中小學(xué)生課外閱讀世界科技全景百卷書物理大發(fā)現(xiàn)

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伽利略與慣性定律1582年的一天，意大利比薩城一個(gè)年輕的醫(yī)科學(xué)生，正在比薩大教堂里跪著，同去做禮拜的同伴們都在專心地聽牧師講道，大廳里除了講演聲和一根鏈條的擦碰聲外，一片寂靜。一盞從教堂頂端懸掛下來的吊燈，被風(fēng)吹得在空中來回?cái)[動(dòng)。擺動(dòng)著的掛燈鏈條的嘀嗒聲驚擾了正在做祈禱的醫(yī)科學(xué)生——伽利略。這種人們常見的現(xiàn)象，引起了伽利略極大的興趣。他的思考與牧師的禱告距離越來越遠(yuǎn)了。他目不轉(zhuǎn)睛地注視著吊燈的擺動(dòng)，盡管吊燈擺動(dòng)的振幅逐漸減小，但往返一次所需要的時(shí)間似乎都一樣。他把右手指按在左手腕的脈搏上測(cè)量起來，驚奇地發(fā)現(xiàn)：不論燈擺動(dòng)的幅度多大，每擺動(dòng)一次所需用的時(shí)間的的確確是相同的。這個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)，使他仿佛遭到了閃電的突然襲擊，引起了伽利略的驚奇。他自問：自己的感覺是正確的嗎？不是感覺欺騙了自己，就是亞里土多德“擺幅短需時(shí)少”的說法是錯(cuò)誤的。究竟是看花了眼，還是發(fā)現(xiàn)了奇跡，發(fā)現(xiàn)了大自然的一個(gè)偉大真理？他在教堂一刻也呆不下去了，拔腿跑回家中。伽利略回家后，迫不及待地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，為了取得精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他找來了一只沙鐘，準(zhǔn)備好鵝管筆、墨水、紙張，認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并請(qǐng)他的教父幫助他進(jìn)行這個(gè)試驗(yàn)。他找來兩根一樣長(zhǎng)的繩子，在頂端各墜上一塊相等重量的鉛塊，分別將兩根繩頭系在兩根廳柱上。伽利略手拿兩個(gè)鉛擺，分別拉到距垂直線不同的位置，然后同時(shí)放開手，讓繩索自然擺動(dòng)，讓他的教父數(shù)一根繩索的擺動(dòng)次數(shù)，自己數(shù)另一根繩索擺動(dòng)的次數(shù)，然后加以比較。經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩根繩索來回?cái)[動(dòng)的次數(shù)總數(shù)是一樣的。伽利略終于發(fā)現(xiàn)：雖然兩根繩索起點(diǎn)不相同，但擺動(dòng)的時(shí)間卻一樣。他發(fā)現(xiàn)了擺動(dòng)的規(guī)律，并用數(shù)學(xué)公式給予了準(zhǔn)確的表述：即擺動(dòng)的周期與擺的長(zhǎng)度的平方根成正比，而與擺錘的重量無關(guān)。這就是伽利略年輕時(shí)發(fā)現(xiàn)的著名的“擺的等時(shí)性原理”。后來，荷蘭的科學(xué)家猶更斯就是根據(jù)這個(gè)原理，制造出了掛擺的時(shí)鐘。今天，這個(gè)原理被更廣泛地應(yīng)用于計(jì)數(shù)脈搏、時(shí)鐘計(jì)時(shí)、計(jì)算日食和推算星辰的運(yùn)動(dòng)等諸方面。伽利略發(fā)現(xiàn)著名的“擺的等時(shí)性原理”時(shí)，年僅18歲。1564年2月15日，伽利略出生于意大利的比薩城。他的祖輩是佛羅倫薩的名門貴族，父親是音樂家，作曲家，多才多藝，而且還擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)，可是他卻不愿意自己的兒子將來成為一名數(shù)學(xué)家或音樂家，希望他能成為一位醫(yī)生。伽利略11歲時(shí)，進(jìn)入佛羅倫薩附近的法洛姆博羅莎經(jīng)院學(xué)校，接受古典教育。孩提時(shí)代的伽利略，好奇心極強(qiáng)，喜歡與人辯論，從不滿足別人告訴他的道理，而要自己去探索、去想象。他雖是一個(gè)音樂師的兒子，卻從小就對(duì)“天空的音樂”感興趣，他父親說他是一個(gè)心不在焉的小星象家，說他常常眼里看見奇象，耳朵里聽見異音。在學(xué)校里，當(dāng)老師在解說拉丁文的介詞，或意大利文的動(dòng)詞的重要性時(shí)，小伽利略的心早就隨著父親給他買的作為生日禮物的那只小氣球飛到天外去了。他還喜歡制造機(jī)械玩具做游戲，他制作了各式各樣的像車、風(fēng)車、船之類的小玩意兒。17歲時(shí)，伽利略進(jìn)入了比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)。然而，他以后的成就竟與醫(yī)學(xué)毫無關(guān)系。在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，他對(duì)醫(yī)學(xué)興味索然，卻迷戀著數(shù)學(xué)，在他的醫(yī)學(xué)教科書下藏著歐幾里德和阿基米德的著作，背著人，一心一意地鉆研著數(shù)學(xué)。

1空閑時(shí)，就用自制的儀器進(jìn)行自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)。他深深感到：“數(shù)理科學(xué)是大自然的語言?！睘榱藢W(xué)好這種語言，他決意獻(xiàn)出自己的一生。在學(xué)習(xí)過程中，伽利略表現(xiàn)出了獨(dú)特的引人注目的個(gè)性，對(duì)任何事物都愛質(zhì)疑問難。他不但指責(zé)學(xué)校的教學(xué)方法，而且還懷疑教學(xué)內(nèi)容。尤其是對(duì)哲學(xué)家們所崇奉的那些“絕對(duì)真理”，他更想探明它們究竟包含什么意義，甚至對(duì)古希臘偉大的哲學(xué)家亞里士多德的主張也提出了質(zhì)疑。伽利略的學(xué)習(xí)動(dòng)向和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，引起了學(xué)校教授們的不滿，因?yàn)橐粋€(gè)學(xué)生要獨(dú)立思考，簡(jiǎn)直是不折不扣的異端。教授們宣布道：“所有科學(xué)上的問題都最后而且一勞永逸地被亞里士多德解決了。無論何時(shí)，只要誰敢對(duì)一條教條式的說法提出異議，教授只需引用亞里士多德的一句話就可以結(jié)束爭(zhēng)論。而伽利略卻常常用自己的觀察、實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)教授們講授的教條，對(duì)于伽利略“膽敢藐視權(quán)威”的狂妄舉動(dòng)，教授們不僅寫信向伽利略的父親告狀，而且拒絕發(fā)給伽利略醫(yī)學(xué)文憑，甚至給他警告處分，因此，伽利略被迫離開了比薩大學(xué)，成了一個(gè)人所共知的學(xué)醫(yī)失敗者。