物理科学家的科学故事突出物理精神.docx
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物理科学家的科学故事突出物理精神
物理科学家的科学故事突出物理精神
阿基米德秤皇冠发现浮力定律
在一般人看来，阿基米德是个“怪人”。
用罗马历史学家普鲁塔克的话说:
“他象是一个中了邪术的人，对于饭食和自己的身体全不关心。
”有时候，饭摆在桌子上叫他吃饭，他好象没听见，仍旧在火盆的灰里画他的几何图形。
他的妻子，要时时看守他。
譬如他用油擦身的时候，便呆坐着用油在自己身上画图案，而忘记原来是作什么事的了。
他的妻子更怕送他到浴堂里去洗澡，这个笑话是因为国王的一个新冠冕而引起的。
国王在前不久，叫一个工匠替他打造一顶金皇冠。
国王给了工匠他所需要的数量的黄金。
工匠的手艺非常高明，制作的皇冠精巧别致，而且重量跟当初国王所给的黄金一样重。
可是，有人向国王报告说:
“工匠制造皇冠时，私下吞没了一部分黄金，把同样重的银子掺了进去。
”国王听后，也怀疑起来，就把阿基米德找来，要他想法测定，金皇冠里掺没掺银子，工匠是否私吞黄金了。
这次，可把阿基米德难住了。
他回到家里苦思苦想了好久，也没有想出办法，每天饭吃不下，觉睡不好，也不洗澡，象征了魔一样。
有一天，国王派人来催他进宫汇报。
他妻子看他太脏了，就逼他去洗澡。
他在澡堂洗澡的时候，脑子里还想着称量皇冠的难题。
突然，他注意到，当他的身体在浴盆里沉下去的时候，就有一部分水从浴盆边溢出来。
同时，他觉得入水愈深，则他的体量愈轻。
于是，他立刻跳出浴盆，忘了穿衣服，就跑到人群的街上去了。
一边跑，一边叫:
“我想出来了，我想出来了，解决皇冠的办法找到啦!
”
他进皇宫后，对国王说:
“请允许我先做一个实验，才能把结果报告给你。
”国王同意了。
阿基米德将与皇冠一样重的金子、一块银子和皇冠，分别一一放在水盆里，看金块排出的水量比银块排出的水量少，而皇冠排出的水量比金块排出的水量多。
阿基米德对国王说:
“皇冠掺了银子!
”国王看了实验，没有弄明白，让阿基米德给解释一下。
阿基米德说:
“一公斤的木头和一公斤的铁比较，木头的体积大。
如果分别把它们放入水中，体积大的木头排出的水量，比体积小的铁排出的水量多。
我把这个道理用在金子、银子和皇冠上。
因为金子的密度大，而银子的密度小，因此同样重的金子和银子，必然是银子的体积大于金子的体积。
所以同样重的金块和银块放入水中，那么金块排出的水量就比银块的水量少。
刚才的实验表明，皇冠排出的水量比金块多，说明皇冠的密度比金块的密度小，这就证明皇冠不是用纯金制造的。
”阿基米德有条理的讲述，使国王信服了。
实验结果证明，那个工匠私吞了黄金。
阿基米德的这个实验，就是“静水力学”的胚胎。
但他并不停留在这一点上，继续深入研究浮体的问题。
结果发现了自然科学中的一个重要原理--阿基米德定律。
即:
把物体浸在一种液体中时，所排开的液体体积，等于物体所浸入的体积;维持浮体的浮力，跟浮体所排开的液体的重量相等。
牛顿科学探索的中止
牛顿虽然在科学探索领域里成果丰硕，但在他从事科学探索的漫长岁月里，经济收入却一直很不宽裕。
1692年，50岁的牛顿被富裕的物质生活所吸引，决定抛弃科学探索的艰辛生活，寻找一个能够带来更多经济收入的职位。
消息传出，人们纷纷为牛顿推荐去处。
开始有人推荐他去担任伦敦查特蒙斯公立学校校长，但当牛顿问清这个职位的月薪不够高时，便辞掉了这个职位。
1696年，好心的哈利发克斯爵士推荐牛顿去当英国皇家造币厂督办，这个职位的年薪可观，牛顿欣然同意迁居伦敦，当上了皇家造币厂的督办。
牛顿走马上任后毫不停歇，把他那伟大的头脑从此转到了铸造货币之上。
在财政部花园后面，牛顿派人建起了10座大熔炉，先是一炉炉地把旧币熔化掉，然后把熔化后的贵金属运送到伦敦塔，在那里重新铸成货币。
牛顿就这样投身于熔旧铸新工作，一晃到了1699年，才告结束。
牛顿的热情工作受到了皇家的赞许，因而被皇家授予终生“造币厂厂长”职衔。
造币厂厂长这个职衔给牛顿带来了丰硕的薪俸，他每年可以得到一笔多达2000英镑的可观经济收入。
我们说这笔收入可观，是因为当时建立格林尼治天文台，即所谓弗拉姆斯蒂德大厦，才花去500英镑的资金。
牛顿把整个身心都投入到了货币铸造之中，因而整日为此奔忙，使得他无法继续担任剑桥大学的教学和科研工作，不得不于1701年辞去了剑桥大学教授职务，退出了三一学院。
这样，就使得牛顿后半生生活发生了巨变:
即从清贫之境变成了富裕之境，与此同时也使他从一个在剑桥大学过着相当宁静隐居生活的学者，一举变成了一个在伦敦官场上颇有影响的人物，同英国皇室结成了日益密切的联系。
牛顿生活事业的这一急剧变化，当然成了当时人们的笑谈。
在一出话剧中，一个逗人发笑的丑角说:
“牛顿吗?
