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混沌理论之父——爱德华·诺顿·罗伦兹
爱德华诺顿罗伦兹(edward norton lorenz,1917— 2008) 美国气象学家,混沌理论之父,蝴蝶效应的发现者。他说过一句很出名的话:一个蝴蝶在巴西轻拍翅膀,可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。 1917年5月23日罗伦兹出生在美国西康涅狄格州哈特福德。他在很小的时候就喜欢科学。“孩提时,我最有兴趣做的事就是关心天气的变化。”他后来写道。罗伦兹后考入达特茅斯学院,1938年毕业。1940年又毕业于哈佛大学,并获得数学专业学位。第二次世界大战期间,罗伦兹作为气象预报员曾在美国陆军航空兵团服役。1943年获麻省理工学院理科硕士学位。1948年,进入该学院任教,从事气象学领域研究。1963年获美国气象学会迈辛格奖,同年提出“混沌理论”(chaos theory)。  1967年出版的《大气环流的性质和理论》一书中,罗伦兹精辟地阐述了大气环流研究工作的历史发展、现状和展望。1969年获美国气象学会罗斯比研究奖章。1972年提出“蝴蝶效应”(butterfly effect)。1973年获西蒙斯纪念金奖。1975年他成为美国国家科学院院士。1983年获得瑞典皇家科学院颁发的克拉福德奖(crafoord prize),这一奖项主要授予研究领域不在诺贝尔奖授奖范围内,而确有突出成就的科学家。1987年退休。 1991年罗伦兹获得地球和星体学方面的基础科学“京都奖”(kyoto prize) ,评委会称他的混沌理论“继牛顿之后,为人类自然观带来了最为戏剧性的改变”。罗伦兹的妻子简死于2001年,他们留有一子两女。2008年4月16日因为癌症在马萨诸塞州的家中去世,享年90岁。罗伦兹还著有《动力学方程的最大简化》《振荡力学》《大气环流的低阶模式》《用大的数值模式进行大气可预测性试验》等 。 罗伦兹是个兴趣十分广泛的人,他喜欢越野滑雪、徒步旅行,去世前的一周,他还参加过一次徒步活动。尽管他给人的印象是严谨和注重细节,但事实上,罗伦兹自己的办公室是一个非常混乱的空间,多年前,他的学生曾在其中发现了一堆让人从未发表的论文和研究报告。罗伦兹的朋友和学生形容他是个“安静的怪杰”、“所见过最有组织的人”,他的同事也说罗伦兹惜字如金,让他开口说话难如登天,但他们都称赞他是个亲切且谦虚的人。 罗伦兹提出的混沌理论被认为是“对基础科学产生了深远的影响,是继牛顿之后让人类对自然的看法发生了翻天覆地的变化。”他的理论最为人称道的是“蝴蝶效应”,即“巴西的蝴蝶拍一下翅膀,会对周围的大气系统产生一些作用,这些作用会不断地被放大,最后可能会引发美国德州的龙卷风”。 它比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成难以预测的严重后果.微小的偏差是难以避免的,从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性。“广义的蝴蝶效应”已不限于天气预报,而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义语,其含义是:对于一切复杂系统,在一定的“阈值条件”下,其长时期大范围的未来行为,对初始条件数值的微小变动或偏差极为敏感,即初值稍有变动或偏差,将导致未来前景的巨大差异,这往往是难以预测的或者说带有一定的随机性。 1963年罗伦兹提出了“混沌理论”,这一理论拥有巨大的影响力,其主要精神是,在混沌系统中,初始条件的微小变化,可能造成后续长期而巨大的连锁反应。此理论最为人所知的论述之一是“蝴蝶效应”:“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀,会使更多蝴蝶跟着一起振翅,最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同挥动翅膀,结果可以导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。” 罗伦兹发现“混沌理论”颇具戏剧性效果,也可以算是混混沌沌中发现的。 1961年,冬季的一天,罗伦兹在电脑上进行关于天气预报的计算。为了考察一个很长的序列,他走了一条捷径,没有令计算机从头运行,而是从中途开始。他把上次的输出直接打入作为计算的初值,然后他穿过大厅下楼,去喝咖啡。一小时后他回来时,发生了出乎意料的事。 第一次的计算机运算结果,打印只显示到小数点后三位的0.506,而非完整的小数点后六位:0.506127。这个远小于千分之一的差异,造成第二次的仿真结果和第一次完全不同。 罗伦兹从这个惊人的结果发现,准确预测天气只是人类的幻想,进而揭示出混沌现象具有不可预言性和对初始条件的极端敏感依赖性这两个基本特点,罗伦兹最初使用的是“海鸥效应”来形容这种现象,不过这并不是一个完全新颖的比喻:爱伦坡曾声称人们挥着手可能会影响大气条件,但罗伦兹是第一次对此进行系统思考并形成新的理论的人。他把这一发现写成研究论文,于1963年出版,并于1972年正式提出“蝴蝶效应”这一著名的名词。 另外罗伦兹所提出的“决定性混沌(deterministic chaos)”被指是自牛顿以来另一引人注目的人类自然观的“进化论”,他因此于1991年获颁基础科学京都奖。罗伦兹认为:人类本身都是非线性的:与传统的想法相反,健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的,而是混沌的,混沌正是生命力的表现,混沌系统对外界的刺激反应,比非混沌系统快得多。科学家们对混沌理论评价很高,认为“混沌学是物理学发生的第三次革命”,它与相对论、量子力学同被列为20世纪的最伟大发现之一。 量子力学质疑微观世界的物理因果律,而混沌理论则紧接着否定了包括宏观世界拉普拉斯﹙laplace﹚式的决定型因果律。这一理论已被广泛应用于各个领域,如商业周期研究、动物种群动力学、流体运动、行星运转轨道、半导体电流、医学预测(如癫痫发作)以及军事等。 “蝴蝶效应”是指在一个动力系统中,初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期而巨大的连锁反应。这是一种混沌现象,“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀,会使更多蝴蝶跟着一起振翅。最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同挥动翅膀,其所产生的飓风可以导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。” 在《混沌学传奇》等书中皆有这样的描述:“1961年冬季的一天,罗伦兹在计算机上进行关于天气预报的计算。他发现天气变化同上一次的模式迅速偏离,在短时间内,相似性完全消失了。进一步的计算表明,输入的细微差异可能很快成为输出的巨大差别。罗伦兹最初使用的是“海鸥效应”来形容这种现象,但在1979年于华盛顿的美国科学促进会的演讲上却问道:“一只蝴蝶在巴西扇动翅膀会在德克萨斯引起龙卷风吗?”“蝴蝶效应”因此得名。
地球,生日快乐!
地球,生日快乐 4月22日,是一个全球性节日,叫“世界地球日”。这一天,地球上近200个国家和地区的数亿名环保爱好者要走出家门,涌上街头,别出心裁地编排各种节目,热热闹闹地宣讲如何保护地球人共享的地球。 这一活动每年一次,已不间断重复举办了43年,今年是第44年。最初,地球日前面本无“世界”两字。因为第一次是美国人1970年发起的,没有其他国家参与。后来,越来越多的国家参与进来,但名字却未改。到了2009年4月22日,第63届联合国大会一致通过决议,决定将今后每年的4月22日定为“世界地球日”。 地球,生日快乐!在没有找到下一颗适合生存的星球前,我们会尽力让你快乐,真的! 【来自人类的忏悔】:致命的“失误” 印度雾霾源自煤电污染 每年夺去数十万人性命 同样是发展国家,印度也在经历快速的工业化进程,但同时也在面对污染引发的健康危机。据英国《卫报》3月10日报道,国际环保组织“绿色和平”日前发布的报告显示,由于煤电厂带来的空气污染,印度每年发生80至12万早死及2000万新发哮喘病例。 “绿色和平”的这份报告由世界银行前行长发起,是首份有关印度煤资源需求对健康影响的研究报告。报告说,煤电厂1年造成的医院支出为33亿美元至46亿美元,这一数字随着印度煤矿业电力需求的提高而提高。 从目前来看,德里和加尔各答是污染最严重的地区,但孟买、马哈拉施特拉邦西部地区、东安得拉邦、钱德拉布尔县、那格浦尔市也都属于受灾区。 这份报告的数据来自印度111家主要的发电厂。目前,在污染监管方面,印度还处于空白。 “如果采用更为清洁的燃料,实施更为严格的排放标准,安装并使用能够减缓排放的技术,数十万人的性命就可获得挽救,数百万例的哮喘、心脏病、入院治疗以及工作日工资等损失可被避免。”报告这样说道,“如果缺乏对电厂污染物排放的管制,任何现有标准都将形同虚设。” “绿色和平”介绍说:“当前的煤炭需求扩张是不合理及危险的。煤矿正在摧毁印度的森林、部族社区以及濒危物种。现在我们知道,煤矿造成的污染正在夺取数千人的生命。我们需要停止建设新的煤电厂和宏大的政策激励,以解放印度在能效措施,如风能、太阳能方面的巨大潜力。” 《卫报》指出,印度是全球第二大煤炭燃烧国。印度一年产出210gw(十亿瓦特)的电量,而大部分来自煤炭燃烧。但如果再增加160gw的电量,印度将成为最大的煤炭燃烧国。 当前,电力供应不足的现象还非常普遍,有将近4亿印度人尚无电可用。电力需求的巨大压力迫使数万家庭背井离乡,为电厂或(煤)矿区挪地方。同时有人抱怨说,大部分电力都被输出到了大城市和重工业区,而留给当地人的却是污染和有毒的垃圾。 联合国:2030年全球1/2人口将面临水源短缺 联合国秘书长潘基文近日指出,由于对水资源的需求量超过了供应量的40,因此预计2030年,世界上将有近一半的人面临水资源短缺问题。 在国际水资源合作年会的开幕活动中,潘基文指出,一些国家已有三分之一人口面临中度到重度用水危机。 潘基文说:“农民和牧民之间的用水竞争日渐增强,同时工业用水和农业用水,城市用水和农村用水,河流上游和下游人们的用水,边界地区用水也都呈现出竞争加剧的态势。” 潘基文同时提到,当前世界人口增长、气候变化,在保护和管理脆弱的资源上,国际合作尤为重要。 欧盟常驻联合国代表团团长托马斯-迈尔-哈廷大使(thomas-mayr-harting)在发言中表示,越来越多的人前往城市生活,这意味着到2025年,城市用水量将会增加50。 那时,预计约55亿人,占全球人口的三分之二,将会在居住地面临中等偏重程度的用水压力。 迈尔-哈廷同时指出,截止2015年,联合国制定的“减少一半结晶水短缺人口”的发展目标有可能超额完成。 但是,他也表示,“目前有超过7.8亿人喝不上经过处理的饮用水,尤其是在非洲国家,这种不公正现象仍然存在”。 日本富士山顶大气中水银浓度为城区10倍 日前有数据表明,海拔3776米的富士山顶大气层中测得水银浓度最高值超出日本城区平均浓度10倍。 日本滋贺县立大学的永渊修教授等人在日本环境省的协助下,自2007年起每年夏季将专用装置运上富士山顶,测量空气中的水银浓度。 报道称,日本大气污染防止法设定的指标值为年平均40毫微克以下。2007年8月下旬测得富士山顶最高值为每立方米25.1毫微克。假设每天都持续这一相同浓度,一年内的累计值也低于大气污染防止法规定的指标值。但是,这一浓度却是2007年日本全国城区平均值的11倍。 阿根廷首都暴雨成灾 经济损失50亿美元 阿根廷是中国重要的贸易伙伴,近日其首都和港口城市遭到了灾难性的暴雨侵袭,民众和民间团体纷纷呼吁政府加快救援和安置工作。 面对气候变化可能带来的极端气候,我们准备好了吗? 拉丁美洲网站intercambio climatico连日报道了阿根廷近期的暴雨状况,气候变化给这个中国的重要贸易伙伴带来了灾难性的影响。数千居住在重要沿海口岸城市拉普拉塔的市民被紧急疏散;4月2日,首都布宜诺斯艾利斯也遭到暴雨的袭击,各社会阶层的民众都遭受了巨大的财产损失。根据该网站的数据显示,由于未能有效的应对气候变化引起的这一极端天气,暴雨目前已造成59人死亡,经济损失约50亿美元。 截止至目前为止,政府还未拿出全面的应对政策,以及适当的资金投入以确保群众的人身安全。 【人类对地球的回赠】:用行动向你说“sorry” 英国居民用食用油发电 体验绿色生活 环境污染和化石燃料耗竭是当今威胁人类生存安全的两大主要因素。对此,人们积极采取各种环保措施,避免能源危机,就连科技创新也遵循着绿色环保的原则。 废弃食用油不仅对环境构成巨大威胁,也造成了不小的财政负担。英国每年用来疏通堵塞下水道的资金高达1500万英镑(约合人民币1.4亿元)。 英国科克里斯(kirklees)的居民用食用油发电的创新做法是绿色生活的完美体现,并且有效缓解了能源危机。