1585年，伽利略回到佛羅倫薩，在家自學(xué)數(shù)學(xué)和物理，潛心攻讀歐幾里德和阿基米德的著作，1586年寫出論文《水秤》，1588年寫出《固體的重心》，從而引起了學(xué)術(shù)界的注意。1589年，伽利略的母校比薩大學(xué)數(shù)學(xué)教授的席位空缺了，在友人的推薦下，他當(dāng)上了比薩大學(xué)的數(shù)學(xué)教授。伽利略，這位年僅25歲的教授在完成日常教學(xué)工作外，開始鉆研自由落體問題。當(dāng)時(shí)，亞里士多德的物理學(xué)占支配地位，是無容置疑的。亞里士多德認(rèn)為：不同重量的物體，從高處下降的速度與重量成正比，重的一定較輕的先落地。這個(gè)結(jié)論到伽利略時(shí)差不多近2000年了，還未有人公開懷疑過。物體下落的速度和物體的重量是否有關(guān)系：伽利略經(jīng)過再三的觀察、研究、實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)如果將兩個(gè)不同重量的物體同時(shí)從同一高度放下，兩者將會(huì)同時(shí)落地。于是伽利略大膽地向天經(jīng)地義的亞里士多德的觀點(diǎn)進(jìn)行了挑戰(zhàn)。伽利略提出了嶄新的觀點(diǎn)：輕重不同的物體，如果受空氣的阻力相同，從同一高處下落，應(yīng)該同時(shí)落地。他的創(chuàng)見遭到了比薩大學(xué)許多教授們的強(qiáng)烈反對(duì)，他們譏笑著說：“除了傻瓜外，沒有人相信一根羽毛同一顆炮彈能以同樣的速度通過空間下降?！彼麄儨?zhǔn)備教訓(xùn)伽利略，迫使他在全體教授和學(xué)生們面前承認(rèn)他的觀點(diǎn)是荒唐的，讓他當(dāng)眾出丑，永世不得翻身。對(duì)于亞里土多德的信徒們的挑戰(zhàn)，性格倔強(qiáng)的伽利略毫不畏懼，為了判明科學(xué)的真?zhèn)?，他欣然地接受了這個(gè)挑戰(zhàn)，決定當(dāng)眾實(shí)驗(yàn)，讓事實(shí)來說話。公開的“表演”地點(diǎn)在比薩斜塔。1590年的一天清晨，比薩大學(xué)的教授們穿著紫色絲絨長(zhǎng)袍，整隊(duì)走到塔前，洋洋得意地準(zhǔn)備看伽利略出丑；學(xué)生們和鎮(zhèn)上的市民們，也熙熙攘攘地聚集在比薩斜塔下面，想看個(gè)究竟。伽利略和他的助手不慌不忙，神色自如，在眾人一陣陣噓聲中，登上了比薩斜塔。伽利略一只手拿一個(gè)10磅重的鉛球，另一只手拿著一個(gè)1磅重的鉛球。他大聲說道：“下面的人看清，鉛球下來了！”說完，兩手同時(shí)松開，把兩只鉛球同時(shí)從塔上拋下。圍觀的群眾先是一陣嘲弄的哄笑，但是奇跡出現(xiàn)了，由塔上同時(shí)自然下落的兩只鉛球，同時(shí)穿過空中，輕的和重的同時(shí)落在地上。眾人吃驚地竊竊私語：“這難道是真的嗎？”頑固的亞里土多德的信徒們，仍不愿相信他們的崇拜者——亞里士多德會(huì)有錯(cuò)誤，愚蠢地認(rèn)為伽利略在鉛球里施了魔術(shù)。為了使所有的人信服，伽利略又重復(fù)了一次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果相同。伽利略以雄辯的事實(shí)證明“物體下落的速度與物體的重量無關(guān)”，從而擊敗

2了亞里士多德的信徒們。正是這次聞名史冊(cè)的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，第一次動(dòng)搖了亞里士多德在物理學(xué)中長(zhǎng)期占統(tǒng)治地位的偏見，打破了亞里士多德的神話。后來，伽利略又通過計(jì)算，得出了自由落體定律。但是，比薩斜塔實(shí)驗(yàn)卻惹怒了比薩大學(xué)的許多權(quán)威人士。從此，年輕的科學(xué)家受到守舊派的仇視和迫害，伽利略被從比薩大學(xué)排擠了出來。伽利略沒有因此而灰心喪氣，思想仍舊十分活躍。不久，在友人的介紹和幫助下，1592年伽利略被聘為帕多瓦大學(xué)的數(shù)學(xué)教授。帕多瓦大學(xué)位于威尼斯水城，是一所學(xué)術(shù)空氣很濃，而且較為自由的大學(xué)，其醫(yī)學(xué)和數(shù)學(xué)在歐洲久負(fù)盛名。伽利略在這所大學(xué)一呆就是18年，這是他科學(xué)生命最為活躍的時(shí)期。在這期間，伽利略陸續(xù)發(fā)表了一些力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、聲學(xué)和光學(xué)，以及宇宙體系等方面的著作。同時(shí)，他深受帕多瓦大學(xué)學(xué)生們的愛戴和敬佩，每當(dāng)他講演時(shí)，那個(gè)能容納2000多人的講堂就擠得滿滿的，而且許多聽眾是從歐洲各地特意趕來的。1608年，伽利略從朋友的來信中得知，一位荷蘭眼鏡商人，在制造眼鏡鏡片時(shí)，能夠用凸凹鏡片的組合看清遠(yuǎn)處的物體。伽利略的好奇心又被撥動(dòng)了，立即開始鉆研光學(xué)和透鏡。他檢查了各種類型鏡片的曲率以及他們彼此的各種組合方式，用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)公式測(cè)量出不同曲率和不同組合所引起的視覺上的效果。1609年，他終于研制成了人類歷史上第一架放大倍數(shù)為32倍的天文望遠(yuǎn)鏡。伽利略最初制造的望遠(yuǎn)鏡只能放大物體幾倍，但是這架望遠(yuǎn)鏡比港口望員用肉眼觀察可以早兩個(gè)小時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)港的船只。當(dāng)伽利略把這架望遠(yuǎn)鏡獻(xiàn)給威尼斯總督后，他獲得終身教授的職位，因?yàn)閷?duì)以航海貿(mào)易為主的威尼斯來說，望遠(yuǎn)鏡的重要性不亞于一支海軍。1609年8月21日，伽利略興高采烈地邀請(qǐng)他的朋友們登上威尼斯鐘樓的樓頂，向他們展示那架能放大32倍的望遠(yuǎn)鏡，讓他們一個(gè)接一個(gè)地透過他的“魔術(shù)放大鏡”往遠(yuǎn)處看。朋友們清晰地看見了遠(yuǎn)處來往的船只；遠(yuǎn)方山上吃草的羊群；城鎮(zhèn)盡頭教民們?cè)诮烫弥羞M(jìn)進(jìn)出出；夜間觀天，看見了“遙遠(yuǎn)的星宿如在眼前?！边@奇特的“魔鏡”轟動(dòng)了整個(gè)歐洲，不久，也傳入中國(guó)。伽利略把這架望遠(yuǎn)鏡稱為“我的偵察鏡”，利用它探測(cè)廣闊的天空。他晝夜進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了前人未曾發(fā)現(xiàn)過的現(xiàn)象：太陽上有黑子；月亮上有隆起的山脈，低洼的平原；木星有4個(gè)小衛(wèi)星繞它旋轉(zhuǎn)；銀河是由眾多小星群集而成。這是劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)。他根據(jù)自己對(duì)星團(tuán)的觀測(cè)，繪制了天文學(xué)史上第一批星團(tuán)圖，出版了《星際使者》一書，向全世界報(bào)道了他新穎而富有說服力的觀測(cè)結(jié)果，比較隱晦地宣傳哥白尼的觀點(diǎn)。伽利略通過實(shí)際觀測(cè)和深入研究，認(rèn)為哥白尼的日心說是完全正確的，托勒密地心說則是荒謬的。為了申明自己的觀點(diǎn)，他寫下了不朽的杰作《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》，1632年用意大利文在佛羅倫薩出版。在書中，伽利略運(yùn)用大量事實(shí)，以“對(duì)話”的形式申述了哥白尼學(xué)說的正確性。他說：“哥白尼頭腦之精細(xì)和眼光之敏銳要大大超過托勒密，因?yàn)橥欣彰軟]有看到的，他都看到了?！边@種做法和說法，在哥白尼的學(xué)說被教廷正式宣布為“邪說”的專制時(shí)代，要冒何等的風(fēng)險(xiǎn)?。≠だ哉敲疤煜?/p>

