奧地利物理學家沃爾夫岡·泡利(Wolfgang Pauli)生於1900年,1958年就去世了。他是本世紀初壹位罕見的天才,對相對論及量子力學都有傑出貢獻,因發現“泡利不相容原理”(Exclusion Principle)而獲1945年諾貝爾物理學獎。這個原理是他在1924年發現的,對原子結構的建立與對微觀世界的認識有革命性的影響。
泡利在19歲(1919年)時就寫了壹篇關於廣義相對論理論和實驗結果的總結性論文。當時距愛因斯坦發表“廣義相對論”(1916年)才3年,人們認為他這麽年輕卻有如此獨到的見解,所以震驚了整個物理學界,從此他壹舉成名了。
關於泡利的故事很多,他以嚴謹、博學而著稱,同時也以尖刻和愛挑刺而聞名。據說在壹次國際會議上泡利見到了愛因斯坦,愛因斯坦演講完後,泡利站起來說:“我覺得愛因斯坦不完全是愚蠢的”。
壹次,在後來發現反質子的意大利物理學家塞格雷做完壹個報告和泡利等離開會議室時,泡利對他說:“我從來沒有聽過象妳這麽糟糕的報告。”當時塞格雷壹言未發。泡利想了壹想,又回過頭對與他們同行的瑞士物理化學家布瑞斯徹說:“如果是妳做報告的話,情況會更加糟糕。當然,妳上次在蘇黎士的開幕式報告除外。”
另壹次泡利想去壹個地方,但不知道該怎麽走,壹位同事告訴了他。後來這位同事問他,那天找到那個地方沒有,他反而諷刺人家說:“在不談論物理學時,妳的思路應該說是清楚的。”
泡利對他的學生也很不客氣,有壹次壹位學生寫了論文請泡利看,過了兩天學生問泡利的意見,泡利把論文還給他說:“連錯誤都夠不上。”
但泡利被玻爾稱作“物理學的良知”,因為他的敏銳和審慎挑剔,使他具有壹眼就能發現錯誤的能力。在物理學界還曾笑談存在壹種“泡利效應”--當泡利在哪裏出現時,那兒的人不管做理論推導還是實驗操作壹定會出岔子。
而當泡利說:“哦,這竟然沒什麽錯”時,通常表示壹種非常高的贊許。壹則笑話說,泡利死後去見上帝,上帝把自己對世界的設計方案給他看,泡利看完後聳聳肩,說道:“妳本來可以做得更好些……”
人類放射學研究的先驅者——居裏夫人
1934年7月4日,有史以來惟壹獲得兩項諾貝爾獎的科學家居裏夫人病逝於薩色勒姆療養院。
我的祖國是波蘭
居裏夫人於1867年11月7日生於波蘭的華沙,原名瑪麗·斯克洛杜斯卡,雖然她後來嫁給了法國學者彼埃爾·居裏,但她畢生都沒有忘記自己的祖國是波蘭。
自1794年俄帝國侵占波蘭以後,就開始壓迫波蘭人的宗教,廢止波蘭語的應用,用俄語教授波蘭少年,企圖奴化波蘭人民,消滅波蘭的靈魂。瑪麗的父母雖然都曾是波蘭的貴族,但因亡國的厄運,家道均已衰落,他們不得不在有俄國督學管理下的學校裏教書以謀生計。盡管瑪麗小時候就是在沙俄統治下的學校裏讀書,但她的學習依然很刻苦,各門功課總是名列前茅。她的歷史老師是壹位愛國的女士,經常在歷史課裏用波蘭語講授波蘭歷史,10歲的瑪麗經常為自己祖國的不幸而哭泣。當瑪麗成為譽滿全球的科學家後,她當年的歷史老師回答記者時這樣說:“那時的瑪麗總愛穿著深藍色的絨布制服,金黃色的卷發用絲帶編成小辮子,她聰明、倔強,很喜歡我的歷史課,她那時就像現在壹樣,深深地熱愛著我們的祖國波蘭。”有壹天,俄國督學來到教室裏,指名要瑪麗用俄語背誦天主教的祈禱文之後,又問她歷代沙皇的名號,瑪麗流利地把那壹列陌生的名字說了出來。最後,俄國督學問道:“統治我們的是誰?”瑪麗頓時臉色慘白,閉口不答。俄國督學粗暴地問第二遍時,瑪麗才回答他。但等他離開後,瑪麗突然哭泣著大聲喊叫:“不!我的祖國是波蘭!”等到1898年,居裏夫婦發現了兩種放射性元素,居裏先生讓瑪麗為其中之壹命名時,瑪麗壹下子想到了已在歐洲地圖上消失了的祖國,她告訴丈夫:“我提議命名為Polonium(鏷),以此來紀念我的祖國。”
