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)
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。
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)
法國工程師、物理學家。1736年6月14 日生於法國昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。
早年就讀於美西也爾工程學校。離開學校後,進入皇家軍事工程隊當工程師。法國大革命時期,庫侖辭去壹切職務,到布盧瓦致力於科學研究。法皇執政統治期間,回到巴黎成為新建的研究院成員。
1773年發表有關材料強度的論文,所提出的計算物體上應力和應變分布情況的方法沿用到現在,是結構工程的理論基礎。1777年開始研究靜電和磁力問題。當時法國科學院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認為磁針支架在軸上,必然會帶來摩擦,提出用細頭發絲或絲線懸掛磁針。研究中發現線扭轉時的扭力和針轉過的角度成比例關系,從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小,這導致他發明扭秤。1779年對摩擦力進行分析,提出有關潤滑劑的科學理論。還設計出水下作業法,類似現代的沈箱。1785~1789年,用扭秤測量靜電力和磁力,導出著名的庫侖定律。
牛頓(Isaac Newton, 1643―1727)
英國偉大的物理學家、數學家、天文學家。恩格斯說:“牛頓由於發現了萬有引力定律而創立了天文學,由於進行光的分解而創立了科學的光學,由於創立了二項式定理和無限理論而 創立了科學的數學,由於認識了力學的本性而創立了科學的力學。”的確,牛頓在自然科學領域裏作了奠基性的貢獻,堪稱科學巨匠。
牛頓出生於英國北部林肯郡的壹個農民家庭。1661年考上劍橋大學特裏尼蒂學校,1665年畢業,這時正趕上鼠疫,牛頓回家避疫兩年,期間幾乎考慮了他壹生中所研究的各個方面,特別是他壹生中的幾個重要貢獻:萬有引力定律、經典力學、微積分和光學。
牛頓發現萬有引力定律,建立了經典力學,他用壹個公式將宇宙中最大天體的運動和最小粒子的運動統壹起來。宇宙變得如此清晰:任何壹個運動都不是無故發生,都是長長的壹系列因果鏈條中的壹個狀態、壹個環節,是可以精確描述的。人們打破幾千年來神的意誌統治世界的思想,開始相信沒有任何東西是智慧所不能確切知道的。相比於他的理論,牛頓更偉大的貢獻是使人們從此開始相信科學。
牛頓是壹個遠遠超過那個時代所有人智慧的科學巨人,他對真理的探索是如此癡迷,以至於他的理論成果都是在別人的敦促下才公諸於世的,對牛頓來說創造本身就是最大的樂趣。
居裏夫人 (Marie Curie,1867-1934)法國籍波蘭科學家,研究放射性現象,發現鐳和釙兩種放射性元素,壹生兩度獲諾貝爾獎。
居裏夫人與鐳的發現
瑪麗婭?斯可羅多夫斯卡婭,即著名的居裏夫人,被譽為“鐳的母親”。她1867年11月7日誕生於俄國沙皇侵略者統治下的波蘭首都華沙。父親是華沙高等學校的物理學教授,使她從小就對科學實驗發生了興趣。
1891年,她到巴黎繼續深造,獲得了兩個碩士學位。學業完成後,她本打算返回祖國為受奴役的波蘭人民服務,但是,與法國年輕物理學家皮埃爾?居裏的相識,改變了她的計劃。1895年,她與皮埃爾結婚,1897年生了壹個女兒,壹個未來的諾貝爾獎金獲得者。
居裏夫人註意到法國物理學家貝克勒爾的研究工作。自從倫琴發現 X射線之後,貝克勒爾在檢查壹種稀有礦物質“鈾鹽”時,又發現了壹種“鈾射線”,朋友們都叫它貝克勒爾射線。
貝克勒爾發現的射線,引起了居裏夫人極大興趣,射線放射出來的力量是從哪裏來的?居裏夫人看到當時歐洲所有的實驗室還沒有人對鈾射線進行過深刻研究,於是決心闖進這個領域。
理化學校校長經過皮埃爾多次請求,才允許居裏夫人使用壹間潮濕的小屋作理化實驗。在攝氏6度的室溫裏,她完全投入到鈾鹽的研究中去了。
居裏夫人受過嚴格的高等化學教育,她在研究鈾鹽礦石時想到,沒有什麽理由可以證明鈾是惟壹能發射射線的化學元素。她根據門捷列夫的元素周期律排列的元素,逐壹進行測定,結果很快發現另外壹種釷元素的化合物,也能自動發出射線,與鈾射線相似,強度也相像。居裏夫人認識到,這種現象絕不只是鈾的特性,必須給它起壹個新名稱。居裏夫人提議叫它“放射性”,鈾、釷等有這種特殊“放射”功能的物質,叫作“放射性元素”。
壹天,居裏夫人想到,礦物是否有放射性?在皮埃爾的幫助下,她連續幾天測定能夠收集到的所有礦物。她發現壹種瀝青鈾礦的放射性強度比預計的強度大得多。
經過仔細的研究,居裏夫人不得不承認,用這些瀝青鈾礦中鈾和釷的含量,絕不能解釋她觀察到的放射性的強度。
這種反常的而且過強的放射性是哪裏來的?只能有壹種解釋:這些瀝青礦物中含有壹種少量的比鈾和釷的放射性作用強得多的新元素。居裏夫人在以前所做的試驗中,已經檢查過當時所有已知的元素了。居裏夫人斷定,這是壹種人類還不知道的新元素,她要找到它!