3之大不韙的科學(xué)勇士。《對(duì)話》問世后，影響極大，受到了全歐洲廣大讀者的贊揚(yáng)，卻觸怒了當(dāng)時(shí)的羅馬教廷，伽利略的名字被列入羅馬宗教裁判所的黑名單。1632年8月，羅馬宗教裁判所向《對(duì)話》的出版商發(fā)出通令，禁止出售該書。并傳令伽利略馬上到羅馬受審。年近七旬的伽利略收到傳訊通知書時(shí)，正在病中。醫(yī)生寫了證明書：“伽利略生病在床，他可能到不了羅馬，就到另一世界去了?！睔垷o人道的宗教裁判所竟下令：只要伽利略能勉強(qiáng)行走，就要鎖上鐵鏈，押到羅馬來。1632年底，伽利略在朋友們的攙扶護(hù)送下啟程了。他冒著呼嘯的寒風(fēng)，經(jīng)歷千辛萬苦，于1633年2月到達(dá)羅馬。這位已經(jīng)半死不活的可憐老人，一到羅馬，立即被監(jiān)禁了起來。1633年4月，羅馬宗教裁判所開庭對(duì)伽利略進(jìn)行審訊，以各種方法逼迫伽利略放棄哥白尼學(xué)說。審訊持續(xù)了好幾個(gè)月，伽利略堅(jiān)持不肯懺悔。裁判所便以火刑威脅，年老多病的伽利略被折磨得精神恍惚，被迫在判決書上簽字，同日心說一刀兩斷。據(jù)說，當(dāng)精疲力竭的伽利略被朋友們攙扶著離開法庭時(shí)，嘴里仍嘰嘰咕咕地嘟囔著：“地球確實(shí)是在運(yùn)轉(zhuǎn)呀！”最后，羅馬宗教法庭還是判處伽利略終身監(jiān)禁。殘酷的精神和肉體上的摧殘，并沒有使伽利略屈服，他的科學(xué)大腦一直在無休止地工作著，他說：“我的活動(dòng)的腦子一直要工作下去?！?636年，他秘密地完成了最后一部著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的討論和數(shù)學(xué)證明》。此書總結(jié)了他自己長(zhǎng)期對(duì)物理學(xué)的研究，其中包括動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。書中提供的許多原則和規(guī)律，為牛頓運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1637年，伽利略雙目失明了，再也無法進(jìn)行科學(xué)研究了，他痛苦地對(duì)朋友說：“在最后的日子再也看不到光明了，以致這天空、這大地、這由于我的驚人的發(fā)現(xiàn)和清晰證明后比以前智者所相信的世界擴(kuò)大了百倍的宇宙，對(duì)我來說，這時(shí)已變得如此狹小，只能留在我自己的感覺中了?！?642年1月8日，伽利略，這位偉大的科學(xué)家，含冤去世。終年78歲。1737年，意大利國(guó)民為了紀(jì)念這位不幸的先驅(qū)者，把他的墳?zāi)拱仓迷诜鹆_倫薩的克洛齊教堂，以示懷念。1980年10月，一個(gè)由世界著名科學(xué)家組成的委員會(huì)在羅馬成立，重新審理“伽利略案件”，為沉冤300多年的伽利略昭雪平反。歷史終于顯示了它的公正，伽利略終于恢復(fù)了他的清白，如他地下有知，該是可以感到欣慰了。能量守恒和轉(zhuǎn)化定律邁爾（1814～1878），是德國(guó)人，從小學(xué)醫(yī)。1840年他才26歲，便在漢堡獨(dú)立開了一個(gè)診所行醫(yī)了。他平常對(duì)事情總要問個(gè)為什么，而且必須親自觀察、研究、實(shí)驗(yàn)。別人笑他這股癡勁，他卻反而嘲笑當(dāng)時(shí)形而上學(xué)的詭辯哲學(xué)，并對(duì)它厭惡至極點(diǎn)。他越來越不滿足于自己生活在漢堡這個(gè)小天地里，和親人們鬧著要到外面去闖一闖。機(jī)會(huì)真的來了，有一支船隊(duì)要到印度厄西亞遠(yuǎn)航，正好缺一個(gè)隨船的醫(yī)生，他便欣然應(yīng)征。1840年2月22日這天，他便開始了海上生活。也不知經(jīng)歷了多少個(gè)晝夜，邁爾終日在船上憑欄遠(yuǎn)眺，但是看不見陸地，看不見樹木，除了蔚藍(lán)的海水就是白浪，只是感覺到氣候越來越熱。這天，

4好不容易到達(dá)爪哇島的巴達(dá)維亞（即今日的雅加達(dá)），船隊(duì)才終于可以?？扛劭?，人們也終于能登陸休息了。但是由于氣候水土不適應(yīng)，許多船員突然都生起病來，邁爾就按照他過去的老辦法，放血治療。在德國(guó)治這種病只需在病人的靜脈管上刺一針就會(huì)放出一股黑紅的血來，現(xiàn)在他雖仍然是一針扎下來，可是這些同胞的靜脈管里卻冒出的是鮮紅的血。船員們的病倒是治好了，但邁爾卻開始頭疼起來。他本就有一個(gè)愛觀察、愛思考的習(xí)慣，現(xiàn)在遇到這種奇怪的事，他的腦海怎能平靜下來？經(jīng)過多日的冥思苦想，他終于想通了一個(gè)道理。他想：血液之所以是紅的，是因?yàn)槔锩婧醒?，氧在人體內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，維持人的體溫。這里由于靠近赤道，氣候炎熱，人的體溫并不需要那么多氧去維持，血里的氧消耗不多，靜脈管里的血液自然就還是鮮紅的。這個(gè)推論不一定正確，但是他卻突發(fā)奇想地想到一個(gè)人們從沒有想過的極重要的問題，就是人身上的熱量究竟是由什么轉(zhuǎn)化來的，是由心臟的運(yùn)動(dòng)嗎？不是，他計(jì)算了一下，頂多只有500克重的一顆心臟，它運(yùn)動(dòng)做功產(chǎn)生的熱量根本不能維持全身的體溫?？磥眢w溫是靠全身的血肉來維持的，而這又要靠人每天吃食物，吃肉得來的；肉卻是其他動(dòng)物吃草長(zhǎng)成的，而草是靠太陽的光熱進(jìn)行生物化學(xué)變化而生長(zhǎng)成的。太陽的光線又是從何而來呢？他想太陽假如是一塊燃燒的巨大煤塊，按1克煤可以放出熱量6000卡計(jì)算，這塊巨大煤塊只能燃燒4600年?？磥聿皇沁@么回事，他又想那一定是無數(shù)隕星、小行星高速撞擊到太陽表面使之發(fā)熱的，他推算出太陽中心的溫度是2750萬度～5500萬度（今天我們知道的實(shí)際是1500萬度）。邁爾就是這樣沒完沒了地聯(lián)想，各種能的形式在他的腦海里不斷轉(zhuǎn)換，越想越多，越想越寬，從具體上升到抽象，最后他想應(yīng)該集中到一點(diǎn)：用什么來說明、來衡量這些能量間的轉(zhuǎn)換呢？這就是熱、熱量。每種能量都可以轉(zhuǎn)化或換算成熱量，這就是它們之間的相似之處。邁爾在不知不覺中已從狹窄的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，跳到了大眾學(xué)科領(lǐng)域中。