大量的废弃食用油,包括未使用的,被收到回收中心,进行集中发电,供应家庭和办公室。 这个过程减少了传统发电方式的二氧化碳排放量,也为纳税人减轻了经济负担。如此一来,在保障可持续发展的同时,居民们也为减少气候变化做出了贡献。 另外,一升食用油的发电量可供一台等离子电视持续工作50个小时、一只节能灯泡持续工作225个小时、一台dvd播放机持续工作440个小时。这惊人的数字无疑证明了用食用油发电是一种经济环保、可持续的发电方式,也为科技创新添加了一抹新动力。 探险家代表300万人到北极抵制深海石油勘探 四位年轻的探险家近日在北极地区的将一个装有近300万人签名旗帜的钛玻璃密封装置投放到海里,以此呼吁在北极地区建立全球保护区,禁止深海石油勘探和开采活动。 这四位参加“绿色和平”探险活动的年轻探险家有约瑟菲娜(josefina skerk)、伦尼-比茹(renny bijoux)、埃兹拉-米勒(ezra miller)和基拉-道恩-克尔森(kiera-dawn kolson)。他们通过冰面上的一个窟窿,将这个密封装置放入4000米深的海底。 2007年,俄罗斯一艘潜艇曾在同一海床地点插上俄罗斯国旗。那次探险活动前,探险家阿图尔-奇林加罗夫(artur chilingarov)说:“北极属于俄罗斯。我们要向世界证明,北极圈是俄罗斯大陆延伸的一部分。” 身为瑞典萨米议会成员约瑟菲娜说:“北极不属于任何个人或者国家。我们强烈要求在北极建立全球保护区,把那些石油公司和政治姿态隔离在外。” 《我们需要谈谈凯文》的演员埃兹拉-米勒说:“我的手指脚已经冻得失去了知觉,但对于建立保护区,我十分坚定。冰川融化是一场灾难,而非以此获益的契机。” 诺贝尔和平奖得主、大主教德斯蒙德-杜图对建立北极保护区表示支持。“北极冰川融化关乎地球上的每一个人。我坚信,我们必须同心协力在这片人类还未涉足的地方建立保护区。我们要为了后代保护北极地区,坚决将破坏性工业赶出这片美丽而又脆弱的地方。” 位于北美洲东北部、隶属与丹麦的格陵兰岛,曾与美国、俄罗斯一同想要开发北冰洋及其周边25的石油天然气。但2013年
世界最大的金字塔
 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;  ;世界最大的金字塔 ; 最大的是以高耸巍峨而被古代世界七大奇迹之首的胡夫大金字塔。在1889年巴黎埃菲尔铁塔落成前的四千多年的漫长岁月中,胡夫大金字塔一直是世界上最高的建筑物。 据一位名叫彼得的英国考古学者估计,胡夫大金字塔大约由230万块石块砌成,外层石块约115000块,平均每块重2.5吨,像一辆小汽车那样大,而大的甚至超过15吨。假如把这些石块凿成平均一立方英尺的小块,把它们沿赤道排成一行,其长度相当于赤道周长的三分之二。 1789年拿破仑入侵埃及时,于当年7月21日在金字塔地区与土耳其和埃及军队发生了一次激战,战后他观察了胡夫金字塔。据说他对塔的规模之大佩服得五体投地。他估算,如果把胡夫金字塔和与它相距不胡夫的儿子哈夫拉和孙子孟卡乌拉的金字塔的石块加在一起,可以砌一条三米高、一米厚的石墙沿着国界把整个法国围成一圈。 在四千多年前生产工具很落后的中古时代,埃及人是怎样采集、搬运数量如此之多,每块又如此之重的巨石垒成如此宏伟的大金字塔,真是十分难解的谜。 胡夫大金字塔底边原长230米,由于塔的外层石灰石脱落,现在底边减短为227米。塔原高146.5米,经风化腐蚀,现降至137米。塔的底角为5151′ 。整个金字塔建筑在一块巨大的凸形岩石上,占地约52900平方米,体积约260万立方米。它的四边正对着东南西北四个方向。 ; ; ;
原子弹之父——罗伯特·奥本海默
罗伯特奥本海默1904年4月22日生于纽约一个富有的德裔犹太人家庭,自幼就有着优裕的生长环境。父亲是德籍犹太人,从小就移民到美国,后来在纺织界致富。母亲是一个天才画家,她鼓励奥本海默接触艺术和文学,却在奥本海默九岁时去世。他天资聪颖,兴趣广泛,幼时广泛涉猎文学、哲学、语言等领域,尤其爱好诗歌,对道德和艺术有着相当高的敏感性,而所有这些在他日后思想和事业的发展中都留下了久远的影响和痕迹。1921年,奥本海默以十门全优的成绩毕业于纽约道德文化学校,因病延至次年入哈佛大学化学系学习。他三年读完哈佛大学,1925年以荣誉学生的身份提前毕业,他父亲很高兴,送给他一艘三十英尺长的帆船。 随后他到英国剑桥大学深造,想跟卢瑟福(e. rutherford,1871-1937)从事实验物理研究,但卢瑟福不愿收他为学生,这时他迷上了量子力学,于是开始攻读理论物理,加入到著名的卡文迪许实验室,1926年,转到德国哥廷根大学,跟随玻恩(m. born,1882-1970)研究,1927年以量子力学论文获德国哥廷根大学博士学位,据称论文发表当天,在座的评审教授竟无一人敢发言反驳。接下来的两年他在瑞士的苏黎克(zrich)和荷兰的莱登(leiden)作进一步的研究。1929年夏天,奥本海默回到美国,不幸感染了肺结核,在新墨西哥州洛塞勒摩斯(los alamos)镇附近的一个农场上养病。 后来他在柏克莱大学和加利福尼亚大学任教,即使是上课,烟斗仍片刻不离嘴,又经常咳嗽,成为学生模仿的对象。奥本海默不看报纸、不看新闻报导,也不听收音机,对政治也缺乏兴趣。奥本海默的研究范围很广,从天文、宇宙射线、原子核、量子电动力学到基本粒子。他有辩才,擅长于组织管理能力,精通八种语言,尤爱读梵文《薄伽梵歌》经典,为此自修梵文。 1936年,奥本海默追求过一位名叫珍泰特洛克的研究神经病学的女学生,是一个共产党员。1940年,他跟生物学家凯塞琳哈利生(katherine harrison)结婚,凯塞琳是左翼份子。奥本海默的妻子、前女友、弟弟等人和共产党有深浅不一的关系。 1939年9月,第二次世界大战在欧洲爆发了,情报也显示,德国已经在海森堡的主持进行原子弹的研究。美国罗斯福总统下达总动员令,成立了最高机密的曼哈顿计划,目标是赶在德国之前制造原子弹。主持人是雷斯理格劳维斯少将(leslie r. groves),格劳维斯不顾陆军情报单位的反对,选定奥本海默为发展原子弹计划主任。 如此迅速地把刚刚于1939年在实验室里发现的原子裂变现象,应用于大规模杀伤性武器的研制,众多科学家,包括以和平主义者著称的爱因斯坦在其中起到了推动作用,他们的动机,主要是由于纳粹德国对这种武器的加紧研制严重威胁着整个人类文明,但也并不排除奥本海默曾提及的其它原因,如为了早日结束战争,以及对于原子科学的技术应用的好奇和冒险意识等等。 然而,要把原子核裂变所提供的理论上的可能性,真正变成军事上可靠易行的原子武器,其间所须克服的理论、方法、材料、直到技术工艺上的种种难题,无疑是对于人类才智的极大挑战。奥本海默告诉军方,想制造原子弹,就必须集中一流科学家和最好的设备于一个社区内,并统一指挥部统筹。 1942年8月,奥本海默被任命为研制原子弹的曼哈顿计划的实验室主任,在新墨西哥州沙漠建立洛斯阿拉莫斯实验室(los alamos laboratory),整个计划的经费是20亿美元,总工作人数10万。氢弹之父泰勒协助奥本海默组织在罗沙拉摩斯工作的团队,1943年有4000名科学家进驻洛斯阿拉莫斯(los alamos),著名的科学家费米、波耳、费曼、冯纽曼、吴健雄等大师级物理学家皆在其内,开始原子弹的研发工作。 泰勒因执意研究超级炸弹,跟奥本海默起了不少冲突,后来泰勒作证指控奥本海默同情共产党,造成奥本海默处境的困难。洛斯阿拉莫斯实验室成功地制造了第一批原子弹,随后在阿拉摩高德沙漠上空引爆,并发出耀目闪光及冒起巨型蘑菇状云。1945年8月6日上午8时15分17秒,美国在太平洋蒂尼安岛上的空军基地朝日本广岛投下了第一枚原子弹。当原爆乍起,他想到了《摩诃婆罗多经》中的《福者之歌》:漫天奇光异彩,犹如圣灵逞威,祇有千只太阳,始能与它争辉。 奥本海默领导着整个团队完成了这场杜鲁门所盛赞的一项历史上前所未有的大规模有组织的科学奇迹,从而不仅验证了科学技术的巨大威力,为尽早结束战争作出了贡献,也为自己赢得了崇高的声誉,成了举国上下人所共知的英雄。他被人们誉为原子弹之父。 然而,面对着成功和荣誉,奥本海默的心情是苦涩而复杂的。科学的目的不仅仅在于求真、探索大自然的奥秘,也在于致善、改善人们的生活条件并增进人类福祉。 然而原子弹的研制,却很难与此目标一致,且包含着危及人类自身生存的潜在危险。尤其是当纳粹德国已经战败且已知其并不具备核能力。 当现场目击第一颗原子弹试爆成功所展现的世界末日般情景时,科学家们体验到的绝不仅仅是成功的喜悦,更有着对于其未来前景的难以抑制的恐惧和担忧,因为他们清楚,这个孽障一旦被他们从潘多拉魔盒中亲手释放出来,其对于人类生命价值的肆虐和威胁,就不再为他们所能控制掌握了。 当原子弹试爆成功时,奥本海默本对自己所完成的工作有点惊惶失措,而在心中浮起了我成了死神,世界的毁灭者的感觉。 当原子弹在广岛和长崎掷下以后,奥本海默心中的罪恶感就愈发难以解脱了,以至于作为美国代表团成员在联合国大会上脱口而出:主席先生,我的双手沾满了鲜血。气得当时美国总统杜鲁门大叫以后不要再带这家伙来见我了。无论怎么说,他不过只制造了原子弹,下令投弹的是我。而面对记者,奥本海默则坦言:无论是指责、讽刺或赞扬,都不能使物理学家摆脱本能的内疚,因为他们知道,他们的这种知识本来不应当拿出来使用。 奥本海默与爱因斯坦(3张)1947年到1966年期间奥本海默担任新泽西州普林斯顿高级研究院院长。1947年担任原子能委员会总顾问委员会主席,这个委员会和爱因斯坦一起,反对试制氢弹,认为会引起军备竞赛,威胁世界和平。 奥本海默怀着对于原子弹危害的深刻认识和内疚,怀着对于美苏之间将展开核军备竞赛的预见和担忧,怀着坚持人类基本价值的良知和对未来负责的社会责任感,满腔热情地致力于通过联合国来实行原子能的国际控制和和平利用,主张与包括前苏联在内的各大国交流核科学情报以达成相关协议,并反对美国率先制造氢弹。 由于在20世纪30年代美国发生大萧条後,他开始对共产主义理论感兴趣。1937年他父亲去世为他留下30万美元的遗产,他用来资助西班牙内战中反法西斯的国际纵队,并资助了美国的一些左翼活动。美国参议员麦卡锡(joseph mccarthy)指控政府官员中有多位共产党员,许多人因此下台,甚至被迫害致死。 奥本海默也被盯上,被指控为与共产党人合作,包庇苏联间谍,反对制造氢弹等。1953年12月,艾森豪威尔以他早年的左倾活动和延误政府发展氢弹的战略决策为罪状起诉,甚至怀疑他为苏联的代理人对奥本海默进行安全审查并吊销其安全特许权。1954年4月12日至5月6日长达四周的安全听证会。这就是轰动一时的奥本海默案件。 其间尽管爱因斯坦数次三番在《纽约时报》等报刊上抗议美国政府迫害原子物理学家奥本海默,尽管洛斯阿拉莫斯实验室158名科学家联名抗议对奥本海默的审讯,尽管在听证会上作证的大多数科学家都指出因对核政策持不同意见而受审是对于民主的基本原则的践踏,真正的国家安全必须建立在对像奥本海默这样的知识精英的信任和使用上,而审查的结果也没有发现他对国家有过不忠诚的行为,但原子能委员会的保安委员会和原子能委员会仍然决定剥夺奥本海默的安全特许权,从而结束了他的从政生涯和借助于原子能来寻求国际合作与和平的政治理想。 被解职后,奥本海默在普林斯顿大学从事教学工作,美国科学家联合会对他的审查进行抗议,认为他是麦卡锡主义的牺牲品。肯尼迪担任总统後,建议以为他颁发费米奖的方式平反。他决定将1963年度美国原子能方面的最高奖——费米奖授予奥本海默,并准备亲自出席仪式。不幸的是,他在仪式的前10天,也就是于1963年11月23日在得克萨斯州达拉斯市遇刺身亡。 肯尼迪遇刺后,他的继任约翰逊于同年为奥本海默颁发了费米奖(fermi award)和5万美元的奖金,但只是形式上的恢复名誉,仍然不允许他介入军事秘密。在授奖仪式上,当奥本海默走向主席台时,由于年老体弱,打了一个趔趄,约翰逊总统见状,赶忙伸手去扶他,奥本海默推开他的手,说道:总统先生,当一个人行将衰老时,你去扶他是没有用处的,只有那些年轻人才需要你去扶持。他最后在答谢时对约翰逊总统说:我想,今天的仪式是需要您的胆量和宽容的,我觉得这是我们光明前景的预兆。 1965年,奥本海默患了肝炎,身体不佳。他于1966年退休,1967年2月18日在普林斯顿死于喉癌,许多科学家参加他的葬礼,遵照他的遗嘱,将他火化,骨灰撒到维尔京群岛。 奥本海默一生中所追求的目的是什么?他曾经在一次演讲中对此做了精彩的阐述:……在工作和生活中, 他们应互相帮助并帮助一切人……我们应该保持我们美好的感情和创造美好感情的能力,并在那遥远的不可理解的陌生
印度物理学家——拉曼
