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发表时间:2005-1-31 12:02

科普:啊,科学家们(请大家往里添加啊)



和平完美型 发表在 科学探索 华声论坛 http://bbs.voc.com.cn/forum-148-1.html


  张衡

  东汉时期,也就是距今约一千八百多年前(公元117年),一台利用水力

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  推动运转的大型天文仪器――“水运浑象”在东汉的京都洛阳制造成功。相隔二十年后(公元138年),安置在京都洛阳的又一台仪器――“候风地动仪”,准确地报告了西方千里之外发生的地震。这标志着人类开始了用仪器记录研究地震的新纪元。

  这两台著名仪器的发明者就是张衡——我国东汉时期伟大的科学家、文学家。张衡对中国古代的天文学、地震学和机械力学作出了杰出的贡献,传说他还制造过指南车、记里鼓车等,因其机械制造水平很高,被尊称为“木圣”。

  张衡生平

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  张衡,字平子,章帝建初三年(公元78年),诞生于南阳郡西鄂县石桥镇一个破落的官僚家庭(今河南省南阳市城北五十里石桥镇)。祖父张堪是地方官吏,曾任蜀郡太守和渔阳太守。张衡幼年时候,家境已经衰落,有时还要靠亲友的接济。正是这种贫困的生活使他能够接触到社会下层的劳动群众和一些生产、生活实际,从而给他后来的科学创造事业带来了积极的影响。

  当时的南阳是经济和文化都很发达的地区,有“南都”之称。张衡在这样的环境熏陶下,加上他自幼刻苦好学,在青少年时代就已经为后来从事文学和科学事业打下了良好的基础。

  由于家中的经卷典籍慢慢地不能满足张衡的求知欲望了,于是从十六岁开始,他便离乡游学,广结学者名流。他曾到汉朝故都长安一带,游览了当地的名胜古迹,考察了周围的山川形势、物产风俗、世态人情。后来他又到了当时的首都洛阳,就读于最高学府——太学。并成为学识比较渊博的学者。当时,地方上曾经推举他做“孝廉”,公府也多次招聘他去做官,但都被他拒绝了。

  张衡自幼就对文学有特殊的爱好和研究。他的文学作品很多,风格也各不相同。有的形式短小,重在抒情,如《归田赋》。有的气势磅礴,广写景物,如《二京赋》;有的特色突出,独树一格,如《四愁诗》、《同声歌》等。

  和帝永元十二年(公元100年),二十三岁的张衡应邀回乡出任南阳太守鲍德的主簿,掌管文书工作。并在办理政务之余,潜心于文学创作。他以游学长安和洛阳的见闻作为素材,先后花了十年功夫,精心雕琢、反复修改,于安帝永初元年(公元107年)写成著名的《东京赋》和《西京赋》,总称为《二京赋》,为人们广为流传,他画的画也很出色。

  后来,鲍德调任,张衡便辞职回家。掌握朝政的皇亲邓骘为了笼络士人,几次派人邀请张衡作他的幕僚,以增强自己这一派的势力。但张衡一方面厌恶外戚专权,一方面想专心钻研学问,都坚决地拒绝了。

  在张衡三十四岁的时候,他的研究兴趣逐渐转到哲学和自然科学方面。他很喜爱扬雄的哲学著作《太玄经》。《太玄经》的内容涉及天文、历法、数学等方面,引起了他很大的兴趣。《太玄经》里的一些朴素的唯物主义观点也给了张衡以很大的启发。

  安帝永初四年(公元111年),张衡应征进京,先后任郎中、太史令、公车司马令等低、中级官职。其中担任太史令时间最长,前后达十四年之久。太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律(计量和音律)等事务的官员。在他任职期间,对天文历算进行了精湛的研究,做出了重大的贡献。

  汉朝时,关于天体运动和宇宙结构的学说已经出现了三种:盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说又称天圆地方说,认为天是圆的,像一把张开的伞,地是方的象一个棋盘;浑天说认为天地的形状像一个鸡蛋,天与地的关系就像蛋壳包着蛋黄;宣夜说认为天没有一定的形质,日、月、五星(金、木、水、火、土五大行星)等都飘浮在气体中。

  张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察,认真研究了这三种学说,认为浑天说比较符合观测的实际。他继承和发展了前人的浑天理论,大胆地对天象提出了许多新的见解。

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  张衡在西汉耿寿昌发明的浑天仪的基础上,根据自己的浑天说,创制了一个比以前都精确、全面的多的“浑天仪”。创制了一个能够精确在表演浑天思想的“浑天仪”。

  浑天仪是一个可以转动的空心铜球。铜球外表刻有二十八宿和其他一些恒星的位置;球体内有一根铁轴贯穿球心,轴的两端象征北极和南极。球体的外面装有几个铜圆圈,代表地平圈、子午圈、黄道圈、赤道圈,赤道和黄道上刻有二十四节气。凡是张衡当时知道的重要天文现象,都刻在了浑天仪上。

  为了使“浑天仪”能自动转动,张衡又利用水力推动齿轮的原理,用滴壶滴出来的水力推动齿轮,带动空心铜球绕轴旋转。铜球转动一周的速度和地球自转的速度相等。这样,人们坐在屋子里,便能从浑天仪上看到天体运行的情况了。

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  从公元89年到140年,东汉都城洛阳和陇西一带,共出现过三十三次地震。特别是公元119年,洛阳和其他地区连续发生了两次大地震,促进了张衡加紧对于地震的研究。他终于在公元132年,发明并制造出了我国第一架测报地震的仪器——地动仪。

  张衡制造的这台地动仪,相当灵敏准确。公元138年的一天,地动仪精确的测知距离洛阳一千多里的陇西发生地震,表明他的精密程度达到了相当高的水平。欧洲在1880年才制造出类似的地震仪,距张衡已经晚了一千七百多年。

  在气象学方面,张衡还创造了一种测定风向的仪器——侯风仪,又叫相风铜鸟。是在一根五丈高的杆顶安放一只衔着花的铜鸟,可以随着风向转动。鸟头所对的方向就是风向。这个仪器和欧洲装在屋顶上的候风鸡相似,但是后风鸡是在十二世纪才出现的,比起张衡的候风仪晚了一千年。

  张衡一生为我国的科学文化事业作出了卓越的贡献,是我国古代伟大的科学家之一。他谦虚谨慎、勤学不倦。“如川之逝,不舍昼夜”,几十年如同一日,在所从事的事业中表现出了一丝不苟、精益求精、不畏强权、勇于进取的研究风格。而他不慕名利的高尚品德更值得我们学习。

  永和四年(公元139年),张衡请求告老还乡不准,又被调到朝中做尚书,但只任职一年就与世长辞了,终年六十一岁。

  《灵宪》

  张衡一生所著的天文学著作,以《灵宪》最为著名。这是一部阐述天地日月星辰生成和它们的运动的天文理论著作,代表了张衡研究天文的成果。它总结了当时的天文知识,虽然其中也有一些错误,但还是提出了不少先进的科学思想和独到见解。

  例如,在阐述浑天理论的时候,虽然仍旧保留着旧的地平概念,并且提出了“天球”的直径问题,但是张衡进一步明确提出在“天球”之外还是有空间的。他说:“过此而往者,未之或知也。未之或知者,宇宙之谓也。宇之表无极,宙之端无穷”。就是说,我们能够观测到的空间是有限的,观测不到的地方是无穷无尽,无始无终的宇宙。这段话明确地提出了宇宙在时间和空间上都是无穷无尽的思想,是十分可贵的。

  张衡在《灵宪》中指出月亮本身并不发光,月光是反射的太阳光。他说“夫日譬犹水,火则外光,水则含景。故月光生于日之所照,魄生于日之所蔽;当日则光盈,就日则光尽也”(景就是影,魄指月亮亏缺的部分)。他生动形象地把太阳和月亮比做火和水,火能发光,水能反光,指出月光的产生是由于日光照射的缘故,有时看不到月光,是因为太阳光被遮住了。他这种见解在当时是十分新鲜的,也是正确的。

  同时,张衡还进一步解释了月食发生的原因。他说:“当日之冲,光常不合者,蔽于地也,是谓暗虚。在星则星微,遇月则食。”这段话的意思是:“望月”时,应该能看到满月,但是有时看不到,这是因为日光被地球遮住的缘故。他将地影的暗处叫做“暗虚”,月亮经过“暗虚”时就发生月食,精辟地阐述了月食的原理。至于“在星则星微”一句,说的是星星碰上“暗虚”就隐而不见了。

  现在看来这种说法是不正确的。由于星星距地球极为遥远,又大都是发光的恒星,不象月球一样属于行星,因此没有任何一个星星会进入地球的影子之中而失去了光芒。这是张衡的不足之处。这也可以看出在当时的水平下,古人的研究不可能作到尽善尽美。今人也一样,做任何事情的时候都不可能将事情作的绝对正确,但一定要最大程度的正确反映客观现实。

  此外,张衡在《灵宪》中还算出了日、月的角直径,记录了在中原洛阳观察到的恒星二千五百多颗,常明星一百二十四颗,叫得上名字的星约三百二十颗。这和近代天文学家观察的结果是相当接近的。

  在张衡的另一部天文著作《浑天仪图注》里还测定出地球绕太阳一年所需的时间是“周天三百六十五度又四分度之一”,这和近代天文学家所测量的时间365天5小时48分46秒的数字十分接近,说明张衡对天文学的研究已经达到了比较高的水平。


  沈括

  在我国北宋时代,有一位博学多才、成就显著的科学家,他就是沈括(1031~1095)。

  沈括精通天文、数学、物理学、化学、生物学、地理学、农学和医学;他还是卓越的工程师、出色的军事家、外交家和政治家;同时,他博学善文,对方志律历、音乐、医药、卜算等无所不精。他晚年所著的《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果,反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。《梦溪笔谈》不仅是我国古代的学术宝库,而且在世界文化史上也有重要的地位。

  日本数学家三上义夫曾经说:沈括这样的人在全世界数学史上找不到,只有中国出了这么一个。英国著名科学史专家李约瑟博士称沈括的《梦溪笔谈》是中国科学史上的坐标。

  沈括生平

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  沈括,字存中,宋仁宗天圣九年(公元1031年)生于浙江钱塘(今浙江杭州市)一官僚家庭。他的父亲沈周(字望之)曾在泉州、开封、江宁做过地方官。母亲许氏,是一个有文化教养的妇女。

  沈括自幼勤奋好读,在母亲的指导下,十四岁就读完了家中的藏书。后来他跟随父亲到过福建泉州、江苏润州(今镇江)、四川简州(今简阳)和京城开封等地,有机会接触社会,对当时人民的生活和生产情况有所了解,增长了不少见闻,也显示出了超人的才智。

  沈括二十四岁开始踏上仕途,最初做海州沭阳县(在今江苏省)主簿,以后历任东海(在今江苏省)、宁国(在今安徽省)、宛丘(今河南省淮阳县)等县县令。三十三岁考中进士,被任命做扬州司理参军,掌管刑讼审讯。三年后,被推荐到京师昭文馆编校书籍。在这里他开始研究天文历算。宋神宗熙宁五年(公元1072年),兼任提举司天监,职掌观测天象,推算历书。接着,沈括又担任了史馆检讨,熙宁六年(公元1073年)做集贤院校理。因职务上的便利条件,他有机会读到了更多的皇家藏书,充实了自己的学识。1075年曾出使辽国,进行边界谈判,次年任翰林学士,权三司使。

  宋神宗熙宁二年(公元1069年),地主阶级革新派的代表王安石被任命做宰相,开始进行大规模的变法运动。沈括积极参预变法运动,受到王安石的信任和器重,担任过管理全国财政的最高长官三司使等许多重要官职。

  熙宁九年(公元1076年),王安石变法失败。沈括被诬劾贬官,出知宣州(今安徽省宣城一带)。三年后,为抵御西夏,改知延州(今陕西省延安一带),兼任(鹿+右耳刀)延路经略安抚使。因守边有功,元丰五年(公元1082年),升龙图阁直学士。但是不久又遭诬陷,降职做均州(今湖北省均县)团练副使。

  哲宗元二年(公元1087年),沈括花费十二年心血编修的《天下州县图》完成,被特许亲自到汴京进呈。次年,定居润州(今江苏省镇江东郊)梦溪园,在此安度晚年。

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  沈括晚年在梦溪园认真总结自己一生的经历和科学活动,写出了闻名中外的科学巨著《梦溪笔谈》和《忘怀录》等。宋哲宗绍圣二年(公元1095年)沈括逝世。

  沈括一生的著作多达几十种,但保存到现在的,除《梦溪笔谈》外,仅有综合性文集《长兴集》和医药著作《良方》等少数几部了。

  《梦溪笔谈》是中国科学史上的坐标,是沈括一生社会和科学活动的总结,内容极为丰富,包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、文学、史学、考古、音乐、艺术等共600余条。其中200多条属于科学技术方面,记载了他的许多发明、发现和真知灼见。

  沈括治水

  沈括十分重视发展农业生产和兴修水利。早在他青年时期任沭阳县主簿的时候,就主持了治理沭水的工程,组织几万民工,修筑渠堰不仅解除了当地人民的水灾威胁,而且还开垦出良田七千顷,改变了沭阳的面貌,那时他只有24岁。

  在任宁国县令的时候,他积极倡导并且主持在今安徽芜湖地区修筑规模宏大的坚固的万春圩,开辟出能排能灌、旱涝保收的良田一千二百七十顷,同时还写了《圩田五说》、《万春圩图书》等关于圩田方面的著作。

  熙宁五年(公元1072年),沈括主持了汴河的水利建设。为了治理汴河,沈括亲自测量了汴河下游从开封到泗州淮河岸共八百四十多里河段的地势。他采用“分层筑堰法”,测得开封和泗州之间地势高度相差十九丈四尺八寸六分。这种地形测量法,是把汴渠分成许多段,分层筑成台阶形的堤堰,引水灌注,然后逐级测量各段水面,累计各段方面的差,总和就是开封和泗州间“地势高下之实”。这在世界水利史上是一个创举。仅仅四五年时间里,就取得引水淤田一万七千多顷的显著成绩。在对地势高度计算时,其单位竟细到了寸分,可见,沈括的治学态度是极其严肃认真的。

  杰出的天文学家

  沈括还是一个杰出的天文学家。熙宁五年(公元1072年),也就在沈括负责汴河水建设时,沈括还负责领导司天监,在任职期间,他先后罢免了六名不学无术的旧历官,不计出身,破格推荐精通天文历算、出身平民的准南人卫朴进入司天监,主持修订新历的重要工作。

  沈括和卫朴治学态度认真,对旧历官凭借演算凑数的修历方法非常不满,主张从观测天象入手,以实测结果作为修订历法的根据。为此,沈括首先研究并改革了浑仪、浮漏和影表等旧式的天文观测仪器。

  浑仪是测量天体方位的仪器。经过历代的发展的演变,到宋朝,浑仪的结构已经变得十分复杂,三重圆环,相互交错,使用起来很不方便。为此,沈括对浑仪作了比较多的改革。他一方面取消了作用不大的白道环,把仪器简化、分工,再借用数学工具把他们之间的关系联系起来(“省去月道环,其侯月之出入,专以历法步之”);另一方面又提出改变一些环的位置,使它们不挡住观测视线。沈括的这些改革措施为仪器的发展开辟了新的途径。后来元朝郭守敬于元世祖至元十三年(公元1276年)创制的新式测天仪器──简仪,就是在这个基础上产生的。

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  漏壶是古代测定时刻的仪器,由几个盛水的容器装置成阶梯的形式,每一容器下侧都有孔,依次往下一容器滴水漏水。最下面的容器没有孔,里面装置有刻着时间标度的“箭”,随着滴漏水面升高,“箭”就慢慢浮起,从显露出来的刻度可以读出时刻。沈括对漏壶也进行了改革。他把曲筒铜漏管改做直颈玉嘴,并且把它的位置移到壶体下部。这样流水更加通畅,壶嘴也坚固耐用多了。

  此外,沈括还制造了测日影的圭表,而且改进了测影方法。

  沈括在《浑仪议》、《浮漏议》和《景表议》等三篇论文中介绍了他的研究成果,详细说明改革仪器的原理,阐发了自己的天文学见解,在是我国天文学史上的具有重要的作用。

  沈括和卫朴的一系列革新活动遭到守旧势力的攻击和陷害。在沈括和卫朴的坚决斗争下,卫朴主持修订的奉元历终于在熙宁八年(公元1075年)修成颁行。但是,由于守旧势力阻挠和破坏,比较先进的奉元历只实行了十八年就被废止了。但是沈括并不因此而灰心,在晚年又进一步提出了用“十二气历”代替原来历法的主张。

  我国原来的历法都是阴阳合历,而“十二气历”却是纯粹的阳历。它以十二气作为一年,一年分四季,每季分孟、仲、季三个月,并且按节气定月份,立春那天算一月一日,惊蛰算二月一日,依此类推。大月三十一天,小月三十天,大小月相间,即使有“两小相并”的情况,不过一年只有一次。

  有“两小相并”的,一年共有三百六十五天;没有的,一年共三百六十六天。这样,每年的天数都很整齐,用不着再设闰月,四季节气都是固定的日期。至于月亮的圆缺,和寒来暑往的季节无关,只要在历书上注明“朔”、“望”就行了。

  沈括所设计的这个历法是比较科学的,它既符合天体运行的实际,也有利于农业活动的安排。他预见到他的这一主张必定会遭到顽固守旧派的“怪怒攻骂”,极力阻挠,而暂时不能实行,但是,他坚信“异时必有用予之说者”。现在世界各国采用的公历,也就是阳历,在分月上还不如沈括的“十二气历”合理。

  物理学家+化学家+数学家

  沈括对物理学研究的成果也是极其丰富而珍贵的。《梦溪笔谈》中所记载这方面的见解和成果,涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域。特别是他对磁学的研究成就卓著。沈括在《梦溪笔谈》中第一次明确地谈到磁针的偏角问题。

  在光学方面,沈括通过亲自观察实验,对小孔成像、凹面镜成象、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”(一种在背面能看到正面图案花纹的铜镜)的透光原因也做了一些比较科学的解释,推动了后来对“透光镜”的研究。此外,沈括还剪纸人在琴上做过实验,研究声学上的共振现象。

  在化学方面,沈括也取得了一定的成就。他在出任延州时候曾经考察研究漉延境内的石油矿藏和用途。他利用石油不容易完全燃烧而生成炭黑的特点,首先创造了用石油炭黑代替松木炭黑制造烟墨的工艺。他已经注意到石油资源丰富,“生于地中无穷”,还预料到“此物后必不行于世”,这一远见已为今天所验证。另外,“石油”这个名称也是沈括首先使用的,比以前的石漆、石脂水、猛火油、火油、石脑油、石烛等名称都贴切得多。

  在《梦溪笔谈》中有关“太阴玄精”(石膏晶体)的记载里,沈括根据形状、潮解、解理和加热失水等性能的不同,区分出几种晶体,指出它们虽然同名,却并不是一种东西。他还讲到了金属转化的实例,如用硫酸铜溶液把铁变成铜的物理现象。他记述的这些鉴定物质的手段,说明当时人们对物质的研究已经突破单纯表面现象的观察,而开始向物质的内部结构探索进军了。

  沈括在数学方面也有精湛的研究。他从实际计算需要出发,创立了“隙积术”和“会圆术”。沈括通过对酒店里堆起来的酒坛和垒起来的棋子等有空隙的堆体积的研究,提出了求它们的总数的正确方法,这就是“隙积术”,也就是二阶等差级数的求和方法。

  沈括的研究,发展了自《九章算术》以来的等差级数问题,在我国古代数学史上开辟了高阶等差级数研究的方向。此外,沈括还从计算田亩出发,考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系,提出了我国数学史上第一个由弦和矢的长度,求弧长的比较简单实用的近似公式,这就是“会圆术”。这一方法的创立,不仅促进了平面几何学的发展,而且在天文计算中也起了重要的作用,并为我国球面三角学的发展作出了重要贡献。

  地理学家+医学家

  沈括在地学方面也有许多卓越的论断,反映了我国当时地学已经达到了先进水平。他正确论述了华北平原的形成原因:根据河北太行山山崖间有螺蚌壳和卵形砾石的带状分布,推断出这一带是远古时代的海滨,而华北平原是由黄河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所携带的泥沙沉积而形成的。

  当他察访浙东的时候,观察了雁荡山诸峰的地貌特点,分析了它们的成因,明确地指出这是由于水流侵蚀作用的结果。他还联系西北黄土地区的地貌特点,做了类似的解释。

  他还观察研究了从地下发掘出来的类似竹笋,以及桃核、芦根、松树、鱼蟹等各种各样化石,明确指出它们是古代动物和植物的遗迹,并且根据化石推论了古代的自然环境。这种思想,直到文艺复兴时期,意大利人达·芬奇对化石的性质开始有所论述,比沈括晚了四百多年。

  沈括视察河北边防的时候,曾经把所考察的山川、道路和地形,在木板上制成立体地理模型。这个做法很快便被推广到边疆各州。熙宁九年(公元1076年),沈括奉旨编绘《天下州县图》。他查阅了大量档案文件和图书,经过近二十年坚持不懈的努力,终于完成了我国制图史上巨作《守令图》。这是一套大型地图集,共计二十幅,其中有大图一幅,高一丈二尺,宽一丈;小图一幅;各路图十八幅(按当时行政区划,全国分做十八路)。图幅之大,内容之详,都是以前少见的。

  在制图方法上,沈括提出分率、准望、互融、傍验、高下、方斜、迂直等九法,这和西晋.裴秀著名的制图六体是大体一致的。他还把四面八方细分成二十四个方位,使图的精度有了进一步提高,为我国古代地图学做出了重要贡献。

  沈括对医药学和生物学也很精通。他在青年时期就对医学有浓厚兴趣,并且致力于医药研究,搜集了很多验方,治愈过不少危重病人。同时他的药用植物学知识也十分广博,并且能够实际出发,辨别真伪,纠正古书上的错误。他曾经提出“五难”新理论;沈括的医学著作有《良方》等三种。现存的《苏沈良方》是后人把苏轼的医药杂说附入《良方》之内合编而成的。

  文武双全

  沈括文武双全,不仅在科学上取得了辉煌的成绩,而且为保卫北宋的疆土也做出过重要贡献。北宋时期,阶级矛盾和民族矛盾都十分尖锐。辽和西夏贵族统治者经常侵扰中原地区,掳掠人口牲畜,给社会经济带来很大破坏。沈括坚定地站在主战派一边,在熙宁七年(公元1074年)担任河北西路察访使和军器监长官期间,他攻读兵书,精心研究城防、阵法、兵车、兵器、战略战术等军事问题,编成《修城法式条约》和《边州阵法》等军事著作,把一些先进的科学技术成功地应用在军事科学上。同时,沈括对弓弩甲胄和刀枪等武器的制造也都作过深入研究,为提高兵器和装备的质量做出了一定贡献。


  祖冲之

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  祖冲之,字文远,范阳郡遒县(今河北涞源)人。公元429年生于建康(今江苏南京)一个官宦人家,虽原籍北方,但几代祖先都在江南做官且通晓历法。祖父掌管土木工程建筑,父亲也学识渊博。他从小有机会接受家传科学知识,青年时代进入专门研究学术的华林学省学习研究。祖冲之曾作过州从事史,公府参军,县令,最高官至长水校尉,享受四品俸禄,公元500年去世。

  祖冲之是中国古代一位伟大的数学家和天文学家,生平著作很多,内容也是多方面的。在数学方面的论著,不幸均已失传。在历代国内外的各种图书目录中,可以见到他所写的数学著作的书名有“缀术”6卷,“九章算术义注”9卷,“重差注”1卷。在天文历法方面,他编制成“大明历”,并为大明历写了“驳议”。在古代典籍的注释方面,祖冲之有“易义”、“老子义”、“庄子易”、“释论语”、“释孝经”等著作,但亦均失传。文学作品方面他著有“述异记”10卷,在“太平御览”等书中可以看到这部著作的片断。

  从青年时起,祖冲之便对天文学和数学发生了兴趣。他把从上古时起直至他生活时代的各种文献、记录、资料,几乎全部搜罗来进行研究,并且亲自进行精密的测量和仔细的推算。正像他自己所说的那样,“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策”。他对刘歆、张衡、郑玄、阚译、王番、刘徽等科学家的工作进行了仔细研究,一一驳正了他们的错误,导出了许多极有价值的结果。准确到7位有效数学的园周率数值便是人所共知的例子。

  园周率π的计算,标志着一个国家和民族的数学水平。中国古代也和世界上任何文化开发较早的国家和地区一样,人们最早使用的园周率是3。这一误差很大的数值一直沿用到汉代。入汉以后,对园周率的改进吸引了不少科学家的注意,都作了一些工作。最为重要的是魏晋时期的数学家刘徽,他用“割园术”计算出的园周率为3.14。

  关于祖冲之在园周率方面的工作,其史料仅见于《隋书·律历志》中还记载说,祖冲之还给出了园周率的两个近似分数值:

  密率:π=355/113,小数点后6位准确,

  约率:π=22/7,小数点后2位准确。

  在欧洲,1100多年后才算得355/113这一数值,被称为“安东尼兹率”。日本数学家三上义夫在1912年提出应称π=355/113为“祖率”。

  关于祖冲之是如何算得如此精密的结果,没有任何史料流传下来,这是非常遗憾的。不过根据当时的情况判断,祖冲之用的仍是刘徽的“割园术”。果真如此的话,祖冲之需要计算出园内接正12288边形和正24576边形的面积,要进行加、减、乘、除、开方等运算达130次以上,每次运算都要精确到9位数字,可以想象,在当时用罗列算筹来计算,是需要何等的精心与超人的毅力。   关于球体体积的计算,是祖冲之及其儿子祖(日桓)在数学方面又一项了不起的成就。祖氏父子根据刘徽在“九章算术注”中担出的正确方法,求得了球体体积公式

  球体积=4/3πγ3。

  在导出球体积公式的过程中,祖氏父子总结出了所谓的“祖氏原理”。在西方这一原理被称为“卡瓦列里原理”,但它的发现者意大利数学家卡瓦列里(B.Cavalieri 1598~1647)比祖氏父子要晚1100多年。

  祖冲之在天文历法方面的成就,大都包含在他所编制的大明历和为大明历所写的“驳议”中。祖冲之通过精密的观察测量,发现当时奉行的由前辈著名天文学家何承天所编制的元嘉历有不少错误,于是着手编制大明历,公元462年编成,时年只有33岁。祖冲之对历法的编制做出了很多创造性的贡献,大明历是这个时代一部最好的历法,但是却遭到皇旁宠臣的反对。直到祖冲之死后10年,由于他儿子祖(日桓)的坚决请求,经过实际天象的校验,大明历才得以正式颁行。




[此贴子已经被作者于2005-1-31 12:25:13编辑过]






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----往事总难梦里般恬醉
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回复时间:2005-1-31 12:04
  钱学森

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  浙江省杭州市人,1911年生,男,中共党员,空气动力学家,中国科学院院士,中国工程院院士。

  1934年毕业于上海交通大学,1935年赴美国麻省理工学院留学,翌年获硕士学位,后入加州理工学院,1939年获航空、数学博士学位后留校任教并从事应用力学和火箭导弹研究。1955年回国后,历任中国科学院力学所所长,国防部第五研究院副院长、院长,七机部副部长,国防科委副主任,国防科工委科技委副主任,第3届中国科协主席,第6至8届全国政协副主席,中共第9至12届中央候补委员。现任中国人民解放军总装备部科技委高级顾问,中国科学技术协会名誉主席。

  1956年提出《建立我国国防航空工业意见书》,最先为中国火箭导弹技术的发展提出了极为重要的实施方案。协助周恩来、聂荣臻筹备组建火箭导弹研制机构——国防部第五研究院,1956年10月任该院院长。此后长期担任我国火箭导弹和航天器研制的技术领导职务,并以他在总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识,为中国火箭导弹和航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。1957年获中国科学院自然科学一等奖,1979年获美国加州理工学院杰出校友奖,1985年获国家科技进步奖特等奖。1989年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号,1991年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖章。


  周光召

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  周光召院士1929年5月生于湖南省长沙市,1951年毕业于清华大学。1987年至1997年任中国科学院院长,现任全国人民代表大会常务委员会副委员长,中国科学技术协会主席,国务院学位委员会副主任,国家科技领导小组成员。

  周光召教授先后被选为中国科学院院士,中国科学院学部主席团执行主席,中国国际交流协会副会长,中日友好二十一世纪中方委员,中国人民争取和平与裁军协会副会长,中国国际科技促进会副会长,海峡两岸人才交流协会名誉主席,国际粒子和场学会委员,国际纯粹和应用物理学会副主席,太平洋科学协会主席兼理事会主席,联合国教科文组织顾问委员会委员;被聘兼任清华大学理学院院长,2000年亚洲基金会名誉顾问,中国科学院特邀顾问等职。

  周光召教授在理论物理的各主要领域都有过杰出的创造性成果,使他在国际物理学界享有盛誉。因其为我国第一颗原子弹、氢弹的研制成功作出了重大贡献,于1964年获国家自然科学一等奖;因在量子场论的研究中有重大突破,1987年年获中国科学院重大科技成果奖一等奖。周光召教授还被美国纽约市立大学、香港中文大学、香港大学、加拿大麦吉尔大学四所世界知名大学授予荣誉博士;1993年被意大利政府授予“意大利共和国爵士勋章”,1994年被香港求是科技基金会授予“中国杰出科学家”奖,1996年经国际小行星命名委员会审议通过,将国际编号为3462号的小行星命名为“周光召星”。他目前是美国科学院、俄罗斯科学院、欧洲科学院、第三世界科学院、捷克科学院、保加利亚科学院、蒙古科学院、法语区工程师科学院、罗马尼亚科学院、韩国翰林院等11个国家和地区的科学院院士,是目前中国担任外籍院士头衔最多者。


  钱三强

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  钱三强(1913-1992)浙江省湖州市人,1913年生,男,中共党员,核物理学家,中国科学院院士。

  1936年毕业于清华大学物理系,后赴法国巴黎大学居里实验室和法兰西学院原子核化学实验室从事原子核物理研究工作,获博士学位,1946年获法国科学院亨利·德巴微物理学奖金。1948年回国,历任清华大学物理系教授,北平研究院原子能研究所所长,中国科学院近代物理所(后改为原子能所)所长、计划局局长、副秘书长,二机部副部长、中国科学院副院长、中国物理学会理事长、中国核学会名誉理事长、中国科学院特邀顾问。1992年逝世。

  中国原子能事业的开拓者和奠基人之一。50年代领导建成中国第一个重水型原子反应堆和第一台回旋加速器,以及一批重要仪器设备。使我国的堆物理、堆工程技术、钎化学放射生物学、放射性同位素制备、高能加速器技术、受控热核聚变等科研工作,都先后开展起来。在苏联政府停止对中国的技术援助后,一方面迅速选调一批优秀核科技专家去二机部,直接负责原子弹研制中各个环节的攻坚任务,一方面会同中国科学院有关领导人,组织联合攻关。使许多关键技术得到及时解决,为第一颗原子弹和氢弹的研制成功作出重要贡献。早在1960年,即在原子能所组织中子物理理论与实验两个研究组开展氢弹的预研工作,为氢弹研制作了理论准备,促成了中国在第一颗原子弹爆炸后仅两年零八个月,就研制成了氢弹。


  邓稼先

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  邓稼先 (1924-1986)安徽省怀宁县人,1924年生,男,中共党员,核物理学家,中国科学院学部委员。

  1945年毕业于西南联合大学物理系,后在北京大学任教。1948年10月缚美国普渡大学物理系留学,1950年获物理学博士学位,同年回国。历任中国科学院近代物理研究所助研、副研究员,二机部第九研究所理论部主任、第九研究院副院长、院长,国防科工委科技委副主任,核工业部科技委副主任等职。中共第12届中央委员。1986年逝世。

  在原子弹、氢弹研究中,领导开展了爆轰物理、流体力学,状态方程、中子输运等基础理论研究,对原子弹的物理过程进行了大量模拟计算和分析,迈出了中国独立研究核武器的第一步。领导完成原子弹的理论方案,并参与指导核试验的爆轰模拟试验。原子弹试验成功后,立即组织力量,探索氢弹设计原理,选定技术途径。1982年获国家自然科学奖一等奖,1985年获两项国家科技进步奖特等奖,1986年获全国劳动模范称号,1987年和1989年各获一项国家科技进步奖特等奖。


  陈景润

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  陈景润(1933-1996)福建福州人,1953年毕业于厦门大学数学系,中国科学院数学研究所研究员。主要从事解析数论方面的研究,并在哥德巴赫猜想研究方面取得国际领先的成果。50年代对高斯圆内格点、球内格点、塔里问题与华林问题作了重要改进。60年代以来对筛法及其有关重要问题作了深入研究,1966年5月证明了命题“1+2”,将200多年来人们未能解决的哥德巴赫猜想的证明大大推进了一步。这一结果被国际上誉为“陈氏定理”;其后又对此作了改进,将最小素数从原有的80推进到16,深受称赞。

  陈景润是世界著名解析数论学家之一,他在50年代即对高斯圆内格点问题、球内格点问题、塔里问题与华林问题的以往结果,作出了重要改进。60年代后,他又对筛法及其有关重要问题,进行广泛深入的研究。

  1966年屈居于六平方米小屋的陈景润,借一盏昏暗的煤油灯,伏在床板上,用一支笔,耗去了几麻袋的草稿纸,居然攻克了世界著名数学难题“哥德巴赫猜想”中的(1+2),创造了距摘取这颗数论皇冠上的明珠(1+ 1)只是一步之遥的辉煌。他证明了“每个大偶数都是一个素数及一个不超过两个素数的乘积之和”,使他在哥德巴赫猜想的研究上居世界领先地位。这一结果国际上誉为“陈氏定理”,受到广泛征引。这项工作还使他与王元、潘承洞在1978年共同获得中国自然科学奖一等奖。他研究哥德巴赫猜想和其他数论问题的成就,至今,仍然在世界上遥遥领先。世界级的数学大师、美国学者阿 ·威尔(AWeil)曾这样称赞他:“陈景润的每一项工作,都好像是在喜马拉雅山山巅上行走。”

  陈景润于1978年和1982年两次收到国际数学家大会请他作45分钟报告的邀请。这是中国人的自豪和骄傲。他所取得的成绩,他所赢得的殊荣,为千千万万的知识分子树起了一面不凋的旗帜,辉映三山五岳,召唤着亿万的青少年奋发向前。

  陈景润共发表学术论文70余篇。


  杨乐

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  杨乐,著名基础数学家。江苏南通人,1939年11月10日生。现任中国数学会理事长、中国科学院院士、数学研究所研究员、博士生导师。由于在函数模分布论、辐角分布论、正规族等方面的研究成果突出获得华罗庚数学奖。

  杨乐1956年起就读于北京大学数学力学系,1962年毕业后,考入中国科学院数学研究所做研究生,1966年毕业即从事数学研究工作。其间,1977年任副研究员,1979年任研究员,1982年任数学研究所副所长,1987年起任数学研究所所长。先后当选为第六、七、八届全国政协委员,第五、六届全国青年联合会副主席,中国科协全国委员会第三届委员、第四届常委,中国数学会常务理事、秘书长、理事长;先后担任第三届国务院学位委员会委员、第一、二、三、届国务院学位委员会数学评议组成员,中国科学院基金委员会委员,第三、四届全国自然科学奖励委员会委员,《数学学报》主编,《Results in Mathematics》、《中国科学》、《科学通报》编委等职。1980年11月当选为中国科学院数学物理学部学部委员。