邁爾遠(yuǎn)征南洋之行，無意之間獲得了這樣一個(gè)新的想法，喜悅之情無法用言語來表達(dá)。他一回國(guó)就寫了一篇論文《論無機(jī)界的力》提出機(jī)械能與熱能的轉(zhuǎn)化思想，而且還自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)出熱功當(dāng)量是365千克米/千卡。他興沖沖地帶著這篇文章來到當(dāng)時(shí)德國(guó)最具權(quán)威的科學(xué)雜志《物理年鑒》雜志社，聲言一定要親自面見總編。總編輯波根道夫一見到這個(gè)年輕人便先問他道：“您是搞什么專業(yè)的？”“我是一名醫(yī)生?！薄搬t(yī)生怎么到我們物理雜志社來投稿呢？”“我的這個(gè)新理論不但管醫(yī)學(xué)，也管物理、化學(xué)，一切自然學(xué)科都逃不出它的范圍?！薄澳贻p人，你在說瘋話吧?！辈ǜ婪虼饝?yīng)，可以把論文先留下?？墒沁~爾回到漢堡后，左等右等卻不見文章發(fā)表。他料想自己這個(gè)無名小卒人家不會(huì)相信，便又將此文投到一份醫(yī)學(xué)雜志，終于在1824年5月問世。但物理學(xué)家們誰也不曾注意這種醫(yī)學(xué)小刊物。于是他到處演說，擠進(jìn)去參加人家的物理學(xué)術(shù)會(huì)議，讓人們相信世界上能量是不生不滅的。這天他又在一個(gè)討論會(huì)上大聲演說：“你們看，太陽把能量灑向地球。地球決不會(huì)讓這些能量浪費(fèi)掉，就到處長(zhǎng)滿了植物，它們生長(zhǎng)著，吸收著陽光，并且又生出各種化學(xué)物質(zhì)??”但是他講的這些誰也不相信，人們議論紛紛：“這純粹是胡扯，是瞎猜，

5有什么實(shí)驗(yàn)根據(jù)呢？”其實(shí)邁爾所提出的是光合作用問題，以后果然被俄國(guó)科學(xué)家季米利雅捷夫所證實(shí)。這是后話。人們根本不愿聽邁爾的演說，對(duì)他很不尊重，說：“看來他真的有些瘋了吧。”邁爾氣極了，大聲喊道：“什么叫瘋了？瘋子是不按常規(guī)想事、做事，但不遵循常規(guī)的人卻井不一定都是瘋子。哥白尼、布魯諾、伽利略、哈維不是都打破了常規(guī)，都曾被人稱為瘋子嗎？但是歷史卻證明他們是真正的偉人！”“哈哈，原來你是想當(dāng)哥白尼??！”“你還是先當(dāng)一個(gè)好醫(yī)生，治治自己的精神病吧！”會(huì)場(chǎng)上一片哄笑。邁爾由于不被人理解，他陷入極度的痛苦中。加上他的兩個(gè)兒子又相繼去世，精神上受到更大的打擊。他走過大街，大家議論：“這就是那個(gè)瘋醫(yī)生，連自己的孩子也治不好。”漸漸，他的診所也無人光顧了。他也一天大更加形容枯槁，脾氣更加狂躁。1850年的一天晚上，他拖著疲憊的身子回到家里，剛邁上樓梯就聽到家里有人說話，是妻子的聲音：“先生，請(qǐng)您拿個(gè)主意，他是否該去住一段時(shí)期的醫(yī)院了?！彼崎T進(jìn)去，本地一位精神病院的名醫(yī)師正坐在沙發(fā)里。原來家里人也把他當(dāng)成精神病人了。他非常憤怒，將桌子一把掀翻，喊道：“你們?nèi)集偭?，你們不要我這個(gè)瘋子，我就離開這個(gè)全是瘋?cè)说氖澜?！”說罷，他沖出門外，從陽臺(tái)上頭朝下一跳，便栽下樓去了。家里人半天才反應(yīng)過來，看著黑呼呼的樓下，一時(shí)又哭又喊亂成一團(tuán)。好不容易把他送到醫(yī)院，雖然性命挽救過來了，但神經(jīng)已經(jīng)錯(cuò)亂了。一個(gè)天才就這樣被人言給毀了。和邁爾同時(shí)期研究能量守恒的，還有一個(gè)英國(guó)人叫焦耳（1818～1889）他從小體弱多病，不能到學(xué)校去學(xué)習(xí)，只能在家里自學(xué)。在后來又投到道爾頓門下學(xué)化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)。焦耳的父親是一位啤酒商，他為兒子留下了一個(gè)啤酒廠，焦耳便一邊經(jīng)營(yíng)啤酒廠一邊研究科學(xué)。在長(zhǎng)期的釀酒過程中，使他懂得準(zhǔn)確測(cè)量的重要性。自從他聽說法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)后，他又迷戀于電的研究，真是條條大道通羅馬，就像邁爾從靜脈血液的顏色想到能量轉(zhuǎn)化一樣，焦耳卻從導(dǎo)線通電后可以發(fā)熱，想到了電能和熱能的相互轉(zhuǎn)換。1840年他才22歲，便發(fā)現(xiàn)將通電金屬絲放在水里，水會(huì)因此而發(fā)熱。經(jīng)過多少次精細(xì)地測(cè)試，他得出了一條定律：通電導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量跟電流強(qiáng)度的平方、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間成正比，這就是有名的焦耳定律。當(dāng)時(shí)焦耳將自己的結(jié)論寫成論文，送給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。但是這篇文章，一直拖到第二年10月才在《哲學(xué)雜志》上登出。焦耳的性格畢竟與邁爾不同。他謙和大度又極具有韌性。無論社會(huì)上承認(rèn)不承認(rèn)，重視不重視，他總是自己干自己的，不去聽別人論長(zhǎng)短，對(duì)所遇到的難點(diǎn)他總要弄個(gè)水落石出。1843年他測(cè)了水電解時(shí)產(chǎn)生的熱，又測(cè)了運(yùn)動(dòng)線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱，計(jì)算出無論化學(xué)能、電能等各種各樣的能所產(chǎn)生的熱都相當(dāng)于一定的功，即460千克米/千卡。1845年的一天，他帶上自己最新測(cè)得的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)儀器，參加在劍橋舉行的學(xué)術(shù)會(huì)議。他當(dāng)場(chǎng)做完實(shí)驗(yàn)，非?？隙ǖ匦迹骸白匀唤绲牧Γ埽┦遣荒軌驓绲?，如果消耗了機(jī)械力（能），總能得到相當(dāng)?shù)臒帷?。臺(tái)下在坐的都是一些赫赫有名的大科學(xué)家，他們對(duì)這種聞所未聞的理論一個(gè)個(gè)聽得直搖頭，連法拉第也轉(zhuǎn)過身來對(duì)

