世界著名物理学家简介

[12.16]世界著名物理学家简介总汇,希望对大家有用0
1.
阿伏加德罗

阿伏加德罗（Ameldeo Avogardo,1776～1856）意大利物理学家、化学家。1776年8月9日生于都灵的一个贵族家庭。1792年8月9日入都灵大学学习法学，1796年获法学博士，以后从事律师工作。1800～1805年又专门攻读数学和物理学，尔后主要从事物理学、化学研究。1803年他发表了第一篇科学论文。1809年任韦尔切利学院自然哲学教授。1811年被选为都灵科学院院士。
　　阿伏加德罗还根据他的这条定律详细研究了测定分子量和原子量的方法，但他的方法长期不为人们所接受，这是由于当时科学界还不能区分分子和原子，分子假说很难被人理解，再加上当时的化学权威们拒绝接受分子假说的观点，致使他的假说默默无闻地被搁置了半个世纪之久，这无疑是科学史上的一大遗憾。直到1860年，意大利化学家坎尼扎罗在一次国际化学会议上慷慨陈词，声言他的本国人阿伏加德罗在半个世纪以前已经解决了确定原子量的问题。坎尼扎罗以充分的论据、清晰的条理、易懂的方法，很快使大多数化学家相信阿化加德罗的学说是普遍正确的。但这时阿伏加德罗已经在几年前默默地死去了，没能亲眼看到自己学说的胜利。
　　阿伏加德罗是第一个认识到物质由分子组成、分子由原子组成的人。他的分子假说奠定了原子一分子论的基础，推动了物理学、化学的发展，对近代科学产生了深远的影响。他的四卷作《有重量的物体的物理学》（1837～1841年）是第一部关于分子物理学的教程。

　　1856年7月9日阿伏加德罗在都灵逝世。



2

布莱克（Joseph Black，1728-1799, 英国）

发现冰融化时，吸收热量，但温度不变。发现潜热(1761)

3.

玻耳兹曼：一位深受哲学困扰的物理学家


一。初露锋芒

1844年2月20日晚，玻耳兹曼出生于闻名遐尔的“音乐之都”维也纳。维也纳的文化、艺术传统对玻耳兹曼的成长和生活都产生了深刻的影响。正如玻耳兹曼在描写诗人席勒（F.schiller）对他的影响时所言，“我成为今天这样的人应该归功于席勒，如果没有他，可能也会有一个胡须和鼻子与我全然一般的人，但这个人不是今天的我”。[2]


玻耳兹曼的父亲路德维希（Ludwig）是德裔奥地利的文职官员，非常重视对子女的培养与教育；母亲卡特琳那·玻恩芬德（C.Pauernfeind）是一位很有思想的基督教徒。不幸的是，在玻耳兹曼十五岁那年，父亲因病去逝，次年弟弟相继夭折。家庭的不幸致使母亲把今后所有的希望都寄托在玻耳兹曼身上，就是在家庭经济状况极端困难的情况下，母亲也尽可能保证玻耳兹曼受到最好的教育。


青少年时代的玻耳兹曼聪明伶俐、志趣广泛，不仅喜欢音乐和文学，而且对自然界具有强烈的好奇心和敏锐的观察力。学习成绩始终在班上名列前茅。善于思考、渴望理解自然成为玻耳兹曼的学习风格；充分利用业余时间，勤奋阅读文学与哲学书籍，拜师学习弹奏钢琴，成为玻耳兹曼生活的重要组成部分。


1863年，玻耳兹曼在林兹（Linz）读完大学预科之后，进入著名的维也纳大学学习物理学和数学专业。在大学读书期间，物理学院的两位年轻老师约瑟福·斯忒凡（J．Stefan）和约瑟福·洛希密脱（J.Loschmidt）对玻耳兹曼以后的研究兴趣产生了极大的影响。当时，斯忒凡是物理学院院长、数学和物理学教授；洛希密脱是物理化学教师。比玻耳兹曼年长9岁的斯忒凡十分赏识玻耳兹曼的才华。在斯忒凡老师的悉心指导下，玻耳兹曼学到了气体和辐射方面的基础知识，掌握了必要的实验技巧。1865年（大学二年级），玻耳兹曼对斯忒凡提出的电学原理问题的解答成为玻耳兹曼发表的首篇论文，初步体现了玻耳兹曼潜在的科学天赋。在洛希密脱的教学中，玻耳兹曼对当时处于发展前沿的物质组成和结构问题有了深刻的认识，对深受实证主义者孔德（A. Comte）和斯宾塞（H. Spencer）质疑的原子论问题有了进一步的理解，并且对与原子论相关的气体分子运动论和热力学第二定律的解释产生了极大的兴趣。


大学毕业后，玻耳兹曼兼顾谋生和发展自己兴趣的需要，担任了斯忒凡的助手，并继续攻读博士学位。那时在物理学界德国理论物理学家克劳修斯（R. J．E. Clausius）已用熵概念表述了热力学第二定律，从而使自然过程的不可逆问题以比较明确的形式表现出来。一直倾心于这一问题研究的玻耳兹曼立即抓住了这个引起科学界十分重视的前沿难题，由此开始踏上了他研究工作的征途，迈入了科学探索的领域。


1866年2月6日，不满22岁的玻耳兹曼向维也纳科学院宣读了他的博士论文，其题目是“力学在热力学第二定律中的地位和作用”。在这篇论文中，玻耳兹曼运用原子运动的轨道是闭合的假设，将熵的表示与力学的最小作用原理直接联系起来，试图从纯力学的视角证明热力学第二定律。玻耳兹曼在博士论文中所提出的假设是难以令人置信的；他的证明也没有得到同行的认可，但是，这些研究却促使玻耳兹曼和分子运动结下了难解之缘。


当时．在分子运动方向上有所成就的当数英国天才的物理学家、实验家麦克斯韦（J．C. Maxwell）。1866年正值玻耳兹曼即将完成博士论文之际，麦克斯韦相继发表了两篇关于气体动力学方面的论文，并计算出了分子速度的麦克斯韦分布律。玻耳兹曼在对热力学第二定律的力学证明遭致失败之后，随机转向研究麦克斯韦的工作领域。经过两年的思考， 1868年，玻耳兹曼在“关于运动质点活力平衡研究”的文章中，把麦克斯韦的气体分子速度分布律从单原子气体推广到多原子乃至用质点系看待分子体系平衡态的情况，把统计学的思想引入分子运动论[3]。这篇文章使玻耳兹曼获得了大学任教的资格。


取得资格后的1869年，玻耳兹曼受聘于奥地利的格拉茨（Graz）大学继任马赫的数学物理学讲师职位。从此，25岁的玻耳兹曼正式开始了他的教学研究生涯，并逐渐在学术界崭露头角。同年麦克斯韦在写给洛希密脱的信中，对玻耳兹曼当时的工作给于了极高的评价。[4]


二、熵与几率

熵（Entropy）概念是克劳修斯于1865年正式提出，并且至今仍活跃在学术界的一个十分重要的理论术语。克劳修斯用熵表示热力学系统转化为有用功的能力，他规定，一个热力学系统越是接近平衡态，他的熵越大，其数学公式可表述为

dS≥dQ/T

其中S为熵 ，T为温度，Q为热量。在克劳修斯熵和麦克斯韦等人的工作基础上，玻耳兹曼通过对分子运动的进一步研究，把熵与热力学几率联系起来，即使热力学系统的熵变的方向同系统状态变化的方向联系起来，使熵有了更深刻的涵义。


玻耳兹曼这一成就的取得绝不是一蹴而就的事情，是他十多年坚韧不拔、楔而不舍奋斗的光辉结晶。1872年，玻耳兹曼在“气体分子热平衡问题的进一步研究”一文中，分析讨论了已知能量的分子的迁移和碰撞而发生变化的变化率之后，推导出了一个描写非平稳态分子速度分布函数的积分微分方程。1875年，他运用分布函数及其对数的乘积在相空间中的积分，定义了一个热力学函数，用符号H表示，并且证明，在一个孤立系统里，H总是随时间面单调减少或不增加，即当满足细致平衡条件时，H保持它的极小值而不再变化，说明系统的分子速度按麦克斯韦分布律分布，这时系统处于稳定状态。其数学表达式为

dH/dt≤0

称之为玻耳兹曼最小定理，亦称为“H定理”。这一定理既直接隐含了时间之矢的深刻思想，也证明了热力学平衡态的存在。在此基础上，玻耳兹曼把熵同H函数联系起来，使熵定义解释为能的自发运动，并把克劳修斯熵定义推广到非平衡态。


1876年，曾对玻耳兹曼产生过重要影响的洛希密脱老师，对玻耳兹曼的观点提出了尖锐批评。问题的症结在于，按照力学的观点，分子的微观运动是可逆的，牛顿定律对时间的反演是对称的。然而，在宏观意义上，H函数却是有方向性的，这显然违反了早已被物理学家奉为“经典”的时间反演对称性的观念。为了回答老师的批评，玻耳兹曼于1877年在“论热力学第二定律与几率的关系，或平衡定律”的著名论文中，运用几率方法进行推算，把熵S与热力学状态的几率w联系起来，从而得出热力学第二定律是关于几率定律的重要结论。1900年，物理学家普朗克（M. Plank)将玻耳兹曼熵与热力学几率的关系简写为

S=klogW

式中，k为玻耳兹曼常数。这一公式至今仍刻在玻耳兹曼的墓碑上。


按照几率的推理方法，玻耳兹曼在分析过程中必须假定分子速度只能取分立的数值，而不能取无限多的连续值，这在一定程度上包含了分立能级的思想。1900年，普朗克在利用玻耳兹曼的方法推导他的黑体幅射定律时，明确提出了作为现代物理学标志的普朗克能量子假设，掀开了量子时代的帷幕。


玻耳兹曼通过熵与几率的联系，直接沟通了热力学系统的宏观与微观之间的关联，并对热力学第二定律进行了微观解释。他指出，在热力学系统中，每个微观态都具有相同几率，但在宏观上，对于一定的初始条件而言，粒子将从几率小的状态向最可几状态过渡。当系统达到平衡态之后，系统仍可以按照几率大小发生偏离平衡态的涨落。这样，玻耳兹曼通过建立熵与几率的联系，不仅把熵与分子运动论的无序程度联系起来，而且使热力学第二定律只具有统计上的可靠性。


玻耳兹曼认为，在理论上，热力学第二定律所禁止的过程并不是绝对不可能发生的，只是出现的几率极小而已，但仍然是非零的。根据这些思想，玻耳兹曼对当时著名的“可逆性佯谬和循环佯谬”进行了解释。在多年精心研究基础上，1896与1898年玻耳兹曼分别完成了至今仍具有重要学术价值且被译成多种文字的经典名著《气体理论讲义）。为20世纪物理学的发展由“存在”转向“演化”的过程迈出了决定性的一步。

三、教学风格

在从事科学研究与教学的领域内，玻耳兹曼是一位难得的全才。在他一生所发表的科学论文中，围绕分子运动论的文章仅占其全部论文的一半，另一半论文涉及到电磁学、化学、数学和哲学等多个领域。宽广的研究领域为玻耳兹曼带来了渊博精深的知识享受；精益求精的教学风格使玻耳兹曼赢得了大批优秀学生的青睐；杰出的科学成就为玻耳兹曼一生活跃于讲坛与学术界打下了坚实的基础。

1873年在格拉茨经过四年讲师锻炼的玻耳兹曼被维也纳大学聘任为数学教授，这标志着玻耳兹曼的工作和能力已得到了社会及同行的承认。从1873年被聘为教授到1906年去逝之前，由于生活及工作方面的原因玻耳兹曼在四个著名的大学担任教授职务，具体时间见表一（略）。

在各所大学中，玻耳兹曼所讲授的课程主要有热力学、电磁学、数学、化学，晚年在维也纳大学继任了马赫的职位，重新组建了维也纳大学哲学研究所，并开设了哲学讲座。

玻耳兹曼是一位天才的雄辩者和演讲家，他讲课的思路十分清晰，从不照本宣读。在讲课中，他十分注重培养学生的理解能力，从常见的自然现象出发，以各种生动的实例对一些基本概念进行不厌其烦地、深入浅出地反复论证，使学生一通百通地理解、掌握、运用基本概念和基本原理。凡是系统地听过玻耳兹曼讲座的学生，都感受到当理解了一个基本原理和概念的真谛时那种豁然顿悟的内在乐趣，欣赏到理性思维的威力。

除了认真细致地引导学生的学习之外，玻耳兹曼经常为讲座自制教学仪器，试图以现象化的方式，诱引学生理解深奥的理论背景。例如，1891年，玻耳兹曼为了讲好电磁学理论，专门设计了关于两个电路相互感应的双循环“力学模型”，对于初学者而言，这种现象化的教学所带来的启发无疑是难以估量的。几年后，量子理论的奠基者索未菲（A. sommerfeld）就曾经把玻耳兹曼的设计模型在他的力学教材中以相似的性质用于汽车分速器上。

玻耳兹曼十分注重挖掘学生应有的潜力，通过对学生意志、愿望、兴趣的培养，使学生养成学研相兼的良好学习习惯。例如1890年，玻耳兹曼应聘到慕尼黑大学任理论物理学教授之后，他经常把学生请到家中，和学生谈心，了解学生的发展意向。在启发式的交谈中，他经常通过讲授自己的个人经验和体会，把谈话中心诱导到对科学前沿问题的探讨方面。深奥的交谈有时在他熟练的钢琴弹奏曲中变得轻松起来。玻耳兹曼给学生留下的这种无拘无束、和蔼可亲、热情好客的个性特征同他满脸胡子给人留下的威严相貌形成了强烈的反差。

专博相融的基础知识、深入浅出的雄辩才华以及日益提高的科学威望，使玻耳兹曼领导的研究所成为世界各国优秀学生向往的理想场所；理论与实验相结合的教学风格、启发式的心理与兴趣的精心诱导以及研究方向的合理选择，使玻耳兹曼培养出了一代杰出的科学人才。其中有1903年和1920年分别获得诺贝尔化学奖的瑞典物理化学家阿仑尼乌斯（S．A. Arrhenius）及能斯特（w. Nernst）、日本原子物理学家长冈半太郎（H. Nagaoka）、理论物理学家埃仑费斯特（P. Ehrenfest）和他的继承人哈斯诺尔（G. F. Hasenohrl）等。

四、个性及生活

热爱科学，追求和谐，为真理而奋斗是玻耳兹曼人生追求的最大目标。在科学研究中，玻耳兹曼始终一丝不苟，从不放过任何一个疑难问题，他的思路经常会被问题所陶醉，甚至达到忘我的境地。例如，有一次在自己学生的博士学位授予仪式上，玻耳兹曼由于思考问题，竟然忘掉了给学生颁发学位证书，在仪式结束时，把学位证书递到前来向他祝贺的校长手中。

然而，与这种执着、严谨的科学风格相反，在现实生活中，玻耳兹曼却是一位典型的多愁善感、善于情绪波动之人。

1869年到1872年，玻耳兹曼在格拉茨担任讲师职务期间，结识了比他小10岁的格拉茨大学唯一的女大学生艾根特拉（H. E. V. Aigentler），1876年，他们结为伉俪。日后他们成为三个女儿，两个儿子的父母亲，家庭生活十分和谐。

玻耳兹曼爱好音乐、善长跳舞、弹钢琴，是经常举行的家庭舞会中的活跃分子。暑假期间，玻耳兹曼一家喜欢去海滨游玩，在旋途中，在海滨沙滩，玻耳兹曼经常诗情洋溢，有感而发，借以清理他抑郁的情绪和工作的疲劳。玻耳兹曼是一位慈祥的父亲，为了培养孩子的音乐兴趣，他在音乐厅专门为全家人定有固定的席位。玻耳兹曼还是一位体贴入微的丈夫，为了减轻妻子的家务负担，他亲手组装电动缝纫机等家用电器。

与这种浪漫的生活情调不相称的是，玻耳兹曼的衣着十分随便，不拘小节。1904年，他去美国参加圣路易斯世界博览会时，穿着很旧的衣服，工作人员将他误认为是一位搬运工，指使他快去给玻耳兹曼搬运行李。

在为人处事方面，玻耳兹曼是一位充满爱心、十分认真之人，他努力将做人的宽容与做学问的严谨区别开来，使科学上的争论和对峙与真诚的个人感情分别对待。在学术界洛希密脱。马赫、奥斯特瓦德是玻耳兹曼的主要争论对手，在关于科学问题的论争方面，双方总是唇枪舌剑，据理力争，从不相让。在争论之后，玻耳兹曼总是想办法主动恢复淡化了的私人情感，在对方批评的基础上，反思自己的观点。例如，玻耳兹曼曾主动写信给洛希密脱恢复个人关系，并在洛希密脱去逝后，亲自撰文哀悼，并且倡导捐资为洛希密脱制作塑像。

