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第122章 科苑精英(3)

国王造了一艘大船,但无论如何也没法推下水。阿基米得设计制造了一套杠杆滑轮系统,用很小的力气,能拉动很重的东西。当一切准备妥当之后,他便将绳子的一头交给了国王,请国王顺手拉一下。当国王接过绳子轻轻拉动时,船奇迹般慢慢移动起来,最后终于下水了。大家惊奇万分,阿基米得的名字很快传遍各地,他的这句自信的名言一直流传到今天。阿基米得是古希腊伟大的数学家、物理学家,天才的发明家。在物理学上,他不仅发现了杠杆原理,而且发现了浮力定律,是静力学的奠基人,流体静力学的创始人。他发明了螺旋抽水机、投石机等多种机械装置。传说古希腊国王得到了一个十分精巧的金皇冠,国王怀疑金匠掺了假,但无法判定,就把这个难题交给年轻学者阿基米得。阿基米得日夜思考这个问题。有一天他去洗澡,盆里装满了水,当他跨进浴盆时,水就溢出来了。他赤身裸体跑到街上欢呼:“发现了!发现了!”原来就在跨进浴盆的一刹那,他突然意识到了自然界已准备了为自己解决难题的规律。他是位善于观察、思考并重视理论与实践相结合的科学家。他抓住这一现象,通过实验证明:不管一个物体结构多么复杂,当它完全浸没在水里的时候,它所排出的水,恰好等于它本身的体积。根据这个道理,他进行了实验,证明皇冠掺了假。力学中重要的“浮力原理”就这样被阿基米得发现了。为了赞扬他对科学的贡献,人们把这一定律命名为“阿基米得定律”。

阿基米得把一生献给了科学。公元前212年,罗马军队偷袭叙拉古成功。一队士兵闯进阿基米得的家,他正在后院忙着画几何图形,阿基米得斥责敌人:“等一等,别踩了我的画图。”无知的士兵们凶残地用长矛刺穿了这位年逾古稀的科学家的胸膛。智慧的阿基米得虽然未能用杠杆移动地球,但是他的发现和他的精神确实推动了全球科学和社会的进步。

谁揭开了电磁学新时代帷幕

1820年4月的一天,丹麦哥本哈根大学的一间教室里正在上物理课。快下课时,教授说:“让我们把导线与磁针平行放置试试看。”他把导线和磁针都沿磁子午线方向放好,然后接上电源,只见小磁针向垂直于导线的方向大幅度转去。学生无动于衷,教授却激动万分,梦寐以求的电流磁效应发现了。这一天,电磁学新时代来到了,这位揭开新时代帷幕的教授就是丹麦人奥斯特(1777~1851年)。

奥斯特出生于贫穷的药剂师家庭,17岁起在哥本哈根大学学习药物学。他对数学、物理、天文、哲学都有兴趣。22岁获博士学位。29岁任大学教授,并被选为英国皇家学会会员。31岁任法国科学院院士。在奥斯特发现电流磁效应之前两个多世纪,人们一直认为电和磁毫无关系而分别研究。当时一些著名物理学家如安培、毕奥等都认为电和磁不会有任何联系。这些阻碍了人们自觉地对电磁现象作深入研究。而奥斯特的发现,根源在于他的思想和方法正确。他深受德国哲学家康德关于自然力统一的思想的影响,坚信电和磁之间存在着内在联系,早在1812年他就提出了电和磁之间存在联系的问题。同时他长期坚持实验探索,亲手进行了大量实验,经历了多次失败,终于发生了课堂上那像是偶然实为必然的一幕。奥斯特的发现开创了电磁学的新时代。在很短的时间里,大量的电与磁的新奇现象发现了,一系列重要的电磁规律找到了,应用广泛的电磁铁出现了。奥斯特热心教育事业,是位优秀的物理教师。为了纪念他,美国从1937年起每年向最杰出的物理教师颁发“奥斯特奖章”。

