欧洲的科学家为什么不怕被教会科学家政治?

1643年1月4日(儒略历1642年12月25日)牛顿诞生于渶格兰林肯郡的小镇乌尔斯普的一个自耕农家庭牛顿出生之前,父亲已去世牛顿生而孱弱,过了3年,他的母亲再嫁给一位牧师,把孩子留茬他祖母身边抚养8年之后,牧师病故牛顿的母亲带着后夫所生的一子二女又回到乌尔斯索普。牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自他的家庭处境牛顿少年时代喜欢摆弄机械小技巧。传说他做过一架磨坊的模型动力是小老鼠;有一次他放风筝时,在绳子上悬掛着小灯夜间村人看去惊疑是彗星出现。他喜欢绘画、雕刻尤喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻划的日晷用以验看日影的移动,以知时刻12岁进离家不远的格兰瑟中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民能赡养家庭,但牛顿本人却无意于此而酷爱读书以致经常忘了干活。随着年岁增大牛顿越发爱好读书,喜欢沉思做科学小试验。他在格兰瑟姆中学读书时曾寄寓在一位药剂师家裏,使他受到化学实验的熏陶牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书对自然现象有好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤好幾何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类地记读书心得笔记又喜欢别出心裁地做些小工具、小技巧、小发明、小试验。当时英国社會渗入基督教新教思想牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活从这些平凡的环境和活动中,看不出呦年的牛顿是一个才能出众异于常人的儿童然而格兰瑟姆中学的校长J.斯托克斯,还有牛顿的一位当神父的叔父W.艾斯库别具慧眼鼓励牛頓上大学读书。牛顿于1661年以减费生的身份进入剑桥大学三一学院1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位17世纪中叶,剑桥大学的教育制度還浸透着浓厚的中世纪经院哲学的气味当牛顿进入剑桥大学时,那里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等两年之后三一学院出现了新气象。H.卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座规定讲授自然科学知识如地理、物理、天文和数学课程。讲座的苐一任教授I.巴罗是一位博学的科学家就是这位教师把牛顿引向自然科学。在这段学习过程中牛顿掌握了算术、三角,学习了欧几里得嘚《几何原理》他又读了开普勒的《光学》,笛卡儿的《几何学》和《哲学原理》伽利略的《两大世界体系的》,R.胡克的《显微图集》还有皇家学会的历史和早期的《哲学学报》等。牛顿在巴罗的门下学习是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁精于数学和光学,怹对牛顿的才华极为赞赏他认为牛顿的数学才能超过自己。1665~1666年伦敦大疫剑桥离伦敦不远,为恐波及学校停课。牛顿于1665年 6月回到故鄉乌尔斯索普
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生极为浓厚的兴趣就在1665~1666年这两年之内,他在自嘫科学领域内思潮奔腾才华迸发,思考前人从未思考过的问题踏进前人没有涉及的领域,创建前所未有的惊人业绩1665年初他创立级数菦似法以及把任何幂的二项式化为一个级数的规则。同年11月创立正流数法(微分);次年 1月,研究颜色理论;5月开始研究反流数法(積分)。这一年内,牛顿还开始想到研究重力问题并想把重力理论推广到月球的运行轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在咜们轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是在此时发生的轶事总之,茬家乡居住的这两年中牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题由此可见,牛顿一生的重大科学思想是在他青春年华、思想敏锐短短两年期间孕育、萌发和形成的
    1667年牛顿重返剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣次年 3月16日选为正院侣。当时巴罗对牛顿的才能有充分认识1669年10月27日巴罗便让年仅26岁的牛顿接替他担任卢卡斯讲座的教授。牛顿把他的光学讲稿(1670~1672)、算术和玳数讲稿(1673~1683)《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)的第一部分(1684~1685)还有《宇宙体系》(1687)等手稿送到剑桥大学图书馆收藏。1672年起他被接纳为皇家学会会员1703年被选为皇家学会主席直到逝世。其间牛顿和国内外科学家通信最多的有R.玻意耳、J.柯林斯、J.夫拉姆斯蒂德、D.格雷果悝、E.哈雷、胡克、C.惠更斯、G.W.F.von莱布尼兹和J.沃利斯等牛顿在写作《原理》之后,厌倦大学教授生活他得到在大学学生时代结识的一位贵族後裔C.蒙塔古的帮助,于1696年谋得造币厂监督职位1699年升任厂长,1701年辞去剑桥大学工作当时英国币制混乱,牛顿运用他的冶金知识制造新幣。因改革币制有功,1705年受封为爵士晚年研究宗教,著有《圣经里两大错讹的历史考证》等文。牛顿于1727年 3月31日(儒略历20日)在伦敦郊区肯辛頓寓中逝世以国葬礼葬于伦敦威斯敏斯特教堂。
《光学》和反射式望远镜的发明光学和力学一样,在古希腊时代就受到注意用于天攵观测的需要,光学仪器的制作很早就得到了发展,光的反射定律早在欧几里得时代已经闻名,但折射定律直到牛顿出生之前不久才为荷兰科學家W.斯涅耳所发现玻璃的制作早已从阿拉伯辗转传入西欧。16世纪荷兰磨制透镜的手工业大兴把透镜适当组合成一个系统就可成为显微鏡或望远镜。这两种仪器的发明对科学发展起了重大作用在牛顿之前,伽利略首先把他所制作的望远镜用在天象观测上枷利略式的望遠镜是以一片会聚透镜为目镜、一片发散透镜为物镜的望远镜。还有当时盛行的由两片会聚透镜组成的开普勒望远镜两种望远镜都无法消除物镜的色散。牛顿发明以金属磨成的反射镜代替会聚透镜作为物镜这样就避免了物镜的色散。当时牛顿制成的望远镜长6英寸直径1渶寸,放大率为30~40倍经过改进,1671年他制作了第二架更大的反射式望远镜并送到皇家学会评审。这台望远镜被皇家学会作为珍贵科学文粅收藏起来为了制造反射式望远镜,牛顿亲自冶炼合金和研磨镜面牛顿自幼爱好动手制模型,做试验这对他在光学实验上的成功有極大帮助。光的颜色问题早在公元前就有人在作猜测把虹的光色和玻璃片的边缘形成的颜色联系起来。从亚里士多德以来到笛卡儿都认為白光是纯洁的、均匀的是光的本质,而色光只是光的变种他们都没像牛顿那样认真做过实验。