最神秘的放射性元素——鐳的誕生
1891年秋天,瑪麗來到巴黎,進入她早已夢想的巴黎大學理學院讀書。理學院處於索爾本區,人們又稱之為索爾本大學。1893年夏天,瑪麗以第壹名的考試成績獲得物理學學士學位。第二年,她又獲得算學學士學位。在這裏,她認識了彼埃爾·居裏。居裏先生當時是壹個雖不大著名但是個十分純正的物理學家,他談吐文雅,還帶有幾分詩人的氣質。他們於1895年7月結婚,那時瑪麗已經28歲,而居裏先生已經36歲了。他們沒有舉辦任何儀式,連蜜月也是騎著自行車在鄉間漫遊中度過的。
在物理學的研究中,居裏先生可以算作居裏夫人的最初指導者。居裏夫人也是因他的指導而得到了壹個新奇的研究課題,這就是放射性——其實當時還沒有這個術語,那是後來居裏夫人命名的。雖然另壹個法國科學家柏克瑞(後與居裏夫婦***獲諾貝爾獎金)已發現了“鈾射線”,並把自己的這壹發現寫成報告交給法蘭西科學博士院,但沒有引起任何人的註意。況且,當時歐洲所有的科學家都沒有把“鈾射線”當回事。但居裏夫婦覺得這是壹個極好的研究題目,尤其是居裏夫人,簡直被鈾的放射性現象迷住了。在艱苦的研究和實驗中,居裏夫人發現有放射性現象的不僅只有鈾,另外壹種元素釷的化合物也有這種現象。於是,居裏夫人把這種現象命名為“放射性”,把有放射性的元素如鈾、釷等,命名為“放射性元素”。
由於居裏夫人的發現性質重大,居裏先生決定停止自己在結晶學方面的研究,和夫人壹起研究神秘的“放射性元素”。自1898年夏天起,居裏夫婦合作研究了八年,終於在鈾瀝青礦石中發現了兩種新的放射性元素。居裏夫人把其中的壹種命名為Polonium(鏷),以紀念她的祖國波蘭;而另壹種,他們在法蘭西科學博士院報告書上發表的文章中宣布:“我們提議命名為鐳,並且相信鐳的放射性大得無與倫比。”但是,僅在理論上發現這兩種新的放射性元素是不夠的,歐洲的壹些科學家們壹定要親眼看到這兩種新元素,弄清楚它們的原子量。居裏夫婦必須在含有微量的鐳與鏷的鈾瀝青礦中提取出純鏷或純鐳來,才能讓世人信服。然而,這種礦苗極其昂貴,而且整個歐洲只有在奧地利的波希米亞制煉這種礦苗。居裏夫婦都是窮學者,拿出所有的積蓄也只能買到幾百斤已把鈾提煉出來後的殘渣。他們寫信請奧地利的幾位科學家幫忙,最終得到奧地利政府的惠賜,他們決定把壹噸殘渣白送給認為用得著它的兩個瘋子使用,如果以後還需要,他們還可以白送。為了尋找實驗室居裏夫婦也是費盡心機,最後還是在居裏先生授課的市立理化學校裏找到壹個不蔽風雨的廢棄的廠棚。當時,許多聞訊前往那個廠棚參觀過的科學家,都見過居裏夫人是怎樣煉制純鐳的:她穿著滿是灰塵染漬和酸液的舊衣服,拿著比她還長的鐵棒,像個夥夫壹樣攪動著大鍋裏那些沸騰的殘渣。她就是這樣煉完了原先的那壹噸殘渣,又煉完波希米亞陸續送來的另外好幾噸殘渣。經過四年的煉制,他們終於在1902年得到壹克純鐳。在漫長的煉制過程中,居裏夫人無數次詢問居裏先生:“彼埃爾,我真想知道,它應該是什麽樣的形狀,什麽樣的顏色。”居裏先生總是柔和地回答道:“我希望它有壹種最美麗的色澤。”
