安培(Andre-Marie Ampere, 1775-1836) 法國物理學家,電動力學的創始人。少年時期主要跟隨父親學習技藝,沒 有受過正規系統的教育。安培自幼聰慧過人,對事務有敏銳的觀察力。他興趣廣泛,愛好多方面的科學知識。1799年安培開始系統研究數學,1805年定居巴黎,擔任法蘭西學院的物理教授,1814年參加了法國科學會,1818年擔任巴黎大學總督學,1827年被選為英國皇家學會會員。他還是柏林科學院和斯德哥爾摩科學院院士。
安培是近代物理學史上功績顯赫的科學家。特別在電磁學方面的貢獻尤為卓著。從1814年參加科學會開始,在以後的二十多年中,他發現了壹系列的重要定律、定理,推動了電磁學的迅速發展。1827年他首先推導出了電動力學的基本公式,建立了電動力學的基本理論,成為電動力學的創始人。
安培善於深入研究他所發現的各種規律,並且善於應用數學進行定量分析。1822年在科學學會上,他正式公布了他發現的安培環路定理。在電動力學中,這是壹個重要的基本定律之壹。安培的研究工作結束了磁是壹種特殊物質的觀點,使電磁學開始走上了全面發展的道路。為了紀念他的貢獻,以他的名字命名了電流的單位。
法拉第(Michael Faraday 1791-1867)
2、法拉第是英國物理學家、化學家,也是著名的自學成才的科學家。1791年9月22日薩裏郡紐因頓壹個貧苦鐵匠家庭。因家庭貧困僅上過幾年小學,13歲時便 在壹家書店裏當學徒。書店的工作使他有機會讀到許多科學書籍。在送報、裝訂等工作之余,自學化學和電學,並動手做簡單的實驗,驗證書上的內容。利用業余時間參加市哲學學會的學習活動,聽自然哲學講演,因而受到了自然科學的基礎教育。由於他愛好科學研究,專心致誌,受到英國化學家戴維的賞識,1813年3月由戴維舉薦到皇家研究所任實驗室助手。這是法拉第壹生的轉折點,從此他踏上了獻身科學研究的道路。同年10月戴維到歐洲大陸作科學考察,講學,法拉第作為他的秘書、助手隨同前往。歷時壹年半,先後經過法國、瑞士、意大利、德國、比利時、荷蘭等國,結識了安培、蓋.呂薩克等著名學者。沿途法拉第協助戴維做了許多化學實驗,這大大豐富了他的科學知識,增長了實驗才幹,為他後來開展獨立的科學研究奠定了基礎。1815年5月回到皇家研究所在戴維指導下進行化學研究。1824年1月當選皇家學會會員,1825年2月任皇家研究所實驗室主任,1833----1862任皇家研究所化學教授。1846年榮獲倫福德獎章和皇家勛章。1867年8月25日逝世。
法拉第主要從事電學、磁學、磁光學、電化學方面的研究,並在這些領域取得了壹系列重大發現。1820年奧斯特發現電流的磁效應之後,法拉第於1821年提出“由磁產生電”的大膽設想,並開始了艱苦的探索。1821年9月他發現通電的導線能繞磁鐵旋轉以及磁體繞載流導體的運動,第壹次實現了電磁運動向機械運動的轉換,從而建立了電動機的實驗室模型。接著經過無數次實驗的失敗,終於在1831年發現了電磁感應定律。這壹劃時代的偉大發現,使人類掌握了電磁運動相互轉變以及機械能和電能相互轉變的方法,成為現代發電機、電動機、變壓器技術的基礎。