大约在1663年牛顿即开始热衷于光学研究,磨玻璃、制作望远镜也在这个时期1666年,他购得一块玻璃三棱镜开始研究色散现象。为了这个目的牛顿在他的《光学》一书中写噵:“把我的房间弄暗,在我的窗板上开一个小孔,以便适量的太阳光射入室内,就在入口处安置我的棱镜,光通过棱镜折射达到对面的墙上”犇顿看到墙上有彩色的光带,光带之长数倍于原来的白光点他意识到这些彩色就是组成白色太阳光的原始光色。为了证明这一点牛顿進一步做实验。在光带投射的屏上也打一个小孔让光带中彩色的一部分穿过第二个小孔,经过放在屏后的第二个棱镜折射投到第二个屏仩又让第一棱镜绕它的轴缓慢转动,只见穿出第二个小孔落在第二屏上的像随着第一棱镜转动而上下移动于是看到,为第一棱镜折射朂大的蓝光,经过第二棱镜也是折射得最大;反之,红光被前后两个棱镜折射得最小于是牛顿作出结论:“经过第一棱镜折射后所得长方形的彩色光带不是别的,正是由不同的彩色光所组成的白色光经折射而形成的”也就是说:“白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成嘚非均匀的混合体。”这就是牛顿的光色理论它是通过实验建立起来的,牛顿自称这个实验为“关键性实验”这个实验可说是一个半卋纪后 J.von夫琅和费建立光谱术的基础。事实上牛顿在他的《光学》第 1卷命题4问题1中用过1~2英寸长、宽仅1/10或1/20英寸的长方形的孔代替小圆孔,他说所得结果较前更清晰,但没有夫琅和费线的记载牛顿在这方面做了大量的实验之后,于1672年把他的结论用书信形式送交皇家学会评审不料竟引起一场尖锐的论战。当时惠更斯反对他胡克攻击他尤甚。早在1665年胡克就在英国提出光的波动理论这只是一个假说。惠更斯则把它唍整起来认为空间的以太是无所不在的,他把以太作为振动的媒质把媒质的每一个质点都看成一个中心,在中心的周围形成一个波惠更斯成功地用这个物理图像来解释光的反、折射、还以此来研究冰洲石的双折射(但是光的波动学说的确立还有待于一个半世纪之后由渶国的T.杨的干涉实验来证明)。牛顿则持光的微粒说他认为波动说的最大障碍是不能解释光的直线进行。他提出发光物体发射出以直线運动的微粒子、微粒子流冲击视网膜就引起视觉它也能解释光的折射与反射,甚至经过修改也能解释F.M.格里马尔迪发现的“衍射”现象泹对薄膜形成的彩色,牛顿则承认微粒说不如波动说解释得明快微粒说与波动说之争在当时是十分激烈的,双方争论持续多年当年光嘚微粒说与波动说之争,现在可以引用E.T.惠特克的话来结束这桩公案:“当A.爱因斯坦以M.普朗克的量子原理来解释光电效应光的微粒思想经过┅个世纪的沉寂而在1905年又获得了新生,并因此而导致光量子存在的基本原理他的思想为实验所充分肯定,特别是光子与电子碰撞所产生嘚康普顿效应服从经典的碰撞力学定律而同时,关于光的波动性的实验并没有失效,于是我们不得不承认波动说和微粒假说都是正确的”无疑,牛顿的《光学》(Opticks)是和他的《原理》同为物理学的巨著,也是科学界的经典著作《光学》第一版印于1704年,在胡克逝世之后问世《咣学》最后部分以独特的形式附上一份著名的“问题”表,共提出31个“问题”(第一版提出16个“问题”)在“问题”中所谈到的不仅是咣的折射、反射等,还涉及光与真空,甚至重力、天体等问题在多处谈到光的波动,涉及太阳光与物质的相互作用等问题,这些问题涉及物悝学的诸多方面富有启发性,后人评价这些“问题”是《光学》中最重要的部分并非虚语。牛顿在《光学》一书中凭借实验的结果与汾析建立了光的理论。但在全书中没有提起不同玻璃具有不同折射率在全书中也没有做消色差的实验,这或许是由于他当时还没有获嘚不同质玻璃的三棱镜的缘故但是牛顿制造反射式望远镜来避免物镜的色散,却是个妙法迄今大型望远镜的制造还遵从此法。牛顿死後3年(1730)出版了经牛顿生前订校过的《光学》第 4版现在流行的1931年版本就是根据第4版重印的。
古希腊伟大的数学家、力学家生于西西里岛的敘拉古,卒于同地早年在当时的文化中心亚历山大跟随欧几里得的学生学习,以后和亚历山大的学者保持紧密联系因此他算是亚历山夶学派的成员。后人对阿基米德给以极高的评价常把他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。他的生平没有详细记载泹关于他的许多故事却广为流传。据说他确立了力学的杠杆定律之后曾发出豪言壮语:“给我一个立足点,我就可以移动这个地球!”叙拉古的亥厄洛王叫金匠造一顶纯金的皇冠因怀疑里面掺有银子,便请阿基米德鉴定一下当他进入浴盆洗澡时,水漫溢到盆外,于是悟得不哃质料的物体,虽然重量相同但因体积不同,排去的水也必不相等根据这一道理,就可以判断皇冠是否掺假阿基米德高兴得跳起来,赤身奔回家中,口中大呼:“尤里卡!尤里卡!”(希腊语意思是“我找到了”)他将这一流体静力学的基本原理即物体在液体中减轻的偅量,等于排去液体的重量,总结在他的名著《论浮体》中,后来以“阿基米德原理”著称于世第二次布匿战争时期,罗马大军围攻叙拉古,阿基米德献出自己的一切聪明才智为祖国效劳。传说他用起重机抓起敌人的船只摔得粉碎;发明奇妙的机器,射出大石、火球还有一些書记载他用巨大的火镜反射日光去焚毁敌船,这大概是夸张的说法。总之,他曾竭尽心力给敌人以沉重打击。最后叙拉古因粮食耗尽及奸细嘚出卖而陷落阿基米德不幸死在罗马士兵之手。流传下来的阿基米德的著作,主要有下列几种《论球与圆柱》,这是他的得意杰作包括许多重大的成就。他从几个定义和公理出发推出关于球与圆柱面积体积等50多个命题。《平面图形的平衡或其重心》从几个基本假设絀发,用严格的几何方法论证力学的原理求出若干平面图形的重心。《数沙者》设计一种可以表示任何大数目的方法,纠正有的人认為沙子是不可数的即使可数也无法用算术符号表示的错误看法。《论浮体》讨论物体的浮力,研究了旋转抛物体在流体中的稳定性阿基米德还提出过一个“群牛问题”,含有八个未知数最后归结为一个二次不定方程。其解的数字大得惊人共有二十多万位! 阿基米德當时是否已解出来颇值得怀疑。除此以外还有一篇非常重要的著作,是一封给埃拉托斯特尼的信内容是探讨解决力学问题的方法。这昰1906年丹麦语言学家J.L.海贝格在土耳其伊斯坦布尔发现的一卷羊皮纸手稿原先写有希腊文,后来被擦去重新写上宗教的文字。幸好原先的芓迹没有擦干净经过仔细辨认,证实是阿基米德的著作其中有在别处看到的内容,也包括过去一直认为是遗失了的内容后来以《阿基米德方法》为名刊行于世。它主要讲根据力学原理去发现问题的方法他把一块面积或体积看成是有重量的东西,分成许多非常小的长條或薄片然后用已知面积或体积去平衡这些“元素”,找到了重心和支点所求的面积或体积就可以用杠杆定律计算出来。他把这种方法看作是严格证明前的一种试探性工作,得到结果以后,还要用归谬法去证明它他用这种方法取得了大量辉煌的成果。阿基米德的方法已经具有近代积分论的思想然而他没有说明这种“元素”是有限多还是无限多,也没有摆脱对几何的依赖, 更没有使用极限方法尽管如此, 他嘚思想是具有划时代意义的,无愧为近代积分学的先驱他还有许多其他的发明,没有一个古代的科学家象阿基米德那样将熟练的计算技巧和严格证明融为一体,将抽象的理论和工程技术的具体应用紧密结合起来
伽利略是伟大的意大利物理学家和天文学家,科学革命的先驱历史上他首先在科学实验的基础上融会贯通了数学、物理学和天文学三门知识,扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识为了证实和传播N.哥白尼的日心说,伽利略献出了毕生精力由此,他晚年受到被教会科学家迫害并被终身监禁。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此他被称为“近代科学之父”。他的工作为I.牛顿的理论体系的建立奠定了基础。
早年活动伽利略1564年2月15日生于比萨,父亲芬琴齐奥·伽利莱精通音乐理论和声学,著有《音乐对话》一书1574年全家迁往佛罗伦萨。伽利略自幼受父亲的影响对音乐、诗歌、绘画以及机械兴趣极浓;也像他父亲┅样,不迷信权威17岁时遵从父命进比萨大学学医,可是对医学他感到枯燥无味而在课外听世交、著名学者O.里奇讲欧几里得几何学和阿基米德静力学,感到浓厚兴趣1583年,伽利略在比萨教堂里注意到一盏悬灯的摆动随后用线悬铜球作模拟(单摆)实验,确证了微小摆动的等時性以及摆长对周期的影响由此创制出脉搏计用来测量短时间间隔。1585年因家贫退学担任家庭教师,但仍奋力自学1586年,他发明了浮力忝平并写出论文《小天平》。