玻耳兹曼宽容的生活个性，使他成为第一位接受英国科学家麦克斯韦电磁学理论的欧洲大陆科学家。也正是在研究麦克斯韦工作的基础上，使他登上了科学的顶峰。在取得一定的科学荣誉之后，玻耳兹曼从不固步自封，自我作古，而是始终注重参加各种形式的交流活动，经常保持同外界的各种联系。1899年、1901年和1904年，玻耳兹曼曾三次赴美国讲学，宣传他的原子论思想。1890一1894年，在慕尼黑任教期间，他继承了德国的学术传统，经常参加由物理学家、天文学家、数学家、化学家甚至哲学家组成的聚会活动。他们谈天说地、各抒己见，彼此激发着灵感。在十九世纪九十年代初玻耳兹曼首次出访英国，这件事在当时的欧洲有非常重要的历史价值，它不仅打破了英国科学家和欧洲科学家之间曾就牛顿（I. Newton）和莱布尼兹（w. Leibniz）发明微积分的优先权问题进行的长达200年之久的争论所导致的封锁局面，而且架起了英国科学家了解欧洲大陆科学研究概况之桥梁。此后，英国科学促进会为使英国科学家进一步理解玻耳兹曼的理论专门举办了两次关于热力学问题的研讨会，促进了国际学术界对热力学理论的进一步研究。这使玻耳兹曼一生的交往圈由他的老师、学生、同事等直系伙伴扩展为包括科学研究对手、仰慕者、影响者等旁系伙伴，主要人物概况见表2。[5]

五、哲学争论中的孤独者

同每一位在物理学研究的前沿领域内作出杰出贡献的物理学家都表明了自己的哲学立场一样，玻耳兹曼在运用力学机制和原子论的思想研究自然现象的过程中所做出的贡献，也隐含了他的哲学观点。

然而，在当时实证主义思潮正席卷物理学界，机械自然观的局限性逐渐暴露的背景下，玻耳兹曼以分子原子假设为基础的观点，被学术界充斥为是不能实证的虚构的“数学模型”或假设，受到了以马赫为代表的实证论者，和以奥斯特瓦尔德为代表的唯能论者的强烈批评及指责；玻耳兹曼所建立的熵与几率之间的联系，由于不能还原成力学解释遭到物理学前辈的责难。致使玻耳兹曼始终难以摆脱哲学的困扰，在哲学争论中成为少数派的代表。

在19世纪末物理学的研究传统面临转型时期，用任何一种“什么主义”或“什么论者”来概括玻耳兹曼的哲学思想都会失之偏颇，当然用“正确”或“错误”的两分法来下结论更显不妥和盲目。玻耳兹曼的哲学观点主要在同马赫及奥斯特瓦尔德的争论中，在他晚年为学生开设的哲学讲座中体现出来。

玻耳兹曼同马赫之间的争论在他们成为同事之后达到了高峰。1895年，玻耳兹曼从慕尼黑大学聘到母校维也纳大学继任老师斯忒凡的理论物理学教授席位不久，富有批判精神的物理学家与哲学家马赫也应聘到维也纳大学继任了哲学家与心理学家布伦但诺的科学哲学教授职务。在当时，马赫开设的“归纳科学的历史与哲学”讲座吸引了大批优秀的数学与物理学专业的学生和一些哲学爱好者，其中包括玻耳兹曼的学生在内。由于受马赫思想的影响，大多数学生仅仅选择玻耳兹曼为第二指导老师，不像玻耳兹曼在格拉茨和慕尼黑那样，学生争着拜他为第一导师。这种精神压抑无疑深深地刺痛了玻耳兹曼的自尊心。

在学术观点上，马赫认为，物理学理论决不应该建立在子虚乌有的、不能得到证实的原子假说的基础之上，而是从大量由实验证实的经验事实中归纳出来的。玻耳兹曼为了对自己的观点进行辩护，不得不在外界压力的迫使下，不断调整自己的研究方向，从1895年之后逐步转向科学方法论的研究，他指出，如果采用明确的力学假设与恰当的数学手段所得到的结论同经验事实相一致，那么，即使这个假设并不能说明事物的全部本质，也应当承认它的客观性。气体分子运动论的假设正是如此。玻耳兹曼认为，人们在运用逻辑推理时，通常喜欢用自己看到的或感觉到的经验来作比喻，然而，当需要抛弃这种现象类推的方法去深入分析问题的内在本质时，却变得十分固执和愚蠢。[6]

为了系统地表述自己的见解，1897年玻耳兹曼出版了《力学讲义》第一卷。在这本讲义中，玻耳兹曼从认识的心理图像论的观点出发，论证原子不是纯粹的形而上学的概念，而是作为一种内在的心理图像而存在着的，原子的实在性同心理图像在本质上是一致的。心理图像既超越于经验，但又与经验相联系。玻耳兹曼指出，物理理论的任务就在于建立一个外部世界的图像，正是这种图像引导着或指挥着物理学家的思维和实验。反过来，实验又使图像得到不断修正和完善。物理学家所形成的思想是在思维过程中完成的，或者说，一种思想的确立事实上已完成了一次小规模的综合。而思维规律的作用就在于清晰地明确物理学家想像中的图像。所以物理学家在研究外部世界时不可能建立一种绝对正确的理论，而只能找到一种尽可能简单、尽可能准确描述现象的心理图像。正因为如此，理论的构成可以使用不能被当时实验证实的假设，然后这种假设通过实验的不断检验加以调整。

玻耳兹曼的上述观点同现代物理学的研究传统是相吻合的。然而，在归纳主义占统治地位的19世纪末，这种观点在经验主义的框架内是难以容忍的。为此，玻耳兹曼在1898年很痛苦地写到：“我确信这些攻击是建立在曲解的基础之上的，气体理论在科学中所起的作用还没有完全显示出来。…‘我认为敌视气体理论是科学中的大灾难，这与波动理论受牛顿的权威影响的例子相类似。”[7]

随着玻耳兹曼压抑情绪的不断恶化和哲学困扰的日益加剧。1899年，玻耳兹曼为了避开背弃他的学生及与马赫的争论决定离开维也纳大学，试图通过环境的变更来抚慰难以被人理解的孤独之心。1900年，在德国莱比锡大学担任物理化学教授职务的奥斯特瓦尔德的鼎力邀请和推荐之下，玻耳兹曼应聘到莱比锡大学担任了理论物理学教授职务。

然而，玻耳兹曼同奥斯特瓦尔德之间的观点对立并不比同马赫之间的观点对立更轻松。

奥斯特瓦尔德是典型的唯能论者，他不仅反对玻耳兹曼的原子论观点而且反对他从力学基础上构建理论物理学大厦的机械自然观。在莱比锡，他们两人的朝夕相处，使已有的观念分歧更加明显，学术争论的残酷性终于导致双方都患有精神抑郁症。得不到同行的支持，也成为玻耳兹曼最大的心理障碍。

1902年，马赫因病辞去科学哲学教授，维也纳大学多次邀请玻耳兹曼能返回母校继任马赫的哲学兼理论物理学教授职位，并重组维也纳哲学研究所。晚年的玻耳兹曼由于精神及身体状况的原因，将自己的兴趣几乎完全转向了哲学方面。从1902年再次回到维也纳大学之后，玻耳兹曼一方面接任了曾由布伦但诺一马赫开设的哲学讲座及叔本华的哲学思想讲座；另一方面为了探究哲学究竟是什么的问题，在1904年完成出版了《力学讲义》第二卷之后，制定了大量的阅读计划。由于眼睛状况不好，玻耳兹曼只得雇佣女工帮他读物理学与哲学著作，其中包括康德（I.Kant）、叔本华（A.Schopenhauer）及数学哲学等专著。在这一时期，玻耳兹曼对哲学的研究兴趣已超过了对物理学的兴趣，决心重新寻找到一条研究哲学的有效途径。

为了达到这个目的，玻耳兹曼除了实施读书计划之外，还对数学、逻辑与语言学等问题进行了研究。玻耳兹曼认为同理论物理学的研究一样，只要人们能找到恰当的方法，哲学问题是可以得到解决的，这种方法就是语言和数学分析的方法。玻耳兹曼的这种见解同本世纪30年代西方科学哲学逻辑实证主义的内在本质是一致的。

可是，从1903年到1906年，玻耳兹曼的哲学讲座并没有达到他预想的效果，学生听讲人数有所减少。这种状况促使玻耳兹曼把所有的时间都投入到对哲学的疯狂研究中去，完成一本系统阐述自己见解的哲学著作成为他的一个最大夙愿。然而，令人遗憾的是，还没有等著作完成，这位哲学争论中的孤独者于1906年9月5日在意大利度假的旅店里莫名其妙地以上吊自杀的方式结束了自己的生命，解脱了心中的一切烦恼。玻耳兹曼的死因成为物理学史上极其令人痛心的一桩事件，它既为后人研究他的思想提供了想像的余地，同时也留下了一个永远难以揭开的谜。[8]

综上所述，玻耳兹曼的科学成就在推动和促进现代物理学发展的同时，带来了一系列至今仍具有学术价值的科学与哲学问题，证明了科学研究与哲学研究之间的内在相关性。
4.


——卡诺热机理论为什么长期被忽视


今天，“卡诺热机”、“卡诺循环”和“卡诺定理”，已是大家所熟悉的科学名词了。法国物理学家萨迪．卡诺（N．L．Sadi Carnot，1796－1832）创立的理想热机理论，现在不仅在热机工程界受到普遍重视，而且被列为物理学领域的一项重大发现。然而，卡诺的理论在创立后长期都未能得到应有的重视。他在1824年发表的《关于火的动 力和适合产生这种力的机器的考虑》（以下简称为《关于火的动力》）一书的原版直到1835年才销售完；关于他的理论的评论也只有过两次，一次是1824年的书评，另一次则出现在他弟弟为他所写的悼词中。只是到了1848年开耳芬（Lord Kelvin，1824－1907）根据卡诺定理提出绝对温标概念后，卡诺的理论才稍微引起了科学界的注意。

科学世家

1796年6月1日，萨迪．卡诺在巴黎小卢森堡宫降生，时值法国资产阶级大革命之后和拿破仑夺取法国政权之前的动乱年月。
卡诺的父亲拉扎尔．卡诺（Lazare Carnot）在法国大革命和拿破仑第一帝国时代担任要职。他先后是罗伯斯庇尔（Robe-spierre）的十二人公安委员会的成员之一、拿破仑第一执政手下的战争部长及滑铁卢战争前百日政权的内政部长。当拿破仑帝国在1815年被倾覆后，拉扎尔被流放国外，直至1823年病死于马格德堡。拉扎尔的民主共和的思想给卡诺打上了深刻的烙印，他后来遭受的厄运给卡诺造成了巨大的精神创伤，并导致了社会对卡诺的歧视。
拉扎尔不仅是一位政治家，而且也是一位科学家。他于1782年、1787年和1803年先后发表过《通用机器》、《拉扎尔．卡诺数学全休》、《运动和平衡的基本原理》；在热学及能量守恒与转化定律的发现上，均有所贡献。1807年，他辞去战争部长的职务，专事对卡诺和卡诺的弟弟伊波利特．卡诺（Hippolyte Carnot）进行科学教育。
1812年，萨迪．卡诺考入巴黎理工学院，在那里受教于泊松．盖－吕萨克、安培和阿喇戈（D．F．Arago）这样一批卓有成就的老师。他主要攻读了分析数学、分析力学、画法几何和化学。
1819年，他考上了巴黎总参谋军团。该军团处于初创期，组织还十分松散，卡诺借此机会一边进行科学研究，一边在法兰西学院听一些新课程。这时他对工业经济产生了浓厚兴趣，他走访了许多工厂，研究了政治经济学的最新理论。他发现，热机效率低是当时工业的一个难题。这个问题此导他走上了热机理论研究的道路。

破土而出

由于蒸汽机的发明，工业革命在欧洲逐步兴起来了。蒸汽机正在使法国和蒸汽机的故乡——英国日益工业化，为它们增加了国力和财力。作为法国人的卡诺亲身经历了这场蒸汽机革命的冲击，亲眼看到了蒸汽机是怎样促进人类文明向前发展的。然而，他也看到：人们是知道怎样制造和使用蒸汽机，而对蒸汽机的理论却了解不够。
当时的热机工程界对这样两个问题进行着热烈的讨论：（1）热机效率是否有一极限？（2）什么样的热机工作物质是最理想的？
在对热机效应缺乏理论认识的情况下，工程师只能就事论事，从热机的适用性、安全性和燃料的经济性几个方面来改进热机。他们曾盲目采用空气、二氧化碳，甚至采用酒精来代替蒸汽，试图找到一种最佳的工作物质。这种研究只具有针对性，而不具备普遍性；从某一热机上获得的最佳数据不能套用于另一热机。这就是当时热机理论研究的状况。卡诺采用了截然不同的途径，他不是研究个别热机，而是要寻一种可以作为一般热机的比较标准的理想热机。
当拉扎尔在1823年8月病故后，卡诺的弟弟回到巴黎，协助卡诺完成了《关于火的动力》一书的写作，使它在1824年6月12日发表出来。卡诺在这部著作中提出了“卡诺热机”和“卡诺循环”的概念及“卡诺原理”（现在称为“卡诺定理”）。
根据卡诺热机理论，“卡诺热机”是一切工作于相同高温热源和低温热源之间的热
机中效率最高的热机，是一种理想热机；“卡诺循环”是一种可逆循环，按照现在的术
语来说，是熵保持不变的循环。“卡诺原理”是说：“热动力与用来产生它的工作物质
无关，它的量唯一地由在它们之间产生效力的物体（热源）的温度来确定，最后还与热
质的输运量有关”。
值科注意的是，卡诺在1824年论著中借用了“热质”的概念，这是他的理论在当时
受到怀疑的一个重要原因。卡诺之所以要借助于“热质”，是为了便于通过蒸汽机和水
轮机的形象类比来发现热机的规律。在卡诺看来，“热质”正如水从高水位流下推动水
轮机一样，它从高温热源流出以推动活塞，然后进入低温热源。在整个过程中，推动水
轮机的水没有量的损失；同样，推动活塞的“热质”也没有损失。为了避免混乱，卡诺
在谈到热量、或热与机械功的关系时，就不用“热质”一词，而改用“热”；况且在他
后来的研究记录中，他就彻底抛弃了“热质”一词。在一个很长的时间内，不少人说卡
诺是“热质”论者，其实是没有根据的.

新星陨落

在《关于火的动力》发表后，卡诺继续研究热机理论。由于巴黎总参谋军团的改组，
他被调回部队。他在部队的时间不到一年，就永远辞去了职务，加在到巴黎在他父亲遗
留下来的私寓里长期定居下来。卡诺性格孤僻而清高，他一生只有可数的几位好友。在
学派林立的巴黎学界，卡诺的厌世情绪越来越严重。
他父亲的革命思想对他的影响至深，以致使他不满时局而与时代格格不入，这就更
加恶化了他与社会的关系。七月革命爆发了，他一度表现积极，但很快又失望了。由于
他父亲的名气，七月革命党人提名他为巴黎内阁成员。他厌恶这种官衔世袭的作法，而
毅然拒绝了。最后他仍回到自己的书桌前从事科学研究。1831年，卡诺开始研究气体和
蒸汽的物理性质。4832年6月，他患了猩红热，不久后转为脑炎，他的身体受了致命的
打击。后来他又染上了流行性霍乱，竟于同年8月24日被夺去了生命。
卡诺去世时年仅36岁，按照当明的防疫条例，霍乱病者的遗物应一律付之一炬。卡
诺生前所写的大量手稿被烧毁，幸得他的弟弟将他的小部分手稿保留了下来。这部分手
稿中有一篇是仅有21页纸的论文----《关于适合于表示水蒸汽的动力的公式的研究》；
其余内容是卡诺在1824－1826年间写下的23篇论文，它们的论题主要集中在这样三个方
面：（1）关于绝热过程的研究；（2）关于用磨擦产生热源；（3）关于抛弃“热质”
学说。卡诺这些遗作直到1878年才由他的弟弟整理发表出来。
卡诺抛弃“热质”学说的原因，首先是受菲涅耳（A．J．Fresnel，1788－1827）
的影响。菲涅耳认为光和热是一组相似的现象，既然光是物质粒子振动的结果，那么热
也应当是物质粒子振动的结果，是物质的一种运动形式，而不是什么虚无缥缈没有质量
的东西。卡诺接受了菲涅耳的设想，他一方面运用热的动力学新概念重新审度他在1824
年提出的热机理论，发现只要用“热量”一词代替“热质”，他的理论仍然成立。另一
方面，他又深入研究伦福德伯爵（C．Rrmford）和戴维（H．Davy）的磨擦生热的实验，
并计划用实验来揭示在液体或气体中的磨擦热效应的定量关系，他计算出热功当量为
3.7焦耳／卡，比焦耳（J P Joule）的工作超前将近20年。
在卡诺去世两年后，《关于火的动力》才获得了第一个认真的读者----克拉派隆
（Emile Claperon）。他是巴黎理工学院的毕业生，只比卡诺低几个年级。1834年，他
在学院出版的杂志上发表了题为《论热的动力》的论文，用P－V曲线翻译了卡诺循环，
但未引起学术界的注意。10年后，英国青年物理学家开耳芬在法国学习时，偶尔读到克
拉派隆的文章，才知道有卡诺的热机理论。然而，他找遍了各图书馆和书店，都无法找
到卡诺的1824年论著。实际上，他在1848年发表的《建立在卡诺热动力理论基础上的绝
对温标》一文，主要根据克拉派隆介绍的卡诺理论来写的。1849年，开耳芬终于弄到一
本他盼望已久的卡诺著作。十余年后，德国物理学家克劳修斯（R．Clausius）也遇到
了同样的困难，他一直没弄到卡诺原著，只是通过克拉派隆和开耳芬的论文熟悉了卡诺
理论。
这些事实表明，在1824年至1878年间，卡诺的热机理论一直没有得到广泛传播。卡
诺生前的好友罗贝林（Robelin）在法国《百科评论》杂志上曾经这样写道：卡诺孤独
地生活、凄凉地死去，他的著作无人阅读，无人承认。
现在很难说清学术界是什么时候开始公认卡诺热机理论的，因为在他去世后，没有
任何学术团体或学校授予卡诺任何称号。可以这样说，卡诺的学术地位是随着热功当量
的发现，热力学第一定律、能量守恒与转化定律及热力学第二定律相继被揭示出来的过
程慢慢地形成的；卡诺的理论除了对克拉派隆、开耳芬和克劳修斯等少数几位物理学家
产生过影响外，它在整个物理学界未曾引起过反响。直到1878年他的《关于火的动力》
第二版和他生前遗稿发表后，物理学界才普遍知道了卡诺和他的理论。不过，那时热力
学已经有了迅速发展，他的著作就成了历史遗物，除少数科学史家和教科书编纂者偶尔
翻翻外，没有更多人去认真读它。
卡诺的理论不仅是热机的理论，它还涉及到热量和功的转化问题，因此也就涉及到
热功当量、热力学第一定律及能量守恒与转化的问题。可以设想，如果卡诺的理论在
1824年就开始得到公认或推广的话，这些定律的发现可能会提前许多年。这种估计不算
过分，根据前面的分析，卡诺至迟在1824－1826年间就计算过热功当量，这比焦耳的工
作要早17~19年。虽然他的计算不够精确，但他的理论见解是正确的。我们有理由相信，
在他那些被烧毁的手稿中可能还有关于热功当量的更精确的计算。