居裏夫人永遠也忘不了那壹晚,她和居裏先生挽著手,穿過燈火輝煌的街道,到那個廠棚裏去欣賞他們煉制了四年的結晶。當他們進到棚子裏,壹眼便看到玻璃容器裏閃爍帶有蔚藍色的光芒。面對這種第壹次來到人間的美麗之光,居裏夫人慢慢地坐在壹張草椅上,凝望著不做聲,而居裏先生則斜靠在椅子背上,用手輕輕地撫摸著她的頭發。
至高的榮譽 最深的愛
鐳的誕生使居裏夫婦揚名全世界。曾經拒絕給他們提供實驗室的巴黎大學頓時清醒了,於1903年6月25日授予居裏夫人物理學博士學位。對於壹個女性來說,尤其是對於壹個波蘭女性來說,在當時算是最榮譽的學位了。接著,應英國皇家科學研究院邀請,居裏夫婦來到倫敦時更是萬人空巷,所有的倫敦人都想看壹看“鐳的父母”。在皇家研究院為他們舉辦的歡迎宴會上,英國所有的著名科學家全部到場,居裏夫人成了能參加這種規格宴會的第壹個女性。同年11月,英國倫敦皇家學會把該會最高獎——戴維獎章贈與他們夫婦。這壹年的12月10日,瑞典科學博士學院宣布將本年度的諾貝爾物理學獎金壹半贈與柏克瑞,壹半贈與居裏夫婦,以獎勵他們發現了放射性。
就在居裏夫婦聲名日盛,進壹步對鐳進行研究時,居裏先生卻不幸在壹場意外的車禍中去世了。居裏夫人忍著巨大的悲痛,謝絕了巴黎官方要為居裏先生舉行遊行和演說,只請求用最簡單的儀式把居裏先生葬在故鄉他母親的墓地裏。
居裏夫人壹邊教書,壹邊繼續對鐳進行深入研究。她還組織了鐳研究小組,把鐳這壹神秘元素介紹給世界各國。1911年12月,瑞典科學博士學院宣布授予她本年度諾貝爾化學獎金。在諾獎的歷史上,兩次獲取此獎的,只有居裏夫人。按照慣例,居裏夫人要到斯德哥爾摩作壹次公開的演講。伴隨她前往的有她的姐姐和她的長女綺瑞娜。當時沒有壹個人能料到,24年後,綺瑞娜·居裏也要到斯德哥爾摩領取諾貝爾獎金!
居裏夫人發現了鏷和鐳,開創了人類放射學研究的先河。由於這兩種放射性元素的醫學用途,它們將永遠造福於人類。然而,為鐳的事業而工作了35年的居裏夫人,卻因鐳射線而患上了白血癥,於1934年7月4日病逝。人們按照她生前的遺囑,將她的棺木和居裏先生同穴而葬。在她的墓碑上,只有簡單的壹行字:瑪麗·斯克洛杜斯卡·居裏,1867年——1934年。
愛因斯坦逃學
1895年春天,愛因斯坦已16歲了。根據德國當時的法律,男孩只有在17歲以前離開德國才可以不必回來服兵役。由於對軍國主義深惡痛絕,加之獨自壹人呆在軍營般的路易波爾德中學已忍無可忍,愛因斯坦沒有同父母商量就私自決定離開德國,去意大利與父母團聚。但是,半途退學,將來拿不到文憑怎麽辦呢?壹向忠厚、單純的愛因斯坦,情急之中竟想出壹個自以為不錯的點子。他請數學老師給他開了張證明,說他數學成績優異,早達到大學水平。又從壹個熟悉的醫生那裏弄來壹張病假證明,說他神經衰弱,需要回家靜養。愛因斯坦以為有這兩個證明,就可逃出這厭惡的地方。
誰知,他還沒提出申請,訓導主任卻把他叫了去,以他敗壞班風,不守校紀的理由勒令退學。
愛因斯坦臉紅了,不管什麽原因,只要能離開這所中學,他都心甘情願,也顧不得什麽了。他只是為自己想出壹個並未實施的狡猾的點子突然感到內疚,後來每提及此事,愛因斯坦都內疚不已。大概這種事情與他坦率、真誠的個性相去太遠。
小笨蛋還是小神童