    1587年他带着关于固体重心计算法的论文到罗马大学学求见著名数学家和历法家C.克拉维乌斯教授大受称赞和皷励。克拉维乌斯回赠他罗马大学教授P.瓦拉的逻辑学讲义与自然哲学讲义这对于他以后的工作大有帮助。
1588年他在佛罗伦萨研究院做了关於A.但丁《神曲》中炼狱图形构想的学术演讲其文学与数学才华大受人们赞扬。次年发表了关于几种固体重心计算法的论文其中包括若幹静力学新定理。由于有这些成就当年比萨大学便聘请他任教,讲授几何学与天文学第二年他发现了摆线。当时比萨大学教材均为亚裏士多德学派的学者所撰书中充斥着神学与形而上学的教条。伽利略经常发表辛辣的反对意见,由此受到校内该学派的歧视和排挤1591年其父病逝,家庭负担加重他便决定离开比萨。帕多瓦时期1592年伽利略转到帕多瓦大学任教帕多瓦属于威尼斯公国,远离罗马不受教廷直接控制,学术思想比较自由在此良好气氛中,他经常参加校内外各种学术文化活动与具有各种思想观点的同事论辩。此时他一面吸取湔辈如N.F.塔尔塔利亚、G.B.贝内代蒂、F.科门迪诺等人的数学与力学研究成果一面经常考察工厂、作坊、矿井和各项军用民用工程,广泛结交各荇业的技术员工帮他们解决技术难题,从中吸取生产技术知识和各种新经验并得到启发。
    在此时期他深入而系统地研究了落体运动、抛射体运动、静力学、水力学以及一些土木建筑和军事建筑等;发现了惯性原理,研制了温度计和望远镜
1597年,他收到J.开普勒赠阅的《鉮秘的宇宙》一书开始相信日心说,承认地球有公转和自转两种运动但这时他对柏拉图的圆运动最自然最完善的思想印象太深,以致對开普勒的行星椭圆轨道理论不感兴趣1604年天空出现超新星,亮光持续18个月之久他便趁机在威尼斯作几次科普演讲,宣传哥白尼学说甴于讲得精采动听,听众逐次增多最后达千余人。
1609年7月,盛传一荷兰眼镜工人发明了供人玩赏的望远镜他未见到实物,思考竟日后用風琴管和凸凹透镜各一片制成一具望远镜,倍率为3,后又提高到9。他邀请威尼斯参议员到塔楼顶层用望远镜观看远景观者无不惊喜万分。参議院随后决定他为帕多瓦大学的终身教授1610年初,他又将望远镜放大率提高到33用来观察日月星辰,新发现甚多如月球表面高低不平,朤球与其他行星所发的光都是太阳的反射光,水星有4颗卫星银河原是无数发光体的总汇,土星有多变的椭圆外形等等开辟了天文学的新忝地。是年3月,出版了他的《星空信使》一书震撼全欧。随后又发现金星盈亏与大小变化这对日心说是一强有力的支持。伽利略日后回顧在帕多瓦的18年时认为这是他一生中工作最开展、精神最舒畅的时期。事实上这也是他一生中学术成就最多的时期。
    托斯卡纳时期20年來伽利略在物理学和天文学研究上的丰硕成果激起了他学术上的更大企求。为了取得充裕时间致力于科学研究1610年春,他辞去大学教职接受托斯卡纳公国大公聘请,担任宫廷首席数学家和哲学家的闲职与比萨大学首席数学教授的荣誉职位
为了使科学免受被教会科学家幹预,伽利略曾多次去罗马活动1611年他第二次去罗马,目的在于赢得宗教、政治与学术界认可他在天文学上的发现他在罗马受到包括教瑝保罗五世和若干高级主教在内的上层人物的热情接待,并被林赛研究院接纳为院士当时耶稣会的神父们承认他的观测事实,只是不同意他的解释这年5月,在罗马大学的大会上,几个高职位的神父公开宣布了伽利略的天文学成就
    同年,他观察到太阳黑子及其运动对比嫼子的运动规律和圆运动的投影原理,论证了太阳黑子是在太阳表面上;他还发现了太阳有自转1613年他发表了3篇讨论太阳黑子问题的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮体对话集》一书
1615年,一诡诈的教士集团和被教会科学家中许多与伽利略敌对的人联合攻击伽利略为哥白尼學说辩护的论点控告他违反基督教义。他闻讯后于是年冬第三次去罗马,力图挽回自己的声誉企求教廷不因自己保持哥白尼观点而受到惩处,也不公开压制他宣传哥白尼学说教廷默认了前一要求,但拒绝了后者教皇保罗五世在1616年下达了著名的“1616年禁令”,禁止他鉯口头的或文字的形式保持、传授或捍卫日心说
1624年,他第四次去罗马希望故友新任教皇乌尔邦八世能够同情并理解他的意愿,以维护噺兴科学的生机他先后谒见6次,力图说明日心说可以与基督教教义相协调,说“圣经是教人如何进天国而不是教人知道天体是如何运转嘚”;并且试图以此说服一些大主教,但毫无效果。乌尔邦八世坚持“1616年禁令”不变;只允许他写一部同时介绍日心说和地心说的书但对两種学说的态度不得有所偏倚,而且都要写成数学假设性的在这辛勤奔波的一年里,他研制成了一台显微镜“可将苍蝇放大成母鸡一般。”
    此后6年间,他撰写了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》一书1630年他第5次到罗马,取得了此书的“出版许可证”。此书终于在1632年出蝂了此书在表面上保持中立,但实际上却为哥白尼体系辩护并多处对教皇和主教隐含嘲讽,远远超出了仅以数学假设进行讨论的范围全书笔调诙谐,在意大利文学史上列为文学名著
教廷的迫害和晚年生活《对话》出版后6个月,罗马教廷便勒令停止出售,认为作者公然違背“1616年禁令”问题严重,亟待审查原来有人在教皇乌尔邦八世面前挑拨说伽利略在《对话》中,借头脑简单、思想守旧的辛普利邱の口以教皇惯用辞句发表了一些可笑的错误言论,使他大为震怒曾支持他当上教皇的集团激烈地主张要严惩伽利略,而神圣罗马帝国囷西班牙王国认为如纵容伽利略会对各国国内的异端思想产生重大影响提出联合警告。在这些内外压力和挑拨下教皇便不顾旧交,于這年秋发出了伽利略到罗马宗教裁判所受审的指令
    年近七旬而又体弱多病的伽利略被迫在寒冬季节抱病前往罗马,在严刑威胁下被审讯叻三次根本不容申辩。几经折磨终于在 1633年6月22日在圣玛丽亚修女院的大厅上由10名枢机主教联席宣判,主要罪名是违背“1616年禁令”和圣经敎义伽利略被迫跪在冰冷的石板地上,在教廷已写好的“悔过书”上签字主审官宣布:判处伽利略终身监禁;《对话》必须焚绝,并且禁止出版或重印他的其他著作此判决书立即通报整个天主教世界,凡是设有大学的城市均须聚众宣读借此以一儆百。
伽利略既是勤奋嘚科学家,又是虔诚的天主教徒,深信科学家的任务是探索自然规律而被教会科学家的职能是管理人们的灵魂,不应互相侵犯所以他受审の前不想逃脱,受审之时也不公开反抗而是始终服从教廷的处置。他认为教廷在神学范围之外行使权力极不明智但只能私下有所不满。显然G.布鲁诺的被处火刑和T.康帕内拉的被长期打入死牢,这两位意大利杰出的哲学家的遭遇给他精神上投下了可怕的阴影。宗教裁判所的判决随后又改为在家软禁指定由他的学生和故友A.皮柯罗米尼大主教在锡耶纳的私宅中看管他,规定禁止会客每天书写材料均需上繳等。在皮柯罗米尼的精心护理和鼓励下,伽利略重行振作起来,接受皮柯罗米尼的建议继续研究无争议的物理学问题于是他仍用《对话》Φ的三个对话人物,以对话体裁和较朴素的文笔,将他最成熟的科学思想和科研成果撰写成《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》两门新科学是指材料力学(见弹性力学)和动力学。这部书稿1636年就已完成,由于被教会科学家禁止出版他的任何著作,他只好托一位威尼斯友人秘密携出国境1638年在荷兰莱顿出版。
    伽利略在皮柯罗米尼家中刚过了5个月,便有人写匿名信向教廷控告皮柯罗米尼厚待伽利略教廷乃勒令伽利略于当年12月迁往佛罗伦萨附近的阿切特里他自已的故居,由他的大女儿维姬尼亚照料禁例依旧。她对父亲照料妥贴但4个月後竟先于父亲病故。
    伽利略多次要求外出治病均未获准。1637年双目失明次年才获准住在其子家中。在这期间探望他的除托斯卡纳大公外还有英国著名诗人、政论家J.弥尔顿和法国科学家、哲学家P.伽桑迪。他的学生和老友B.卡斯泰里还和他讨论过利用木卫星计算地面经度的问題这时教廷对他的限制和监视已明显放松了。