深刻的启示

英国著名物理学家麦克斯韦（J．C．Maxwell，1831－1879），对卡诺理论作过高
度评价。他说：卡诺的理论是“一门具有可靠的基础、清楚的概念和明确的边界的科
学”。可是，这个理论的创立者不论在法国学术界还是在法国社会里都未曾获得多数人
的支持。通过对卡诺的历史分析，我们让为卡诺理论的蒙难有如下几个原因：（1）社
会的政治压抑；（2）卡诺的早逝；（3）卡诺生前未能进入某一学派。
拉扎尔．卡诺是法国18世纪著名科学家，不论在科学家传记上还是在各种大百科全
书中，现在都有关于他的生平和贡献的记载。按理说，这对于萨迪．卡诺跻身于法国学
术界是一个极为有利的条件。但是，正如前面所说，拉扎尔晚年的不幸以致客死异乡，
在政治上给卡诺以巨大的压抑，加上社会对卡诺的歧视，迫使卡诺加避社会而远离了他
应当加入的社会或科学团体，使他变成一位不归附任何名门的游离份子。孤独地生活、
勤奋地工作又摧毁了他的身心。致使他过早去世。去世后，也没有一位法国学术权威对
他的工作作过任何评价，而克拉派隆在当时只不过是一个“无名小卒”，他对卡诺理论
的翻译和解释在法国没有产生反响。19世纪初，法国物理学界中颇具影响的人物一般集
中在巴黎理工学院和法兰西学院，他们之中威望最高的要数拉普拉斯（P．S．Laplace，
1749－1827）；以拉普拉斯为首的物理学派左右了法国物理学的方向，凡是比较成功的
理论几乎都经过拉普拉斯的评阅和推荐。最明显的例子是毕奥（J．B．Biot）??萨伐
尔（F Savart）定律，这个定律是在拉普拉斯指导下，由他的学生毕奥和萨伐尔通过几
个实验发现的，一经公布就得到推广，很快就在教科学里出现了。另一个例子是菲涅耳
的光波动理论。虽然菲涅耳也死得过早，但他在生前已与法国物理学界取得联系，得到
像阿喇戈这样一些权威人士的赞助，因此菲涅耳理论能够产生及时的影响。
卡诺理论的蒙难历史告诉我们，为了科学技术的迅速发展，我们不仅要加倍注意人
才的开发，而且要给与那些还没有确定社会地位的已经开发现来的人才以热情的支持和
鼓励。社会还要切实注意中、青年科学家的身体状况。各学术团体、各位有声望的科学
家，要克服门户之见，推荐和提拔卓有贡献的青年科学家，对他们的成果作出及时的鉴
定、宣传和推广，以促进科学事业的不断繁荣。
5

克劳修斯 在1822年出生于普鲁士的克斯林。他的母亲是一位女教师，家中有多个兄弟姐妹。他中学毕业后，先考入了哈雷大学，后转入柏林大学学习。为了抚养弟妹，在上学期间他不得不去做家庭补习教师。
1850年，克劳修斯被聘为柏林大学副教授并兼任柏林帝国炮兵工程学校的讲师。同年，他对热机过程，特别是卡诺循环进行了精心的研究。克劳修斯从卡诺的热动力机理论出发，以机械热力理论为依据，逐渐发现了热力学基本现象，得出了热力学第二定律的克劳修斯陈述。

在《论热的运动力……》一文中，克劳修斯首次提出了热力学第二定律的定义：“热量不能自动地从低温物体传向高温物体。”这与开尔文陈述的热力学第二定律“不可制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而其他物体不发生任何变化”是等价的，它们是热力学的重要理论基础。同时，他还推导了克劳修斯方程——关于气体的压强、体积、温度 和气体普适常数之间的关系，修正了原来的范德瓦尔斯方程。

1854年，克劳修斯最先提出了熵的概念，进一步发展了热力学理论。他将热力学定律表达为：宇宙的能量是不变的，而它的熵则总在增加。由于他引进了熵的概念，因而使热力学第二定律公式化，使它的应用更为广泛了。

1855年，克劳修斯被聘为苏黎世大学正教授，在这所大学他任教长达十二年。这期间，他除了给大学生讲课外，还积极地进行科学探索。

1857年，克劳修斯研究气体动力学理论取得成就，他提出了气体分子绕本身转动的假说。这一年，他发表了《论我们称之为热能的动力类型》一文，在这篇文章中他将气体分子的动能不仅看做是它们的直线运动，而且而且看作是分子中原子旋转和振荡的运动。这样，他就正确地，尽管不是充分地（只有量子理论才能给予充分的解释），确定了实际气体与理想气体的区别。同年，他还研究了电解质和电介质。他重新解释了盐的电解质溶液中分子的运动；他建立了固体的电介质理论。他还提出描述分子极性同电介质常数之间关系的方程。同时他还提出了电解液分解的假说。这一假说，后来经过阿仑尼乌斯的进一步发展成为电解液理论。

1858年，克劳修斯通过细心的研究，推导出了气体分子平均自由程公式，找出了分子平均自由程与分子大小和扩散系数之间的关系。同时，他还提出分子运动自由程分布定律。他的研究也为气体分子运动论的建立做出了杰出的贡献。

1860年，克劳修斯计算出了气体分子运动速度。后来，他确定了气体对于器壁的压力值相当于分子撞击器壁的平均值。运用与概率论相结合的平均值方法，他开辟了物理学一个极为重要的领域，即创建了统计物理学的学科。在后来的著作中，克劳修斯推导出能表示受压力影响的物体熔点（凝固点）的方程式，后来被称为克拉佩龙—克劳修斯方程。

克劳修斯在科学研究方面的主要贡献是建立热力学基础；同时，他在分子运动论以及电解质和固体电介质理论方面也都做出了重大的贡献。鉴于他在物理学各领域中所做出的贡献和取得的成就，1865年，他被选为法国科学院院士。

1867年，克劳修斯受聘于维尔茨堡大学，担任教授。在这所大学里他任教两年。在这期间(1868年)，他又被选为英国伦敦皇家学会会长。1869年以后，他任波恩大学教授。1870年他最先提出了均功理论。

1870年至1871年的战争期间，克劳修斯的膝盖惨遭重伤，因此，不得不将学生们的实验课交给克莱门斯凯特来负责。此人虽然被称为“老一辈人”的代表人物，但他并没有给他的继承者留下任何设备与仪器。也许，正是由于这个原因，尽管克劳修斯是当时最先进的物理学家，波恩大学的实验物理却没能得到应有的发展，也没能形成一种科学流派。

克劳修斯不仅在科研方面取得了重大的成就，而且在教学上也取得了良好的效果。他先后在柏林大学、苏黎世大学、维尔茨堡大学和波恩大学执教长达三十余年，桃李芬芳。他培养的很多学生后来都已成为了知名的学者，有的甚至是举世闻名的物理学家。

另外，克劳修斯除发表了大量的学术论文外，还出版了一些重要的专著，如《机械热理论》第一卷和第二卷、《势函数和势》等。

在克劳修斯的晚年，他不恰当地把热力学第二定律引用到整个宇宙，认为整个宇宙的温度必将达到均衡而不再有热量的传递，从而成为所谓的热寂状态，这就是克劳修斯首先提出来的“热寂说”。热寂说否定了物质不灭性在质上的意义，而且把热力学第二定律的应用范围无限的扩大了。

克劳修斯于1888年逝世，终年六十六岁。克劳修斯虽然在晚年错误地提出了“热寂说”，但在他的一生的大部分时间里，在科学、教育上做了大量有益的工作。特别是他奠定了热力学理论基础，他的大量学术论文和专著是人类宝贵的财富，他在科学史上的功绩不容否定。他诚挚、勤奋的精神同样值得后人学习。


6.


居里家族Curie family
法国科学家P.居里和M.居里夫妇，女儿I.约里奥-居里和女婿F.约里奥-居里的合称 。
他们先后获得 3 次诺贝尔奖，主要以其放射性研究在近代科学技术发展中所作的贡献而闻名于世。P.
居里（Pierre Curie）1859 年 5 月 15 日生于巴黎，1906年4月19日卒于同地。16岁入巴黎大学理学院 ，
毕业后任该校实验室助理，1880年与其兄J.居里共同发现晶体的压电现象 。 1895 年发现顺磁体的磁化
率与热力学温度成反比，即居里定律（见磁性物理学、磁介质）。他的不同温度下磁性的论文，使他获得
科学博士学位。为了纪念他在磁性方面的研究成果，后人将铁磁性转变力顺磁性时的温度，称为居里温度或居里点。
1895年与夫人一起研究放射性，发现了钋和镭两种元素。1903年他们夫妇和A.-H.贝可勒尔（见贝可勒尔家族）共同获得诺贝尔物理学奖。
1904年任巴黎大学教授。1905年被选为法国科学院院士。1906年4月19日在巴黎死于车祸。
M. 居里（ Marie Sklodowska Curie ）习称居里夫人。1867年11月7日生于波兰华沙 ，1934年7月4日卒于萨拉西沃附近 。1891年到法国深造 ，1893年以优异成绩毕业于巴黎大学理学院物理系，1894年毕业于数学系。1895 年和 P.居里结婚。在贝可勒尔发现铀盐的放射现象以后，M.居里决心寻找其他物质是否也具有铀盐的这种性质，乃首创放射性一词。她发现钍也具有放射性，沥青铀矿则有着比铀盐高得多的放射性。她认为在沥青铀矿中一定存在着某种未知的、放射性很强的元素。于是她和P.居里在实验室中，用化学方法和测定放射性的手段，从数以吨计的沥青铀矿中提取少量的未知元素 ，结果在1898年发现了钋和镭 。钋（Polonium）的命名是为了纪念M.居里的祖国波兰。M.居里所开创的、用放射性进行化学分离与分析的方法奠定了放射化学的基础 。因对放射性研究的贡献，他们和贝可勒尔共同获得1903年诺贝尔物理学奖，同年她获科学博士学位。1906年P.居里去世后 ，她接替了丈夫的工作 ，成为巴黎大学第一位女教授 。1910年又提炼出金属态的纯镭 。1911年 ，因发现元素镭和钋、分离出纯镭和对镭的性质及化合物的研究，又获得诺贝尔化学奖 。在第一次世界大战期间 ，她和她的长女I.居里（婚后称I.约里奥-居里）一起参加战地医疗服务 ，担负伤员的X射线透视工作 。她积极提倡把镭用于医疗方面 ，使辐射治疗得到推广和提高，以造福于人类。1922年由于她在放射性物质的化学及其在医学上的应用的贡献而选为法国医学科学院院士。由于长期从事放射性工作，得了恶性贫血白血病，于 1934 年7月4日在萨拉西沃附近逝世。

居里夫人

M.居里一生中担任25个国家104个荣誉职位 ，接受过7个国家24次奖金或奖章，著作有《同位素及其组成》、《论放射性》、
《放射性物质及其辐射的研究》等。F.约里奥-居里（Frederic Joliot Curie） 1900 年3月19日生于巴黎 ，卒于1958年8月14日。
1923年毕业于巴黎理化专科学校 。1925年为M.居里的助手 。1930年获博士学位。1937年任法兰西学院教授，1956年任镭研究所
和巴黎大学奥尔赛研究所所长。I.约里奥-居里(Irene Joliot-Curie)1897年9月12日生于巴黎，1956年3月17日卒于同地。1912～1914
年在塞维涅学院攻读。1925年获博士学位。1931年起 ，一直和她的丈夫F.约里奥-居里合作进行研究 。1937年任巴黎大学教授。1946年
任镭研究所所长。约里奥 - 居里夫妇最主要的成就是发现了人工放射性 。1934年，他们用钋的α射线轰击铝箔，发射出中子和正电子，
最后生成放射性磷，用同样方法又生成其他放射性物质，并发现放射性同位素在医学和生物学上有广泛的应用。由于这一发现，他们
获得了1935年诺贝尔物理学奖。以后他们发现铀经中子轰击后产生的放射性物质中含有化学性质与镧相似的元素，为核裂变现象的发
现提供了重要事实。铀裂变后 ，他们很快发现裂变中有多个中子和大量能量放出，预言可以实现链式反应，释放核能。
在第二次世界大战期间，他们是反法西斯战士，约里奥夫妇留在法国。面临纳粹对人类的威胁 ，1940 年6月F.约里奥-居里曾把
130升重水从挪威送往英国。战后又为法国原子能事业和法国原子能中心的建立作出了贡献。主张原子能的和平利用，要求制止核
军备竞赛和原子弹、氢弹试验。他们还积极参加国内的政治和社会活动，西班牙内战中站在共和国一边 。I.约里奥-居里跟她的母亲一样 ，
由于放射性工作引起了白血病 ，于 1956 年3月 17 日在巴黎逝世 。F.约里奥-居里则由于肝病于1958年8月14日在巴黎逝世。


7.