愛因斯坦小時候並不活潑,三歲多還不會講話,父母很擔心他是啞巴,帶他去給醫生檢查。還好小愛因斯坦不是啞巴可是直到九歲時講話還不很通暢,所講的每壹句話都必須經過吃力但認真的思考。小愛因斯坦是壹個誠實的孩子,從不做違心的或騙人的事。為此,他受到同學們的譏笑,給他起了壹個綽號叫“誠實的約翰”。普通孩子喜歡玩帶有競爭性的遊戲,可是他卻不喜歡參加。孩子喜歡打仗的遊戲,喜歡看士兵操練,但是他卻從小到大不喜歡任何和軍事有關的東西。他是壹個不想看到人類互相殘殺的和平主義者。
愛因斯坦家的住房周圍有花園,他經常壹個人長時間地蹲在花園角落的灌木叢裏,用手撫摩著小葉片或者凝視著匆匆跑動的螞蟻。他很小就喜歡冥想,想了解大自然的奧秘。壹次,在依薩爾河岸野餐時,壹位親戚說,小愛因斯坦很嚴肅,當其他的孩子都在互相玩耍、逗樂時,他卻獨自坐著看湖的對岸。母親玻琳深情的為自己的孩子辯護:“他是沈靜的,因為他在思索。等著吧,總有壹天他會成為壹個教授!”那位親戚感到可笑,但也理解母親的心情。教授!在人們的心目中,只有那些聰敏的人才有可能得到這個榮譽的稱號,這個連話都說不好的笨孩子能成為壹個教授嗎?
在四、五歲時,愛因斯坦有壹次臥病在床,父親送給他壹個羅盤。當他發現指南針不斷地指著固定的方向時,感到非常驚奇,覺得壹定有什麽東西深深地隱藏在這現象後面。他壹連幾天很高興的玩這羅盤,還糾纏著父親和雅各布叔叔問了壹連串問題。盡管他連“磁”這個詞都說不好,但他卻頑固地想要知道指南針為什麽能指南。這種深刻和持久的印象,愛因斯坦直到六十七歲還能鮮明的回憶出來。
愛因斯坦在念小學和中學時,壹般功課屬平常,唯有數學成績遠在全班同學之上。由於他舉止緩慢,不愛同人交往,老師和同學都不喜歡他。教他希臘文和拉丁文的老師對他是那麽厭惡,曾經公開罵他:“愛因斯坦,妳長大後肯定不會成器。”而且因為怕他在課堂上會影響其他學生,竟想把他趕出校門。
愛因斯坦的叔叔雅各布在電器工廠裏專門負責技術方面的事務,而愛因斯坦的父親則負責商業的往來。雅各布是壹個工程師,自己就非常喜愛數學,當小愛因斯坦來找他問問題時,他總是用很淺顯通俗的語言把數學知識介紹給他。
有壹天愛因斯坦跑來問叔叔:“什麽是代數”?叔叔就這樣解釋:“在算術中有很多問題不容易解決,要算又很難。而代數是壹門'快樂'的數學,能很容易的幫人們解答困難的計算。我們把我們不知道的數叫著X,然後來捕捉它。妳把它當作已知道的東西,建立壹些關系,最後妳就可以容易地得到它了。”然後叔叔給了他壹本有代數問題的小冊子,愛因斯坦很快就學會了解決裏面的問題。
有壹次雅各布叔叔給他講了幾何中壹個很美麗的定理——畢達哥拉斯定理:任何直角三角形的長邊平方壹定等於兩短邊平方的和。叔叔沒有告訴他這個定理的證明,但是愛因斯坦在畫了許多直角三角形後發現這關系壹直成立,感到非常的驚奇。
父親的生意做得並不好,但卻是壹個樂觀和心地善良的人,家裏每星期都有壹個晚上要邀請來慕尼黑念書的窮學生吃飯,這樣等於是救濟他們。其中有壹對來自立陶宛的猶太兄弟麥克斯和伯納德,他們都是學醫科的,都喜歡閱讀書籍,興趣廣泛。他們被邀請來愛因斯坦家裏吃飯,並和羞答答、長著黑頭發和棕色眼睛的小愛因斯坦交成了好朋友。
麥克斯可以說是愛因斯坦的“啟蒙老師”,他借了壹些通俗的自然科學普及讀物給他看,看完後就和愛因斯坦討論,並且再繼續提供給他新的讀物。麥克斯點燃了愛因斯坦自學的興趣火花,還不斷地輔導他。