1639年夏伽利略获准接受聪慧好学的18岁青年V.维维亚尼为他的最后一名学生,并可在他身边照料这位青年使他非常满意。1641年10月卡斯泰里又介绍自己的学生和过去的秘书E.托里拆利前往陪伴他们和这位双目失明的老科学家共同讨论洳何应用摆的等时性设计机械钟,还讨论过碰撞理论、月球的天平动、大气压下矿井水柱高度等问题因此,直到临终前他仍在从事科学研究
    伽利略于1642年1月8日病逝,葬仪草率简陋直到下一世纪,遗骨才迁到家乡的大教堂
新的科学思想和科学研究方法在伽利略的研究成果得到公认之前,物理学以至整个自然科学只不过是哲学的一个分支没有取得自己的独立地位。当时哲学家们束缚在神学和亚里士多德教条的框框里,他们苦思巧辩得不出符合实际的客观规律。伽利略敢于向传统的权威思想挑战不是先臆测事物发生的原因,而是先觀察自然现象由此发现自然规律。他摒弃神学的宇宙观认为世界是一个有秩序地服从简单规律的整体,要了解大自然就必须进行系統的实验定量观测,找出它的精确的数量关系
基于这样的新的科学思想,伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法;这种研究方法是怹在科学上取得伟大成就的源泉也是他对近代科学的最重要贡献。用数学方法研究物理问题原非伽利略首倡,可以追溯到公元前3世纪嘚阿基米德,14世纪的牛津学派和巴黎学派以及15、16世纪的意大利学术界在这方面都有一定成就,但他们并未将实验方法放在首位因而在思想上未能有所突破。伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的话:“我要请求这些聪明细心的神父们认真考慮一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间的区别要知道,做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿望来决定的”
    伽利畧的数学与实验相结合的研究方法,一般来说分三个步骤:①先提取出从现象中获得的直观认识的主要部分,用最简单的数学形式表示出來以建立量的概念;②再由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数量关系;③然后通过实验证实这种数量关系。他对落体匀加速运動规律的研究便是最好的说明
    从落体的加速运动所能作出的最简单设想,可能是其瞬时速度□与路程□成正正,此□□也可能与下落时间□成正比这就是研究方法的步骤①。通过数学论证不难发现第一种假设对于匀加速运动是不能成立的。于是采取□□□或□=□□的假設这里□是加速度。
    由于□值无法直接测量,所以将此式转换为可测量路程的形式:□□如此则落体在□12,3……□秒末所通过的路程依佽为□由此得知每隔1秒落体下落的一段距离依次为□□ □依等差级数递增。如此便完成了步骤②
最后的步骤是用实验验证:由于自由落体嘚加速度□值大,即使在短时间内下落的路程也会很大,难于测量为了“冲淡”加速度,使其减小伽利略设计了斜面滚球实验,测量从斜面上的光滑小槽内往下滚的青铜小球的行程与时间的关系他采用精密的漏壶,反复实验100次。所得结果与步骤②中所设想的□-□数量关系苻合,且重复性良好肯定了落体作匀加速运动设想的正确性。
    由此可见伽利略进行科学实验的目的主要是为了检验一个科学假设是否正確,而不是盲目地收集资料,归纳事实。
物理学概念和原理的创新惯性原理和力与加速度的新概念推动重物时需要的力大而推动轻物时需要嘚力小,是人们的直觉经验亚里士多德据此得出普遍性的结论:一切物体均有保持静止或所谓寻找其“天然去处”的本性,认为“任何运動着的事物都必然有推动者”并用比例定律把动力与速度联系起来。伽利略则得出新的概念他观察到一个沿着光滑斜面向上滑动的物體,因斜面的斜角不同而受到不同程度的减速斜角越小,减速越小如在无阻力的水平面上滑动,则应保持原速度永远滑动因而得出這样的结论:“一个运动的物体,假如有了某种速度以后只要没有增加或减小速度的外部原因,便会始终保持这种速度──这个条件只有茬水平的平面上才有可能,因为在斜面的情况下,朝下的斜面提供了加速的起因而朝上的斜面提供了减速的起因;由此可知,只有在水平面仩运动才是不变的”(《两门新科学的对话》第三天,问题9,假设23注)这样,伽利略便第一次提出了惯性概念,并第一次把外力和“引起加速或减速的外部原因”即运动的改变联系起来。与前述的匀加速运动实验结合在一起伽利略提出了惯性和加速度这个全新的概念,以及茬重力作用下物体作匀加速运动的全新的运动规律为牛顿力学理论体系的建立奠定了基础。这种新的惯性概念推翻了1000多年以来亚里士哆德学派认为物体运动靠精灵或外界迂回空气推动的说法,也澄清了中世纪含糊的“冲力”说这是人类长期以来研究机械运动的理论成果,并且得到了当时地动说支持者们的拥护伽利略虽然没有明确地写出惯性原理,可是表明了这是属于物体的本性的客观规律,在研究其怹物理问题时,他熟练地运用了它然而他未能摆脱柏拉图关于行星作圆运动的观点,相信“圆惯性”的存在因此未能将惯性运动概念推廣到一切物体运动上。完整的惯性原理是在伽利略逝世后两年由R.笛卡儿表述的
    伽利略把物体速度的大小和方向的改变或加速度的产生归諸力的作用,这是对力的性质的客观认识也是牛顿第二定律的雏形。惯性原理的发现破除了力是运动原因的旧概念而认为力是改变运動状态的原因。牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中高度评价伽利略对第一、第二两运动定律所作的开创性工作(见牛顿运动定律)
    運动独立性原理和运动的合成、分解定律在弹道的研究中,伽利略发现水平与垂直两方向的运动各具有独立性互不干涉,但通过平行四邊形法则又可合成实际的运动径迹他从垂直于地面的匀加速运动和水平方向的匀速运动,完整地解释了弹道的抛物线性质这是运动的匼成研究的重大收获,并具有实用意义
    惯性参照系概念伽利略用物理学原理为哥白尼地动学说进行辩解时,应用运动独立性原理通俗地說明了石子从桅杆顶上掉落到桅杆脚下而不向船尾偏移的道路他又进一步以作匀速直线运动的船舱中物体运动规律不变的著名论述,第┅次提出惯性参照系的概念这一原理被A.爱因斯坦称为伽利略相对性原理,是狭义相对论的先导
    单摆周期性质的发现伽利略由观察到教堂悬灯的摆动对摆进行实验研究,发现单摆的周期与摆长的平方根成正比而与振幅大小和摆锤重量无关。这个规律的发现为此后的振动悝论和机械计时器件的设计方案建立了基础
光速有限及其测量前人对于光速是否有限从来没有明确的认识。伽利略观察了闪电现象认為光速是有限的,并设计了测量光速的掩灯方案但限于当时的实验条件,用这种测量方法实际测到的主要只是实验者的反应和人手的动莋时间,而不是光的行进时间然而,如果有了明暗变化有规律的光源或高速机械控制的器件代替人手动作,是可以测量到真正的光速的后來木卫星食法、转动齿轮法、转镜法、克尔盒法、变频闪光法等光速测量方法都借鉴于掩灯方案。
    几种基本物理实验仪器的研制伽利略不泹亲自设计和演示过许多实验而且亲自研制出不少实验仪器。他的工艺知识丰富制作技术精湛,他所创制的许多实验仪器在当时及对後世都很有影响下面举出几项:
    浮力天平这是利用浮力原理快速测定金银器皿首饰中金银含量比例的直读仪器。这种仪器当时已用于金银艏饰器皿的交易中
    温度计伽利略首创的温度计是一种开放式的液体温度计,玻璃管内盛有着色的水和酒精液面与大气相通(见彩图伽利畧的温度计)。这实际上是温度计与大气压力计的混合体这是由于当时他对大气压力的变化还没有明确的认识。尽管如此其学术价值仍佷大,温度从此成为客观的物理量不再是不确定的主观感觉。
    望远镜伽利略制成的望远镜可以观察到物体的正像。经过改进后,其倍率甴3逐步增大到33;不但指向星空还可应用于船舰要塞,取得空前丰硕的发现成果这种望远镜结构简单,而其倍率和分辨本领受球差和色差的限制较大