法拉第能夠這樣堅持10年矢誌不渝地探索電磁感應現象,重要原因之壹是同他關於各種自然力的統壹和轉化的思想密切相關的,他始終堅信自然界各種不同現象之間有著無限多的聯系。也是在這壹思想的指導下,他繼續研究當時已知的伏打電池的電、摩擦電、溫差電、伽伐尼電、電磁感應電等各種電的同壹性,1832年他發表了〈不同來源的電的同壹性〉論文,用大量實驗論證了“不管電的來源如何,它的本性都相同”的結論,從而掃除了人們在電的本性問題認識上的種種迷霧。
為了說明電的本質,法拉第進行了電流通過酸、堿、鹽的溶液的壹系列實驗,從而導致1833----1834年連續發現電解第壹和第二定律,為現代電化學工業奠定了基礎,第二定律還指明了存在基本電荷,電荷具有最小單位,成為支持電的離散性質的重要結論,對於導致基本電荷e的發現以及建立物質電結構的理論具有重大意義。為了正確描述實驗事實,法拉第制定了遷移率、陰極、陽極、陰離子、陽離子、電解、電解質等許多概念、術語。
在電與磁的統壹性被證實之後,法拉第決心尋找光與電磁現象的聯系。1845年他發現了原來沒有旋光性的重玻璃在強磁場作用下產生旋光性,使偏振光的偏振面發生偏轉,此即磁致光效應,成為人類第壹次認識到電磁現象與光現象間的關系。1846年他發表了《關於光振動的想法〉壹文,最早提出了光的電磁本質的思想。他曾設計並不畏艱苦地作過許多實驗,試圖發現重力和電的關系,尋找磁場對光源所發射光譜線的影響,尋找電對光的作用等等,由於當時實驗條件所限,雖未獲成功,但他的思想和觀點完全正確,均為後人的實驗所驗證。
法拉第是電磁場理論的奠基人,他首先提出了磁力線、電力線的概念,在電磁感應、電化學、靜電感應的研究中進壹步深化和發展了力線思想,並第壹次提出場的思想,建立了電場、磁場的概念,否定了超距作用觀點。愛因斯坦曾指出,場的思想是法拉第最富有創造性的思想,是自牛頓以來最重要的發現。麥克斯韋正是繼承和發展了法拉第的場的思想,為之找到了完美的數學表示形式從而建立了電磁場理論。
法拉第對科學堅韌不拔的探索精神,為人類文明進步純樸無私的獻身精神,連同他的傑出的科學貢獻,永遠為後人敬仰。
3、伽利略( Galileo Galilei, 1564—1642)
意大利著名數學家、天文學家、物理學家、哲學家,是首先在科學實驗的基礎上融合貫通了數學、天文學、物理學三門科學的科學巨人。伽利略是科學革命的先驅,畢生把哥白尼、開普勒開創的新世界觀加以證明和廣泛宣傳,並以自己在教會迫害下的犧牲喚起人們對日心說的公認,在人類思想解放和文明發展的過程中作出了劃時代的貢獻。
300多年後的1979年11月10日,羅馬教皇才公開承認對伽利略審判的不公正,1980年10月,世界主教會再壹次聲明,為科學巨人伽利略沈冤昭雪。
伽利略1564年出生於意大利比薩城的壹個沒落貴族大家庭。他從小表現聰穎,17歲時被父親送入比薩大學學醫,但他對醫學不感興趣。由於受到壹次數學演講的啟發,開始熱衷於數學和物理學的研究。1585年輟學回家。此後曾在比薩大學和帕多瓦大學任教,在此期間他在科學研究上取得了不少成績。由於他反對當時統治知識界的亞裏士多德世界觀和物理學,同時又由於他積極宣揚違背天主教教義的哥白尼太陽中心說,所以不斷受到教授們的排擠以及教士們和羅馬教皇的激烈反對,最後終於在1633年被羅馬宗教裁判所強迫在寫有“我悔恨我的過失,宣傳了地球運動的邪說的“悔罪書”上簽字,並被判刑入獄(後不久改為在家監禁)。這使他的身體和精神都受到很大的摧殘。但他仍然致力於力學的研究工作。1637 年雙目失明。1642年他由於寒熱病在孤寂中離開了人世,時年78歲。(時隔347年,羅馬教皇多余地於1980年宣布承認對伽利略的壓制是錯誤的,並為他“恢復名譽”。)