谁发现了X射线

1895年11月8日,德国物理学家伦琴(1845~1923年)抓住偶然的机会发现了一种神秘的射线,他称为X射线。后来,人们运用X射线造出X光透视器,可以透视人体的内脏和骨骼,使医生能及时正确地发现病人的病因,挽救了千千万万人的生命。伦琴在研究阴极射线过程中意外地发现,用黑色厚纸包裹的阴极射线管会使1米以外的涂有亚铂氰化钡的荧光屏发出荧光,他以敏锐的洞察力抓住不放,继续深入进行研究。经过6个星期的废寝忘食的反复实验、分析、研究,证明使荧光屏发光的是一种能透过玻璃、硬橡胶、木块、铝等多种物质的新射线,并让他的妻子帮助,用这种射线拍摄了显示手的骨骼的照片。他兴奋地把这一发现告诉他的老师:“我终于发现了一种光,不知道是什么光……就把它叫X光吧!”当他把这一虽系偶然但又纯属必然的发现公布于世时,立即轰动了整个世界。在三个月里,伦琴的报告以多种文字印行五次;一年里,有关论文达1 000多篇。这是人类发现的第一种所谓“穿透性射线”,为了纪念伦琴,人们将X射线称为“伦琴射线”。伦琴X射线的发现,引发了一系列的重大发现。如很快就引发了电子和天然放射性现象的发现。伦琴以X射线的研究为转机,叩开了人类认识物质微观世界的大门。X射线的发现,打破了所谓“原子是组成物质的最小微粒”、“物理学已发展到顶”等旧观念,引起了物理学的彻底革命,导致了现代物理学的诞生。伦琴因发现X射线而得到很高的荣誉。1901年他荣获首届诺贝尔物理学奖。他还获得普鲁士二级王冠勋章、英国皇家学院伦福德奖章、哥伦比亚大学巴纳德奖章等。伦琴是位对科学无私奉献的人,他深知自己的发现在科学、医学等方面应用的意义,当柏林通用电气公司建议以高价换取伦琴新发现的专利权时,他坚决拒绝。他认为任何科学发现都应当为人类共享。他把自己的发现毫无保留地公布于众,把得到的诺贝尔奖金转赠给维尔茨堡大学作为科研经费。

赫兹是怎样发现电磁波存在的

如果世界上没有电磁波,也就不会有无线电报,更不会有今天的广播、电视。发现电磁波的是德国物理学家赫兹(1857~1894年)。1868年物理大师麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,科学家都在努力探索用实验证明这个预言是否正确。1886年10月,赫兹用放电线圈做火花放电实验,偶然发现和放电线圈靠得很近的另一个开口的绝缘线圈中有电火花跳过。赫兹十分敏感,开始有计划地进行这方面的研究。直到1888年,在一年多的时间里,他进行了多次实验;反复改变导体的形状、大小;介质的种类;放电线圈与感应线圈之间的距离……终于确证了电磁波的存在并发现了它的性质。人类等待了20多年的电磁波终于在赫兹手中闪现出了火花。当时,赫兹自己还没有意识到,这一发现开辟了人类开发和利用电磁波资源的新时代。后来,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,也就是物质在光的照射下释放出电子的现象。这一发现,成了爱因斯坦建立光量子理论的实验基础。赫兹还通过实验确认电磁波是横波,具有直线传播、反射、折射和偏振等光学性质,并且实现了两列电磁波的干涉。从而全面验证了麦克斯韦光的电磁理论的正确性,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。赫兹对人类文明作出了很大贡献。正当人类对他寄以更大期望时,1894年元旦他却因中毒身亡,年仅36岁。物理学家普朗克在纪念赫兹的演说中,称这位早逝的物理学家是“我们科学的领袖之一”。后人为了表彰他的功绩,用他的名字来命名各种波动频率的单位,简称“赫”。

谁是放射性元素的发现者

放射线是治疗癌症的有效方法之一,挽救了许多早期、中期癌症病人。这种射线是由一些放射性元素如钋、镭等发出的。法国科学家居里夫人(1867~1934年)和她的丈夫首先发现了这种现象。可惜,拯救了无数人生命的女科学家,自己却被镭夺去了生命。居里夫人原姓斯可罗多夫斯卡,生于波兰。中学毕业时,获得了金质奖章。当时,波兰正处在沙俄统治下,妇女受歧视不能上大学。她与二姐商定到法国求学,但由于家境贫寒,她先做了五年家庭教师,供二姐在巴黎学医,二姐毕业后在巴黎当了医生,她才于1891年得以到法国进了巴黎大学,两年内连续获得物理和数学两个硕士学位。在此期间,她认识了法国科学家皮埃尔·居里,1894年与之结婚,从此夫妻共同致力于科学研究。

1895年,德国物理学家伦琴发现了X射线。1896年法国科学家柏克勒尔发现了含铀物质的自发放射现象。居里夫妇决心探索其中的秘密,他们选择铀射线为科研项目,探索铀沥青矿里有强烈放射性的新元素。

首先他们发现一种新的放射性元素,居里夫人为了纪念她的祖国波兰而命名为钋。之后又发现了放射性更强的镭。为了证明镭的存在,他们决心把它提炼出来。他们买不起含镭的铀矿石,只好利用廉价的铀沥青残渣,借一间不蔽风雨的厂棚作实验室。他们冒着酷暑和严寒,使用极其简单的工具,忍受着刺鼻的气味,经过54个月的艰苦劳动,终于从几十吨铀沥青残渣中炼成了012克氯化镭,并精确地测得了它的原子量为225,放射性比铀强200多万倍。1903年,居里夫人获得博士学位。同年,因对放射现象研究有突出贡献,居里夫妇获诺贝尔物理学奖。放射性元素特别是镭的发现具有划时代的意义,由此开辟了科学世界的新天地,诞生了放射学和粒子物理学,物理学由宏观世界步入了微观世界,接踵而来的是一系列的科学新发现。如紧接着科学家卢瑟福用镭放射出的α粒子作“炮弹”去轰击物质,而证实了原子结构的复杂性,等等。人们的传统观念破除了,代之而起的是原子是可分的、物质是可变的科学观念。

