泰勒斯(約前624~約546年)在數學(xué)上引入命題證明的思想是泰勒斯最大的成就。
電學(xué)定量研究的開(kāi)拓者——庫侖
查利·奧古斯丁·庫侖是18世紀最偉大的物理學(xué)家之一,1736年6月14日生于法國昂古萊姆。1761年畢業(yè)于皇家軍事工程學(xué)校后,作為軍事工程師服役多年。1782年當選為法國科學(xué)院院士。
庫侖興趣廣泛,在結構力學(xué)、梁的斷裂、材料力學(xué)、扭力、摩擦理論等方面都做出過(guò)貢獻,他發(fā)現的庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上第一個(gè)定量規律,也是一座重要的里程碑,它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段。
1773年法國科學(xué)院懸賞征求改進(jìn)船用指南針的方案,庫侖在研究靜磁力中,提出了改良的方法。他仔細研究了指南針中磁針支架在軸 里的狀況:用細頭發(fā)絲或絲線(xiàn)懸掛磁針,敏銳的觀(guān)察力是他注意到溫度對磁體性質(zhì)的影響。接著(zhù)他又發(fā)現了絲線(xiàn)扭轉時(shí)的扭力和針轉過(guò)的角度成比關(guān)系,從中受到了很大的啟發(fā),發(fā)明了扭秤。
扭秤的作用就是能以極高的精度測出非常小的力,這一發(fā)明為他下一步試驗提供了必備的實(shí)驗儀器。1785年,庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著(zhù)名的庫侖定律,即:空間兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的作用力與這兩個(gè)電荷所帶電量的乘積成正比,作用力的方向沿著(zhù)這兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線(xiàn),同號電荷相斥,異號電荷相吸。
在發(fā)現庫侖定律之后的四年里,他在電荷間的作用力方面也作了深入的研究,并借助皇家科學(xué)院精密的儀器做了大量的實(shí)驗,發(fā)表了很多相關(guān)的論文。1789年法國大革命爆發(fā),庫侖隱居在實(shí)驗室里堅持著(zhù)自己的研究。就在這一年,他的一部重要著(zhù)作《電氣與磁性》問(wèn)世,在這部著(zhù)作里,他把有關(guān)兩種形式的電的理論發(fā)展到磁學(xué)方面,在此基礎上他歸納出了類(lèi)似于庫侖定律的兩個(gè)磁體相互作用的定律。
庫侖一系列研究成果的問(wèn)世大大縮短了電學(xué)與磁學(xué)的距離,并找到了電和磁的計量方法,將牛頓的力學(xué)原理擴展到電學(xué)與磁學(xué)中,為電磁學(xué)的發(fā)展、電磁場(chǎng)理論的建立開(kāi)拓了道路。在他的這些發(fā)現過(guò)程中扭秤起著(zhù)不可替代的作用。
庫侖不僅在力學(xué)和電學(xué)方面作出了重大貢獻,他還是一位著(zhù)名的工程師,在工程方面也做出過(guò)重要的貢獻,他曾設計了一種水下作業(yè)法。這種作業(yè)法與現代的沉箱類(lèi)似,在當時(shí)的工程建設中得到了廣泛應用。這些重大成果的發(fā)現,推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展,也使他足以成為十八世紀最偉大的物理學(xué)家之一。1806年8月23日,庫侖因病在巴黎逝世,終年70歲。后人為了紀念他,把電量的單位以庫侖的名字命名。
相對論的創(chuàng )立者——愛(ài)因斯坦