道尔顿 (1766-1844)

化学是在近代兴起的一门学科，无数的科学先驱者为这门学科奠定了理论基础，英国物理学家、化学家约翰·道尔顿就是其中的一位。道尔顿既具有敏锐的理论思维头脑，又具有卓越的实验才能，尤其是在对原子的研究方面取得了非凡的成果，因而被称为“近代化学之父”，成为近代化学的奠基人。
道尔顿出生在英国坎伯兰的一个贫困的乡村，他的父亲是一个纺织工人。当时正值第一次工业革命的初期，很多破产的农民沦为雇用工人。道尔顿一家的生活十分困顿，道尔顿的一个弟弟和一个妹妹都因为饥饿和疾病而夭折。道尔顿在童年根本没有读书的条件，只是勉强接受了一点点初等教育，十岁时，他就去给一个富有的教士当仆役。也许这也算是命运赐予他的一次机会吧，在教士家里他有读了一些书，增长了很多知识。于是两年后，他被推举为本村小学的教师。
1781年，年仅十五岁的道尔顿随哥哥到外地谋生。不久后，他就成为了肯达耳中学的教师。在教学之余，他一边系统的自学科学知识，一边进行气象观察。在这里他还结识了著名学者豪夫（Johann Hauf），他从豪夫那里学习了很多知识，教学水平迅速提高，四年以后，便成为了肯达耳中学的校长。1793年，在豪夫的推荐下，道尔顿又受聘于曼彻斯特的一所新学院。在这里他出版了自己的第一本科学著作 — 《气象观察与研究》。第二年，他在罗伯特·欧文的推荐下成为曼彻斯特文学哲学会的会员。
1799年，为了把大部分精力投入到科学研究中去，道尔顿离开了学院。他在几个富人家里做私人教师，每天教课时间不超过两小时。这样，既能谋生又保证了他的科研工作。现在，他越来越重视对气体和气体混合物的研究。道尔顿认为，要说明气体的特性就必须知道它的压力。他找到两种很容易分离的气体，分别测量了混合气体和各部分气体的压力。结果很有意思，装在容积一定的容器中的某种气体压力是不变的，引入第二种气体后压力增加，但它等于两种气体的分压之和，两种气体单独的压力没有改变。于是道尔顿得出结论：混合气体的总压等于组成它的各个气体的分压之和。道尔顿发现由此可以做出某些重要的结论，气体在容器中存在的状态与其他气体无关。用气体具有微粒结构来解释就是，一种气体的微粒或原子均匀的分布在另一种气体的原子之间，因而这种气体的微粒所表示出来的性质与容器中没有另一种气体一样。道尔顿开始更多的研究关于原子的问题，他顽强进行研究工作，寻找资料、动手实验、不断的思考……
1803年9月6日，道尔顿在他笔记中写下了原子论的要点：
（一） 原子是组成化学元素的、非常微小的、不可在分割的物质微粒。在化学反应中原子保持其本来的性质。
（二） 同一种元素的所有原子的质量以及其他性质完全相同。不同元素的原子具有不同的质量以及其他性质。原子的质量是每一种元素的原子的最根本特征。
（三） 有简单数值比的元素的原子结合时，原子之间就发生化学反应而生成化合物。化合物的原子称为复杂原子。
（四） 一种元素的原子与另一种元素的原子化合时，他们之间成简单的数值比。
同年10月21日，道尔顿报告了他的化学原子论，并且宣读了他的第二篇论文《第一张关于物体的最小质点的相对重量表》。道尔顿的理论引起了科学界的广泛重视。他应邀去伦敦讲学，几个月后又回到曼彻斯特继续进行测量原子量的工作。有些时候，道尔顿也遇到一些困难。有些物质被氧化后生成不同的氧化物，这是一种难解释的现象，当然前人已经进行了分析化验，为了进行计算，道尔顿就只能利用这些结果；有时他在原始文献中发现的结果只是由一位科学家侧得的，为了保证可靠性，道尔顿就再做一次分析。道尔顿所得出的原子量有很多是不准确的，但实际上他所计算出来的正是今天所谓的当量。例如他把氧的原子量确定为7而不是16。
1804年以后，道尔顿又对甲烷和乙烯的化学成分进行分析实验，他发现，甲烷中碳氢比是4.3:4;而乙烯中碳氢比是4.3:2。他由此推出碳氢化合的比例关系，并发现了倍比定律：相同的两种元素生成两种或两种以上的化合物时，若其中一种元素的质量不变，另一种元素在化合物中的相对重量成简单的整数比。道尔顿认为倍比定律既可以看作是原子论的一个推论，又可以看作是对原子论的一个证明。
1807年，汤姆逊在它的《化学体系》一书中详细的介绍了道尔顿的原子论。第二年道尔顿的主要化学著作《化学哲学的新体系》正式出版。书中详细记载了道尔顿的原子论的主要实验和主要理论。自此道尔顿的原子论才正式问世。
在科学理论上，道尔顿的原子论是继拉瓦锡的氧化学说之后理论化学的又一次重大进步，他揭示出了一切化学现象的本质都是原子运动，明确了化学的研究对象，对化学真正成为一门学科具有重要意义，此后，化学及其相关学科得到了蓬勃发展；在哲学思想上，原子论揭示了化学反应现象与本质的关系，继天体演化学说诞生以后，又一次冲击了当时僵化的自然观，为科学方法论的发展、辩证自然观的形成以及整个哲学认识论的发展具有重要意义。
原子论建立以后，道尔顿名震英国乃至整个欧洲,各种荣誉纷至沓来,1816年，道尔顿被选为法国科学院院士；1817年，道尔顿被选为曼彻斯特文学哲学会会长；1826年，英国政府授予他金质科学勋章；1828年，道尔顿被选为英国皇家学会会员；此后，他又相继被选为柏林科学院名誉院士、慕尼黑科学院名誉院士、莫斯科科学协会名誉会员，还得到了当时牛津大学授予科学家的最高荣誉 — 法学博士称号。在荣誉面前，道尔顿开始还是冷静的、谦虚的，但是后来荣誉越来越高，他逐渐改变了，变得骄傲、保守，最终走向了思想僵化、固步自封。
1808年，法国化学家吕萨克在原子论的影响下发现了气体反应的体积定律，实际上这一定律也是对道尔顿的原子论的一次论证，后来也得到了其他科学家的证实并应用于测量气体元素的原子量。但是吕萨克定律却遭到了道尔顿本人的拒绝和反对，他不仅怀疑吕萨克的实验基础和理论分析，还对他进行了严厉的抨击。1811年，意大利物理学家阿佛加德罗建立了分子论，使道尔顿的原子论与吕萨克定律在新的理论基础上统一起来。他也遭到了道尔顿无情的反驳。1813年，瑞典化学家贝齐力乌斯创立了用字母表示元素的新方法，这种易写易记的新方法被大多数科学家接受，而道尔顿一直到死都是新元素符号的反对派。
虽然道尔顿的后半生科学贡献不大、甚至阻挠别人的探索，人们还是给予了他深切的怀念。



8.


狄拉克（P. Dirac , 1902 - 1984）是二十世纪一位大物理学家。关于他的故事很多。譬如：有一次狄拉克在普林斯顿大学演讲。 演讲完毕，一位听众站起来说：“我有一个问题请回答：我不懂怎么可以从公式（2）推导出来公式（5）。 ”狄拉克不答。 主持者说：
“狄拉克教授，请回答他的问题。”狄拉克说：“他并没有问问题， 只说了一句话。”
　　这个故事所以流传极广是因为它确实描述了狄拉克的一个特点：
话不多，而其内含有简单、直接、原始的逻辑性。一旦抓住了他独特的、别人想不到的逻辑，他的文章读起来便很通顺，就像“秋水文章不染尘”，没有任何渣滓，直达深处，直达宇宙的奥秘。
狄拉克最了不得的工作是1928年发表的两篇短文，写下了狄拉克方程：

(D) (略)

　　这个简单的方程式是惊天动地的成就，是划时代的里程碑：它对原子结构及分子结构都给予了新的层面和新的极准确的了解。
没有这个方程，就没有今天的原子、分子物理学与化学。没有狄拉克引进的观念就不会有今天医院里通用的核磁共振成像（MRI）技术，
不过此项技术实在只是狄拉克方程的一项极小的应用。


　　狄拉克方程“无中生有、 石破天惊”地指出为甚么电子有“ 自旋”（spin）， 而且为甚么“自旋角动量”是1 / 2而不是整数。
初次了解此中奥妙的人都无法不惊叹其为“神来之笔”，是别人无法想到的妙算。 当时最负盛名的海森伯（W. Heisenberg , 1901 -
1976）看了狄拉克的文章，无法了解狄拉克怎么会想出此神来之笔，于1928年5月3日给泡利（W. Pauli , 1900 - 1958）写了一封信描
述了他的烦恼：

　　为了不持续地被狄拉克所烦扰，我换了一个题目做，得到了一些成果。（按：这成果是另一项重要贡献：磁铁为甚么是磁铁。）
狄拉克方程之妙处虽然当时立刻被同行所认识，可是它有一项前所未有的特性，叫做“负能”现象，这是大家所绝对不能接受的。
狄拉克的文章发表以后三年间关于负能现象有了许多复杂的讨论，最后于1931年狄拉克又大胆提出 “ 反 粒 子 ” 理 论
（ Theory of Antiparticles ） 来解释负能现象。 这个理论当时更不为同行所接受， 因而流传了许多半羡慕半嘲弄的故事。
直到1932年秋安德森（C.D. Anderson , 1905 - 1991）发现了电子的反粒子以后，大家才渐渐认识到反粒子理论又是物理学的
另一个里程碑。

　　二十世纪的物理学家中，风格最独特的就数狄拉克了。我曾想把他的文章的风格写下来给我的文、史、艺术方面的朋友们看，
始终不知如何下笔。去年偶然在香港大公报大公园一栏上看到一篇文章，其中引了高适（700 - 765）在《答侯少府》中的诗句：
“性灵出万象，风骨超常伦。”我非常高兴，觉得用这两句诗来描述狄拉克方程和反粒子理论是再好没有了：一方面狄拉克方程确实
包罗万象，而用“出”字描述狄拉克的灵感尤为传神。另一方面，他于1928年以后四年间不顾玻尔（N. Bohr , 1885 - 1962）、海森伯、
泡利等当时的大物理学家的冷嘲热讽，始终坚持他的理论，而最后得到全胜，正合 “风骨超常伦”。

　　可是甚么是“性灵”呢？这两个字联起来字典上的解释不中肯。
若直觉地把“性情”、“本性”、“心灵”、“灵魂”、“灵感”、
“灵犀”、 “圣灵”（Ghost）等加起来似乎是指直接的、原始的、
未加琢磨的思路，而这恰巧是狄拉克方程之精神。刚好此时我和香港
中 文大学童元方博士谈到《二十一世纪》1996年6月号钱锁桥的一篇
文章，才知道袁宏道（1568 - 1610）（和后来的周作人〔1885 -
1967〕， 林语堂〔1895 - 1976〕等）的性灵论。袁宏道说他的弟弟
袁中道（1570 - 1623）的诗是“独抒性灵，不拘格套”， 这也正是
狄拉克作风的特征。“非从自己的胸臆流出，不肯下笔”，又正好描
述了狄拉克的独创性！

9.


费密，E．(Enrico Fermi 1901-1954)
物理学家，对统计物理、原子物理、原子核物理、粒子物理、中子物理都有重要贡献。在他领导下建成了世界上
第一座可控原子核裂变链式反应堆，为原子能的利用做出了开创性的工作。

1901年9月29日出生于罗马。1918年进人比萨大学，1922年获得博士学位。继而去德国格丁根大学随M·玻恩工作，
后又去荷兰莱顿大学随P·厄任费斯脱工作。1924年回到意大利，在罗马大学任教，1925年到佛罗伦萨大学任讲师。
1927年回罗马在帕尼斯佩纳大道的物理研究所工作，并在罗马大学担任第一任理论物理讲座。

1926年初，他根据泡利不相容原理，提出电子应服从的统计规律——费密-狄喇克统计。1927年冬，他根据费密-狄
喇克统计原理建立了一个原子结构的模型理论——托马斯-费密模型。1933年，费密提出了B衰变理论，成功地解释
了B衰变现象的许多特点。由于中子核反应的发现，他获得1938年诺贝尔物理学奖。

1938年意大利颁布了法西斯的种族歧视法，由于费密的妻子是犹太血统，他于1938年11月利用去瑞典接受诺贝尔奖的机会，
携带家眷离开意大利去美国，先在纽约哥伦比亚大学，后在芝加哥大学任教。

1939年N·玻尔去美国时告诉他钠裂变的消息后，费密就着手探索核裂变链式反应的可能性。在他领导下，他和助手们在
1942年12月2日在芝加哥大学建成世界上第一座可控原子核裂变链式反应堆，使它达到临界状态，产生可控的核裂变链式反应。
这一成就是原子能时代的一个重要里程碑。随后费密参加了原子弹的研制工作。

为了反对把原子能用于战争目的，费密于1946年初离职回到芝加哥大学任教，转入粒子物理这个新领域的研究。
一批有为的青年慕名来到芝加哥大学，聚集在他的左右，其中如杨振宁、李政道、M·盖耳—曼和O·张伯伦等人，
后来成为有重要贡献的物理学家。芝加哥大学的同步回旋加速器建成以后，费密和他的小组于1951年发现了第一个核子共振态。
1954年11月29日费密病逝于芝加哥。

10

吉布斯
（Josiah Willard Gibbs,1839-1903年）
美国物理化学家吉布斯，1839年2月11日生于康涅狄格州的纽黑文。父亲是耶鲁学院教授。1854-1858年在 耶鲁学院学习。学习期间，因拉丁语和数学成绩优异曾数度获奖。1863年获耶鲁学院哲学博士学位，留校任助教。1866-1868年在法、德两国听了不少著名学者的演讲。1869年回国后继续任教。1870年后任耶鲁学 院的数学物理教授。曾获得伦敦皇家学会的科普勒奖章。1903年4月28日在纽黑文逝世。

吉布斯在1873-1878年发表的三篇论文中，以严密的数学形式和严谨的逻辑推理，导出了数百个公式，特别 是引进热力学势处理热力学问题，在此基础上建立了关于物相变化的相律，为化学热力学的发展做出了卓越的贡献。1902年，他把玻尔兹曼和麦克斯韦所创立的统计理论推广和发展成为系统理论，从而创立了近代物理学的统计理论及其研究方法。吉布斯还发表了许多有关矢量分析的论文和著作，奠定了这个数学分支的基础。此外，他在天文学、光的电磁理论、傅里叶级数等方面也有一些著述。主要著作有：《图解方法在流体热力学中的应用》、《论多相物质的平衡》、《统计力学的基本原理》等。

布斯从不低估自己工作的重要性，但从不炫耀自己的工作。他的心灵宁静而恬淡，从不烦躁和恼怒，是笃志于事业而不乞求同时代人承认的罕见伟人。他毫无疑问可以获得诺贝尔奖，但他在世时从未被提名。直到他逝世47年后，才被选入纽约大学的美国名人馆，并立半身像。



统计力学的奠基人－－吉布斯
Josiah Willd Gibbs（1839-1903）


一个世纪之前，化学实际上是一门实验科学。那个时代的杰出化学家大多是实验工作者，他们从事于提炼新的物质，并鉴定其性质。那时的化学理论在本质上是描绘性的或是叙述性的，象Dalton的原子论与 Mendeleev的周期表就是明证。有两位在 19世纪工作的理论学者由于导出了某些可以支配物理和化学过程中物质行为的数学定律而改变了化学的真正面貌。这两位学者之一是James Clerk Maxwell，他的贡献在于我们第五章所讨论的气体分子运动论。另一位便是J. Willard Gibbs，自 1871年至 1903年去世时，任耶鲁大学的教授。

1876年Gibbs在康乃狄格科学院院报上发表了题为《论非均相物质之平衡》 著名论文的第一部份。当这篇论文于1878年完成时（该文长达323页），化学热力学的基础也就奠定了。这篇论文首次提出了我们在本章用来讨论反应自发性的最大功和自由能的概念。其中还包括我们将在第十五章讨论的有关化学平衡的各种基本原理。文章还应用热力学定律阐明了相平衡原理（第十一章）、稀溶液定律（第十二章）、表面吸附的本质（第十六章）以及伏打电池中支配能量变化的数学关系式（第二十二章）。


假如 Gibbs 从未发表过其它论文，单凭这一项贡献就足以使他名列科学史上最伟大的理论学者的行列之中。几代实验科学家曾因在实验室证明了Gibbs 在书桌上推导出来的关系式的正确性而建立了他们的声誉。这些关系式中有许多又为其它科学家重新发现，1882年由Helmholtz 提出的方程（即Gibbs-Helmhotz 方程）就是其中一例，——Helmholtz 当时对Gibbs 的工作是完全不知道的。


Gibbs 在他的余年对化学、天文学和数学作出了巨大贡献。在这些成就中有1881与1884年发表的两篇论文，它们确立了今日我们称之为矢量分析的学科。在1901年他发表的最后一本著作名为《统计力学中的基本原理》。在这本著作中，Gibbs运用支配体系性质的统计原理阐明了他在事业开始之际从完全不同的观点导出的热力学方程。在这本书中，我们也看到了如今在社会科学以及自然科学受到如此重视的有关熵的“混乱度”的解释。


J．Willard Gilibs是一位地道的“在自己的本土上不享荣誉的先知”。他在New Haven以及美国其它各地的同事，直到他的晚年也没有察觉到他工作的意义。在他作为耶鲁大学教授的头十年，没有得到任何薪俸。1920年，在他首次被提名进入纽约大学的美国名人馆时，在可能获得的 100票中他只得到了 9票。直至1950年他才被选入该机构之中。即使到今天，除了对自然科学感兴趣的人外，受过教育的美国人对人 Willard Gibbs的名字仍旧感到生疏。


必须承认，Glbbs的工作多年没有得到人们的重视，他本人应承担主要责任。他从来不愿化费一点力气宣传他自己的工作；康乃狄格科学院院报远非当时第一流期刊。Gibbs属于那种似乎内心并不要求得到同时代的人承认的罕见的人物中的一个。他对于能够解决自己脑海中所存在的问题便感到满足，一个问题解决之后，接着他又着手思考另一个问题，而从来不愿想一想别人是否了解他究竟做了些什么。

他的论文很难看懂，他很少接引范例帮助说明他的论证。他所导出的定律的含义时常留给读者自己推敲。多年以后，他在耶鲁的一位同事承认，康乃狄格科学院当时没有一个成员能够读懂他有关热力学的论文，正如这位同事所说的：“我们了解Gibbs并承认他的贡献全凭盲目”。


早在Gibbs 的工作在本国受到重视之前，Gibbs在欧洲已经得到承认。那个时代的杰出理论家 Maxwell不知从哪里读到了Gibbs的一篇热力学论文，看出了它的意义，并在自己的著作中反复地引证过它。Wilhelm Ostald这样称赞Gibbs:“从内容到形式，他赋予物理化学整整一百年。”Ostwald同时在 1892年将他的论文译成了德文。七年之后， Le Chatelier又将名译成了法文。


Muriel Rukeyser在她所著的 Gibbs传记中讲了这样一件足以揭示这位伟人、科学家内心世界的轶事。在Gibbs早年的一篇著作中有一段关于冰、液态水与水蒸气相平衡的论述。Rukeyser 女士写道：“这里， Willard Gibbs又一次只给出干巴巴的概念，而把本来可用以消除他与听众之间隔阂的步骤置之不顾。Maxwell补充了他本人带有结论性的看法，这必定比任何其它礼物更能打动 Gibbs 并使他感到高兴的了。”这位著名的英国理论家做了一个石膏模型，以图解的方法展现出有关的热力学关系式。他把这个模型送到了 New Haven。Gibbs将这个模型带到了课堂上，但在自己的讲演中却从未提到过它。有一天，一个学生问起这个模型是从哪里来的。


Gibbs带着他那使人难以忍受的谦逊回答：“是一位朋友送来的。”这个孩子明明知道这位朋友是谁，还问：“这位朋友是谁？”但Gibbs所回答的只能是：
“一位英国朋友”。[color=red][/color]
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davidwooda


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11.