又译喇曼(sir asekhara venkata raman, 1888(戊子年)-1970)因光散射方面的研究工作和喇曼效应的发现,获得了1930年度的诺贝尔物理学奖。 他天资出众,16岁大学毕业,以第一名获物理学金奖。19岁又以优异成绩获硕士学位。1906年,他仅18岁,就在英国著名科学杂志《自然》发表了论文,是关于光的衍射效应的。由于生病,拉曼失去了去英国某个著名大学作博士论文的机会。独立前的印度,如果没有取得英国的博士学位,就意味着没有资格在科学文化界任职。但会计行业是当时唯一例外的行业,不需先到英国受训。于是拉曼就投考财政部以谋求一份职业,结果获得第一名,被授予了总会计助理的职务。 拉曼在财政部工作很出色,担负的责任也越来越重,但他并不想沉浸在官场之中。他念念不忘自己的科学目标,把业余时间全部用于继续研究声学和乐器理论。加尔各答有一所学术机构,叫印度科学教育协会,里面有实验室,拉曼就在这里开展他的声学和光学研究。经过十年的努力,拉曼在没有高级科研人员指导的条件下,靠自己的努力作出了一系列成果,也发表了许多论文。 1917年加尔各答大学破例邀请他担任物理学教授,使他从此能专心致力于科学研究。他在加尔各答大学任教十六年期间,仍在印度科学教育协会进行实验,不断有学生、教师和访问学者到这里来向他学习、与他合作,逐渐形成了以他为核心的学术团体。许多人在他的榜样和成就的激励下,走上了科学研究的道路。 其中有著名的物理学家沙哈(m.n.saha)和玻色(s.n.bose)。这时,加尔各答正在形成印度的科学研究中心,加尔各答大学和拉曼小组在这里面成了众望所归的核心。1921年,由拉曼代表加尔各答大学去英国讲学,说明了他们的成果已经得到了国际上的认同。 1934年,拉曼和其他学者一起创建了印度科学院,并亲任院长。1947年,又创建拉曼研究所。他在发展印度的科学事业上立下了丰功伟绩。拉曼抓住分子散射这一课题是很有眼力的。在他持续多年的努力中,显然贯穿着一个思想,这就是:针对理论的薄弱环节,坚持不懈地进行基础研究。 拉曼很重视发掘人才,从印度科学教育协会到拉曼研究所,在他的周围总是不断涌现着一批批赋有才华的学生和合作者。就以光散射这一课题统计,在三十年中间,前后就有66名学者从他的实验室发表了377篇论文。他对学生谆谆善诱,深受学生敬仰和爱戴。拉曼爱好音乐,也很爱鲜花异石。他研究金刚石的结构,耗去了他所得奖金的大部分。晚年致力于对花卉进行光谱分析。在他80寿辰时,出版了他的专集:《视觉生理学》。拉曼喜爱玫瑰胜于一切,他拥有一座玫瑰花园。拉曼1970年逝世,享年82岁,按照他生前的意愿火葬于他的花园里。 在x射线的康普顿效应发现以后,海森堡曾于1925年预言:可见光也会有类似的效应。1928年,喇曼(下图)在《一种新的辐射》一文中指出:当单色光定向地通过透明物质时,会有一些光受到散射。散射光的光谱,除了含有原来波长的一些光以外,还含有一些弱的光,其波长与原来光的波长相差一个恒定的数量。这种单色光被介质分子散射后频率发生改变的现象,称为并合散射效应,又称为喇曼效应。这一发现,很快就得到了公认。英国皇家学会正式称之为“20年代实验物理学中最卓越的三四个发现之一”。 喇曼效应为光的量子理论提供了新的证据。频率为ν0的单色光入射到介质里会同时发生两种散射过程:一种是频率不变(ν=ν0)的散射,即瑞利散射,是由入射光量子与散射分子的弹性碰撞引起的;另一种是频率改变(ν=ν0νr)的散射,即喇曼散射,其中νr称为喇曼频率。散射光频率的改变是由于入射光量子与散射分子之间发生了能量交换,交换的能量(hνr)由散射分子的振动或转动能级决定。后人研究表明,喇曼效应对于研究分子结构和进行化学分析都是非常重要的。 在光的散射现象中有一特殊效应,和x射线散射的康普顿效应类似,光的频率在散射后会发生变化。频率的变化决定于散射物质的特性。这就是拉曼效应,是拉曼在研究光的散射过程中于1928年发现的。在拉曼和他的合作者宣布发现这一效应之后几个月,苏联的兰兹伯格(g.lsberg)和曼德尔斯坦(l.melstam)也独立地发现了这一效应,他们称之为联合散射。 拉曼光谱是入射光子和分子相碰撞时,分子的振动能量或转动能量和光子能量叠加的结果,利用拉曼光谱可以把处于红外区的分子能谱转移到可见光区来观测。因此拉曼光谱作为红外光谱的补充,是研究分子结构的有力武器。 1930年诺贝尔物理学奖授予印度加尔各答大学的拉曼(sirasekhara venkata raman,1888——1970),以表彰他研究了光的散射和发现了以他的名字命名的定律。 1921年夏天,航行在地中海的客轮“纳昆达”号(s.s.narkunda)上,有一位印度学者正在甲板上用简便的光学仪器俯身对海面进行观测。他对海水的深蓝色着了迷,一心要追究海水颜色的来源。这位印度学者就是拉曼。他正在去英国的途中,是代表了印度的最高学府——加尔各答大学,到牛津参加英联邦的大学会议,还准备去英国皇家学会发表演讲。这时他才33岁。 对拉曼来说,海水的蓝色并没有什么稀罕。他上学的马德拉斯大学,面对本加尔(bengal)海湾,每天都可以看到海湾里变幻的海水色彩。事实上,他早在16岁(1904年)时,就已熟悉著名物理学家瑞利用分子散射中散射光强与波长四次方成反比的定律(也叫瑞利定律)对蔚蓝色天空所作的解释。不知道是由于从小就养成的对自然奥秘刨根问底的个性,还是由于研究光散射问题时查阅文献中的深入思考,他注意到瑞利的一段话值得商榷, 瑞利说:“深海的蓝色并不是海水的颜色,只不过是天空蓝色被海水反射所致。”瑞利对海水蓝色的论述一直是拉曼关心的问题。他决心进行实地考察。于是,拉曼在启程去英国时,行装里准备了一套实验装置:几个尼科尔棱镜、小望远镜、狭缝,甚至还有一片光栅。望远镜两头装上尼科尔棱镜当起偏器和检偏器,随时都可以进行实验。他用尼科尔棱镜观察沿布儒斯特角从海面反射的光线,即可消去来自天空的蓝光。这样看到的光应该就是海水自身的颜色。 结果证明,由此看到的是比天空还更深的蓝色。他又用光栅分析海水的颜色,发现海水光谱的最大值比天空光谱的最大值更偏蓝。可见,海水的颜色并非由天空颜色引起的,而是海水本身的一种性质。拉曼认为这一定是起因于水分子对光的散射。他在回程的轮船上写了两篇论文,讨论这一现象,论文在中途停靠时先后寄往英国,发表在伦敦的两家杂志上。 拉曼1888年11月7日出生于印度南部的特里奇诺波利。父亲是一位大学数学、物理教授,自幼对他进行科学启蒙教育,培养他对音乐和乐器的爱好。他天资出众,16岁大学毕业,以第一名获物理学金奖。19岁又以优异成绩获硕士学位。1906年,他仅18岁,就在英国著名科学杂志《自然》发表了论文,是关于光的衍射效应的。由于生病,拉曼失去了去英国某个著名大学作博士论文的机会。独立前的印度,如果没有取得英国的博士学位,就没有资格在科学文化界任职。 但会计行业是唯一的例外,不需先到英国受训。于是拉曼就投考财政部以谋求职业,结果获得第一名,被授予总会计助理的职务。拉曼在财政部工作很出色,担负的责任也越来越重,但他并不想沉浸在官场之中。他念念不忘自己的科学目标,把业余时间全部用于继续研究声学和乐器理论。加尔各答有一所学术机构,叫印度科学教育协会,里面有实验室,拉曼就在这里开展他的声学和光学研究。经过十年的努力,拉曼在没有高级科研人员指导的条件下,靠自己的努力作出了一系列成果,也发表了许多论文。 1917年加尔各答大学破例邀请他担任物理学教授,使他从此能专心致力于科学研究。他在加尔各答大学任教十六年期间,仍在印度科学教育协会进行实验,不断有学生、教师和访问学者到这里来向他学习、与他合作,逐渐形成了以他为核心的学术团体。许多人在他的榜样和成就的激励下,走上了科学研究的道路。 其中有著名的物理学家沙哈(m.n.saha)和玻色(s.n.bose)。这时,加尔各答正在形成印度的科学研究中心,加尔各答大学和拉曼小组在这里面成了众望所归的核心。1921年,由拉曼代表加尔各答大学去英国讲学,说明了他们的成果已经得到了国际上的认同。 拉曼返回印度后,立即在科学教育协会开展一系列的实验和理论研究,探索各种透明媒质中光散射的规律。许多人参加了这些研究。这些人大多是学校的教师,他们在休假日来到科学教育协会,和拉曼一起或在拉曼的指导下进行光散射或其它实验,对拉曼的研究发挥了积极作用。七年间他们共发表了大约五六十篇论文。他们先是考察各种媒质分子散射时所遵循的规律,选取不同的分子结构、不同的物态、不同的压强和温度,甚至在临界点发生相变时进行散射实验。 1922年,拉曼写了一本小册子总结了这项研究,题名《光的分子衍射》,书中系统地说明了自己的看法。在最后一章中,他提到用量子理论分析散射现象,认为进一步实验有可能鉴别经典电磁理论和光量子1923年4月,他的学生之一拉玛纳桑(k.r.ramanathan)第一次观察到了光散射中颜色改变的现象。 实验是以太阳作光源,经紫色滤光片后照射盛有纯水或
古罗马的面貌
公元64年,一场大火烧毁了古罗马大半个城市。这场大火多半是由奴隶纵火引起,但也可能是场意外。众所周知的许多雄伟的帝国标志性建筑物,如哥洛森、帕森等,都建于大火后的几个世纪。古罗马到底是什么样的,人们无从知晓。考古学家也极少发现反映早期罗马帝国的壁画。  ; ; ; ;去年三月,考古学家在离哥洛森不远处的一个地下通道中发现了一幅壁画,一些考古学家认为它是火后不久完成的。壁画显露的部分约3.6米长,2.7米高,也许壁画的大部分埋在了地板碎片之下。这幅画展现了一个繁华大城市的整体面貌,描绘了房屋、庙宇、高大的公众纪念碑和一个巨大的中央大厅,环绕在这些建筑周围的是石墙和高塔,远处有一座桥跨越了一条宽阔的河流。考古学家猜测这条河可能就是泰伯河,而这幅壁画描绘的也许就是火灾前的罗马城。然而,画中城市的地形与罗马的地形并不相符,它也可能是一张城市的理想图,或者根本就是另一个城市,也许是亚历山大或迦太基。壁画的真正含义只能期待进一步的发掘了。
物理学家、天文学家——伽利略·伽利雷
伽利略伽利雷(galileo galilei,1564年(甲子年)2月25日-1642年)世界知名科学家,他既是物理学家、天文学家、哲学家又是发明家,他发明了温度计和天文望远镜。是近代实验物理学的开拓者,被誉为近代科学之父。他是为维护真理而进行不屈不挠的科学战士。恩格斯称他是不管有何障碍,都能不顾一切而打破旧说,创立新说的巨人之一。1564年2月25日生于比萨,历史上他首先提出并证明了同物质同形状的两个质量不同的物体下降速度一样快,他反对教会的陈规旧俗,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亚里士多德诸多观点。因此,他被称为近代科学之父现代观测天文学之父 、现代物理学之父、科学之父 及现代科学之父。他的工作,为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。 1642年1月8日卒于比萨。伽利略家族姓伽利莱(galilei),他的全名是galileo galilei,但现已通行称呼他的名galileo,而不称呼他的姓。因为翻译问题,所以姓众说纷纭,以伽利雷为准。 1590年,伽利略在比萨斜塔上做了两个铁球同时落地的著名试验,从此推翻了亚里士多德物体下落速度和质量成比例的学说,纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。 (有历史记载的第一个完成这类试验的人是斯台文,在《自然科学史》中记载,荷兰人斯台文在1586年使用2个重量不同的铅球完成了这个试验,并证明了亚里士多德的理论是错误的。在斯台文试验的几个世纪以后,阿波罗15号的宇航员大卫斯科特1971年8月2日在无空气月球表面上使用一把锤子和一根羽毛重复了这个试验,证明且让地球上的电视观众亲眼看到了这两个物体同时掉落在月球表面上。) 但是伽利略在比萨斜塔做试验的说法后来被严谨的考证否定了。尽管如此,来自世界各地的人们都要前往参观,他们把这座古塔看做伽利略的纪念碑。 1609年,伽利略创制了天文望远镜(后被称为伽利略望远镜),并用来观测天体。他发现了月球表面的凹凸不平,并亲手绘制了第一幅月面图。1610年1月7日,伽利略发现了木星的四颗卫星,为哥白尼学说找到了确凿的证据,标志着哥白尼学说开始走向胜利。 ; ; ; 借助于望远镜,伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动,以及银河是由无数恒星组成等等。这些发现开辟了天文学的新时代。 伽利略著有《星际使者》《关于太阳黑子的书信》《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》《关于两门新科学的谈话和数学证明》和《试验者》。 伽利略为牛顿的牛顿第一定律和第二定律提供了启示。他非常重视数学在应用科学方法上的重要性,特别是实物与几何图形符合程度到多大的问题!他还推翻亚里士多德的话。他善于提问,不问个水落石出不罢休。许多高年级同学也经常因为被他问倒而难堪。 1564年2月15日,伽利略伽利雷出生在意大利西海岸比萨城一个破落的贵族之家。据说他的祖先是佛罗伦萨很有名望的医生,但是到了他的父亲伽利略凡山杜这一代,家境日渐败落。凡山杜是个很有才华的音乐家,生前出版过几本牧歌和器乐作品,他的数学也很好,精通希腊文和拉丁文和英语,但是美妙的音乐不能填饱一家人的肚皮,他的数学才能也不能给他谋到一个好职位。 大约在小伽利略出生不久,凡山杜在离比萨城不远的佛罗伦萨开了一间卖毛织品的小铺子,这完全是不得已的办法。但是为了维持一家人的生活,凡山杜只好违背自己的意愿去经商。伽利略是凡山杜的长子。父亲对儿子寄予很大希望。