愛(ài)因斯坦對物理學(xué)的不同領(lǐng)域的影響是如此的廣泛深遠,以至于試圖追溯物理學(xué)發(fā)展進(jìn)程的科學(xué)家都不知該從何著(zhù)手。這是美國科學(xué)史學(xué)家霍爾頓對愛(ài)因斯坦的評價(jià)。誠如所言,愛(ài)因斯坦所創(chuàng )立的科學(xué)理論成為了20世紀物理學(xué)的奠基石,他的狹義和廣義相對論等理論為人類(lèi)理解自然界的基本規律以及時(shí)間、空間、質(zhì)量和能量等概念提供了新的依據。他的科研成果幾乎輻射到20世紀之后物理界的所有領(lǐng)域,這種特殊的貢獻在科學(xué)史上是絕無(wú)僅有的。
1879年的3月,愛(ài)因斯坦德國西南的烏爾姆城的一個(gè)猶太人的家庭。幼年的他不僅沒(méi)有顯露早慧的跡象,甚至還有些愚笨與怪癖。據說(shuō)他3歲才學(xué)會(huì )說(shuō)話(huà),9歲時(shí)說(shuō)話(huà)還不順暢。愛(ài)因斯坦幼年非常憎恨學(xué)校,因為學(xué)校嚴苛死板的教育方式使他很不自在。因而他的功課與其他同學(xué)相比毫無(wú)突出之處。但在這時(shí)候,愛(ài)因斯坦喜歡上了拉小提琴,并成為他一生的愛(ài)好。
1894年,愛(ài)因斯坦全家遷至意大利。為了和家人團聚,他還沒(méi)有拿到學(xué)歷就離開(kāi)了學(xué)校。兩年后,他終于通過(guò)考試跨進(jìn)了蘇黎世工業(yè)大學(xué)學(xué)習數學(xué)和物理學(xué)。需要說(shuō)的是這是他的第二次報考,這樣的表現讓人無(wú)法想象他日后的那種超凡智慧,這也許是大智若愚的最好例證吧。
大學(xué)畢業(yè)后,愛(ài)因斯坦希望繼續深造。在接下的一年中,他輾轉于各地的高校遞交申請,但結果卻是一場(chǎng)徒勞。后來(lái),他在同學(xué)馬塞爾?格羅斯曼的幫助下,找了一份專(zhuān)利局審核員的工作,在那相對輕松的工作環(huán)境中,他的大腦深深陷入了理論物理的世界中。不久,他的時(shí)間與空間相對論在旁人看似無(wú)所事事的日子里開(kāi)始孕育了。
1905年是愛(ài)因斯坦在科學(xué)研究中史無(wú)前例的奇跡年。在這一年,他在《物理學(xué)年鑒》上發(fā)表了5篇至關(guān)重要的論文,這些論文在物理學(xué)多個(gè)領(lǐng)域做出了劃時(shí)代的貢獻。其中一篇利用光量子概念巧妙地解釋了經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的去電效應;第二篇是關(guān)于分子測定法的論文,憑此論文,愛(ài)因斯坦拿到了博士學(xué)位;在第三篇中,愛(ài)因斯坦應用數學(xué)工具,證明了液體分子無(wú)規則運動(dòng)是分子的熱力和分子間相互碰撞的結果,從而成功解釋了布朗運動(dòng)現象。
第四篇論文是最重要的一篇,在這篇論文中,他提出了狹義相對論。在此理論中,愛(ài)因斯坦明確指出世界上沒(méi)有絕對的時(shí)空存在,時(shí)間和空間都取決于參考系的位置和相對速度,這對經(jīng)典物理學(xué)是一個(gè)前所未有的挑戰;在最后一篇文章中,愛(ài)因斯坦提出了著(zhù)名的E=mc2質(zhì)能方程式,解開(kāi)了質(zhì)量與能量轉換的奧秘,同時(shí)也為核能研究提供了理論依據。
這些理論的提出撥散了籠罩在“物理學(xué)晴空上的烏云”,開(kāi)創(chuàng )了物理學(xué)新的紀元。但愛(ài)因斯坦并不感到滿(mǎn)足于此,他力圖在理論中引入引力場(chǎng)的影響。10年后,廣義相對論的問(wèn)世實(shí)現了他的這一愿望。但廣義相對論發(fā)表后,大多數科學(xué)家無(wú)法理解這項全新的理論,甚至有些科學(xué)家認為它是荒誕不經(jīng)的謬論,并冒出嘲諷的言論。因而此時(shí)的愛(ài)因斯坦成了一個(gè)頗受“爭議”的科學(xué)家。