一、生平简介
亥姆霍兹，H．von (Hermann von Helmholtz 1821～1894) 德国物理学家、生理学家。1821年10月31日生于柏林的波茨坦。
中学毕业后由于经济上的原因未能进大学，以毕业后需在军队服役8年的条件取得公费进了在柏林的王家医学科学院。学习期间，
还在柏林大学听了许多化学和生理学课程，自修了P．S．M．拉普拉斯、J．-B．毕奥和D．伯努利等人的数学著作和I．康德的哲学著作。
1842年获得医学博士学位后，被任命为驻波茨坦驻军军医，1849年他应聘任柯尼斯堡大学生理学和普通病理学教授。1858年任海德尔堡
大学生理学教授。1871年接替马格诺斯任柏林大学物理学教授。1873年当选为英国伦敦皇家学会的外国会员，被授予柯普利奖章。1882
年受封爵位。1887年被任命为新成立的柏林夏洛滕堡物理技术学院院长。1894年9月8日在夏洛滕堡逝世。


二、科学贡献

1．发现能量守恒定律

亥姆霍兹对物理学的主要贡献是发现了能量守恒定律。他原来是研究生理学的，在对生理过程和动物热的来源进行分析的时候，
发现著名化学家李比希的活力学说有问题。李比希认为活的机体会从一种“活力”取得能量。亥姆霍兹认为，如果生物机体除了
从食物发热取得能量外，还可以从某种“活力”得到能量，那么生物机体就成了永动机。说得通俗一点，就是人不吃饭也可以从
“活力”中得到能量而活下去。亥姆霍兹认为永动机是不可能实现的。他把自己的观点加以整理，写成《论力的守恒》一文，送到
德国《物理学年鉴》。它遭到了同迈尔论文一样的厄运，被主编波根道夫退了回来。1847年7月23日，亥姆霍兹在柏林物理学会的
一次讲演中报告了这篇论文。他全面阐述了能量守恒和转换 来表示“活力”，也就是现在所说的动能。这篇论文表明，亥姆霍兹
是能量守恒定律的创立者之一。


三、趣闻轶事

十九世纪的“万能”博士

亥姆霍兹是19世纪一位“万能”博士，一身兼任生理学家、物理学家、数学家以及机智的实验家等多种头衔。19世纪末，
一位评论家对亥姆兹写过这样的话：“他从研究生理学开始，解剖了眼睛和耳朵，探索它们是怎样起作用的，准确构造
是怎样的。但是，他发现要研究眼睛和耳朵的作用，就不能不同时研究光和声的本性，这导致他研究物理学。当他开始
研究物理学的时候，已经是这个世纪最有成就的生理学家之一，以后他又成了这个世纪最伟大的物理学家之一。可是他又发现，
要研究物理学不能不掌握数学，就又研究数学，成为这个世纪最有成就的数学家之一。”

但需指出的是，他在哲学上是机械唯物论者，企图把一切运动归结为力学。这是当时文化、社会、历史的条件给予他的限制。


12

一、生平简介
焦耳，J.P.（James Prescott Joule 1818～1889）

焦耳是英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。焦耳可以说是一位靠自学成才的杰出的科学家。

焦耳最早的工作是电学和磁学方面的研究，后转向对功热转化的实验研究。

1866年由于他在热学、电学和热力学方面的贡献，被授予英国皇家学会柯普莱金质奖章。

1872年—1887年焦耳任英国科学促进协会主席。

1889年10月11日焦耳在塞拉逝世。


二、科学成就

1.焦耳定律的发现

1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律；由于不久Э.х.楞次也独立地发现了同样的定律，而被称为焦耳-楞次定律。

2.热功当量的测定

焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。这方面研究工作的第一篇论文《关于电磁的热效应和热的功值》，是1843年在英国《哲学杂志》第23卷第3辑上发表的。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，趋近于一定的数值。最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。

3.在热力学方面的成就

1852年焦耳和W.汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作，还第一次计算了有关气体分子的速度。


三、趣闻轶事

1.精确的测量值在几十年里不作大修正

焦耳是一位主要靠自学成才的科学家，他对物理学做出重要贡献的过程不是一帆风顺的。1843年8月，在考尔克的一次学术报告会上，
焦耳作了题为《论磁电的热效应和热的机械值》的报告。他在报告中提出热量与机械功之间存在着恒定的比例关系，并测得热功当
量值为1千卡热量相当于460千克米的机械功。这一结论遭到当时许多物理学家的反对。

为了证明这个发现是成功的，焦耳以极大的毅力，采用不同的方法，长时间地反复进行实验。1843年末，焦耳通过摩擦作用测得热功
当量是424.9千克米/千卡1千克米=9.8焦耳。1844年通过对压缩空气做功和空气温度升高的关系的实验，测得热功当量是443.8千克米/千卡。
尤其在1847年，焦耳精心地设计了一个著名的热功当量测定装置，也就是用下降重物带动叶桨旋转的方法，搅拌水或其他液体产生热量。
焦耳用水和鲸油作搅拌液，分别测量，然后取平均值，得到热功当量平均值是428.9千克米/千卡。1849年6月21日，焦耳给英国伦敦皇家学
会报告了这个结果。从1849到1878年，焦耳反复作了四百多次实验，所得的热功当量值几乎都是423.9千克米/千卡，这和现在公认值427
千克米/千卡相比，只小0.7%。焦耳用惊人的耐心和巧夺天工的技术，在当时的实验条件下，测得的热功当量值能够在几十年时间里不作
比较大的修正，这在物理学史上也是空前的。难怪威廉·汤姆孙称赞说：“焦耳具有从观察到的极细微的效应中作出重大结论的胆识，
具有从实验中逼出精度来的高度技巧，充分得到人们的赏识和钦佩。”


2.坚持不懈终将获得公认

1845年在剑桥召开的英国科学协会学术会议上，焦耳又一次作了热功当量的研究报告，宣布热是一种能量形式，各种形式的能量可以互相转化
。但是焦耳的观点遭到与会者的否定，英国伦敦皇家学会拒绝发表他的论文。1847年4月，焦耳在曼彻斯特作了一次通俗讲演，
充分地阐述了能量守恒原理，但是地方报纸不理睬，在进行了长时间的交涉之后，才有一家报纸勉强发表了这次讲演。同年6月，
在英国科学协会的牛津会议上，焦耳再一次提出热功当量的研究报告，宣传自己的新思想。会议主席只准许他作简要的介绍。
只是由于威廉·汤姆孙在焦耳报告结束后作了即席发言，他的新思想才引起与会者的重视。直到1850年，焦耳的科学结论终于获
得了科学界的公认。

3.要科学，不要永动机

焦耳在探索科学真理的道路上，也走过弯路。他年轻的时候，正是“永动机热”席卷欧洲的时代，许多人钻进了永动机的迷宫，
妄想制造出一种不消耗能量永远做功的机器。焦耳也是个“永动机迷”，曾经狂热地追求过永动机，几乎消磨了他全部的业余时间。
他通宵达旦地冥思苦索、设计方案、制作机件，但是没有一个是成功的。失败引起了焦耳的深思，为什么乍一看设计上几乎无懈可击的机器，
做出来却总是一堆废物？焦耳没有象有些人那样，明明进入了迷宫，还以为走进了科学的殿堂，碰了壁也不回头。他吸取教训，迷途知返，
毅然退出了幻想的迷宫，转向脚踏实地的科学研究，探求隐藏在失败背后的科学真谛。经过勤奋实践，他终于找到了热功当量，
为建立能量守恒定律作出了杰出的贡献。这个定律好比一块路标，插在寻找永动机的十字路口，警告迷途人：此路不通！
据说焦耳还现身说法，语重心长地告诫那些仍旧迷恋永动机的人说：“不要永动机，要科学！”

13.


一、生平简介
开尔文（Lord Kelvin 1824～1907） 19世纪英国卓越的物理学家。原名W.汤姆孙（William Thomson），1824年6月26日生于爱尔兰的贝尔法斯特，1907年12月17日在苏格兰的内瑟霍尔逝世。由于装设大西洋海底电缆有功，英国政府于1866年封他为爵士，后又于1892年封他为男爵，称为开尔文男爵，以后他就改名为开尔文。

1846年开尔文被选为格拉斯哥大学自然哲学教授，自然哲学在当时是物理学的别名。开尔文担任教授53年之久，到1899年才退休。1904年他出任格拉斯哥大学校长，直到逝世。


二、科学成就

开尔文的科学活动是多方面的。他对物理学的主要贡献在电磁学和热力学方面。那时电磁学刚刚开始发展。逐步应用于工业而出现了电机工程，开尔文在工程应用上作出了重要的贡献。热力学的情况却是先有工业，而后才有理论。从18世纪到19世纪初，在工业方面已经有了蒸汽机的广泛应用，然而到19世纪中叶以后，热力学才发展起来。开尔文是热力学的主要奠基者之一。

开尔文在科学上的贡献主要有以下个方面：

1.电磁学方面的成就

开尔文在静电和静磁学的理论方面，在交流电方面，特别是关于莱顿瓶的放电振荡性。静电绝对测量和电磁测量方面，大气电学方面等，都作出了重要的贡献。电像法是开尔文发明的一种很有效的解决电学问题的方法。

2.在热力学方面的成就

开尔文在1848年提出、在1854年修改的绝对热力学温标，是现在科学上的标准温标。1954年国际会议确定这一标准温标，恰好在100年之后。开尔文是热力学第二定律的两个主要奠基人之一（另一人是R.克劳修斯）。他关于第二定律的说法是：“不可能从单一热源取热使之完全变为有用的功而不产生其他影响”（1851），是公认的热力学第二定律的标准说法。开尔文从热力学第二定律断言，能量耗散是普遍的趋势。

在热力学方面还应该提两件事。一件事是开尔文从理论研究上预言一种新的温差电效应，后来叫做汤姆孙效应，这是当电流在温度不均匀的导体上通过时导体吸收热量的效应。另一件事是开尔文和J.P.焦耳合作的多孔塞实验，研究气体通过多孔塞后温度改变的现象，在理论上是为了研究实际气体与理想气体的差别，在实用上后来成为制造液态空气工业的重要方法（见焦耳-汤姆孙效应）。

3.装设大西洋海底电缆

装设大西洋海底电缆是开尔文最出名的一项工作。当时由于电缆太长，信号减弱很严重。1855年开尔文研究电缆中信号传播的情况，得出了信号传播速度减慢与电缆长度平方成正比的规律。1851年开始有第一条海底电缆，装设在英国与法国相隔的海峡中。1856年新成立的大西洋电报公司筹划装设横过大西洋的海底电缆，并委任开尔文负责这项工作。经过两年的努力，几经周折，终于安装成功。除了在工程的设计和制造上花费了很大的力量之外，开尔文的科学研究对此也起了不小的作用。

4.对电工仪表的研究

开尔文为了成功地装设海底电缆，用了很大的力量来研究电工仪器。例如他发明的镜式电流计可提高仪器测量的灵敏度。虹吸记录器可自动记录电报信号。开尔文在电工仪器上的主要贡献是建立电磁量的精确单位标准和设计各种精密测量的仪器，包括绝对静电计、开尔文电桥、圈转电流计等。根据他的建议，1861年英国科学协会设立了一个电学标准委员会，为近代电学单位标准奠定了基础。

5.创立波动和涡流

开尔文在波动和涡流方面作出了许多理论贡献。有许多是他在自己的快艇上的观察中受到启发的。他进行这方面的研究，包括对弹性固体的研究，目的之一是为了航海事业的发展，另一个目的是发展他对世界万物的机械观。企图通过这方面的研究把电磁现象和光现象的完整理论在牛顿经典力学的骨架上建造起来。因此他很热心于以太理论，把假想的以太当作一种实际存在的物质加以研究，以求能充分地解释电磁现象和光现象作为以太的某种运动形式。这种机械观的失败使他说出“19世纪乌云”那样的话。这是他在1900年一篇名为《遮盖在热和光的动力理论上的19世纪乌云》的演说中讲的。他说的“乌云”有两片，一片是以太理论的困难，一片是能量均分定理的困难。这两个困难到20世纪都得到了解决，以太理论的困难是由狭义相对论消除的，能量均分定理的困难是量子论解决的。

他也意识到，以太不过是人的主观想象。他在1890年说：“我想现在我们必须感觉到，以太、电、有重物三者联合在一起，不过是我们缺乏知识和能力，不能超越目前物理学的限度去思考的一种结果，而不是自然界的真实。”

6.估算地球的年龄

开尔文从地面散热的快慢估计出，假如没有其他热的来源的话，地球从液态到达现在状况的时间不能比一亿年长。这个时间比地质学家和生物学家的估计短得多。开尔文与地质学家和生物学家为了地球年龄问题有过长期的争论，地质学家从岩石形成的年代，生物学家从生命发展的历史，都认为开尔文估计的年限太短，但是又无法驳倒他的理论。后来，到1896年发现了放射性物质，出现了热的新来源，开尔文的估计不成立了，这问题才解决。


三、趣闻轶事

1.“第十一条诫律”

开尔文出身于一个由于宗教压迫而离国逃迁的苏格兰誓约派教徒的家族。10岁时丧母。父亲是格拉斯哥大学的自然哲学教授。他为他的6个子女，提供了一套旨在保护他们的心灵而磨砺他们智力的教育方式。他所设计的这个教育方式，既有广度，又有深度。几乎从婴儿时期起，孩子们的成长就与思想的广阔天地结成友谊。他们被地质学和天文学的原理所吸引，而植物则是他们游玩时的小伙伴。当他们围坐在桌子四周时，他们惊奇地注视着桌上的玩具地球仪；他们梦想着到地球上最遥远的地方去遨游。而后他们的眼睛又转移到另外一个更大的球体上。这是他们的父亲为他们购买的一个天球仪——它讲出了天体的史诗，而地球只不过是这个伟大史诗中一个小小的音节而已。

威廉在弟兄中排行最小，但他的想象力却是最敏捷的。他发现自己完全被这两个球的故事迷住了。尽管年龄还小，他已决心接受挑战，把这个故事的神秘弄清楚。当他还只有16岁时，就在日记中写下了第十一条诫律。正如十诫是宗教对他的良心的召唤一样，这第十一条诫律则是心智对开尔文理性的召唤：

科学领路到哪里，就在哪里攀登不息：

前进吧，去测量大地，衡量空气，记录潮汐；

去指示行星在哪一条轨道上奔跑，去纠正老黄历，叫太阳遵从你的规律。

2.第一所现代实验室在酒窖里诞生

开尔文的智力成熟得很快。他17岁进入剑桥大学，18岁就写出了一篇杰出的热力学方面的论文，还在《剑桥数学学报》上发表了几篇文章。毕业时，他认识了法国和英国一些第一流物理学家，并对他们提出颇有价值的研究建议。22岁时，他被任命为格拉斯哥大学教授。

大学里文质彬彬的苏格兰同事们，对于开尔文的血气方刚的那种进取劲头，颇有点受不了。开尔文刚刚被选拔到很多白发苍苍的对手们求之不得的光荣职位上，就决定在格拉斯哥的物理系来一场革命。他到几个老前辈那里，申请拨给他一间房子，以便进行课堂以外的实验。这种狂妄气焰是他们前所未闻的。多年以来，节约成癖的苏格兰教授们满足于把实验统统挤到教室里去进行。这个刚被提升的小伙子竟然要求自己占一间房子，天下哪有这个道理？

然而，他们的好奇心战胜了他们的反感。“假若你一定要的话，那么你可以把那间地窖拿去，我们把那些酒桶搬走就是了。”

这样，英国的第一所现代实验室，就在一个酒窖里诞生了。

3.用塔顶楼作思考的房屋

年轻的汤姆孙的工作劲头，就象一股龙卷风。他就是他自己提出的动力学理论的化身。他从班级里的90个学生中，挑选了30人。组成了一个志愿队伍，他促使他们飞快地工作。工作成果累积得如此之快，以致他发现他需要更多的空间——“再给我一间作思考的房屋。”

他的同事们又奇怪地看着他了。他们说：“你用那间塔顶楼好了。”

从早到晚，他钻入深处，爬到高处，进行实验活动或抽象的设想。晚上，他散步回家——只有50码之遥——把一个技术专家的身躯和一个哲学家的心灵送进了睡乡——一个身强力壮的人的休憩。

