是在10^-8釐米。
尋找微觀粒子
自從愛因斯坦證明了布朗運動之後，證明原子存在的相關理論也就完善了。但是理論再好，都不如一個實實在在的觀測。19世紀末~20世紀初，科學家就在試圖驗證原子結構，試圖描述原子具體是什麼樣子的。
首先是湯姆遜發現了電子，然後是盧瑟福利用α粒子轟擊金箔給，驗證了原子核的大小。隨後他又用粒子的辦法找到了質子。
緊接著是盧瑟福的學生查德威克利用老師的辦法來證明中子的存在。但是電子，原子核到底是如何組成原子的呢？
這時候，海森堡提出了著名的不確定性原理，描述了原子核外電子的物理學規律，於是，我們得到了一個目前最主流的原子模型。
截止到目前為止，我們還是沒有辦法直接看到原子的存在。威爾遜發明了著名的雲室，雲室就是一個密封的環境，裡面充滿了飽和的水蒸氣或者酒精。當穿過時，就會留下痕跡。如果想要在知道粒子的電性，則只需要外加一個磁場，觀測粒子軌跡的偏折就可以了。
無論是布朗運動還是雲室，本質上其實都是間接觀測到的粒子。真正要看到粒子，其實是近30年的事情。1981年，科學家發明了著名的隧道掃瞄隧道顯微鏡，這個顯微鏡就可以幫助科學家看到物質表面的單原子級別的起伏。甚至，他們還可以利用探針來進行單個分子或者原子的操作。
從德謨克利特到1981年的隧道顯微鏡，人類花了2000多年的時間，才從理論上，以及實際觀測上驗證了原子論。只不過，德謨克利特的“原子“其實和我們如今”原子“壓根是兩碼事。他的所說的原子只是在哲學層面上的探討，而且是指不可再分的粒子，這更接近於如今的基本粒子，原子是可再分的，不屬於基本粒子。