但真理是經(jīng)得起時(shí)間檢驗的,1919年,英國皇家學(xué)會(huì )在非洲和拉美兩處觀(guān)測日全食時(shí),測得光線(xiàn)在太陽(yáng)引力場(chǎng)中發(fā)生的彎曲度分別為1.61秒和1.98秒,這與愛(ài)因斯坦在廣義相對論中的預言1.71秒基本相符。這個(gè)消息一經(jīng)傳出,全球為之震動(dòng)。此后,廣義相對論也被科學(xué)界廣泛關(guān)注和接受。
愛(ài)因斯坦的相對論和量子力學(xué)的廣泛傳播,對整個(gè)科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的影響,被后人稱(chēng)為是繼牛頓力學(xué)和電磁場(chǎng)理論之后的第三次革命。在這些功績(jì)面前,任何獎項和榮譽(yù)都顯得蒼白無(wú)力,但諾貝爾評委會(huì )還是為自己找了個(gè)臺階,于1921年授予他物理學(xué)獎,以表彰他在光電效應方面做出的貢獻,要知道這項成就是無(wú)法和相對論相比的。但這樣也有一個(gè)好處,使得支持和反對相對論的人都在不同程度地得到了安慰。
空前的成就為愛(ài)因斯坦帶來(lái)了崇高的聲譽(yù),雖然這并非虛榮,但他從不貪慕。對于人們投來(lái)的崇拜目光,總是展現出疑惑的表情;對于社會(huì )給他的特殊的照顧更是有些憤怒。在去世之前,愛(ài)因斯坦把他在普林斯頓默謝雨街的房子留給了他的秘書(shū)杜卡斯,并強調不許把這房子變成博物館??梢?jiàn),他不希望把自己生活的地方變成一個(gè)朝拜的圣地,更不希望后人把自己當做偶像來(lái)崇拜。
1933年,納粹黨的猖獗活動(dòng)危及到了愛(ài)因斯坦的研究。因而他移居美國,被聘為普林斯頓大學(xué)高級研究院的終身教授。1950年,他的統一場(chǎng)論再次遭到同行的反對,但它依然毫不動(dòng)搖的走著(zhù)自己認定的路。
視科學(xué)為生命的愛(ài)因斯坦沒(méi)有置身於社會(huì )之外,他說(shuō):“人只有獻身于社會(huì ),才能找出那實(shí)際上是短暫而又有風(fēng)險的生命的意義”。他是這樣說(shuō)的也是這樣做的。在他的有生之年,人類(lèi)的文明與進(jìn)步是他最關(guān)心的事,也是他為之奮斗都的精神來(lái)源。
為科學(xué)而生的愛(ài)因斯坦從不把榮譽(yù)放在心上,據英費爾德說(shuō),他可能連諾貝爾獎是什么意義都不知道。1955年4月18日,愛(ài)因斯坦在普林斯頓醫院停止了呼吸。他去世之后,親人遵照他的遺愿,除了把自己的腦供給醫學(xué)研究外,沒(méi)有發(fā)訃告,也沒(méi)有舉行葬禮,就這樣愛(ài)因斯坦悄悄地離開(kāi)了人間,連一塊墓碑也沒(méi)有留下。
現代計算機之父————馮·諾伊曼
德國天才大師萊布尼茨說(shuō):“1與0,是一切數字的神奇淵源,這是造物的秘密美妙的典范。”但時(shí)間過(guò)去了二百多年,他所提出的二進(jìn)制計算法一直沒(méi)有引起人們的重視。直到二十世紀40年代,美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼大膽的提出拋棄十進(jìn)制,采用二進(jìn)制作為數字計算機的數制基礎,從此電子計算機的時(shí)代到來(lái)了。
馮·諾依曼于1903年12月3日生于匈牙利布達佩斯。從小就有神童美名,據說(shuō)他六歲時(shí)就能用古希臘語(yǔ)自由閑談,八歲就掌握了微積分,十二歲就理解了波萊爾《函數論》的要義。這些事暫且不論,他在盧瑟倫中學(xué)讀書(shū)時(shí),就和老師費克特合作完成并發(fā)表了第一篇數學(xué)論文 。