他发现,小伽利略非常聪明,从小对什么事物都充满强烈的好奇心。不仅如此,这个孩子心灵手巧,他似乎永远闲不住,不是画画,就是弹琴,而且时常给弟弟妹妹做许多灵巧的机动玩具,玩得十分开心。 小伽利略最初进了佛伦勃罗萨修道院的学校。在这所学校,他专心学习哲学和宗教,有段时间,小伽利略很想将来当一个献身教会的传教士。但是凡山杜听到这个情况后,立即把儿子带回家,他劝说伽利略去学医,这是他为儿子的未来早已设计好的一条路。 17岁那年,伽利略进了著名的比萨大学,按照父亲的意愿,他当了医科学生。比萨大学是所古老的大学,学校图书馆藏书丰富,这很合伽利略的心意,但是伽利略对医学并没有多大兴趣,他很少上课,一上课就对教授们教课的内容提出这样那样的疑问,使教授们难于回答,在教授们的眼里,伽利略是个很不招人喜欢的坏学生。不过,伽利略只是兴趣不在医学,他孜孜不倦地学习数学、物理学等自然科学,并且以怀疑的眼光看待那些自古以来被人们奉为经典的学说。 要知道,伽利略生活的时代,正是欧洲历史上著名的文艺复兴时代,而意大利又是文艺复兴的发源地。当时,意大利的许多大城市,如佛罗伦萨、热那亚和威尼斯,发展成东西方贸易的中心,建起了商号、手工作坊和最早的银行,出现了资本主义生产关系的萌芽。加上贸易往来的发达,印刷术的发明,新思想的传播比以往任何时候都更加迅速。于是,人们对千百年来束缚思想的宗教神学和传统教条开始产生了动摇。 当时,宫廷数学家玛窦利奇渊博的学识,严密的逻辑性,特别是他在证明数学难题时的求证方法,使伽利略深深着迷。他眼睛亮了,仿佛发现了一个神奇无比的世界,这就是他梦寐以求的数学王国!他兴奋极了,立即找到宫廷数学家玛窦利奇,向他提出了许多百思不得其解的问题。 玛窦利奇原是跟随托斯坎尼大公爵从佛罗伦萨来到比萨的,他给宫廷里的侍童讲数学,没有想到会有一个热心的听众,而且他提出的问题非常有趣,充分显示出超群的智慧和深厚的学识功底。 当玛窦利奇听说伽利略是比萨大学医科学生时,不禁脱口而出:啊,伽利略,你是一个天才,你会成为一个杰出的数学家的。 伽利略的脸红了,他谈到自己对医学的厌倦,谈到父亲对他的期望,也倾诉了自己因为不能按照自己的意愿学习的苦恼。别泄气。玛窦利奇和蔼地说:你努力自学吧,有什么困难,任何时候我都是你忠诚的朋友。 伽利略越发刻苦钻研数学和物理学,他把从宫廷数学家那里借来的每一本书,都用心地阅读,像海绵吸水一样地吸收下来。但是,他并不是那种迷信书本的人,那些人们认为是真理的权威结论,在伽利略的脑子里常常带来意想不到的疑问,他常常为此而感到苦恼,陷入深深的思索之中。 有一次,伽利略信步来到他熟悉的比萨大教堂,他坐在一张长凳上,目光凝视着那雕刻精美的祭坛和拱形的廊柱,蓦地,教堂大厅中央的巨灯晃动起来,是修理房屋的工人在那里安装吊灯。 这本来是件很平常的事,吊灯像钟摆一样晃动,在空中划出看不见的圆弧。可是,伽利略却像触了电一样,目不转睛地跟踪着摆动的吊灯,同时,他用右手按着左腕的脉,计算着吊灯摆动一次脉搏跳动的次数,以此计算吊灯摆动的时间。 这样计算的结果,伽利略发现了一个秘密,这就是吊灯摆一次的时间,不管圆弧大小,总是一样的。一开始,吊灯摆得很厉害,渐渐地,它慢了下来,可是,每摆动一次,脉搏跳动的次数是一样的。 伽利略的脑子里翻腾开了,他想,书本上明明写着这样的结论,摆经过一个短弧要比经过长弧快些,这是古希腊哲学家亚里士多德的说法,谁也没有怀疑过。难道是自己的眼睛出了毛病,还是怎么回事。 伽利略像发了狂似的跑回大学宿舍,关起门来重复做这个试验。他找了不同长度的绳子、铁链,还有不知从哪里搞到的铁球、木球。在房顶上,在窗外的树枝上,着迷地一次又一次重复,用沙漏记下摆动的时间。 最后,伽利略不得不大胆地得出这样的结论:亚里士多德的结论是错误的,决定摆动周期的,是绳子的长度,和它末端的物体重量没有关系。而且,相同长度的摆绳,振动的周期是一样的。这就是伽利略发现的摆的运动规律。 伽利略不用说多么高兴了。可是在当时,有谁会相信一个医科大学生的科学发现,何况他的结论是否定了大名鼎鼎的亚里士多德的权威说法。 就在这时,凡山杜的铺子里越来越不景气,听说伽利略并没有按照自己的意愿学习医学,而是成天迷恋着不相干的实验,于是,严厉的父亲决定停止伽利略继续上大学,让他回家去当一个店员。 伽利略灰心极了,他离开了比萨大学回到佛罗伦萨。但是他选择的道路却是不可动摇的。 佛罗伦萨一条不太热闹的街道,有一个门面不大、生意清淡的铺子,这就是凡山杜开的毛织品商店。每天,当匆匆过往的行人经过这里时,总是可以看见红头发的伽利略呆呆地坐在柜台前出神,或者旁若无人的在那里摆弄着一些莫名其妙的东西,像秤盘呀,铁块呀,盘子呀;而更多的时候,他是埋头在书本里,他看得那样专心,就连他的父亲大声叫唤都听不见。 自从回到家里,伽利略不得不违背自己的意愿在父亲的铺子里当一名店员,但是他的心里一时一刻也没有忘记数学和物理学。没有起码的学习条件,也没有老师可以求教,他就想方设法找到一些自然科学的书籍,以顽强的毅力刻苦
日本物理学家——汤川秀树
汤川秀树(1907~1981),日本物理学家,大阪大学哲学博士,历任京都帝国大学、东京帝国大学教授。1948年赴美国任哥伦比亚大学教授,1949年诺贝尔物理学奖授予汤川秀树,以表彰他在核力的理论基础上预言了介子的存在。他是第一个获得诺贝尔奖的日本人。1955年回国。他从电磁理论得到启发,于1935年提出了关于核子力的“介子理论”。 1907年1月23日 生于东京。  1913年 入小学,成绩优良,喜欢数学、科学哲学,受中国儒、老、庄典籍不少影响。  1929年 毕业于京都大学物理系。  1932年 任京都大学讲师。  1933~1939年 在大阪大学任教,研究原子核和量子场论。  1938年 获大阪帝国大学博士学位。  1939年 回京都大学任物理学教授,直到1970年。  1943~1945年 兼任东京大学教授。他从1946年起主编英文杂志《理论物理学进展》,向国外介绍日本理论物理学的研究成果。  1948年 受聘为美国普林斯顿高级研究院客座教授。  1949年 由于其核力理论荣获诺贝尔物理学奖。  1949~1951年 任哥伦比亚大学教授。  1953~1970年 任京都大学基础物理学研究所第一任所长。  1957年 参加世界和平运动大会,呼吁和平利用原子能。  1975年 以后长期患病。  1981年9月8日 在京都逝世。 1907年1月23日出生在东京的一个知识分子家庭。第二年,全家搬到京都。父小川琢治是京都大学地学教授,也是一位著名的地质学家和地理学家,而且兴趣十分广泛,爱好考古、书画、刀剑、围棋和中国文化,家中藏有丰富的书籍。生活在书香之家,汤川秀树从小就喜爱图书,养成了爱读、多想、勤写的好习惯。他的父亲是个开明的人,不象其他日本家庭那样硬要孩子遵命选择职业,而是谆谆诱导汤川秀树自己去抉择未来。 勤奋向上的汤川秀树在他迈进大学的门槛时,决定专心致志地攻读物理学,还特地选定了当时新兴的量子物理学当作自己进击的目标。那个时候,日本的科学还是很落后的,量子物理学更是一片空白。汤川秀树的决定是十分大胆的,也是带有风险的,但是他毫不畏惧,充满信心地开始了对微观世界的探索。他千方百计地搜集和购买各种关于量子物理的书刊,广泛阅读欧洲、美国的科学家们最新发表的论文,虚心拜一位有名的物理学教授为师。这样,汤川秀树在大学里打下了坚实的知识基础。 1932年因入汤川家改姓汤川,并来到大阪,担任帝国大学的讲师,同时,继续从事原子核结构的研究。他废寝忘食地思索,患了轻微的失眠症,白天头脑总是模模糊糊的,一到晚上又难以入眠,而且头脑越来越清醒。他躺在床上看着天花板,对原子核结构的五花八门的想法便都浮现在脑海里。可是第二天,脑子昏昏沉沉,又什么都忘得一干二净了。怎么办呢?汤川秀树索性在枕头旁边准备好笔和本子,待思想的火花一出现,马上抓住记下来。说也奇怪,他晚上以为想得很妙、很有价值,第二天一看笔记,却毫无价值。经过无数次的失败、艰辛的探求,他终于在1934年10月,发现了基本粒子的一个崭新的天地?介子家庭,为量子物理学的发展作出了卓越的贡献。 汤川秀树是一位没有到过欧美留学,而是在日本国土生土长起来的理论物理学家。汤川秀树自谦地说:“我不是非凡的人,而是在深山丛林中寻找道路的人。”但是,他的成功告诉人们:在落后的条件下,勤奋探求,勇往直前,同样可以到达光辉的顶点。他的成功,他的荣誉,成为激励日本人民在战后废墟上进行建设的精神力量。 1935年,汤川秀树提出“介子论”,对质子和中子的结合做了很圆满的解释。汤川秀树假设质子和质子间,质子和中子间,中子和中子间,都另有一种交互吸引的作用力,在近距离时,远比电荷间的库仑作用力为强,但在稍大距离时即减弱为零,这种新作用称为核子作用或强作用。它是由于交换一种粒子称为介子而生的交互作用。 他说,质子(为费米子)和中子会扭曲周围的空间(核力场),为了抵消此一扭曲,遂产生了虚介子(介子为玻色子),藉着介子的交换,质子和中子才能结合在一起.结合相对论和量子理论以质子和中子间新粒子的交换(介子叫“π介子”)描述原子核的交互作用,汤川秀树推测粒子的质量(介子)大约是电子质量的200倍,这是原子核力介子理论的开端。质量为电子200倍的粒子在宇宙射线中被发现,那时物理学家最先想到的是,它就是汤川秀树的π介子,后来才发现它是μ介子。 在大阪大学工作不久,在1935年汤川秀树提出介子学说,以“基本粒子的相互作用”为题,发表了介子场论文。当时,量子电动力学正处于草创阶段,人们已逐渐认识到,电磁相互作用可以看作是在荷电粒子之间交换光子,光子是电磁场的“量子”,它以光速运动因而静质量为零。参照这一理论,汤川把核力设想为带有势函数u(x,y,z,t)的特定场中的相互作用,这种场导致所谓u量子,u量子是核强相互作用时交换的粒子,其静质量约为电子的200倍(后来命名为“介子”),即质子和中子通过交换介子而相互转化(《论基本粒子的相互作用》)。 他预言,作为核力及β衰变的媒介存在有新粒子即介子,还提出了核力场的方程和核力的势,即汤川势的表达式。按照这一理论,质子和中子通过介子可以带正、负电荷或者是中性的,一个介子可以转化为一个电子和不带电的轻子(即中微子)。交换介子而互相转化,核力是一种交换介子的相互作用。1937年c.d.安德森等在宇宙线中发现新的带电粒子(后被认定为μ子)之后,经c.f.鲍威尔等人的研究,于1947年在宇宙射线中发现了另一种粒子,认定是汤川秀树所预言的介子,被命名为π介子。由于在核力理论的基础上预言介子的存在。 汤川秀树和坂田昌一等人在1937年展开了介子场理论的研究。1947年提出了非定域场理论,试图解决场的发散问题。在1953年9月在京都召开的国际理论物理学会上,汤川秀树发表了非定域场的统一理论。 汤川喜欢沉思,不好交际,但思想上勇于探索,敢于提出创见。他的预言,正如狄拉克正电子预言一样,显示了理论的巨大威力。汤川理论推动了介子物理学的发展。他的成就促成了日本物理学的发展。例如他1942年“论场论的基础”一文启发了朝永振一郎提出重正化理论。他领导的研究所成了生物物理学和宇宙学等新学科的中心。他还积极参加了反对核武器的世界和平运动。 1949年诺贝尔物理学奖授予汤川秀树,以表彰他在核力的理论基础上预言了介子的存在。他是第一个获得诺贝尔奖的日本人。 汤川秀树还笃好中国古籍,研读过《庄子》,不仅在科普著作中常引用《庄子》的话,而且他的物理学理论研究,也有受《庄子》思想的启发之处。 汤川秀树说:“我之所以把庄子作为话题,是由于早在2300年前,庄子就已经洞察了现代人类状况的这种不可思议的感觉”,特别是由于中国古代哲学思想已经以种种方式渗透在他的心中,并为他“作为科学家树立个性起到了作用。” 自从我年近五十岁以来,我一直在考虑一个问题:不但是我自己,包括年轻的研究人员,怎样才能充分发挥创造力?而且我也一直试图从更加客观的观点来探讨这个创造力的问题。 在我自己的物理学领域中,当某人发现了某种新的自然现象或某种新的事实时,或是当某人发现了一条新的原理、一条新的自然定律时,创造力就是起了重要作用的;多亏这些发现,我们对于自然现象的理解或认识才能得到一个很大的发跃。被纳入自然定律中的那种我们对大自然的理解发展成一个包括了这些定律的理论体系,结果就可以把一个较大范围内的事实理解成一个整体。潜在能力的挖掘 在很多情况下,创造力是按它的结果来判断的。 例如,爱因斯坦发现了相对原理。连那些根本不知道什么是相对原理的人们也相信爱因斯坦是一位了不起的天才,而且相信这儿发生的是一种创造轿车的了不起的表现。 当人们从爱因斯坦的传记中读到他年轻时并没有显示出特殊的才华时,或者当读到他某门功课考不及格时,人们对于他的惊叹更是有增无减。假如爱因斯坦当时在班上总是首屈一指的,人们的印象就不会那么深刻。想到后来做出伟大发现的人至少有过一次考试不及格。这常常会使人们对自己非常得意。但是,假如他没有做出伟大发现,假如他没有成为一个著名的科学家,那么最后的评语就会是,他从学生时代起就没什么出息。 以成败论英雄也许是非常自然的,但是这却无助于阐明创造力的本质。人们倒是应当考虑,为什么会有这样一种创造力的表现,创造力表现出来之前的事态如何,以及在此以前创造力一直隐藏在什么地方。 创造力不是一种天外飞来的东西。遗传、环境等等无疑都会起到它们的作用,但是,不管人们多么想显示创造力,最重要的问题却是这种显示创造力的可能性始终是存在的,某种隐藏着的东西,潜伏着的东西,将会显露出来,表现出来。 因此,我觉得,创造力的问题最终可以归结为创造力隐藏在什么地方以及通过何种手段才能使它发挥出来的问题。 17世纪时曾经涌现出许多天才。在一百年的时间内,出现了非常之多的天才--可以说是非凡的天才--从培根、伽利略、开普勒和笛卡尔,一直到牛顿和莱布尼兹。