  杨乐在复分析,特别是整函数与亚纯函数的值分布理论方面有系统的、深入的研究、其成果获得了国内外同行的高度评价和广泛引用,主要研究成果有:合作研究了整函数与亚纯函数的亏值与波菜尔方向间的联系,首次在这两个基本概念间建立了紧密和准确的关系;对亚纯函数及其导数的总亏量给予了精确估计,回答了区律欣(D·Drasin)提出的几个问题;引进了亏函数的概念,证明了下级为有究的亚纯函数的亏函数至多是可数的,并给亏量以适当的估计,该课题在80年代为国际上同行所重视;对亚纯函数的奇异方向进行了深入研究,引进了新的奇异方向,对奇异方向的分布给出了简单明了的充要条件(其中部分工作与他人合作);对全纯与亚纯函数的正规族作了系统研究,获得了一些新的正规定则,并建立了正规族与不动点之间的联系;与英国一著名数学家合作研究了角域内全纯与亚纯函数的正规族作了系统研究,获得了一些新的正规定则,并建立了正规族与不动点之间的联系;与英国一著名数学家合作研究了角域内全纯函数的增长与取值问题,解决了著名数学家立特活德的一个猜想;证明了有穷下级为μ的整函数,若其级不低于μ的波莱尔方向数目为有究,则它和所有各级原函数的有究非零亏值数目总和不超过2μ;还将海曼基本不等式两个主项的系数大大降低,成为目前这个课题最好的结果。他于1978年获全国科学大会奖,1982年与张广厚获国家自然科学二等奖。

  多年来,杨乐发表了60余篇学术论文和2本专著,编辑了5本论文集。其专著获1983年全国优秀科技图书一等奖和首届国家图书奖(1994年)。

  1979年以来,杨乐先后在美国康乃尔大学、普渡大学,瑞典皇家科学院,美国普林斯顿高等研究所、哈佛大学、圣母大学作访问教授,应邀到美国、英国、苏联、德国、日本、瑞典、芬兰等到国50多所大学和研究所作学术演讲,在10余次国际学术会议上作主报告或邀请报告。





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----往事总难梦里般恬醉
隐身或者不在线

回复时间:2005-1-31 12:08
  麦克斯韦

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  麦克斯韦(1831-1879)是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果,建立了第一个完整的电磁理论体系,不仅科学地预言了电磁波的存在,而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性,完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果,奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。

  麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡,他的父亲原是律师,但他的主要兴趣是在制作各种机械和研究科学问题,他这种对科学的强烈爱好,对麦克斯韦一生有深刻的影响。麦克斯韦10岁进入爱丁堡中学, 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》,反映了他在几何和代数方面的丰富知识。16岁进入爱丁堡大学学习物理,三年后,他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时,打下了扎实的数学基础,为他尔后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。他阅读了W.汤姆生的科学著作,他十分赞同法拉第提出的新观点,并且精心研究法拉第的《电学的实验研究》一书。他以法拉第的力线概念为指导,透过这些似乎杂乱无章的实验记录,看出了它们之间实际上贯穿着一些简单的规律。于是,他发表了第一篇电磁学论文《论法拉第的力线》。在这篇论文中,法拉第的力线概念获得了精确的数学表述,并且由此导出了库仑定律和高斯定律。这篇文章还只是限于把法拉第的思想翻译成数学语言,还没有引导到新的结果。1862年他发表了第二篇论文《论物理力线》,不但进一步发展了法拉第的思想,扩充到磁场变化产生电场,而且得到了新的结果:电场变化产生磁场,由此预言了电磁波的存在,并证明了这种波的速度等于光速,揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三篇论文《电磁场的动力学理论》,从几个基本实验事实出发,运用场论的观点,以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电磁学大成的划时代著作,全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果,建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。

  麦克斯韦在总结前人工作的基础上,引入位移电流的概念,建立了一组微分方程。这方程组确定电荷、电流(运动的电荷)、电场、磁场之间的普遍联系,是电磁学的基本方程,麦克斯韦方程组表明,空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场,而变化的电场又能激发涡旋磁场。交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。麦克斯韦方程还说明,电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化,由此式可证明电微波在以太(即真空)中传播的速度,等于光在真空中传播的速度。这不是偶然的巧合,而是由于光和电磁波在本质上是相同的。光是一定波长的电磁波,这就是麦克斯韦创立的光的电磁学说。

  麦克斯韦被大多数近代物理学家看作是19世纪的科学家,但他对20世纪的物理学影响很大,他与牛顿和爱因斯坦齐名。1931年爱因斯坦在麦克斯韦生辰百年纪念会上曾指出:麦克斯韦的工作“是牛顿以来,物理学最深刻和最富有成果的工作”,从而使物理现实的概念得到了改变。麦克斯韦提出的电磁辐射的概念和他的场方程组,是根据法拉第的电力线和磁力线的实验观察提出来的,从而引出了爱因斯坦的狭义相对论,并建立了质量和能量的等效性原理。使麦克斯韦成为历史上最伟大的科学家之一的工作是他关于电磁学的研究,麦克斯韦说,他最重要的工作是把法拉第的物理观点用数学表达出来。麦克斯韦曾表示电磁波是能在实验室内产生的,这种可能性首先由赫兹在1887年实现了,这时麦克斯韦以去世8年。所以,具有广泛应用价值的无线电工业实际上来源于麦克斯韦的著述。在电磁理论以外,麦克斯韦在物理学其他领域中也有重大贡献。20多岁时麦克斯韦曾写过一篇有关土星的论文证实土星外围的那些换都是由一块块不相粘附的物质组成的,100多年以后当一架“航行者”太空推测器到达土星周围时,证实了这一理论。1871年麦克斯韦被推选为卡文迪什讲座教授。他设计了卡文迪什实验室,而且亲自监督施工。

  麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面,同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统计物理学等方面,都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克(Max Plank l858—1947)指出的:“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上,永放光芒。从生地来说,他属于爱丁堡;从个性来说,他属于剑桥大学;从功绩来说,他属于全世界”。



  欧姆

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  乔治·西蒙·欧姆(1789-1854)生于德国埃尔兰根城,父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学,由于经济困难,中途缀学,到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很有天才和科学抱负的人,他长期担任中学教师,由于缺少资料和仪器,给他的研究工作带来不少困难,但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究,自己动手制作仪器。

  欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发,导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为,电流现象与此相似,猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力,即现在所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源,但是因为电流不稳定,效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源,从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小,这在当时还是一个没有解决的难题。开始,欧姆利用电流的热效应,用热胀冷缩的方法来测量电流,但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来,巧妙地设计了一个电流扭秤,用一根扭丝悬挂一磁针,让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置;再用铋和铜温差电池,一端浸在沸水中,另一端浸在碎冰中,并用两个水银槽作电极,与铜线相连。当导线中通过电流时,磁针的偏转角与导线中的电流成正比。他将实验结果于1826年发表。1827年欧姆又在《电路的数学研究》一书中,把他的实验规律总结成如下公式:S=γE。式中S表示电流;E表示电动力,即导线两端的电势差,γ为导线对电流的传导率,其倒数即为电阻。

  欧姆定律发现初期,许多物理学家不能正确理解和评价这一发现,并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视,经济极其困难,使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金牌,才引起德国科学界的重视。

  欧姆在自己的许多著作里还证明了:电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积和传导性成反比;在稳定电流的情况下,电荷不仅在导体的表面上,而且在导体的整个截面上运动。

  人们为纪念他,将测量电阻的物理量单位以欧姆的姓氏命名。



  安培

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  安培(André Marie Ampè 1775~1836年),法国物理学家,对数学和化学也有贡献。1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显出数学才能。他的父亲信奉J.J.卢梭的教育思想,供给他大量图书,令其走自学的道路,于是他博览群书,吸取营养;卢梭关于植物学的著作燃起了他对科学的热情。

  科学成就

  1.安培最主要的成就是1820~1827年对电磁作用的研究。

  ①发现了安培定则

  奥斯特发现电流磁效应的实验,引起了安培注意,使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动,他全部精力集中研究,两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告,以后这个定则被命名为安培定则。

  ②发现电流的相互作用规律

  接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。

  ③发明了电流计

  安培还发现,电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似,创制出第一个螺线管,在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。

  ④提出分子电流假说

  他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性。当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实,它带有相当大的臆测成分;在今天已经了解到物质由分子组成,而分子由原子组成,原子中有绕核运动的电子,安培的分子电流假说有了实在的内容,已成为认识物质磁性的重要依据。

  ⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律

  安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”,1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位“安培”以他的姓氏命名。

  他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程;他几乎与H戴维同时认识元素氯和碘,导出过阿伏伽德罗定律,论证过恒温下体积和压强之间的关系,还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。

  3.“电学中的牛顿”

  安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一,还把安培誉为“电学中的牛顿”。

  安培还是发展测电技术的第一人,他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器,以后经过改进称电流计。

  安培在他的一生中,只有很短的时期从事物理工作,可是他却能以独特的、透彻的分析,论述带电导线的磁效应,因此我们称他是电动力学的先创者,他是当之无愧的。



  高斯

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  高斯(1777-1855)是德国数学家 ,也是科学家,他和牛顿、阿基米德,被誉为有史以来的三大数学家。高斯是近代数学奠基者之一,在历史上影响之大, 可以和阿基米德、牛顿、欧拉并列,有“数学王子”之称。

  他幼年时就表现出超人的数学天才。1795年进入格丁根大学学习。第二年他就发现正十七边形的尺规作图法。并给出可用尺规作出的正多边形的条件,解决了欧几里得以来悬而未决的问题。

  高斯的数学研究几乎遍及所有领域,在数论、代数学、非欧几何、复变函数和微分几何等方面都做出了开创性的贡献。他还把数学应用于天文学、大地测量学和磁学的研究,发明了最小二乘法原理。高理的数论研究 总结 在《算术研究》(1801)中,这本书奠定了近代数论的基础,它不仅是数论方面的划时代之作,也是数学史上不可多得的经典着作之一。高斯对代数学的重要贡献是证明了代数基本定理,他的存在性证明开创了数学研究的新途径。高斯在1816年左右就得到非欧几何的原理。他还深入研究复变函数,建立了一些基本概念发现了着名的柯西积分定理。他还发现椭圆函数的双周期性,但这些工作在他生前都没发表出来。1828年高斯出版了《关于曲面的一般研究》,全面系统地阐述了空间曲面的微分几何学,并提出内蕴曲面理论。高斯的曲面理论后来由黎曼发展。 高斯一生共发表155篇论文,他对待学问十分严谨,只是把他自己认为是十分成熟的作品发表出来。其著作还有《地磁概念》和《论与距离平方成反比的引力和斥力的普遍定律》等。

  高斯最出名的故事就是他十岁时,小学老师出了一道算术难题:“计算1+2+3…+100=?”。 这可难为初学算术的学生,但是高斯却在几秒后将答案解了出来,他利用算术级数(等差级数)的对称性,然后就像求得一般算术级数和的过程一样,把数目一对对的凑在一起:1+100,2+ 99,3+98,……49+52,50+51 而这样的组合有50组,所以答案很快的就可以求出是: 101×50=5050。

  1801年高斯有机会戏剧性地施展他的优势的计算技巧。那年的元旦,有一个后来被证认为小行星并被命名为谷神星的天体被发现当时它好像在向太阳靠近,天文学家虽然有40天的时间可以观察它,但还不能计算出它的轨道。高斯只作了3次观测就提出了一种计算轨道参数的方法,而且达到的精确度使得天文学家在1801年末和1802年初能够毫无困难地再确定谷神星的位置。高斯在这一计算方法中用到了他大约在1794年创造的最小二乘法(一种可从特定计算得到最小的方差和中求出最佳估值的方法在天文学中这一成就立即得到公认。他在《天体运动理论》中叙述的方法今天仍在使用,只要稍作修改就能适应现代计算机的要求。高斯在小行星”智神星”方面也获得类似的成功。

  由于高斯在数学、天文学、大地测量学和物理学中的杰出研究成果,他被选为许多科学院和学术团体的成员。“数学之王”的称号是对他一生恰如其分的赞颂。



  哈勃

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  美国天文学家爱德温·哈勃(1889-1953)是研究现代宇宙理论最著名的人物之一,是河外天文学的奠基人。他发现了银河系外星系存在及宇宙不断膨胀,是银河外天文学的奠基人和提供宇宙膨胀实例证据的第一人。

  哈勃在芝加哥大学学习时,受天文学家海尔启发开始对天文学发生兴趣。他在该校时即已获数学和天文学的校内学位;但毕业后却前往英国牛津大学学习法律,1913年在美国肯塔基州开业当律师。后来,他终于集中精力研究天文学,并返回芝加哥大学,在该校设于威斯康星州的叶凯士天文台工作。在获得天文学哲学博士学位和从军参战以后,他便开始在威尔逊天文台(现属海尔天文台)专心研究河外星系并作出新发现。20世纪20年代,天文界围绕星系是不是银河系的一部分这个问题展开了一场大讨论。他在1922~1924年期间发现,星云并非都在银河系内。哈勃在分析一批造父变星的亮度以后断定,这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年,因而一定位于银河系外。这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。

  1925年当他根据河外星系的形状对它们进行分类时,哈勃又得出第二个重要的结论:星系看起来都在远离我们而去,且距离越远,远离的速度越高。这一结论意义深远,以为一直以来,天文学家都认为宇宙是静止的,而现在发现宇宙是在膨胀的,并且更重要的是,哈勃于1929年还发现宇宙膨胀的速率是一常数。这个被称为哈勃常数的速率就是星系的速度同距离的比值。后来经过其他天文学家的理论研究之后,宇宙已按常数率膨胀了100~200亿年。

  20世纪初,大部分天文学家都认为宇宙不会膨胀出银河系。但20世纪20年代初,哈勃用当时最大的望远镜观察神秘的仙女座时,发现仙女座中的星云不是银河系的气体,而是一个完全独立的星系。在银河系之外存在许多其它的星系,宇宙比人类想象的要大许多。

  哈勃根据星系结构来区分星系,至今天文学上仍在延用哈勃的星系分类法。

  由于他对天文学的贡献,哈勃获得许多荣誉称号和奖章。在他的著作中,有《星云光谱的红移》和《哈勃星系图集》。



  笛卡儿

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  笛卡儿(Descartes,René)(1596-1660),法国数学家、科学家和哲学家。他是西方近代资产阶级哲学奠基人之一。他的哲学与数学思想对历史的影响是深远的。人们在他的墓碑上刻下了这样一句话:“笛卡儿,欧洲文艺复兴以来,第一个为人类争取并保证理性权利的人。”

  笛卡儿出生于法国,父亲是法国一个地方法院的评议员,相当于现在的律师和法官。一岁时母亲去世,给笛卡儿留下了一笔遗产,为日后他从事自己喜爱的工作提供了可靠的经济保障。8岁时他进入一所耶稣会学校,在校学习8年,接受了传统的文化教育,读了古典文学、历史、神学、哲学、法学、医学、数学及其他自然科学。但他对所学的东西颇感失望。因为在他看来教科书中那些微妙的论证,其实不过是模棱两可甚至前后矛盾的理论,只能使他顿生怀疑而无从得到确凿的知识,惟一给他安慰的是数学。在结束学业时他暗下决心:不再死钻书本学问,而要向“世界这本大书”讨教,于是他决定避开战争,远离社交活动频繁的都市,寻找一处适于研究的环境。1628年,他从巴黎移居荷兰,开始了长达20年的潜心研究和写作生涯,先后发表了许多在数学和哲学上有重大影响的论著。在荷兰长达20年的时间里,他集中精力做了大量的研究工作,在1634年写了《论世界》,书中总结了他在哲学、数学和许多自然科学问题上的看法。1641年出版了《行而上学的沉思》,1644年又出版了《哲学原理》等。他的著作在生前就遭到教会指责,死后又被梵蒂冈教皇列为禁书,但这并没有阻止他的思想的传播。

  笛卡儿不仅在哲学领域里开辟了一条新的道路,同时笛卡儿又是一勇于探索的科学家,在物理学、生理学等领域都有值得称道的创见,特别是在数学上他创立了解析几何,从而打开了近代数学的大门,在科学史上具有划时代的意义。

  笛卡儿的主要数学成果集中在他的“几何学”中。当时,代数还是一门比较新的科学,几何学的思维还在数学家的头脑中占有统治地位。在笛卡儿之前,几何与代数是数学中两个不同的研究领域。笛卡儿站在方法论的自然哲学的高度,认为希腊人的几何学过于依赖于图形,束缚了人的想象力。对于当时流行的代数学,他觉得它完全从属于法则和公式,不能成为一门改进智力的科学。因此他提出必须把几何与代数的优点结合起来,建立一种“真正的数学”。笛卡儿的思想核心是:把几何学的问题归结成代数形式的问题,用代数学的方法进行计算、证明,从而达到最终解决几何问题的目的。依照这种思想他创立了我们现在称之为的“解析几何学”。1637年,笛卡儿发表了《几何学》,创立了直角坐标系。他用平面上的一点到两条固定直线的距离来确定点的距离,用坐标来描述空间上的点。他进而又创立了解析几何学,表明了几何问题不仅可以归结成为代数形式,而且可以通过代数变换来实现发现几何性质,证明几何性质。解析几何的出现,改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向,把相互对立着的“数”与“形”统一了起来,使几何曲线与代数方程相结合。笛卡儿的这一天才创见,更为微积分的创立奠定了基础,从而开拓了变量数学的广阔领域。最为可贵的是,笛卡儿用运动的观点,把曲线看成点的运动的轨迹,不仅建立了点与实数的对应关系,而且把形(包括点、线、面)和“数”两个对立的对象统一起来,建立了曲线和方程的对应关系。这种对应关系的建立,不仅标志着函数概念的萌芽,而且标明变数进入了数学,使数学在思想方法上发生了伟大的转折--由常量数学进入变量数学的时期。正如恩格斯所说:“数学中的转折点是笛卡儿的变数。有了变数,运动进入了数学,有了变数,辨证法进入了数学,有了变数,微分和积分也就立刻成为必要了。笛卡儿的这些成就,为后来牛顿、莱布尼兹发现微积分,为一大批数学家的新发现开辟了道路。

  笛卡儿在其他科学领域的成就同样累累硕果。笛卡儿靠着天才的直觉和严密的数学推理,在物理学方面做出了有益的贡献。从1619年读了开普勒的光学著作后,笛卡儿就一直关注着透镜理论;并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分。笛卡儿坚信光是“即时”传播的,他在著作《论人》和《哲学原理》中,完整的阐发了关于光的本性的概念。他还从理论上推导了折射定律,与荷兰的斯涅耳共同分享发现光的折射定律的荣誉。他还对人眼进行光学分析,解释了视力失常的原因是晶状体变形,设计了矫正视力的透镜。在力学方面,他提出了宇宙间运动量总和是常数的观点,创造了运动量守恒定律,为能量守恒定律奠定了基础。他还指出,一个物体若不受外力作用,将沿直线匀速运动。

  笛卡儿在其他的科学领域还有不少值得称道的创见。他发展了宇宙演化论,创立了漩涡说。他认为太阳的周围有巨大的漩涡,带动着行星不断运转。物质的质点处于统一的漩涡之中,在运动中分化出土、空气和火三种元素,土形成行星,火则形成太阳和恒星。笛卡儿的这一太阳起源的旋涡说,比康德的星云说早一个世纪,是17世纪中最有权威的宇宙论。他还提出了刺激反应说,为生理学做出了一定的贡献。

  笛卡儿近代科学的始祖。笛卡儿是欧洲近代哲学的奠基人之一,黑格尔称他为“现代哲学之父”。他自成体系,熔唯物主义与唯心主义于一炉,在哲学史上产生了深远的影响。同时,他又是一位勇于探索的科学家,他所建立的解析几何在数学史上具有划时代的意义。笛卡儿堪称17世纪的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一,被誉为“近代科学的始祖”。



  拉瓦锡

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  安托万-洛朗·拉瓦锡(1743-1794)生于巴黎。拉瓦锡与他人合作制定出化学物种命名原则,创立了化学物种分类新体系。拉瓦锡根据化学实验的经验,用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用。这些工作,特别是他所提出的新观念、新理论、新思想,为近代化学的发展奠定了重要的基础,因而后人称拉瓦锡为近代化学之父。

  在学校是一个天才男孩。20岁时因出色地撰写了巴黎街道照明的设计文章而获得法国科学院的嘉奖。几年之后,即1768年,他被评选为法国科学院的“名誉院士”。

  他为后人留下的杰作是《化学概要》,这篇论文标志着现代化学的诞生。在这篇论文中,拉瓦锡除了正确地描述燃烧和吸收这两种现象之外,在历史上还第一次开列出化学元素的准确名称。名称的确立建立在物质是由化学元素组成的这个基础之上。而在此之前,这些元素有着不同的称谓。在书中,拉瓦锡将化学方面所有处于混乱状态的发明创造整理得有条有理。

  化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年,年仅20岁的拉瓦锡就取得了法律学士学位,并且获律师从业证书。拉瓦锡的父亲是一位颇有名气的律师,家境富有。所以拉瓦锡没有马上去律师,那时他对植物学发生了兴趣,经常上山采集标本使他又对气象学产生了兴趣。在地质学家葛太德的建议下,拉瓦锡师从巴黎著名的化学鲁教授伊勒教授。从此,拉瓦锡就和化学结下不解之缘。

  拉瓦锡的对化学的第一个贡献便是从试验的角度验证并总结了质量守恒定律。早在拉瓦锡出生之时,多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,他当时称之为“物质不灭定律”,其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据,特别是当时俄罗斯的科学还很落后,西欧对沙俄的科学成果不重视,“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。

  拉瓦锡用硫酸和石灰合成了石膏,当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细称量了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。他的导师鲁伊勒把失去水蒸气称为“结晶水”,从此就多了一个化学名词……结晶水。这次意外的成功使拉瓦锡养成了经常使用天平的习惯。由此,他总结出质量守恒定律,并成为他进行实验、思维和计算的基础。为了表明守恒的思想,用等号而不用箭头表示变化过程。如糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式:

  葡萄糖 == 碳酸(CO2)+ 酒精

  这正是现代化学方程式的雏形。为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义,拉瓦锡又撰文写到:

  “可以设想,参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式,再假定方程式中的某一项是未知数,然后通过实验,算出它们的值。这样,就可以用计算来检验实验,再用实验来验证计算。我就经常用这种方法修正实验初步结果,使我能通过正确的途径改进实验,直到获得成功。”

  拉瓦锡最重要的发现:燃烧原理,是他对化学研究的第二大贡献。伟大的科学家描述了最重要的气体:氧、氮和氢的作用。拉瓦锡最重要的发现是关于燃烧的原理。之所以能够有此发现,是因为他第一次准确地识别出了氧气的作用。事实上,科学家确认燃烧是氧化的化学反应,即燃烧是物质同某种气体的一种结合。拉瓦锡为这种气体确立了名称,即氧气,事实上就是“成酸的元素”的意思。

  拉瓦锡最终排除了当时流行极广的关于“燃素”的错误看法。按照那种理论,在燃烧期间,任何被燃烧的物质同一种被称为“燃素”的物质相分离。“燃素”被认为是整个燃烧过程的主导者。

  拉瓦锡还识别出了氮气。这种气体早在1772年就被发现了,但却被命名了一个错误的名称——“废气”(意思是“用过的气”,也就是没有燃素的气,因此不会再被用作燃烧的气)。拉瓦锡则发现这种“气体”实际上是由一种被称为氮的气体构成的,因为它“无活力”(来源于希腊语azofe)。后来,他又识别出了氢气,这个名称的意思是“成水的元素”。拉瓦锡还研究过生命的过程。他认为,从化学的观点看,物质燃烧和动物的呼吸同属于空气中氧所参与的氧化作用。

  1772年秋天,拉瓦锡照习惯称量了定量的白磷,使之燃烧、冷却后又称量灰烬(P2O5)的质量,发现质量竟然增加了!他又燃烧硫磺,同样发现灰烬的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。于是他又改进实验的方法:将白磷放入一个钟罩,钟罩里留有一部分空气,钟罩里的空气用管子连接一个水银柱(注:测定空气的压力)。加热到40℃时白磷就迅速燃烧,水银柱上升。拉瓦锡还发现“1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色灰烬(P2O5)。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量基本接近”。

  拉瓦锡的发现和当时的燃素学说是相悖的。燃素学说认为燃烧是分解过程,燃烧产物应该比可燃物质量轻。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月,他在实验记录本上写到:“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将新化学命名为“反燃素化学”。

  1775年,拉瓦锡对氧气进行研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气,实际上是吸收了氧气,与氧气化合,这就是彻底推翻了燃素说的燃烧学说。

  1777年,拉瓦锡批判燃素学说:“化学家从燃素说只能得出模糊的要素,它十分不确定,因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的,有时又没有重量;有时它是自由之火,有时又说它与土素相化合成火;有时说它能通过容器壁的微孔,有时又说它不能透过;它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫,每时每刻都在改变它的面貌。”

  1777年9月5日,拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》,系统地阐述了燃烧的氧化学说,将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言,逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断与古代炼丹术的联系,揭掉神秘和臆测的面纱,取而代之的是科学实验和定量研究。化学由此也进入定量化学(即近代化学)时期。因此称拉瓦锡是近代化学的奠基者,他当之无愧。

  拉瓦锡对化学的第三大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说,建立在科学实验基础上的化学元素的概念:“如果元素表示构成物质的最简单组分,那么目前我们可能难以判断什么是元素;如果相反,我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来,那么,我们现在用任何方法都不能再加以分解的一切物质,对我们来说,就算是元素了。”

  在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里,拉瓦锡列出了第一张元素一览表,元素被分为四大类:

  1.简单物质,光、热、氧、氮、氢等物质元素。

  2.简单的非金属物质,硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素等,其氧化物为酸。

  3.简单的金属物质,锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌等,被氧化后生成可以中和酸的盐基。

  4.简单物质,石灰、镁土、钡土、铝土、硅土等。

  1789年法国大革命爆发,拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。被诬陷与法国的敌人有来往,犯有叛国罪,于1794年5月8日处以绞刑。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说:“他们可以一瞬间把他的头割下,而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”





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----往事总难梦里般恬醉
隐身或者不在线

回复时间:2005-1-31 12:11
  居里夫人

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  最高原则   

  一八七七年的波兰,还是一个千疮百孔、支离破碎的国家。它被沙皇俄国、奥地利和普鲁士侵占着。

  在压迫中降生,在铁蹄下长大的小玛丽,对世间发生的这一切疑惑不解:为什么波兰的孩子不准学波兰话?为什么波兰的孩子不准看波兰书?为什么波兰的孩子要在沙俄监察员的监视下学习?放学回家的路上,玛丽问她的小伙伴:“沙皇要我们波兰干什么?他难道还不够富有吗?他的国土是那么大。”老师最了解孩子们的心里。当沙俄监察员不在的时候,秘密地讲授着波兰民族反抗侵略者的历史;秘密地传授着波兰的文化和语言;秘密地培养孩子们热爱祖国的感情。小玛丽回到家里,父亲和哥哥秘密地给她讲:“压迫会产生反抗”、“知识就是力量”,唤起她追求知识和提高学习成绩的强烈愿望。从此,小玛丽的心窝里,就埋下了对祖国热爱、对侵略者憎恨的感情。虽然她还只有十岁,不懂得怎样去反抗侵略者,但是那种决不屈服的性格却在她幼小的心灵里燃烧着;为祖国解放而学习的念头,在她的脑海里翻腾着。   

  玛丽由于学习刻苦,成绩优异,顺利地从小学升入中学,又以获得金质奖章的成绩在中学毕了业。她多么想继续升学和深造啊!可是,带着殖民枷锁和封建镣铐的波兰,大学是不收女生的。她梦想去巴黎学习物理和化学。可是,清贫的斯克洛道夫斯基一家,连生活都难以维持,又那里拿得出到外国求学的费用呢?何况她姐姐中学毕业已经三年了,幻想到巴黎学医的计划,一次次都变成了泡影。强烈的求知欲望没有使姊妹俩心灰意冷,而是更加倔强地向既定目标挺进。玛丽和姐姐分别去担任家庭教师,一点一滴地积蓄着去巴黎求学的费用。   

  一个春天的早晨,玛丽惊喜地告诉姐姐,她想出了一个到巴黎求学的好办法:“是这样,你把我们俩个节省下来的这一点钱都带上,先到巴黎去,我仍然留在这儿当家庭教师,把我挣来的钱都寄给你,等你当了医生,再设法接我到巴黎去学物理和化学。”多大的牺牲,多好的办法啊!玛丽的这一番话,使她姐姐感激地流下了热泪。打这以后,玛丽更加节衣缩食,按月把自己挣来的钱寄给在巴黎的姐姐,宁肯自己穷得身边连零花钱也没有,连写信的邮票都买不起。贫苦的生活影响不了玛丽刻苦学习的积极性。她为了多学一些,养成了每天早晨六点钟以前就起床学习的习惯,而晚上常常自修到深夜。她不仅刻苦自学,而且不辞辛苦地到波兰农村给孩子们讲授科学知识,到工厂女工中传播波兰文化,而这样做是随时都有可能被密探们发现,被沙俄监察员抓走的。可是玛丽的心目中只有一个念头:为被压迫的祖国服务,为祖国的解放而学。正象她给自己一位童年时代的朋友的信中所说:“我用尽了力量来应付这一切,再接再励……我有一个最高原则:不管是对人或者对事,都决不屈服!……”

  志在顶峰   

  有志者事竟成。度过五年艰苦岁月,玛丽用她倔强的两手开拓了达到理想境界的道路,姐姐获得了博士学位,妹妹踏上了新的征程。   

  玛丽来到巴黎索尔本学院求学,穿着褪了色、挂了丝的衣服;住着难以形容的简陋小屋;钱用光了,常常是整个星期用面包和茶水充饥。大学的图书馆象块有魔力的磁石,紧紧地吸引着玛丽。玛丽象块贪婪的海绵,拚命地吸吮着知识的乳汁。有一次,她正在图书馆里伏案攻读,突然晕倒在地,有的同学找来医 生给她做了检查。原来是因为玛丽忘记了吃饭。忘记吃饭,对于玛丽来说已经成为司空见惯的事了。她的姐夫、姐姐常常为这件事操心,玛丽也常常为这件忘却了的事情发笑。每当晚上十点钟,图书馆闭馆了,玛丽才带着婉惜的心情离去,回到自己的小屋里,在煤油灯下继续用功,一直到后半夜两点钟。当她躺在床上休息的时候,又被冻得不得不爬起来,把自己所有的衣服一件一件地全部穿上,再重新躺下。早晨起床的时候,洗脸盆里的水冻成冰块,就连水壶里的水也结成了冰。艰苦的生活,刻苦的学习,弄得这位年轻的姑娘面色苍白、容颜憔悴。然而,在向科学之巅攀登的玛丽,却象那冰山上的雪莲,开得那样火红,放射出绚丽的异彩。在索尔本学院的学位考试中,玛丽以她优异的成绩获得了物理学硕士第一名。从此,玛丽的研究内容扩充到许多方面。在研究金属磁性的试验中,在物理学会的会议席上,玛丽结识了优秀的物理学家皮埃尔·居里。在崎岖的小路上相识,在向科学顶峰的攀登中结成伴侣。从此玛丽、居里成了不可分开的名字。

  物理学家亨利·柏克勒尔发现:铀的盐类会发出一种看不见的射线。当时,这种神秘射线的来源对科学家们来说,还是一个算不出答案的难题。居里夫妇正是从解决这个难题入手,开始了他们共同的生活和战斗。他们经过反复的研究和试验,终于从沥青状铀矿里先后发现了放射性元素——“钋”和“镭”。亨利·柏克勒尔的难题攻下以后,居里夫妇并没有停止他们的脚步,而是继续向光辉的顶点前进!当时,几平所有的化学家、物理学家对于镭的发现都持观望态度。因此,居里夫妇又给自己提出了一个新的攻坚任务:下决心,从沥青状铀矿中取出“相当”分量的镭,拿出“真凭实据”来,证明这种“神密”射线的存在。

  没有钱买沥青状铀矿作试验,他们就用沥青状铀矿的残渣供试验用;没有实验室,他们就借用所在学校的一间简陋的木板房搞实验。两位科学家向大自然的开战就这样开始了。要把大量的矿渣加热,要在盛矿渣的大桶里每次搅拌好几个小时,是一项艰巨的体力劳动。小屋里散发出来的刺激性很强的蒸汽使人窒息。居里夫妇正是在这种恶劣的条件下,进行着提取“镭”的不懈的搏斗,为了使实验不间断,他们往往就在这里,边做实验,边做顿简单的饭来充饥。日复一日,年复一年,四年时间过去了,尽管居里夫妇历尽了千辛万苦,可是把镭分析出来的试验还是没有成功。

  不卫生的工作环境又使皮埃尔·居里患上了四肢疼痛的病症。玛丽身上的担子就更重了。她需要把大量的矿渣加热、搅拌,把大桶里的流汁倒出来,如蒸馏、结晶等等。化学处理的繁重劳动,累得玛丽瘫痪了一样。每到晚上,她照料完孩子,又要开始他们的论文写作,有时整年的时间在实验室里度过。这对年轻的夫妇没到过一次戏院、没有去听过一次音乐会,甚至没有访问过一次朋友。可是,仅用一年的时间,居里夫妇竟写出过三篇震撼世界的科学论文。正象玛丽·居里后来回顾这段艰苦历程时所说:“…在这 间简陋的木板房子里度过的几年,是我们一生中最有价值的、最幸福的、完全献身于工作的时期。”

  一九0二年深冬的一个雪夜,居里夫妇肩并着肩、手挽着手,迎着万家灯火,踏着厚厚的积雪,习惯地向他们的实验室走去。当皮埃尔·居里划火柴开门的时候,被玛丽·居里拦住说:“不要点亮。”他们摸黑走进小屋,顿时惊呆了。这间简陋的木板房简直成了一个魔宫:从瓶子里、罐子里、桶里放出一片晶莹的蓝光,特别是那支盛试验产物的玻璃管里,放射出来的光更加强烈。看不见的射线,看见了!神秘的射线揭穿了!他们日思夜想的镭诞生了!可是,谁曾想到这世界上第一克镭竟是居里夫妇从八吨沥青状铀矿的残渣碎屑中,经过整整四年的辛勤劳动才提炼出来的。它象镶嵌在科学之巅的一颗明亮的珍珠,被不畏劳苦的居里夫妇亲手摘下来了!这一克镭的诞生包含着居里夫妇多少次失败的教训,多少次胜利的喜悦呵!至于究竟盛着他们多少劳动的汗水和脑汁,那却是无法计算了,但是从居里夫人还在学生时代给她哥哥的信中,我们可以看到这个伟大事业的成功所在:

  “人必须有耐心,特别是要有信心”,“我应该相信,自己对于某种事业有特殊的才干,并且应该不惜任何代价来完成这个事业。”

  鄙视功利   

  居里夫妇发现镭的伟大功绩和获得诺贝尔奖金的荣誉,象一声春雷轰动了整个世界。外国科学界的诚挚邀请电,各地发来的热情贺信,象雪片一样飞来;怀着崇高敬意的来访者络绎不绝;毫不相识的人,请求他们亲笔签名留念;摄影师赶来拍照;新闻记者前来采访……当玛丽·居里还是一个默默无闻的穷学生时,饥饿、寒冷、清贫和冷眼包围着她、侵扰着她,她对这一切曾做出响铮铮地回答:决不屈服!刻苦学习!今天,当百万法郎、灿灿的金质奖章向她微笑的时候;当成功、荣誉、祝贺象潮水般涌来的时候,居里夫妇用坚定的行动,表现了他们具有高贵的品质;毫不夸耀,谦虚忘我!