6身邊的人說：“這恐怕不可能吧?！逼渲杏幸蝗水?dāng)時(shí)便十分惱火。此人叫威廉·湯姆生（1824～1907），后來的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，這年才21歲，但已是一個(gè)遠(yuǎn)近聞名的才子了。他父親是格拉斯大學(xué)的數(shù)學(xué)教授，他8歲就跟隨父親聽大學(xué)的數(shù)學(xué)課，10歲就正式考入該大學(xué)，后又到劍橋?qū)W習(xí)，這年剛畢業(yè)就獲得了數(shù)學(xué)學(xué)士和史密斯獎(jiǎng)?wù)?，自認(rèn)為學(xué)富五車，才高八斗，那些數(shù)理化的規(guī)律早就滾瓜爛熟于心。今天聽了焦耳的這段奇論，他轉(zhuǎn)身問道：“這臺(tái)上站著的是哪個(gè)大學(xué)的教授？”別人告他是曼徹斯特啤酒廠的老板。他鼻子一哼道：“原來是個(gè)釀酒匠啊，也配來這里講演？”說完起身退出了會(huì)場(chǎng)。臺(tái)下的議論，湯姆生的舉動(dòng)，焦耳自然也都看在眼里聽到耳中。但他不將這些放在心上，回到家里繼續(xù)一邊釀酒，一邊搞業(yè)余研究。他不僅用水來測(cè)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成的熱，還換了水銀、鯨魚油、空氣，又用鐵片摩擦生熱，后來又把熱功當(dāng)量精確到423.9千克米/千卡。就這樣鍥而不舍地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)竟持續(xù)了近4年，達(dá)400多次，其毅力實(shí)在是驚人。1847年焦耳終于設(shè)計(jì)成一種清楚明了后來在科學(xué)史上很著名的實(shí)驗(yàn)，即用一個(gè)密封水桶在里面裝上槳，槳上有軸，軸與兩邊的重物相連。這樣重物下降便帶動(dòng)槳的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使桶內(nèi)的水摩擦生熱而通過下降的高度來求熱功當(dāng)量。這年英國(guó)科學(xué)協(xié)會(huì)又在牛津召開會(huì)議。會(huì)議主席一見他來便皺起眉頭說：“焦耳先生，你的那些東西據(jù)我所知現(xiàn)在還沒一票支持，最好不要再浪費(fèi)時(shí)間了。”“我匆匆趕來正是為了取得支持，我相信經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)表演，這些聰明的教授會(huì)看得懂其中的道理，會(huì)支持我的?！薄澳呛茫珜?shí)在是時(shí)間有限，請(qǐng)只介紹實(shí)驗(yàn)，報(bào)告就不必做了?！薄翱梢??！苯苟鷮⑺膬x器擺好，轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，讓重物升高下降，又測(cè)出桶內(nèi)水的溫度說：“你們看機(jī)械能就是這樣可以定量地轉(zhuǎn)化為熱，反過來1000卡的熱也和423.9千克米的功相當(dāng)?！彼掃€沒有說完，突然臺(tái)下站起一個(gè)人來高聲說道：“這簡(jiǎn)直是胡扯！熱是一種物質(zhì)，熱素，它與功毫無關(guān)系?！苯苟ь^一看說話的正是湯姆生，想不到今天他又來了，真是冤家路窄。現(xiàn)在的湯姆生已是格拉斯大學(xué)的教授，春風(fēng)得志，而比湯姆生大6歲的焦耳卻還是一個(gè)釀酒匠。焦耳對(duì)湯姆生的無禮并不以怨相報(bào)，他讓自己冷靜一下，以一種溫和的語調(diào)說：“熱不能做功，那蒸汽機(jī)里的活塞為什么會(huì)動(dòng)呢？能量要是不守恒，那永動(dòng)機(jī)為什么總是造不成呢？”這個(gè)釀酒匠不緊不慢，不軟不硬的兩句話頓時(shí)使會(huì)場(chǎng)內(nèi)鴉雀無聲。焦耳雖然沒有教授的風(fēng)度，但是他那釀酒房里特殊訓(xùn)練出來的熟練的操作技巧，精細(xì)的計(jì)算、推理，全都無懈可擊，再加上他那雙謙虛的眼睛，誠(chéng)懇的笑容，使這些教授們不得不認(rèn)真思考起來，一會(huì)兒紛紛起來發(fā)言，爭(zhēng)論得好不熱鬧。他們又上前用眼看、手摸，仔細(xì)檢查了焦耳的儀器，實(shí)在是新穎簡(jiǎn)明，不能不佩服這個(gè)啤酒匠的才智。再說湯姆生自以為聰明多才，不想今天在會(huì)上碰了這個(gè)釘子，羞愧難當(dāng)。他回到學(xué)校后，也自己動(dòng)手做起實(shí)驗(yàn)來。不久，他在資料室里隨意翻閱舊雜志，竟發(fā)現(xiàn)前幾年邁爾發(fā)表的那篇論文，其思想與焦耳完全不謀而合，這才使他大吃一驚。他忙將這篇論文藏在懷里，又帶上自己最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，急匆匆地趕去見焦耳。他抱定負(fù)荊請(qǐng)罪的決心，想請(qǐng)焦耳原諒他過去的傲慢，共同來探討這個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)。

7卻說湯姆生來到啤酒廠里，只見滿地酒糟、酒瓶。他打聽焦耳，別人指向一所房子，他推門進(jìn)去，酒氣撲鼻，霧氣騰騰，只見一個(gè)身系帆布圍裙的大個(gè)子正在指揮工人添料、加水。他一眼就認(rèn)出這就是兩次在臺(tái)上講演的那個(gè)身影，忙趨前幾步說道：“焦耳先生，湯姆生前來拜訪您?！苯苟鷿M手酒漿，回頭一看，不提防卻是他這個(gè)論敵?？此@身筆挺的教授服裝，一副誠(chéng)懇的神態(tài)，不知出了什么事。忙雙手在圍裙上抹了兩把，喊道：“原來是您，湯姆生教授，快到實(shí)驗(yàn)室里去休息吧?！眱扇嗽趯?shí)驗(yàn)室里坐定。湯姆生打量著他這間堆著酒瓶、酒罐和各種代用儀器的實(shí)驗(yàn)室，暗暗被焦耳這種堅(jiān)韌不拔的精神所折服。待焦耳洗了手，換了衣服，他站起來說：“焦耳先生，看來是您對(duì)了，我今天是特來認(rèn)錯(cuò)的?！薄澳睦铮睦?。我自己也還有很多地方?jīng)]有弄通，正要向您求教呢?！薄澳矗沂强戳诉@篇論文后，才感覺到你們是對(duì)的?！闭f著就掏出邁爾的文章。焦耳不看則罷，一看，剛才臉上的喜色頓時(shí)消失了：“湯姆生教授，可惜您再也不能和他當(dāng)面討論問題了。這樣一個(gè)偉大的天才因不為人所理解，已經(jīng)憤而跳樓自殺了?！薄鞍?？”湯姆生的眼睛睜得雞蛋似地喊道：“他已經(jīng)不在人世了嗎？”“在，不過已神經(jīng)錯(cuò)亂，住進(jìn)精神病院里，怕難康復(fù)了?！睖飞拖铝祟^，半天一句話都說不出。一會(huì)兒才抬起頭，用真誠(chéng)的目光看著焦耳的眼睛，說：“實(shí)在對(duì)不起。我現(xiàn)在才知道自己的罪過。過去我，我們這些人曾給了您多大的壓力啊。焦耳先生請(qǐng)您原諒，一個(gè)科學(xué)家在新觀點(diǎn)、新事物面前有時(shí)也會(huì)表現(xiàn)得非常無知的?！苯苟B忙上前扶他坐下說道：“湯姆生教授，請(qǐng)不要這樣說。這是由于我的實(shí)驗(yàn)也有許多不完善之處，難以立即服人。”他為了緩和一下氣氛又補(bǔ)充道：“況且我這個(gè)人一向會(huì)自我解嘲，反正我這里有的是酒，不順心時(shí)喝上幾大杯，也就愁云四散了。所以我經(jīng)常醉，卻永不會(huì)瘋的?！闭f完他先哈哈大笑了。從此，焦耳和湯姆生成了一對(duì)密友。湯姆生畢竟受過專門訓(xùn)練，1853年他幫助焦耳終于完成了關(guān)于能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的精確表述。至此，辯證唯物主義得以產(chǎn)生的基礎(chǔ)，自然科學(xué)中的三大發(fā)現(xiàn)之一的能量轉(zhuǎn)化和能量守恒定律宣告得到公認(rèn)。