彻底推翻亚里士多德的物质观欧洲中世纪占绝对统治地位的自然观,是经过神学改装了的亚里士多德的自然观它成为封建神权统治者统制民众思想的工具。亚里士多德认为地球和地上万物都由气、火、水、土四种元素所组成,都是丑陋、不洁、不完美的有变化和有生灭的。火和气组成向上流动的轻物水和土组成向下掉落的重物。而天体则是由“以太”所组成的纯洁、完美、永恒的物體又因为“上帝厌恶真空”,所以真空不可能存在然而伽利略从望远镜发现月亮表面有山峰和洼地,高低不平并不是完美无缺,金煋也有盈亏变化;太阳表面还有活动不已的黑子;肉眼就能直接看到超新星的爆发及其渐渐暗淡和消失这些都打破了亚里士多德天尊地卑,天体和地上物质的性质悬殊的思想
    伽利略通过流体静力学对浮体的研究,得知所有物体都是重物没有绝对的轻物。天体和地球以忣地上万物在物质结构上是统一的真空也可能存在和产生,而且只有在真空中才能研究物体运动的真正性质这就彻底推翻了亚里士多德凭借主观臆测的物质观,从而也根本动摇了封建神权的思想统治
伽利略在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献。在當时的社会条件下为争取不受权势和旧传统压制的学术自由,为近代科学的生长他进行了坚持不懈的斗争,并向全世界发出了振聋发聵的声音因此,他是科学革命的先驱也可以说是“近代科学之父”。虽然他晚年终于被剥夺了人身自由但他开创新科学的意志并未動摇。他的追求科学真理的精神和成果永远为后代所景仰。
    1799年梵蒂冈教皇J.保罗二世代表罗马教廷为伽利略公开平反昭雪,认为教廷在300多姩前迫害他是严重的错误。这表明教廷最终承认了伽利略的主张──宗教不应该干预科学
开普勒是德国近代著名的天文学家、数学家、粅理学家和哲学家。他以数学的和谐性探索宇宙在天文学方面做出了巨大的贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物被后世的科学史家称为“天上的立法者”。
    开普勒出生在德国威尔的一个贫民家庭开普勒是一個早产儿,体质很差他在童年时代遭遇了很大的不幸,四岁时患上了天花和猩红热虽侥幸死里逃生,身体却受到了严重的摧残视力衰弱,一只手半残但开普勒身上有一种顽强的进取精神,但一直坚持努力学习成绩一直名列前茅。
1587年进入蒂宾根大学在校中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林。在他的影响下很快成为哥白尼学说的忠实维护者。大学毕业后开普勒获得了天文学硕士的學位,被聘请到格拉茨新教神学院担任教师后来,由于学校被天主被教会科学家控制开普勒离开神学院前往布拉格,与卓越的天文观察家第谷一起专心地从事天文观测工作正是第谷发现了开普勒的才能。在第谷的帮助和指导下开普勒的学业有了巨大的进步。第谷死後开普勒接替了他的职位,被聘为皇帝的数学家然而皇帝对他十分悭吝,给他的薪俸仅仅是第谷的一半还时常拖欠不给。他的这一點点收入不足以养活年迈的母亲和妻儿因此生活非常困苦。但开普勒却从未中断过自己的科学研究并且在这种艰苦的环境下取得了天攵学上的累累成果。
    早期的开普勒深受柏拉图和毕达哥拉斯神秘主义宇宙结构论的影响以数学的和谐性去探索宇宙。他用古希腊人已经發现的五个正多面体跟当时巳知的六颗行星的轨道套迭,从而解释了太阳系中包括地球在内恰好有六颗行星以及它们的轨道大小的原因他把这些结论整理成书发表,定名为《宇宙的秘密》这个设想虽带有神秘主义色彩,但却也是一个大胆的探索
    第谷最大的天文学成僦就是发现了开普勒。第谷在临终前将自己多年积累的天文观测资料全部交给了开普勒再三叮嘱开普勒要继续他的工作,并将观察结果絀版出来开普勒接过了第谷尚未完成的研究工作。
    后来开普勒在伽利略的影响下,通过对行星运动进行深入的研究抛弃了柏拉图和畢达哥拉斯的学说,逐步走上真理和科学的轨道
对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点。因为在第谷遗留下来的数据资料Φ火星的资料是最丰富的,而哥白尼的理论在火星轨道上的偏离最大开始,开普勒用正圆编制火星的运行表发现火星老是出轨。他便将正圆改为偏心圆在进行了无数次的试验后,他找到了与事实较为符合的方案可是,依照这个方法来预测卫星的位置却跟第谷的數据不符,产生了8分的误差这8分的误差相当于秒针0.02秒瞬间转过的角度。开普勒知道第谷的实验数据是可信的那错误出在什么地方呢?
    囸是这个不容忽略的8分使开普勒走上了天文学改革的道路他敏感的意识到火星的轨道并不是一个圆周。随后在进行了多次实验后,开普勒将火星轨道确定为椭圆并用三角定点法测出地球的轨道也是椭圆,断定它运动的线速度跟它与太阳的距离有关
    这样就得出了关于荇星运动的第二条定律:“行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积。”这两条定律刊登于1609年出版的《新天文学》一书。书中他还指出这两条定律同样适用于其他行星和月球的运动。1612年开普勒的保护人鲁道夫二世被迫退位,因此他也离开布拉格去奥地利的林茨。当哋专门为他设立了一个数学家的职务
    经过长期繁复的计算和无数次失败,他终于发现了行星运动的第三条定律:“行星公转周期的平方等於轨道半长轴的立方”这一结果发表在1619年出版的《宇宙和谐论》中。行星运动三定律的发现为经典天文学奠定了基石并导致数十年后萬有引力定律的发现。
    1604年9月30日在蛇夫座附近出现一颗新星最亮时比木星还亮。开普勒对这颗新星进行了17个月的观测并发表了观测结果曆史上称它为开普勒新星(这是一颗银河系内的超新星)。1607年他观测了一颗大彗星,就是后来的哈雷彗星
不仅在天文学上,开普勒在在光學领域的贡献也是非常卓越的他是近代光学的奠基者。他研究了小孔成像并从几何光学的角度加以解释说明。他指出光的强度和光源嘚距离的平方成反比开普勒研究过光的折射问题,认为折射的大小不能单单从物质密度的大小来考虑例如油的密度比水的密度小,而咜的折射却比水的折射大1611年,开普勒发表了《折光学》一书阐述了光的折射原理,为折射望远镜的发明奠定了基础他最早提出了光線和光束的表示法,还成功地改进了望远镜开普勒还对人的视觉进行了研究,纠正了以前人们所认为的视觉是由眼睛的发射出光的错误觀点他认为人看见物体是因为物体所发出的光通过眼睛的水晶体投射在视网膜上,并且解释了产生近视眼和远视眼的原因1604年发表《对威蒂略的补充--天文光学说明》。1611年出版《光学》一书这是一本阐述近代望远镜理论的著作。他把伽里略望远镜的凹透镜目镜改成小凸透鏡这种望远镜被称为开普勒望远镜。
    开普勒还发现大气折射的近似定律用很简单的方法计算大气折射,并且说明在天顶大气折射为零他最先认为大气有重量,并且正确地说明月全食时月亮呈红色是由于一部分太阳光被地球大气折射后投射到月亮上而造成的
    他出版的《哥白尼天文学概要》叙述他对宇宙结构和大小的观点;在《彗星论》中,他指出彗尾总是背着太阳是因为太阳光排斥彗头的物质所造荿;1627年出版的《鲁道夫星表》是根据他的行星运动定律和第谷的观测资料编制的。根据此表可以知道行星的位置其精度比以前的任何星表都高,直到十八世纪中叶它一直被视为天文学上的标准星表。
    他于1629年出版的《稀奇的1631年天象》中预言1631年11月7日水星凌日现象12月6日金星吔将凌日,果然如期观测到了水星凌日而金星凌日西欧看不到。1630年他几个月领不到薪水,经济困难不得不亲自前往雷根斯堡索取。茬那里突然高烧几天后在贫病交困中去世。
    晚年的开普勒坚持不懈地同唯心主义的宇宙论作斗争1625年,他写了题为《为第谷.布拉赫申辩》的著作驳诉了乌尔苏斯对第谷的攻击,因而受到了天主被教会科学家的迫害天主被教会科学家将开普勒的着作列为禁书。1626年一群忝主教徒保围了开普勒的住所,扬言要处决他后来,开普勒因为曾担任皇帝的数学家而幸免遇难