  一次,有一位报社记者前来采访这位科学家,想把她的事迹报道出去。她坚定地回答:“在科学上重要的是研究出来的‘东西’,不是研究者的‘个人’。”   

  对于研究出来的东西——镭,有几位朋友劝他们申请生产镭的专利权。玛丽·居里代表她的丈夫作出了这样的决定:“不应该这样做。这是违背科学精神的。科学家的研究成果应该公开发表,不受任何限制。——如果我们的发现可以获利,这只是一件偶然的事情,在这上面我们不应该有什么优先权。何况镭是对于病人有好处的……依我看,我们不应当借此来谋利。”他们把这个伟大的发现交给工业界和医学界广泛利用,并不谋求个人的任何私利。   

  巨额的诺贝尔奖金,对于一向清贫的居里夫人来说,并不希罕它,而是把大量的奖金赠送给波兰的大学生、贫困的女友、实验室的助手、没有钱的女学生、教过她的老师、资助过她的亲属。

  瑞士的日内瓦大学公开提议,给他们提供优厚的待遇,聘请他们到大学讲学。做为普通中学教师的居里夫妇认为,这样做尽管对自己有利,但会影响甚至会中断他们的研究工作,因而谢绝了,仍旧在他们那间破旧的木板房里作实验。   

  皮埃尔·居里逝世以后,居里夫人把他们共同研究的成果,价值一百万法郎的镭,无偿地赠送给了一个研究治癌的实验室。她说:“只要能治好病,甚至只要能够使病人减轻一些痛苦,那么我们的工作就不算是徒劳的了。”许多朋友责怪她,没有把这笔财产留给自己的孩子。居里夫人却有自己的见解,她说:“贫困固然不大好受”,“但是富裕却也没有必要,甚至是很讨厌的。”她要求自己的孩子,用勤劳的双手去开拓自己的生活道路。而她给孩子们留下的却是那独立不羁的精神和鄙视功利的高尚品德。   

  有名的学者爱因斯坦曾经这样评价居里夫人:“在我所认识的所有著名人物里面,居里夫人是唯一不为盛名所颠倒的人。”

  英勇献身   

  一九一四年第一次世界大战爆发了。   

  当德国侵略军逼近巴黎的时候,居里夫人毅然走上了反侵略战争的战场。她用她所掌握的科学知识,努力为伤员们服务。为了很快检查出受伤者身上的枪弹和弹皮的所在位置,及时为伤员实施手术,解除他们的痛苦和死亡,居里夫人研究用汽车上的发动机发电,在汽车上安上一套爱克斯光射线设备。这种活动的爱克斯射线车,士兵们亲切地叫它“小居里”。一天早晨,居里夫人乘坐的那辆“小居里”突然发生了事故,跌进了路旁的战壕里,居里夫人被擦伤、摔昏了,这可把年轻的司机吓坏了,表示再也不敢开汽车。居里夫人在战争期间开始刻苦学习驾驶技术。几个星期后,她又成了一名合格的司机。从此,居里夫人亲自驾着汽车,不知疲倦地从一个诊疗站跑到另一个诊疗站,一下车,就投入了透视、照像的紧张战斗……   

  如果说居里夫人在这炮火连天的战场上,英勇的献身精神是可歌可泣的,那么,她在那无声无响的实验室里,英勇的献身精神。更使人肃然起敬。居里夫人继镭的发现之后,又成为爱克斯光射线学方面的权威,并着手提炼放射性元素“锕”。几十年来,居里夫人由于长期从事放射性物质的研究工作,加上恶劣的实验环境和对身体保护的不够严格,时常受到放射性元素的侵袭,使她的血液渐渐受到了破坏。她患有肺病、眼病、胆病、肾病,甚至患过神经错乱症。但是,在居里夫人看来,科学研究要比她本身的健康更重要。她曾为了能参加世界物理学大会,请求医生延期施行肾脏手术;她曾带病回国参加镭研究所的开幕典礼。她曾忍受着眼睛失明的恐惧,顽强地进行科学研究。直到她生命的最后一息,由于恶性贫血、高烧不退,躺在床上的时候,仍然要求她的女儿向她报告实验室里的工作情况,替她校对她写的《放射性》著作。居里夫人把她的一生完全献给了伟大的科学事业。

  一九三四年七月四日,原子时代的先驱、镭的“母亲”——居里夫人与世长辞了。但是,她那决不屈服的最高原则、志在顶峰的雄心壮志、鄙视功利的高尚品德、英勇献身的实际精神,将永远铭刻在人们的心中,激励人们向新的目标前进!



  冯·诺伊曼

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  冯·诺伊曼(Neumann,John von)(1903-1957),是20世纪最杰出的数学家之一,于1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,已成为计算机设计的基本原则。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献,他被誉为“计算机之父”。

  诺伊曼于1903年出生于匈牙利的布达佩斯。他是一个数字神童,11岁时已显示出数学天赋。12岁的诺伊曼就对集合论,泛函分析等深奥的数学领域了如指掌。青年时期,诺伊曼从著名数学家希尔伯特,从此,他更是如鱼得水,在数学在海洋中畅游。在获得数字博士之后,他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授,那时,他还不到30岁。

  诺伊曼不仅是个数学天才,在其他领域也大有建树。他精通七种语言,在化学方面也有相当的造诣,曾获苏黎世高等技术学院化学系大学学位。更为难得的是,他并不仅仅局限于纯数学上的研究,而是把数学应用到其他学科中去。他对经典力学、量子力学和流体力学的数学基础进行过深入的研究,并获得重大成果,这些都说明诺伊曼具备了坚实的数理基础,和广博的知识,为他后来从事计算机逻辑设计提供了坚强的后盾。

  1944年,诺伊曼参加原子弹的研制工作,该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中,要对一个反应的传播做出“是”或“否”的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令,尽管最终的数据并不要求十分精确,但所有的中间运算过程均不可缺少,且要尽可能保持准确。他所在的洛·斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员,利用台式计算机从早到晚计算,还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。

  被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了ENIAC计算机的研制计划,从此他投身到计算机研制这一宏伟的事业中,建立了一生中最大的丰功伟绩。

  1944年夏的一天,正在火车站候车的诺伊曼巧遇戈尔斯坦,并同他进行了短暂的交谈。当时,戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人,他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈在,戈尔斯坦告诉了诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的诺伊曼为这一研制计划所吸引,他意识到了这项工作的深远意义。

  几天之后,诺伊曼专程来到莫尔学院,参观了尚未竣工的这台庞大的机器,并以其敏锐的眼光,一下子抓住了计算机的灵魂--逻辑结构问题,令年轻的ENIAC的研制们敬佩不已。

  因实际工作中对计算的需要以及把数学应用到其他科学问题的强烈愿望,使诺伊曼迅速决定投身到计算机研制者的行列。对业已功成名就的诺伊曼来说,这样做需要极大的勇气,因为这是一个成败未卜的新征途,一旦失败,会影响他已取得的名誉和地位。诺伊曼却以对新事物前途的洞察力,毅然决然地向此征途迈出了第一步,于1944年8月加入莫尔计算机研制小组,为计算机研制翻开了辉煌的一页。

  诺伊曼以其非凡的分析、综合能力及雄厚的数理基础,集众人之长,提出了一系列优秀的设计思想,在他和莫尔小组其他成员的共同努力下,只经历了短短的十个月,人类在数千年中积累起来的科学技术文明,终于结出了最激动人心的智慧之花--一个全新的存储程序通用电子计算机方案(EDVAC方案)诞生了。

  诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题,起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。报告明确规定,EDVAC计算机由计算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出五大部分组成,并阐述了这五大部分的职能和相互关系。这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时代开始了。

  1954年6月,诺伊曼到美国普林斯顿高级研究所工作,出任ISA计算机研制小组的主任职位。在那时,他提出了更加完善的设计报告“电子计算装置逻辑结构初探”。报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。

  设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。

  实践证明了诺伊曼预言的正确性。如今,逻辑代数的应用已成为设计电子计算机的重要手段,在EDVAC中采用的主要逻辑线路也一直沿用着,只是对实现逻辑线路的工程方法和逻辑电路的分析方法作了改进。

  程序内存是诺伊曼的另一杰作。通过对ENIAC的考察,诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点--没有真正的存储器。ENIAC只在20个暂存器,它的程序是外插型的,指令存储在计算机的其他电路中。这样,解题之前,必需先相好所需的全部指令,通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间,而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。

  针对这个问题,诺伊曼提出了程序内存的思想:把运算程序存在机器的存储器中,程序设计员只需要云存储器中寻找运算指令,机器就会自行计算,这样,就不必每个问题都重新编程,从而大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现,标志着电子计算机的成熟,已成为电子计算机设计的基本原则。   

  冯·诺伊曼为计算机的发展道路打通了一道道关卡。尽管长期以来,关于二进制的引入和程序内存的发明权一直有争议,但是,诺伊曼在计算机总体配置和逻辑设计上所做的卓越贡献掀起了一次计算机热潮。推动了电子计算机的发展。他无愧于“计算机之父”这一美称。



  麦哲伦

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  麦哲伦(约1480-1521)(Magellan,Ferdinand),葡萄牙著名航海家和探险家,先后为葡萄牙(1505~1512)和西班牙(1519~1521)作航海探险。从西班牙出发,绕过南美洲,发现麦哲伦海峡,然后横渡太平洋。虽在菲律宾被杀,他的船只继续西航回到西班牙,完成第一次环球航行。被认为是第个环球航行的人。

  麦哲伦出身于贵族家庭,1505年参加葡萄牙海军去印度作战。虽然葡萄牙在非洲东海岸及印度西海岸作战胜利,从而打破了印度洋上的穆斯林势力,也从阿拉伯人手中夺取了海上贸易控制点,但没能控制马六甲,其成就还欠完美。为此,1511年参加攻占马六甲之役。东方的财富经过马六甲流入西方世界的港埠,葡萄牙因控制了马六甲海峡,掌握了通往马来西亚海域与港口的钥匙。但还需要向香料群岛、产生财富的摩鹿加群岛探险。因此于1511年12月作一次侦察航行,到达班达岛后,带了一批香料于1512年回里斯本,次年随军攻打摩洛哥要塞阿萨莫尔,因受伤成终身跛脚。1514年回国后两次上奏国王要求晋级和增加年金,均被拒绝。

  1517年麦哲伦偕同宇宙学者法菜罗去西班牙,放弃葡萄牙国籍,转为西班牙国王查理一世服务。1518年出任远征船队队长,前往为西班牙开辟新的通往摩鹿加的路线。麦哲伦自信能发现一条从大西洋通往南面的海的海峡。1519年9月20日船队启航,270名水手来自9个国家。9月26日到达特内里费岛,10月3日继续向巴西远航;曾在几内亚岸外停泊。11月29日航行到圣奥古斯丁角西南方27里格处(1里格约为5千米)。绕过卡布弗里乌之后,12月13日,船队到达里约热内卢湾。次年3月到达圣朱利安港。

  在镇压了西班牙船长们发起的叛乱后,1520年8月24日离开圣利安港,船队继续南下,10月21日绕过维尔京角时,在南纬52度50分处进入他们要找的海峡(后以麦哲伦的名字命名)。到达淘峡西端,船队只剩下3条船。10月28日进入“南面的海”。回海域风平浪静,被称为“太平洋”。船员们忍受着饥饿的折磨,借助于秘鲁洋流的推动,在麦哲伦无情的决定下,进行横渡太平洋的伟大航行。

  12月18日船队从智利海岸向西北航行,1521年1月24日才看见陆地,可能是土阿莫图群岛的普卡普卡。2月13日在西经158度处穿过赤道,3月6日在马里亚纳群岛中的关岛首次登陆,获得99天以来第一次弄到的新鲜食品。3月9日起航,向西南方向进发。后在今菲律宾群岛的马萨瓦登陆,为西班牙在太平洋找到第一个同盟者。在宿务岛,使地方统治者及其官员们皈依天主教。不到两个月之后,4月27日麦哲伦在麦克坦岛上与当地人作战时被杀。麦哲伦死后,只有两条船到达摩鹿加,而只有“维多利亚”号于1522年9月由埃尔卡诺指挥回到西班牙。生还者还有另外17名欧洲人和4名印第安人。埃尔卡诺从太平洋绕好望角回到大西洋,证明地球是圆的。

  麦哲伦的突出贡献不在于环球航行本身,而在其大胆的信念和对这一事业的出色指挥。他是第一个从东向西跨太平洋航行的人。他以3个多月的航行,改变了当时流行的观念:从新大陆乘船向西只消几天便可到达东印度。麦哲伦船队的环球航行,用实践证明了地球是一个圆体,不管是从西往东,还是从东往西,毫无疑问,都可以环绕我们这个星球一周回到原地。这在人类历史上,永远是不可磨灭的伟大功勋。



  哈维

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  大凡在科学史上有所发现、有所发明、有所创造的人,都是敢于向权威挑战的人。哥白尼敢于怀疑亚里士多德的理论,怀疑“地心说”,才创立了全新的“日心说”。到了17世纪初,又出现了一位敢于向权威提出怀疑的学者——哈维。

  哈维(1578-1657)(Harvey,William),出生于英国的一个富裕农民的家里。他19岁毕业于英国的剑桥大学,之后到意大利留学,5年后他成为医学博士。在意大利学医时,他还常常去听伽利略讲授的力学和天文,深受这位教授的影响,使他的求知欲已跨越了学科的界线。伽利略注重实验的做法,对哈维影响极大,这为他日后研究医学,发现人的血液循环奠定了基础。

  说到认识人的血液循环时,对于今天的青少年来讲,似乎无人怀疑过。然而,在古代,要认识它可不容易,而且多少科学家、学者付出了昂贵的代价——鲜血和生命。

  在古代,著名学者、哲学家亚里士多德的言论,被誉为仅次于神的权威,不容置疑。他对于人的血液循环毫无认识,因而十分错误地提出人体内(血管内)充满着空气。这种错误的说法延续了几百年,直到1800年前,被一位古罗马的神医盖仑否定,他指出人血管里流的是血。显然,比亚里士多德前进了一大步。

  盖仑的理论认为,血液在人体内像潮水一样流动之后,便消失在人体四周。由于他是一位名望极高的神医,于是人们1千年内都把他这种血液理论奉为真理,不许怀疑。

  然而,科学是不断发展的。到了16世纪,欧洲文艺复兴,促进了科学的发展。当时比利时的医生维萨里认为盖仑的理论是错误的。不久,西班牙的医生、宗教的改革者塞尔维特便提出了血液在心肺之间进行小循环的看法,这两位巴黎大学里的同学,相继向权威盖仑进行挑战。但是他们都付出了惊人的代价,维萨里受到宗教裁判所的迫害,被判处死刑。塞尔维特由于出版了《基督教的复兴》触犯了西班牙教会,有人扬言要处死他,他便逃往日内瓦。可惜仍没有逃过劫难,他被人出卖,1553年10月,在日内瓦被当作“异教徒”,活活烧死。这两位医生为了研究人的血液循环,向权威挑战,献出了宝贵的生命。

  科学探索是无止境的。半个世纪之后,已经成长为医生的哈维继承了他们的事业,他决心弄清人体血液的奥秘,认为如能突破对于治病救人必将有新的贡献。于是,他选择血液这一专题,进行秘密研究。

  可以说,哈维是医生、生理学家、胚胎学家。他一生中写过大量的科学论著,但是只发表了《心血运动论》和《论动物的生殖》两书以及几封为《心血运动论》辩护的公开信。其中1628年,发表的划时代著作《关于动物心脏与血液运动的解剖研究》(中译名称以《心血运动论》驰名)标志着近代生理学的诞生,同时也奠定了哈维在科学发展史上的重要地位。在哈维晚年时,他在伦敦的寓所遭到抢劫,后又被大火焚烧,留下的手稿仅有两部,一部是论述感觉的,一部是论述动物运动的。 在《心血运动论》中,哈维提供了大量的证据,其中包括人的临床观察、尸体解剖、许多种类动物的解剖与观察,而且利用定量思想、逻辑分析和生理测试,从各个方面证明心脏是一个可以泵出血液的肌肉实体,血液以循环的方式在血管系统中不断流动。

  哈维系统地分析了前人的研究情况:公元前3世纪古希腊的医生,解剖学的创始人赫罗非拉斯,最早把静脉与动脉区分开来;公元前2世纪,盖仑提出了血液流动的理论;15世纪,著名画家、医生达·芬奇,通过解剖,发现并提出了心脏有四个腔的理论,以及维萨里与塞尔维特研究的成果。前人的研究成果,首先开拓了哈维的视野,然而,他是一个善于思索的人,并不迷信权威的理论,更难能可贵的是他敢于怀疑权威的理论,他喜欢“打破沙锅问到底”,他问自己“血液真的流到人体四周就消失了吗?怎么会消失的呢?”等等。

  他决心像伽利略一样,通过实验,去揭开人体血液循环的神秘面纱。这一系列实验,他首先拿动物开刀,他认为动物的血液与人有着相似之处,据他的笔记记载,他一生共解剖过动物的种类多达40多种。他解剖过许多大动物,通过解剖,终于发现心脏像一个水泵,把血液压出来,血液便流向全身。

  哈维用兔子和蛇,反复做实验,他把它们解剖开之后,找出还在跳动的动脉血管,然后用镊子把它们夹住,观察血管的变化,他发现血管通往心脏的一头很快膨胀起来,而另一端就马上瘪下去了,这说明血是从心脏里向外流出来的,由此证明动脉里的血压在升高。他又用同样的方法,找出了大的静脉血管,用镊子夹住,其结果正好与动脉血管相反,靠近心脏的那一段血管瘪了下去,而远离心脏的另一端鼓胀了起来,这说明静脉血管中的血是流向心脏的。

  哈维在不同的动物解剖中发现了上述同样的结果,他终于得出了这样一个结论:血液由心脏这个“泵”压出来,从动脉血管流出来,流向身体各处,然后,再从静脉血管中流回去,回到心脏,这样完成了血液循环。他把这一发现写成了《动物心脏和血液运动》一书,正式提出了关于血液循环的理论,为了使读者信服他的理论,他在书中说:“推理和实验都表明血液是由于心室的跳动而穿过肺脏和心脏的,由心脏送出分布全身,流到动脉和肌肉的细孔,然后通过静脉由外围各方流向中心,由较小的静脉流向较大的静脉,最后流入右心室。……因此,有绝对的必要作出这样的结论:动物的血液是被压入循环而且是不断流动着的;这是心脏借跳动起来完成的动作和机能,也是心脏的动作和唯一结果。”

  为了让人们接受他的观点,证明人的血液循环也与动物是一样的,他还在人身上反复地实验。他请了一些比较瘦的人(容易在身上找到血管)。他把那些人手臂上的大静脉血管用绷带扎紧,结果发现靠近心脏的一段血管瘪下去,而另一端鼓了起来。他又扎住了动脉血管,发现远离心脏的那一端动脉不再跳动,而另一端,很快鼓了起来。证明完全与动物的血液循环是一样的。他在书上告诫人们:“无论是教解剖学或学解剖学的,都应当以实验为依据,而不应当以书籍为依据;都应当以自然为老师,而不应当以哲学为老师。”

  哈维终于在医学史上取得了巨大的成功,但他的理论因为有悖于权威的理论,所以,书出版之后,就遭到当时学术界、医学界、宗教界的权威人士的攻击,说他的著作是一派胡言,是荒谬而不可信的。幸好,哈维当时是英国国王查理一世的御医,受到国王的宠幸,这才使他没有像前辈维萨里、塞尔维特那样付出生命的代价。

  直到哈维1657年逝世以后的第四年,伽利略发明的望远镜,被意大利马尔比基教授改制为显微镜用于医学上,观察到毛细血管的存在,才真正证实了哈维理论的正确性。哈维的血液循环理论的被确认,标志着当时的科技在医学领域中的显著成就。

  哈维的贡献是划时代的,他的工作标志着新的生命科学的开始,属于发端于16世纪的科学革命的一个重要组成部分。哈维因为他的出色的心血系统的研究(以及他的动物生殖的研究),使得他成为与哥白尼、伽利力、牛顿等人齐名的科学革命的巨匠。他的《心血运动论》一书也像《天体运行论》、《关于托勒密和哥白尼两大体系的对话》、《自然哲学之数学原理》等著作一样,成为科学革命时期以及整个科学史上极为重要的文献。



  牛顿

  我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。

  ——牛顿

  少年牛顿

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  1643年1月4日,在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿,出生时只有三磅重,接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且竟活到了85岁的高龄。

  牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时,母亲改嫁给一个牧师,把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时,母亲的后夫去世,母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自它的家庭处境。

  大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等。

  传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟。每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床。他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动。

  牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书。随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶。

  牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象由好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。

  当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。

  后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活。每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书。有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养。

  求学岁月

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  1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位。

  17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,哪里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程。

  讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。

  在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。

  牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才超过自己。后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”

  当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分。1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。

  1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡。

  由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩。

  1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分)。这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事。

  总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题。他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。

  1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话。

  伟大的成就~建立微积分

  在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位。他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》时,试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。

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  笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应。牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡尔的解析几何的基础上,找到了新的出路。可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值,当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是这一点的准确值。这就是微分的概念。

  求微分相当于求时间和路程关系得在某点的切线斜率。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程,可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和,这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积。牛顿从这些基本概念出发,建立了微积分。

  微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的努力加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元。

  牛顿没有及时发表微积分的研究成果,他研究微积分可能比莱布尼茨早一些,但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理,而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。

  在牛顿和莱布尼茨之间,为争论谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年。

  应该说,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,它必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样,是牛顿和莱布尼茨在前人的基础上各自独立的建立起来的。

  1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如,他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”。

  牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表。此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。

  伟大的成就~对光学的三大贡献

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  在牛顿以前,墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象。反射定律是人们很早就认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候,伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”,震惊了世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡尔提出了光的微粒说……

  牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人,也象伽利略、笛卡尔等前辈一样,用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年,牛顿在家休假期间,得到了三棱镜,他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光。这样,他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的,这是第一大贡献。

  牛顿为了验证这个发现,设法把几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜,原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上,这是他第一次公开发表的论文。

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  许多人研究光学是为了改进折射望远镜。牛顿由于发现了白光的组成,认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象),就设计和制造了反射望远镜。

  牛顿不但擅长数学计算,而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了制造望远镜,他自己设计了研磨抛光机,实验各种研磨材料。公元1668年,他制成了第一架反射望远镜样机,这是第二大贡献。公元1671年,牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会,牛顿名声大震,并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。

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  同时,牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算,比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象,胡克发现的肥皂泡的色彩现象,“牛顿环”的光学现象等等。

  牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外,他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。

  伟大的成就~构筑力学大厦

  牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。

  在牛顿以前,天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。

  早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样。1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系。

  1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。

  牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来……

  一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着。终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。

  牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比。

  当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律。

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  在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。皇家学会经费不足,出不了这本书,后来靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。

  牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合。

  站在巨人的肩上

  牛顿的研究领域非常广泛,他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外,他还花费大量精力进行化学实验。他常常六个星期一直留在实验室里,不分昼夜的工作。他在化学上花费的时间并不少,却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿,在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢?

  其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段。在力学和天文学方面,有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力,牛顿有可能用已经准备好的材料,建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正象他自己所说的那样“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上”。而在化学方面,因为正确的道路还没有开辟出来,牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。

  牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的:“我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”

  这当然是牛顿的谦逊。

  怪异的牛顿

  牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时,学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人。还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法。他用这个秘密的方法,算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光。

  开始,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷,他独自遨游于自己所创造的超级世界里。后来,在好友哈雷的竭力劝说下,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。

  作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅。有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指,错误的把它当成通烟斗的通条,硬往烟斗里塞,痛得姑娘大叫,离他而去。牛顿也因此终生未娶。

  牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现。他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话。一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表。还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了。等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题。

  牛顿晚年

  但是由于受时代的限制,牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动,是空间位置的变化;宇宙和太阳一样是没有发展变化的;靠了万有引力的作用,恒星永远在一个固定不变的位置上……

  随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升。1689年,他被当选为国会中的大学代表。作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。

  晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会。没有他的同意,任何人都不能被选举。

  晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。

  1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着:

  让人们欢呼这样一位多么伟大的

  人类荣耀曾经在世界上存在。



  阿基米德

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  阿基米德 (公元前287-前212)古希腊伟大的数学家、力学家。生于西西里岛的叙拉古,卒于同地。早年在当时的文化中心亚历山大跟随欧几里得的学生学习,以后和亚历山大的学者保持紧密联系,因此他算是亚历山大学派的成员。后人对阿基米德给以极高的评价,常把他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。他的生平没有详细记载,但关于他的许多故事却广为流传。据说他确立了力学的杠杆定律之后,曾发出豪言壮语:“给我一个立足点,我就可以移动这个地球!”叙拉古的亥厄洛王叫金匠造一顶纯金的皇冠,因怀疑里面掺有银子,便请阿基米德鉴定一下。当他进入浴盆洗澡时,水漫溢到盆外,于是悟得不同质料的物体,虽然重量相同,但因体积不同,排去的水也必不相等。根据这一道理,就可以判断皇冠是否掺假。阿基米德高兴得跳起来,赤身奔回家中,口中大呼:“尤里卡!尤里卡!”(希腊语意思是“我找到了”)他将这一流体静力学的基本原理,即物体在液体中减轻的重量,等于排去液体的重量,总结在他的名著《论浮体》中,后来以“阿基米德原理”著称于世。第二次布匿战争时期,罗马大军围攻叙拉古,阿基米德献出自己的一切聪明才智为祖国效劳。传说他用起重机抓起敌人的船只,摔得粉碎;发明奇妙的机器,射出大石、火球。还有一些书记载他用巨大的火镜反射日光去焚毁敌船,这大概是夸张的说法。总之,他曾竭尽心力,给敌人以沉重打击。最后叙拉古因粮食耗尽及奸细的出卖而陷落,阿基米德不幸死在罗马士兵之手。流传下来的阿基米德的著作,主要有下列几种。《论球与圆柱》,这是他的得意杰作,包括许多重大的成就。他从几个定义和公理出发,推出关于球与圆柱面积体积等50多个命题。《平面图形的平衡或其重心》,从几个基本假设出发,用严格的几何方法论证力学的原理,求出若干平面图形的重心。《数沙者》,设计一种可以表示任何大数目的方法,纠正有的人认为沙子是不可数的,即使可数也无法用算术符号表示的错误看法。《论浮体》,讨论物体的浮力,研究了旋转抛物体在流体中的稳定性。阿基米德还提出过一个“群牛问题”,含有八个未知数。最后归结为一个二次不定方程。其解的数字大得惊人,共有二十多万位! 阿基米德当时是否已解出来颇值得怀疑。除此以外,还有一篇非常重要的著作,是一封给埃拉托斯特尼的信,内容是探讨解决力学问题的方法。这是1906年丹麦语言学家J.L.海贝格在土耳其伊斯坦布尔发现的一卷羊皮纸手稿,原先写有希腊文,后来被擦去,重新写上宗教的文字。幸好原先的字迹没有擦干净,经过仔细辨认,证实是阿基米德的著作。其中有在别处看到的内容,也包括过去一直认为是遗失了的内容。后来以《阿基米德方法》为名刊行于世。它主要讲根据力学原理去发现问题的方法。他把一块面积或体积看成是有重量的东西,分成许多非常小的长条或薄片,然后用已知面积或体积去平衡这些“元素”,找到了重心和支点,所求的面积或体积就可以用杠杆定律计算出来。他把这种方法看作是严格证明前的一种试探性工作,得到结果以后,还要用归谬法去证明它。他用这种方法取得了大量辉煌的成果。阿基米德的方法已经具有近代积分论的思想。然而他没有说明这种“元素”是有限多还是无限多,也没有摆脱对几何的依赖, 更没有使用极限方法。尽管如此, 他的思想是具有划时代意义的,无愧为近代积分学的先驱。他还有许多其他的发明,没有一个古代的科学家,象阿基米德那样将熟练的计算技巧和严格证明融为一体,将抽象的理论和工程技术的具体应用紧密结合起来。





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----往事总难梦里般恬醉
隐身或者不在线

回复时间:2005-1-31 12:14
  伽利略

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  伽利略(1564-1642)是伟大的意大利物理学家和天文学家,科学革命的先驱。历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学了数学、物理学和天文学三门知识,扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。为了证实和传播N.哥白尼的日心说,伽利略献出了毕生精力。由此,他晚年受到教会迫害,并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此,他被称为“近代科学之父”。他的工作,为I.牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

  生平和学术生涯

  早年活动 伽利略1564年2月15日生于比萨,父亲芬琴齐奥·伽利莱精通音乐理论和声学,著有《音乐对话》一书。1574年全家迁往佛罗伦萨。伽利略自幼受父亲的影响,对音乐、诗歌、绘画以及机械兴趣极浓;也像他父亲一样,不迷信权威。17岁时遵从父命进比萨大学学医,可是对医学他感到枯燥无味,而在课外听世交、著名学者O.里奇讲欧几里得几何学和阿基米德静力学,感到浓厚兴趣。1583年,伽利略在比萨教堂里注意到一盏悬灯的摆动,随后用线悬铜球作模拟(单摆)实验,确证了微小摆动的等时性以及摆长对周期的影响,由此创制出脉搏计用来测量短时间间隔。1585年因家贫退学,担任家庭教师,但仍奋力自学。1586年,他发明了浮力天平,并写出论文《小天平》。

  1587年他带着关于固体重心计算法的论文到罗马大学学求见著名数学家和历法家C.克拉维乌斯教授,大受称赞和鼓励。克拉维乌斯回赠他罗马大学教授P.瓦拉的逻辑学讲义与自然哲学讲义,这对于他以后的工作大有帮助。

  1588年他在佛罗伦萨研究院做了关于A.但丁《神曲》中炼狱图形构想的学术演讲,其文学与数学才华大受人们赞扬。次年发表了关于几种固体重心计算法的论文,其中包括若干静力学新定理。由于有这些成就,当年比萨大学便聘请他任教,讲授几何学与天文学。第二年他发现了摆线。当时比萨大学教材均为亚里士多德学派的学者所撰,书中充斥着神学与形而上学的教条。伽利略经常发表辛辣的反对意见,由此受到校内该学派的歧视和排挤。1591年其父病逝,家庭负担加重,他便决定离开比萨。帕多瓦时期 1592年伽利略转到帕多瓦大学任教。帕多瓦属于威尼斯公国,远离罗马,不受教廷直接控制,学术思想比较自由。在此良好气氛中,他经常参加校内外各种学术文化活动,与具有各种思想观点的同事论辩。此时他一面吸取前辈如N.F.塔尔塔利亚、G.B.贝内代蒂、F.科门迪诺等人的数学与力学研究成果,一面经常考察工厂、作坊、矿井和各项军用民用工程,广泛结交各行业的技术员工,帮他们解决技术难题,从中吸取生产技术知识和各种新经验,并得到启发。

  在此时期,他深入而系统地研究了落体运动、抛射体运动、静力学、水力学以及一些土木建筑和军事建筑等;发现了惯性原理,研制了温度计和望远镜。

  1597年,他收到J.开普勒赠阅的《神秘的宇宙》一书,开始相信日心说,承认地球有公转和自转两种运动。但这时他对柏拉图的圆运动最自然最完善的思想印象太深,以致对开普勒的行星椭圆轨道理论不感兴趣。1604年天空出现超新星,亮光持续18个月之久。他便趁机在威尼斯作几次科普演讲,宣传哥白尼学说。由于讲得精采动听,听众逐次增多,最后达千余人。

  1609年7月,盛传一荷兰眼镜工人发明了供人玩赏的望远镜。他未见到实物,思考竟日后,用风琴管和凸凹透镜各一片制成一具望远镜,倍率为3,后又提高到9。他邀请威尼斯参议员到塔楼顶层用望远镜观看远景,观者无不惊喜万分。参议院随后决定他为帕多瓦大学的终身教授。1610年初,他又将望远镜放大率提高到33,用来观察日月星辰,新发现甚多,如月球表面高低不平,月球与其他行星所发的光都是太阳的反射光,水星有4颗卫星,银河原是无数发光体的总汇,土星有多变的椭圆外形等等,开辟了天文学的新天地。是年3月,出版了他的《星空信使》一书,震撼全欧。随后又发现金星盈亏与大小变化,这对日心说是一强有力的支持。伽利略日后回顾在帕多瓦的18年时,认为这是他一生中工作最开展、精神最舒畅的时期。事实上,这也是他一生中学术成就最多的时期。

  托斯卡纳时期 20年来伽利略在物理学和天文学研究上的丰硕成果,激起了他学术上的更大企求。为了取得充裕时间致力于科学研究,1610年春,他辞去大学教职,接受托斯卡纳公国大公聘请,担任宫廷首席数学家和哲学家的闲职与比萨大学首席数学教授的荣誉职位。

  为了使科学免受教会干预,伽利略曾多次去罗马活动。1611年他第二次去罗马,目的在于赢得宗教、政治与学术界认可他在天文学上的发现。他在罗马受到包括教皇保罗五世和若干高级主教在内的上层人物的热情接待,并被林赛研究院接纳为院士。当时耶稣会的神父们承认他的观测事实,只是不同意他的解释。这年5月,在罗马大学的大会上,几个高职位的神父公开宣布了伽利略的天文学成就。

  同年,他观察到太阳黑子及其运动,对比黑子的运动规律和圆运动的投影原理,论证了太阳黑子是在太阳表面上;他还发现了太阳有自转。1613年他发表了3篇讨论太阳黑子问题的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮体对话集》一书。

  1615年,一诡诈的教士集团和教会中许多与伽利略敌对的人联合攻击伽利略为哥白尼学说辩护的论点,控告他违反基督教义。他闻讯后,于是年冬第三次去罗马,力图挽回自己的声誉,企求教廷不因自己保持哥白尼观点而受到惩处,也不公开压制他宣传哥白尼学说,教廷默认了前一要求,但拒绝了后者。教皇保罗五世在1616年下达了著名的“1616年禁令”,禁止他以口头的或文字的形式保持、传授或捍卫日心说。

  1624年,他第四次去罗马,希望故友新任教皇乌尔邦八世能够同情并理解他的意愿,以维护新兴科学的生机。他先后谒见6次,力图说明日心说可以与基督教教义相协调,说“圣经是教人如何进天国,而不是教人知道天体是如何运转的”;并且试图以此说服一些大主教,但毫无效果。乌尔邦八世坚持“1616年禁令”不变;只允许他写一部同时介绍日心说和地心说的书,但对两种学说的态度不得有所偏倚,而且都要写成数学假设性的。在这辛勤奔波的一年里,他研制成了一台显微镜,“可将苍蝇放大成母鸡一般。”

  此后6年间,他撰写了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》一书,1630年他第5次到罗马,取得了此书的“出版许可证”。此书终于在1632年出版了。此书在表面上保持中立,但实际上却为哥白尼体系辩护,并多处对教皇和主教隐含嘲讽,远远超出了仅以数学假设进行讨论的范围。全书笔调诙谐,在意大利文学史上列为文学名著。  

  教廷的迫害和晚年生活 《对话》出版后6个月,罗马教廷便勒令停止出售,认为作者公然违背“1616年禁令”,问题严重,亟待审查。原来有人在教皇乌尔邦八世面前挑拨说伽利略在《对话》中,借头脑简单、思想守旧的辛普利邱之口以教皇惯用辞句,发表了一些可笑的错误言论,使他大为震怒。曾支持他当上教皇的集团激烈地主张要严惩伽利略,而神圣罗马帝国和西班牙王国认为如纵容伽利略会对各国国内的异端思想产生重大影响,提出联合警告。在这些内外压力和挑拨下,教皇便不顾旧交,于这年秋发出了伽利略到罗马宗教裁判所受审的指令。

  年近七旬而又体弱多病的伽利略被迫在寒冬季节抱病前往罗马,在严刑威胁下被审讯了三次,根本不容申辩。几经折磨,终于在 1633年6月22日在圣玛丽亚修女院的大厅上由10名枢机主教联席宣判,主要罪名是违背“1616年禁令”和圣经教义。伽利略被迫跪在冰冷的石板地上,在教廷已写好的“悔过书”上签字。主审官宣布:判处伽利略终身监禁;《对话》必须焚绝,并且禁止出版或重印他的其他著作。此判决书立即通报整个天主教世界,凡是设有大学的城市均须聚众宣读,借此以一儆百。

  伽利略既是勤奋的科学家,又是虔诚的天主教徒,深信科学家的任务是探索自然规律,而教会的职能是管理人们的灵魂,不应互相侵犯。所以他受审之前不想逃脱,受审之时也不公开反抗,而是始终服从教廷的处置。他认为教廷在神学范围之外行使权力极不明智,但只能私下有所不满。显然,G.布鲁诺的被处火刑和T.康帕内拉的被长期打入死牢,这两位意大利杰出的哲学家的遭遇,给他精神上投下了可怕的阴影。宗教裁判所的判决随后又改为在家软禁,指定由他的学生和故友A.皮柯罗米尼大主教在锡耶纳的私宅中看管他,规定禁止会客,每天书写材料均需上缴等。在皮柯罗米尼的精心护理和鼓励下,伽利略重行振作起来,接受皮柯罗米尼的建议继续研究无争议的物理学问题。于是他仍用《对话》中的三个对话人物,以对话体裁,和较朴素的文笔,将他最成熟的科学思想和科研成果撰写成《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》。两门新科学是指材料力学(见弹性力学)和动力学。这部书稿1636年就已完成,由于教会禁止出版他的任何著作,他只好托一位威尼斯友人秘密携出国境,1638年在荷兰莱顿出版。