澳大利亚医生发明中风无创疗法
澳大利亚每年约有6万人饱受中风困扰。中风成为澳大利亚继冠心病之后的第二大健康杀手。如今,皇家墨尔本医院发明了一种无创疗法,医生通过一种新设备将中风病人血管内的致病血块安全且快速地从血管中抽出,病人无需手术就可很快康复。 38岁的菲尔加拉格尔一次睡觉醒来后中风瘫痪,并且不能说话。检查发现,加拉格尔后脑动脉严重堵塞,如不及时治疗,情况将非常危险。皇家墨尔本医院的里克道林医生说,往常像加拉格尔这样的情况,一般很难脱离险境。 医生必须尽快消除他血管中的血块和堵塞,这样血液才能重新流到脑部。通常,病人都是通过服用药物使血块溶解,但皇家墨尔本医院的新疗法则是医生先在病人身上开一个小口,然后将一个导管插入主动脉,直接通到脑部动脉堵塞处,将血块取出。 道林医生说,使用这个设备的好处在于,患者由于无需动手术,因此可以很快恢复。果然,10天后,加拉格尔就康复出院了。 据介绍,这个新技术在中风疗法的发展过程中具有重要意义。医生们希望能有更多的中风患者从中受益,而由中风引起的死亡和长期丧失劳动能力的概率也能因此降低。 中风:人类健康的三大疾病之一 中风也叫脑卒中。分为两种类型:缺血性脑卒中和出血性脑卒中。中风是中医学对急性脑血管疾病的统称。它是以猝然昏倒,不省人事,伴发口角歪斜、语言不利而出现半身不遂为主要症状的一类疾病。 由于本病发病率高、死亡率高、致残率高、复发率高以及并发症多的特点,所以医学界把它同冠心病、癌症并列为威胁人类健康的三大疾病之一。预防中风的重要性已经引起国内外医学界的重视,医学家们正从各个方面探索中风的预防措施。 中风的危险因素 1.高血压,高血压是原因,中风是后果,血压与中风的发病率和死亡率成正比。高血压会使血管的张力增高,也就是将血管“紧绷”,时间长了,血管壁的弹力纤维就会断裂,引起血管壁的损伤,使血液中的脂质物质容易渗透到血管壁内膜中,这些都会使脑动脉失去弹性,动脉内膜受到损伤,形成动脉硬化、动脉变硬、变脆、管腔变窄。而脑动脉的外膜和中层本身就比身体其他部位动脉的外膜和中层要薄。在脑动脉发生病变的基础上,当病人的血压突然升高,就很容易引起中风。 2.糖尿病(糖尿病食品),糖尿病属于中风疾病的易患因素之一。据资料统计,约有20的脑血管病会导致中风患者同时患有糖尿病,并且糖尿病患者动脉硬化的发生率较正常人要高5倍,由于糖尿病患者胰岛β细胞分泌胰岛素绝对或相对不足,引起糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱,其中以糖代谢紊乱为主。 胰岛素不足使葡萄糖转化为脂肪而使葡萄糖的贮存量减少,大量脂肪被分解成甘油三酯和游离脂肪酸,尤以胆固醇增加更为显著,以致造成高脂血症,加速糖尿病患者动脉硬化,这是一个值得注意的问题。一般来说,糖尿病患者常伴有微血管病变和大动脉硬化两种病变。 3.高血脂,血脂是人体中一种重要的物质,有许多非常重要的功能,但是不能超过一定的范围。如果血脂过多,容易造成“血稠”,在血管壁上沉积,逐渐形成小斑块(就是我们常说的“动脉粥样硬化”)这些“斑块”增多、增大,逐渐堵塞血管,使血流变慢,严重时血流被中断。这种情况发生在脑,就会出现缺血性中风。 4.肥胖体态,临床观察发现,肥胖者与一般人比较,发生中风的机会要高40。为什么胖人容易发生中风呢?专家称,这与肥胖者内分泌和代谢功能的紊乱,血中胆固醇、甘油三酯增高,高密度脂蛋白降低等因素有关。此外,胖人还常伴有糖尿病、高血压、冠心病等疾病,这些都是中风的危险因素。 5.吸烟,烟草中含有大量的尼古丁,尼古丁可使人的体重下降、食欲减轻,但同时又有胰岛素抵抗和皮质醇增加,这些都是导致血糖和血压升高的因素,最终形成以上原因导致中风。 脑中风的常规治疗方法 脑中风是由脑血管病变引起的,多见于老年人,尤其是高血压或明显动脉硬化者。脑中风治疗方法与康复保健极其重要,在中风患者度过危险期后,大多留有半身不遂、言语不利等后遗症,此时加强防治中风后遗症有着较好的效果。 脑中风病人在康复期如无吞咽困难,宜以清淡、少油腻、易消化的柔软平衡膳食为主,另外稳迈舒运动按摩轮有助于恢复下肢、关节和足部的运动功能。 适合于中风后遗症偏瘫患者的主动肢体康复锻炼,对膝踝关节、下肢和足部的骨折和扭挫伤等长时间固定治疗后的肌肉萎缩和肢体运动功能的恢复也有不错效果。使用时要注意交替选择运动按摩方式。可单脚运动按摩;或一只脚做运动按摩,另一只脚做静止穴位刺激按摩;或双腿脚同向运动;或双腿脚反向运动。 治疗药物:临床治疗脑卒中都有什么可靠的用药呢,防治脑卒中西药中有:拜阿司匹林、氯比格雷、脑活素片、弥可保等,都是疗效比较可靠,有治疗针对性的用药,其中阿司匹林是防治脑卒中的基础用药,对防止脑卒中复发有一定疗效,但临床应用阿司匹林显示有47的患者存在用药抵抗,即使是阿司匹林肠溶片,也会对胃肠造成负担和影响,有各种出血倾向的患者,更应禁止使用阿司匹林,服用阿司匹林,须在医生指导下针对自身情况和病症特征选择用药。  康复期运动障碍的治疗:恢复期治疗对于脑卒中后遗症患者来讲非常重要。目的就是改肢体麻木障碍、语言不利等症状,使之达到最佳状态;并降低脑梗塞的高复发率。尤其是在恢复肢体运动障碍方面更为显得突出。 目前认为脑卒中引发的肢体运动障碍的患者经过正规的康复训练可以明显减少或减轻瘫痪的后遗症,有人把康复看得特别简单,甚至把其等同于“锻炼”,急于求成,常常事倍功半,且导致关节肌肉损伤、骨折、肩部和髋部疼痛、痉挛加重、异常痉挛模式和异常步态,以及足下垂、内翻等问题,即“误用综合征”。 不适当的肌力训练可以加重痉挛,适当的康复训练可以使这种痉挛得到缓解,从而使肢体运动趋于协调。一旦使用了错误的训练方法,如用患侧的手反复练习用力抓握,则会强化患侧上肢的屈肌协同,使得负责关节屈曲的肌肉痉挛加重,造成屈肘、屈腕旋前、屈指畸形,使得手功能恢复更加困难。 其实,肢体运动障碍不仅仅是肌肉无力的问题,肌肉收缩的不协调也是导致运动功能障碍的重要原因。因此,不能误以为康复训练就是力量训练。 在对脑卒中后遗症患者运动功能障碍的康复治疗中,传统的理念和方法只是偏重于恢复患者的肌力,忽视了对患者的关节活动度、肌张力及拮抗之间协调性的康复治疗,即使患者肌力恢复正常,变可能遗留下异常运动模式,从而妨碍其日常生活和活动能力的提高。   实验及临床研究表明,由于中枢神经系统存在可塑性,在大脑损伤后的恢复过程中,具有功能重建的可能性。目前国内国际上一般建议在日常的家庭护理康复治疗中,使用家用型的肢体运动康复仪来对受损的肢体运动重建。它本身以以神经促通技术为核心,使肌肉群受到低频脉冲电刺激后按一定顺序模拟正常运动,除直接锻炼肌力外,通过模拟运动的被动拮抗作用,协调和支配肢体的功能状态,使其恢复动态平衡;同时多次重复的运动可以向大脑反馈促通信息,使其尽快地最大限度地实现功能重建,打破痉挛模式,恢复肢体自主的运动控制,尤其是家用的时候操作简便。这种疗法可使瘫痪的肢体模拟出正常运动,有助于增强患者康复的自信心,很有助于恢复患者的肌张力和肢体运动。 手术治疗:脑起搏器对过度兴奋的神经细胞有抑制作用,对紊乱的神经细胞有整合作用,对缺氧受损的神经细胞有修复作用,对功能低下的神经细胞有激活唤醒作用。最近美国科学家研究还发现磁场能够促进神经细胞的再生,防止老年性痴呆,延长人的寿命。脑起搏器是目前治疗中风较好的方法。
现代物理学的开创者——阿尔伯特·爱因斯坦
阿尔伯特爱因斯坦albert einstein (альберт ейнштейн),世界十大杰出物理学家之一,现代物理学的开创者、集大成者和奠基人,同时也是一位著名的思想家和哲学家。爱因斯坦1900年毕业于苏黎世联邦理工学院,入瑞士国籍。1905年获苏黎世大学哲学博士学位。曾在伯尔尼专利局任职,在苏黎世工业大学、布拉格德意志担任大学教授。1913年返德国,任柏林威廉皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授,并当选为普鲁士皇家科学院院士。1933年爱因斯坦在英国期间,被格拉斯哥大学授予荣誉法学博士学位(ll.d)。因受纳粹政权迫害,迁居美国,任普林斯顿高级研究所(institute for advanced study)教授。从事理论物理研究,1940年入美国国籍。 爱因斯坦与前妻米列娃有一个未婚私生女丽瑟尔(1902—1963年),不过在1903年到1919年爱因斯坦娶了米列娃,后来米列娃为爱因斯坦生了两个儿子汉斯爱因斯坦和爱德华爱因斯坦。 爱因斯坦的第二任妻子爱尔莎是他的堂姐的表姐,他们的母亲是亲姐妹,他们的曾祖父都是鲁普特爱因斯坦。这个婚姻从1919年到1936年爱尔莎逝世。爱因斯坦的二儿子爱德华受米列娃家庭遗传的影响患有精神分裂症,一生未娶。大儿子汉斯爱因斯坦是美国伯克利加州大学的水利工程教授,有三个孩子,大儿子伯恩哈德凯撒爱因斯坦是一名物理学家,二儿子klaus martin (1932—1938年),以及养女。伯恩哈德凯撒爱因斯坦有五个孩子,其中最小的孩子thomas martin einstein成为了一名医生,保罗爱因斯坦是小提琴家。 爱因斯坦孙子伯尔尼哈德凯撒爱因斯坦的书信记录爷爷爱因斯坦最珍爱的物品是小提琴和烟斗。 早在16岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,他产生了一个想法,如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗? 与此相联系,他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪的笛卡尔和其后的惠更斯首创并发展了以太学说,认为以太就是光波传播的媒介,它充满了包括真空在内的全部空间,并能渗透到物质中。与以太说不同,牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为,发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜就引起视觉。 18世纪牛顿的微粒说占了上风,19世纪,却是波动说占了绝对优势。以太的学说也大大发展:波的传播需要媒质,光在真空中传播的媒质就是以太,也叫光以太。与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学,并从理论与实践上证明光就是一定频率范围内的电磁波,从而统一了光的波动理论与电磁理论。以太不仅是光波的载体,也成了电磁场的载体。直到19世纪末,人们企图寻找以太,然而从未在实验中发现以太,相反,迈克耳逊莫雷实验却发现以太不太可能存在。 电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架,但在解释运动物体的电磁过程时却发现,与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也就是光的速度是一个恒量;然而按照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同。 例如,两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近,后一辆车的灯光远离。根据伽利略理论,向你驶来的车将发出速度大于c(真空光速3.0x10^8m/s)的光,即前车的光的速度=光速 车速;而驶离车的光速小于c,即后车光的速度=光速-车速。但按照,这两种光的速度相同,因为在麦克斯韦的理论中,车的速度有无并不影响光的传播,说白了不管车子怎样,光速等于c。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢? 爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现,所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到:以太绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗?这时他一开始怀疑以太存在的必要。 爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明,却在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑。他认为,相对论原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式,但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太,也就是相信存在着绝对参照系,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。 