麥克斯在愛因斯坦十二歲時給了他壹本施皮爾克的平面幾何教科書,壹下子攫取了愛因斯坦的心靈。愛因斯坦晚年時回憶這本神聖的小書時說:“這本書裏有許多斷言,比如,三角形的三個高交於壹點,它們本身雖然並不是顯而易見的,但是可以很可靠地加以證明,以致任何懷疑似乎都不可能。這種明晰性和可靠性給我造成了壹種難以形容的印象。”
這時愛因斯坦又想起了畢達哥拉斯定理,於是想要獨立證明這個定理。他花了三個星期最後找到壹個方法,就是從直角三角形最長邊所面對的頂點作這邊的垂直線,於是把三角分成相似三角形,由此很容易證明這個定理。雖然這是壹個古老得有二千多年歷史的定理,但是愛因斯坦經過壹番努力總算得到了結果,他第壹次體會到科學發現時的欣喜。
麥克斯每星期來時,都會幫他改壹些習題,並且輔導他作壹些較難的問題。過不久又引導他學習高等數學,十三歲時他已自學微積分了。當他的同班同學為那些平面幾何簡單問題和循環分數而皺眉頭時,愛因斯坦靠自學已經進入到無窮級數這些美麗神奇的“無窮世界”去了。
很快小愛因斯坦的數學程度超過了讀大學的麥克斯,比他大十壹歲的醫科大學生再也跟不上這個十二、三歲的小孩子了。為了以後有***同談話的話題,麥克斯開始借哲學書給他看,愛因斯坦在十三歲就能看懂康德的《純理性批判》。這是壹本對許多成人來說都算是枯燥艱深的書。這時候愛因斯坦閱讀的書就是數學、物理和許多哲學家的書。他不看小說,唯壹的消遣就是拉小提琴。
麥克斯認為他已發現了壹個神童,他說:“壹個偉大的科學家或哲學家,將從愛因斯坦身上成長起來。”
比薩斜塔下“真實的謊言”
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伽利略拿著兩個重量不壹樣的球,來到比薩斜塔上。塔下面已經有很多人在圍觀。在壹片驚呼聲中,他們緊緊地盯著伽利略,他手裏那兩只球同時從塔頂下落。“是壹起著地的。”人們大聲喊起來。
這個故事是我上小學的時候,在課堂上聽老師講的。現在,我知道,這個伽利略晚年的學生維安尼在寫伽利略傳記中提到的故事,不過是個謊言。
《科學的歷程》為我們打開了科學真實的歷史過程。對於這件事,《科學的歷程》這本書談到,經過科學史家的考證表明,沒有任何理由顯示伽利略做過這壹實驗,伽利略本人對這個實驗也從來沒有提起過。在伽利略之前,倒是有人做過這樣的實驗。1856年,荷蘭物理學家斯臺文使兩個大小不同、重量比為1比10的鉛球,從30英尺的高度下落,結果兩個球幾乎同時落在地面上的木板上。伽利略也許聽說了這個實驗,可能也親自動手做過,但是,結果可想而知。
事實是,壹位亞裏士多德派的物理學家為了反駁伽利略,倒真的是在1612年在比薩斜塔做了壹個實驗,結果是相同材料但重量不同的物體並不是同壹時刻到達地面的。伽利略對此有壹個辯護,意思是說,重量1比10的兩個物體下落時只差很小的距離,可是亞裏士多德卻說差10倍,為什麽忽視亞裏士多德派如此重大的失誤,卻盯著我小小的誤差不放呢?這個辯護也可以說明,伽利略並沒有在比薩斜塔上做過那個著名的判決性實驗,他要是做了這個實驗,那就是自討苦吃。
但是,伽利略的學生為什麽要編造這個謊言呢?看了該書的第18章對近代科學方法論的介紹,我突然有了領悟。真正代表近代科學方法論精神的,是伽利略和牛頓。伽利略最先倡導並實踐了“實驗加教學”的方法。但是,伽利略的實驗並不是培根意義上的觀察實驗,而是理想化的實驗。地球上的任何力學實驗都不可能避免摩擦力的影響,但要認識基本的力學規律,必須首先從觀念上排除摩擦力。只有這種理想化的實驗才可能與教學處理配套。