  伽利略在皮柯罗米尼家中刚过了5个月,便有人写匿名信向教廷控告皮柯罗米尼厚待伽利略。教廷乃勒令伽利略于当年12月迁往佛罗伦萨附近的阿切特里他自已的故居,由他的大女儿维姬尼亚照料,禁例依旧。她对父亲照料妥贴,但4个月后竟先于父亲病故。

  伽利略多次要求外出治病,均未获准。1637年双目失明。次年才获准住在其子家中。在这期间探望他的除托斯卡纳大公外,还有英国著名诗人、政论家J.弥尔顿和法国科学家、哲学家P.伽桑迪。他的学生和老友B.卡斯泰里还和他讨论过利用木卫星计算地面经度的问题。这时教廷对他的限制和监视已明显放松了。  

  1639年夏,伽利略获准接受聪慧好学的18岁青年V.维维亚尼为他的最后一名学生,并可在他身边照料,这位青年使他非常满意。1641年10月卡斯泰里又介绍自己的学生和过去的秘书E.托里拆利前往陪伴。他们和这位双目失明的老科学家共同讨论如何应用摆的等时性设计机械钟,还讨论过碰撞理论、月球的天平动、大气压下矿井水柱高度等问题,因此,直到临终前他仍在从事科学研究。

  伽利略于1642年1月8日病逝,葬仪草率简陋,直到下一世纪,遗骨才迁到家乡的大教堂。

  学 术 成 就

  新的科学思想和科学研究方法 在伽利略的研究成果得到公认之前,物理学以至整个自然科学只不过是哲学的一个分支,没有取得自己的独立地位。当时,哲学家们束缚在神学和亚里士多德教条的框框里,他们苦思巧辩,得不出符合实际的客观规律。伽利略敢于向传统的权威思想挑战,不是先臆测事物发生的原因,而是先观察自然现象,由此发现自然规律。他摒弃神学的宇宙观,认为世界是一个有秩序地服从简单规律的整体,要了解大自然,就必须进行系统的实验定量观测,找出它的精确的数量关系。

  基于这样的新的科学思想,伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法;这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉,也是他对近代科学的最重要贡献。用数学方法研究物理问题,原非伽利略首倡,可以追溯到公元前3世纪的阿基米德,14世纪的牛津学派和巴黎学派以及15、16世纪的意大利学术界,在这方面都有一定成就,但他们并未将实验方法放在首位,因而在思想上未能有所突破。伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的话:“我要请求这些聪明细心的神父们认真考虑一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间的区别。要知道,做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿望来决定的。”

  伽利略的数学与实验相结合的研究方法,一般来说,分三个步骤:①先提取出从现象中获得的直观认识的主要部分,用最简单的数学形式表示出来,以建立量的概念;②再由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数量关系;③然后通过实验证实这种数量关系。他对落体匀加速运动规律的研究便是最好的说明。

  从落体的加速运动所能作出的最简单设想,可能是其瞬时速度□与路程□成正正,此□□也可能与下落时间□成正比。这就是研究方法的步骤①。通过数学论证,不难发现第一种假设对于匀加速运动是不能成立的。于是采取□□□或□=□□的假设,这里□是加速度。

  由于□值无法直接测量,所以将此式转换为可测量路程的形式:□□如此则落体在□1,2,3,……□秒末所通过的路程依次为□由此得知每隔1秒落体下落的一段距离依次为□□ □依等差级数递增。如此便完成了步骤②。

  最后的步骤是用实验验证:由于自由落体的加速度□值大,即使在短时间内下落的路程也会很大,难于测量。为了“冲淡”加速度,使其减小,伽利略设计了斜面滚球实验,测量从斜面上的光滑小槽内往下滚的青铜小球的行程与时间的关系。他采用精密的漏壶,反复实验100次。所得结果与步骤②中所设想的□-□数量关系符合,且重复性良好,肯定了落体作匀加速运动设想的正确性。

  由此可见,伽利略进行科学实验的目的主要是为了检验一个科学假设是否正确,而不是盲目地收集资料,归纳事实。

  物理学概念和原理的创新 惯性原理和力与加速度的新概念 推动重物时需要的力大,而推动轻物时需要的力小,是人们的直觉经验。亚里士多德据此得出普遍性的结论:一切物体均有保持静止或所谓寻找其“天然去处”的本性,认为“任何运动着的事物都必然有推动者”,并用比例定律把动力与速度联系起来。伽利略则得出新的概念,他观察到一个沿着光滑斜面向上滑动的物体,因斜面的斜角不同而受到不同程度的减速,斜角越小,减速越小。如在无阻力的水平面上滑动,则应保持原速度永远滑动。因而得出这样的结论:“一个运动的物体,假如有了某种速度以后,只要没有增加或减小速度的外部原因,便会始终保持这种速度──这个条件只有在水平的平面上才有可能,因为在斜面的情况下,朝下的斜面提供了加速的起因,而朝上的斜面提供了减速的起因;由此可知,只有在水平面上运动才是不变的”(《两门新科学的对话》,第三天,问题9,假设23注)。这样,伽利略便第一次提出了惯性概念,并第一次把外力和“引起加速或减速的外部原因”即运动的改变联系起来。与前述的匀加速运动实验结合在一起,伽利略提出了惯性和加速度这个全新的概念,以及在重力作用下物体作匀加速运动的全新的运动规律,为牛顿力学理论体系的建立奠定了基础。这种新的惯性概念,推翻了1000多年以来亚里士多德学派认为物体运动靠精灵或外界迂回空气推动的说法,也澄清了中世纪含糊的“冲力”说。这是人类长期以来研究机械运动的理论成果,并且得到了当时地动说支持者们的拥护。伽利略虽然没有明确地写出惯性原理,可是表明了这是属于物体的本性的客观规律,在研究其他物理问题时,他熟练地运用了它。然而他未能摆脱柏拉图关于行星作圆运动的观点,相信“圆惯性”的存在,因此未能将惯性运动概念推广到一切物体运动上。完整的惯性原理是在伽利略逝世后两年由R.笛卡儿表述的。

  伽利略把物体速度的大小和方向的改变或加速度的产生归诸力的作用,这是对力的性质的客观认识,也是牛顿第二定律的雏形。惯性原理的发现破除了力是运动原因的旧概念,而认为力是改变运动状态的原因。牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中高度评价伽利略对第一、第二两运动定律所作的开创性工作(见牛顿运动定律)。

  运动独立性原理和运动的合成、分解定律 在弹道的研究中,伽利略发现水平与垂直两方向的运动各具有独立性,互不干涉,但通过平行四边形法则又可合成实际的运动径迹。他从垂直于地面的匀加速运动和水平方向的匀速运动,完整地解释了弹道的抛物线性质,这是运动的合成研究的重大收获,并具有实用意义。

  惯性参照系概念 伽利略用物理学原理为哥白尼地动学说进行辩解时,应用运动独立性原理通俗地说明了石子从桅杆顶上掉落到桅杆脚下而不向船尾偏移的道路。他又进一步以作匀速直线运动的船舱中物体运动规律不变的著名论述,第一次提出惯性参照系的概念。这一原理被A.爱因斯坦称为伽利略相对性原理,是狭义相对论的先导。

  单摆周期性质的发现 伽利略由观察到教堂悬灯的摆动对摆进行实验研究,发现单摆的周期与摆长的平方根成正比,而与振幅大小和摆锤重量无关。这个规律的发现为此后的振动理论和机械计时器件的设计方案建立了基础。

  光速有限及其测量 前人对于光速是否有限从来没有明确的认识。伽利略观察了闪电现象,认为光速是有限的,并设计了测量光速的掩灯方案。但限于当时的实验条件,用这种测量方法实际测到的主要只是实验者的反应和人手的动作时间,而不是光的行进时间。然而,如果有了明暗变化有规律的光源或高速机械控制的器件代替人手动作,是可以测量到真正的光速的,后来木卫星食法、转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法都借鉴于掩灯方案。

  几种基本物理实验仪器的研制 伽利略不但亲自设计和演示过许多实验,而且亲自研制出不少实验仪器。他的工艺知识丰富,制作技术精湛,他所创制的许多实验仪器在当时及对后世都很有影响,下面举出几项:

  浮力天平 这是利用浮力原理快速测定金银器皿首饰中金银含量比例的直读仪器。这种仪器当时已用于金银首饰器皿的交易中。

  温度计 伽利略首创的温度计是一种开放式的液体温度计,玻璃管内盛有着色的水和酒精,液面与大气相通(见彩图伽利略的温度计)。这实际上是温度计与大气压力计的混合体,这是由于当时他对大气压力的变化还没有明确的认识。尽管如此,其学术价值仍很大,温度从此成为客观的物理量,不再是不确定的主观感觉。

  望远镜 伽利略制成的望远镜,可以观察到物体的正像。经过改进后,其倍率由3逐步增大到33;不但指向星空,还可应用于船舰要塞,取得空前丰硕的发现成果。这种望远镜结构简单,而其倍率和分辨本领受球差和色差的限制较大。

  彻底推翻亚里士多德的物质观 欧洲中世纪占绝对统治地位的自然观,是经过神学改装了的亚里士多德的自然观,它成为封建神权统治者统制民众思想的工具。亚里士多德认为,地球和地上万物都由气、火、水、土四种元素所组成,都是丑陋、不洁、不完美的,有变化和有生灭的。火和气组成向上流动的轻物,水和土组成向下掉落的重物。而天体则是由“以太”所组成的纯洁、完美、永恒的物体。又因为“上帝厌恶真空”,所以真空不可能存在。然而伽利略从望远镜发现月亮表面有山峰和洼地,高低不平,并不是完美无缺,金星也有盈亏变化;太阳表面还有活动不已的黑子;肉眼就能直接看到超新星的爆发及其渐渐暗淡和消失。这些都打破了亚里士多德天尊地卑,天体和地上物质的性质悬殊的思想。

  伽利略通过流体静力学对浮体的研究,得知所有物体都是重物,没有绝对的轻物。天体和地球以及地上万物在物质结构上是统一的。真空也可能存在和产生,而且只有在真空中才能研究物体运动的真正性质。这就彻底推翻了亚里士多德凭借主观臆测的物质观,从而也根本动摇了封建神权的思想统治。

  科学革命的先驱

  伽利略在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。在当时的社会条件下,为争取不受权势和旧传统压制的学术自由,为近代科学的生长,他进行了坚持不懈的斗争,并向全世界发出了振聋发聩的声音。因此,他是科学革命的先驱,也可以说是“近代科学之父”。虽然他晚年终于被剥夺了人身自由,但他开创新科学的意志并未动摇。他的追求科学真理的精神和成果,永远为后代所景仰。

  1799年,梵蒂冈教皇J.保罗二世代表罗马教廷为伽利略公开平反昭雪,认为教廷在300多年前迫害他是严重的错误。这表明教廷最终承认了伽利略的主张──宗教不应该干预科学



  爱因斯坦

  少年时代

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  20世纪最伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert.Einstein)1879年3月14日出生在德国西南的乌耳姆城,一年后随全家迁居慕尼黑。爱因斯坦的父母都是犹太人,父亲赫尔曼·爱因斯坦和叔叔雅各布·爱因斯坦合开了一个为电站和照明系统生产电机、弧光灯和电工仪表的电器工厂。母亲玻琳是受过中等教育的家庭妇女,非常喜欢音乐,在爱因斯坦六岁时就教他拉小提琴。

  爱因斯坦小时候并不活泼,三岁多还不会讲话,父母很担心他是哑巴,曾带他去给医生检查。还好小爱因斯坦不是哑巴,可是直到九岁时讲话还不很通畅,所讲的每一句话都必须经过吃力但认真的思考。

  在四、五岁时,爱因斯坦有一次卧病在床,父亲送给他一个罗盘。当他发现指南针总是指着固定的方向时,感到非常惊奇,觉得一定有什么东西深深地隐藏在这现象后面。他一连几天很高兴的玩这罗盘,还纠缠着父亲和雅各布叔叔问了一连串问题。尽管他连“磁”这个词都说不好,但他却顽固地想要知道指南针为什么能指南。这种深刻和持久的印象,爱因斯坦直到六十七岁时还能鲜明的回忆出来。

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  爱因斯坦在念小学和中学时,功课属平常。由于他举止缓慢,不爱同人交往,老师和同学都不喜欢他。教他希腊文和拉丁文的老师对他更是厌恶,曾经公开骂他:“爱因斯坦,你长大后肯定不会成器。”而且因为怕他在课堂上会影响其他学生,竟想把他赶出校门。

  爱因斯坦的叔叔雅各布在电器工厂里专门负责技术方面的事务,爱因斯坦的父亲则负责商业的往来。雅各布是一个工程师,自己就非常喜爱数学,当小爱因斯坦来找他问问题时,他总是用很浅显通俗的语言把数学知识介绍给他。在叔父的影响下,爱因斯坦较早的受到了科学和哲学的启蒙。

  父亲的生意做得并不好,但却是一个乐观和心地善良的人,家里每星期都有一个晚上要邀请来慕尼黑念书的穷学生吃饭,这样等于是救济他们。其中有一对来自立陶宛的犹太兄弟麦克斯和伯纳德,他们都是学医科的,喜欢阅读书籍、兴趣广泛。他们被邀请来爱因斯坦家里吃饭,并和羞答答、长着黑头发和棕色眼睛的小爱因斯坦交成了好朋友。

  麦克斯可以说是爱因斯坦的“启蒙老师”,他借了一些通俗的自然科学普及读物给他看。麦克斯在爱因斯坦十二岁时,给了他一本施皮尔克的平面几何教科书。爱因斯坦晚年回忆这本神圣的小书时说:“这本书里有许多断言,比如,三角形的三个高交于一点,它们本身虽然并不是显而易见的,但是可以很可靠地加以证明,以致任何怀疑似乎都不可能。这种明晰性和可靠性给我留下了一种难以形容的印象。”

  爱因斯坦还幸运地从一部卓越的通俗读物中知道了自然科学领域里的主要成果和方法,科普读物不但增进了爱因斯坦的知识,而且拨动了年轻人好奇的心弦,引起他对问题的深思。

  爱因斯坦十六岁时报考瑞士苏黎世的联邦工业大学工程系,可是入学考试却告失败。他接受了联邦工业大学校长以及该校著名的物理学家韦伯教授的建议,在瑞士阿劳市的州立中学念完中学课程,以取得中学学历。

  1896年10月,爱因斯坦跨进了苏黎世工业大学的校门,在师范系学习数学和物理学。他对学校的注入式教育十分反感,认为它使人没有时间、也没有兴趣去思考其他问题。幸运的是,窒息真正科学动力的强制教育,在苏黎世的联邦工业大学要比其他大学少得多。爱因斯坦充分的利用学校中的自由空气,把精力集中在自己所热爱的学科上。在学校中,他广泛的阅读了赫尔姆霍兹、赫兹等物理学大师的著作,他最着迷的是麦克斯韦的电磁理论。他有自学本领、分析问题的习惯和独立思考的能力。

  早期工作

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  1900年,爱因斯坦从苏黎世工业大学毕业。由于他对某些功课不热心,以及对老师态度冷漠,被拒绝留校。他找不到工作,靠做家庭教师和代课教师过活。在失业一年半以后,关心并了解他才能的同学马塞尔·格罗斯曼向他伸出了援助的手。格罗斯曼设法说服自己的父亲把爱因斯坦介绍到瑞士专利局去作一个技术员。

  爱因斯坦终身感谢格罗斯曼对他的帮助。在悼念格罗斯曼的信中,他谈到这件事时说,当他大学毕业时,“突然被一切人抛弃,一筹莫展的面对人生。他帮助了我,通过他和他的父亲,我后来才到了哈勒(时任瑞士专利局局长)那里,进了专利局。这有点象救命之恩,没有他我大概不致于饿死,但精神会颓唐起来。”

  1902年2月21日,爱因斯坦取得了瑞士国籍,并迁居伯尔尼,等待专利局的招聘。1902年6月23日,爱因斯坦正式受聘于专利局,任三级技术员,工作职责是审核申请专利权的各种技术发明创造。1903年,他与大学同学米列娃.玛丽克结婚。

  1900~1904年,爱因斯坦每年都写出一篇论文,发表于德国《物理学杂志》。头两篇是关于液体表面和电解的热力学,企图给化学以力学的基础,以后发现此路不通,转而研究热力学的力学基础。1901年提出统计力学的一些基本理论,1902~1904年间的三篇论文都属于这一领域。

  1904年的论文认真探讨了统计力学所预测的涨落现象,发现能量涨落取决于玻尔兹曼常数。它不仅把这一结果用于力学体系和热现象,而且大胆地用于辐射现象,得出辐射能涨落的公式,从而导出维恩位移定律。涨落现象的研究,使他于1905年在辐射理论和分子运动论两方面同时做出重大突破。

  1905年的奇迹

  1905年,爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前例奇迹。这一年他写了六篇论文,在三月到九月这半年中,利用在专利局每天八小时工作以外的业余时间,在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献,他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和狭义相对论这四篇重要论文。

  1905年3月,爱因斯坦将自己认为正确无误的论文送给了德国《物理年报》编辑部。他腼腆的对编辑说:“如果您能在你们的年报中找到篇幅为我刊出这篇论文,我将感到很愉快。”这篇“被不好意思”送出的论文名叫《关于光的产生和转化的一个推测性观点》。

  这篇论文把普朗克1900年提出的量子概念推广到光在空间中的传播情况,提出光量子假说。认为:对于时间平均值,光表现为波动;而对于瞬时值,光则表现为粒子性。这是历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的统一,即波粒二象性。

  在这文章的结尾,他用光量子概念轻而易举的解释了经典物理学无法解释的光电效应,推导出光电子的最大能量同入射光的频率之间的关系。这一关系10年后才由密立根给予实验证实。1921年,爱因斯坦因为“光电效应定律的发现”这一成就而获得了诺贝尔物理学奖。

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  这才仅仅是开始,阿尔伯特·爱因斯坦在光、热、电物理学的三个领域中齐头并进,一发不可收拾。1905年4月,爱因斯坦完成了《分子大小的新测定法》,5月完成了《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》。这是两篇关于布朗运动的研究的论文。爱因斯坦当时的目的是要通过观测由分子运动的涨落现象所产生的悬浮粒子的无规则运动,来测定分子的实际大小,以解决半个多世纪来科学界和哲学界争论不休的原子是否存在的问题。

  三年后,法国物理学家佩兰以精密的实验证实了爱因斯坦的理论预测。从而无可非议的证明了原子和分子的客观存在,这使最坚决反对原子论的德国化学家、唯能论的创始人奥斯特瓦尔德于1908年主动宣布:“原子假说已经成为一种基础巩固的科学理论”。

  1905年6月,爱因斯坦完成了开创物理学新纪元的长论文《论运体的电动力学》,完整的提出了狭义相对论。这是爱因斯坦10年酝酿和探索的结果,它在很大程度上解决了19世纪末出现的古典物理学的危机,改变了牛顿力学的时空观念,揭露了物质和能量的相当性,创立了一个全新的物理学世界,是近代物理学领域最伟大的革命。

  狭义相对论不但可以解释经典物理学所能解释的全部现象,还可以解释一些经典物理学所不能解释的物理现象,并且预言了不少新的效应。狭义相对论最重要的结论是质量守恒原理失去了独立性,他和能量守恒定律融合在一起,质量和能量是可以相互转化的。其他还有比较常讲到的钟慢尺缩、光速不变、光子的静止质量是零等等。而古典力学就成为了相对论力学在低速运动时的一种极限情况。这样,力学和电磁学也就在运动学的基础上统一起来。

  1905年9月,爱因斯坦写了一篇短文《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》,作为相对论的一个推论。质能相当性是原子核物理学和粒子物理学的理论基础,也为20世纪40年代实现的核能的释放和利用开辟了道路。

  在这短短的半年时间,爱因斯坦在科学上的突破性成就,可以说是“石破天惊,前无古人”。即使他就此放弃物理学研究,即使他只完成了上述三方面成就的任何一方面,爱因斯坦都会在物理学发展史上留下极其重要的一笔。爱因斯坦拨散了笼罩在“物理学晴空上的乌云”,迎来了物理学更加光辉灿烂的新纪元。

  广义相对论的探索

  狭义相对论建立后,爱因斯坦并不感到满足,力图把相对性原理的适用范围推广到非惯性系。他从伽利略发现的引力场中一切物体都具有同一加速度这一古老实验事实找到了突破口,于1907年提出了等效原理。在这一年,他的大学老师、著名几何学家闵可夫斯基提出了狭义相对论的四维空间表示形式,为相对论进一步发展提供了有用的数学工具,可惜爱因斯坦当时并没有认识到它的价值。

  等效原理的发现,爱因斯坦认为是他一生最愉快的思索,但以后的工作却十分艰苦,并且走了很大的弯路。1911年,他分析了刚性转动圆盘,意识到引力场中欧氏几何并不严格有效。同时还发现洛伦茨变化不是普适的,等效原理只对无限小区域有效……。这时的爱因斯坦已经有了广义相对论的思想,但他还缺乏建立它所必需的数学基础。

  1912年,爱因斯坦回到苏黎世母校工作。在他的同班同学、母校任数学教授的格罗斯曼帮助下,他在黎曼几何和张量分析中找到了建立广义相对论的数学工具。经过一年的奋力合作,他们于1913年发表了重要论文《广义相对论纲要和引力理论》,提出了引力的度规场理论。这是首次把引力和度规结合起来,使黎曼几何获得实在的物理意义。

  不过他们当时得到的引力场方程只对线性变换是协变的,还不具有广义相对论原理所要求的任意坐标变换下的协变性。这是由于爱因斯坦当时不熟悉张量运算,错误的认为,只要坚持守恒定律,就必须限制坐标系的选择,为了维护因果性,不得不放弃普遍协变的要求。

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  科学成就的第二个高峰

  在1915年到1917年的3年中,是爱因斯坦科学成就的第二个高峰,类似于1905年,他也在三个不同领域中分别取得了历史性的成就。除了1915年最后建成了被公认为人类思想史中最伟大的成就之一的广义相对论以外,1916年在辐射量子方面提出引力波理论,1917年又开创了现代宇宙学。

  1915年7月以后,爱因斯坦在走了两年多弯路后,又回到普遍协变的要求。1915年10月到11月,他集中精力探索新的引力场方程,于11月4日、11日、18日和25日一连向普鲁士科学院提交了四篇论文。

  在第一篇论文中他得到了满足守恒定律的普遍协变的引力场方程,但加了一个不必要的限制。第三篇论文中,根据新的引力场方程,推算出光线经过太阳表面所发生的偏转是1.7弧秒,同时还推算出水星近日点每100年的进动是43秒,完满解决了60多年来天文学的一大难题。

  1915年11月25日的论文《引力的场方程》中,他放弃了对变换群的不必要限制,建立了真正普遍协变的引力场方程,宣告广义相对论作为一种逻辑结构终于完成了。1916春天,爱因斯坦写了一篇总结性的论文《广义相对论的基础》;同年底,又写了一本普及性的小册子《狭义与广义相对论浅说》。

  1916年6月,爱因斯坦在研究引力场方程的近似积分时,发现一个力学体系变化时必然发射出以光速传播的引力波,从而提出引力波理论。1979年,在爱因斯坦逝世24年后,间接证明了引力波存在。

  1917年,爱因斯坦用广义相对论的结果来研究宇宙的时空结构,发表了开创性的论文《根据广义相对论对宇宙所做的考察》。论文分析了“宇宙在空间上是无限的”这一传统观念,指出它同牛顿引力理论和广义相对论都是不协调的。他认为,可能的出路是把宇宙看作是一个具有有限空间体积的自身闭合的连续区,以科学论据推论宇宙在空间上是有限无边的,这在人类历史上是一个大胆的创举,使宇宙学摆脱了纯粹猜想的思辨,进入现代科学领域。

  漫长艰难的探索

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  广义相对论建成后,爱因斯坦依然感到不满足,要把广义相对论再加以推广,使它不仅包括引力场,也包括电磁场。他认为这是相对论发展的第三个阶段,即统一场论。

  1925年以后,爱因斯坦全力以赴去探索统一场论。开头几年他非常乐观,以为胜利在望;后来发现困难重重,他认为现有的数学工具不够用;1928年以后转入纯数学的探索。他尝试着用各种方法,但都没有取得具有真正物理意义的结果。

  1925年~1955年这30年中,除了关于量子力学的完备性问题、引力波以及广义相对论的运动问题以外,爱因斯坦几乎把他全部的科学创造精力都用于统一场论的探索。

  1937年,在两个助手合作下,他从广义相对论的引力场方程推导出运动方程,进一步揭示了空间——时间、物质、运动之间的统一性,这是广义相对论的重大发展,也是爱因斯坦在科学创造活动中所取得的最后一个重大成果。

  在同一场理论方面,他始终没有成功,他从不气馁,每次都满怀信心底从头开始。由于他远离了当时物理学研究的主流,独自去进攻当时没有条件解决的难题,因此,同20年代的处境相反,他晚年在物理学界非常孤立。可是他依然无所畏惧,毫不动摇地走他自己所认定的道路,直到临终前一天,他还在病床上准备继续他的统一场理论的数学计算。

  最伟大的科学家的风格

  爱因斯坦因为在科学上的成就,获得了许多奖状以及名誉博士的授予证书。如果一般人就会把这些东西高高挂起。可是爱因斯坦把以上的东西,包括诺贝尔奖奖状一起乱七八糟地放在一个箱子里,看也不看一眼。英费尔德说他有时觉得爱因斯坦可能连诺贝尔奖是什么意义都不知道。据说他在得奖的那一天,脸上和平日一样平静,没有显出特别高兴或兴奋。

  少年时代的爱因斯坦在瑞士生活时,过的是穷学生的生活,他对物质生活要求不高,有一碟意大利面条加上一点酱他就感到很满意。成名后,成为教授以及后来为了躲避纳粹的迫害移民美国,他是有条件过很好的物质享受的,但是他仍保留像穷学生那样简朴无华的生活。

  当爱因斯坦来到普林斯顿的高等科学研究所工作时,当局给了他相当的高薪──年薪一万六千美元,他却说:“这么多钱,是否可以给我少一点?给我三千美元就够了。”

  爱因斯坦对自己的衣着也是不注意的,长年披着一件黑色皮上衣,不穿袜子,不结领带,裤子有时既没有绑皮带也没有吊带,他和人在黑板前讨论问题时,一面写黑板,一面要把那像要滑下的裤子用手拉住,这种情形是有些滑稽,而他的头发却留得长长的,不加修饰。这对当年“贵族学府”普林斯顿大学的学生来说是惊异的事,难怪他们要希望上帝叫他把头发剪掉。

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  爱因斯坦是很节俭的人,他在计算的纸上是两面都写,而且他把许多寄给他的信的信封裁开,当作计算的草稿纸,不让它们在进了纸篓之前失掉可以再利用的价值。爱因斯坦在外出时经常坐二、三等车,平时只吃一些简单的食物。

  1909年7月,爱因斯坦应邀到日内瓦,参加隆重的日内瓦大学三百五十周年校庆和纪念建校人加尔文的庆祝活动,并接受日内瓦大学颁发给他的荣誉博士学位。在庆祝活动的游行中,学校里的显要人物和政府中的大人物,都身穿燕尾服、头戴高礼帽,或者身穿中世纪式的锈金长袍,头戴平顶丝帽,而爱因斯坦却穿着一套平时上街穿的衣服,戴着一顶草帽。对这次庆祝活动所举办的盛大宴会,爱因斯坦很不以为然,他对坐在旁边的人说,“如果加尔文还活着,他会堆起一大堆柴禾,因为搞这样的铺张浪费的盛宴而把我们全都烧死。”

  爱因斯坦自己曾说过:“安逸和幸福,对我来说从来不是目的。我称这些伦理基础为猪倌的理想……”。他甚至拒绝自己被安排在上流社会中,而居于与众不同的地位,对社会上对他的特殊照顾感到愤怒。

  爱因斯坦是很珍惜时间的人,他不喜欢参加社交活动与宴会,他曾讽刺地说:“这是把时间喂给动物园。”他集中精神专心的钻研,他不希望宝贵的时间消耗在无意义的社交谈话上。他也不想听那些奉承和赞扬的话。他认为:“一个以伟大的创造性观念造福于全世界的人,不需要后人来赞扬。他的成就本身就已经给了他一个更高的报答。”1929年3月,为了躲避五十寿辰的庆祝活动,他在生日前几天,就秘密跑到柏林近郊的一个花匠的农舍里隐居起来。

  作为物理学革命中的伟大科学巨匠,爱因斯坦从来没有自认为是一个超人。他认识到,自己所走的道路是前人走过的道路的延伸,科学的新时代是在前人工作基础上的合理发展,因此他总是抱着感激和敬仰的心情赞赏前人的贡献。

  在谈到相对论的创立时,他说:“相对论实在可以说是对麦克思韦和洛伦兹的伟大构思画了最后一笔,因为它力图把场物理学扩充到包括引力在内的一切现象。”爱因斯坦曾几次在信中对赞扬他的成就的朋友写道:“我完全知道我没有什么特殊的才能:兴趣、专一、顽强工作,以及自我批评使我达到我想要达到的理想境界。”

  全人类命运的关注者

  爱因斯坦热爱科学,也热爱人类。他没有因为埋头于科学研究而把自己置于社会之外,一直关心着人类的文明和进步,并为之顽强、勇敢地战斗。他说过:“人只有献身于社会,才能找出那实际上是短暂而又有风险的生命的意义”,他自己正是这样去做的。

  1914年4月,爱因斯坦接受德国科学界的邀请,迁居到柏林,8月即爆发了第一次世界大战。他虽身居战争的发源地,生活在战争鼓吹者的包围之中,却坚决地表明了自己的反战态度。9月,爱因斯坦参与发起反战团体“新祖国同盟”,在这个组织被宣布为非法、成员大批遭受逮捕和迫害而转入地下的情况下,爱因斯坦仍坚决参加这个组织的秘密活动。

  10月,德国的科学界和文化界在军国主义分子的操纵和煽动下,发表了所谓“文明世界的宣言”,为德国发动的侵略战争辩护,鼓吹德国高于一切,全世界都应该接受“真正德国精神”。在“宣言”上签名的有九十三人,都是当时德国有声望的科学家、艺术家和牧师等。就连能斯脱、伦琴、奥斯特瓦尔德、普朗克等都在上面签了字。当征求爱因斯坦签名时,他断然拒绝了,而同时他却毅然在反战的《告欧洲人书》上签上自己的名字。这一举动震惊了全世界。

  1917年,列宁领导的苏联社会主义革命胜利后,爱因斯坦热情地支持这个伟大的革命,赞扬这是一次对全世界将有决定性意义的、伟大的社会实验,表示:“我尊敬列宁,因为他是一位有完全自我牺牲精神、全心全意为实现社会正义而献身的人。我并不认为他的方法是切合实际的,但有一点可以肯定:象他这种类型的人,是人类良心的维护者和再造者。”

  1918年11月,德国工人和士兵在俄国十月革命胜利的影响和鼓舞下,发动起义,推翻了德皇威廉二世下台第三天,爱因斯坦即给他的母亲连续写了两张明信片,欢呼“伟大的事变发生了……亲身经历了这个事变是多么荣幸!”

  在二十年代到三十年代初期,爱因斯坦基本上是一个绝对的和平主义者。但是,侵略和掠夺战争不断发生的现实,打破了他那美好的梦想。特别是1933年希特勒上台后,德国日益法西斯化,使爱因斯坦意识到新的野蛮战争不可避免,促使他改变了自己的观点。他明确表示:“当法律和人类尊严必需保卫时,我们一定要战斗。自从法西斯的危险到来后,现在我不再相信绝对的被动的和平主义是有效的了。只要法西斯主义统治欧洲,那就不会有和平。”

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  由于爱因斯坦的进步活动,又因为他是犹太人,因而被德国纳粹分子列为重要的迫害对象,幸而他1932年底离开德国到美国讲学,才未遭毒手。他在柏林的住屋被查抄和捣毁,他的财产被没收,他的著作被焚毁,纳粹还悬赏二万马克要杀害他。面对纳粹分子暗杀的危险,爱因斯坦没有丝毫的畏惧,而是更坚定地战斗。当他的挚友劳厄写信劝他对政治问题采取明哲保身的态度时,他不顾个人安危,大声疾呼,指出法西斯就意味着战争,和平必须用武装来保卫,呼吁美国人民起来同法西斯作斗争。

  在为人类的进步事业而战斗的历程中,爱因斯坦一直关心着被压迫、被奴役的国家和民族。他反对法西斯灭绝犹太人的暴行,为争取犹太人的生存权利而大声疾呼。但他也反对狭隘的犹太民族主义,希望看到犹太人“同阿拉伯人在和平共处的基础上达成公平合理的协议,而不希望创立一个犹太国”。他反对美国的种族歧视政策,支持黑人的解放运动,并呼吁“美国黑人在这个方向上所作的坚定的努力,应当得到大家的赞扬和支援”。

  在五十年代美国麦卡锡份子兴风作浪的时期,麦卡锡参议员说他是“美国的第一敌人”,而一些狂热人士还造谣说他是共产份子,并且说他的前助手英费尔德从他那里知道原子弹的材料,准备供给苏联这些情报。事实上他除了担心纳粹能制造新式武器,在1939年8月2日向罗斯福总统建议这方面该进行研究写的一封信外,他以后完全不知道美国政府秘密从事原子弹的制造,一些从事这一工作的爱因斯坦的朋友也对他保密,不让他知道有这回事。但当他知道德国没有制成原子弹,而美国已造出原子弹后,他的心情感到沉重和不安。他说,如果他知道德国不会制造原子弹,他就不会为“打开这个潘多拉魔匣做任何事情。”

  当爱因斯坦后来从无线电广播知道美国对广岛、长崎投下原子弹,杀伤许多平民时他感到非常痛心。他后来写了一封告美国公民书,说:“我们将此种巨大力量解放的科学家们,对于一切事物都要优先负起责任,必须限制原子能绝对不能使用来杀害全人类,而是用来增进人类的幸福方面。”1955年,爱因斯坦与罗素联名发表了反对核战争和呼吁世界和平的《罗素—爱因斯坦宣言》。

  在1949年爱因斯坦写了一篇《为什么要社会主义?》的论文。在这里,他提出了现在看来还是正确的看法!“计划经济还不就是社会主义。计划经济本身可能伴随着对个人的完全奴役。社会主义的建成,需要解决这样一些极端困难的社会——政治问题,鉴于政治权力和经济权力的高度集中,怎样才有可能防止行政人员变成权力无限和傲慢自负呢?怎样能够使个人的权利得到保障,同时对于行政权力能够确保有一种民主的平衡力量呢?”