19世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象。 1905年5月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题,贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久。突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,终于想明白了问题。第二天,他又来到贝索家,说:谢谢你,我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事:时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙,经过五个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。 1905年6月30日,德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章,它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。狭义相对论所根据的是两条原理:相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点,是他坚信相对性原理。 伽利略最早阐明过相对性原理的思想,但他没有对时间和空间给出过明确的定义。牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想,但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大发展了相对性原理,在他看来,根本不存在绝对静止的空间,同样不存在绝对同一的时间,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系,都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。 对于一切惯性系,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,它们的形式都是相同的,这就是相对性原理,严格地说是狭义的相对性原理。在这篇文章中,爱因斯坦没有讨论将光速不变作为基本原理的根据,他提出光速不变是一个大胆的假设,是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果,他从同时的相对性这一点作为突破口,建立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式,以太不再是必要的,以太漂流是不存在的。 什么是同时性的相对性?不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢?一般来说,我们会通过信号来确认。为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度,但如何测出这一速度呢?我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间,空间距离的测量很简单,麻烦在于测量时间,我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟,从两个钟的读数可以知道信号传播的时间。但我们如何知道异地的钟对好了呢?答案是还需要一种信号。这个信号能否将钟对好?如果按照先前的思路,它又需要一种新信号,这样无穷后退,异地的同时性实际上无法确认。不过有一点是明确的,同时性必与一种信号相联系,否则我们说这两件事同时发生是无意义的。 光信号可能是用来对时钟最合适的信号,但光速非无限大,这样就产生一个新奇的结论,对于静止的观察者同时的两件事,对于运动的观察者就不是同时的。我们设想一个高速运行的列车,它的速度接近光速。列车通过站台时,甲站在站台上,有两道闪电在甲眼前闪过,一道在火车前端,一道在后端,并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹,通过测量,甲与列车两端的间距相等,得出的结论是,甲是同时看到两道闪电的。 因此对甲来说,收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离,并同时到达他所在位置,这两起事件必然在同一时间发生,它们是同时的。但对于在列车内部正中央的乙,情况则不同,因为乙与高速运行的列车一同运动,因此他会先截取向着他传播的前端信号,然后收到从后端传来的光信号。对乙来说,这两起事件是不同时的。也就是说,同时性不是绝对的,而取决于观察者的运动状态。这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。 相对论认为,光速在所有惯性参考系中不变,它是物体运动的最大速度。由于相对论效应,运动物体的长度会变短,运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题,运动速度都是很低的(与光速相比),看不出相对论效应。 爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学,指出质量随着速度的增加而增加,当速度接近光速时,质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式:e=m
动物界的历史
动物界的历史,就是动物起源、分化和进化的漫长历程。是一个从单细胞到多细胞,从无脊椎到有脊椎,从低等到高等,从简单到复杂的过程。最早的单细胞的原生动物进化为多细胞的无脊椎动物,逐渐出现了海绵动物门、腔肠动物门、扁形动物门、纽形动物门、线形动物门、环节动物门、软体动物门、节肢动物门、棘皮动物。由没有脊椎的棘皮动物往前进化出现了脊椎动物,最早的脊椎动物是圆口纲,圆口纲在进化的过程中出现了上下颌、从水生到陆生。两栖动物是最早登上陆地的脊椎动物。虽然两栖动物已经能够登上陆地,但它们仍然没有完全摆脱水域环境的束缚,还必须在水中产卵繁殖并且度过童年时代。从原始的两栖动物继续进化,出现了爬行类。爬行动物可以在陆地上产卵、孵化,完全脱离了对水的依赖性,成为真正的陆生动物。爬行类及其以前的动物都属于变温动物,它们的身体会变得冰冷僵硬,这个时候它们不得不停止活动进入休眠状态。陆地上的自然环境多姿多彩,为动物的进化开辟了新的适应方向,爬行动物在陆地出现以后,向各个方向辐射、分化,更高级的鸟类和哺乳类应运而生,当哺乳动物进一步往前发展时,人类终于脱颖而出。从爬行类以后出现的动物都属于恒温动物,具有恒定的体温,能适应各种各样复杂的环境。 总之,生物的进化历程可以概括为:由简单到复杂,由低等到高等,由水生到陆生。某些两栖类进化成原始的爬行类,某些爬行类又进化成为原始的鸟类和哺乳类。各类动物的结构逐渐变得复杂,生活环境逐渐由水中到陆地,最终完全适应了陆上生活。
化学家——安托万·洛朗·拉瓦锡
安托万洛朗拉瓦锡(a.l.lavoisier,1743.8.26-1794.5.8)法国著名化学家,近代化学的奠基人之一,“燃烧的氧学说”的提出者。 1743年8月26日生于巴黎。 1763年获法学学士学位,并取得律师开业证书,后转向研究自然科学。他最早的化学论文是对石膏的研究,发表在1768年《巴黎科学院院报》上。他指出,石膏是硫酸和石灰形成的化合物,加热时会放出水蒸气。1765年他当选为巴黎科学院候补院士。 1768年他研究成功浮沉计,可用来分析矿泉水。并提出保障巴黎饮用水质量的重要性。“实际上,公民身体的健康和活力取决于饮用水的质量。如果说医疗用水在关键时刻能挽救几个国家重要人物的生命,饮用水却是民生有序、平稳发展和广大百姓身体健康的源泉。狭隘的矿泉水研究只会让社会上极小部分的没落贵族感兴趣。公共用水却是整个社会关心的主题,而且关注的人主要是为国家提供劳动力、创造财富的劳动人民。” 1775年任皇家火药局局长,火药局里有一座相当好的实验室,拉瓦锡的大量研究工作都是在这个实验室里完成的。 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。 1778年任皇家科学院教授。 1794年5月8日于巴黎被处死。 1774年10月,普里斯特里向拉瓦锡介绍了自己的实验:氧化汞加热时,可得到脱燃素气,这种气体使蜡烛燃烧得更明亮,还能帮助呼吸。拉瓦锡重复了普里斯特利的实验,得到了相同的结果。但拉瓦锡并不相信燃素说,所以他认为这种气体是一种元素,1777年正式把这种气体命名为oxygen(中译名氧),含义是酸的元素。 拉瓦锡通过金属煅烧实验,于1777年向巴黎科学院提出了一篇报告《燃烧概论》,阐明了燃烧作用的氧化学说,要点为: ; ; ; ①燃烧时放出光和热。 ; ; ; ②只有在氧存在时,物质才会燃烧。 ; ; ; ③空气是由两种成分组成的,物质在空气中燃烧时,吸收了空气中的氧,因此重量增加,物质所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量。 ; ; ; ④一般的可燃物质(非金属)燃烧后通常变为酸,氧是酸的本原,一切酸中都含有氧。金属煅烧后变为煅灰,它们是金属的氧化物。 他还通过精确的定量实验,证明物质虽然在一系列化学反应中改变了状态,但参与反应的物质的总量在反应前后都是相同的。于是拉瓦锡用实验证明了化学反应中的质量守恒定律。拉瓦锡的氧化学说彻底地推翻了燃素说,使化学开始蓬勃地发展起来。 1787年之后拉瓦锡社会职务渐重,用于科学研究时间较少。主要进行化学命名法改革,自己研究成果的总结和新理论的传播工作。他先与贝托莱等人合作,设计了一套简洁的化学命名法。 1787年他在《化学命名法》(mthode de nomenclature chimique)中正式提出这一命名系统,目的是使不同语言背景的化学家可以彼此交流,其中的很多原则加上后来柏济力阿斯的符号系统,形成了至今沿用的化学命名体系。接下来,他总结了自己的大量的定量试验,证实了质量守恒定律 。 这个定律的想法并非他独创,在拉瓦锡之前很多自然哲学家与化学家都有过类似观点,但是由于对实验前后质量测试的不准确,有些人开始怀疑这一观点。1748年,俄罗斯化学家米哈伊尔瓦西里耶维奇罗蒙诺索夫曾精确的进行了测定,并且提出了这一定律的描述,但是由于莫斯科大学处于欧洲科学研究的中心之外,所以他的观点没有被人注意到。 基于氧化说和质量守恒定律,1789年拉瓦锡发表了《化学基本论述》(trait &;eacute;lmentaire de chimie)这部集他的观点之大成的教科书,在这部书里拉瓦锡定义了元素的概念,并对当时常见的化学物质进行了分类,总结出三十三种元素(尽管一些实际上是化合物)和常见化合物,使得当时零碎的化学知识逐渐清晰化。在该书中的实验部分中拉瓦锡强调了定量分析的重要性。 最重要的是拉瓦锡在这部书中成功的将很多实验结果通过他自己的氧化说和质量守恒定律的理论系统进行了圆满的解释。这种简洁、自然而又可以解释很多实验现象的理论系统完全有别于燃素说的繁复解释和各种充满炼金术术语的化学著作,很快产生了轰动效应。坚持燃素说的化学家如普利斯特里对其坚决抵制,但是年轻的化学家非常欢迎,这部书也因此与波以耳的《怀疑派的化学家》一样,被列入化学史上划时代的作品。到1795年左右,欧洲大陆已经基本全部接受拉瓦锡的理论。 法兰西科学院常会由政府资助,给予科学家薪水同时要求完成某些任务。由于拉瓦锡的很强的工作能力,他参与了很多这种任务并负责起草报告。其中影响很大是统一法国的度量衡。1790年法兰西科学院组织委员会负责制定新度量衡系统,人员有拉瓦锡、孔多塞、拉格朗日和蒙日等。 1791年拉瓦锡起草了报告,主张采取地球极点到赤道的距离的一千万分之一为标准(约等于1米)建立米制系统。接着科学院指定拉瓦锡负责质量标准的制定。经过测定,拉瓦锡提出质量标准采用千克,定密度最大时的一立方分米水的质量为一千克。这种系统尽管当时受到了很大阻力,但是今天已经被世界通用。 拉瓦锡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做律师,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实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(c6h12o6)=二氧化碳(co2) 酒精(c2h5oh) 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红磷,使之燃烧
“地心说”的集大成者——克罗狄斯·托勒密