唉--我是听过伊萨克先生的名字的--谁都知道伊萨克先生的大名。
伟大嘛，铸币大臣!
”牛顿的全名叫做伊萨克·牛顿。
生活道路的如此巨变，导致了牛顿科学探索道路的闭塞，使其科学探索工作彻底中止了下来。
高斯的话柄
高斯虽然被誉为18世纪是伟大的数学家，赢得了同代人的广泛尊敬，但与此同时他也给同代和后代人留下了不可避开的话柄。
即他虽然在1824年以前，已经独立地得到了非欧几何学的令人满意结果，但由于康德的唯心主义空间观念占据着统治地位，高斯没有勇气去突破它，因而一直没有把研究结果发表出来，造成了他的一大失误。
康德说，空间观念是天赋的，人生下就有空间观念，这种空间就是欧几里德空间，它是惟一的空间。
康德说的欧几里德空间观念在当时占据着统治地位，人们都相信它，认为不可突破。
高斯发现在非欧几何学则突破了这一传统的空间观念，所以高斯害怕他的非欧几何学与传统空间观念相违背，引起不理解者的反对，因此这一研究成果到他死后才被人们披露出来。
高斯不仅没有勇气发表已经取得的非欧几何学研究成果，而且在别的数学家得出这一成果之时，他也不敢拿出勇气进行公开支持。
1826年，俄国数学家罗巴切夫斯基在喀山大学物理学会议上，宣布他创立了非欧几何。
此后，他又连续发表了一系列非欧几何学著作。
罗巴切夫斯基的非欧几何学动摇了旧的传统空间观念，因而引起了教廷的反对，主教宣布他的学说是邪说，更有人用匿名信在反对杂志上嘲笑、谩骂、侮辱罗巴切夫斯基，甚至宣布他是疯子，最好的态度也不过是“对一个错误的怪人的宽容的惋惜态度”。
高斯是了解罗巴切夫斯基非欧几何学正确的人，而且这时他已大名鼎鼎，完全有能力站出来为新生的非欧几何学进行辩护，但罗巴切夫斯基的遭遇正是高斯先前估计到的，也正是他不敢发表自己的非欧几何学结论的“怕处”所在。
因此，他没有敢于站出来为之辩护，只在私人通信里说到自己对罗巴切夫斯基的钦佩。
一代数学巨匠高斯，因为缺乏与旧的传统观念斗争的勇气，不仅一时淹灭了自己也淹灭了他人的非欧几何学研究成果，给人们留下了夺不去的话柄。
爱因斯坦的否定
爱因斯坦一生科研成果卓著，其中最卓著的是他创立了相对论，并发展了普朗克提出的量子假说。
然而，令人遗憾的是爱因斯坦虽然在量子力学初创阶段，成为第一位率先站出来支持并予以发展的大科学家，但其后不久，他对待量子力学的思想却倒退僵化起来。
结果使众多科学家在他对量子力学成功探索引导下，纷纷投身量子力学探索并取得了一系列新的成就之时，他却从1925年开始走上自己的反面，成为量子力学的顽固反对者。
这一年，德国物理学家海森堡在继爱因斯坦之后众多科学家探索量子力学的成就的基础上，找到了反映量子波粒二象性事实的“测不准原理”。
这一原理就是对于微观粒子来说。
要想精确地测定其位置，就无法精确地测定其速度;反过来，要想精确地测定其速度，就无法精确地测定其位置。
这一原理为人们后来认识微观粒子提供了重要的理论依据。
可是爱因斯坦对这一原理却给予了否定，说量子力学没有理论做依据，只是偶然的假说，“不完整”.就像上帝同世人掷骰子似的，而“上帝是不同世人掷骰子的”;他决不抛弃“可见的”因果关系而去接受可能性。
他不仅口头上这样对量子理论进行批驳，而且在行动上也停止了对量子理论的研究，把精力完全转移到了相对论研究上，结果使他从此再也没有获得量子力学研究成果。
思想僵化，就这样给爱因斯坦造成了令人遗憾万分的倒退和失误，许多人当时都认为“这是一个悲剧--因为他从此在孤独中摸索前进，而我们则失去了一位领袖和旗手”。
大科学家爱因斯坦这令人痛心的失误。
对我们是多么珍贵的启示啊!