  巨星陨落

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  1955年4月18日,人类历史上最伟大的科学家,阿尔伯特.爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于美国普林斯顿。巨星陨落,举世同悲。

  在爱因斯坦去世的前几天还录音对以色列广播,他说:“我们这时代最大的问题是人类分成两个互相对敌的阵营:共产世界和所谓的自由世界。由于“自由”及“共产”这两个词的意义对我很难理解,我宁愿用“东方”和“西方”的权力冲突来说,然而,这地球是圆的,这样“东方”和“西方”的真正精确意义也不能清楚。”

  爱因斯坦生前不要虚荣,死后更不要哀荣。他留下遗嘱,要求不发讣告,不举行葬礼。他把自己的脑供给医学研究,身体火葬焚化,骨灰秘密的撒在不让人知道的河里,不要有坟墓也不想立碑。在把他的遗体送到火葬场火化的时候,随行的只有他最亲近的12个人,而其他人对于火化的时间和地点都不知道。

  爱因斯坦在去世之前, 把他在普林斯顿默谢雨街112号的房子留给跟他工作了几十年的秘书杜卡斯小姐,并且强调:“不许把这房子变成博物馆。”他不希望把默谢雨街变成一个朝圣地。他一生不崇拜偶像,也不希望以后的人把他当作偶像来崇拜。

  爱因斯坦曾经说过:“我自己不过是自然的一个极微小的部分”,他把一切献给了人类从自然界获得自由的征程,最后连自己的骨灰也回到了大自然的怀抱。但是正如英费尔德第一次与他接触时所感受到的那样:“真正的伟大和真正的高尚总是并肩而行的”,爱因斯坦的伟大业绩和精神永远留给了人类。

  逸事

  爱因斯坦逃学记

  1895年春天,爱因斯坦已16岁了。根据德国当时的法律,男孩只有在17岁以前离开德国才可以不必回来服兵役。由于对军国主义深恶痛绝,加之独自一人呆在军营般的路易波尔德中学已忍无可忍,爱因斯坦没有同父母商量就私自决定离开德国,去意大利与父母团聚。

  但是,半途退学,将来拿不到文凭怎么办呢?一向忠厚、单纯的爱因斯坦,情急之中竟想出一个自以为不错的点子。他请数学老师给他开了张证明,说他数学成绩优异,早达到大学水平。又从一个熟悉的医生那里弄来一张病假证明,说他神经衰弱,需要回家静养。爱因斯坦以为有这两个证明,就可逃出这厌恶的地方。

  谁知,他还没提出申请,训导主任却把他叫了去,以他败坏班风,不守校纪的理由勒令退学。

  爱因斯坦脸红了,不管什么原因,只要能离开这所中学,他都心甘情愿,也顾不得什么了。他只是为自己想出一个并未实施的狡猾的点子突然感到内疚,后来每提及此事,爱因斯坦都内疚不已。大概这种事情与他坦率、真诚的个性相去太远。

  韦伯先生的慧眼

  爱因斯坦十六岁时报考瑞士苏黎世的联邦工业大学工程系,可是入学考试却告以失败。看过他的数学和物理考卷的该校物理学家韦伯先生却慧眼识英才,称赞他:“你是个很聪明的孩子,爱因斯坦,一个非常聪明的孩子,但是你有一个很大的缺点:就是你不想表现自己。”

  韦伯先生是讲对了,爱因斯坦在数学方面可以说是有“天才”,他在12岁到16岁时就已经自学学会了解析几何和微积分。而对于不想表现自己这个“缺点”,他也是“死不悔改”。他晚年写给朋友的信中说:“我年青时对生活的需要和期望是能在一个角落安静地做我的研究,公众人士不会对我完全注意,可是现在却不能了。”

  著名的电影演员查理.卓别林在他的影片《城市之光》于好莱坞首映之日,邀请爱因斯坦夫妇去看。爱因斯坦和卓别林走出汽车时,许多人发现爱因斯坦来看戏,大家围拢欢呼,注意力都集中在他身上而不是卓别林。爱因斯坦不喜欢这样的场面,问卓别林:“这是什么意思?”卓别林马上安慰他:“这没有什么。”

  “相对论”就是这样被发现的

  爱因斯坦太太曾对查理·卓别林讲述爱因斯坦发现相对论时工作的情形。后来卓别林把这事记在他的自传里。这故事倒是可以看出爱因斯坦在这历史性发现的时刻是怎么样子工作的:

  “博士像往常那样穿着睡袍下楼吃早餐,可是那一天却什么也没动。我想一定有什么问题发生,我问他什么事使他魂不守舍?

  他回答:“亲爱的!我得到一个巧妙的想法。”

  喝完咖啡后,他就走到钢琴前开始弹奏起来。几次停下来在纸上记录一些东西,然后重复地说:“我得到一个巧妙的想法,非常美妙的想法。”

  他说:“这是很困难的,我仍需要进行工作。”

  他继续玩钢琴,并且写下一些东西,这样半小时之久,然后走上楼去他的研究室,并且告诉我不要打扰他,他就一直留在房子里两星期。每天我上楼把食物送给他,傍晚时他就散一会儿步当作运动,然后回来继续他的工作。

  最后他走下楼来,脸色显得苍白。“这里就是我的发现!”他把两张纸放在桌上,这就是他的“相对论”。”

  成功的秘诀

  有一次,一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘决。他回答:“早在1901年,我还是二十二岁的青年时,我已经发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密告诉你,那就是A=X+Y+Z! A就是成功,X就是努力工作,Y是懂得休息,Z是少说废话!这公式对我有用,我想对许多人也是一样有用。”



  欧几里得

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  欧几里得(活动于约前300-)古希腊数学家。以其所著的《几何原本》(简称《原本》)闻名于世。关于他的生平,现在知道的很少。早年大概就学于雅典,深知柏拉图的学说。公元前300年左右,在托勒密王(公元前364~前283)的邀请下,来到亚历山大,长期在那里工作。他是一位温良敦厚的教育家,对有志数学之士,总是循循善诱。但反对不肯刻苦钻研、投机取巧的作风,也反对狭隘实用观点。据普罗克洛斯(约410~485)记载,托勒密王曾经问欧几里得,除了他的《几何原本》之外,还有没有其他学习几何的捷径。欧几里得回答说:“在几何里,没有专为国王铺设的大道。”这句话后来成为传诵千古的学习箴言。斯托贝乌斯(约500)记述了另一则故事,说一个学生才开始学第一个命题,就问欧几里得学了几何学之后将得到些什么。欧几里得说:给他三个钱币,因为他想在学习中获取实利。

  欧几里得将公元前 7世纪以来希腊几何积累起来的丰富成果整理在严密的逻辑系统之中,使几何学成为一门独立的、演绎的科学。除了《几何原本》之外,他还有不少著作,可惜大都失传。《已知数》是除《原本》之外惟一保存下来的他的希腊文纯粹几何著作,体例和《原本》前6卷相近,包括94个命题,指出若图形中某些元素已知,则另外一些元素也可以确定。《图形的分割》现存拉丁文本与阿拉伯文本,论述用直线将已知图形分为相等的部分或成比例的部分。《光学》是早期几何光学著作之一,研究透视问题,叙述光的入射角等于反射角,认为视觉是眼睛发出光线到达物体的结果。还有一些著作未能确定是否属于欧几里得,而且已经散失。



  哥白尼

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  哥白尼(1473-1543)伟大的波兰天文学家,日心说的创立者,近代天文学的奠基人。

  前期经历

  1473年2月19日生于波兰维斯瓦河畔的托伦城。10岁丧父,由舅父瓦琴洛德抚养。18岁时进克拉科夫大学,在校受到人文主义者、数学教授布鲁楚斯基的熏陶,抱定献身天文学研究的志愿。三年后转回故乡。当时已任埃尔梅兰城大主教的瓦琴洛德,派他去意大利学教会法规。1497~1500年间他在波洛尼亚大学读书,除教会法规外,还同时研究多种学科,尤其是数学和天文学。对他最有影响的老师是文艺复兴运动的领导人之一、天文学教授诺法腊。1497年3月9日,他在波洛尼亚作了他遗留下的第一个天文观测记录:月球遮掩金牛座□(毕宿五)的时刻。

  哥白尼在意大利的时候,因他舅父的推荐,于1497年被选为弗龙堡大教堂僧正。1501年他从意大利回国,正式宣誓加入神父团体,但随即又请假再次去意大利。先在帕多瓦大学,同时研究法律与医学。1503年,在费拉拉大学获得教会法博士学。1506年,哥白尼从意大利回到波兰。1512年他舅父死后,他就定居在弗龙堡。作为僧正的哥白尼,职务是轻松的。他把大部分精力都用在天文学的研究上。

  哥白尼从护卫大教堂的城墙上选一座箭楼做宿舍,并选择顶上一层有门通向城上的平台作为天文台。这地方后来被称为“哥白尼塔”,自十七世纪以来被人们作为天文学的圣地保存下来。

  日心地动说的创立和《天体运行论》的出版

  哥白尼的主要贡献是创立了科学的日心地动说,写出“自然科学的独立宣言”──《天体运行论》。

  当时的欧洲正处在黑暗的中世纪的末期。亚里士多德-托勒密的地球中心说早已被基督教会改造成为基督教义的支柱。然而,由于观测技术的进步,在托勒密的地心体系里必须用八十个左右的均轮和本轮才能获得同观测比较相合的结果,而且这类小轮的数目还有继续增加的趋势。当时一些具有进步思想的哲学家和天文学家都对这个复杂的体系感到不满。哥白尼接受了这种进步思想。他在意大利时研究过大量的古希腊哲学和天文学著作。他赞成毕达哥拉斯学派的治学精神,主张以简单的几何图形或数学关系来表达宇宙的规律。他了解到古希腊人阿利斯塔克等曾有过地球绕太阳转动的学说,受到很大启发。哥白尼分析了托勒密体系中的行星运动,发现每个行星都有三种共同的周期运动,即:一日一周、一年一周和相当于岁差(见岁差和章动)的周期运动。他认为,如果把这三种运动都归到被托勒密视为静止不动的地球上,就可消除他的体系里不必要的复杂性。因此,哥白尼建立起一个新的宇宙体系,即太阳居于宇宙的中心静止不动,而包括地球在内的行星都绕太阳转动的日心体系。离太阳最近的是水星,其次是金星、地球、火星、木星和土星。只有月球绕地球转动。恒星则在离太阳很远的一个天球面上静止不动。哥白尼把统率整个宇宙的支配力量赋予太阳,而各个天体则都有其自然的运动。他系统而明晰地批判了地球中心说,并且从物理学的角度对日心地动说可能遭到的责难提出了答复。

  哥白尼用了“将近四个九年的时间”去测算、校核、修订他的学说。他曾写过一篇《要释》,简要地介绍他的学说。这篇短文曾在他的友人中间手抄流传。但是,他迟迟不愿将他的主要著作──《天体运行论》公开出版。因为,他很了解,他的书一经刊布,便会引起各方面的攻击。批判可能从两种人那里来:一种人是顽固的哲学家,他们坚持亚里士多德、托勒密的说法,把地球当作宇宙的固定的中心;另一种人是教士,他们会说日心说是离经叛道的异端邪说,因为《圣经》上明白指出地是静止不动的。当哥白尼终于听从朋友们的劝告,将他的手稿送去出版时,他想出一个办法,在书的序中写明将他的著作大胆地献给教皇保罗三世。他认为,在这位比较开明的教皇的庇护下,《天体运行论》也许可以问世。

  除了这篇序之外,《天体运行论》还有另外一篇别人写的前言。哥白尼当时已重病在身,辗转委托教士奥塞安德尔去办理排印工作。这位教士为使这书能安全发行,假造了一篇无署名的前言,说书中的理论不一定代表行星在空间的真正运动,不过是为编算星表、预推行星的位置而想出来的一种人为的设计。这篇前言里说了许多称赞哥白尼的话,细心的读者很容易发现这是别人写的。然而,这个“迷眼的沙子”起了很大的作用,在半个多世纪的时间里,骗过了许多人。1542年秋,哥白尼因中风已陷入半身不遂的状况,到1543年初已临近死亡。延至5月24日,当一本印好的《天体运行论》送到他的病榻的时候,已是他弥留的时刻了。《天体运行论》出版后很少引起人们的注意。一般人不能了解,而许多天文工作者则正如奥塞安德尔所说的那样,只把这本书当作编算行星星表的一种方法。《天体运行论》在出版后七十年间,虽然遭到马丁·路德的斥责,但未引起罗马教廷的注意。后因布鲁诺和伽利略公开宣传日心地动说,危及教会的思想统治,罗马教廷才开始对这些科学家加以迫害,并于公元1616年把《天体运行论》列为禁书。然而经过开普勒、伽利略、牛顿等人的工作,哥白尼的学说不断获得胜利和发展;恒星光行差、视差的发现,使地球绕太阳转动的学说得到了令人信服的证明。

  哥白尼的学说不仅改变了那个时代人类对宇宙的认识,而且根本动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础。“从此自然科学便开始从神学中解放出来”,“科学的发展从此便大踏步前进”



  瓦特

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  瓦特(1736-1819)是世界公认的蒸汽机发明家。他的创造精神、超人的才能和不懈的钻研为后人留下了宝贵的精神和物质财富。瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献,具有划时代的意义,它导致了第一次工业技术革命的兴起,极大的推进了社会生产力的发展。

  1736年,瓦特出生在英国苏格兰格拉斯哥市附近的一个小镇格里诺克,他的父亲是一个经验丰富的木匠,祖父和叔父都是机械工匠。少年时代的瓦特,由于家境贫苦和体弱多病,没有受过完整的正规教育。他曾经就读于格里诺克的文法学校,数学成绩特别优秀,但没有毕业就退学了。但是,他在父母的教导下,一直坚持自学,很早就对物理和数学产生了兴趣。瓦特从六岁开始学习几何学,到十五岁时就学完了《物理学原理》等书籍。他常常自己动手修理和制作起重机、滑车和一些航海器械。1753年,瓦特到格拉斯哥市当徒工。由于收入过低不能维持生活,第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。凭借着自己的勤奋好学,他很快学会了制造那些难度较高的仪器。但是繁重的劳动和艰苦的生活损害了他的健康,一年后,他不得不回家休养。一年的学徒生活使他饱尝辛酸,也使他练就了精湛的手艺,培养了他坚韧的个性。

  1756年,当他的身体稍有好转,瓦特再次踏上了坎坷的道路来到格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人,但是因为他的手艺没有满师,当时的行会不允许。幸运的是,瓦特的才能引起了格拉斯哥大学教授台克的重视。在他的介绍下,瓦特进入格拉斯哥大学当了教学仪器的工人。这所学校拥有当时较为完善的仪器设备,这使瓦特在修理仪器时认识了先进的技术,开阔了眼界。这时,他对以蒸汽作动力的机械产生了浓厚的兴趣,开始收集有关资料,还为此学会了意大利文和德文。在大学里,他认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊等。瓦特从他们那里学到了很多科学理论知识。1764年,瓦特与表妹玛格丽特·米勒结了婚。

  1764年,学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机,在修理的过程中,瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理,并且发现了这种蒸汽机的两大缺点:活塞动作不连续而且慢;蒸汽利用率低,浪费原料。以后,瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天,在一次散步时,瓦特想到,既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的,那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢?瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。

  在产生这种设想以后,瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计,冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连,使他们既能连通又能分开。这样,既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器,又可以使汽缸内产生同样的真空,避免了汽缸在一冷一热过程中热量的消耗,据瓦特理论计算,这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。从理论上说,瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机,但是,要把理论上的东西变为实际上的东西,把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机,还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机,但效果反而不如纽可门蒸汽机,甚至四处漏气,无法开动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑,但他没有在困难面前怯步,继续进行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时,他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家,他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁,但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许,当即与瓦特签订合同,赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。

  从1766年开始,在三年多的时间里,瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难,终于在1769年制出了第一台样机。同年,瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了,但它同纽可门蒸汽机相比,除了热效率有显著提高外,在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。就是说,瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。

  由于瓦特的这种蒸汽机仍不够理想,销路并不广。当瓦特继续进行探索时,罗巴克本人已濒于破产,他又把瓦特介绍给了自己的朋友、工程师兼企业家博尔顿,以便瓦特能得到赞助继续进行他的研制工作。博尔顿当时经四十多岁,是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的创新精神表示赞赏,并愿意赞助瓦特。博尔顿经常参加社会活动,他是当时伯明翰地区著名的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。参加这个学社的大多都是本地的一些科学家、工程师、学者以及科学爱好者。经博尔顿的介绍,瓦特也参加了圆月学社。在圆月学社活动期间,由于与化学家普列斯特列等交往,瓦特对当时人们关注的气体化学与热化学有了更多的了解,为他后来参加水的化学成分的争论奠定了基础。更重要的是,圆月学社的活动使瓦特进一步增长了科学见识,活跃了科学思想。

  瓦特自与博尔顿合作之后即在资金、设备、材料等方面得到大力支持。瓦特又生产了两台带分离冷凝器的蒸汽机,由于没有显著的改进,这两台蒸汽机并没有得到社会的关注。这两台蒸汽机耗资巨大,使博尔顿也濒临破产,但他仍然给瓦特以慷慨的赞助。在他的支持下,瓦特以百折不挠的毅力继续研究。自1769年试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机之后,瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病,而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。1781年,瓦特仍然在参加圆月学社的活动,也许在聚会中会员们提到天文学家赫舍尔在当年发现的天王星以及由此引出的行星绕日的圆周运动启发了他,也许是钟表中的齿轮的圆周运动启发了他。他想到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就可以使动力传给任何工作机。同年,他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置,终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性,从而使圆周运动更加均匀,瓦特还在轮轴上加装了一个火飞轮。由于对传统机构的这一重大革新,瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作及的动力机。1781年底,瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。

  由于这种蒸汽机加上了轮轴和飞轮,这时的蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时,多消耗了不少能量。这样,蒸汽机的效率不是很高,动力不是很大。为了进一步提高蒸汽机的效率,增大蒸汽机的效率,瓦特在发明齿轮联动装置之后,对汽缸本身进行了研究,他发现,他虽然把纽可门蒸汽机的内部冷凝变成了外部冷凝,使蒸汽机的热效率有了显著提高,但他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。两者的蒸汽都是单项运动,从一端进入、另一端出来。他想,如果让蒸汽能够从两端进入和排出,就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末,他的效率就可以提高一倍。1782年,瓦特根据这一设想,试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的第三项专利。把原来的单项汽缸装置改装成双向汽缸,并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽,这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过这三次技术飞跃,纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。

  从最初接触蒸汽技术到瓦特蒸汽机研制成功,瓦特走过了二十多年的艰难历程。瓦特虽然多次受挫、屡遭失败,但他仍然坚持不懈、百折不回,终于完成了对纽可门蒸汽机的三次革新。使蒸汽机得到了更广泛的应用,成为改造世界的动力。

  1784年,瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装取得了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第四项专利。1788年,瓦特发明了离心调速器和节气阀;1790年,他又发明了汽缸示工器,至此瓦特完成了蒸汽机发明的全过程。

  1785年,瓦特被当选为英国皇家学会会员。1814年,他被法国科学家学会接纳为外国会员。

  1790年以后,优厚的专利税使瓦特成为一个很有钱的名人。1819年8月5日,瓦特在希思菲尔德郡的家里去世,遗体埋葬在汉德沃尔斯郊区的教堂里。

  瓦特生活在十八、十九世纪的英国,所以在他的身上不可避免的带有时代和阶级的局限。他曾经阻挠双筒蒸汽机和高压蒸汽机的发明和推广,还嘲笑别人用蒸汽机来驱动车辆的努力。

  瓦特为蒸汽机的推广使用做出了不可磨灭的重要贡献、有力的推动了社会的前进。恩格斯在《自然辨证法》中这样写道:“蒸汽机是第一个真正国际性的发明……瓦特个它加上了一个分离的冷凝器,这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。”后人为了纪念这位伟大的发明家,把功率的单位定为“瓦特”。



  法拉第

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  法拉第(1817-1867)1791年9月22日生在一个手工工人家庭,家里人没有特别的文化,而且颇为贫穷。法拉第的父亲是一个铁匠。法拉第小时候受到的学校教育是很差的。十三岁时,他就到一家装订和出售书籍兼营文具生意的铺子里当了学徒。但与众不同的是他除了装订书籍外,还经常阅读它们。他的老板也鼓励他,有一位顾客还送给了他一些听伦敦皇家学院讲演的听讲证。1812年冬季一天,正当拿破仑的军队在俄罗斯平原上遭到溃败的时候,一位二十一岁的青年人来到了伦敦皇家学院,他要求和著名的院长戴维见面谈话。作为自荐书,他带来了一本簿子,里面是他听戴维讲演时记下的笔记。这本簿子装订得整齐美观,这位青年给戴维留下了很好的印象。戴维正好缺少一位助手,不久他就雇用了这位申请者。

  当上了戴维的助手后,不久他就成为皇家学院的一员。1813年戴维夫妇决定去欧洲大陆游历,他们带着法拉第作为秘书。这次旅游进行了18个月,这对法拉第的教育起了重大作用。他见到了许多著名的科学家,象安培、伏特、阿拉戈和盖·吕萨克等,其中几位学者立即发现了这位陪伴戴维的朴实年青人的才华。

  法拉第的科学活动是惊人的。他从欧洲大陆旅游回来后,几年内都致力于化学分析,并在皇家学院担任助手工作,其中包括对戴维的重要协助。他在1816年发表的第一篇论文,是论述托斯卡纳生石灰的性质的。1860年前后,法拉第的研究活动结束时,他的实验笔记已达到一万六千多条,他仔细地依次编号,分订成许多卷,在这里法拉第快乐的显示了他过去当装订工时学会的高超技能。这些笔记以及其他在装订成书以前或以后的几百条笔记,都已编成书分卷出版,其中最著名的是他的《电学实验研究》。

  法拉第所研究的课题广泛多样,按编年顺序排列,有如下各方面:铁合金研究(1818-1824);氯和碳的化合物(1820);电磁转动(1821);气体液化(1823,1845);光学玻璃(1825-1831);苯的发明(1825);电磁感应现象(1831);不同来源的电的同一性(1832);电化学分解(1832年起);静电学,电介质(1835年起);气体放电(1835年);光、电和磁(1845年起);抗磁性(1845年起);"射线振动思想"(1846年起);重力和电(1849年起);时间和磁性(1857年起)。

  在大约1830年以前,法拉第主要是一位化学家,但他曾在1821年第一次着手研究电和磁,可能由此而种下了种子,十年以后即有了伟大的发现。法拉第的第一个科学活动时期终止于1830年,那时他已成为很有成就的专业分析化学和实际顾问,而且更重要的是,由于他的坚实的科学成就,已赢得了国际声誉。这些科学成就包括制备一些新的碳化合物,如由他命名的"高氯化碳"或现代命名的"六氯乙烷"CCI3.CC13和四氯乙烯CCI2:CC12,以及研究伦敦照明用的气体(法拉第的哥哥在该部门工作)。这种气体是用动物油加热而制成的,储存在圆柱形铁罐内,它往往在铁罐内残留下一种液体。法拉第非常仔细而巧妙地对这种残余液体进行了分析,发现它含有一种沸点固定在80℃的成分,它的大致组分为CH。这就是苯,它是有机化学的主要支柱之一。但是法拉第发现苯时,并没有认识到它在后来的重要性,当然也不了解它的奇异的分子结构。这些发明和发现表明,如果法拉第没有其他贡献,他也将被认为是杰出的化学家。

  事实上,在十九世纪二十年代,他就已成功地液化了好几种气体。他最初所用的仪器非常简陋,只是一个弯成倒"V"字形的结实的玻璃管。他在玻璃管一端放入产生气体的物质,把另一端浸在致冷混合液体中。这时放出的气体使管内的压力增加。他就是采用这种简单技巧,液化了氯、二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、一氧化二氮、氨、氯化氢以及其他物质。

  1818年起,法拉第和一位外科医生、皇家学会会员斯托达特合作了几年,试图制造出一种改良钢,它的防锈能力要比英国当时所用的钢产品更强,能用来制造更锋利的刀片。当时的冶金技术仍然偏重于经验技术。印度生产的一种"乌兹钢",是当时最优质的刀片钢。法拉第和斯托达特在铁内掺入其他金属,例如铂、银、钯、铬等,制成了各种合金钢,但斯托达特在1823年去世,法拉第转到其他工作去了。他们当时是可能发现现代冶金学的一些重要结果的。他们所制刀片的一些样品至今仍保存着,其中有一些质量很高。

  所有这些工作都证明了法拉第卓越的化学才能和工艺才能。他把他的丰富经验总结为一本六百多页的巨著《化学操作》中,于1827年出版。这是法拉第除了电学研究和其他研究论文集外所写的唯一的一本书。就是在今天仔细阅读它,也会给人一种直接和新颖的非凡印象。

  戴维曾想表示他对法拉第的感激,但皇家学院经济一直困难。1825年他建议任命法拉第为实验室主任,以表示他的敬意。此后不久,法拉第创办了一个定期的"星期五晚讲座",至今仍延续下来。法拉第曾花费了许多精力来提高他的讲演艺术,并且为此而名声卓著。他对讲演提出了各种建议和准则,完善到包括一切细节,这些建议和准则一直传给了皇家学院现在的讲演人。尽管皇家学院的听讲费颇为昂贵,但只要是法拉第讲演,讲演大厅里就会挤得水泄不通。其他人的讲演平均只有三分之二的听众。除了星期五晚讲座外,法拉第还为儿童设立了专门的通俗讲演,在圣诞节期间举行,他的圣诞节讲座的主题之一是《蜡烛的化学史》。一个多世纪以来,曾经鼓舞了无数青年人,使他们从中获得快乐。这本书已被译成了许多种文字。  一旦有了可能,法拉第就拒绝大部分兼职工作,严格地削减社会活动,而把全部精力用于实验研究。人们得到的印象是,只有实验研究才是他真正的兴趣所在。他不参加任何社会活动,拒绝了许多授给他的荣誉,包括1857年要选他为皇家学会会长。

  法拉第成就最大的时期是1830至1839年,当时他是对现代电学发现作出贡献的第一流科学家。1821年他研究了奥斯特发现的电流的磁作用,作出了一项重大发现:磁作用的方向是与产生磁作用的电流的方向垂直的。法拉第还制成了一种电动机,证明了导线在恒定磁场内的转动。他甚至还证明了在地磁场内的这种转动。这个实验给他本人和他的同时代人都留下了深刻的印象。

  法拉第坚信,电与磁的关系必须被推广,如果电流能产生磁场,磁场也一定能产生电流。法拉第为此冥思苦想了十年。他做了许多次实验结果都失败了。直到1831年年底,他才取得了巨大的突破他发明了一种电磁电流发生器,这就是最原始的发电机。这时的法拉第不仅作出了跨时代的贡献而且奠定了未来电力工业的基础。

  曾有一个政治家问法拉第,他的发明有什么用处。他回答说:"我现在还不知道,但有一天你将从它们身上去抽税。"

  抗磁性是法拉第的另一大发现。许多物质在做成细针时会使自己的方向垂直于磁力线。而且它被磁铁的两极推开,这种行为是由很弱的力产生的,它要比作用在磁场中铁上的力弱得多。这是很值得仔细研究的一种现象,为此法拉第花费了好几个月来研究它。

  法拉第在他的一篇短文《对射线振动的一些想法》中包含了一些令人惊异的新的基本观点。到十八年后,麦克斯韦建立了光的电磁理论,他说:"法拉第教授在他的《对射线振动的一此些想法》一文中明确地提出了横向磁扰动的传播的概念而为顾正常的磁扰动。他提出的光的电磁理论,实质上和我在这篇文章中开始提出的是相同的,不同是只是在1846年还没有实验数据可以用来计算传播速度。"

  在十九世纪五十年代,法拉第的科学活动能力有所减弱。他又为记忆力和日益衰退而苦恼。他虽然仍能做些实验,但速度已不如前。他力图找出重力和电之间的相互作用,结果是否定的。但这探索从法拉第爱因斯坦,一直到现在,仍在继续进行。1862年法拉第做了最后一次实验,试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光线的影响,但结果是否定的,因为他用的仪器还不够灵敏,不能探测到这种微细的效应。三十年后,当时还是青年的塞曼,从阅读法拉第的实验计划受到启发,他用更精密的仪器重新做实验,,发现了塞曼效应,它是新原子物理学的先兆之一。

  1860年他发表了他最后一次圣诞节讲演,18645年他辞去了皇家学院教授职务。他于1867去世,终年七十六岁。

  法拉第被公认为最伟大的"自然哲学家"之一。法拉第的伟大成功也许部分地正是由于他所生活的时代。丰富的想象力加上足智多谋的实验才能,工作热情和相应的耐性,使他能够迅速地分辨假象,统观一切。他具有哲学思想,他在几何学和空间上的洞察力,以及善于持久思考的能力,正好补偿了他数学上的不足。在他留下来的笔记中,有下面一段话:

  "我一直冥思苦索什么是使哲学家获得成功的条件。是勤奋和坚韧精神加上良好的感觉能力和机智吗?难道适度的自信和认真精神不是必要的条件吗?许多人的失败难道不是因为他们所向往的是猎取名望,而不是纯真地追求知识,以及因获得知识而使心灵得到满足的快乐吗?我相信,我已见到过许多人,他们是矢志献身于科学的高尚的和成功的人,他们为自己获得了很高名望,但是还有一种此在他们心灵上总是存在着妒忌或后悔的阴影,我不能设想一个人有了这种感情能够作出科学发现。至于天才及其威力,可能是存在的,我也相信是存在的,但是,我长期以来为我们实验室寻找天才却从未找到过。不过我看到了许多人,如果他们真能严格要求自己,我想他们已成为有成就的实验哲学家了。"

  开尔文勋爵对法拉第非常了解,他在纪念法拉第的文章中说:"他的敏捷和活跃的品质,难以用言语形容。他的天才光辉四射,使他的出现呈现出智慧之光,他的神态有一种独特之美,这有幸在他家里 -- 皇家学院见过他的任何人都会感觉到的,从思想最深刻的哲学家到最质朴的儿童。"





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----往事总难梦里般恬醉
隐身或者不在线

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  伏特

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  伏特(1745-1827)出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。他对科学的爱好似乎是自然而然发生的。十九岁时他写作了一首关于化学发现的六韵步的拉丁文小诗。伏特在青年时期就开始了电学实验,他读了许多书,他的好友加托尼送给他一些仪器,并在家里让出了一间房子来支持他的研究。伏特十六岁时开始与一些著名的电学家通信,其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学家,他劝告伏特少提出理论,多做实验。事实上,伏特年青时期的理论思想远不如他的实验重要。随着岁月的流逝,伏特对静电的了解至少可以和当时最好的电学家媲美。不久他就开始应用他的理论制造各种有独创性的仪器,用现代的话来讲,要点在于他对电量、电量或张力(如他自己所命名的)、电容以及关系式Q=CV都有了明确的了解。

  伏特制造的仪器的一个杰出例子是起电盘。一块导电板放在一个由摩擦起电的充电树脂"饼"上端,然后用一个绝缘柄与金属板接触,使它接地,再把它举起来,于是金属板就被充电到高电势,这个方法可以用来使莱顿瓶充电。这种操作可以不断地重复。这一发明是非常精巧的,以后发展成为一系列静电起电机。伏特强烈地感到,他必须定量地测定电量,于是他设计了一种静电计,这就是各种绝对电计的鼻祖,它能够以可重复的方式测量电势差。他还为他的静电计建立了一种刻度,根据电盘的发明,根据他的描述,我们可以确定他的单位是今天的13,350伏。1775年由于起电盘的发明,使伏特担任了科莫一些学校的物理教授。他的名声开始扩展到意大利以外,苏黎世物理学会选举他为会员. 伏特的兴趣并不只限于电学。他通过观察马焦雷湖附近沼泽地冒出的气泡,发现了沼气。他把对化学和电学的兴趣结合起来,制成了一种称为气体燃化的仪器,可以用电火花点燃一个封闭容器内的气体。他在三十二岁时去瑞士游历,见到了伏尔泰和一些瑞士物理学家。回来后他被任命为帕维亚大学物理学教授,这是伦巴第地区最著名的大学。他担任这个教授职务一直到退休,正是在那里他作出了他的划时代的发现。

  伏特于1792年去国外作另一次长途游历,到了德国、荷兰、法国和英国。他访问了一些最著名的同行,例如拉普拉斯和拉瓦锡(1743-1794),有时还和他们共同做实验。他当时还被选为法国科学院的通迅院士,不久又被选为伦敦皇家学会的外国会员。

  伏特在四十五岁生日后不久,读到了伽伐尼1791年的文章,这促使他去作出了最大的发明和发现。他开始还有些犹豫,但不久他就开始了工作,用伏特的话说,他实验的内容"超出了当时已知的一切电学知识,因而它们看来是惊人的"。起初他同意伽伐尼用蛙做莱顿瓶的观点,但几个月后,他开始怀疑蛙主要是一种探测器,而电源则在动物之外,他还注意到,如果两种相互接触的不同金属放在舌上,就会引起一种特殊的感觉,有的是酸性的,有时是碱性的。他假定,并且也能令我们惊叹的静电测量证明,两种不同的金属例如铜和锌接触时会得到不同的电势。 他测量了这种电势差,得到的结果与我们现在所知的它们之间的接触电势差没有多大差别。至少当连接肌肉和神经的金属电弧是双金属时,只要假定蛙是一种非常灵敏的静电计,伽伐尼实验就到了解释。当然,伽伐尼回答说,甚至当金属电弧是单金属的时,他也能够观察到肌肉的收缩。这是一种严峻的反对意见,伏特对这些指出了金属的不纯和其他原因来为自己辨解。

  伏特对这个问题进行了更深入的研究,使他发明了伏特电堆,这是历史上的神奇发明之一。伏特发现导电体可以分为两大类。第一类是金属,它们接触时会产生电势差;第二类是液体(在现代语言中称为电解质),它们与浸在里面的金属之间没有很大的电差。而且第二类导体互相接触时也不会产生明显的电势差,第一类导体可依次排列起来,使其中第一种相对于后面的一种是正的,例如锌对铜是正的,在一个金属链中,一种金属和最后一种金属之间的电势差是一样的,仿佛其中不存在任何中间接触,而第一种金属和最后一种金属直接接触似的。

  伏特最后得到了一种思想,他把一些第一种导体和第二种导体连接得使每一个接触点上产生的电势差可以相加。他把这种装置称为"电堆",因为它是由浸在酸溶液中的锌板、铜板和布片重复许多层而构成的。他在一封写给皇家学会会长班克斯(1743-1820)的著名信件中介绍了他的发明,用的标题是《论不同导电物质接触产生的电》。电堆能产生连续的电流,它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大,由此开始了一场真正的科学革命。

  伏特最伟大的成就是在他达到相当高龄(五十五岁)时得到的,它立即引起所有物理学家的欢呼。1801年他去巴黎,在法国科学院表演了他的实验,当时拿破仑也在场,他立即下令授予伏特一枚特制金质奖章和一份养老金,于是伏特成为拿破仑的被保护人, 正如二十年前,他曾经是奥地利皇帝约瑟夫二世的被保护人一样。1804年他要求辞去帕维亚大学教授而退休时,拿破仑拒绝了他的要求,赐予他更多的名誉和金钱,并授予他伯爵称号。他对政治毫不关心,只专心于他的研究。

  伏特在完成了电堆工作后,实际上就从舞台上消失了。对他的发现的利用完全落在其他人身上。他可能是年纪太大了,无法再与年青的新生力量竞争,也可能在心理上受到了他以前的巨大成就的阻碍。他没有脱离过学校,他的工作可能太个人化了,他的著作与教学中缺乏正规的数学,可能限制了他表达自己思想的能力。伏特最后八年是在他的坎纳戈别墅和科莫附近度过的,他完全过一种隐居的生活。1827年伏特去世,终年八十二岁。



  富兰克林

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  本杰明.富兰克林(1706-1790)——资本主义精神最完美的代表,十八世纪美国最伟大的科学家,著名的政治家和文学家。他一生最真实的写照是他自己所说过的一句话“诚实和勤勉,应该成为你永久的伴侣。”

  学习一生

  1706年1月17日,本杰明.富兰克林出生在北美州的波士顿。他的父亲原是英国漆匠,当时以制造蜡烛和肥皂为业,生有十个孩子,富兰克林排行第八。富兰克林八岁入学读书,虽然学习成绩优异,但由于他家中孩子太多,父亲的收入无法负担他读书的费用。所以,他到十岁时就离开了学校,回家帮父亲做蜡烛。富兰克林一生只在学校读了这两年书。十二岁时,他到哥哥詹姆士经营的小印刷所当学徒,自此他当了近十年的印刷工人,但他的学习从未间断过,他从伙食费中省下钱来买书。同时,利用工作之便,他结识了几家书店的学徒,将书店的书在晚间偷偷地借来,通宵达旦地阅读,第二天清晨便归还。他阅读的范围很广,从自然科学、技术方面的通俗读物到著名科学家的论文以及名作家的作品。

  就是在当学徒的这段时期里,富兰克林把在学校曾两度考试不及格的算术学了一遍,又读了赛勒和舍尔梅的关于航海的书,从这些航海的书里,他接触到了几何学知识。他还读了洛克的《人类的悟性》和波尔洛亚尔派的作者们写的《思维的艺术》。富兰克林的学习日渐深入。

  1723年富兰克林离开了波士顿,到费城的基未尔印刷所和英国伦敦的帕尔未和瓦茨印刷厂当工人。1726年秋,富兰克林回到费城,这时他已掌握了精湛的印刷技术,开始独立经营印刷所,印刷和发行《宾夕尼亚报》,并出版了《可怜的李查历书》,当时被译成十二种文字,销行于欧美各国。1727年秋,在费城他和几个青年创办了“共读社”,组织了小型图书馆,帮助工人、手工业者和小职员进行自学。每星期五晚上,论讨有关哲学、政治和自然科学等问题。这时富兰克林还不到三十岁,通过刻苦自修,已经成为一个学识渊博的学者和启蒙思想家,在北美的声誉日益提高。在富兰克林的领导下,“共读社”几乎存在了四十年之久,后来发展为美国哲学会,成为美国科学思想的中心。