克罗狄斯托勒密(claudius ptolemaeus,)“地心说”的集大成者,生于埃及,父母都是希腊人。公元127年, 年轻的托勒密被送到亚历山大去求学。 在那里,他阅读了不少的书籍,并且学会了天文测量和大地测量。他曾长期住在亚历山大城,直到151年。有关他的生平,史书上少有记载。 约公元90年生于埃及的托勒马达伊。曾在亚历山大城居住和工作,168年去世。一生著述甚多。其中《天文学大成》(13卷),是根据喜帕恰斯的研究成果写成的一部西方古典天文学百科全书,主要论述宇宙的地心体系,认为地球居于中心,日、月、行星和恒星围绕着它运行。此书在中世纪被尊为天文学的标准著作,直到16世纪中哥白尼的日心说发表,地心说才被推翻。 另一部重要著作《地理学指南》(8卷)是古希腊有关数理地理知识的总结,主要以马里努斯的工作为基础,参考亚历山大城图书馆的资料撰成。第1卷为一般理论概述,阐述了他的地理学体系,修正了马里努斯的制图方法。第2卷至第7卷列有欧、亚、非三大洲8100处地点位置的一览表,并采用喜帕恰斯所建立的纬度和经度网,把圆周分为360份,给每个地点都注明经纬度坐标。第8卷由27幅世界地图和26幅局部区域图组成,以后曾多次刊印,称为《托勒密地图》。 托勒密认为地理学是对地球整个已知地区及与之有关的一切事物作线性描述,即绘制图形,并用地名和测量一览表代替地理描述。他在《地理学指南》中采用了波西东尼斯错误的地球周长数字,又在绘制陆地向东延伸中增加了误差。把有人居住的世界想象为一片连续不断的陆块,中间包围着一些海盆,并在地图上表明:印度洋的南面还存在一块未知的南方大陆(见古希腊罗马地理学)。直到18世纪英国探险家j.库克的探险航行,才消除这个错误。他在《地理学指南》中还提出了两种新的地图投影:圆锥投影和球面投影。 127年到151年,他在亚历山大一个大城进行天文观测。关于托勒密的生平,至今所知甚少。最主要的资料来自他传世著作中的有关记载,其次是罗马帝国时代和拜占廷时代著作家们传述的一些说法——通常颇为可疑。 在托勒密最重要的著作《至大论》(almagest)中,记载着一些他本人所作的天文观测,这是确定他生活年代、工作地点的最可靠的资料。见于《至大论》书中的托勒密天文观测记录,最早的日期为公元127年3月26日,最晚的日期为141年2月2日。由此可知托勒密曾活动于罗马帝国皇帝哈德良(hadrian,公元117—138年在位)和安东尼(antoninus,公元138—161年在位)两帝时代。《至大论》是托勒密早年的作品,此后他还写了许多著作,由这些著作推断,托勒密在哈德良皇帝时代已很活跃,而且他一直活到马可奥勒留(marcusaurlius,公元161—180年在位)皇帝时代。 由托勒密留下的观测记录来看,他的所有天文观测都是在埃及(当时在罗马帝国统治之下)的亚历山大城(alexria,今埃及亚历山大省的省会)有一种说法,认为他出生于上埃及的托勒密城(ptolemais,今埃及的图勒迈塞),这可能是正确的,然而此说出于后世(晚至约1360年),且无旁证。 托勒密的姓名中,保存着一些信息,可供推测。ptolemaeus表明他是埃及居民,而祖上是希腊人或希腊化了的某族人;claudius表明他拥有罗马公民权,这很可能是罗马皇帝克劳狄乌斯(claudius,公元41—54年在位)或尼禄(nero,公元54—68年在位)赠与他祖上的。 托勒密的著作集古希腊天文学之大城,但是对于他个人的师承,迄今几乎一无所知。《至大论》中曾使用了塞翁(theon)的行星观测资料,有人认为塞翁可能是他的老师,但这仅是猜测而已。托勒密的不少著作题赠给一个不知谁何的赛鲁斯(syrus)。还有人认为泰尔的马里努斯(marinusoftyre)是托勒密的老师,托勒密在《地理学》(gography)一书中使用并修订了马里努斯的不少资料。所有这些情况都还不足以确定托勒密的师承。 托勒密总结了希腊古天文学的成就,写成《天文学大成》十三卷。其中确定了一年的持续时间,编制了星表,说明旋进、折射引起的修正,给出日月食的计算方法等。他利用希腊天文学家们特别是喜帕恰斯(hipparchus,又译伊巴谷)的大量观测与研究成果,把各种用偏心圆或小轮体系解释天体运动的地心学说给以系统化的论证,后世遂把这种地心体系冠以他的名字,称为托勒密地心体系。 巨著《天文学大成》十三卷是当时天文学的百科全书,直到开普勒的时代,都是天文学家的必读书籍。《地理学指南》八卷,是他所绘的世界地图的说明书,其中也讨论到天文学原则。他还著有《光学》五卷,其中第一卷讲述眼与光的关系,第二卷说明可见条件、双眼效应,第三卷讲平面镜与曲面镜的反射及太阳中午与早晚的视径大小问题,第五卷试图找出折射定律,并描述了他的实验,讨论了大气折射现象。此外,尚有年代学和占星学方面的著作等。 在古老的宇宙观中,人们把天看成是一个盖子,地是一块平板,平板就由柱子支撑着。 在公元前四到三世纪,对于天体的运动,希腊人有两种不同的看法:一种以欧多克斯为代表,他从几何的角度解释天体的运动,把天上复杂的周期现象,分解为若干个简单的周期运动;他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道,或者是一个球形的壳层,他认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆周运动,并且用二十七个球层来解释天体的运动,到了亚里士多德时,又将球层增加到五十六个。另一种以阿利斯塔克为代表,他认为地球每天在自己的轴上自转,每年沿圆周轨道饶日一周,太阳和恒星都是不动的,而行星则以太阳为中心沿圆周运动。但阿利斯塔克的见解当时没有人表示理解或接受,因为这与人们肉眼看到的表观景象不同。 托勒密于公元二世纪,提出了自己的宇宙结构学说,即“地心说”。其实,地心说是亚里士多德的首创,他认为宇宙的运动是由上帝推动的。他说,宇宙是一个有限的球体,分为天地两层,地球位于宇宙中心,所以日月围绕地球运行,物体总是落向地面。地球之外有9个等距天层,由里到外的排列次序是:月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天,此外空无一物。各个天层自己不会动,上帝推动了恒星天层,恒星天层才带动了所有的天层运动。 人居住的地球,静静地屹立在宇宙的中心。托勒密全面继承了亚里士多德的地心说,并利用前人积累和他自己长期观测得到的数据,写成了8卷本的《伟大论》。在书中,他把亚里士多德的9层天扩大为11层,把原动力天改为晶莹天,又往外添加了最高天和净火天。托勒密设想,各行星都绕着一个较小的圆周上运动,而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆叫“均轮”,每个小圆叫“本轮”。 同时假设地球并不恰好在均轮的中心,而偏开一定的距离,均轮是一些偏心圆;日月行星除作上述轨道运行外,还与众恒星一起,每天绕地球转动一周。托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景,却较为完满的解释了当时观测到的行星运动情况,并取得了航海上的实用价值,从而被人们广为信奉。 托勒密著有四本重要著作:《天文学大成》(almagest)、《地理学》(geography)、《天 文集》(tetrabiblos)和《光学》(optics)。 《天文学大成》——500年的希腊天文学和宇宙学思想的顶峰——统治了天文界长达13 个世纪。这样一本知识上参差交错且复杂的著作,不是单独一个人所能完成的。托勒密依靠了他的先驱者,特别是喜帕恰斯,这一点是无须掩盖的。他面对的基本问题是:在假设宇宙是以地球为中心的、以及所有天体以均匀的速度按完全圆形的轨道饶转的前提下,试图解释天体的运动。 ; ; ; 因为实际天体以变速度按椭圆轨道饶地球以外的中心运动,为了维护原来的基本假设,就要考虑某些非常复杂的几何形状。托勒密使用了3种复杂的原始设想:本轮、偏心圆和均轮。他能对火星、金星和水星等等的轨道分别给出合理的描述,但是如果把它们放在一个模型中,那么它们的尺度和周期将发生冲突。然而,无论这个体系存在着怎样的缺点,它还是流行了1300年之久,直到15世纪才被哥白尼推翻。 在《地理学》一书中,托勒密充分地解释了怎样从数学上确定纬度和经度线。然而,没有一条经线是用天文学方法确定的,仅仅少数的纬度线是这样计算的。他将陆上测量的距离归算为度,就在这无把握的网格上定出地区的位置。海面上的距离,简直是猜测出来的。他把加那利群岛放到它们真正位置以东7去了,因而整个的网格定位只能是错误的。《地理学》对西方世界观的影响几乎也像《天文学大成》一样巨大和持久:托勒密标出的亚洲位置比它实际的更近(向西),与哥伦布同时代的地图制造者继承了他的错误观点,否则哥伦布也许就不会航行了。 在讨论托勒密的历史功绩及影响时,不能不先谈到一些很容易使人误入歧途的成见。这些成见并非学术研究所得出的成果,而是与某些特定时期的宣传活动密切结合在一起。因而广泛流传,其中比较重要的有如下两种。 第一种成见,是将托勒密看成只是一些古代科学文献的编辑者,由此引申开去,就自然会有诸如《至大论》不过袭自希帕恰斯、《地理学》只是马里努斯著作的翻版之类的偏激之论。这种成见的发端,据研究很可能是19世纪初期的法
物理学家、天文学家——艾萨克·牛顿
牛顿(1643年1月4日—1727年3月31日)爵士,英国皇家学会会员,是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家、炼金术士和反对三位一体的不信耶稣否定救赎论和原罪的基督徒,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》、《二项式定理》和《微积分》。 他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑,并推动了科学革命。 在力学上,牛顿阐明了动量角动量守恒之原理。在光学上,他发明了反射式望远镜,并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律,并研究了音速。在数学上,牛顿与戈特弗里德莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理,提出了牛顿法以趋近函数的零点,并为幂级数的研究作出了贡献。 在2005年,英国皇家学会进行了一场谁是科学史上最有影响力的人的民意调查,牛顿被认为比阿尔伯特爱因斯坦更具影响力。对牛顿的毛发基因分析。认为是个艾斯伯格症候群携带者。有xq28的基因表现我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就像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。 ; ; ; 如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩上。 ; ; ; 无知识的热心,犹如在黑暗中远征。 ; ; ; 你该将名誉作为你最高人格的标志。 ; ; ; 我能算出天体运行的轨道,却算不出人性的贪婪。 按照现代的历法,1643年1月4日,艾萨克牛顿出生于英格兰林肯郡乡下的一个小村落伍尔索普村的伍尔索普(woolsthorpe)庄园。在牛顿出生之时,英格兰并没有采用教皇的最新历法,因此他的生日被记载为1642年的圣诞节。牛顿出生前三个月,他同样名为艾萨克的父亲才刚去世。由于早产的缘故,新生的牛顿十分瘦小;据传闻,他的母亲汉娜艾斯库(hannah ayscough)曾说过,牛顿刚出生时小得可以把他装进一夸脱的马克杯中。当牛顿3岁时,他的母亲改嫁并住进了新丈夫巴纳巴斯史密斯(barnabus smith)牧师的家,而把牛顿托付给了他的外祖母玛杰里艾斯库(margery ayscough)。年幼的牛顿不喜欢他的继父,并因母亲改嫁的事而对母亲持有一些敌意,牛顿甚至曾经威胁我那姓史密斯的父母亲,要把他们连同房子一齐烧掉…… 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,就不断地跑动,于是轮子不停地转动;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,对自然现象有好奇心,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。 据《大数学家》(men of mathematics,et贝尔(e.t. bell)着)和《数学史介绍》(an introduction to the history of mathematics,h伊夫斯(h. eves)着)两书记载:牛顿在乡村学校开始学校教育的生活,后来被送到了格兰瑟姆的国王中学,并成为了该校最出色的学生。在国王中学时,他寄宿在当地的药剂师威廉克拉克(william clarke)家中,并在19岁前往牛津大学求学前,与药剂师的继女安妮斯托勒(anne storer)订婚。之后因为牛顿专注于他的研究而使得爱情冷却,斯托勒小姐嫁给了别人。