原來,這個實驗不過是壹次頭腦中的“理想實驗”。就壹個理想實驗來說,它當然是真實的。這就是所謂的“真實的謊言”吧。
“讀史使人明智。”這是該書作者吳國盛寫作這本書的壹個重要目的。他說,科學故事也許能誘發孩子對神奇的科學世界的向往,但是,對正規的理科學習並沒有多大的幫助,倒是相反,壹些以訛傳訛的傳奇故事,對於深入理解科學理論是有害的。因此,他要寫壹部嚴肅的科學史的普及讀物,這有助於理科教學,有助於理解科學的發展,有助於理解科學的社會角色和人文意義。但我覺得,壹旦我們真正地了解了科學的歷史,意義決非僅此而已。
歐文
英國動物學家、古生物學家。1804年生於英國蘭開郡蘭開斯特。1820年從外科醫生學徒。1824年赴愛丁堡學醫。1825年轉至倫敦聖巴塞洛繆醫院。他被接納為英格蘭皇家外科醫生學會的壹員,並被任命為皇家外科醫學院博物館長的助手,負責管理著名解剖學家J·亨特收藏的標本,並開始行醫。1831年去巴黎拜訪G·居維葉,並研究法國自然博物館的標本。1834年當選為皇家學會會員。1836年任皇家外科醫生學會的亨特講座教授。1837年又任該會的解剖學和生理學教授以及皇家協會富勒講座的比較解剖學及生理學教授。1856年任大英博物學部主任,專心從事研究,並壹直致力於發展倫敦南肯辛頓的大英博物館(博物學部分)。1884年退休時被晉封為巴斯勛位爵士。1892年12月18日在倫敦逝世。
歐文的早期著作有他根據倫敦外科醫生學會博物館所藏比較解剖學生理學系列標本所編寫的《分類目錄,附說明及圖示》(1933),編此目錄使他取得了有關比較解剖學的豐富知識。他的《珠光鸚鵡螺》(1832)這壹經典著作更使他在動物學界嶄露頭角。19世紀40年代早期,他對比較牙齒的結構傾註了大量精力,因為他深知牙齒是身體的最堅固的部分,也是以化石的形式最容易被保存下來的部分。另外,從牙齒可以了解到大量的關於壹個動物的食性習慣和生活方式的材料,1840—1845年他發表了《牙體形態學》,是研究牙體結構的主要著作。1846年,他出版了《脊椎動物比較解剖學和生理學講義》,是他在亨特講座和富勒講座期間教材的結晶。
歐文在古生物學研究方面有巨大的成就。他是最早采集和研究恐龍的主要學者之壹,“恐龍”(Dinosaur,意為“可怕的蜥蠍”)壹詞就是他在1842年創造的。1846年他發表《英國化石哺乳動物和鳥類的歷史》。1849—1854年他又發表了《英國化石爬行動物的歷史》。1854年,他在倫敦的水晶宮裏復制出供展出的第壹批原大的恐龍模型,向廣大群眾普及古生物知識,引起人們強烈的興趣。他還研究了澳大利亞和新西蘭的古生物,第壹個描繪了巨大的、已於新近滅絕的新西蘭恐鳥。1866—1868年,他出版了經典巨著《論脊椎動物解剖學》。
歐文在19世紀大部分年代是居維葉真正的繼承人。他也同意德國博物學家L·奧肯學派的“生機論”觀點,認為進化通過細胞內部的動力而發生。所以,他20多年的同事和好友C·達爾文的《物種起源》、進化論於1859年問世時,他表示堅決反對。他覺得通過自然選擇的進化太惟理了,完全是偶然機緣的產物,因而不能接受。他甚至發展到寫匿名文章(愛丁堡評論,1860)攻擊達爾文,並親自指使威爾伯福斯主教去和達爾文的主要辯護者T·赫胥黎論戰。當達爾文的論著在科學界被普遍承認時,他的態度也有所改變,承認達爾文論據的精確性。但並不能根本扭轉他否定達爾文學說的立場。