(1)/基督教有十条戒律，谓之“十诫”，事见《圣经·旧约·出埃及记》第二十章第二至十七节——译注。

4.把证明“浸透”到学生心里

对于学生来说，这位冷热无常的大教授是很令人兴奋的。没有人知道他下一步会干什么。有一天，他的朋友德国科学家亥姆霍兹来到他的实验室，参观开尔文进行陀螺仪的实验。一个厚的金属圆盘正在快速旋转。大教授打算证明，圆盘在旋转中，应该是垂直不动的，从而可以用类比法来说明，地球就其轴心来说，也是垂直不动的。突然间，他抓起一个钉锤，对着圆盘猛击了一下。金属圆盘失去平衡，马上向离心方向飞去，恰巧击中了衣帽架上悬桂着的亥姆霍兹的帽子，并将帽子砸破了。学生们哄堂大学。亥姆霍兹无可奈何，只得也随着大家笑了。开尔文倒是满天真的，他轻描谈写地说：“出了点毛病，我会赔你一顶新帽子的。”

他的话从不沉闷。他说：“我取消了上课宣读发了霉的论文的办法。”他的课堂和实验室堆满了各种各样的仪器，真是五花八门，样样俱全。小配件堆积在桌上，有的吊在天花板上，有的还挂在墙上。至于大件，有一套三件的螺旋弹簧振荡器；一座30英尺长的摆钟，摆的尾巴上还悬挂着一个12磅重的炮弹；一部怪样子的机器，里面装着许多的弹子球，球不断地向各个方向滚动，藉以揭示星云的动力学运动；此外还有成堆的陀螺仪。他把一个陀螺仪放在另一个陀螺仪上面旋转，藉以研究行星的运动。他把这些陀螺仪用各种方式放到一起，扭来扭去。在课堂的一角，从天花板上吊下一件看上去平凡无奇的装置——一个覆盖着橡皮薄膜的金属圈，是用来揭示露滴的性质的。有一天，他叫人弄了水来，把水浇在金属圈上，使橡皮往下垂胀。加上更多的水。最后橡皮破裂，“象一个负载过重的露滴。”水一直泼到了教室前排学生的头上。教授笑了，“我向来喜欢把我的证明浸透到你们的心里去。”

5.“每个困难一定有解决的办法”

开尔文的思想很丰富，数学能力很强，在物理学的各个方面都开辟了许多新的道路。他在当时科学界享有极高的名望，受到英国本国和欧美各国科学家的推崇。他的科学观点可以引用1800年5月他在伦敦皇家研究所关于大气电学的讲演中对现象与本质问题的话来说明：

“常常提出这样的问题，人们是否只管事实和现象，而放弃追究隐藏在现象后面的物质的最终性质呢？这是一个必然由纯正哲学者回答的问题，它不属于自然哲学的范围。但是近许多年来世界上看到从这个屋子的实验结果中所发生的，在实验科学史上未曾有过的一连串的令人惊奇的发现。这些发现必然把人们的知识引导到这样一个阶段，将使无生物世界的规律表现出每一现象基本上与所有全体现象相连，而无穷无尽的多样化的运用规律所达到的统一性将被认为是创造性智慧的产物。”

这一段话表达了开尔文的理想，他想像一个完善的统一的理论，能把世界的现象包罗无遗。他的意志是坚强的。他在1904年出版的《巴尔的摩讲演集》的序言上关于如何对待困难有这几句话：

“我们都感到，对困难必须正视，不能回避；应当把它放在心里，希望能够解决它。无论如何，每个困难一定有解决的办法，虽然我们可能一生没有能找到。”

开尔文终生不懈地致力于科学事业，他不怕失败，永远保持着乐观的战斗精神。1896年，在纪念他在格拉斯哥大学任教50年的会上，他说过：“我在过去55年里所极力追求的科学进展，可以有‘失败’这个词来标志。我现在不比50年以前当我开始担任教授时知道更多关于电和磁的力，或者关于以太、电与有重物之间的关系，或者关于化学亲合的性质。在失败中必有一些悲伤；但是在科学的追求中，本身包含的必要努力带来很多愉快的斗争，这就使科学家避免了苦闷，而或许还会使他在日常工作中相当快乐。”开尔文的这段话，可以说是对自己的科学生涯的总结。

6.“开尔文勋爵，研究生”

他更老了。他抱怨光阴流逝得太快。“一秒钟是太短促了，我们需要长一些的时间量度。”每天，他口授几个小时，身旁有两名秘书，一左一右。两名秘书各自记录他分别口授的东西，题目各不相同。

而现在，他已经快走到生命之路的尽头了。用毕生时间搞出来的学说和发明，眼看就要被更新的一些学说和发明挤进阴暗的角落里。威廉·伦琴、亨利·贝克勒耳以及玛丽·居里等人，他们为将来开辟了多么丰富的研究园地！在科学的世界观方面，他们又进行了一场什么样的革命！比起他们来，他又显得多么渺小和不足！在他担任格拉斯哥大学教授五十周年纪念日时，他有点自嘲地笑了。

任职五十周年庆祝后又过了三年，他辞去了格拉斯哥大学教授的职务。董事会希望他不要退休，继续工作。但是他摇摇头。“请不必感情用事吧，我已经没有什么用处了。”

他最后一次看到了他的学生们。“我最近相信，当一个人老了的时候，他在家内炉边最欣赏的，就是那些把他带回到大学生活时代的照片……使你们的生活充满光明和纯洁的那些照片……”就这样，他离开了他的教授岗位，可是并没有离开格拉斯哥大学。只要一息尚存，他无法割断他同格拉斯哥的纽带。1899年，当学年开始时，这位76岁的年迈学者，同大学本科生一道，走进注册室，也报了名：“开尔文勋爵，研究生。”他终于懂得，他不能再教了；从现在起，他只是学。

14.

　
基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff,1824～1887）德国物理学家。1824年3月12日生于柯尼斯堡；1847年毕业于柯尼斯堡大学；1848年起在柏林大学任教；1850～1854年在布累斯劳大学任临时教授；1854～1875年任海德堡大学教授；1874年起为柏林科学院院士；1875年重回柏林大学任理论物理学教授直到1887年10月17日在柏林逝世。
　　当他21岁在柯尼斯堡就读期间，就根据欧姆定律总结出网络电路的两个定律（基尔霍夫电路定律），发展了欧姆定律，对电路理论作出了显著成绩。大学毕业后，他又着手把电势概念推广到稳恒电路。长期以来，电势与电压这两个概念常常被混为一谈，当时都称为“电张力”。基尔霍夫明确区分了这两个概念，同时又指出了它们之间的联系。

　　在光谱研究中，他与本生合作，开拓出一个新的学科领域——光谱分析，采用这一新方法，发现了两种新元素铯（1860年）和铷（1861年）。

　　1859年，他把食盐投人火焰，得到了强烈的钠亮线。如果再让阳光通过这一火焰投射到棱镜上，当阳光较弱时钠亮线依然存在，当太阳光强超过某一强度时，亮线消失，在同一位置出现暗线。他从热力学角度对光的辐射与吸收进行了深入研究，为了能够从理论上阐明这个问题，他引人辐射本领、吸收本领、黑体等概念，从而建立了热辐射定律。这项工作成为量子论诞生的契机。他大胆提出假设：太阳光谱中的暗线，是元素吸收的结果，该元素能够辐射与暗线同一波长的亮线。应用这一原理于天体，就能确定外层空间的化学元素含量与分布。他用这一方法研究了太阳的组成，发现太阳所含元素与地球上的若干元素相同，促使天体物理学得到发展。 　

　　他还讨论了电报信号沿圆形截面导线的扰动；对惠更斯－菲涅耳原理给出更严格的数学证明。


15.


一、生平简介
麦克斯韦(James Clerk Maxwel 1831～1879)英国物理学家，1831年6月13日生于英国爱丁堡的一个地主家庭，8岁时，母亲去世，在父亲的诱导下学习科学，16岁时进入爱丁堡大学，1850年转入剑桥大学研习数学，1854年以优异成绩毕业于该校三一学院数学系，并留校任职。1856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。1860年到伦敦任皇家学院自然哲学及天文学教授。1865年辞去教职还乡，专心治学和著述。1871年受聘为剑桥大学的实验物理学教授，负责筹建该校的第一所物理学实验室——卡文迪许实验室，1874年建成后担任主任。1879年第11月5日在剑桥逝世，终年只有49岁。


二、科学成就

麦克斯韦自幼聪颖，15岁就发表过数学论文，一生从事过许多方面的物理学研究工作:

1．麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。而这种理论预见后来得到了充分的实验证实。

1873年，麦克斯韦完成巨著《电磁学通论》，这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》相媲美的书，具有划时代的意义。

2．麦克斯韦在电磁学实验方面也有重要贡献。他建立了实验验证的严格理论，并重复卡文迪许的实验，将实验精度提高了3个数量级。他的验证理论成为后世精确验证静电力平方反比定律的依据。此外他还发明了麦克斯韦电桥。

3．麦克斯韦在分子动理论方面的功绩也是不可磨灭的。他运用数学统计的方法导出了分子运动的麦克斯韦速度分布律。还研究过土星的光环和视觉理论，创立了定量色度学。。他负责建立起来的卡文迪许实验室，在他和以后几位主任的领导下，发展成为名闻世界的学术中心之一。

在其短暂的生涯中，麦克斯韦迈出了物理学中从未有人走过的最重要的几步，他的成就无论在深度和广度上都可以和爱因斯坦相比拟，甚至难以想象，如果不是受到麦克斯韦工作的启发，爱因斯坦会取得那么巨大的成功。

爱因斯坦在自传中说：“在我求学的时代，最吸引人的题目就是麦克斯韦的理论”，“特殊的相对论起原于麦克斯韦的电磁场方程”。1931年，在纪念麦克斯韦诞生100周年时，爱因斯坦把麦克斯韦的电磁场贡献评价为“自牛顿时代”以来物理学所经历的最深刻最有成效的变化。”


三、趣闻轶事

1．从“乡巴佬”到“神童”

麦克斯韦8岁那年，母亲去世，但在父亲深情的关照和详尽的指导下，加上自己的勇气和求知欲，麦克斯韦的童年仍然充满着美好。当他10岁进入爱丁堡中学读书时，衣着土里土气，带着浓重的乡下口音，在班里受到出身名门的富家子弟的嘲笑、欺侮，叫他“乡巴佬”，但他十分顽强，勤奋学习，不受干扰，很快就显示出自己的才华，扭转了别人的看法。他在全校的数学竞赛和诗歌比赛中都取得了第一名，成了有名的“神童”。“神童”不是天生的，是他强烈的求知欲望和刻苦钻研的结果。

麦克斯韦从小就有很强的求知欲和想象力，爱思考，好提问。据说还在他两岁多的时候，有一次爸爸领他上街，看见一辆马车停在路旁，他就问：“爸爸，那马车为什么不走呢？”父亲说：“它在休息。”麦克斯韦又问：“它为什么要休息呢？”父亲随口说了一句：“大概是累了吧？”“不，”麦克斯韦认真地说，“它是肚子疼！”还有一次，姨妈给麦克斯韦带来一篮苹果，他一个劲地问：“这苹果为什么是红的？”姨不知道怎么回答，就叫他去玩吹肥皂泡。谁知他吹肥皂泡的时候，看到肥皂泡上五彩缤纷的颜色，提的问题反而更多了。上中学的时候，他还提过象“死甲虫为什么不导电”，“活猫和活狗摩擦会生电吗”等问题。父亲很早就教麦克斯韦学几何和代数。上中学以后，课本上的数学知识麦克斯韦差不多都会了，因此父亲经常给他开“小灶”，让他带一些难题到学校里去做。每当同学们欢蹦乱跳地玩的时候，麦克斯韦却进入了数学的乐园，他常常一个人躲在教室的角落里，或者独自坐在树荫下，入迷地思考和演算着数学难题。

麦克斯韦在上课的时候，总是认真听讲，积极思考。他不但爱提一些别出心裁的问题，而且还能纠正老师讲课中出现的错误。据说有一次，他发现一位讲师写的公式有错误，立即站起来作了报告。老师很自信，挖苦地说：“如果是你对了，我就把它叫做麦氏公式！”后来老师回家一验算，果然是麦克斯韦对了。

2．巧遇名师

19岁的麦克斯韦初到剑桥，一切都觉得新鲜。这一时间，麦克斯韦专攻数学，读了大量的专门著作。不过，他读书不大讲系统性。有时候，为了钻研一个问题，他可以接连几个星期什么事都不干；有时候，他又可能见到什么读什么，漫无边际。

这个善于学习和思考的年轻人，需要名师点拨，才能放出异彩。幸运的是，一次偶然的机会，麦克斯韦果然遇到了一位好老师，这就是霍普金斯。霍普金斯是剑桥大学数学教授，一天，他到图书馆借书，他要的一本数学专著不巧被一位学生先借走了。那书是一般学生不可能读懂的，教授有些奇怪。他询问借书人名字，管理员答道“麦克斯韦”。教授找到麦克斯韦，看见年轻人正埋头摘抄，笔记本上涂得五花八门，毫无头绪，房间里也是乱糟糟的。霍普金斯不禁对青年发生了兴趣，诙谐地说：“小伙子，如果没有秩序，你永远成不了优秀的数学物理家。”从这一天开始，霍普金斯成了麦克斯韦的指导教授。

霍普金斯很有学问，培养过不少人才。麦克斯韦在他的指教下，首先克服了杂乱无章的学习方法。霍普金斯对他的每一个选题，每一步运算都要求很严。这位导师还把麦克斯韦推荐到剑桥大学的尖子班学习，这个班由有多方面成就的威廉·汤姆生(开尔文)和数学家斯托克主持，他俩也曾是霍普金斯的学生，数学造诣很高。经这两位优秀数学家的指点，麦克斯韦进步很快，不到三年，就掌握了当时所有先进的数学方法，成为有为的青年数学家。霍普金斯曾对人称赞他说：“在我教过的所有学生中，毫无疑问，这是我所遇到的最杰出的一个。”

3．接过大师的火炬

1854年，麦克斯韦毕业后不久，就读到了法拉第的名著《电学实验研究》。法拉第在这书中，把他数十年研究电磁现象的心得归结为“力线”的概念。法拉第做了一个构思精细、设计巧妙的实验：把铁粉撒在磁铁周围，铁粉就呈现出有规则的曲线，从一磁极到另一磁极，连续不断。法拉第把这种曲线称为力线，他还进一步用实验证明，这种力线具有物理性质。他把布满磁力线的空间称为磁场，而磁力就是通过连续磁场传递的。麦克斯韦完全被书中的实验和新颖的见解吸引住了。法拉第的著作，把他带到一个崭新的知识领域，使他无比神往。

一年之后，24岁的麦克斯韦发表了《法拉第的力线》，这是他第一篇关于电磁学的论文。在论文中，麦克斯韦通过数学方法，把电流周围存在磁力线这一特征，概括为一个数学方程。这一年，恰好法拉第结束了长达30多年的电学研究，在科学笔记上写下了最后的一页。麦克斯韦接过了这位伟大先驱手中的火炬，开始向电磁领域的纵深挺进。

四年后，在一个晴朗的春天，麦克斯韦特意去拜访法拉第。他们虽然通信几年了，还没有见过面。这是一次难忘的会晤。两人一见如故，亲切交谈起来。

阳光照耀着这两位伟人。他们不仅在年龄上相隔四十年，在性情、爱好、特长等方面也颇不相同，可是他们对物质世界的看法却产生了共鸣。这真是奇妙的结合：法拉第快活、和蔼，麦克斯韦严肃、机智。老师是一团温暖的火，学生是一把锋利的剑。麦克斯韦不善于说话，法拉第演讲起来娓娓动听。

两人的科学方法也恰好相反：法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括。

在谈话中，法拉第提到了麦克斯韦四年前的论文《法拉第的力线》。当麦克斯韦征求他的看法时，法拉第说：“我不认为自己的学说一定是真理，但你是真正理解它的人。”

“先生能给我指出论文的缺点吗？”麦克斯韦谦虚地说。

“这是一篇出色的文章”，法拉第想了想说，“可是你不应停留于用数学来解释我的观点，而应该突破它。”

“突破它！”法拉第的话大大地鼓舞了麦克斯韦，他立即以更大的热忱投入了新的战斗，要把法拉第的研究向前推进一步。

麦克斯韦在紧张的研究中，两年的时光过去了。这是努力探求的两年，也是丰收的两年。

1862年，麦克斯韦在英国《哲学杂志》上，发表了第二篇电磁论文《论物理的力线》。文章一登出来，立即引起了强烈的反响。这是一篇划时代的论文，它与七年前麦克斯韦的第一篇电磁论文相比，有了质的飞跃。因为《论物理的力线》，不再是法拉第观点单纯的数学解释，而是有了创造性的引伸和发展。