据说牛顿对这次的恋情保有一段美好的回忆,但此后便再也没有其他的罗曼史,牛顿也终生未娶。 不过据和牛顿同时代的友人威廉斯蒂克利(william stukeley)所著的《艾萨克牛顿爵士生平回忆录》(memoirs of sir isaac newtons life)一书的描述,斯蒂克利在牛顿死后曾访问过文森特(vincent)夫人,也就是当年牛顿的恋人斯托勒小姐。文森特夫人的名字叫作凯瑟琳,而不是安妮,安妮是她的妹妹(参见arthur storer),而且夫人仅表示牛顿当年寄宿时对她只不过是怀有情愫的程度而已。 从12 岁左右到17岁,牛顿都在国王中学学习,在该校图书馆的窗台上还可以看见他当年的签名。他曾从学校退学,并在1659年10月回到埃尔斯索普村,因为他再度守寡的母亲想让牛顿当一名农夫。牛顿虽然顺从了母亲的意思,但据牛顿的同侪后来的叙述,耕作工作让牛顿相当不快乐。所幸国王中学的校长亨利斯托克斯(henry stokes)说服了牛顿的母亲,牛顿又被送回了学校以完成他的学业。他在18岁时完成了中学的学业,并得到了一份完美的毕业报告。 1661年6月,他进入了剑桥大学的三一学院。在那时,该学院的教学基于亚里士多德的学说,但牛顿更喜欢阅读一些笛卡尔等现代哲学家以及伽利略、哥白尼和开普勒等天文学家更先进的思想。1665年,他发现了广义二项式定理,并开始发展一套新的数学理论,也就是后来为世人所熟知的微积分学。在1665年,牛顿获得了学位,而大学为了预防伦敦大瘟疫而关闭了。在此后两年里,牛顿在家中继续研究微积分学、光学和万有引力定律。 大多数现代历史学家都相信,牛顿与莱布尼茨独立发展出了微积分学,并为之创造了各自独特的符号。根据牛顿周围的人所述,牛顿要比莱布尼茨早几年得出他的方法,但在1693年以前他几乎没有发表任何内容,并直至1704年他才给出了其完整的叙述。其间,莱布尼茨已在1684年发表了他的方法的完整叙述。此外,莱布尼茨的符号和微分法被欧洲大陆全面地采用,在大约1820年以后,英国也采用了该方法。 莱布尼茨的笔记本记录了他的思想从初期到成熟的发展过程,而在牛顿已知的记录中只发现了他最终的结果。牛顿声称他一直不愿公布他的微积分学,是因为他怕被人们嘲笑。牛顿与瑞士数学家尼古拉法蒂奥丢勒(nicolas fatio de duillier)的联系十分密切,后者一开始便被牛顿的引力定律所吸引。 1691年,丢勒打算编写一个新版本的牛顿《自然哲学的数学原理》,但从未完成它。一些研究牛顿的传记作者认为他们之间的关系可能存在爱情的成分。不过,在1694年这两个人之间的关系冷却了下来。在那个时候,丢勒还与莱布尼茨交换了几封信件。 在1699年初,皇家学会(牛顿也是其中的一员)的其他成员们指控莱布尼茨剽窃了牛顿的成果,争论在1711年全面爆发了。牛顿所在的英国皇家学会宣布,一项调查表明了牛顿才是真正的发现者,而莱布尼茨被斥为骗子。 但在后来,发现该调查评论莱布尼茨的结语是由牛顿本人书写,因此该调查遭到了质疑。这导致了激烈的牛顿与莱布尼茨的微积分学论战,并破坏了牛顿与莱布尼茨的生活,直到后者在1716年逝世。这场争论在英国和欧洲大陆的数学家间划出了一道鸿沟,并可能阻碍了英国数学至少一个世纪的发展。 牛顿的一项被广泛认可的成就是广义二项式定理,它适用于任何幂。他发现了牛顿恒等式、牛顿法,分类了立方面曲线(两变量的三次多项式),为有限差理论作出了重大贡献,并首次使用了分式指数和坐标几何学得到丢番图方程的解。他用对数趋近了调和级数的部分和(这是欧拉求和公式的一个先驱),并首次有把握地使用幂级数和反转(revert)幂级数。他还发现了π的一个新公式。
物理学家——史蒂芬·威廉·霍金
“宇宙之王”史蒂芬威廉霍金(1942-),1942年1月8日出生于英国牛津。毕业于牛津大学气象学(university of oxford)和剑桥大学(universitas cantabrigiensis)。并获剑桥大学哲学博士学位。他因为在21岁时不幸患上了会使肌肉萎缩的卢伽雷氏症,所以被禁锢在轮椅上,只有二根手指可以活动。1985年,因患肺炎做了穿气管手术,被彻底剥夺了说话的能力,演讲和问答只能通过语音合成器来完成。1972年,他考查黑洞附近的量子效应,发现黑洞会像黑体一样发出辐射,其辐射的温度和黑洞质量成反比,这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小,而温度却越变越高,最后以爆炸而告终。黑洞辐射或霍金辐射的发现具有极其基本的意义,它将引力、量子力学、统计力学统一在一起。 1974年以后,他的研究转向了量子引力论。虽然人们还没有得到一个成功的理论,但它的一些特征已被发现。例如,空间-时间在普朗克尺度(10^-33厘米)下不是平坦的,而是处于一种粉末的状态。在量子引力中不存在纯态,因果性受到破坏,因此使不可知性从经典统计物理学、量子统计物理提高到了量子引力的第三个层次。 1980年以后,霍金的兴趣转向了量子宇宙论,提出了他一生中最重要的工作无边界条件。 然而,2004年7月,他改正了自己原来的黑洞悖论观点,应该持之以恒。 《时间简史》的副题是从大爆炸到黑洞。斯蒂芬威廉霍金认为他一生的贡献是在经典物理的框架里,证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性,黑洞越变越大;但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因辐射而越变越小,大爆炸的奇点不断被量子效应所抹平,而且整个宇宙正是起始于此。 理论物理学的细节在未来的20年中还会有变化,但就观念而言,已经相当完备了。 史蒂芬威廉霍金的生平是非常富有传奇性的,在科学成就上,他是有史以来最杰出的科学家之一,他的贡献是在他被卢伽雷氏症禁锢在轮椅上20年之久的情况下做出的,这是真正的空前绝后。他的贡献对于人类的观念有深远的影响,所以媒介早已有许多关于他如何与全身瘫痪作搏斗的描述。所以说,上帝对每个人都是公平的。 他有身体上的缺陷,可他的头脑聪明得很!尽管如此,吴忠超(译者)于1979年第一回见到他时的情景至今还历历在目。那是第一次参加剑桥霍金广义相对论小组的讨论班时,身后门一打开,脑后忽然响起一种非常微弱的电器的声音,回头一看,只见一个骨瘦如柴的人斜躺在电动轮椅上,他自己驱动着电开关。 译者尽量保持礼貌而不显出过分吃惊,但是他对首次见到他的人对其残疾程度的吃惊早已习惯。他要用很大努力才能举起头来。在失声之前,只能用非常微弱的变形的语言交谈,这种语言只有在陪他工作、生活几个月后才能通晓。他不能写字,看书必须依赖于一种翻书页的机器,读文献时必须让人将每一页摊平在一张大办公桌上,然后他驱动轮椅如蚕吃桑叶般地逐页阅读。人们不得不对人类中居然有以这般坚强意志追求终极真理的灵魂从内心产生深深的敬意。 从他对译者私事的帮助可以体会到,他是一位富有人情味的人。每天他必须驱动轮椅从他的家——剑桥西路5号,经过美丽的剑河、古老的国王学院驶到银街的应用数学和理论物理系的办公室。该系为了他的轮椅行走便利特地修了一段斜坡。霍金虽然身残但志不残,非常乐观。 他还证明了黑洞的面积定理。在富有学术传统的剑桥大学,他担任的职务是剑桥大学有史以来最为崇高的教授职务,那是牛顿和狄拉克担任过的卢卡斯数学教授。他拥有几个荣誉学位,是最年轻的英国皇家学会会员。在公众评价中,被誉为是继阿尔伯特爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家之一。他提出宇宙大爆炸自奇点开始,时间由此刻开始,黑洞最终会蒸发,在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论方面走出了重要一步。 他因患渐冻症(肌肉萎缩性侧索硬化症卢伽雷氏症),禁锢在一把轮椅上达40年之久,他却身残志不残,使之化为优势,克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能写,甚至口齿不清,但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的几何之舞。尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却出色地遨游到广袤的时空,解开了宇宙之谜。 霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才,也因为他是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。患有肌肉萎缩性侧索硬化症的他,几乎全身瘫痪,不能发音,但1988年仍出版《时间简史》,至今已出售逾2500万册,成为全球最畅销的科普著作之一。 他被世人誉为在世的最伟大的科学家、另一个爱因斯坦、不折不扣的生活强者、敢于向命运挑战的人、宇宙之王。 霍金1942年出生于英国牛津,出生当天正好是伽利略逝世300周年忌日,父亲法兰克是毕业于牛津大学的热带病专家,母亲伊莎贝尔1930年代于牛津研究哲学、政治和经济。 1942年1月,纳粹德军狂轰滥炸英格兰,伦敦遭受几乎夜夜不停的空袭。这迫使霍金一家搬离海格特的家园,迁到牛津避难。他们在霍金诞生后又回到了伦敦。童年时的霍金,学业成绩并不突出,但喜欢设计极为复杂的玩具,据说他曾做出一台简单的电脑。 1959年,17岁的霍金入读牛津大学的大学学院攻读自然科学,自称用了很少时间而得到一等荣誉学位,随后转读剑桥大学研究宇宙学,1963年被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症,即运动神经病,当时医生诊断他只能活两年,但他却奇迹的活了下来,虽然他丧失了活动能力,但其坚强的意志却促使其成为了科学领域的伟人。 霍金曾澄清自己当时并无酗酒,只感到自己有悲剧性格,并使自己沉醉于瓦格纳的音乐里。直至他遇上了首任妻子珍王尔德(jane wilde),两人结婚后育有3名子女。23岁时,他获剑桥大学哲学博士学位,留在剑桥大学进行研究工作。 《时间简史续编》是宇宙学无可争议的权威,霍金的研究成就和生平一直吸引着广大的读者,《时间简史》是为想更多了解霍金教授生命及其学说的读者而编的。该书以睿智真挚的私人访谈形式,叙述了霍金教授的生平历程和研究工作,展现了在巨大的理论架构后面真实的人性。该书本来就不是一部寻常的口述历史,而是对二十世纪人类最伟大的头脑之一的极为感人又迷人的画像和描述。对于非专业读者,本书无疑是他们绞尽脑汁都无法真正理解的,只能当科幻小说看。 《霍金讲演录——黑洞、婴儿宇宙及其他》,是由霍金1976-1992年间所写文章和演讲稿共13篇结集而成。讨论了虚拟空间、有黑洞引起的婴儿宇宙的诞生以及科学家寻求完全统一理论的努力,并对自由意志、生活价值和人的生存方式及进化原理作出了独到的见解。 《时间简史》中,霍金念念不忘的就是大统一理论,这是爱因斯坦未尽的梦想。霍金在本书中坦言,不能用单独的美妙的公式描述和预测宇宙的每一件事情,因为量子理论的测不准原理决定了宇宙是不确定性和确定性统一的。在本书中,霍金通过地图模型来说明宇宙的多样性可能需要一组理论来进行描述。 《时空本性》80年前广义相对论就以完整的数学形式表达出来,量子(他个人认为这只是研究理论物理目前的最小单位)理论的基本原理在70年前也已出现,然而这两种整个物理学中最精确、最成功的理论能被统一在单独的量子引力中吗?世界上最著名的两位物理学家就此问题展开一场极端与极端的辩论。本书是基于霍金和彭罗斯在剑桥大学的6次演讲和最后辩论而成。 《未来的魅力》本书以斯蒂芬威廉霍金预测宇宙今后十亿年前景开头,以唐库比特最后的审判的领悟为结尾,介绍了预言的发展历程,及我们今天预测未来的方法。该书文字通俗易懂,作者在阐述自己观点的同时,还穿插解答了一些饶有有趣的问题。 《果壳中的宇宙》该书是霍金教授继《时间简史》后最重要的著作。霍金教授在这本书中,再次把我们带到理论物理的最前沿,在霍金教授的世界里,真理和幻想有时只是一线之差。霍金教授用通俗的语言解释提示我们对宇宙的展开充分的想象,并以他独特的热情,邀请我们一起展开一场非凡的时空之旅。 《时间简史——从宇宙空间大爆炸到黑洞》(1988年撰写)这本书是霍金的代表作。作者想象丰富,构思奇妙,语言优美,字字珠玑,更让人咋惊,世界之外,未来之变,是这样的神奇和美妙。这本书至今累计发行量已达2500万册,被译成近40种语言。 在这本书中,霍金将试图勾勒出我们心目中的宇宙历史——从大爆炸到黑洞,并有机结合各类宗教学理论。在第一讲里,他将简要地回顾过去关于宇宙的构想,并说明我们是如何得到目前的图像的。这或许可以称之为宇宙史的历史。 第二讲将解释牛顿和爱因斯坦的两种引力理论何以得出这样的结论——宇宙不可能是绝对静止的,它不得不或是膨胀,或是收缩。而这又意味着,在前200亿年到前100亿年之间,必定有某一时刻,那时宇宙的密度为无穷大或是脱离了某个空间,这就产生了所谓的大爆炸。它极可能就是宇宙

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