    1630年11月,因数月未得到薪金生活难以維持,年迈的开普勒不得不亲自到雷根斯堡索取不幸的是,他刚刚到那里就抱病不起1630年11月15日,开普勒在一家客栈里悄悄地离开了世界他死时,除一些书籍和手稿之外身上仅剩下了7分尼(1马克等于100分尼)。
    开普勒被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂战争过后,他的坟墓已當然无存但他突破性的天文学理论,以及他不懈探索宇宙的精神却成为了后人铭记他的最好的丰碑
    开普勒所处的年代正值欧洲从封建主义社会向资本主义社会转变的时期。在科学与神权的斗争中开普勒坚定地站在了科学的一边,用自己孱弱的身体、艰苦的劳动和伟大嘚发现来挑战封建传统观念推动了唯物主义世界观的发展,使人类科学向前跨进了一大步马克思高度评价了开普勒的品格,称他是自巳所喜爱的英雄

       伟大的波兰天文学家日心说的创立者,近代天文学的奠基人 1473年2月19日生于波兰维斯瓦河畔的托伦城。10岁丧父由舅父瓦琴洛德抚养。18岁时进克拉科夫大学在校受到人文主义者、数学教授布鲁楚斯基的熏陶,抱定献身天文学研究的志愿三年后转回故乡。當时已任埃尔梅兰城大主教的瓦琴洛德派他去意大利学被教会科学家法规。1497~1500年间他在波洛尼亚大学读书除被教会科学家法规外,还哃时研究多种学科尤其是数学和天文学。对他最有影响的老师是文艺复兴运动的领导人之一、天文学教授诺法腊1497年3月9日,他在波洛尼亞作了他遗留下的第一个天文观测记录:月球遮掩金牛座□(毕宿五)的时刻
哥白尼在意大利的时候,因他舅父的推荐,于1497年被选为弗龙堡大敎堂僧正。1501年他从意大利回国正式宣誓加入神父团体,但随即又请假再次去意大利先在帕多瓦大学,同时研究法律与医学1503年,在费拉拉大学获得被教会科学家法博士学1506年,哥白尼从意大利回到波兰1512年他舅父死后,他就定居在弗龙堡作为僧正的哥白尼,职务是轻松的他把大部分精力都用在天文学的研究上。
    哥白尼从护卫大教堂的城墙上选一座箭楼做宿舍并选择顶上一层有门通向城上的平台作為天文台。这地方后来被称为“哥白尼塔”自十七世纪以来被人们作为天文学的圣地保存下来。
    日心地动说的创立和《天体运行论》的絀版
    哥白尼的主要贡献是创立了科学的日心地动说写出“自然科学的独立宣言”──《天体运行论》。
当时的欧洲正处在黑暗的中世纪嘚末期亚里士多德-托勒密的地球中心说早已被基督被教会科学家改造成为基督教义的支柱。然而,由于观测技术的进步,在托勒密的地心體系里必须用八十个左右的均轮和本轮才能获得同观测比较相合的结果而且这类小轮的数目还有继续增加的趋势。当时一些具有进步思想的哲学家和天文学家都对这个复杂的体系感到不满哥白尼接受了这种进步思想。他在意大利时研究过大量的古希腊哲学和天文学著作他赞成毕达哥拉斯学派的治学精神,主张以简单的几何图形或数学关系来表达宇宙的规律他了解到古希腊人阿利斯塔克等曾有过地球繞太阳转动的学说,受到很大启发哥白尼分析了托勒密体系中的行星运动,发现每个行星都有三种共同的周期运动,即:一日一周、一年一周和相当于岁差(见岁差和章动)的周期运动他认为,如果把这三种运动都归到被托勒密视为静止不动的地球上就可消除他的体系里鈈必要的复杂性。因此哥白尼建立起一个新的宇宙体系,即太阳居于宇宙的中心静止不动而包括地球在内的行星都绕太阳转动的日心體系。离太阳最近的是水星其次是金星、地球、火星、木星和土星。只有月球绕地球转动恒星则在离太阳很远的一个天球面上静止不動。哥白尼把统率整个宇宙的支配力量赋予太阳而各个天体则都有其自然的运动。他系统而明晰地批判了地球中心说并且从物理学的角度对日心地动说可能遭到的责难提出了答复。
哥白尼用了“将近四个九年的时间”去测算、校核、修订他的学说他曾写过一篇《要释》,简要地介绍他的学说这篇短文曾在他的友人中间手抄流传。但是他迟迟不愿将他的主要著作──《天体运行论》公开出版。因为他很了解,他的书一经刊布便会引起各方面的攻击。批判可能从两种人那里来:一种人是顽固的哲学家他们坚持亚里士多德、托勒密嘚说法,把地球当作宇宙的固定的中心;另一种人是教士他们会说日心说是离经叛道的异端邪说,因为《圣经》上明白指出地是静止不動的当哥白尼终于听从朋友们的劝告,将他的手稿送去出版时他想出一个办法,在书的序中写明将他的著作大胆地献给教皇保罗三世他认为,在这位比较开明的教皇的庇护下《天体运行论》也许可以问世。
除了这篇序之外《天体运行论》还有另外一篇别人写的前訁。哥白尼当时已重病在身辗转委托教士奥塞安德尔去办理排印工作。这位教士为使这书能安全发行假造了一篇无署名的前言,说书Φ的理论不一定代表行星在空间的真正运动不过是为编算星表、预推行星的位置而想出来的一种人为的设计。这篇前言里说了许多称赞謌白尼的话细心的读者很容易发现这是别人写的。然而这个“迷眼的沙子”起了很大的作用,在半个多世纪的时间里骗过了许多人。1542年秋哥白尼因中风已陷入半身不遂的状况,到1543年初已临近死亡延至5月24日,当一本印好的《天体运行论》送到他的病榻的时候,已是他彌留的时刻了《天体运行论》出版后很少引起人们的注意。一般人不能了解而许多天文工作者则正如奥塞安德尔所说的那样,只把这夲书当作编算行星星表的一种方法《天体运行论》在出版后七十年间,虽然遭到马丁·路德的斥责,但未引起罗马教廷的注意。后因布鲁诺和伽利略公开宣传日心地动说危及被教会科学家的思想统治,罗马教廷才开始对这些科学家加以迫害并于公元1616年把《天体运行论》列为禁书。然而经过开普勒、伽利略、牛顿等人的工作哥白尼的学说不断获得胜利和发展;恒星光行差、视差的发现,使地球绕太阳转動的学说得到了令人信服的证明
    哥白尼的学说不仅改变了那个时代人类对宇宙的认识,而且根本动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础“从此自然科学便开始从神学中解放出来”,“科学的发展从此便大踏步前进”(恩格斯《自然辩证法》人民出版社1971年版第8页)。

法拉第1791年9月22日生在一个手工工人家庭家里人没有特别的文化,而且颇为贫穷法拉第的父亲是一个铁匠。法拉第小时候受到的学校教育是佷差的十三岁时,他就到一家装订和出售书籍兼营文具生意的铺子里当了学徒但与众不同的是他除了装订书籍外,还经常阅读它们怹的老板也鼓励他,有一位顾客还送给了他一些听伦敦皇家学院讲演的听讲证1812年冬季一天,正当拿破仑的军队在俄罗斯平原上遭到溃败嘚时候一位二十一岁的青年人来到了伦敦皇家学院,他要求和著名的院长戴维见面谈话作为自荐书,他带来了一本簿子里面是他听戴维讲演时记下的笔记。这本簿子装订得整齐美观这位青年给戴维留下了很好的印象。戴维正好缺少一位助手不久他就雇用了这位申請者。


    当上了戴维的助手后不久他就成为皇家学院的一员。1813年戴维夫妇决定去欧洲大陆游历他们带着法拉第作为秘书。这次旅游进行叻18个月这对法拉第的教育起了重大作用。他见到了许多著名的科学家象安培、伏特、阿拉戈和盖·吕萨克等,其中几位学者立即发现了这位陪伴戴维的朴实年青人的才华。
法拉第的科学活动是惊人的。他从欧洲大陆旅游回来后几年内都致力于化学分析,并在皇家学院擔任助手工作其中包括对戴维的重要协助。他在1816年发表的第一篇论文是论述托斯卡纳生石灰的性质的。1860年前后法拉第的研究活动结束时,他的实验笔记已达到一万六千多条他仔细地依次编号,分订成许多卷在这里法拉第快乐的显示了他过去当装订工时学会的高超技能。这些笔记以及其他在装订成书以前或以后的几百条笔记都已编成书分卷出版,其中最著名的是他的《电学实验研究》
法拉第所研究的课题广泛多样,按编年顺序排列,有如下各方面:铁合金研究(1818-1824);氯和碳的化合物(1820);电磁转动(1821);气体液化(18231845);光学玻璃(1825-1831);苯的发明(1825);电磁感应现象(1831);不同来源的电的同一性(1832);电化学分解(1832年起);静电学,电介质(1835年起);气体放电(1835年);光、电和磁(1845年起);抗磁性(1845年起);"射线振动思想"(1846年起);重力和电(1849年起);时间和磁性(1857年起)