门捷列夫的黑点
门捷列夫的元素周期律是化学领域里的一项革命性发现。
以后:
门捷列夫也曾想进一步弄清元素的性质随原子量增加呈周期性变化的原因，但是由于他的思想未能从元素不能转化、原子不可分割等形而上学传统观念的束缚中解脱出来，因而到19世纪末人们发现了放射性元素和电子的存在，为揭开原子从量变到质变内幕提供了新的实验依据之时，他不仅不能利用这些新的科学实验成果进一步发展他的周期律学说，相反，却极力否认原子的复杂性和电子的客观存在，竭尽全力去进行反对。
他说，承认电子存在不但“没有多大用处”，“反而只会使事情复杂化”，“丝毫不能澄清事实”。
放射性的发现明明表明元素是可以转化的，他却说“我们应当不再相信我们已知的单质的复杂性”，“应当消除任何相信我们已知单质复杂性的痕迹。
”并宣布:
“关于元素不能转化的概念特别重要”，“是整个世界观的基础”。
然而化学家们正是在19世纪末放射性和电子等一系列伟大发现的基础上，一步步揭示出了元素周期律的本质，扬弃了门捷列夫的原子不可分和元素不可转化的陈旧观念，根据门捷列夫元素周期律的合理内核，制定出了新的元素周期律。
在门捷列夫元素周期律基础上诞生的元素周期律新理论，比门捷列夫的理论更具有真理性。
它揭示了元素在周期表中的排列顺序是按原子中的质子数排列的。
随着原子序数的增加，原子的质子数增加，这时一般地说中子数也增加。
质子数和中子数总合起来表现为原子量的增加。
但实践证明，并不是有多少种元素就有多少种原子。
一种元素中有含中子数多的同位素，也有含中子数少的同位素。
元素的原予量是同位素的平均数。
这里的所谓质子数，就是原子核外围的电子数，也就是原子核的电荷数，即原子序数，从而，解决了门捷列夫解决不了的问题。
但这些探索元素周期律后来获得的成果，都被门捷列夫在反对放射性发现和电子存在中丧失了。
僵化思想，就这样使大化学家门捷列夫在探索元素周期律奥秘的前进道路上走向了倒退，丧失了应该根据新的科学实验成果发展元素周期律的良机，为我们留下了珍贵的启示。
阿尔伯特.爱因斯坦
阿尔伯特.爱因斯坦（Albert.Einstein）1897年3月14曰出生在德国西南距离慕尼黑八十五哩的乌耳姆城（Ulm）。
父母都是犹太人。
父亲赫尔曼.爱因斯坦和叔叔雅各布.爱因斯坦合开了一个制造电器设备的小工厂。
母亲玻琳是受过中等教育的家庭妇女，非常喜欢音乐，在小爱因斯坦六岁时就教导他拉小提琴。
这是一个和睦、愉快的家庭。
亲人们深爱着小爱因斯坦，但都为他的智力发育感到担忧。
爱因斯坦小时候并不活泼，三岁多还不会讲话，父母很担心他是哑巴，带他去给医生检查。
还好小爱因斯坦不是哑巴可是直到九岁时讲话还不很通畅，所讲的每一句话都必须经过吃力但认真的思考。
小爱因斯坦是一个诚实的孩子，从不做违心的或骗人的事。
为此，他受到同学们的讥笑，给他起了一个绰号叫“诚实的约翰”。
普通孩子喜欢玩带有竞争性的游戏，可是他却不喜欢参加。
孩子喜欢打仗的游戏，喜欢看士兵操练，但是他却从小到大不喜欢任何和军事有关的东西。
他是一个不想看到人类互相残杀的和平主义者。
爱因斯坦家的住房周围有花园，他经常一个人长时间地蹲在花园角落的灌木丛里，用手抚摩着小叶片或者凝视着匆匆跑动的蚂蚁。
他很小就喜欢冥想，想了解大自然的奥秘。
一次，在依萨尔河岸野餐时，一位亲戚说，小爱因斯坦很严肃，当其他的孩子都在互相玩耍、逗乐时，他却独自坐着看湖的对岸。
母亲玻琳深情的为自己的孩子辩护:
“他是沉静的，因为他在思索。
等着吧，总有一天他会成为一个教授!
”那位亲戚感到可笑，但也理解母亲的心情。
教授!
在人们的心目中，只有那些聪敏的人才有可能得到这个荣誉的称号，这个连话都说不好的笨孩子能成为一个教授吗?