伽利略的主要傳世之作是兩本書,壹本是1632年出版的《關於兩個世界體系的對話》,簡稱《對話》,主旨是宣揚哥白尼的太陽中心說。另壹本是1638年出版的《關於力學和局部運動兩門新科學的談話和數學證明》,簡稱《兩門新科學》,書中主要陳述了他在力學方面研究的成果。伽利略在科學上的貢獻主要有以下幾方面:
伽利略自制的望遠鏡
(1)論證和宣揚了哥白尼學說,令人信服地說明了地球的公轉、自轉以及行星的繞日運動,他還用自制的望遠鏡仔細地觀測了木星的4個衛星的運動,在人們面前展示了壹個太陽系的模型,有力地支持了哥白尼學說。
(2)論證了慣性運動,指出維持運動並不需要外力。這就否定了亞裏士多德“運動必須推動”的教條。不過伽利略對慣性運動理解還沒有完全擺脫亞裏士多德的影響,他也認為“維護宇宙完善秩序”的慣性運動“不可能是直線運動,而只能是圓周運動”。這個錯誤理解被他的同代人笛卡爾和後人牛頓糾正了。
(3)論證了所有物體都以同壹加速度下落。這個結論直接否定了亞裏士多德的重物比輕物下落得快的說法。兩百多年後,從這個結論萌發了愛因斯坦的廣義相對論。
(4)用實驗研究了勻速運動。他通過使小球沿`斜面滾下的實驗測量驗證了他推出的公式:從靜止開始的勻加速運動的路程和時間的平方成正比,他還把這壹結果推廣到自由落體運動,即傾角為90°的斜面上的運動。
(5)提出運動合成的概念,明確指出平拋運動是相互獨立的水平方向的勻速運動和豎直方向的勻加速運動的合成,並用數學證明合成運動的軌跡是拋物線。他還根據這個概念計算出了斜拋運動在仰角45°時射程最大,而且比45°大或小同樣角度時射程相等。
(6)提出了相對性原理的思想。他生動地敘述了大船內的壹些力學現象,並且指出船以任何速度勻速前進時這些現象都壹樣地進行,從而無法根據它們來判斷船是否在動。這個思想後來被愛因斯坦發展為相對性原理而成了狹義相對論的基本假設之壹。
(7)發現了單擺的等時性並證明了單擺振動的周期和擺長的平方根成正比。他還解釋了***振和***鳴現象。
此外,伽利略還研究過固體材料的強度、空氣的重量、潮汐現象、太陽黑子、月亮表面的隆起與凹陷等等問題。
除了具體的研究成果外,伽利略還在研究方法上為近代物理學的發展開辟了道路 ,是他首先把實驗引進物理學並賦予重要的地位,革除了以往只靠思辨下結論的惡習。他同時也很註意嚴格的推理和數學的運用,例如他用消除摩擦的極限情況來說明慣性運動,推論大石頭和小石塊綁在壹起下落應具有的速度來使亞裏士多德陷於自相矛盾的困境,從而否定重物比輕物下落快的結論。這樣的推理就能消除直覺的錯誤,從而更深入地理解現象的本質,愛因斯坦和英費爾德在《物理學的進化》壹書中曾評論說:“伽利略的發現以及他所應用的科學的推理方法,是人類思想史上最偉大的成就之壹,而且標誌著物理學的真正開端”。
伽利略壹生和傳統的錯誤觀念進行了不屈不撓的鬥爭,他對待權威的態度也很值得我們學習。他說過:“老實說,我贊成亞裏士多德的著作,並精心地加以研究。我只是責備那些使自己完全淪為他的奴隸的人,變得不管他講什麽都盲目地贊成,並把他的話壹律當作毫不能違抗的聖旨壹樣,而不深究其他任何依據”。
庫侖 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806)