后來兩人又合作發(fā)現(xiàn)了著名的湯姆生——焦耳效應(yīng)，即氣體受壓通過窄孔后會(huì)發(fā)生膨脹降溫，為近代低溫工程奠定了基礎(chǔ)。蘋果啟發(fā)了牛頓倫敦威斯敏斯特教堂安葬著英國(guó)各個(gè)時(shí)期許多杰出的人物，凡是有機(jī)會(huì)來此地的人，必定會(huì)懷著特別激動(dòng)和崇敬的心情在刻著碑文“伊薩克·牛頓長(zhǎng)眠在此”的墓碑前默立，緬懷這位人類萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)者。在牛頓的鑄像上刻著古羅馬詩人和哲學(xué)家盧克萊修的一句話：“他的智慧超人”。這句話充分表達(dá)了后世人對(duì)牛頓的天才的欽佩。曾有一些名人對(duì)牛頓的科學(xué)貢獻(xiàn)，作過這樣的評(píng)價(jià)：“牛頓借助萬有引力定律而創(chuàng)立了科學(xué)的天文學(xué)，借助于對(duì)光的分解而創(chuàng)立了科學(xué)的光學(xué)，借助于二項(xiàng)式定理和無窮級(jí)數(shù)理論而創(chuàng)立了科學(xué)的數(shù)學(xué)，借助于對(duì)力的本性的認(rèn)識(shí)而創(chuàng)立了科學(xué)的力學(xué)?！敝Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，丹麥原子物理學(xué)家玻爾說：“說得正確些，牛頓不僅把

8當(dāng)時(shí)已知的全部知識(shí)整理歸納在一起，而且是非凡的天才，能夠預(yù)見到未來的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。”這些評(píng)價(jià)是一點(diǎn)也不過頭，而是恰如其分的。1642年12月25日的早晨，在英國(guó)北部林肯郡的一個(gè)名叫烏爾斯索普的村莊里，一個(gè)年輕而又虛弱的母親生下了一個(gè)只有3磅重的嬰兒。給他接生的產(chǎn)婆甚至沒有料到這個(gè)瘦弱的、先天不足的、蒼白的畸形小孩會(huì)活下來。她說：“咳，這么一個(gè)小不點(diǎn)兒，我簡(jiǎn)直可以把他塞進(jìn)一只杯子里去！”這就是命運(yùn)將這個(gè)叱咤風(fēng)云的科學(xué)家——牛頓誕生到世界上來的那種如同玩笑似的方式。牛頓是個(gè)遺腹子，在他出生前幾個(gè)月，他的父親因病去世。3年后，他的母親為生活所迫改嫁給一個(gè)牧師，搬到別的地方，把牛頓交給他的外祖母撫養(yǎng)。直到牛頓14歲時(shí)，母親改嫁后的丈夫病故后，她才重新回到家鄉(xiāng)，把牛頓從寄宿學(xué)校里接回家來。少年時(shí)代的牛頓愛好數(shù)學(xué)，注意觀察周圍的事物，尤其喜歡動(dòng)手制作各種機(jī)械玩具。他把平時(shí)省下來的零用錢買了小鋸子和鐵錘等各種工具，動(dòng)手模仿或設(shè)計(jì)制造各種各樣的小東西。有一天，他對(duì)房東藥劑師的小舅子說：“可以將地下室里的那個(gè)木桶給我嗎？我將用它做一只鐘，我有把握說，你將再不會(huì)因?yàn)椴恢罍?zhǔn)確時(shí)間而遲到了?！庇谑?，他動(dòng)手做了一只“水鐘”。他在木桶里刻了一些線條，桶底開了個(gè)小洞，每天早晨，將適量的水注入桶內(nèi)，等水漏到某一刻線，就是正午，即吃午飯的時(shí)候。離他外祖母家不遠(yuǎn)的地方，有一架風(fēng)車。牛頓經(jīng)常跑到那里去仔細(xì)觀察，把那個(gè)風(fēng)車的機(jī)械原理完全摸透了，他決定自己動(dòng)手造一架與其不同的風(fēng)車，要比所有的都好。而且，推動(dòng)風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)的，不是風(fēng)而是動(dòng)物。他別出心裁地把一只老鼠縛在一架有輪子的踏車上，然后在輪子前面，在這個(gè)饑餓的踏車?yán)鲜笄∏】赏豢杉暗木嚯x處，放上一粒玉米。老鼠想吃玉米，就踏呀，踏呀，使輪子轉(zhuǎn)個(gè)不停。牛頓興奮地叫道：“相信大自然是會(huì)叫機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的！”念中學(xué)時(shí)，校長(zhǎng)斯托克斯發(fā)現(xiàn)了牛頓，認(rèn)為牛頓具有超人的理解和觀察能力，對(duì)牛頓十分器重，牛頓的才華也日益顯露出來，在中學(xué)里成績(jī)一直名列前茅。牛頓充滿理想，腦子里總想著各種學(xué)習(xí)問題。母親讓他放牧，他牽馬上山，邊走邊想著天上的太陽，待走到山頂想騎馬時(shí)，馬早已跑得無影無蹤了，自己手里只剩下一條韁繩；叫他放羊，他專心致志地在樹下看書，以致羊群走散，糟塌了莊稼。舅父叫傭人陪他一起上市場(chǎng)，讓他熟悉一下做交易的生意經(jīng)。但是，每次走近鎮(zhèn)子的時(shí)候，牛頓便懇求傭人一個(gè)人去鎮(zhèn)上做交易。他說：“在回來時(shí)，你可以到這兒來找我，我將在小樹叢后面讀我的書?！泵看谓灰椎某晒Γ古ｎD的舅父對(duì)生意的真實(shí)性起了疑心。一天，他跟蹤牛頓上集鎮(zhèn)去，發(fā)現(xiàn)牛頓伸著腿，躺在草地上，正在聚精會(huì)神地研究一個(gè)數(shù)學(xué)問題。牛頓的舅父無可奈何地說：“伊薩克，還是回去念你的書吧！”1658年，牛頓作了第一次物理實(shí)驗(yàn)，測(cè)量順風(fēng)跳躍和逆風(fēng)跳躍的距離，為了測(cè)驗(yàn)風(fēng)力，牛頓在暴風(fēng)雨中跑來跑去，淋得渾身濕透，把他母親嚇壞了，以為他“瘋”了。19歲時(shí)，勤奮好學(xué)的牛頓以優(yōu)異的成績(jī)，考入了著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)

9院。學(xué)院優(yōu)越的教學(xué)設(shè)備、眾多的圖書資料、濃厚的學(xué)術(shù)氣氛，以及許多享有盛譽(yù)的老師，使牛頓獲益匪淺。大學(xué)期間，他更加刻苦攻讀，悉心鉆研數(shù)學(xué)、光學(xué)和天文學(xué)，為后來的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)院里的巴羅教授發(fā)現(xiàn)牛頓具有非凡的才能，推薦他當(dāng)研究生，并為他指出了攀登科學(xué)高峰的方向。1664年，經(jīng)過考核，巴羅讓牛頓做他的助手。第二年，牛頓獲劍橋大學(xué)學(xué)士學(xué)位，大學(xué)畢業(yè)后牛頓留在大學(xué)研究室，開始了他的科研生涯。1665年6月，一場(chǎng)可怕的瘟疫在倫敦流行，劍橋大學(xué)被迫停課，牛頓因此回到故鄉(xiāng)。在家鄉(xiāng)躲避瘟疫的18個(gè)月，可以說是牛頓一生中最重要的一個(gè)時(shí)期。這期間，他系統(tǒng)地整理了大學(xué)里學(xué)習(xí)過的知識(shí)，潛心鉆研開普勒、笛卡爾、阿基米德、伽利略等前輩科學(xué)家的主要論著，還進(jìn)行了許多科學(xué)試驗(yàn)。