在四、五岁时，爱因斯坦有一次卧病在床，父亲送给他一个罗盘。
当他发现指南针不断地指着固定的方向时，感到非常惊奇，觉得一定有什么东西深深地隐藏在这现象后面。
他一连几天很高兴的玩这罗盘，还纠缠着父亲和雅各布叔叔问了一连串问题。
尽管他连“磁”这个词都说不好，但他却顽固地想要知道指南针为什么能指南。
这种深刻和持久的印象，爱因斯坦直到六十七岁还能鲜明的回忆出来。
爱因斯坦在念小学和中学时，一般功课属平常，唯有数学成绩远在全班同学之上。
由于他举止缓慢，不爱同人交往，老师和同学都不喜欢他。
教他希腊文和拉丁文的老师对他是那么厌恶，曾经公开骂他:
“爱因斯坦，你长大后肯定不会成器。
”而且因为怕他在课堂上会影响其他学生，竟想把他赶出校门。
爱因斯坦的叔叔雅各布在电器工厂里专门负责技术方面的事务，而爱因斯坦的父亲则负责商业的往来。
雅各布是一个工程师，自己就非常喜爱数学，当小爱因斯坦来找他问问题时，他总是用很浅显通俗的语言把数学知识介绍给他。
有一天爱因斯坦跑来问叔叔:
“什么是代数”?
叔叔就这样解释:
“在算术中有很多问题不容易解决，要算又很难。
而代数是一门‘快乐’的数学，能很容易的帮人们解答困难的计算。
我们把我们不知道的数叫着X，然后来捕捉它。
你把它当作已知道的东西，建立一些关系，最后你就可以容易地得到它了。
”然后叔叔给了他一本有代数问题的小册子，爱因斯坦很快就学会了解决里面的问题。
有一次雅各布叔叔给他讲了几何中一个很美丽的定理--毕达哥拉斯定理:
任何直角三角形的长边平方一定等于两短边平方的和。
叔叔没有告诉他这个定理的证明，但是爱因斯坦在画了许多直角三角形后发现这关系一直成立，感到非常的惊奇。
父亲的生意做得并不好，但却是一个乐观和心地善良的人，家里每星期都有一个晚上要邀请来慕尼黑念书的穷学生吃饭，这样等于是救济他们。
其中有一对来自立陶宛的犹太兄弟麦克斯和伯纳德，他们都是学医科的，都喜欢阅读书籍，兴趣广泛。
他们被邀请来爱因斯坦家里吃饭，并和羞答答、长着黑头发和棕色眼睛的小爱因斯坦交成了好朋友。
麦克斯可以说是爱因斯坦的“启蒙老师”，他借了一些通俗的自然科学普及读物给他看，看完后就和爱因斯坦讨论，并且再继续提供给他新的读物。
麦克斯点燃了爱因斯坦自学的兴趣火花，还不断地辅导他。
麦克斯在爱因斯坦十二岁时给了他一本施皮尔克的平面几何教科书，一下子攫取了爱因斯坦的心灵。
爱因斯坦晚年时回忆这本神圣的小书时说:
“这本书里有许多断言，比如，三角形的三个高交于一点，它们本身虽然并不是显而易见的，但是可以很可靠地加以证明，以致任何怀疑似乎都不可能。
这种明晰性和可靠性给我造成了一种难以形容的印象。
”这时爱因斯坦又想起了毕达哥拉斯定理，于是想要**证明这个定理。
他花了三个星期最后找到一个方法，就是从直角三角形最长边所面对的顶点作这边的垂直线，于是把三角分成相似三角形，由此很容易证明这个定理。
虽然这是一个古老得有二千多年历史的定理，但是爱因斯坦经过一番努力总算得到了结果，他第一次体会到科学发现时的欣喜。
麦克斯每星期来时，都会帮他改一些习题，并且辅导他作一些较难的问题。
过不久又引导他学习高等数学，十三岁时他已自学微积分了。
当他的同班同学为那些平面几何简单问题和循环分数而皱眉头时，爱因斯坦靠自学已经进入到无穷级数这些美丽神奇的“无穷世界”去了。
很快小爱因斯坦的数学程度超过了读大学的麦克斯，比他大十一岁的医科大学生再也跟不上这个十二、三岁的小孩子了。
为了以后有共同谈话的话题，麦克斯开始借哲学书给他看，爱因斯坦在十三岁就能看懂康德的《纯理性批判》。
这是一本对许多成人来说都算是枯燥艰深的书。
这时候爱因斯坦阅读的书就是数学、物理和许多哲学家的书。
他不看小说，唯一的消遣就是拉小提琴。
麦克斯认为他已发现了一个神童，他说:
“一个伟大的科学家或哲学家，将从爱因斯坦身上成长起来。
”
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