1926年,年僅22歲的馮·諾依曼獲得了布達佩斯大學(xué)數學(xué)博士學(xué)位,1930年他西渡美國,翌年被普林斯頓大學(xué)聘為終身教授,1933年,他轉到該校的高級研究所,并在那里工作了一生。
馮·諾依曼前期的研究主要集中在純粹數學(xué)上。在此期間他提出序數理論,將集合論進(jìn)行新的公理化,將集合與類(lèi)的概念進(jìn)行了明確的區分。此外,他還研究了格論,測度論和連續幾何學(xué),并取得了開(kāi)創(chuàng )性的貢獻。1936年他開(kāi)始和默里合作研究,六年后創(chuàng )造了算子環(huán)理論,也稱(chēng)為“馮·諾依曼代數”。
1940年以后馮·諾依曼的研究開(kāi)始傾向于應用數學(xué)。在這一時(shí)期,因戰事的需要他涉足了可壓縮氣體運動(dòng)的研究,并建立了沖擊波理論和湍流理論,推動(dòng)和發(fā)展了流體力學(xué)。
1942年以后,馮·諾依曼又把數學(xué)引到了經(jīng)濟學(xué)上并與美籍德裔經(jīng)濟學(xué)家莫根施特恩合作,出版了《博弈論和經(jīng)濟行為》一書(shū),書(shū)中對他的博弈論(對策論)進(jìn)行了精辟而詳盡的論述,這也是數學(xué)與經(jīng)濟學(xué)結合的典范,他也因此被稱(chēng)為數理經(jīng)濟學(xué)的奠基人。
1944年,美國進(jìn)入了“曼哈頓計劃”的關(guān)鍵環(huán)節。馮·諾依曼也參加了原子彈的研制工作。工作中涉及到極為困難的計算讓他充滿(mǎn)了對高速計算工具的渴望。一次偶然的機會(huì )接觸到了ENIAC計算機的研制計劃,立刻意思到它的深遠意義,從此他把研究轉向了計算機演算領(lǐng)域。
1945年,馮·諾依曼起草了長(cháng)達101頁(yè)的總結報告。在報告中,他明確提出新計算機由運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出設備五個(gè)部分組成,并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系。更重要的是他建議采用“二進(jìn)制”和“程序內存式”的計算機設計思想,這樣大大簡(jiǎn)化了計算機的邏輯線(xiàn)路加快了運算的進(jìn)程。這一報告在計算機發(fā)展史上是一個(gè)劃時(shí)代的文獻,他向世界宣告:電子計算機的時(shí)代開(kāi)始了。
實(shí)踐證明馮·諾依曼的設想是正確的,他的設計思想也一直沿用至今,只是對實(shí)現邏輯線(xiàn)路的工程方法和邏輯電路的分析方法作了改進(jìn),因而他是當之無(wú)愧的“計算機之父”。此外,馮·諾依曼還積極參與了計算機的應用推廣工作,并在計算機編制程序以及數值計算等方面都作出了杰出的貢獻。
馮·諾依曼的成就在20世紀的科學(xué)界是有目共睹的,作為附屬品的榮譽(yù)也是不計其數的,如:美國數學(xué)會(huì )的波策獎、美國總統的功勛獎?wù)乱约百M米獎等等。1954年他任美國原子能委員會(huì )委員,正當他想在此領(lǐng)域大展身手的時(shí)候卻不幸患了癌癥,3年后,年僅54歲的馮·諾依曼在華盛頓逝世。
宇宙之父————霍金
1642年1月8日,偉大的科學(xué)家伽利略逝世,300年后的同一天,霍金在英國牛津誕生。這也許帶有某種暗示抑或是巧合。與被譽(yù)為“近代科學(xué)之父”的伽利略相比,有“宇宙之父”美譽(yù)的霍金毫不遜色。他提出的宇宙大爆炸自起點(diǎn)起,時(shí)間由此刻開(kāi)始,黑洞最終會(huì )蒸發(fā)等觀(guān)點(diǎn),在統一20世紀物理學(xué)的兩大基礎理論————相對論和量子論方面邁出了重要一步。