幾乎他所有最重要的發(fā)現(xiàn)：萬有引力定律、經(jīng)典力學(xué)、微積分、光學(xué)等基本上都萌發(fā)于這段時(shí)期。萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)是牛頓在自然科學(xué)中最輝煌的成就。在鄉(xiāng)下時(shí)，牛頓非常注意觀察太陽、月亮和星辰的運(yùn)行。腦海里經(jīng)常長(zhǎng)久地思考著一個(gè)問題：對(duì)于天體的運(yùn)動(dòng)能不能從動(dòng)力學(xué)的角度去解釋？1666年的一天，牛頓正坐在花園里的蘋果樹下專心地思考著地球引力的問題，忽然，一只熟透了的蘋果從樹上掉下來，正好打中牛頓的腦袋，然后滾落進(jìn)草地上一個(gè)小坑洼里。牛頓顧不得去揉一揉被蘋果打疼的腦袋，便被蘋果落地這一十分普通的自然現(xiàn)象所吸引。他問自己，蘋果為什么不掉向天空，卻偏偏落向地面呢？如果說蘋果有重量，那么重量又是怎樣產(chǎn)生的呢？牛頓進(jìn)一步思索著蘋果和地球之間相互吸引的問題。他想，地球大概有某種力量，能把一切東西都吸向它吧。物體所具有的重量，可能就是受地球引力的表現(xiàn)。這說明蘋果和地球之間有相互引力，而這種引力在整個(gè)宇宙空間可能都是存在的。他將人們的想象由一只蘋果的落地引向了星體的運(yùn)行。牛頓思索著，他想：地球的引力如果沒有受到阻止，那么月亮是否也會(huì)受到地球的吸引力呢？月亮總是按照一定的軌道，繞地球旋轉(zhuǎn)而不會(huì)越軌跑掉，不正是地球?qū)λ形饔玫慕Y(jié)果嗎？他又進(jìn)一步推想到：各個(gè)行星之所以圍繞著太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，也必定是太陽對(duì)它們的吸引作用產(chǎn)生的。牛頓在探索蘋果落地之謎后得出結(jié)論：“宇宙的定律就是質(zhì)量與質(zhì)量間的相互吸引。”從行星到行星，從恒星到恒星，這種相互吸引的交互作用，遍及無邊無際的空間，使宇宙間的每一事物都依照它的既定的軌道，在既定的時(shí)間，向著既定的位置運(yùn)動(dòng)。牛頓把這種存在于整個(gè)宇宙空間的相互吸引作用稱之為“萬有引力”。從1665年起，牛頓開始用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)手段來進(jìn)一步研究物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和理論。他從動(dòng)力學(xué)的角度分析認(rèn)為：開普勒所提出的行星運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律都是萬有引力作用的結(jié)果。于是，牛頓從這些定律入手，通過一系列的數(shù)學(xué)推論，用微積分證明：開普勒第一定律表明太陽作用于某一行星的力是吸引力，它與行星到太陽中心的距離的平方成反比；開普勒第二定律表明作用于行星的力是沿著行星和太陽的連線方向，這個(gè)力只能起源于太陽；開普勒第三定律表明太陽對(duì)于不同行星的吸引力都遵循平方反比關(guān)系。接著，牛頓從對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的分析中，得出普遍的萬有引力定律。牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律后，并沒有立即發(fā)表這個(gè)理論，他仍在冷靜地深思和研究。一方面，他要對(duì)這個(gè)定律的每個(gè)環(huán)節(jié)作出嚴(yán)密的數(shù)學(xué)論證；另一

10方面，還要對(duì)這一理論作出切實(shí)可靠的實(shí)踐檢驗(yàn)。牛頓克服了巨大的困難，花費(fèi)了10多年的心血，1687年，在英國(guó)著名天文學(xué)家哈雷等人的支持和贊助下，牛頓的不朽名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》終于問世了。在這部共500多頁的名著中，包括了極其豐富的內(nèi)容。牛頓論述了科學(xué)研究的方法；木星、月亮、彗星等天體的運(yùn)動(dòng)；海水的漲潮和落潮；振動(dòng)和聲波的性質(zhì)等問題，但貫穿全書并構(gòu)成全書核心的則是力學(xué)的三大定律和萬有引力定律?！蹲匀徽軐W(xué)的數(shù)學(xué)原理》的出版，標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立。牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律是他在自然科學(xué)中最輝煌的成就。從蘋果落地到萬有引力定律的發(fā)表，先后經(jīng)歷了10多個(gè)年頭，凝聚著牛頓多少心血?。『笫赖娜藗?，一直把蘋果落地的故事當(dāng)作牛頓發(fā)現(xiàn)這一偉大定律的一個(gè)標(biāo)記。在牛頓家的花園里，那棵當(dāng)年落下蘋果擊中牛頓頭的蘋果樹，一直被后人精心地護(hù)理著，吸引著無數(shù)慕名前來的參觀者。1820年，這棵樹死后，還被當(dāng)作珍貴的紀(jì)念物，分成好幾段，分別保存在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)等處。而“蘋果落地”的故事則成為科學(xué)史上的一段佳話，在民間廣為傳誦。牛頓在科學(xué)史上的崇高地位是舉世公認(rèn)的。他一生中，不僅為經(jīng)典力學(xué)奠定了基礎(chǔ)，而且在熱學(xué)、光學(xué)、天文、數(shù)學(xué)等方面都作出了卓越的貢獻(xiàn)。在光學(xué)方面，牛頓用三棱鏡對(duì)太陽光進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)一束日光透過棱鏡之后，會(huì)產(chǎn)生折射，白色的光散開，成為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種不同顏色的光。他還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把其中任何一種顏色的光再射過第二個(gè)棱鏡時(shí)，它不會(huì)再分散成別的顏色的光。而太陽光透過濛濛雨霧，產(chǎn)生彩虹，也是同樣的道理。牛頓經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，細(xì)心觀察，得出了日光是由有色光組成的結(jié)論，從而為現(xiàn)代光譜學(xué)奠定了基礎(chǔ)。1704年，牛頓出版了《光學(xué)》一書，書中匯集了他研究光現(xiàn)象的全部成果。這部著作至今仍是細(xì)密又精確地描寫物理實(shí)驗(yàn)的典范，而用三棱鏡做實(shí)驗(yàn)成了經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一貫地被應(yīng)用于物理學(xué)上。在研究光學(xué)的基礎(chǔ)上，牛頓發(fā)明了世界上第一架反射望遠(yuǎn)鏡，使人類對(duì)天體的觀察進(jìn)入一個(gè)新階段。