麦克斯韦从理论上引出了位移电流的概念，这是电磁学上继法拉第电磁感应提出后的一项重大突破。

麦克斯韦并未到此为止。他再一次发挥自己的数学才能，由这一科学假设出发，推导出两个高度抽象的微分方程式，这就是著名的麦克斯韦方程式。这组方程不仅圆满地解释了法拉第电磁感应现象，还作了推广：凡是有磁场变化的地方，周围不管是导体或者介质，都有感应电场存在。方程还证明了，不仅变化的磁场产生电场，而且变化的电场也产生磁场。经过麦克斯韦创造性的总结，电磁现象的规律，终于被他用明确的数学形式揭示出来。电磁学到此才开始成为一种科学的理论。

在自然科学史上，只有当某一科学达到了成熟阶段，才可能用数学表示成定律形式。这些定律不仅能解释已知的现象，还可以揭示出某些尚未发现的东西。正如牛顿的万有引力定律预见了海王星一样，麦克斯韦的方程式预见了电磁波的存在。因为，既然交变的电场会产生交变的磁场，而交变的磁场又会产生交变的电场，这种交变的电磁场就会以波的形式，向空间散布开去。麦克斯韦作出这一预见时，年仅31岁。这是麦克斯韦一生中最辉煌的一年。

麦克斯韦继续向电磁领域的深度进军。1865年，他发表了第三篇电磁学论文。在这篇重要文献中，麦克斯韦方程的形式更完备了。他并且采用一种新的数学方法，由方程组直接推导出电场和磁场的波动方程，从理论上证明了电磁波的传播速度正好等于光速！这与麦克斯韦四年前用实验推算出的结论完全一致。至此，电磁波的存在是确信无疑了！

于是，麦克斯韦大胆地宣布：世界上存在一种尚未被人发现的电磁波，它看不见，摸不着，但是它充满在整个空间。光也是一种电磁波，只不过它可以被人看见而已。

麦克斯韦的预言，震动了整个物理界，麦克斯韦《电磁学通论》的出版，成了当时物理学界的一件大事，第一版几天内就销售一空。

4．教授与爱犬

麦克斯韦教授每天都到剑桥大学的卡文迪许物理实验室去。他巡视每个人的工作，但在任何地方都不过多地停留。有时他沉缅于自己的思考之中，竟然连学生向他提出的问题都听不见。因此，当第二天教授走到某个学生身旁对他说话时，这个学生会感到出乎意外的愉快。

“哦，昨天是您向我提出了一个问题，我考虑过了，可以告诉您……”

教授的回答自然是全面而详尽的，这里无须再加说明。麦克斯韦一向尽力使他的学生们相信，他只是向他们提出建议，而不想让他们把他的话当作是教训，仅仅是建议而已。

为使巡视实验室的工作尽量显得随便、自然，他到哪儿去的时候几乎总带着一条小狗，狗的名字叫托比，是他从格林列依带来的。

“假如散步不带着狗，我就觉得自己很糊涂。”麦克斯韦总喜欢重复这句话。

托比在实验室里表现很好，当离它不远的地方由于放电而“拍、拍”作响时，它就发怒地叫起来，显出一副惊恐不安的样子，直到主人抚摸它后，才安静下来。它能满足主人的一切要求，即使把电极触在它颈上也可以，这时托比悄悄地叫几声，不过是装装样子而已。

有人在亨利·卡文迪许的记事簿上发现有这样的记载：狗毛磨擦放电要大于猫毛磨擦放电。托比在实验室似乎应该为狗的同类捍卫这种荣誉。通常将托比安置在一个专门的坐垫上，之后，人们就用毛皮来磨擦。出于对主人的恭顺，托比忍耐着，而心里多半指望这一切能够早点结束。

“活狗比死狮子强！”有一次麦克斯韦说道，并停止在爱犬身上做实验。当然只是在卡文迪许的实验被证实以后，他才这样说。

唯有托比享有特殊优待，当主人做实验时，它可以一直呆在实验室里。麦克斯韦时常由于醉心于工作而忘掉了世界上的一切。工作时他总喜欢吹口哨，沉思时不由自主地把手伸向托比卧着的地方，抚摸着爱犬，一边还用低沉的嗓音说着：

“托比……托比……托比。”

5．艰难困苦的晚年

任何新理论的问世，都要经过严峻的考验。《电磁学通论》虽然被抢购，但真正读懂它的人却不多。不久，就听到有人批评它艰深难懂。电磁理论问世后，在相当长的时间里，并未得到科学界和社会的承认，最初，只有一些剑桥大学的青年科学家支持他。许多人，包括一批卓有威望的学者，对未经证明的新理论．都采取观望态度。一位著名的现代物理学家曾感叹说：“麦克斯韦的思想是太不平常了，甚至象亥姆霍兹和波耳兹曼这样有异常才能的人，为了理解它，也花了几年的力气。”

麦克斯韦晚年的生活相当不幸。他的学说没有人理解，妻子又久病不愈。这双重的打击，压得他精疲力竭。妻子病后，整个家庭生活的秩序都颠倒了。麦克斯韦为了看护她，有时整整三周没在床上睡过觉。尽管如此，他的讲演，他的实验室工作，却从没有中断过。过分的焦虑和劳累，终于夺去了他的健康。同事们注意到这位勤奋的科学家很快消瘦下去，面色也越来越苍白。只有他那颗科学家坚强的心灵，永远没有衰退。

1879年，是麦克斯韦生命的最后一年。这一年的春天来得很晚，也格外的冷。他的健康已经明显恶化，可是仍然坚持着工作，不懈地宣传电磁理论。他的讲座这时仅有两名听众，一名是美国来的研究生，另一名就是后来发明了电子二极管的弗莱明。这是一幕多么令人感叹的情景啊！空旷的阶梯教室里，只在头排坐着两个学生。麦克斯韦夹着讲义，照样步履坚定地走上讲台，他面孔消瘦，目光闪烁，表情庄重。他仿佛不是在向两名听众，而是向全世界解释自己的理论。

1879年11月5日，麦克斯韦因癌症不治去世，终年49岁。物理学史上一颗可以同牛顿交辉的明星坠落了。他正当壮年，却不幸夭折，这是非常可惜的。他的理论为近代科学技术开辟了一条崭新的道路，可是他的功绩生前却未得到重视。直到他死后许多年，在赫兹证明了电磁波存在后，人们才意识到他是自牛顿以来最伟大的理论物理学家。
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16.


一、生平简介
奥斯特(Hans Christian Oersted,1777～1851年)丹麦物理学家、化学家。1777年8月14日生于丹麦的路克宾。1794年他进入哥本哈根大学学习医学和自然科学，1799年获得博士学位。1801—1803年他旅游德国、法国等地，于1804年回国。1806年被聘为哥本哈根大学物理、化学教授，研究电流和声等课题。1824年倡仪成立丹麦自然科学促进会，1829年出任哥本哈根理工学院院长，直到1851年3月9日在哥本哈根逝世。终年74岁。


二、科学成就

1．1820年发现电流的磁效应

自从库仑提出电和磁有本质上的区别以来，很少有人再会去考虑它们之间的联系。而安培和毕奥等物理学家认为电和磁不会有任何联系。可是奥斯特一直相信电、磁、光、热等现象相互存在内在的联系，尤其是富兰克林曾经发现莱顿瓶放电能使钢针磁化，更坚定了他的观点。当时，有些人做过实验，寻求电和磁的联系，结果都失败了。奥斯特分析这些实验后认为：在电流方向上去找效应，看来是不可能的，那么磁效应的作用会不会是横向的？

在1820年4月，有一次晚上讲座，奥斯特演示了电流磁效应的实验。当伽伐尼电池与铂丝相连时，靠近铂丝的小磁针摆动了。这一不显眼的现象没有引起听众的注意，而奥斯特非常兴奋，他接连三个月深入地研究，在1820年7月21日，他宣布了实验情况。

奥斯特将导线的一端和伽伐尼电池正极连接，导线沿南北方向平行地放在小磁针的上方，当导线另一端连到负极时，磁针立即指向东西方向。把玻璃板、木片、石块等非磁性物体插在导线和磁针之间，甚至把小磁针浸在盛水的铜盒子里，磁针照样偏转。

奥斯特认为在通电导线的周围，发生一种“电流冲击”。这种冲击只能作用在磁性粒子上，对非磁性物体是可以穿过的。磁性物质或磁性粒子受到这些冲击时，阻碍它穿过，于是就被带动，发生了偏转。

导线放在磁针的下面，小磁针就向相反方向偏转；如果导线水平地沿东西方向放置，这时不论将导线放在磁针的上面还是下面，磁针始终保持静止。

他认为电流冲击是沿着以导线为轴线的螺旋线方向传播，螺纹方向与轴线保持垂直。这就是形象的横向效应的描述。

奥斯特对磁效应的解释，虽然不完全正确，但并不影响这一实验的重大意义，它证明了电和磁能相互转化，这为电磁学的发展打下基础。

2．其它方面的成就

奥斯特曾经对化学亲合力等作了研究。1822年他精密地测定了水的压缩系数值，论证了水的可压缩性。1823年他还对温差电作出了成功的研究。他对库仑扭秤也作了一些重要的改进。

奥斯特在1825年最早提炼出铝，但纯度不高，以致这项成就在冶金史上归属于德国化学家F.维勒(1827)。他最后一项研究是40年代末期对抗磁体的研究，试图用反极性的反感应效应来解释物质的抗磁性。同一时期M.法拉第在这方面的成就超过了奥斯特及其法国的同辈。法拉第证明不存在所谓的反磁极。并用磁导率和磁力线的概念统一解释了磁性和抗磁性。不过，奥斯特研究抗磁体的方法仍具有很深的影响。

3．出版了《奥斯特科学论文》集

他的重要论文在1920年整理出版，书名是《奥斯特科学论文》。


三、趣闻轶事

1．磁针的跳动，使他激动得摔了一跤

奥斯特受康德哲学思想的影响，一直坚信电和磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁。当务之急是怎样找到实现这种转化的条件。奥斯特仔细地审查了库仑的论断，发现库仑研究的对象全是静电和静磁，确实不可能转化。他猜测，非静电、非静磁可能是转化的条件，应该把注意力集中到电流和磁体有没有相互作用的课题上去。他决心用实验来进行探索。

1819年上半年到1820年下半年，奥斯特一面担任电、磁学讲座的主讲，一面继续研究电、磁关系。1820年4月，在一次讲演快结束的时候，奥斯特抱着试试看的心情又作了一次实验。他把一条非常细的铂导线放在一根用玻璃罩罩着的小磁针上方，接通电源的瞬间，发现磁针跳动了一下。这一跳，使有心的奥斯特喜出望外，竟激动得在讲台上摔了一跤。但是因为偏转角度很小，而且不很规则，这一跳并没有引起听众注意。以后，奥斯特花了三个月，作了许多次实验，发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方，磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放置非磁性物质，比如木头、玻璃、水、松香等，不会影响磁针的偏转。1820年7月21日，奥斯特写成《论磁针的电流撞击实验》的论文，正式向学术界宣告发现了电流磁效应。

2．设立奥斯特奖章

奥斯特的功绩受到了学术界的公认，为了纪念他，国际上从1934年起命名磁场强度的单位为奥斯特，简称“奥”。1937年美国物理教师协会还专门设立了奥斯特奖章，来奖励教学有成绩的优秀物理教师

17.


一、生平简介
帕斯卡(1623—1662)是法国数学家、物理学家、哲学家。1623年6月19日诞生于法国多姆山省克莱蒙费朗城。 帕斯卡没有受过正规的学校教育。他4岁那年母亲病故，由受过高等教育、担任政府官员的父亲和两个姐姐负责对他进行教育和培养。1631年他随全家迁居巴黎。12岁(1635年)开始对数学发生兴趣。父亲发现帕斯卡很有出息，在他16岁那年，满心喜欢地带他参加巴数学家和物理学家小组（法国巴黎科学院的前身）的学术活动，让他开开眼界。帕斯卡的才能很快得到一位数学家的赏识，在这位数学家的指导下，他开始了数学研究工作，当年就发表了一篇有关圆锥曲线的出色论文。这篇论文使年轻的帕斯卡名声大震，正式踏进了法国学术界的大门。1641年帕斯卡迁居鲁昂，1650年又回到巴黎。 晚年的时候，帕斯卡对文学和哲学有浓厚的兴趣。他的文学作品《致外省人书》、《思想录》等，对法国散文的发展有很大影响。

帕斯卡由于工作和学习过于劳累，从18岁起就病魔缠身，1685年健康迅速恶化，1662年8月19日在巴黎病逝，年仅39岁。后人为纪念帕斯卡，用他的名字来命名压强的单位，简称“帕”。


二、科学成就

1．发现了大气压强随着高度的规律。帕斯卡不仅重复了托里拆利实验，而且验证了他自己的推论：既然大气压力是由空气重量产生的，那么在海拔越高的地方，玻璃管中的液柱就应该越短。

2．建立了流体的帕斯卡定律。同时，他还提出了连通器原理和后来得到广泛应用的水压机的最初设想。

3￡? 帕斯卡在数学方面的贡献也很杰出。1639年，他在一篇关于圆锥曲线的论文中提出了一条定理，后人把它叫做帕斯卡定理。他还提出了有名的帕斯卡三角形，阐明了代数中二项式展开的系数规律。1641年，帕斯卡发明了加法器。他对概率论等也都有一定的研究。




三、趣闻轶事

1．多姆山上的实验

1648年，帕斯卡用水和葡萄酒等作实验液体，采用不同形状的管子，先后在巴黎和教堂尖顶和法国南部多姆山的不同高度，反复进行托时拆利实验。成功地证实了大气压强随高度的增加而减小。据说当时帕斯卡用的最长的管子达12米，以至不得不用船桅把它支持起来。这一系列规模很大的实验，轰动了巴黎的学术界。


2．酒精破裂

帕期卡作了一系列实验，研究液体压强的规律。其中最著名的一个实验是这样的：他用一个木酒桶，顶端开一个小口，小口上接一根很长的铁管子，接口密封。实验的时候，酒桶先盛满水，再慢慢往铁管子里倒上几杯水，当管子中的水柱高达到几米的时候，只见木洒桶突然破裂，水流满地。帕斯卡总结了这些实验，于1654年写成一篇论文《论液体的平衡》，提出了著名的帕斯卡定律，指出压强在密封流体内部大小不变地传向各个方向。这一定律的发现，为流体静力学的建立奠定了基础。

3．健康不佳的智者

以“帕斯卡定理”而闻名并誉为“十七世纪法国最大的智者”的布莱斯·帕斯卡是个受到父亲的特殊教育的早熟天才。16岁的帕斯卡发表了《圆锥曲线论》。据说有这样一个插曲：因为这篇论文远远超过了当时的数学水平，笛卡儿产生了怀疑。他认为十六岁的孩子不可能写出这样的论文来。

但是，这位天才人身体却不健康。他生来虚弱，消化不良和失眠不断折磨着他的身心。18岁以后一直处于半病人的状态，无日不在痛苦之中。但他仍在许多领域取得了很多成就。

他19岁时发明了使用齿轮进行加减运算的计算机。这是他为了减轻父亲计算中的负担动脑筋想出来的。它成为后来的计算机的雏型。在物理学领域里，他25岁时发现了“帕斯卡定理”，并证明了真空的存在，对水利学的创立作出了贡献。在数学领域里，他提出了《概率论》。

在文学方面，他的散文格给法国文学界以极大的影响。他还研究过神学，留下了《致外省人书》、《感想录》两部作品。《感想录》是在他死后发现的，是他生前生活、工作、思想的备忘录，经过整理后出版。其思想在以后的三个世纪里对世界产生了很大的影响。


18.