和牛頓、愛(ài)因斯坦這兩位偉大的物理學(xué)家一樣,童年時(shí)代的霍金成績(jì)平平,沒(méi)什么過(guò)人之處。也許是因為出生在第二次世界大戰的時(shí)代,他從小對模型特別著(zhù)迷,和學(xué)友們制作了很多不同種類(lèi)的戰爭游戲玩具,尤其喜歡制作飛機以及其他復雜的模型,據說(shuō)他們還曾做出過(guò)一臺簡(jiǎn)單的電腦。17歲時(shí),霍金進(jìn)入牛津大學(xué)攻讀自然科學(xué),用很短時(shí)間獲得一等榮譽(yù)學(xué)位后,轉讀到劍橋大學(xué)學(xué)習宇宙學(xué)。1963年,22歲的霍金被診斷出患有運動(dòng)神經(jīng)疾病,不久全身癱瘓,不能行走,也不能說(shuō)寫(xiě),只能坐在輪椅上,靠三個(gè)手指操作電腦。但是他憑借著(zhù)非凡的智慧和超人的毅力,完成了學(xué)業(yè),兩年后獲得博士學(xué)位?;艚鸬镊攘Σ粌H在于它是一個(gè)充滿(mǎn)傳奇色彩的物理天才,也因為他是一位令人折服的生活強者。
因患“漸凍癥”,他不得已而禁錮在一把輪椅上長(cháng)達40年之久。但他身殘志不殘,并使之成為優(yōu)勢。雖然他不能寫(xiě)字,口齒不清,但是他的思維卻超越了相對論、量子力學(xué)、大爆炸等理論,創(chuàng )造了宇宙的“幾何之舞”。
盡管霍金是那么無(wú)助的坐在了輪椅上,但是他的思想卻已經(jīng)遨游在了廣袤的時(shí)空,參悟著(zhù)宇宙之謎。他不斷求索的科學(xué)精神和勇敢頑強的人格力量深深地吸引了每一位知道他的人。
霍金將他的畢生精力都來(lái)研究“黑洞”和宇宙大爆炸原理,為此他與彭羅斯共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。他也因此被譽(yù)為繼愛(ài)因斯坦之后世界上著(zhù)名的科學(xué)思想家和最杰出的理論物理學(xué)家。
世俗的偏見(jiàn)和神學(xué)的權威,都不能阻擋科學(xué)的投射力。在他的學(xué)說(shuō)中,上帝失去了最后的棲身之所。但梵蒂岡教廷仍對這位杰出的科學(xué)家表示了敬意,并且教廷科學(xué)院特選舉霍金為該院院士。今天,他提出的黑洞能發(fā)射輻射的預言已是一個(gè)公認的學(xué)說(shuō)。
1985年,霍金在一次穿氣管手術(shù)之后,從此完全失去了說(shuō)話(huà)的能力。就是在這樣的情況下,他極其艱難地寫(xiě)出了著(zhù)名的《時(shí)間簡(jiǎn)史》。這本書(shū)是霍金的代表作,他在時(shí)間箭頭的指引下,對遙遠的星系、黑洞、夸克、“帶味”粒子和“自旋”粒子、反物質(zhì)等進(jìn)行了深入淺出的介紹,并對宇宙是什么樣的、空間和時(shí)間以及相對論等古老問(wèn)題作了闡述,使讀者初步了解狹義相對論以及時(shí)間、宇宙的起源等宇宙學(xué)的奧妙。
這本書(shū)出版后大獲成功,還被拍成電影搬上了銀幕。至今被譯成近40種語(yǔ)言,累計發(fā)行量已達2500萬(wàn)冊,被稱(chēng)為暢銷(xiāo)書(shū)之王,他所創(chuàng )下的銷(xiāo)售記錄無(wú)人能破。
此外,他的著(zhù)作還有很多,如《超時(shí)空和超引力》、《“黑洞與嬰兒宇宙”及其他論文》、《果殼中的宇宙》等。2007年9月6日,霍金寫(xiě)的第一本兒童讀物兒童科幻小說(shuō)《喬治通往宇宙的秘密鑰匙》率先在法國出版發(fā)行,受到了普遍的歡迎。
霍金的一生獲得了幾十項科學(xué)獎,此外還得到了英國最高級的榮譽(yù)勛銜,這都在告訴著(zhù)我們他的一生碩果累累。同時(shí),他以不幸的身世和出色的工作向我們詮釋了他一生所堅持的信念:活著(zhù)就是希望。
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