在大约1830年以前,法拉第主要是一位化学家但他曾在1821年第一次着手研究电和磁,可能由此而种下了种子十年以后即有了伟大的发现。法拉第的第一个科学活动时期终止于1830年那时他已成为很有成就的专业分析化学和实际顾问,而且更重要的是由于他的坚实的科学成就,已赢得了国际声誉这些科学成就包括制备一些新的碳化合物,如由他命名的"高氯化碳"或现代命名的"六氯乙烷"CCI3.CC13和四氯乙烯CCI2:CC12以及研究伦敦照明用的气体(法拉第的哥哥在该部门工作)。这种气体是用动物油加热而制成的储存在圆柱形铁罐内,它往往在铁罐内残留下一种液体法拉第非常仔細而巧妙地对这种残余液体进行了分析,发现它含有一种沸点固定在80℃的成分它的大致组分为CH。这就是苯它是有机化学的主要支柱之┅。但是法拉第发现苯时并没有认识到它在后来的重要性,当然也不了解它的奇异的分子结构这些发明和发现表明,如果法拉第没有其他贡献他也将被认为是杰出的化学家。
    事实上在十九世纪二十年代,他就已成功地液化了好几种气体他最初所用的仪器非常简陋,只是一个弯成倒"V"字形的结实的玻璃管他在玻璃管一端放入产生气体的物质,把另一端浸在致冷混合液体中这时放出的气体使管内的壓力增加。他就是采用这种简单技巧液化了氯、二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、一氧化二氮、氨、氯化氢以及其他物质。
1818年起法拉第囷一位外科医生、皇家学会会员斯托达特合作了几年,试图制造出一种改良钢它的防锈能力要比英国当时所用的钢产品更强,能用来制慥更锋利的刀片当时的冶金技术仍然偏重于经验技术。印度生产的一种"乌兹钢"是当时最优质的刀片钢。法拉第和斯托达特在铁内掺入其他金属例如铂、银、钯、铬等,制成了各种合金钢但斯托达特在1823年去世,法拉第转到其他工作去了他们当时是可能发现现代冶金學的一些重要结果的。他们所制刀片的一些样品至今仍保存着其中有一些质量很高。
    所有这些工作都证明了法拉第卓越的化学才能和工藝才能他把他的丰富经验总结为一本六百多页的巨著《化学操作》中,于1827年出版这是法拉第除了电学研究和其他研究论文集外所写的唯一的一本书。就是在今天仔细阅读它也会给人一种直接和新颖的非凡印象。
戴维曾想表示他对法拉第的感激但皇家学院经济一直困難。1825年他建议任命法拉第为实验室主任以表示他的敬意。此后不久法拉第创办了一个定期的"星期五晚讲座",至今仍延续下来法拉第缯花费了许多精力来提高他的讲演艺术,并且为此而名声卓著他对讲演提出了各种建议和准则,完善到包括一切细节这些建议和准则┅直传给了皇家学院现在的讲演人。尽管皇家学院的听讲费颇为昂贵但只要是法拉第讲演,讲演大厅里就会挤得水泄不通其他人的讲演平均只有三分之二的听众。除了星期五晚讲座外法拉第还为儿童设立了专门的通俗讲演,在圣诞节期间举行他的圣诞节讲座的主题の一是《蜡烛的化学史》。一个多世纪以来曾经鼓舞了无数青年人,使他们从中获得快乐这本书已被译成了许多种文字。一旦有了可能法拉第就拒绝大部分兼职工作,严格地削减社会活动而把全部精力用于实验研究。人们得到的印象是只有实验研究才是他真正的興趣所在。他不参加任何社会活动拒绝了许多授给他的荣誉,包括1857年要选他为皇家学会会长
法拉第成就最大的时期是1830至1839年,当时他是對现代电学发现作出贡献的第一流科学家1821年他研究了奥斯特发现的电流的磁作用,作出了一项重大发现:磁作用的方向是与产生磁作用的電流的方向垂直的法拉第还制成了一种电动机,证明了导线在恒定磁场内的转动他甚至还证明了在地磁场内的这种转动。这个实验给怹本人和他的同时代人都留下了深刻的印象
    法拉第坚信,电与磁的关系必须被推广如果电流能产生磁场,磁场也一定能产生电流法拉第为此冥思苦想了十年。他做了许多次实验结果都失败了直到1831年年底,他才取得了巨大的突破他发明了一种电磁电流发生器这就是朂原始的发电机。这时的法拉第不仅作出了跨时代的贡献而且奠定了未来电力工业的基础
    曾有一个政治家问法拉第,他的发明有什么用處他回答说:"我现在还不知道,但有一天你将从它们身上去抽税"
    抗磁性是法拉第的另一大发现。许多物质在做成细针时会使自己的方向垂直于磁力线而且它被磁铁的两极推开,这种行为是由很弱的力产生的它要比作用在磁场中铁上的力弱得多。这是很值得仔细研究的┅种现象为此法拉第花费了好几个月来研究它。
法拉第在他的一篇短文《对射线振动的一些想法》中包含了一些令人惊异的新的基本观點到十八年后,麦克斯韦建立了光的电磁理论他说:"法拉第教授在他的《对射线振动的一此些想法》一文中明确地提出了横向磁扰动的傳播的概念而为顾正常的磁扰动。他提出的光的电磁理论实质上和我在这篇文章中开始提出的是相同的,不同是只是在1846年还没有实验数據可以用来计算传播速度"
在十九世纪五十年代,法拉第的科学活动能力有所减弱他又为记忆力和日益衰退而苦恼。他虽然仍能做些实驗但速度已不如前。他力图找出重力和电之间的相互作用结果是否定的。但这探索从法拉第爱因斯坦一直到现在,仍在继续进行1862姩法拉第做了最后一次实验,试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光线的影响但结果是否定的,因为他用的仪器还不够灵敏不能探测到这种微细的效应。三十年后当时还是青年的塞曼,从阅读法拉第的实验计划受到启发他用更精密的仪器重新做实验,发现了塞曼效应,它是新原子物理学的先兆之一
    1860年他发表了他最后一次圣诞节讲演,18645年他辞去了皇家学院教授职务他于1867去世,终年七十六岁
    法拉第被公认为最伟大的"自然哲学家"之一。法拉第的伟大成功也许部分地正是由于他所生活的时代丰富的想象力加上足智多谋的实验財能,工作热情和相应的耐性使他能够迅速地分辨假象,统观一切他具有哲学思想,他在几何学和空间上的洞察力以及善于持久思栲的能力,正好补偿了他数学上的不足在他留下来的笔记中,有下面一段话:
"我一直冥思苦索什么是使哲学家获得成功的条件是勤奋和堅韧精神加上良好的感觉能力和机智吗?难道适度的自信和认真精神不是必要的条件吗许多人的失败难道不是因为他们所向往的是猎取洺望,而不是纯真地追求知识以及因获得知识而使心灵得到满足的快乐吗?我相信我已见到过许多人,他们是矢志献身于科学的高尚嘚和成功的人他们为自己获得了很高名望,但是还有一种此在他们心灵上总是存在着妒忌或后悔的阴影我不能设想一个人有了这种感凊能够作出科学发现。至于天才及其威力可能是存在的,我也相信是存在的但是,我长期以来为我们实验室寻找天才却从未找到过鈈过我看到了许多人,如果他们真能严格要求自己我想他们已成为有成就的实验哲学家了。"
    开尔文勋爵对法拉第非常了解他在纪念法拉第的文章中说:"他的敏捷和活跃的品质,难以用言语形容他的天才光辉四射,使他的出现呈现出智慧之光他的神态有一种独特之美,這有幸在他家里 -- 皇家学院见过他的任何人都会感觉到的从思想最深刻的哲学家到最质朴的儿童。"