居裏夫人的發現吸引了皮埃爾的註意,居裏夫婦壹起向未知元素進軍。在潮濕的工作室裏,經過居裏夫婦的合力攻關,1898年7月,他們宣布發現了這種新元素,它比純鈾放射性要強400倍。為了紀念居裏夫人的祖國——波蘭,新元素被命名為釙(波蘭的意思)。
1898年12月,居裏夫婦又根據實驗事實宣布,他們又發現了第二種放射性元素,這種新元素的放射性比釙還強。他們把這種新元素命名為“鐳”。可是,當時誰也不能確認他們的發現,因為按化學界的傳統,壹個科學家在宣布他發現新元素的時候,必須拿到實物,並精確地測定出它的原子量。而居裏夫人的報告中卻沒有針和鐳的原子量,手頭也沒有鐳的樣品。
居裏夫婦決定拿出實物來證明。當時,藏有釙和鐳的瀝青鈾礦,是壹種很昂貴的礦物,主要產在波希米亞的聖約阿希母斯塔爾礦,人們煉制這種礦物,從中提取制造彩色玻璃用的鈾鹽。對於生活十分清貧的居裏夫婦來說,哪有錢來支付這件工作所必需的費用呢?他們的智慧補足了財力,他們預料,提出鈾之後,礦物裏所含的新放射性元素壹定還存在,那麽壹定能從提煉鈾鹽後的礦物殘渣中找到它們。經過無數次的周折,奧地利政府決定饋贈壹噸廢礦渣給居裏夫婦,並答應若他們將來還需要大量的礦渣,可以在最優惠的條件下供應。
居裏夫婦的實驗室條件極差,夏天,因為頂棚是玻璃的,裏面被太陽曬得像壹個烤箱;冬天,又冷得人都快凍僵了。居裏夫婦克服了人們難以想像的困難,為了提煉鐳,他們辛勤地奮鬥著。居裏夫人立即投入提取實驗,她每次把20多公斤的廢礦渣放入冶煉鍋熔化,連續幾小時不停地用壹根粗大的鐵棍攪動沸騰的材料,而後從中提取僅含百萬分之壹的微量物質。
他們從1898年壹直工作到1902年,經過幾萬次的提煉,處理了幾十噸礦石殘渣,終於得到0.l克的鐳鹽,測定出了它的原子量是225。
鐳宣告誕生了!
居裏夫婦證實了鐳元素的存在,使全世界都開始關註放射性現象。鐳的發現在科學界爆發了壹次真正的革命。
居裏夫人以(放射性物質的研究)為題,完成了她的博士論文。1903年,居裏夫人獲得巴黎大學的物理學博士學位。同年,居裏夫婦和貝克勒爾***同榮獲諾貝爾物理學獎。
繼鐳的發現之後,另壹些新的放射性元素如錒等也相繼被發現。探討放射性現象的規律以及放射性的本質成為科學界的首要研究課題。
錢學森,著名科學家。我國近代力學事業的奠基人之壹。在空氣動力學、航空工程、噴氣推進、工程控制論、物理力學等技術科學領域作出許多開創性貢獻。為我國火箭、導彈和航天事業的創建與發展作出了卓越貢獻,是我國系統工程理論與應用研究的倡導人。
錢學森回國前的故事
1949年當第壹面五星紅旗在天安門廣場上徐徐升起時,當時任加利福尼亞工學院超音速實驗室主任和“古根罕噴氣推進研究中心”負責人的錢學森深為祖國的新生而高興。他打算回國,用自己的專長為新中國服務。但那時候在美國的中國科學家歸國不易,而錢學森的專長又直接與國防有關,所以他歷盡艱辛才終於回到祖國懷抱。他這壹曲折的鬥爭過程,表現了錢學森那時對祖國的摯愛之情,是非常感人的。
1950年 9 月中旬,錢學森辭去了加利福尼亞工學院超音速實驗室主任和“古根罕噴氣推進研究中心”負責人的職務,辦理了回國手續。他買好了從加拿大飛往香港的飛機票,把行李也交給了搬運公司裝運。
然而,就在他打算離開洛杉磯的前兩天,忽然收到美國移民及歸化局的通知——不準回國!移民局威脅道,如果私自離境,抓住了就要罰款,甚至要坐牢!
又過了幾天, 錢學森 被抓進了美國移民及歸化局看守所,“罪名”是“參加過主張以武力推翻美國政府的政黨”。
錢學森交給搬運公司的行李遭到美國海關及聯邦調查局的檢查,據說從中“查出”電報密碼、武器圖紙之類。移民及歸化局要“審訊”錢學森,說錢學森是“美國***產黨員。”後來又說錢學森在美國念書時認識的幾個美國同學之中,有幾個是美國***產黨員。移民及歸化局揚言錢學森“違反美國移民法”,要把錢學森“驅逐出境”。這話說出口沒多久,又連忙改口。因為要把錢學森“驅逐出境”,這正是錢學森求之不得的! 在看守所,錢學森像罪犯似的,被監禁著。錢學森曾回憶道:“我被拘禁的15天內,體重就下降了30磅。在拘留所裏,每天晚上,特務要隔壹小時就進來把妳喊醒壹次,使妳得不到休息,精神上陷於極度緊張的狀態。”
移民及歸化局迫害錢學森引起了美國科學界的公憤。不少美國友好人士出面營救錢學森,為他找辯護律師。他們募集了 15000 元美金作為保金,才算把錢學森從看守所裏保釋出來。
1955年 6 月,錢學森寫信給當時的全國人大常委會副委員長陳叔通同誌,請求黨和政府幫助他早日回到祖國的懷抱。周總理得知後非常重視此事,並指示有關人員在適當時機辦理此事。經過努力,1955年10月18日,錢學森壹家人終於回到闊別20年的祖國。不久,他便被任命為中國科學院力學研究所所長。