  1736年,富兰克林当选为宾夕尼亚州议会秘书。1737年,任费城副邮务长。虽然工作越来越繁重,可是富兰克林每天仍然坚持学习。为了进一步打开知识宝库的大门,他孜孜不倦地学习外国语,先后掌握了法文、意大利文、西班牙文及拉丁文。他广泛地接受了世界科学文化的先进成果。为自己的科学研究奠定了坚实的基础。

  捕捉雷电

  1746年,一位英国学者在波士顿利用玻璃管和莱顿瓶表演了电学实验。富兰克林怀着极大的兴趣观看了他的表演,并被电学这一刚刚兴起的科学强烈地吸引住了。随后富兰克林开始了电学的研究。富兰克林在家里做了大量实验,研究了两种电荷的性能,说明了电的来源和在物质中存在的现象。在十八世纪以前,人们还不能正确地认识雷电到底是什么。当时人们普遍相信雷电是上帝发怒的说法。一些不信上帝的有识之士曾试图解释雷电的起因,但都未获成功,学术界比较流行的是认为雷电是“气体爆炸”的观点。

  在一次试验中,富兰克林的妻子丽德不小心碰到了莱顿瓶,一团电火闪过,丽德被击中倒地,面色惨白,足足在家躺了一个星期才恢复健康。这虽然是试验中的一起意外事件,但思维敏捷的富兰克林却由此而想到了空中的雷电。他经过反复思考,断定雷电也是一种放电现象,它和在实验室产生的电在本质上是一样的。于是,他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文,并送给了英国皇家学会。但富兰克林的伟大设想竟遭到了许多人的嘲笑,有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷电分家的狂人”。

  富兰克林决心用事实来证明一切。1752年6月的一天,阴云密布,电闪雷鸣,一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道,带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝,他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大,风筝很快就被放上高空。刹那,雷电交加,大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线,父子俩焦急的期待着,此时,刚好一道闪电从风筝上掠过,富兰克林用手靠近风筝上的铁丝,立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动,大声呼喊:“威廉,我被电击了!”随后,他又将风筝线上的电引入莱顾瓶中。回到家里以后,富兰克林用雷电进行了各种电学实验,证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说,在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。

  风筝实验的成功使富兰克林在全世界科学界的名声大振。英国皇家学会给他送来了金质奖章,聘请他担任皇家学会的会员。他的科学著作也被译成了多种语言。他的电学研究取得了初步的胜利。然而,在荣誉和胜利面前,富兰林没有停止对电学的进一步研究。1753年,俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验,不幸被雷电击死,这是做电实验的第一个牺牲者。血的代价,使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧。但富兰克林在死亡的威胁面前没有退缩,经过多次试验,他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆,用绝缘材料固定在屋顶,杆上紧拴着一根粗导线,一直通到地里。当雷电袭击房子的时候,它就沿着金属杆通过导线直达大地,房屋建筑完好无损。1754年,避雷针开始应用,但有些人认为这是个不祥的东西,违反天意会带来旱灾。就在夜里偷偷地把避雷针拆了。然而,科学终于将战胜愚昧。一场挟有雷电的狂风过后,大教堂着火了;而装有避雷针的高层房屋却平安无事。事实教育了人们,使人们相信了科学。避雷针相继传到英国、德国、法国,最后普及世界各地。

  富兰克林对科学的贡献不仅在静电学方面,他的研究范围极其广泛。在数学方面,他创造了八次和十六次幻方,这两种幻方性质特殊,变化复杂,至今尚为学者称道;在热学中,他改良了取暖的炉子,可以节省四分之三燃料,被称为“富兰克林炉”;在光学方面,他发明了老年人用的双焦距眼镜,戴上这种眼镜既可以看清近处的东西,也可看清远处的东西。他和剑桥大学的哈特莱共同利用醚的蒸发得到负二十五度(摄氏)的低温,创造了蒸发致冷的理论。此外,他对气象、地质、声学及海洋航行等方面都有研究,并取得了不少成就。

  杰出的社会活动家

  富兰克不仅是一位优秀的科学家,而且还是一位杰出的社会活动家。他一生用了不少时间去从事社会活动。富兰克林特别重视教育,他兴办图书馆、组织和创立多个协会都是为了提高各阶层人的文化素质。

  正当他在科学研究上不断取得新成果的时候,由于英国殖民者的残暴统治,北美殖民地的民族解放运动日益高涨。为了民族的独立和解放,他毅然放下了实验仪器,积极地站在了斗争的最前列。从1757到1775年他几次作为北美殖民地代表到英国谈判。独立战争爆发后,他参加了第二届大陆会议和《独立宣言》的起草工作。1776年,已经七十高龄的富兰克林又远涉重洋出使法国,赢得了法国和欧洲人民对北美独立战争的支援。1787年,他积极参加了制定美国宪法的工作,并组织了反对奴役黑人的运动。

  巨星陨落

  富兰克林度过的最后一个冬天是在亲人环护中度过的。1790年4月17日,夜里11点,富兰克林溘然逝去。那时,他的孙子谭波尔和本杰明正陪在他的身边。4月21日,费城人民为他举行了葬礼,两万人参加了出殡队伍,为富兰克林的逝世服丧一个月以示哀悼。本杰明.富兰克林就这样走完了他人生路上的84度春秋,静静地躺在教堂院子里的墓穴中,他的墓碑上只刻着:“印刷工富兰克林”。



  爱迪生

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  托马斯·阿尔瓦·爱迪生(ThomasAlvaEdison )(1847-1931)是位举世闻名的美国电学家和发明家,他除了在留声机、电灯、电话、电报、电影等方面的发明和贡献以外,在矿业、建筑业、化工等领域也有不少著名的创造和真知灼见。爱迪生一生共有约两千项创造发明,为人类的文明和进步作出了巨大的贡献。

  爱迪生于1847年 2月11日诞生于美国中西部的俄亥俄州的米兰小市镇。父亲是荷兰人的后裔,母亲曾当过小学教师,是苏格兰人的后裔。爱迪生7岁时,父亲经营屋瓦生意亏本,将全家搬到密歇根州休伦北郊的格拉蒂奥特堡定居下来。搬到这里不久,爱迪生就患了猩红热,病了很长时间,人们认为这种疾病是造成他耳聋的原因。爱迪生8岁上学,但仅仅读了三个月的书,就被老师斥为“低能儿”而撵出校门。从此以后,他的母亲是他的“家庭教师”。由于母亲的良好的教育方法,使得他对读书发生了浓厚的兴趣。“他不仅博览群书,而且一目十行,过目成诵”。8 岁时,他读了英国文艺复兴时期最重要的剧作家莎士比亚、狄更斯的著作和许多重要的历史书籍,到9 岁时,他能迅速读懂难度较大的书,如帕克的《自然与实验哲学》。10岁时酷爱化学。11岁那年,他实验了他的第一份电报。为了赚钱购买化学药品和设备,他开始了工作。12岁的时候,他获得列车上售报的工作,辗转于休伦港和密歇根州的底特律之间。他一边卖报,一边兼做水果、蔬菜生意,只要有空他就到图书馆看书。他买了一架旧印刷机,开始出版自己的周刊——《先驱报》,第一期周刊就是在列车上印刷的。他用所挣得的钱在行李车上建立了一个化学实验室。不幸有一次化学药品着火,他连同他的设备全被扔出车外。另外有一次,当爱迪生正力图登上一列货运列车时,一个列车员抓住他的两只耳朵助他上车。这一行动导致了爱迪生成为终身聋子。

  1862年8月,爱迪生以大无畏的英雄气魄救出了一个在火车轨道上即将遇难的男孩。孩子的父亲对此感恩戴德,但由于无钱可以酬报,愿意教他电报技术。从此,爱迪生便和这个神秘的电的新世界发生了关系,踏上了科学的征途。

  1863年,爱迪生担任大干线铁路斯特拉福特枢纽站电信报务员。从1864年至1867年,在中西部各地担任报务员,过着类似流浪的生活。足迹所至,包括斯特拉福特、艾德里安、韦恩堡、印第安那波利斯、辛辛那提、那什维尔、田纳西、孟斐斯、路易斯维尔、休伦等地。

  1868年,爱迪生以报务员的身份来到了波士顿。同年,他获得了第一项发明专利权。这是一台自动记录投票数的装置。爱迪生认为这台装置会加快国会的工作,它会受到欢迎的。然而,一位国会议员告诉他说,他们无意加快议程,有的时候慢慢地投票是出于政治上的需要。从此以后,爱迪生决定,再也不搞人们不需要的任何发明。

  1869年6月初,他来到纽约寻找工作。当他在一家经纪人办公室等候召见时,一台电报机坏了。爱迪生是那里唯一的一个能修好电报机的人,于是他谋得了一个比他预期的更好的工作。10月他与波普一起成立一个“波普——爱迪生公司”,专门经营电气工程的科学仪器。在这里,他发明了“爱迪生普用印刷机”。他把这台印刷机献给华尔街一家大公司的经理,本想索价5000美元,但又缺乏勇气说出口来。于是他让经理给个价钱,而经理给了4万美元。

  爱迪生用这笔钱在新泽西州纽瓦克市的沃德街建了一座工厂,专门制造各种电气机械。他通宵达旦地工作。他培养出许多能干的助手,同时,也巧遇了勤快的玛丽,他未来的第一个新娘。在纽瓦克,他做出了诸如蜡纸、油印机等的发明,从1872至1875年,爱迪生先后发明了二重、四重电报机,还协助别人搞成了世界上第一架英文打字机。

  1876年春天,爱迪生又一次迁居,这次他迁到了新泽西州的“门罗公园”。他在这里建造了第一所“发明工厂”,它“标志着集体研究的开端”。1877年,爱迪生改进了早期由贝尔发明的电话,并使之投入了实际使用。他还发明了他心爱的一个项目——留声机。电话和电报“是扩展人类感官功能的一次革命”;留声机是改变人们生活的三大发明之一,“从发明的想象力来看,这是他极为重大的发明成就”。到这个时候,人们都称他为“门罗公园的魔术师”。

  爱迪生在发明留声机的同时,经历无数次失败后终于对电灯的研究取得了突破,1879年10月22日,爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯。为了延长灯丝的寿命,他又重新试验,大约试用了6000多种纤维材料,才找到了新的发光体——日本竹丝,可持续1000多小时,达到了耐用的目的。从某一方面来说,这一发明是爱迪生一生中达到的登峰造极的成就。接着,他又创造一种供电系统,使远处的灯具能从中心发电站配电,这是一项重大的工艺成就。

  他在纯科学上第一个发现出现于1883年。试验电灯时,他观察到他称之为爱迪生效应的现象:在点亮的灯泡内有电荷从热灯丝经过空间到达冷板。爱迪生在1884年申请了这项发现的专利,但并未进一步研究。而旁的科学家利用爱迪生效应发展了电子工业,尤其是无线电和电视。

  爱迪生又企图为眼睛做出留声机为耳朵做出的事,电影摄影机即产生于此。使用一条乔治伊斯曼新发明的赛璐珞胶片,他拍下一系列照片,将它们迅速地、连续地放映到幕布上,产生出运动的幻觉。他第一次在实验室里试验电影是在1889年,1891年申请了专利。1903年,他的公司摄制了第一部故事片“列车抢劫”。爱迪生为电影业的组建和标准化做了大量工作。

  1887年爱迪生把他的实验室迁往西奥兰治以后,为了他的多种发明制成产品和推销,他创办了许多商业性公司;这些公司后来合并为爱迪生通用电气公司,后又称为通用电气公司。此后,他的兴趣又转到荧光学、矿石捣碎机、铁的磁离法、蓄电池和铁路信号装置上。

  第一次世界大战期间,他研制出鱼雷机械装置、喷火器和水底潜望镜。

  1929年10月21日,在电灯发明50周年的时候,人们为爱迪生举行了盛大的庆祝会,德国的爱因斯坦和法国的居里夫人等著名科学家纷纷向他祝贺。不幸的是,就在这次庆祝大会上,当爱迪生致答辞的时候,由于过分激动,他突然昏厥过去。从此,他的身体每况愈下。1931年10月18日,这位为人类作过伟大贡献的科学家因病逝世,终年84岁。

  爱迪生的文化程度极低,对人类的贡献却这么巨大,这里的“秘诀”是什么呢?他除了有一颗好奇的心,一种亲自试验的本能,就是他具有超乎常人的艰苦工作的无穷精力和果敢精神。当有人称爱迪生是个“天才”时,他却解释说:“天才就是百分之二的灵感加上百分之九十八的汗水。”他在“发明工厂”,把许多不同专业的人组织起来,里面有科学家、工程师、技术人员、工人共100多人,爱迪生的许多重大发明就是靠这个集体的力量才获得成功的。他的成就主要归功于他的勤奋和创造性才能以及集体的力量,此外,他的妻子也曾起了相当重要的作用。

  爱迪生发明创造年表:

  1868年10月11日发明“投票计数器”,获得生平第一项专利权。

  1869年10月与友人合设“波普——爱迪生公司”。

  1870年发明普用印刷机,出让专利权,获4万美元。在纽约克自设制造厂。

  1872—1876年发明电动画机电报,自动复记电报法,二重、四重电报法,制造蜡纸炭质电阻器等。

  1875年发明声波分析谐振器。

  1876年在新泽西州的门罗公园建立了一个实验室——第一个工业研究实验室。它是现代的“研究小组”这一概念的创始。发明碳精棒送话器。申请电报自动记录机专利。

  1877年在门罗公园改进了早期由贝尔发明的电话,并使之投入了实际使用。获得三项专利:穿孔笔、气动铁笔和普通铁笔。 8月20日发明了被证实为爱迪生心爱的一个项目——留声机。

  1878年爱迪生宣称要解决电照明的问题。英国皇家学会举办留声机展览。改良留声机,设计微音器,扩音器,空中扬声器,声音发动机,调音发动机,微热计,验味计等。2月19日获留声机专利。7月与宾夕法尼亚大学派克教授赴怀俄明观察日全蚀,并用他发明的气温计测量太阳周围全体的温度。8月返回门罗公园,重新投入科研实验当中。英国批准爱迪生“录放机”专利申请。9月访问康涅狄克州的威廉·华莱士。开始进行发明电灯的研究。10月5日提出等一份关于铂丝“电灯”的专利申请。

  1879—1880年经数千次的挫折发明高阻力白炽灯。改良发电机。设计电流新分布法,电路的调准和计算法。发明电灯座和开关。发明磁力析矿法。

  1879年8月30日爱迪生和贝尔在萨拉托加溪市的市政厅各自演示了电话装置,结果爱迪生的电话比贝尔的清晰。10月21日发明高阻力白炽灯,它连续点燃了40个小时。11月1日申请碳丝灯专利。12月21日《纽约快报》报道了爱迪生的白炽电灯。12月25日对来自纽约市的3000名参观者在门罗公园作公开电灯表演。

  1880年研究直升机。获得电灯发明专利权。制成磁力筛矿器。1月28日提出“电力输配系统”专利书。2月18日《斯克立柏月刊》发表了《爱迪生的电灯》一文,正式发表了电灯的发明。5月第一艘由电灯照明的“哥伦比亚号”轮船试航成功。

  12月成立纽约爱迪生电力照明公司。

  1881纽约第五大街总部设立。成立一个白炽灯厂于纽约克。设立发电机,地下电线,电灯零件的制造厂。在门罗公园试验电车。

  1882发明电流三线分布制。申请专利141项。9月4日成立第一所中央厂。 12月底美国各地建立了150多个小电站。

  1885年5月23日提出无线电报专利。

  1887—1890年改良圆筒式留声机,取得关于留声机的专利权80余份。经营留声机,唱片,授语机等制造和发售事业。

  1888年发明唱筒型留声机。

  1889年参加巴黎百年博览会。发明电气铁道多种。完成活动电影机。

  1890—1899年设计大型碎石机,研磨机。在奥格登矿地亲自指挥用新方法大规模开发铁矿。

  1891年发明“爱迪生选矿机”,开始自行经营采矿事业。获得“活动电影放映机”专利。5月20日第一台成功的活动电影视镜在新泽西州西奥兰治的爱迪生实验室向公众展示。

  1893年爱迪生实验室的庭院里建立起世界上第一座电影“摄影棚”。

  1894年4月14日在纽约开辟第一家活动电影放映机影院。

  1896年年4月23日第一次在纽约的科斯特—拜厄尔的音乐堂使用“维太放映机”放映影片,受到公众热烈欢迎。

  1902年使用新型蓄电池作车辆动力的试验,行程为5000英里,每充一次电,可走100英里,获得成功。

  1903年爱迪生的公司摄制了第一部故事片《列车抢劫》。

  1909年费时十年,蓄电池的研究,终于成功。制成传真电报。获得原料机、加细碾机、长窑设计专利。

  1910—1914年完成圆盘式留声机,不损唱片和金钢石唱片。完成有声电影机。

  1910年发明“圆盘唱片”。

  1912年发明“有声电影”。研制成传语留声机。

  1914—1915年发明石碳酸综合制造法,并合留声机和授语机为远写机,一方电话机可自动纪录对方说话。自行制造苯、靛油等。

  1915—1918年完成发明39件之多,其中最著名的是鱼雷机械装置,喷火器和水底潜望镜等。

  1927年完成长时间唱片。

  1928年从野草中提炼橡胶成功。




  达·芬奇

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  莱昂纳多.达.芬奇(1452-1519)是意大利文艺复兴时期第一位画家,也是整个欧洲文艺复兴时期最杰出的代表人物之一。他是一位思想深邃、学识渊博、多才多艺的艺术大师、科学巨匠、文艺理论家、大哲学家、诗人、音乐家、工程师和发明家。他在几乎每个领域都做出了巨大的贡献。后代的学者称他是“文艺复兴时代最完美的代表”,是“第一流的学者”,是一位“旷世奇才”。所有的,以及更多的赞誉他都当之无愧。

  一、天才少年

  莱昂纳多.达.芬奇(Leonardo da vinci ,1452-1519)诞生在意大利芬奇镇附近的安基亚诺村,芬奇镇靠近佛罗伦萨。达.芬奇是非婚生子,他的童年是在祖父的田庄里度过的。孩提时代的达.芬奇聪明伶俐,勤奋好学,兴趣广泛。他歌唱得很好,很早就学会弹琵琶,他的即兴演唱,不论歌词还是曲调,都让人惊叹。他尤其喜爱绘画,常为邻里们作画,有“绘画神童”的美称。达.芬奇的家庭是当时佛罗伦萨有名的望族,父亲皮埃罗希望达.芬奇象自己一样当律师,可后来由于发生了一件事情而使皮埃罗改变了想法,决定让小芬奇学画。

  当时,皮埃罗受一位农民的委托,要画一幅盾面画。他听说儿子会画画,想试试儿子的画艺,便将这任务交给了小芬奇。小芬奇凭借自己丰富的想象力,用了一个月的时间,画成了一个骇人的妖怪。这妖怪长着火球般的眼睛,张着血盆大口,鼻孔中喷出火焰和毒气,样子十分的恐怖。作品完成后,小芬奇请父亲来到他的房间。他把窗遮去一半,将画架竖在光线恰好落在妖怪身上的地方。皮埃罗刚走进房间时,一眼就看到了这个面目狰狞的怪物,吓得大叫起来。小芬奇则笑着对父亲说:“请您拿去吧,这就是它该产生的效果。”皮埃罗从此确信儿子有绘画天赋,便将小芬奇送往佛罗伦萨,师从著名的艺术家委罗基奥,开始系统地学习造型艺术。此时的达.芬奇只有14岁。

  委罗基奥的画舫是当时佛罗伦萨著名的艺术中心,经常有意大利人文主义者在这里聚会,讨论学术问题。达.芬奇在这里结实了一大批知名的人文主义者、艺术家和科学家,开始接受人文主义的熏陶。 达.芬奇在20岁时已有很高的艺术造诣,他用画笔和雕刻刀去表现大自然和现实生活的真、善、美,热情歌颂人生的幸福和大自然的美妙。

  达.芬奇并不满足他的这些才干,他要掌握人类思想的各个领域。他眼光独到,做事干练,具有艺术的灵魂。有一次,他在山里迷了路,走到了一个漆黑的山洞前。他在后来回忆这段经历时说:“我突然产生了两种情绪——害怕和渴望:对漆黑的洞穴感到害怕,又想看看其中是否会有什么怪异的东西。”他一生都被这两种情绪所羁束——对生活之不可知或无力探知的神秘感到害怕,而又想把这个神秘之不可知性加以揭露,加以研究,解释其含义,描绘其壮观。他很早就下定决心,要做一个研究者、一个教师、尤其是一个艺术家。

  二.科学巨匠

  达.芬奇无论是在艺术领域,还是在自然科学领域,都取得了惊人的成就。他的眼光与科学知识水平超越了他的时代。

  在文艺复兴早期,人们盲目地接受传统观念,崇拜古代权威和古典著作。人们学习科学知识也只是学习象《圣经》一样的亚里士多德的理论,只相信文字记载。达.芬奇反对经院哲学家们把过去的教义和言论作为知识基础,他鼓励人们向大自然学习,到自然界中寻求知识和真理。他认为知识起源于实践,只有从实践出发,通过实践去探索科学的奥秘。他说“理论脱离实践是最大的不幸”,“实践应以好的理论为基础”。达.芬奇提出并掌握了这种先进的科学方法,采用这种科学方法去进行科学研究,在自然科学方面作出了巨大的贡献。他提出的这一方法,后来得到了伽利略的发展,并由英国哲学家弗兰西斯.培根从理论上加以总结,成为近代自然科学的最基本方法。 达.芬奇坚信科学,他对宗教感到厌恶,抨击天主教为“一个贩卖欺骗的店铺”。他说:“真理只有一个,他不是在宗教之中,而是在科学之中。”达.芬奇的实验工作方法为后来哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿等人的发明创造开辟了道路。

  在天文学上,达.芬奇对传统的“地球中心说”持否定的观点。他认为地球不是太阳系的中心,更不是宇宙的中心,而只是一颗绕太阳运转的行星,太阳本身是不运动的。达.芬奇还认为月亮自身并不发光,他只是反射太阳的光辉。他的这些观点的提出早于哥白尼“太阳中心说”。甚至在当时,达.芬奇就幻想利用太阳能了。

  在物理学方面, 达.芬奇重新发现了液体压力的概念,提出了连通器原理。他指出:在连通器内,同一液体的液面高度是相同的,不同液体的液面高度不同,液体的高度与密度成反比。他发现了惯性原理,后来为伽利略的实验所证明。他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升,在引力和冲力的混合作用下作曲线位移,最后冲力耗尽,在引力的作用下作垂直下落运动。他的这一发现使亚里士多德的落体学说产生了动摇。他发展了杠杆原理,除推导出作用力与臂长关系外,还算出了速度与臂长的关系。他指出了“永动机”作为能源的不可能性。达.芬奇还预示了物质的原子原理,形象生动的描述了原子能的威力:“那东西将从地底下爆起,……使人在无声的气息中突然死去,城堡也遭到彻底毁坏,看起来在空中似乎有破坏力。”

  达.芬奇在解剖学和生理学上也取得了巨大的成就,被认为是近代生理解剖学的始祖。他掌握了人体解剖知识,从解剖学入手,研究了生理学和医学。他最先采用蜡来表现人脑的内部结构,也是设想用玻璃和陶瓷制作心脏和眼睛的第一人。他发现了血液的功能,认为血液对人体起着新陈代谢的作用。他说血液不断的改造全身,把养料带到身体需要的各个部分,再把体内废物带走。达.芬奇研究过心脏,他发现心脏有四个腔,并画出了心脏瓣膜。他认为老年人的死因之一是动脉硬化,而产生动脉硬化的原因是缺乏运动。后来,英国的威廉.哈维证实和发展了达.芬奇的这些生理学成果。

  达.芬奇的研究和发明还涉及到军事和机械方面,他发明了飞行机械、直升飞机、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、潜水艇、双层船壳战舰、起重机等等。他还在数学领域和水利工程等方面作出了重大的贡献。 可以说,达.芬奇的研究涉及到自然科学的每一部门,他的思想和才能深入到人类知识的各个领域。他是世界上少有的全面发展的学者。

  但是达.芬奇的大多数著作和手稿都没有发表,直到他逝世后多年才被世人所发现。科学史家丹皮尔这样评论达.芬奇,“如果他当初发表他的著作的话,科学本来一定会一下就跳到一百年以后的局面。”

  三.艺术大师

  说到艺术创作,在文艺复兴时期当数达.芬奇、米开朗基罗和拉斐尔的成就最高。他们的艺术成就达到了西方造型艺术继古希腊之后的第二次高峰,仅绘画而言,则达到了欧洲的第一次高峰。其中尤以达.芬奇最为突出,恩格斯称他是巨人中的巨人。在艺术创作方面,达.芬奇解决了造型艺术三个领域——建筑、雕刻、绘画中的重大课题:1、解决了纪念性中央圆屋顶建筑物设计和理想城市的规划问题;2、完成了15世纪以来雕刻家深感棘手的骑马纪念碑雕像的课题;3、解决了当时绘画中两个重要领域--纪念性壁画和祭坛画的问题。达.芬奇的艺术作品不仅象镜子似的反映事物,而且还以思考指导创作,从自然界中观察和选择美的部分加以表现。壁画《最后的晚餐》、祭坛画《岩间圣母》和肖像画《蒙娜丽莎》是他一生的三大杰作。这三幅作品是达.芬奇为世界艺术宝库留下的珍品中的珍品,是欧洲艺术的拱顶之石。

  四.文艺复兴精神的代表

  达.芬奇比之文艺复兴时期中的任何一人,有更多的、领域更广的幻想。他思想深邃、博学多才。他怀着永无休止的探索精神去研究自然和人生的一切奥秘,他把艺术和科学、理智和情感、形体和精神熔于一炉,继承和发扬了前人的人文主义思想和现实主义表现手法,把艺术推进到一个前所未有的高度,为自然科学的发展作出了巨大贡献。 达.芬奇是当之无愧的“文艺复兴时代最完美的代表人物”。




  达尔文

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  1809年2月12日,达尔文(1809-1882)出生在英国的施鲁斯伯里。祖父和父亲都是当地的名医,家里希望他将来继承祖业,16岁时便被父亲送到爱丁堡大学学医。

  但达尔文从小就热爱大自然,尤其喜欢打猎、采集矿物和动植物标本。进到医学院后,他仍然经常到野外采集动植物标本。父亲认为他“游手好闲”、“不务正业”,一怒之下,于1828年又送他到剑桥大学,改学神学,希望他将来成为一个“尊贵的牧师”。达尔文对神学院的神创论等谬说十分厌烦,他仍然把大部分时间用在听自然科学讲座,自学大量的自然科学书籍。热心于收集甲虫等动植物标本,对神秘的大自然充满了浓厚的兴趣。

  1828年的一天,在伦敦郊外的一片树林里,一位大学生围着一棵老树转悠。突然,他发现在将要脱落的树皮下,有虫子在里边蠕动,便急忙剥开树皮,发现两只奇特的甲虫,正急速地向前爬去。这位大学生马上左右开弓抓在手里,兴奋地观看起来。正在这时,树皮里又跳出一只甲虫,大学生措手不及,迅即把手里的甲虫藏到嘴里,伸手又把第三只甲虫抓到。看着这些奇怪的甲虫,大学生真有点爱不释手,只顾得意地欣赏手中的甲虫,早把嘴里的哪只给忘记了。嘴里的那只甲虫憋得受不了啦,便放出一股辛辣的毒汁,把这大学生的舌头蜇得又麻又痛。他这才想起口中的甲虫,张口把它吐到手里。然后,不顾口中的疼痛,得意洋洋地向市内的剑桥大学走去。这个大学生就是查理·达尔文。后来,人们为了纪念他首先发现的这种甲虫,就把它命为“达尔文”。

  1831年,达尔文从剑桥大学毕业。他放弃了待遇丰厚的牧师职业,依然热衷于自己的自然科学研究。这年12月,英国政府组织了“贝格尔号”军舰的环球考察,达尔文经人推荐,以“博物学家”的身份,自费搭船,开始了漫长而又艰苦的环球考察活动。

  达尔文每到一地总要进行认真的考察研究,采访当地的居民,有时请他们当向导,爬山涉水,采集矿物和动植物标本,挖掘生物化石,发现了许多没有记载的新物种。他白天收集谷类岩石标本、动物化石,晚上又忙着记录收集经过。1832年1月,“贝格尔”号停泊在大西洋中佛得角群岛的圣地亚哥岛。水兵们都去考察海水的流向。达尔文和他的助手背起背包,拿着地质锤,爬到山上去收集岩石标本。

  在考察过程中,达尔文根据物种的变化,整日思考着一个问题:自然界的奇花异树,人类万物究意是怎么产生的?他们为什么会千变万化?彼此之间有什么联系?这些问题在脑海里越来越深刻,逐渐使他对神创论和物种不变论产生了怀疑。

  1832年2月底,“贝格尔”号到达巴西,达尔文上岸考察,向船长提出要攀登南美洲的安第斯山。 当他们爬到海拔4000多米的高山上时,达尔文意外地在山顶上发现了贝壳化石。达尔文非常吃惊,他心中想到:“海底的贝壳怎么会跑到高山上了呢?”经过反复思索,他终于明白了地壳升降的道理。达尔文脑海中一阵翻腾,对自己的猜想有了更进一步的认识:“物种不是一成不变的,而是随着客观条件的不同而相应变异!”

  后来,达尔文又随船横渡太平洋,经过澳大利亚,越过印度洋,绕过好望角,于1836年10月回到英国。在历时五年的环球考察中,达尔文积累了大量的资料。回国之后,他一面整理这些资料,一面又深入实践,同时,查阅大量书籍,为他的生物进化理论寻找根据。1842年,他第一次写出《物种起源》的简要提纲。1859年11月达尔文经过20多年研究而写成的科学巨著《物种起源》终于出版了。在这部书里,达尔文旗帜鲜明地提出了“进化论”的思想,说明物种是在不断的变化之中,是由低级到高级、由简单到复杂的演变过程。

  这部著作的问世,第一次把生物学建立在完全科学的基础上,以全新的生物进化思想,推翻了“神创论”和物种不变的理论。《物种起源》是达尔文进化论的代表作,标志着进化论的正式确立。

  《物种起源》的出版,在欧洲乃至整个世界都引起轰动。它沉重地打击了神权统治的根基,从反动教会到封建御用文人都狂怒了。他们群起攻之,诬蔑达尔文的学说“亵渎圣灵”,触犯“君权神授天理,”有失人类尊严。

  与此相反,以赫胥黎为代表的进步学者,积极宣传和捍卫达尔文主义。指出:进化论轰开了人们的思想禁锢,启发和教育人们从宗教迷信的束缚下解放出来。

  紧接着,达尔文又开始他的第二部巨著《动物和植物在家养下的变异》的写作,以不可争辩的事实和严谨的科学论断,进一步阐述他的进化论观点,提出物种的变异和遗传、生物的生存斗争和自然选择的重要论点,并很快出版这部巨著。晚年的达尔文,尽管体弱多病,但他以惊人的毅力,顽强地坚持进行科学研究和写作,连续出版了《人类的由来》等很多著作。达尔文本人认为“他一生中主要的乐趣和唯一的事业”,是他的科学著作。还有一些在旅行中直接考察得到的最重要的科学成果,如:达尔文本人所写的著名的《考察日记》和《贝格尔号地质学》、《贝格尔号的动物学》等。在他的著作中,具有特别重大历史意义的是《物种起源》,表明达尔文的进化论思想和自然选择理论的逐步发展过程。《物种起源》的出版是一件具有世界意义的大事,因为《物种起源》的出版标志着十九世纪绝大多数有学问的人对生物界和人类在生物界中的地位的看法发生了深刻的变化。《物种起源》的出版,引起造化论者和具有目的论情绪的科学家们(而这些人却是占绝大多数)对达尔文学说的猛烈攻击,也引起维护达尔文主义的相应斗争,积极参加这一斗争的除达尔文本人外还有进步的博物学家;他们到处都成为达尔文学说的热烈拥护者。

  1882年4月19日,这位伟大的科学家因病逝世,人们把他的遗体安葬在牛顿的墓旁,以表达对这位科学家的敬仰。



  库仑

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  电学是物理学的一个重要分枝,在它的发展过程中,很多物理学巨匠都曾作出过杰出的贡献。法国物理学家查利·奥古斯丁·库仑就是其中影响力非常巨大的一员。

  库仑(1736-1806)在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。库仑家里很有钱,在青少年时期,他就受到了良好的教育。他后来到巴黎军事工程学院学习,离开学校后,他进入西印度马提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后,他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作,他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。

  他在军队里从事了多年的军事建筑工作,为他1773年发表的有关材料强度的论文积累了材料。在这篇论文里,库仑提出了计算物体上应力和应变的分布的方法,这种方法成了结构工程的理论基础,一直沿用到现在。

  1777年法国科学院悬赏,征求改良航海指南针中的磁针的方法。库仑认为磁针支架在轴上,必然会带来磨擦,要改良磁针,必须从这根本问题着手。他提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。同时他对磁力进行深入细致的研究,特别注意了温度对磁体性质的影响。他又发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系,从而可利用这种装置算出静电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤,扭秤能以极高的精度测出非常小的力。由于成功地设计了新的指南针结构以及在研究普通机械理论方面作出的贡献,1782年,他当选为法国科学院院士。为了保持较好的科学实验条件,他仍在军队中服务,但他的名字在科学界已为人所共知。

  库仑在1785年到1789年之间,通过精密的实验对电荷间的作用力作了一系列的研究,连续在皇家科学院备忘录中发表了很多相关的文章。

  1785年,库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。同年,他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实验装置,测试经过和实验结果。

  库仑的扭秤是由一根悬挂在细长线上的轻棒和在轻棒两端附着的两只平衡球构成的。当球上没有力作用时,棒取一定的平衡位置。如果两球中有一个带电,同时把另一个带同种电荷的小球放在它附近,则会有电力作用在这个球上,球可以移动,使棒绕着悬挂点转动,直到悬线的扭力与电的作用力达到平衡时为止。因为悬线很细,很小的力作用在球上就能使棒显著地偏离其原来位置,转动的角度与力的大小成正比。库仑让这个可移动球和固定的球带上不同量的电荷,并改变它们之间的距离:

  第一次,两球相距36个刻度,测得银线的旋转角度为36度。

  第二次,两球相距18个刻度,测得银线的旋转角度为144度。

  第三次,两球相距8.5个刻度,测得银线的旋转角度为575.5度。

  上述实验表明,两个电荷之间的距离为4:2:1时,扭转角为1:4:16。由于扭转角的大小与扭力成反比,所以得到:两电荷间的斥力的大小与距离的平方成反比。库仑认为第三次的偏差是由漏电所致。

  经过了这们巧妙的安排,仔细实验,反复的测量,并对实验结果进行分析,找出误差产生的原因,进行修正,库仑终于测定了带等量同种电荷的小球之间的斥力。

  但是对于异种电荷之间的引力,用扭称来测量就遇到了麻烦。因为金属丝的扭转的回复力矩仅与角度的一次方成比例,这就不能保证扭称的稳定。经过反复的思考,库仑发明了电摆。他利用与单摆相类似的方法测定了异种电荷之间的引力也与它们的距离的平方成反比。

  最后库仑终于找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系,这就是静电学中的库仑定律,即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比,与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,它使电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。

  磁学中的库仑定律也是利用类似的方法得到的。1789年法国大革命爆发,库伦隐居在自己的领地里,每天全身心地投入到科学研究的工作中去。同年,他的一部重要著作问世,在这部书里,他对有两种形式的电的认识发展到磁学理论方面,并归纳出类似于两个点电荷相互作用的两个磁极相互作用定律。库仑以自己一系列的著作丰富了电学与磁学研究的计量方法,将牛顿的力学原理扩展到电学与磁学中。库仑的研究为电磁学的发展、电磁场理论的建立开拓了道路。这是他的扭秤在精密测量仪器及物理学的其它方面也得到了广泛的应用。

  库仑不仅在力学和电学上都做出了重大的贡献,做为一名工程师,他在工程方面也作出过重要的贡献。他曾设计了一种水下作业法。这种作业法类似于现代的沉箱,它是应用在桥梁等水下建筑施工中的一种很重要的方法。

  他还给我们留下了不少宝贵的著作,其中最主要的有《电气与磁性》一书,共七卷,于1785年至1789年先后公开出版发行。

  1806年8月23日,库仑因病在巴黎逝世,终年七十岁。

  库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一,他的杰出贡献是永远也不会磨灭的。



  焦耳

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  十八世纪,人们对热的本质的研究走上了一条弯路,“热质说”在物理学史上统治了一百多年。虽然曾有一些科学家对这种错误理论产生过怀疑,但人们一直没有办法解决热和功的关系的问题,是英国自学成才的物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳为最终解决这一问题指出了道路。

  焦耳(1818-1889)1818年12月24日生于英国曼彻斯特,他的父亲是一个酿酒厂主。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动,没有受过正规的教育。青年时期,在别人的介绍下,焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心学习了数学、哲学和化学,这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教诲了焦耳理论与实践相结合的科研方法,激发了焦耳对化学和物理的兴趣。

  焦耳最初的研究方向是电磁机,他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年,焦耳装成了用电池驱动的电磁机,但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池,而锌的价格昂贵,用电磁机反而不如用蒸汽机合算。焦耳的最初目的虽然没有达到,但他从实验中发现电流可以做功,这激发了他进行深入研究的兴趣。

  1840年,焦耳把环形线圈放入装水的试管内,测量不同电流强度和电阻时的水温。通过这一实验,他发现:导体在一定时间内放出的热量与导体的电阻及电流强度的平方之积成正比。四年之后,俄国物理学家楞次公布了他的大量实验结果,从而进一步验证了焦耳关于电流热效应之结论的正确性。因此,该定律称为焦耳—楞次定律。

  焦耳总结出焦耳—楞次定律以后,进一步设想电池电流产生的热与电磁机的感生电流产生的热在本质上应该是一致的。1843年,焦耳设计了一个新实验。将一个小线圈绕在铁芯上,用电流计测量感生电流,把线圈放在装水的容器中,测量水温以计算热量。这个电路是完全封闭的,没有外界电源供电,水温的升高只是机械能转化为电能、电能又转化为热的结果,整个过程不存在热质的转移。这一实验结果完全否定了热质说。

  上述实验也使焦耳想到了机械功与热的联系,经过反复的实验、测量,焦耳终于测出了热功当量,但结果并不精确。1843年8月21日在英国学术会上,焦耳报告了他的论文《论电磁的热效应和热的机械值》,他在报告中说1千卡的热量相当于460千克米的功。他的报告没有得到支持和强烈的反响,这时他意识到自己还需要进行更精确的实验。

  1844年,焦耳研究了空气在膨胀和压缩时的温度变化,他在这方面取得了许多成就。通过对气体分子运动速度与温度的关系的研究,焦耳计算出了气体分子的热运动速度值,从理论上奠定了波义耳—马略特和盖—吕萨克定律的基础,并解释了气体对器壁压力的实质。焦耳在研究过程中的许多实验是和著名物理学家威廉·汤姆生(后来受封为开尔文勋爵)共同完成的。在焦耳发表的九十七篇科学论文中有二十篇是他们的合作成果。当自由扩散气体从高压容器进入低压容器时,大多数气体和空气的温度都要下降,这一现象就是两人共同发现的。这一现象后来被称为焦耳—汤姆生效应。

  无论是在实验方面,还是在理论上,焦耳都是从分子动力学的立场出发进行深入研究的先驱者之一。

  在从事这些研究的同时,焦耳并没有间断对热功当量的测量。1847年,焦耳做了迄今认为是设计思想最巧妙的实验:他在量热器里装了水,中间安上带有叶片的转轴,然后让下降重物带动叶片旋转,由于叶片和水的磨擦,水和量热器都变热了。根据重物下落的高度,可以算出转化的机械功;根据量热器内水的升高的温度,就可以计算水的内能的升高值。把两数进行比较就可以求出热功当量的准确值来。

  焦耳还用鲸鱼油代替水来作实验,测得了热功当量的平均值为423.9千克米/千卡。接着又用水银来代替水,不断改进实验方法,直到1878年,这时距他开始进行这一工作将近四十年了,他已前后用各种方法进行了四百多次的实验。他在1849年用磨擦使水变热的方法所得的结果跟1878年的是相同的,即为423.9千克重米/千卡。一个重要的物理常数的测定,能保持三十年而不作较大的更正,这在物理学史上也是极为罕见的事。这个值当时被大家公认为热功当量J的值,它比现在J的公认值 ——427千克米/千卡约小0.7%。在当时的条件下,能做出这样精确的实验来,说明焦耳的实验技能是多么的高超啊!