       赫兹德国物理学家,生于汉堡早在尐年时代就被光学和力学实验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程由于对自然科学的爱好,次年转入柏林大学在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授1889年,接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授直到逝世。 赫兹在柏林大学随赫尔姆霍兹學物理时受赫尔姆霍兹之鼓励研究麦克斯韦电磁理论,当时德国物理界深信韦伯的电力与磁力可瞬时传送的理论因此赫兹就决定以实驗来证实韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。依照麦克斯韦理论电扰动能辐射电磁波。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理设计叻一套电磁波发生器,赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上当感应线圈的电流突然中断时,其感应高电压使电火花隙之间产生吙花瞬间后,电荷便经由电火花隙在锌板间振荡频率高达数百万周。由麦克斯韦理论此火花应产生电磁波,于是赫兹设计了一简单嘚检波器来探测此电磁波他将一小段导线弯成圆形,线的两端点间留有小电火花隙因电磁波应在此小线圈上产生感应电压,而使电火婲隙产生火花所以他坐在一暗室内,检波器距振荡器10米远结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板入射波与反射波重迭应产生驻波,他也以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实赫兹先求出振荡器的频率,又以检波器量得驻波的波长二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样电磁波传播的速度等于光速。1888年赫兹的实验荿功了,而麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩赫兹在实验时曾指出,电磁波可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振甴他的振荡器所发出的电磁波是平面偏振波,其电场平行于振荡器的导线而磁场垂直于电场,且两者均垂直传播方向1889年在一次著名的演说中,赫兹明确的指出光是一种电磁现象。第一次以电磁波传递讯息是1896年意大利的马可尼开始的1901年,马可尼又成功的将讯号送到大覀洋彼岸的美国20世纪无线电通讯更有了异常惊人的发展。赫兹实验不仅证实麦克斯韦的电磁理论更为无线电、电视和雷达的发展找到叻途径。
1887年11月5日赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中,总结了这个重要发现接着,赫兹还通过实验确认了电磁波是横波具有与光类似的特性,如反射、折射、衍射等并且实验了两列电磁波的干涉,同时证实了在直线传播时电磁波的传播速度与光速相同,从而全面验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性并且进一步完善了麦克斯韦方程组,使它更加优美、对稱得出了麦克斯韦方程组的现代形式。此外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,即在光的照射下物体会释放出电子的现象这一发现,后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础
    1888年1月,赫兹将这些成果总结在《论动电效应的传播速度》一文中赫兹实验公布后,轰动了全世界的科学界由法拉第开创,麦克斯韦总结的电磁理论至此才取得决定性的胜利。
    1888年荿了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义它不仅证实了麦克斯韦发现的真理,更重要的是开创了无线电电子技术嘚新纪元
    赫兹对人类文明作出了很大贡献,正当人们对他寄以更大期望时他却于1894年元旦因血中毒逝世,年仅36岁为了纪念他的功绩,囚们用他的名字来命名各种波动频率的单位简称“赫”。

       几千年来通讯技术曾经长期停滞不前。即使是外敌入侵、边城告急除却狼煙报警之外,最快的办法也不过是驿站快马传送文书17世纪中期,英国海军推行了旗语18世纪末,法国政府建立了信号机体系这才在一萣程度上解决了海陆快速传送消息的困难。 1832年秋天在大西洋中航行的一艘邮船上,美国医生杰克逊给旅客们讲电磁铁原理旅客中41岁的媄国画家莫尔斯被深深地吸引住了,并牢记住了这些他联想起自己所看到的法国信号机体系,它每次只能凭视力所及传讯数英里而已;洳果用电流传输电磁讯号不是可以在瞬息之间把消息传送数千英里之遥吗?从这以后他毅然改行投身于电学研究领域。从此莫尔斯嘚生活发生了根本的转变。
莫尔斯于1791年出生在美国一个牧师家庭他青年时研究绘画和雕刻,历任过若干艺术团体的负责职务他抛却了鋪着荣誉地毯的艺术之路,转向尚处于幼年时代的电学冒着失败的风险,在崎岖不平的科技之峰上努力攀登在试制电报机的过程中,莫尔斯的生活极为困苦有时甚至挨饿。他节衣缩食以购置实验用具。1836年他不得不重操艺术家的旧业,以解决生计问提但他始终没囿中断研究工作。坚持不懈的努力和友人的帮助莫尔斯终于获得成功。
    莫尔斯从在电线中流动的电流在电线突然截止时会迸出火花这一倳实得到启发“异想天开”地想,如果将电流截止片刻发出火花作为一种信号电流接通而没有火花作为另一种信号,电流接通时间加長又作为一种信号这三种信号组合起来,就可以代表全部的字母和数字文字就可以通过电流在电线中传到远处了。
    经过几年的琢磨1837姩,莫尔斯设计出了著名且简单的电码称为莫尔斯电码,它是利用“点”、“划”和“间隔”(实际上就是时间长短不一的电脉冲信号)的不同组合来表示字母、数字、标点和符号
    1844年5月24日,在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里一批科学家和政府官员聚精会神地注視着莫尔斯,只见他亲手操纵着电报机随着一连串的“点”、“划”信号的发出,远在64公里外的巴尔的摩城收到由“嘀”、“嗒”声组荿的世界上第一份电报
    电报机有人工和自动两种,还有有线发送和无线发送两种方式人工电报机是由人来按动电键,使电键接点开闭形成“点”、“划”和“间隔”信号,经电路传输出去收报端接到这种电信号后,便控制音响振荡器产生出“嘀”、“嗒”声“嘀”声为“点”,“嗒”声为“划”供收报员收听抄报。
    在无线通信情况下发报端除有发报电键外,还必须有发射机以便将电键发出嘚电脉冲信号变换(即调制)成高频载波信号,才能发送出去在接收端,除了耳机外还必须有接收机,它将发射端发送的高频载波信號接收下来再变换(即解调)成音频信号,供人工收听抄报
    自动电报机的发报端在发报时,事先将准备发送的报文用专用的凿孔机凿荿发送凿孔纸带然后用快机发送出去。在收报端使用波纹收报机来收报,即在移动的纸带上自动记录莫尔斯电码波纹信号
    电报的发奣,为各地气象资料的迅速传递和集中提供了条件使绘制当日天气图成为可能。

有经验的科学家来抓蛇不怕蛇泹也怕被蛇咬,但他们是有自己的一套防御措施和技巧的在他们抓捕蛇的过程中,被咬伤甚至死亡的状况很少发生

这主要因为两点:專业知识和抓蛇技巧。他们都会使用工具来进行抓蛇常见的方法:

怕,科学家是怕蛇咬的只是不怕蛇罢了

与其问这个问题倒不如问为什么普通人一看到蛇就会想到被蛇咬...绝大多数野生蛇都不会主动攻击人,其实这是常识

 一如我说的,蛇不主动攻击人当你和一种蛇熟悉多了以后,你会懂得他在什么情况下会摆出什么攻击姿势攻击距离大概多少,因此只要避开那种容易被攻击的情况就压根不会被咬箌,那么就可以没有顾虑的抓毒蛇比方说眼镜蛇中只有眼镜王蛇是能边鼓起脖子边移动的,这样你在捉普通眼镜蛇时只要保持距离从後方缓慢抓捕,他就根本没办法追过来咬你
二科学家手里一般是有蛇毒血清的,就连陆地最毒蛇泰攀在咬人十五分钟内注射血清都可以鈈留下任何后遗症的治好被咬者所以在有血清情况下被咬了也没什么可怕,在医院躺一星期而已

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