一、生平简介
普朗克，M.（Max Planck 1858～1947）近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。1858年4月23日生于基尔。1867年，其父民法学教授J.W.von普朗克应慕尼黑大学的聘请任教，从而举家迁往慕尼黑。普朗克在慕尼黑度过了少年时期，1874年入慕尼黑大学。1877～1878年间，去柏林大学听过数学家K.外尔斯特拉斯和物理学家H.von亥姆霍兹和G.R.基尔霍夫的讲课。普朗克晚年回忆这段经历时说，这两位物理学家的人品和治学态度对他有深刻影响，但他们的讲课却不能吸引他。在柏林期间，普朗克认真自学了R.克劳修斯的主要著作《力学的热理论》，使他立志去寻找象热力学定律那样具有普遍性的规律。1879年普朗克在慕尼黑大学得博士学位后，先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。1888年基尔霍夫逝世后，柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人（先任副教授，1892年后任教授）和理论物理学研究所主任。1900年，他在黑体辐射研究中引入能量量子。由于这一发现对物理学的发展作出的贡献，他获得1918年诺贝尔物理学奖。
自20世纪20年代以来，普朗克成了德国科学界的中心人物，与当时德国以及国外的知名物理学家都有着密切联系。1918年被选为英国皇家学会会员，1930～1937年他担任威廉皇帝协会会长。在那时期，柏林、哥廷根、慕尼黑、莱比锡等大学成为世界科学的中心，是同普朗克、W.能斯脱、A.索末菲等人的努力分不开的。在纳粹攫取德国政权后，以一个科学家对科学、对祖国的满腔热情与纳粹分子展开了，为捍卫科学的尊严而斗争。1947年10月4日在哥廷根逝世。


二、科学成就

1.普朗克早期的研究领域主要是热力学。他的博士论文就是《论热力学的第二定律》。此后，他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究。

2.提出能量子概念

普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式，创立能量子概念。

19世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候，出现了著名的所谓“紫外灾难”。虽然瑞利、金斯（1877—1946）和维恩（1864—1928）分别提出了两个公式，企图弄清黑体辐射的规律，但是和实验相比，瑞利-金斯公式只在低频范围符合，而维恩公式只在高频范围符合。普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力，终于导出了一个和实验相符的公式。他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》，第一次提出了黑体辐射公式。12月14日，在德国物理学会的例会上，普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中，他激动地阐述了自己最惊人的发现。他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h，普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常数。普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数，它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中，系统地总结了他的工作，为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。


三、趣闻轶事

1.启蒙老师

普朗克走上研究自然科学的道路，在很大程度上应该归功于一个名叫缪勒的中学老师。普朗克童年时期爱好音乐，又爱好文学。后来他听了缪勒讲的一个动人故事：一个建筑工匠花了很大的力气把砖搬到屋顶上，工匠做的功并没有消失，而是变成能量贮存下来了；一旦砖块因为风化松动掉下来，砸在别人头上或者东西上面，能量又会被释放出来，……这个能量守恒定律的故事给普朗克留下了终生难忘的印象，不但使他的爱好转向自然科学，而且成为他以后研究工作的基础之一。

2.“普朗克行星”

普朗克进入科学殿堂以后，无论遇到什么困难，都没有动摇过他献身于科学的决心。他的家庭相继发生过许多不幸：1909年妻子去世，1916年儿子在第一次世界大战中战死，1917年和1919年两个女儿先后都死于难产，1944年长子被希特勒处死。但是普朗克总是用奋发忘我的工作抑制自己的感情和悲痛，为科学做出了一个又一个重要的贡献。

他一生发表了215篇研究论文和7部著作，其中包括1959年所著的《物理学中的哲学》一书。

在普朗克诞辰80周年的庆祝会上，人们“赠给”他一个小行星，并命名为“普朗克行星”。1946年他虽然体弱，但却非常高兴地出席了皇家学会的纪念牛顿的集会。

3.墓碑号刻着他的名和h的值

普朗克为人谦虚，作风严谨。在1918年4月德国物理学会庆贺他60寿辰的纪念会上，普朗克致答词说：“试想有一位矿工，他竭尽全力地进行贵重矿石的勘探，有一次他找到了天然金矿脉，而且在进一步研究中发现它是无价之宝，比先前可能设想的还要贵重无数倍。假如不是他自己碰上这个宝藏，那么无疑地，他的同事也会很快地、幸运地碰上它的。”这当然是普朗克的谦虚。洛仑兹在评论普朗克关于能量子这个大胆假设的时候所说的话，才道出了问题的本质。他说：“我们一定不要忘记，这样灵感观念的好运气，只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到。”

1947年10月3日，普朗克在哥廷根病逝，终年89岁。德国政府为了纪念这位伟大的物理学家，把威廉皇家研究所改名叫普朗克研究所。

普朗克的墓在哥庭根市公墓内，其标志是一块简单的矩形石碑，上面只刻着他的名字，下角写着： h=6.62×10－27尔格·秒。



19.


一、生平简介
赖曼(1874～1954)是美国物理学家。1874年11月23日诞生于美国马萨诸塞州的波士顿。
于1893年进哈佛大学攻读物理学，1897年毕业后留校任教。1917年离开哈佛大学出去进修。1919年前往英国剑桥卡文迪许实验室工作两年。1921年回到哈佛大学，任数学和自然哲学教授。从1926年起任杰菲逊物理实验室主任，长达20多年之久。

于1954年10月11日在波士顿去世，终年80岁。


二、科学成就

赖曼在物理学中的主要贡献是对远紫外光谱的研究。他在沙宾(1868—1919)教授的建议下，致力于远紫外光谱的测量研究，研制成一种测量波长比2000A还短的光谱仪器，这种仪器叫真空摄谱仪。1906年测得了远紫外区的氢光谱，发现了赖曼线系，这个线系和巴耳末在可见光范围里发现的线系在性质上很相象。后来，他又对氖和氦的光谱线作了检查，还观测了铝和镁的谱线。他对太阳光谱的短波成分作了详细研究，甚至在维特涅山上进行过观测，但是没有得到满意的结果。一直到他去世后于1959年才从火箭上拍摄到日光的赖曼a谱线照片。此外，还对紫外光的灭菌作用作了成功的研究，为照射医学的发展作出了一定的贡献。



20.



一、生平简介
薛定谔，E．(1887～1961)奥地利理论物理学家，是波动力学的创始人。 薛定谔1887年8月12日生于维也纳一个油布工厂主的家庭，中学时就对数学、物理学和逻辑严谨的古代语法有浓厚的兴趣。1906～1910年，他在维也纳大学物理系学习。1910年获得博士学位。毕业后，在维也纳大学第二物理研究所工作。1913年与R．W．F．科耳劳施合写了关于大气中镭A（即218Po）含量测定的实验物理论文，为此获得了奥地利帝国科学院的海廷格奖金。第一次世界大战期间，他服役于一个偏僻的炮兵要塞，利用闲暇研究理论物理学。战后他回到第二物理研究所。1920年移居耶拿，担任M．维恩的物理实验室的助手。

1921年，薛定谔受聘到瑞士苏黎士大学任数学物理学教授，在那里工作了6年。1927年接替普朗克任柏林大学理论物理学教授。同年当选为普鲁士科学院院士。1933年受德国纳粹党徒的迫害，离开苏黎士到英国任牛津大学物理学教授。同年和狄拉克一起荣获诺贝尔物理学奖。1938年薛定谔在格拉兹再度受到纳粹的迫害，于9月1日仅“带了一只小小皮箱”逃往都柏林，在都柏林高级研究所，成为理论物理学的领导。在那里，他逗留了17年。在此期间，他继续从事科学研究，并发表了许多论文。1956年，他回到奥地利，成为维也纳大学物理系的名誉教授。

1957年薛定谔接受了德国高级荣誉勋章。他还被许多大学和科学团体授予荣誉学位，其中包括英国伦敦皇家学会、柏林普鲁士科学院、奥地利科学院等。1957年他一度病危。1961年1月4日，他在奥地利的阿尔卑巴赫山村病逝。


二、科学成就

1．创立波动力学

除了较少的实验性研究外，薛定谔教授实际上把全部注意力都集中于理论物理学问题的研究。1924年，法国物理学家德布罗意首先提出了物质波理论，即一切微观粒子，象光一样也都具有波粒二象性。在这一理论的基础上，薛定谔于1926年独立地创立了波动力学，提出了薛定谔方程，确定了波函数的变化规律。这与海森伯等人几乎同时创立的矩阵力学成为量子力学的双胞胎。这些理论现在已成为研究原子、分子等微观粒子的有力工具，并奠定了基本粒子相互作用的理论基础。薛定谔的理论，与海森伯所发展的形式不同，这个理论的数学式子便于实际应用。尽管形式上好象两种完全不同的理论，但是薛定谔能够证明它们在数学上是等价的。薛定谔波动方程提出之后，在微观物理学中得到了广泛的应用。薛定谔的许多科学论著中，以1927年和1928年发表的《波动力学论文集》和《关于波动力学的四次演讲》最为著名。对于固体的比热、统计热力学、原子光谱、镭、时间与空间等方面，他都发表过研究论文。

2．推动分子生物学的发展

1944年，薛定谔还发表了《生命是什么？——活细胞的物理面貌》一书（英文版，1948；中译本，1973）。在此书中，薛定谔试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性，引进了非周期性晶体、负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等概念。这本书使许多青年物理学家开始注意生命科学中提出的问题，引导人们用物理学、化学方法去研究生命的本性，使薛定谔成了今天蓬勃发展的分子生物学的先驱。

薛定谔对哲学有浓厚的兴趣。早在第一次世界大战时期，他就深入研究过B．斯宾诺莎、A．叔本华、E．马赫、R．西蒙、R．阿芬那留斯等人的哲学著作。晚年，他致力于物理学基础和有关哲学问题的研究，写了《科学和人文主义——当代的物理学》（英文版，1951）等哲学性著作。


三、趣闻轶事

1．奥地利的薛定谔奖金

1956年薛定谔回奥地利，奥地利政府给予他以极大的荣誉，设立了以薛定谔的名子命名的国家奖金，由奥地利科学院授给。第一次奖金于1957年授与薛定谔本人。

2．普朗克和爱因斯坦的赞扬

论文的发表，引起了知名物理学家的普遍关注，科学界把他的方程命名为“薛定谔方程”。对于薛定谔论文的反响，在《原子时代的先驱者》一书中有着这样的记载：“当普朗克于1926年4月接到波动力学的第一篇论文的单行本时，立即给薛定谔写信，表示赞扬，信中说：‘我正像一个好奇的儿童听他久久苦思的谜语那样，聚精会神地拜读您的论文，并为在我眼前展现的美而感到高兴。’几个星期之后，他又以极大的热情写信告诉薛定谔：‘您可以想象，我怀着怎样的兴趣和振奋的心情，沉浸在对这篇具有划时代的著作的研究之中，尽管现在我在这特殊的思维过程中进行得十分缓慢。’爱因斯坦认为：‘薛定谔的构思，证实着真正的独创性。’”

薛定谔方程的创立，打破了某种以往看来是十分神秘的观念，为波动力学的建立奠定了牢固的基础。它是量子力学中，描述运动速度远比光速小的微观粒子（如电子、质子、中子等）运动状态的基本规律，在量子力学的发展历史中，其地位如同牛顿运动定律在牛顿力学中一样的重要。

量子力学中的又一次风暴之后，科学面目焕然一新，其步伐更加矫健有力了。

3．虚心听取不同意见

1926年，爱因斯坦在多次通信中高度评价了薛定谔的工作：“我确信，通过你（指薛定谔）的关于量子条件的公式表述，你已作出了决定性的进展。”“在这些对量子规则作深刻阐明的新尝试中，我最满意的是薛定谔的表达方式。”“薛定谔的构思，证实着真正的独创性。”但是薛定谔却非常谦虚地说：建立波动力学是受到德布罗意的影响，并在给爱因斯坦的信上说：如果如果不是爱因斯坦和德布罗意的启发，如果不是德布罗意的想法的重要性，波动力学不可能建立，可能永远不会建立。

矩阵力学的创建者们，在当时对薛定谔理论并不是赞赏的。海森伯在1926年的一篇论文中公开批评薛定谔的方法“并没有得到德布罗意意义上的自洽的波动理论。”泡利在一封信中说：“我越掂量薛定谔理论的物理部分，我越感到憎恶”。同样，薛定谔也对矩阵力学提出了批评，可是没有拒绝海森伯的论文，而是钻研它。1926年4月，薛定谔发表了题为《关于海森伯-玻恩-约尔丹的量子力学与我的波动力学的关系》的论文。在这篇论文中，他证实了矩阵力学和波动力学的等价性，指出可以通过数学变换从一个理论转换到另一个理论。后来人们便将波动力学和矩阵力学合在一起，统称量子力学。



21.

范德华（1837－1923）

Van Der Waals

　　荷兰物理学家，青年时代家境贫寒，无力入学读书。在工作之余，刻苦钻研，自学成材，1873年他的论文“论液态和气态的连续性”引起了学术界的关注。并获得了莱顿大学的博士学位。经过研究，他认识到如果假定气体分子不占有体积，而且分子之间不存在引力，则可从气体分子运动论得出理想气体的状态方程引入两个参量，分别表示分子的大小和引力，一个更准确的方程即范德华方程。他还研究了毛细作用，对附着力进行了计算。他在研究物体三态（气、液、固）相互转化的条件时，推导出临界点的计算公式，计算结果与实验结果相符。1877-1907年任阿姆斯特丹大学教授。1910年因研究气态和液态方程获诺贝尔物理学奖。原子间和分子间的吸引力被命名为范德华力。1873年他最先假设了这种力，以研究关于真实气体的理论。





22.


伏打
一、生平简介
伏打(Alessandro Vlota 1745～1827年)，意大利物理学家。1745年2月18日生于科摩，成年后出于好奇，才去研究自然现象。1774年伏打担任科摩大学预科物理教授。同年发明了起电盘，这是靠静电感应原理提供电的装置。伏打还研究了化学，进行各种气体的爆作试验。1779年他担任巴佛大学物理教授。1782年他成为法国科学学会的成员。1791年又被选为伦敦皇家学会的会员。1794年伏打由于在电学、化学上的贡献，荣获柯普莱奖章。1800年他宣布发明了伏打电堆。1801年拿破仑在巴黎召见伏打，法国科学院赠予伏打一枚金质勋章。

伏打发明电堆时已经50多岁了，他绝没有想到持续电流对以后的影响会有那么大，他也没有再作进一步的研究，一直在巴佛大学任教。1819年伏打退休回到故乡，于1827年3月5日逝世。


二、科学成就

伏打的主要成就是发明了伏打电堆。

伏打在伽伐尼实险的基础上，致力研究两种不同金属的接触。他得出了新的结论，认为两金属不仅仅是导体，而且是由它们产生电流的。用伏打自己的话来说：金属是真正的电流激发者，而神经是被动的。伏打并把这种电流命名为“金属的”或“接触的”电流。

伏打不仅发现两种不同金属接触时会发生电流效应，而且发现当金属浸入某些液体时，也会有同样的效应。伏打开始是用几只碗盛了盐水，把几对黄铜和锌做成的电极连接起来，就有电流产生。1800年3月20日，伏打在给敦皇家学会会长约瑟爵士的一封信中，宣布了一个重要的发现。他说：

“用30块、40块、60块或更多的铜片，最好是用银片，每一片都和一块锡片（最好是锌片）接触，并且用相同数目的水层或比纯水更好些的导电液体层，好食盐水或碱水等，或是浸透这些液体的纸壳或皮革……

“在桌子上或台子上，我水平地放一块金属片，例如银片，在这一片上我放上第二片，即锌片；在第二片上我放上了一张浸液片；然后放上另一块银片，紧接着是另一块锌片，上面方放上一张浸液片。如此，我以同样的方式，总是在同一方向上，把银片和锌片合起来，那就是说总是银在下面锌在上面，或者相反，这要看我是怎样开始放的，在两对合起来的片子之间，都夹上一层浸液片。我如此继续下去，就形成了一个高到不致自己垮下来的圆柱。”

伏打证明这个堆的一端带正电，另一端带负电，这就是伏打堆。当时引起极大的轰动。这是第一个能产生稳定、持续电流的置。有了持续电流，对电学的研究打开了新的局面。


三、趣闻轶事

1．实践出真知

1786年，意大利科学家伽伐尼在一次偶然的机会中发现，放在两块不同金属之间的蛙腿会发生痉挛现象，他认为这是一种生物电现象。1791年伏打得知这一发现，引起了极大的兴趣，作了一系列实验。伏打还在自己身上做实验，证明电不仅能够产生颤动，而且还会影响视觉和味觉神经。他用两种金属接成一根弯杆，一端放在嘴里，另一端和眼睛接触，在接触的瞬间就有光亮的感觉产生。他用舌头舔着一枚金币和一枚银币，然后用导线把硬币连接起来，就在连接的瞬间，舌头有发麻的感觉。

1793年伏打发表一篇论文，总结了自己的实验，表示不同意伽伐尼关于动物生电的观点，认为伽伐尼电在质上是一种物理的电现象，蛙腿本身不放电，是外来电使蛙腿神经兴奋而发生痉挛，蛙腿实际上只起电流指示计的作用。后来，伏打通过进一步的实验研究，终于发现两片不同金属不用动物体也可以有电产生。

2．拿破仑授给伏打一枚金质奖章

伏打电池的发明，使得科学家可以用比较大的持续电流来进行各种电学研究，促使电学研究有一个巨大的进展。伏打的成就受到各界普遍赞赏，科学界用他的姓氏命名电势，电势差（电压）的单位，为“伏特”（就是伏打，音译演变的），简称“伏”。


据说法国皇拿破仑一世1801年9月26日特地召伏打到巴黎，在一次专门的学术会议上伏打当众做了实验演示,亲临观看的拿破仑把一枚特制的金质奖章授于伏打，并封他为伯爵。

3．建筑工地的千古之谜

向大家介绍一件奇怪的事。那是几年前的中东巴格达的一个建筑工地上，发掘出一个特大的石棺。里面尽是些铜管、铁棒和陶瓶之类的东西。为何要将这些金属管、棒来做殉葬？其中必定有原因。科学家卡维尼格仔细研究这些管子，发现一根直径2．6厘米的铜管内有一根由沥青包裹的铁棒，下端3厘米高的沥青层将铜、铁完全隔开来。于是他把这根管子放入出土的陶瓶里，再向瓶里倒进了酸性葡萄酒，奇迹出现了，这个装置竟发出电来，且发电持续了18天之久。据他分析这种电池的化学原理与伏打电池如出一辙，是古代人用电解法为雕像或装饰品镀金而特制的。难道古代人竟在伏打出生前一二千年就已经制造出了“伏打电池”？这真是一个千古之谜啊！