  然而,当焦耳在1847年的英国科学学会的会议上再次公布自己的研究成果时,他还是没有得到支持,很多科学家都怀疑他的结论,认为各种形式的能之间的转化是不可能的。直到1850年,其他一些科学家用不同的方法获得了能量守恒定律和能量转化定律,他们的结论和焦耳相同,这时焦耳的工作才得到承认。

  1850年,焦耳凭借他在物理学上作出的重要贡献成为英国皇家学会会员。当时他三十二岁。两年后他接受了皇家勋章。许多外国科学院也给予他很高的荣誉。虽然焦耳不断进行着他的实验测量工作,遗憾的是,他的科学创造性,特别是在物理概念方面的创造性,过早地就减少了。1875年,英国科学协会委托他更精确地测量热功当量。他得到的结果是4.15,非常接近目前采用的值1卡=4.184焦耳。1875年,焦耳的经济状况大不如前。这位曾经富有过但却没有一定职位的人发现自己在经济上处于困境,幸而他的朋友帮他弄到一笔每年200英镑的养老金,使他得以维持中等但舒适的生活。五十五岁时,他的健康状况恶化,研究工作减慢了。1878年当他六十岁时,焦耳发表了他的最后一篇论文。1878年,焦耳退休。

  焦耳活到了七十一岁。1889年10月11日,焦耳在索福特逝世。后人为了纪念焦耳,把功和能的单位定为焦耳。

  在去世前两年,焦耳对他的弟弟的说,“我一生只做了两三件事,没有什么值得炫耀的。”相信对于大多数物理学家,他们只要能够做到这些小事中的一件也就会很满意了。焦耳的谦虚是非常真诚的。很可能,如果他知道了在威斯敏斯特教堂为他建造了纪念碑,并以他的名字命名能量单位,他将会感到惊奇的,虽然后人决不会感到惊奇。



  门捷列夫

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  在化学教科书中,都附有一张“元素周期表”。这张表揭示了物质世界的秘密,把一些看来似乎互不相关的元素统一起来,组成了一个完整的自然体系。它的发明,是近代化学史上的一个创举,对于促进化学的发展,起了巨大的作用。看到这张表,人们便会想到它的最早发明者——门捷列夫。

  德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫(1834-1907)生于一八三四年二月七日俄国西伯利亚的托波尔斯克市。这个时代,正是欧洲资本主义迅速发展时期。生产的飞速发展,不断地对科学技术提出新的要求。化学也同其它科学一样,取得了惊人的进展。门捷列夫正是在这样一个时代,诞生到人间。门捷列夫从小就热爱劳动,热爱学习。他认为只有劳动,才能使人们得到快乐、美满的生活;只有学习,才能使人变得聪明。

  门捷列夫在学校读书的时候,一位很有名的化学教师,经常给他们讲课。热情地向他们介绍当时由英国科学家道尔顿始创的新原子论。由于道尔顿新原于学说的问世,促进了化学的发展速度,一个一个的新元素被发现了。化学这一门科学正激动着人们的心。这位教师的讲授,使门捷列夫的思想更加开阔了,决心为化学这门科学献出一生。

  门捷列夫在大学学习期间,表现出了坚韧、忘我的超人精神。疾病折磨着门捷列夫,由于丧失了无数血液,他一天一天的消瘦和苍白了。可是,在他贫血的手里总是握着一本化学教科书。那里面当时有很多没有弄明白的问题,缠绕着他的头脑,似乎在召呼他快去探索。他在用生命的代价,在科学的道路上攀登着。他说,我这样做“不是为了自己的光荣,而是为了俄国名字的光荣。”——过了一段时间以后,门捷列夫并没有死去,反而一天天好起来了。最后,才知道是医生诊断的错误,而他得的不过是气管出血症罢了。

  由于门捷列夫学习刻苦和在学习期间进行了一些创造性的研究工作,一八五五年,他以优异成绩从学院毕业。毕业后,他先后到过辛菲罗波尔、敖德萨担任中学教师。这期间,他一边教书,一边在极其简陋的条件下进行研究,写出了《论比容》的论文。文中指出了根据比容进行化合物的自然分组的途径。一八五七年一月,他被批准为彼得堡大学化学教研室副教授,当时年仅二十三岁。

  攀登科学高峰的路,是一条艰苦而又曲折的路。门捷列夫在这条路上,也是吃尽了苦头。当他担任化学副教授以后,负责讲授《化学基础》课。在理论化学里应该指出自然界到底有多少元素?元素之间有什么异同和存在什么内部联系?新的元素应该怎样去发现?这些问题,当时的化学界正处在探索阶段。近五十多年来,各国的化学家们,为了打开这秘密的大门,进行了顽强的努力。虽然有些化学家如德贝莱纳和纽兰兹在一定深度和不同角度客观地叙述了元素间的某些联系,但由于他们没有把所有元素作为整体来概括,所以没有找到元素的正确分类原则。年轻的学者门捷列夫也毫无畏惧地冲进了这个领域,开始了艰难的探索工作。

  他不分昼夜地研究着,探求元素的化学特性和它们的一般的原子特性,然后将每个元素记在一张小纸卡上。他企图在元素全部的复杂的特性里,捕捉元素的共同性。一但他的研究,一次又一次地失败了。可他不屈服,不灰心,坚持干下去。

  为了彻底解决这个问题,他又走出实验室,开始出外考察和整理收集资料。一八五九年,他去德国海德尔堡进行科学深造。两年中,他集中精力研究了物理化学,使他探索元素间内在联系的基础更扎实了。 一八六二年,他对巴库油田进行了考察,对液体进行了深入研究,重测了一些元素的原子量,使他对元素的特性有了深刻的了解。一八六七年,他借应邀参加在法国举行的世界工业展览俄罗斯陈列馆工作的机会,参观和考察了法国、德国、比利时的许多化工厂、实验室,大开眼界,丰富了知识。这些实践活动,不仅增长了他认识自然的才干,而且对他发现元素周期律,奠定了雄厚的基础。   

  门捷列夫又返回实验室,继续研究他的纸卡。他把重新测定过的原子量的元素,按照原子量的大小依次排列起来。他发现性质相似的元素,它们的原子量并不相近;相反,有些性质不同的元素,它们的原子量反而相近。他紧紧抓住元素的原子量与性质之间的相互关系,不停地研究着。他的脑子因过度紧张,而经常昏眩。但是,他的心血并没有白费,在一八六九年二月十九日,他终于发现了原素周期律。他的周期律说明:简单物体的性质,以及元素化合物的形式和性质,都和元素原子量的大小有周期性的依赖关系。门捷列夫在排列元素表的过程中,又大胆指出,当时一些公认的原子量不准确。如那时金的原子量公认为169.2,按此在元素表中,金应排在锇、铱、铂的前面,因为它们被公认的原子量分别为198.6、6.7、196.7,而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素的后面,原子量都应重新测定。大家重测的结果,锇为190.9、铱为193.1、铂为195.2,而金是197.2。实践证实了门捷列夫的论断,也证明了周期律的正确性。     

  在门捷列夫编制的周期表中,还留有很多空格,这些空格应由尚未发现的元素来填满。门捷列夫从理论上计算出这些尚未发现的元素的最重要性质,断定它们介于邻近元素的性质之间。例如,在锌与砷之间的两个空格中,他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。就在他预言后的四年,法国化学家布阿勃朗用光谱分析法,从门锌矿中发现了镓。实验证明,镓的性质非常象铝,也就是门捷列夫预言的类铝。镓的发现,具有重大的意义,它充分说明元素周期律是自然界的一条客观规律;为以后元素的研究,新元素的探索,新物资、新材料的寻找,提供了一个可遵循的规律。元素周期律象重炮一样,在世界上空轰响了!

  门捷列夫发现了元素周期律,在世界上留下了不朽的光荣,人们给他以很高的评价。恩格斯在《自然辩证法》一书中曾经指出。“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律,完成了科学上的一个勋业,这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位。”   

  由于时代的局限性,门捷列夫的元素周期律并不是完整无缺的。一八九四年,惰性气体氛的发现,对周期律是一次考验和补充。一九一三年,英国物理学家莫塞莱在研究各种元素的伦琴射线波长与原子序数的关系后,证实原子序数在数量上等于原子核所带的阳电荷,进而明确作为周期律的基础不是原子量而是原子序数。在周期律指导下产生的原于结构学说,不仅赋予元素周期律以新的说明,并且进一步阐明了周期律的本质,把周期律这一自然法则放在更严格更科学的基础上。元素周期律经过后人的不断完善和发展,在人们认识自然,改造自然,征服自然的斗争中,发挥着越来越大的作用。   

  门捷列夫除了完成周期律这个勋业外,还研究过气体定律、气象学、石油工业、农业化学、无烟火药、度量衡等。由于他总是日以继夜地顽强地劳动着,在他研究过的这些领域中,都在不同程度上取得了成就。   

  一九0七年二月二日,这位享有世界盛誉的科学家,因心肌梗塞与世长辞了。但他给世界留下的宝贵财产,永远存留在人类的史册上。





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----往事总难梦里般恬醉
隐身或者不在线

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卡文迪许

卡文迪什(Henry Cavendish)(1731-1810)英国物理学家和化学家。1731年10月10日生于法国尼斯。1749年考人剑桥大学,1753年尚未毕业就去巴黎留学。后回伦敦定居,在他父亲的实验室中做了许多电学和化学方面的研究工作。1760年被选为英国皇家学会会员。1803年当选为法国科学院外国院土。卡文迪什毕生致力于科学研究,从事实验研究达50年之久,性格孤僻,很少与外界来往。卡文迪什的主要贡献有:1781年首先制得氢气,并研究了其性质,用实验证明它燃烧后生成水。但他曾把发现的氢气误认为燃素,不能不说是一大憾事。1785年卡文迪什在空气中引入电火花的实验使他发现了一种不活泼的气体的存在。他在化学、热学、电学、万有引力等方面进行地行多成功的实验研究,但很少发表,过了一个世纪后,麦克斯韦整理了他的实验论文,并于1879年出版了名为《尊敬的亨利·卡文迪什的电学研究》一书,此后人们才知道卡文迪什做了许多电学实验。麦克斯韦说:“这些论文证明卡文迪什几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。”
早在库仑之前,卡文迪什已经研究了电荷在导体上的分布问题。1777年,他向皇家学会提出报告说:“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方,如果是这样的话,那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方,而且这些电紧紧地压在一起,物体的其余部分处于中性状态。”他还通过实验证明电荷之间的作用力。他还早于法拉第用实验证明电容器的电容取决于两极板之间的物质。他最早建立电势概念,指出导体两端的电势与通过它的电流成正比(欧姆定律在1827年才确立)。当时还无法测量电流强度,据说他勇敢地用自己的身体当作测量仪器,以从手指到手臂何处感到电振动来估计电流的强弱。
卡文迪什的重大贡献之一是1798年完成了测量万有引力的扭秤实验,后世称为卡文迪什实验。他改进了英国机械师米歇尔(John Michell,1724~1793)设计的扭秤,在其悬线系统上附加小平面镜,利用望远镜在室外远距离操纵和测量,防止了空气的扰动(当时还没有真空设备)。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一6英尺木杆,杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球,另用两颗直径12英寸的固定着的大铅球吸引它们,测出铅球间引力引起的摆动周期,由此计算出两个铅球的引力,由计算得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算出的地球密度为水密度的5.481倍(地球密度的现代数值为5.517g/cm3),由此可推算出万有引力常量G的数值为 6.754×10-11 Nm2/kg2(现代值前四位数为6.672)。这一实验的构思、设计与操作十分精巧,英国物理学家J.H.坡印廷曾对这个实验下过这样的评语:“开创了弱力测量的新时代”。
卡文迪什在1766年发表了《论人工空气》的论文并获皇家学会科普利奖章。他制出纯氧,并确定了空气中氧、氮的含量,证明水不是元素而是化合物。他被称为“化学中的牛顿”。
卡文迪什一生在自己的实验室中工作,被称为“最富有的学者,最有学问的富翁”。卡文迪什于1810年2月24日去世。
后来,他的后代亲属德文郡八世公爵S.C.卡文迪什将自己的一笔财产捐赠剑桥大学于1871年建成实验室,它最初是以 H.卡文迪什命名的物理系教学实验室,后来实验室扩大为包括整个物理系在内的科研与教育中心,并以整个卡文迪什家族命名。该中心注重独立的、系统的、集团性的开拓性实验和理论探索,其中关键性设备都提倡自制。近百年来卡文迪什实验室培养出的诺贝尔奖金获得者已达26人。麦克斯韦、瑞利、J.J.汤姆孙、卢瑟福等先后主持过该实验室。




  魏格纳

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  魏格纳(1880-1930)是德国气象学家、地球物理学家,1880年11月1日生于柏林,1930年11月在格陵兰考察冰原时遇难。

  19世纪以前,人们尚未开始系统地研究地球整体的地质构造,对海洋与大陆是否变动,并没有形成固定的认识。1910年德国的地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳在偶然翻阅世界地图时,发现一个奇特现象:大西洋的两岸——欧洲和非洲的西海岸遥对北南美洲的东海岸,轮廓非常相似,这边大陆的凸出部分正好能和另一边大陆的凹进部分凑合起来;如果从地图上把这两块大陆剪下来,再拼在一起,就能拼凑成一个大致上吻合的整体。把南美洲跟非洲的轮廓比较一下,更可以清楚地看出这一点:远远深入大西洋南部的巴西的凸出部分,正好可以嵌入非洲西海岸几内亚湾的凹进部分。

  魏格纳结合他的考察经历,认为这绝非偶然的巧合,并形成了一个大胆的假设:推断在距今3亿年前,地球上所有的大陆和岛屿都连结在一块,构成一个庞大的原始大陆,叫做泛大陆。泛大陆被一个更加辽阔的原始大洋所包围。后来从大约距今两亿年时,泛大陆先后在多处出现裂缝。每一裂缝的两侧,向相反的方向移动。裂缝扩大,海水侵入,就产生了新的海洋。相反地,原始大洋则逐渐缩小。分裂开的陆块各自漂移到现在的位置,形成了今天人们熟悉的陆地分布状态。

  魏格纳少年时便向往到北极去探险,由于父亲的阻止,他没能在高中毕业后就加入探险队,而是进入大学学习气象学。1905年,他以优异成绩获得气象学博士学位后,致力于高空气象学的研究。1906年,他和弟弟两人驾驶高空气球在空中连续飞行了52小时,打破了当时的世界纪录。后来他又参加了去格陵兰岛的探险队,岛上巨大冰山的缓慢运动留给他的极其深刻的印象可能催化了后来他面对世界地图迸发的联想和兴趣。他开始利用业余时间搜集地学资料,查找海陆漂移的证据。

  1912年1月6日,魏格纳在法兰克福地质学会上做了题为“大陆与海洋的起源”的演讲,提出了大陆漂移的假说。此后,由于研究冰川学和古气候学第二次去了格陵兰。在随后的第一次世界大战中,他的研究工作中断了,在战场上身负重伤,养病期间他于1915年出版了《海陆的起源》一书,系统地阐述了大陆漂移说。他在《大陆和海洋的形成》这部不朽的著作中努力恢复地球物理、地理学、气象学及地质学之间的联系——这种联系因各学科的专门化发展被割断——用综合的方法来论证大陆漂移。魏格纳的研究表明科学是一项精美的人类活动,并不是机械地收集客观信息。在人们习惯用流行的理论解释事实时,只有少数杰出的人有勇气打破旧框架提出新理论。但由于当时科学发展水平的限制,大陆漂移由于缺乏合理的动力学机制遭到正统学者的非议。魏格纳的学说成了超越时代的理念。

  大陆漂移说一提出,就在地质学界引起轩然大波。年轻一代为此理论欢呼,认为开创了地质学的新时代,但老一代均不承认这一新学说。魏格纳在反对声中继续为他的理论搜集证据,为此他又两次去格陵兰考察,发现格陵兰岛相对于欧洲大陆依然有漂移运动,他测出的漂移速度是每年约1米。1930年11月2日,魏格纳在第4次考察格陵兰时遭到暴风雪的袭击,倒在茫茫雪原上,那是他50岁生日的第二天。直到次年4月,搜索队才找到他的遗体。

  1968年,法国地质学家勒比雄在前人研究的基础上提出6大板块的主张,它们是——欧亚板块、非洲板块、美洲板块、印度板块、南极板块和太平洋板块。板块学说很好地解决了魏格纳生前一直没有解决的漂移动力问题,使地质学在一个新的高度上获得了全面的综合。随着板块运动被确立为地球地质运动的基本形式,地学也进入了一个新的发展阶段。大陆分久必合、合久必分,海洋时而扩张、时而封闭,已成为人们接受的地壳构造图景。到了20世纪80年代,人们确实相信,从大陆漂移说的提出到板块学说的确立,构成了一次名副其实的现代地学领域的伟大的革命。

  魏格纳去世30年后,板块构造学说席卷全球,人们终于承认了大陆漂移学说的正确性。由此可见:一种正确的理论在其初期阶段常常被当作错误抛弃或是被当作与宗教对立的观点被否定,后期阶段则被当作信条来接受。但无论如何,人们至今还纪念魏格纳的,不是他生前冷遇与死后热闹,而是他毕生寻求真理、正视事实、勇于探索和不惜献身的科学精神。



  亚里士多德

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  亚里士多德(前384-前322)是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家。他创立了形式逻辑学,丰富和发展了哲学的各个分支学科,对科学作出了巨大的贡献。

  亚里士多德的著作所表述的观点是,人类生活及社会的每个方面,都是思考与分析的客体;宇宙万物不被神、机会和幻术所控制,而是遵循着一定的规律运行;人类对自然界进行系统而深入的研究是值得的;我们应当通过实验和逻辑分析,得出自已的结论。亚里士多德的这种反传统、反对迷信与神秘主义的主张,对西方文化产生了深远的影响。

  亚里土多德出生在马其顿的斯塔吉拉,17岁时,他赴雅典在柏拉图学园就读达20年,直到柏拉图去世后方才离开。也许是受父亲的影响,亚里士多德对生物学和实证科学饶有兴趣;而在柏拉图的影响下,他又对哲学推理发生了兴趣。

  亚里士多德首先是个伟大的哲学家,他虽然是柏拉图的学生,但却抛弃了他的老师所持的唯心主义观点。柏拉图认为理念是实物的原型,它不依赖于实物而独立存在。亚里士多德则认为实物本身包含着本质。柏拉图断言感觉不可能是真实知识的源泉。亚里士多德却认为知识起源于感觉。这些思想已经包含了一些唯物主义的因素。亚里士多德和柏拉图一样,认为理性方案和目的是一切自然过程的指导原理。可是亚里士多德对因果性的看法比柏拉图的更为丰富,因为他接受了一些古希腊时期对这个问题的看法。他指出,因主要有四种,第一种是质料因,即形成物体的主要物质。第二种是形式因,即主要物质被赋予的设计图案和形状。第三种是动力因,即为实现这类设计而提供的机构和作用。第四种是目的因,即设计物体所要达到的目的。举个例子来说,制陶者的陶土为陶器提供其质料因,而陶器的设计样式则是它的形式因,制陶者的轮子和双手是动力因,而陶器打算派的用途是目的因。亚里士多德本人看中的是物体的形式因和目的因,他相信形式因蕴藏在一切自然物体和作用之内。开始这些形式因是潜伏着的,但是物体或者生物一旦有了发展,这些形式因就显露出来了。最后,物体或者生物达到完成阶段,其制成品就被用来实现原来设计的目的,即为目的因服务。他还认为,在具体事物中,没有无质料的形式,也没有无形式的质料,质料与形式的结合过程,就是潜能转化为现实的运动。这一理论表现出自发的辩证法的思想。

  亚里士多德把科学分为:

  (1)理论的科学(数学、自然科学和后来被称为形而上学的第一哲学);

  (2)实践的科学(伦理学、政治学、经济学、战略学和修饰学);

  (3)创造的科学,即诗学。

  亚里士多德认为分析学或逻辑学是一切科学的工具。他是形式逻辑学的奠基人,他力图把思维形式和存在联系起来,并按照客观实际来阐明逻辑的范畴。亚里士多德把他的发现运用到科学理论上来。作为例证,他选择了数学学科,特别是几何学,因为几何学当时已经从泰勒斯想对土地测量的经验规则给予合理说明的早期试验阶段,过渡到后来的具有比较完备的演绎形式的阶段。但是,逻辑学的三段论法对实验科学确实毫无用处的。因为实验科学所追求的目标是发现,而不是从公认的前提得到形式证明。从元素不能再分割为更简单的物体的前提出发,在1890年未尝不可提出一个正确的已知元素表,但是到1920年,再运用这个前提就会把一切放射性元素排除在外。前提既然已经改变,“元素”一词的意义也就改变了。但是,这个事实并不能证明三段论是没用的,也不能就此认定现代物理学是错误的。幸运的是,现代的实验家并不再为逻辑形式而耗费心神了,但希腊和中古时代的科学界却在亚里士多德的权威下,运用演绎法把许多错误的权威说成是绝对正确的,并用欺骗性的逻辑形式进行了许多错误的推论。

  在天文学方面,他认为运行的天体是物质的实体,地是球形的,是宇宙的中心;地球和天体由不同的物质组成,地球上的物质是由水气火土四种元素组成,天体由第五种元素“以太”构成。在物理学方面,他反对原子论,不承认有真空存在;他还认为物体只有在外力推动下才运动,外力停止,运动也就停止。在生物学方面,他对五百多种不同的植物动物进行了分类,至少对五十多种动物进行了解剖研究,指出鲸鱼是胎生的,还考察了小鸡胚胎的发育过程。亚历山大大帝在远征途中经常给他捎回各种动植物标本。在教育方面,他认为理性的发展是教育的最终目的,主张国家应对奴隶主子弟进行公共教育。使他们的身体、德行和智慧得以和谐地发展。亚里士多德还曾提出许多数学和物理学的概念,如极限、无穷数、力的合成等。亚里士多德的逻辑学著作后来由他的注释者汇编成书,取名叫作《工具论》。他们继承了亚里士多德的看法,认为逻辑学既不是理论知识,又不是实际知识,只是知识的工具。 《工具论》主要论述了演绎法,为形式逻辑奠定了基础,对这门科学的发展具有深远的影响。

  亚里士多德的另一著作《物理学》讨论了自然哲学,存在的原理,物质与形式,运动,时间和空间等方面的问题。他认为要使一个物体运动不已,需要有一个不断起作用的原因。

  亚里士多德在《论天》一书中开始讨论物质和可毁灭的东西,并进而讨论了发生和毁灭。在这个发生和毁灭的过程中,相互对立的原则冷和热、湿和燥两两相互作用,而产生了火气土水四种元素。除这些地上的元素外,他又添上了以太。以太作圆运动,并且组成了完美而不朽的天体。

  《气象学》讨论了天和地之间的区域,即行星、彗星和流星的地带;其中还有一些关于视觉、色彩视觉和虹的原始学说。第四册里叙述了一些原始的化学观念。在现在看来,亚里士多德的气象学远不如他的生物学著作那样令人满意,然而这部著作在中世纪后期却有很大的影响。

  亚里士多德的其他重要著作有:《形而上学》、《伦理学》、《政治学》和《分析前篇和后篇》等。这些著作对后来的哲学和科学的发展起了很大的影响。

  亚里土多德对世界的贡献之大,令人震惊。他至少撰写了170种著作,其中流传下来的有47种。当然,仅以数字衡量是远远不够的,更为重要的是他渊博的学识令人折服。他的科学著作,在那个年代简直就是一本百科全书,内容涉及天文学、动物学、胚胎学、地理学、地质学、物理学、解剖学、生理学,总之,涉及古希腊人已知和各个学科。他的著作包含三个方面:一是前人的知识积累,二是助手们为他所作的调查与发现,三是他自已独立的见解。

  作为一位最传大的、百科全书式的科学家,亚里士多德对世界的贡献无人可比。但他的成就远不止于此。他还是一位真正哲学家,对哲学的几乎每个学科都作出了贡献。他的写作涉及德、形而上学、心理学、经济学、神学、政治学、修辞学、学、教育学、诗歌、风俗,以及雅典宪法。他的研究课题之一搜集各国的宪法,并依此进行比较研究。

  在哲学方面,亚里士多德最大的贡献在于创立了形式逻辑。这一重要分支学科。逻辑思维是亚里士多德在众多领域建树卓越的支柱,这种思维方式自始至终贯穿于他的研究、统计和思考之中。当然,他也犯错误,但次数少得惊人。

  亚里士多德的思想对西方文化根本倾向以至内容产生了深刻的影响。在上古及中古时期,他的著作被译成拉丁文、叙利亚文、阿拉伯文、意大利文、希伯来文、德语和英语。以后的希腊学者研究及推崇他的著作,拜占廷的学者也是如此。他的思想是中世纪基督教思想和伊斯兰经院派哲学的支柱。伊斯兰世界最重要的思想家阿威罗伊,将伊斯兰的传统学说与亚里士多德的理性主义融合成自身的思想体系。最有影响的犹太教思想家迈蒙尼德,用理性主义解释犹太教义,在调和科学、哲学和宗教方面取得了重大成就。

  随着亚里士多德作品的不断被发现,中世纪出现了一个研究亚里士多德主义的新时代,学者们以此作为求得各方面真知识的基础。亚里士多德在研究方法上,习惯于对过去和同时代的理论持批判态度,提出并探讨理论上的盲点,使用演绎法推理,用三段论的形式论证。

  如果以现在的标准衡量,亚里士多德的某些思想显得有些极端。例如,他赞同奴隶制及女性所受的不平等待遇,认为这是自然界的安排(当然,这些思想是他所处时代的写照)。但是,亚里士多德的许多思想,今天看来依然非常先进,如“贫穷是革命与罪孽之母”、“立法者应该把主要精力放在教育青年上;忽视教育必然危及国本。”(亚里士多德关于教育的思想显然是超前的,因为在他生活的年代还没有公共教育。)

  亚里士多德学识渊博,著述颇丰。他对于当时尚未分类的科学部门如政治、逻辑、伦理、历史、物理(自然学科)、心理学、美学、教育学等均有研究并有独到见解,被马克思誉为“古代最伟大的思想家”。亚里士多德的教学思想主要散见于其《政治学》和《伦理学》中。

  亚里士多德的教学思想是建立在他的人性论、认识论及其对于儿童身心发展考察的基础之上的。他把人的灵魂分为两个部分,一是非理性灵魂,其功能是本能、感觉、欲望等,二是理性灵魂,其功能是思维、理解、认识等。他认为在人的认识过程中,灵魂的主要功能是感觉和思考。灵魂借助于感觉器官而感知外界事物,那被感觉的东西是不以人的意志为转移的,从而承认感觉在认识过程中的地位和作用。但是,他又认为感觉在这里只起到一种诱发的作用,真理和知识只有通过理性的思考才能获得。因此,亚里士多德的教学目的是发展灵魂高级部分的理性。

  亚里士多德为其哲学学校设立了“百科全书”式的课程。他主张学生在德、智、体、美等方面全面发展,且在不同时期各有所侧重。幼儿期以身体发展(体育)为主;少年期以音乐教育为核心、以德、智、美为主要内容;高年级要学习文法、修辞、诗歌、文学、哲学、伦理学、政治学以及算术、几何、天文、音乐等学科。但不管怎样,重心都应放在发展学生的智力上。他特别强调音乐在培养儿童一般修养上的作用。认为音乐具有娱乐、陶冶性情、涵养理性三种功能,它能使人解疲乏、炼心智、塑造性格、激荡心灵,进而通过沉思进入理性的、高尚的道德境界。在体育教学中,他不同意教师只让学生进行严酷甚至痛苦的训练,要教"简便的体操"和"轻巧的武艺",着重于让儿童身体正常发展。

  在教学方法上,亚里士多德重视练习与实践的作用。如在音乐教学中,他经常安排儿童登台演奏,现场体验,熟练技术,提高水平。在师生关系上,亚里士多德不是对导师一味言听计从,唯唯诺诺,而是在继承的基础上敢于思考、坚持真理、勇于挑战。他那“吾爱吾师,吾尤爱真理”的品格,鼓舞着他把柏拉图建立起来的教学理论推进到了一个更高的水平。

  亚里士多德是古希腊又一位伟大的教学思想家,他所提出的关于人的灵魂三部分自然发展的思想,奠定了其关于依据年龄分期实施教学的认识论基础,这既是一个教学适应自然的良好开端,也是把教学理论建立在人类自身发展和教育发展规律之上的初步尝试。他的自然主义教学观对西方自然主义教学理论的发展产生了重要影响,促进了自然科学的研究风气。他继承并发展了苏格拉底以来的主智主义传统,建立了包括自然学科在内的百科全书式的课程体系,提出了注重实践的良好措施,为后人留下了一笔包罗宏富的教育遗产。

  亚里士多德显示了希腊科学的一个转折点。在他以前,科学家和哲学家都力求提出一个完整的世界体系,来解释自然现象。他是最后一个提出完整世界体系的人。在他以后,许多科学家放弃提出完整体系的企图,转入研究具体问题。

  亚里士多德集中古代知识于一身,在他死后几百年中,没有一个人象他那样对知识有过系统考察和全面掌握。他的著作是古代的百科全书。恩格斯称他是“最博学的人”。



  斯蒂芬森

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  斯蒂芬森(1789-1848),英国工程师,铁路机车的发明家。早年做工,没有受过学校教育,直到18岁还是一个文盲。1810年斯蒂芬森开始着手制造蒸汽机车。1813年他在附近煤矿观摩了用来从煤矿拉煤的"装有轮子的蒸汽锅炉",这个笨重的装置由于在光滑的木轨上无法牵引,因此加装了一个棘轮,使其在轨道上滚行。斯蒂芬森回去后研制了"布卢彻"机车,能以6千米/小时的速度牵引8辆装有30吨煤的货车。他并不以此为满足,继续研究提高机车功率的方法,采用了蒸汽鼓风法,把废汽导引向上喷出烟囱,带动后面的空气,从而加强了通风。这个新设计使蒸汽机车进入实用阶段。人们给它取了一个名字叫"火车"。"火车"这个名字在今天已经流传到全世界,而蒸汽机车被叫做"火车头"。以后,他又制造了几台机车,并因发明煤矿安全灯而获得声誉。1825年9月27日当第一列由斯蒂芬森设计的机车牵引的列车运载450名旅客,以24千米/小时的速度从达灵顿驶到斯托克时,铁路运输事业就从此诞生了。1829年曾举行一次机车比赛,斯蒂芬森的新机车"火箭"号,以58千米/小时的速度获胜。在以后的10年中,斯蒂芬森造了12辆与"布卢彻"相似的火车头,布卢彻自信地预言,"我深信一条可以使用我的蒸汽火车头的铁路,效果远较运河为佳。我敢打赌,我的蒸汽机车在一条长长的良好铁路上,每天可以运输40至60吨货物行驶100千米路程。铁路建设在英国、欧洲和北美洲迅速展开,而斯蒂芬森继续作为这种革命性的运输工具的主要指导者,解决许多铁路建筑、桥梁设计、机车和车辆制造问题,并在国内外许多铁路工程中担任顾问。



  开普勒

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  开普勒(1571-1630)是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。他以数学的和谐性探索宇宙,在天文学方面做出了巨大的贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物,被后世的科学史家称为“天上的立法者”。

  开普勒出生在德国威尔的一个贫民家庭,开普勒是一个早产儿,体质很差。他在童年时代遭遇了很大的不幸,四岁时患上了天花和猩红热,虽侥幸死里逃生,身体却受到了严重的摧残,视力衰弱,一只手半残。但开普勒身上有一种顽强的进取精神,但一直坚持努力学习,成绩一直名列前茅。

  1587年进入蒂宾根大学,在校中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林。在他的影响下,很快成为哥白尼学说的忠实维护者。大学毕业后,开普勒获得了天文学硕士的学位,被聘请到格拉茨新教神学院担任教师。后来,由于学校被天主教会控制,开普勒离开神学院前往布拉格,与卓越的天文观察家第谷一起专心地从事天文观测工作。正是第谷发现了开普勒的才能。在第谷的帮助和指导下,开普勒的学业有了巨大的进步。第谷死后,开普勒接替了他的职位,被聘为皇帝的数学家。然而皇帝对他十分悭吝,给他的薪俸仅仅是第谷的一半,还时常拖欠不给。他的这一点点收入不足以养活年迈的母亲和妻儿,因此生活非常困苦。但开普勒却从未中断过自己的科学研究,并且在这种艰苦的环境下取得了天文学上的累累成果。

  早期的开普勒深受柏拉图和毕达哥拉斯神秘主义宇宙结构论的影响,以数学的和谐性去探索宇宙。他用古希腊人已经发现的五个正多面体,跟当时巳知的六颗行星的轨道套迭,从而解释了太阳系中包括地球在内恰好有六颗行星以及它们的轨道大小的原因。他把这些结论整理成书发表,定名为《宇宙的秘密》。这个设想虽带有神秘主义色彩,但却也是一个大胆的探索。

  第谷最大的天文学成就就是发现了开普勒。第谷在临终前将自己多年积累的天文观测资料全部交给了开普勒,再三叮嘱开普勒要继续他的工作,并将观察结果出版出来。开普勒接过了第谷尚未完成的研究工作。

  后来,开普勒在伽利略的影响下,通过对行星运动进行深入的研究,抛弃了柏拉图和毕达哥拉斯的学说,逐步走上真理和科学的轨道。

  对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点。因为在第谷遗留下来的数据资料中,火星的资料是最丰富的,而哥白尼的理论在火星轨道上的偏离最大。开始,开普勒用正圆编制火星的运行表,发现火星老是出轨。他便将正圆改为偏心圆。在进行了无数次的试验后,他找到了与事实较为符合的方案。可是,依照这个方法来预测卫星的位置,却跟第谷的数据不符,产生了8分的误差。这8分的误差相当于秒针0.02秒瞬间转过的角度。开普勒知道第谷的实验数据是可信的,那错误出在什么地方呢?