居里夫人把巨额奖金用来进行科学实验、帮助贫困的学生。她毫无保留地公布了镭的提炼方法,而没有去申请专利换取巨额财富。她说:“镭不应该使任何人发财,应该属于大家。”1906年,皮埃尔·居里因车祸遇难。居里夫人忍受着巨大悲痛,仍然坚持工作。1910年又分析出金属态的纯粹的镭,并测定出它的各种物理化学性质。她还测定了氡及其他许多元素的半衰期,并在此基础上整理出放射性元素蜕变的关系。由于发现了钋、镭并提炼出纯镭,居里夫人于1911年又获得诺贝尔化学奖,成为世界上第一个两次获得诺贝尔奖的人。居里夫人由于长期从事放射性工作,不幸得了恶性白血病,于1934年7月4日逝世。

卢瑟福为何被称为原子核之父

被称为原子核之父的新西兰科学家卢瑟福(1871~1939年),是开辟科学新时代的少数几个人之一。1899年,28岁的卢瑟福发现了放射性元素“钍”和放射性辐射中的两种新射线:α射线和β射线;1902年他又发现一种原子可以蜕变为另一种原子,否定了原子永远不变的旧观念,1908年荣获诺贝尔化学奖。1911年,卢瑟福根据α粒子的散射实验(被称为卢瑟福实验),发现了原子核的存在,并提出了一个类似太阳系结构的原子模型:原子中央是一个带有正电荷的硬核,所有带负电的电子围绕着这个硬核旋转,就像行星绕着太阳转一样。这一理论极大地推动了对原子结构的认识,为后来深入探讨原子结构奠定了基础。

1919年,卢瑟福用放射性元素钋的α粒子轰击氮原子,获得了氧的同位素,第一次实现了元素的人工嬗变。1920年,他还预言中子的存在,认为原子核内部存在某些不带电的粒子,很容易打入原子核内,或者和原子核结合起来,或者在它的强大场内蜕变。12年后,这种中子果然被人们发现,成为轰击原子核的最佳“炮弹”,为原子核链式反应、释放原子能提供了条件。卢瑟福不仅在科学上作出了重大贡献,还培养了11名诺贝尔奖获得者,是世界上培养诺贝尔奖获得者最多的导师。卢瑟福也有失误的时候。他曾断言:“就释放能量来说,用原子核来做实验,可以说纯属浪费。”然而就在他死后三年,第一个裂变反应堆在美国建成,这标志着原子能时代的到来。卢瑟福低估了他的发现的作用,但人们永远怀念他。

薛定谔建立了微观粒子运动的基本方程吗

科学界公认,20世纪初的两大发现——相对论和量子力学从根本上改变了科学技术的面貌。量子力学是研究像水分子、氢原子这些微观粒子的科学。奥地利物理学家薛定谔(1887~1961年)为量子力学的创立作出了巨大贡献,建立了微观粒子运动的基本方程——薛定谔方程,荣获1933年诺贝尔物理学奖。近几十年来,微电子学的发展,原子弹、氢弹的发明,各种新材料的研制等,都离不开量子力学这一理论工具。1921年,34岁的薛定谔担任苏黎世大学教授。他先是研究气体、振动、热现象等理论。他还搞清楚了红—绿色盲与蓝—黄色盲之间的关系。1926年,他提出量子力学中有名的波动方程,就是后来以他的名字命名的薛定谔方程。

正像我们可以用牛顿定律研究日月星辰、火车、飞机的运动情况一样,我们也可以用薛定谔方程去研究分子、原子、电子等微观粒子在速度远远小于光速的情况下的运动的规律。

薛定谔是一位兴趣广泛、思路开阔的科学家,他不仅研究量子力学、相对论、宇宙学等重要科学问题,还探讨物理学基础、自然科学与社会科学的关系。1944年,他撰写了《生命是什么?——活细胞的物理面貌》一书,试图用现代物理和现代化学的新思想来解释生命的本质。这本书提出的负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等新概念,现在已被广泛接受。在薛定谔的倡导下,许多青年物理学家转向生命科学研究,把先进的物理学和化学研究方法带给生物学,使生物学在20世纪50年代以后焕发出新的生机。薛定谔被认为是分子生物学的先驱。三四十年代,薛定谔曾因抗议希特勒法西斯吞并奥地利和迫害科学家,自身安全受到威胁,不得不离开奥地利,先后迁居英国和爱尔兰。1956年,薛定谔回到奥地利,受到奥地利政府的隆重欢迎,并设立了以他的名字命名的国家奖金。1957年颁发的第一次奖金就授予了薛定谔本人。

是费米开创原子能时代吗

1942年12月2日15时20分,世界上第一座原子反应堆正式运转,它标志着原子能时代的开始。领导这项工程的是美籍意大利裔科学家费米(1901~1954年)。

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