  正是这个不容忽略的8分使开普勒走上了天文学改革的道路。他敏感的意识到火星的轨道并不是一个圆周。随后,在进行了多次实验后,开普勒将火星轨道确定为椭圆,并用三角定点法测出地球的轨道也是椭圆,断定它运动的线速度跟它与太阳的距离有关。

  这样就得出了关于行星运动的第二条定律:“行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积。”这两条定律,刊登于1609年出版的《新天文学》一书。书中他还指出,这两条定律同样适用于其他行星和月球的运动。1612年,开普勒的保护人鲁道夫二世被迫退位,因此他也离开布拉格,去奥地利的林茨。当地专门为他设立了一个数学家的职务。

  经过长期繁复的计算和无数次失败,他终于发现了行星运动的第三条定律:“行星公转周期的平方等于轨道半长轴的立方。”这一结果发表在1619年出版的《宇宙和谐论》中。行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石,并导致数十年后万有引力定律的发现。

  1604年9月30日在蛇夫座附近出现一颗新星,最亮时比木星还亮。开普勒对这颗新星进行了17个月的观测并发表了观测结果。历史上称它为开普勒新星(这是一颗银河系内的超新星)。1607年,他观测了一颗大彗星,就是后来的哈雷彗星。

  不仅在天文学上,开普勒在在光学领域的贡献也是非常卓越的。他是近代光学的奠基者。他研究了小孔成像,并从几何光学的角度加以解释说明。他指出光的强度和光源的距离的平方成反比。开普勒研究过光的折射问题,认为折射的大小不能单单从物质密度的大小来考虑。例如油的密度比水的密度小,而它的折射却比水的折射大。1611年,开普勒发表了《折光学》一书,阐述了光的折射原理,为折射望远镜的发明奠定了基础。他最早提出了光线和光束的表示法,还成功地改进了望远镜。开普勒还对人的视觉进行了研究,纠正了以前人们所认为的视觉是由眼睛的发射出光的错误观点。他认为人看见物体是因为物体所发出的光通过眼睛的水晶体投射在视网膜上,并且解释了产生近视眼和远视眼的原因。1604年发表《对威蒂略的补充--天文光学说明》。1611年出版《光学》一书,这是一本阐述近代望远镜理论的著作。他把伽里略望远镜的凹透镜目镜改成小凸透镜,这种望远镜被称为开普勒望远镜。

  开普勒还发现大气折射的近似定律,用很简单的方法计算大气折射,并且说明在天顶大气折射为零。他最先认为大气有重量,并且正确地说明月全食时月亮呈红色是由于一部分太阳光被地球大气折射后投射到月亮上而造成的。

  他出版的《哥白尼天文学概要》叙述他对宇宙结构和大小的观点;在《彗星论》中,他指出彗尾总是背着太阳,是因为太阳光排斥彗头的物质所造成;1627年出版的《鲁道夫星表》是根据他的行星运动定律和第谷的观测资料编制的。根据此表可以知道行星的位置,其精度比以前的任何星表都高,直到十八世纪中叶,它一直被视为天文学上的标准星表。

  他于1629年出版的《稀奇的1631年天象》中预言1631年11月7日水星凌日现象,12月6日金星也将凌日,果然如期观测到了水星凌日,而金星凌日西欧看不到。1630年,他几个月领不到薪水,经济困难,不得不亲自前往雷根斯堡索取。在那里突然高烧,几天后在贫病交困中去世。

  晚年的开普勒坚持不懈地同唯心主义的宇宙论作斗争。1625年,他写了题为《为第谷.布拉赫申辩》的著作,驳诉了乌尔苏斯对第谷的攻击,因而受到了天主教会的迫害。天主教会将开普勒的着作列为禁书。1626年,一群天主教徒保围了开普勒的住所,扬言要处决他。后来,开普勒因为曾担任皇帝的数学家而幸免遇难。

  1630年11月,因数月未得到薪金,生活难以维持,年迈的开普勒不得不亲自到雷根斯堡索取。不幸的是,他刚刚到那里就抱病不起。1630年11月15日,开普勒在一家客栈里悄悄地离开了世界。他死时,除一些书籍和手稿之外,身上仅剩下了7分尼(1马克等于100分尼)。

  开普勒被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂,战争过后,他的坟墓已当然无存。但他突破性的天文学理论,以及他不懈探索宇宙的精神却成为了后人铭记他的最好的丰碑。

  开普勒所处的年代正值欧洲从封建主义社会向资本主义社会转变的时期。在科学与神权的斗争中,开普勒坚定地站在了科学的一边,用自己孱弱的身体、艰苦的劳动和伟大的发现来挑战封建传统观念,推动了唯物主义世界观的发展,使人类科学向前跨进了一大步。马克思高度评价了开普勒的品格,称他是自己所喜爱的英雄。



  惠更斯

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  惠更斯(1629-1695)荷兰物理学家、天文学家、数学家。是与牛顿同一时代的科学家,是历史上最著名的物理学家之一,他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献,在数学和天文学方面也有卓越的成就,是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律,提出动量守恒原理,改进了计时器。

  1629年4月14 日出生于海牙。父亲是大臣和诗人,与R.笛卡儿等学界名流交往甚密。惠更斯自幼聪慧,13岁时曾自制一台车床,表现出很强的动手能力。1645~1647年在莱顿大学 学习法律与数学,1647~1649年转入布雷达学院深造。 在阿基米德等人著作及笛卡儿等人直接影响下,致力于 力学、光学、天文学及数学的研究。他善于把科学实践和理论研究结合起来,透彻地解决问题,因此在摆钟的 发明、天文仪器的设计、弹性体碰撞和光的波动理论等 方面都有突出成就。1663年他被聘为英国皇家学会第一 个外国会员,1666年刚成立的法国皇家科学院选他为院士。惠更斯体弱多病,一心致力于科学事业,终生未婚。 1695年7月8日在海牙逝世。

  惠更斯曾首先集中精力研究数学问题,惠更斯在数学上有出众的天才,早在22岁时就发表过关于计算圆周长、椭圆弧及双曲线的著作。他对各种平面曲线,如悬链线、曳物线、对数螺线等都进行过研究,还在概率论和微积分方面有所成就。

  1657年发表的《论赌博中的计算》,就是一篇关于概率论的科学论文,显示了他在数学上的造诣。从1651年起,对于圆、二次曲线、复杂曲线、悬链线、概率问题等发表了一些论著,他还研究了浮体和求各种形状物体的重心等问题。

  摆的研究和运用

  对摆的研究是惠更斯所完成的最出色的物理学工作。多少世纪以来,时间测量始终是摆在人类面前的一个难题。当时的计时装置诸如日规、沙漏等均不能在原理上保持精确。直到伽利略发现了摆的等时性,惠更斯将摆运用于计时器,人类才进入一个新的计时时代。

  当时,惠更斯的兴趣集中在对天体的观察上,在实验中,他深刻体会到了精确计时的重要性,因而便致力于精确计时器的研究。当年伽利略曾经证明了单摆运动与物体在光滑斜面上的下滑运动相似,运动的状态与位置有关。惠更斯进一步确证了单摆振动的等时性并把它用于计时器上,制成了世界上第一架计时摆钟。这架摆钟由大小、形状不同的一些齿轮组成,利用重锤作单摆的摆锤,由于摆锤可以调节,计时就比较准确。在他随后出版的《摆钟论》一书中,惠更斯详细地介绍了制作有摆自鸣钟的工艺,还分析了钟摆的摆动过程及特性,首次引进了“摆动中心”的概念。他指出,任一形状的物体在重力作用下绕一水平轴摆动时,可以将它的质量看成集中在悬挂点到重心之连线上的某一点,以将复杂形体的摆动简化为较简单的单摆运动来研究。

  惠更斯在他的《摆钟论》中还给出了他关于所谓的“离心力”的基本命题。他提出:一个作圆周运动的物体具有飞离中心的倾向,它向中心施加的离心力与速度的平方成正比,与运动半径成反比。这也是他对有关的伽利略摆动学说的扩充。

  在研制摆钟时,惠更斯还进一步研究了单摆运动,他制作了一个秒摆(周期为2秒的单摆),导出了单摆的运动公式。在精确地取摆长为3.0565英尺时,他算出了重力加速度为9.8米/秒2。这一数值与现在我们使用的数值是完全一致的。

  后来,惠更斯和胡克还各自发现了螺旋式弹簧丝的振荡等时性,这为近代游丝怀表和手表的发明创造了条件。

  光的波动说

  在古代和中世纪的漫长岁月里,光是哲学家和自然科学家十分关心的问题。

  到了十七世纪,科学家们对光学现象进行了研究,他们通过出色的实验工作,奠定了近代物理学的基础。这个时期,曾经发生了一场关于光的本性问题的讨论。

  惠更斯在巴黎工作期间曾致力于光学的研究。1678年,他在法国科学院的一次演讲中公开反对了牛顿的光的微粒说。他说,如果光是微粒性的,那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向。可当时人们并没有发现这现象,而且利用微粒说解释折射现象,将得到与实际相矛盾的结果。因此,惠更斯在1690年出版的《光论》一书中正式提出了光的波动说,建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上,他推倒出了光的反射和折射定律,圆满的解释了光速在光密介质中减小的原因,同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象,认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。

  惠更斯原理是近代光学的一个重要基本理论。但它虽然可以预料光的衍射现象的存在,却不能对这些现象作出解释 ,也就是它可以确定光波的传播方向,而不能确定沿不同方向传播的振动的振幅。因此,惠更斯原理是人类对光学现象的一个近似的认识。直到后来,菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充,创立了“惠更斯--菲涅耳原理”,才较好地解释了衍射现象,完成了光的波动说的全部理论。

  惠更斯在天文学方面有着很大的贡献。他把大量的精力放在了研制和改进光学仪器上。当惠更斯还在荷兰的时候,就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地设计和磨制出了望远镜的透镜,进而改良了开普勒的望远镜。惠更斯利用自己研制的望远镜进行了大量的天文观测。因此,他得到的报酬是解开了一个由来已久的天文学之谜。伽利略曾通过望远镜观察过土星,他发现了“土星有耳朵”,后来又发现了土星的“耳朵”消失了。伽利略以后的科学家对此问题也进行过研究,但都未得要领。“土星怪现象”成为了天文学上的一个谜。当惠更斯将自己改良的望远镜对准这颗行星时,他发现了在土星的旁边有一个薄而平的圆环,而且它很倾向地球公转的轨道平面。伽利略发现的“土星耳朵”消失,是由于土星的环有时候看上去呈现线状。以后惠更斯又发现了土星的卫星--土卫六,并且还观测到了猎户座星云、火星极冠等。

  在力学方面的研究,惠更斯是以伽利略所创建的基础为出发点的。在《论摆钟》一书中还论述了关于碰撞的问题。大约在1669年,惠更斯就已经提出解决了碰撞问题的一个法则——“活力”守恒原理,它成为能量守恒的先驱。惠更斯继承了伽利略的单摆振动理论,并在此基础上进一步研究。他把几何学带进了力学领域,用令人钦佩的方法处理力学问题,得到了人们的充分肯定



  开尔文

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  开尔文(1824-1907)是英国著名物理学家、发明家,原名W.汤姆孙。他是本世纪的最伟大的人物之一,是一个伟大的数学物理学家兼电学家。他被看作英帝国的第一位物理学家,同时受到世界其他国家的赞赏。他的一生获得了一切可能给予的荣誉。而他也无愧于这一切,这是他在漫长的一生中所作的实际努力而获得的。这些努力使他不仅有了名望和财富,而且赢得了广泛的声誉。

  1824年6月26日开尔文生于爱尔兰的贝尔法斯特。他从小聪慧好学,10岁时就进格拉斯哥大学预科学习。17岁时,曾立志:“科学领路到哪里,就在哪里攀登不息”。1845年毕业于剑桥大学,在大学学习期间曾获兰格勒奖金第二名,史密斯奖金第一名。毕业后他赴巴黎跟随物理学家和化学家V.勒尼奥从事实验工作一年,1846年受聘为格拉斯哥大学自然哲学(物理学当时的别名)教授,任职达53年之久。由于装设第一条大西洋海底电缆有功,英政府于1866年封他为爵士,并于1892年晋升为开尔文勋爵,开尔文这个名字就是从此开始的。1890~1895年任伦敦皇家学会会长。1877年被选为法国科学院院士。1904年任格拉斯哥大学校长,直到1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世为止。

  开尔文研究范围广泛,在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达600余篇,取得70种发明专利,他在当时科学界享有极高的名望,受到英国本国和欧美各国科学家、科学团体的推崇。他在热学、电磁学及它们的工程应用方面的研究最为出色。

  开尔文是热力学的主要奠基人之一,在热力学的发展中作出了一系列的重大贡献。他根据盖-吕萨克、卡诺和克拉珀龙的理论于1848年创立了热力学温标。他指出:“这个温标的特点是它完全不依赖于任何特殊物质的物理性质。”这是现代科学上的标准温标。他是热力学第二定律的两个主要奠基人之一(另一个是克劳修斯),1851年他提出热力学第二定律:“不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响。”这是公认的热力学第二定律的标准说法。并且指出,如果此定律不成立,就必须承认可以有一种永动机,它借助于使海水或土壤冷却而无限制地得到机械功,即所谓的第二种永动机。他从热力学第二定律断言,能量耗散是普遍的趋势。1852年他与焦耳合作进一步研究气体的内能,对焦耳气体自由膨胀实验作了改进,进行气体膨胀的多孔塞实验,发现了焦耳-汤姆孙效应,即气体经多孔塞绝热膨胀后所引起的温度的变化现象。这一发现成为获得低温的主要方法之一,广泛地应用到低温技术中。1856年他从理论研究上预言了一种新的温差电效应,即当电流在温度不均匀的导体中流过时,导体除产生不可逆的焦耳热之外,还要吸收或放出一定的热量(称为汤姆孙热)。这一现象后叫汤姆孙效应。

  在电学方面,汤姆孙以极高明的技巧研究过各种不同类型的问题,从静电学到瞬变电流。他揭示了傅里叶热传导理论和势理论之间的相似性,讨论了法拉第关于电作用传播的概念,分析了振荡电路及由此产生的交变电流。他的文章影响了麦克斯韦,后者向他请教,希望能和他研究同一课题,并给了他极高的赞誉。

  开尔文在电磁学理论和工程应用上研究成果卓著。1848年他发明了电像法,这是计算一定形状导体电荷分布所产生的静电场问题的有效方法。他深人研究了莱顿瓶的放电振荡特性,于1853年发表了《莱顿瓶的振荡放电》的论文,推算了振荡的频率,为电磁振荡理论研究作出了开拓性的贡献。他曾用数学方法对电磁场的性质作了有益的探讨,试图用数学公式把电力和磁力统一起来。1846年便成功地完成了电力、磁力和电流的“力的活动影像法”,这已经是电磁场理论的雏形了(如果再前进一步,就会深人到电磁波问题)。他曾在日记中写道:“假使我能把物体对于电磁和电流有关的状态重新作一番更特殊的考察,我肯定会超出我现在所知道的范围,不过那当然是以后的事了。”他的伟大之处,在于能把自己的全部研究成果,毫无保留地介绍给了麦克斯韦,并鼓励麦克斯韦建立电磁现象的统一理论,为麦克斯韦最后完成电磁场理论奠定了基础。

  他十分重视理论联系实际。1875年预言了城市将采用电力照明,1879年又提出了远距离输电的可能性。他的这些设想以后都得以实现。1881年他对电动机进行了改造,大大提高了电动机的实用价值。在电工仪器方面,他的主要贡献是建立电磁量的精确单位标准和设计各种精密的测量仪器。他发明了镜式电流计(大大提高了测量灵敏度)、双臂电桥、虹吸记录器(可自动记录电报信号)等等,大大促进了电测量仪器的发展。根据他的建议,1861年英国科学协会设立了一个电学标准委员会,为近代电学量的单位标准奠定了基础。在工程技术中,1855年他研究了电缆中信号传播情况,解决了长距离海底电缆通讯的一系列理论和技术问题。经过三次失败,历经两年的多方研究与试验,终于在1858年协助装设了第一条大西洋海底电缆,这是开尔文相当出名的一项工作。他善于把教学、科研、工业应用结合在一起,在教学上注意培养学生的实际工作能力。在格拉斯哥大学他组建了英国第一个为学生用的课外实验室。

  汤姆孙还将物理学用到完全不同的领域。他研究过太阳热能的起源和地球的热平衡。他的方法可靠而有趣,但只由于他不知道太阳和地球上的能量来自核能,因而不可能得到正确的结论。他试图用落到太阳上的陨石或用引力收缩来解释太阳热能的起源。约在1854年,他估算太阳的"年龄"小于5×108年,而这只是我们现在知道的值的十分之一。

  从地球表面附近的温度梯度,汤姆孙试图推算出地球热的历史和年龄。他的估算仍然太低,仅为4×108年,而实际值约为5×109年。地质学家以地质现象的演变为理论根据,很快就发现他的估算是错误的。他们不能驳倒汤姆孙的数学,但他们肯定他的假定是错误的。同样,生物学家也发现汤姆孙给出的时间进程与最新的进化论的观念相悖。这一争论持续了多年,汤姆孙完全不理解别人的反对意见是正确的。最后,直到放射性和核反应的发现,才证明了汤姆孙假设的前提是完全错误的。

  流体力学特别是其中的涡旋理论成为汤姆孙最喜爱的学科之一,他受亥姆霍兹工作的启示,发现了一些有价值的定理。他航行的收获之一是在1876年发明了适用于铁船的特殊罗盘,这一发明后来为英国海军所采用,而且一直用到被现代回转罗盘代替为止。汤姆孙的企业生产了许多磁罗盘和水深探测仪,从中大为获利。

  基于他的实践经验和理论知识,汤姆孙感到迫切需要统一电学单位,公制的引入使法国革命向前跨了一大步,但是电学测量却产生了全新的问题。高斯和韦伯奠定了绝对单位制的理论基础,"绝对"意味着它们与特定的物质或标准无关,仅取决于普适的物理定律。在绝对单位制中如何确定刻度,如何选择合适的倍数因子使它能方便地应用于工业,如何劝说科技界共同接受这一单位制,所有这一切都是重要并且困难的任务。1861年英国科学协会任命一个委员会开始这项工作,汤姆孙是其中的一员。他们努力工作了许多年,一直到1881年,由汤姆孙和亥姆霍兹起主导作用的在巴黎召开的一次国际代表大会,和1893年,在芝加哥召开的另一次代表大会,才正式接受这一新的单位制,并采用伏特、安培、法拉和欧姆等作为电学单位,从此它们被普遍使用。然而,单位制的问题并未就此解决,后来的一些会议又改变了其中某些标准量的定义,它们的实际值也相应变动了,虽然这种变动是非常小的。

  开尔文一生谦虚勤奋,意志坚强,不怕失败,百折不挠。在对待困难问题上他讲:“我们都感到,对困难必须正视,不能回避;应当把它放在心里,希望能够解决它。无论如何,每个困难一定有解决的办法,虽然我们可能一生没有能找到。”他这种终生不懈地为科学事业奋斗的精神,永远为后人敬仰。1896年在格拉斯哥大学庆祝他50周年教授生涯大会上,他说:“有两个字最能代表我50年内在科学研究上的奋斗,就是‘失败’两字。”这足以说明他的谦虚品德。为了纪念他在科学上的功绩,国际计量大会把热力学温标(即绝对温标)称为开尔文(开氏)温标,热力学温度以开尔文为单位,是现在国际单位制中七个基本单位之一。

  开尔文的一生是非常成功的,他可以算作世界上最伟大的科学家中的一位。他于1907年12月17日去世时,得到了几乎整个英国和全世界科学家的哀悼。他的遗体被安葬在威斯敏斯特教堂牛顿墓的旁边。



  赫兹

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  赫兹(1857-1894),德国物理学家,生于汉堡。早在少年时代就被光学和力学实验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程,由于对自然科学的爱好,次年转入柏林大学,在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授。1889年,接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授,直到逝世。

  赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在。

  赫兹在柏林大学随赫尔姆霍兹学物理时,受赫尔姆霍兹之鼓励研究麦克斯韦电磁理论,当时德国物理界深信韦伯的电力与磁力可瞬时传送的理论。因此赫兹就决定以实验来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。依照麦克斯韦理论,电扰动能辐射电磁波。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理,设计了一套电磁波发生器,赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时,其感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后,电荷便经由电火花隙在锌板间振荡,频率高达数百万周。由麦克斯韦理论,此火花应产生电磁波,于是赫兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。他将一小段导线弯成圆形,线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压,而使电火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内,检波器距振荡器10米远,结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板,入射波与反射波重迭应产生驻波,他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率,又以检波器量得驻波的波长,二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样。电磁波传播的速度等于光速。1888年,赫兹的实验成功了,而麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩。赫兹在实验时曾指出,电磁波可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振。由他的振荡器所发出的电磁波是平面偏振波,其电场平行于振荡器的导线,而磁场垂直于电场,且两者均垂直传播方向。1889年在一次著名的演说中,赫兹明确的指出,光是一种电磁现象。第一次以电磁波传递讯息是1896年意大利的马可尼开始的。1901年,马可尼又成功的将讯号送到大西洋彼岸的美国。20世纪无线电通讯更有了异常惊人的发展。赫兹实验不仅证实麦克斯韦的电磁理论,更为无线电、电视和雷达的发展找到了途径。

  1887年11月5日,赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中,总结了这个重要发现。接着,赫兹还通过实验确认了电磁波是横波,具有与光类似的特性,如反射、折射、衍射等,并且实验了两列电磁波的干涉,同时证实了在直线传播时,电磁波的传播速度与光速相同,从而全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。并且进一步完善了麦克斯韦方程组,使它更加优美、对称,得出了麦克斯韦方程组的现代形式。此外,赫兹又做了一系列实验。他研究了紫外光对火花放电的影响,发现了光电效应,即在光的照射下物体会释放出电子的现象。这一发现,后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础。

  1888年1月,赫兹将这些成果总结在《论动电效应的传播速度》一文中。赫兹实验公布后,轰动了全世界的科学界。由法拉第开创,麦克斯韦总结的电磁理论,至此才取得决定性的胜利。

  1888年,成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义,它不仅证实了麦克斯韦发现的真理,更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。

  赫兹对人类文明作出了很大贡献,正当人们对他寄以更大期望时,他却于1894年元旦因血中毒逝世,年仅36岁。为了纪念他的功绩,人们用他的名字来命名各种波动频率的单位,简称“赫”。



  帕斯卡

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  帕斯卡(1623-1662)(Pascal,Blaise),法国数学家、物理学家、近代概率论的奠基者。他提出一个关于液体压力的定律,后人称为帕斯卡定律。他建立的直觉主义原则对于后来一些哲学家,如卢梭和伯格森等都有影响。

  帕斯卡生于法国奥弗涅的克莱蒙费朗,帕斯卡从小就智力高人一等,12岁时就爱上数学,他父亲是一位受人尊敬的数学家,在其精心地教育下,帕斯卡很小时就精通欧几里得几何,他自己独立地发现出欧几里得的前32条定理,而且顺序也完全正确。12岁独自发现了 “三角形的内角和等于180度”后,开始师从父亲学习数学。16岁就参加巴黎数学家和物理学家小组(法国科学院的前身),17岁时写成数学水平很高的《圆锥截线论》一文,这是他研究德扎尔格关于综合射影几何的经典工作的结果。笛卡儿坚决不相信16岁的孩子能够写出来这样的书,帕斯卡反过来也不承认笛卡儿的解析几何的价值。1642年,刚满19岁的他,设计制造了世界上第一架机械式计算装置——使用齿轮进行加减运算的计算机,原只是想帮助他父亲计算税收用,这是他为了减轻父亲计算中的负担,动脑筋想出来的,却因此而闻名于当时,它成为后来的计算机的雏型。在加法机研制成功之后,帕斯卡认为:人的某些思维过程与机械过程没有差别,因此可以设想用机械模拟人的思维活动。

  1646年前帕斯卡一家都信奉天主教。由于他父亲的一场病,使他同一种更加深奥的宗教信仰方式有所接触,对他以后的生活影响很大。帕斯卡和数学家费马通信,他们一起解决某一个上流社会的赌徒兼业余哲学家送来的一个问题,他弄不清楚他赌掷三个骰子出现某种组合时为什么老是输钱。在他们解决这个问题的过程中,奠定了近代概率论的基础。在他暂短的一生中作出了许多贡献,以在数学及物理学中的贡献最大。1646年他为了检验意大利物理学家伽利略和托里拆利的理论,制作了水银气压计,在能俯视巴黎的克莱蒙费朗的山顶上反复地进行了大气压的实验,为流体动力学和流体静力学的研究铺平了道路。实验中他为了改进托里拆利的气压汁,他在帕斯卡定律的基础上发明了注射器,并创造了水压机。他关于真空问题的研究和著作,更加提高了他的声望。他从小就体质虚弱,又因过度劳累而使疾病缠身。然而正是他在病休的1651~1654年间,紧张地进行科学工作,写成了关于液体平衡、空气的重量和密度及算术三角形等多篇论文,后一篇论文成为概率论的基础。在1655~1659年间还写了许多宗教著作。晚年,有人建议他把关于旋轮线的研究结果发表出来,于是他又沉浸于科学兴趣之中,但从1659年2月起,病情加重,使他不能正常工作,而安于虔诚的宗教生活。最后,在巨大的病痛中逝世。

  帕斯卡定律是流体(气体或液体)力学中,指封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化,将毫无损失地传递至流体的各个部分和容器壁。帕斯卡首先阐述了此定律。压强等于作用力除以作用面积。根据帕斯卡原理,在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强,必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的10倍,那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的10倍,而两个活塞上的压强仍然相等。水压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途,如液压制动等。帕斯卡还发现:静止流体中任一点的压强各向相等,即该点在通过它的所有平面上的压强都相等。这一事实也称作帕斯卡原理(定律)。

  帕斯卡在数学方面的贡献也很杰出。1639年,他在一篇出色的数学论文《论圆锥曲线》,提出了一条定理,后人把它叫做帕斯卡定理。他还提出了有名的帕斯卡三角形,阐明了代数中二项式展开的系数规律。数学家德札尔格非常欣赏帕斯卡的才华,把这个曲线命名为 “帕斯卡神秘六线形”,并亲自担任了帕斯卡的教师。

  在他撰写的哲学名著《思想录》 里,帕斯卡留给世人一句名言:“人只不过是一根芦苇, 是自然界最脆弱的东西,但他是一根有思想的芦苇。” 科学界铭记着帕斯卡的功绩,国际单位制规定“压强”单位为“帕斯卡”,是因为他率先提出了描述液体压强性质的“帕斯卡定律”。计算机领域更不会忘记帕斯卡的贡献,1971年面世的PASCAL语言,也是为了纪念这位先驱,使帕斯卡的英名长留在电脑时代里。



  玻意耳

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  玻意耳(1627-1691)(Robert Boyle)英国化学家和自然哲学家。伦敦皇家学会创始人之一,由于研究气体性质而闻名,是近代化学元素理论的先驱。

  玻意耳出生于爱尔兰的利斯莫尔。幼年就聪慧过人,有超人的记忆力和非凡的语言才能。当时他还经常参加一些著名科学家的聚会,去听他们就一些科学问题的讨论,但他主张“实验决定一切”。

  1661年6月18日玻意耳公布了他的实验结果--“空气是可以压缩的”。而且这种可压缩性与加在气体上的压强成简单的反比关系。这就是人们所熟知的玻意耳定律,这个定律因为在14年后又为法国科学家马略特独立的发现,故用他们两个人的名字命名,称为玻意耳-马略特定律。

  1657年当他听到葛利克所做的实验后,便着手设计他自己的抽气泵。在精明强干的助手R.胡克的帮助下,他成功地制造了抽气泵,得以进行了许多开拓性实验。由这种空气泵获得的真空一度被叫做玻意耳真空。1668年后他移居伦敦,埋头从事化学实验和研究,取得了一系列成就。他是第一位收集气体的化学家。此外,他在1662年发现:空气不但可以压缩,而且这种可压缩性按一简单的反比关系随压强而变化。如果将一定量的气体置于两倍压强之下,则气体的体积减少一半;如果压强增大到3倍,气体的体积就减少到三分之一。反之,如压力减小,气体则膨胀。这个反比关系被称为玻意耳定律。

  他改进了盖利克发明的真空泵,利用它进行了一系列气体性质的开拓性实验。例如,他曾将真空泵放在屋顶,水管放在地面的大水罐内,发现当水银气压计指示29英寸时,水不可能被提升到33英尺以上。1660年他将实验结果汇编成册,出版了他的第一部著作《涉及空气弹性及其效果的新物理——力学实验》。他用实验论证了空气是有重量和弹性(当时玻意耳称之为弹力)的物质。论证了空气对于燃烧、呼吸和传声是必不可少的。论证了压强对水的沸点的影响,指出当使周围的空气稀薄时热水就能沸腾起来。论证了细管中液体的上升(即毛细现象)是和大气压力无关的,这与当时的观点截然相反。论证了真空中虹吸失效。还研究了空气的比重、折射率等等。这本书引起了耶稣教徒的诘难,认为其中有诈。玻意耳在助手R.汤利的协助下做了实验,通过实验不但证实了“空气的弹性有能力作出远远超过我们需要归之于它的事实”。

  他最重要的化学著作是1661年发表的《怀疑的化学家》,此书标志着近代化学从炼金术中脱胎出来。从玻惫耳开始化学被看做是一门理论科学,它不再是经验记忆。因此,恩格斯说:“是玻意耳把化学确立为科学”。对旧的元素概念的清除,是玻意耳对近代化学的第二个贡献。他认为无论是亚里士多德的“土、气、火、水四元素”理论和帕拉采尔苏斯的医学化学家们的“盐、硫、汞三要素”学说,都不能看做是化学元素,只有那些由复合物分解后,得到的最终产物才能被看成为元素。他还差一点成为化学元素磷的发现者,1680年,他从尿中提取了磷。但是在此之前大约5~10年问,布兰德(Brand,H.1630~?,德国化学家〕先于玻意耳作出此项发现。究竟谁先发现了磷,发生了激烈争论,这主要是因为研究者对其发现保密所致。玻意耳坚决主张一切实验成果应该清楚而迅速地予以报道,以便让其他人重做、证实和受益。从那以后,这一主张就成为一条公认的科学原则。玻意耳运用实验主义的哲学来研究物质以及使其所能发生的变化,从这个意义上讲,玻意耳堪称化学之父。然而,这项改革并不彻底,直到一个世纪后的拉瓦锡才彻底完成。





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回复时间:2005-1-31 12:25
  邮票上的中国科学家张衡、祖冲之、一行、李时珍

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  张衡字平子,河南南阳西

  鄂人,东汉大科学家.公元117年发明浑天仪.

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  祖冲之字文远,祖籍范阳.

  我国南北朝时南朝的科学家.他测算出的圆

  周率精确数据是重大贡献.

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  僧一行

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  李时珍所蓍的《本草纲目》是中国古代最大的一部药学巨著.


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  蔡伦东汉桂

  阳人.他改进造纸术,制成

  蔡侯纸. 造纸是中国古代科

  学技术四大发明之一.

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  孙思邈京兆华原

  人.他是一位具有革新思想的医学家.

  公元652年撰成一书,

  共30卷,总编导32门,接近现代临床

  医学.

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  沈括浙江钱塘

  人.他博学多才,在天文.地学.数理.

  医药.水利.军事.文学.音乐等方面

  都有精湛的研究,一生著作颇多,共

  计35种以上,其中是广

  泛流传的珍贵著作.

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  郭守敬顺德邢台人.他一生研制了近20种天文仪器,

  其中最著名的是简仪.简仪是世界闻名

  的测量天体坐标位置的仪器.他还是一

  位水利专家.



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  徐光启

  上海人.明代科学家,著有

  .

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  李冰,战国秦人,领导百姓

  修建都江堰水利工程,

  是战国水利家.

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  贾思勰,东魏农学家,我国

  古代杰出的农业科学家.

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  黄道婆南

  宋末年松江府乌泥泾镇人,

  我国古代棉纺织技术革新家.


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  地质学家李四光

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  气象.地理学家竺可祯

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  物理学家吴有训

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  数学家华罗庚






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回复时间:2005-1-31 23:24
楼主怎么能把霍金忘记呢?

  霍金,英国理论物理学家,世界公认的引力物理科学巨人,是当代最重要的广义相对论家和宇宙论家。被称为“当今爱因斯坦”。霍金在剑桥大学任牛顿曾担任过的卢卡逊数学讲座教授之职,他的黑洞蒸发理论和量子宇宙论不仅震动了自然科学界,并且对哲学和宗教也有深远影响。

  70年代他和彭罗斯一道证明了著名的奇性定理,为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。1973年,他考虑黑洞附近的量子效应,黑洞辐射的发现具有极其基本的意义,它将引力、量子力学和统计力学统一在一起。他的目标是解决从牛顿以来一直困扰人类的“第一推力”问题。

  霍金的宇宙模型是一个封闭的无边界的有限的四维时空不需要上帝的第一推力,宇宙的演化完全取决于物理定律。霍金患有严重的肌萎缩性脊髓侧索硬化症,行动困难,而竟能在物理学上作出突出贡献,因此倍受尊重。1974年,当选为英国皇家学会最年轻的会员。

霍金是最早用广义相对论推演宇宙演变的科学家之一,他关于“宇宙起源于大爆炸,并将终结于黑洞”的论断已被科学界广泛接受。时间、空间的历史与未来,就是他的研究对象。

  在他之前,没有人能解释在宇宙“大爆炸”之前发生过什么事情。霍金以他的研究解释了形成行星和星系的物质如何被创造,以及宇宙为何能够永远膨胀下去、而不会在“大坍塌”中崩溃,从而创立了“开放性膨胀”理论。这是目前对广义相对论和量子理论所不能解释的宇宙现象最好的解答。



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回复时间:2005-2-1 21:01
好长啊,顶了!
虽然很多人的生平都知道点,
但详细的就了解得不多了。




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F R E E D O M
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回复时间:2005-2-3 00:46
好长啊,顶了!

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回复时间:2005-2-5 16:29
不错啊~~




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看一个城市和不和谐,主要看这个城市防暴警察出动的次数

真怀念以前的华声,广告少,速度快!
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