1668年，牛頓造的第一架反射望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)6寸，直徑只有1寸，但卻可以放大40倍，一般4呎長(zhǎng)的大望遠(yuǎn)鏡都不及他的這臺(tái)小望遠(yuǎn)鏡。后來，他又做了一臺(tái)較大的望遠(yuǎn)鏡，并把它送給倫敦皇家學(xué)會(huì)，上面的題詞是：伊薩克·牛頓發(fā)明并于1671年親自制造。就在這一年，牛頓就被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。目前，世界上最大的望遠(yuǎn)鏡都是這種反射望遠(yuǎn)鏡，雖然比牛頓的反射望遠(yuǎn)鏡大了差不多上百倍，但構(gòu)造與牛頓做的幾乎完全一樣。1703年，牛頓當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，以后他每年都連選連任，直到1727年3月20日去世。牛頓一生是獨(dú)自度過的，沒有結(jié)過婚。在他青年時(shí)代，曾經(jīng)與他的表妹相戀過。有一次，他輕輕地握著表妹的手，含情脈脈地看著這位美人。正在這緊要時(shí)刻，他的心思忽地溜到另一個(gè)世界去了，頭腦中只剩下了無窮量的二項(xiàng)式定理。這時(shí)，已經(jīng)走神的思想又開了小差，像做夢(mèng)似的，他的手抓住了情人的一個(gè)手指，錯(cuò)把手指當(dāng)成通煙斗的通條了，硬往煙斗里塞。表妹痛得大叫起來，牛頓這才清醒過來，滿面羞愧地連連道歉：“??！親愛的，饒恕我吧！我知道，這是不行了?？磥?，我是該一輩子打光棍的！”就是因?yàn)樘珜Ｐ难芯繉W(xué)問了，牛頓始終未能解決自己的終身大事。牛頓似癡似瘋地學(xué)習(xí)和研究，一生鬧了許多笑話。一次，牛頓邊讀書邊煮雞蛋，待他想吃雞蛋，揭開鍋?zhàn)右豢?，里面煮的竟是他的懷表。原來，?/p>

11腦子里總想著研究的問題，雞蛋沒有放進(jìn)鍋里，卻把懷表扔了進(jìn)去。還有一次，牛頓家里來了一位分別已久的好朋友。牛頓十分高興，請(qǐng)朋友一同吃飯，菜已擺好，牛頓想起家里還有一瓶高級(jí)葡萄酒，便對(duì)朋友說：“我有一瓶很好的葡萄酒。讓我去拿來一同喝吧！”他請(qǐng)朋友稍等片刻，自己去拿酒。可是，朋友等了好久，仍不見牛頓回來。于是，朋友去找牛頓，發(fā)現(xiàn)他正聚精會(huì)神地在實(shí)驗(yàn)室中埋頭搞他的研究呢！原來，牛頓在拿酒的時(shí)刻，忽然想起一個(gè)問題，需要試驗(yàn)一下，竟把拿酒和請(qǐng)朋友吃飯的事忘得精光。牛頓，這位為人類科學(xué)樹立了豐碑的偉大科學(xué)家，在臨終前謙虛地說：“在科學(xué)的道路上，我只是一個(gè)在海邊玩耍的小孩子，偶然拾到一塊美麗的石子。至于真理的大海，我還沒有發(fā)現(xiàn)呢！”“如果我的見識(shí)，真有超過笛卡兒的地方，那也因?yàn)槲沂钦驹谇拜厒ト说募绨蛏希拍芡眠h(yuǎn)??！”比重與浮力古希臘世界最偉大的科學(xué)家阿基米德大約出生于公元前287年，他的國(guó)家是位于南意大利西西里島的敘拉古。他的父親是一位天文學(xué)家，與敘拉古國(guó)王亥尼洛二世有親戚關(guān)系。阿基米德在11歲時(shí)，就到埃及的文化中心亞歷山大城去學(xué)習(xí)，進(jìn)入了歐幾里德創(chuàng)辦的數(shù)學(xué)學(xué)校，在那里他學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)等有關(guān)方面的知識(shí)。阿基米德在亞歷山大城學(xué)習(xí)一段時(shí)間后，頓生思鄉(xiāng)之情，便回到了自己的祖國(guó)——西西里島的敘拉古。敘拉古城國(guó)王見他在國(guó)外留學(xué)多年，也不問其學(xué)識(shí)深淺，一見面就給他出了個(gè)難題。原來一年一度的盛大祭神節(jié)就要來臨了，亥尼洛國(guó)王交給金匠一塊純金，命令他制造出一頂精巧、華麗的王冠。王冠制成之后，國(guó)王拿在手里掂了掂，感覺有點(diǎn)輕。他叫來金匠問是否摻了假。金匠以腦袋擔(dān)保，并當(dāng)面用秤來稱，王冠與原來金塊的重量一兩不差。但是，如果摻上別的東西也是可湊足重量的。國(guó)王既不能肯定有假，又不相信金匠的誓言，于是把阿基米德找來，要他解此難題。一連幾天，阿基米德閉門謝客，冥思苦想，由于實(shí)心的金塊與鏤空的王冠外形不一樣，不把王冠砸碎鑄成金塊，便無法求算其體積，也就無法驗(yàn)證是否摻了假，他絞盡腦汁也沒有想出一個(gè)好辦法。這阿基米德有一個(gè)怪毛病，家里桌上有了灰塵，從不讓擦掉，他要在桌上畫個(gè)半天，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒有紙筆。更有甚者，他還常在自己身上涂畫。當(dāng)時(shí)人們用一種特制的泥團(tuán)當(dāng)肥皂。這天，他準(zhǔn)備洗澡，可是剛脫了上衣，就抓起一團(tuán)泥皂在肚子上、胸脯上涂畫起來，畫了三角又畫圓，邊畫邊思考那頂惱人的王冠。這時(shí)他的妻子走進(jìn)來，一看就知道他又犯毛病了，二話沒說，便一把將他推入浴池。他一面掙扎，一面喊道：“不要弄濕了我的圖形！”但是哪由分說，夫人逼阿基米德洗澡，也是常事了。他話音還沒落，已“撲通”一聲跌入浴池中，夫人掩門而去。誰知這一跌卻使他的思路從那些圖形的死胡同里解脫出來，他注視著池沿，原來池水很滿，他身子往里一泡，那水就順著池沿往外溢，地上的鞋子也淹在水里，他急忙探身去取。而他一起身水又立即縮回池里，這一下他連鞋也不取了，又泡到水里，就這樣一出一人，水也一漲一落。夫人剛走出門外，正要去干別的事，忽聽那水池里啪啦啦地響，水唰啦啦地在地上亂流。她停步返身，正要喊：“連洗澡也不會(huì)了

12??！”忽然阿基米德光著身子，濕淋淋地沖出門來把她碰了一個(gè)趔趄，她忙伸手去抓，滑溜溜地沒有抓住。這時(shí)，阿基米德已沖到街上，高喊著“優(yōu)勒加！優(yōu)勒加?。ㄒ饧凑业搅耍狈蛉诉@回可真著急了，嘴里嘟囔著“真是瘋了，”便隨后也追了出去。街上的人不知發(fā)生了什么事情，也都跟在后邊追著看。阿基米德頭也不回地向王宮跑去。原來，阿基米德由澡盆溢水聯(lián)想到王冠也可以泡在水里，溢出水的體積就是王冠的體積，而這體積與同等重的金塊的體積應(yīng)該是相同的，否則王冠里肯定有假。也就是說，同等重量的東西如果泡進(jìn)水里而溢出的水不一樣，那肯定它們是不同的物質(zhì)。每一種物質(zhì)和相同體積的水都有一個(gè)固定的重量比，這就是比重。直到現(xiàn)在，物理實(shí)驗(yàn)室里還有一種求比重的儀器，名字就叫“優(yōu)勒加”，以紀(jì)念這一不尋常的發(fā)現(xiàn)。阿基米德跑到王宮后立即找來一盆水，又找來同樣重量的一塊黃金，一塊白銀，分兩次泡進(jìn)盆里。白銀溢出的水比黃金溢出的幾乎要多一倍（現(xiàn)在我們已確切地知道，白銀的比重是10.5，黃金的比重是19.3）。把王冠和金塊分別泡進(jìn)水盆里，證實(shí)王冠里確實(shí)是摻了白銀。通過這件事，國(guó)王對(duì)阿基米德的學(xué)問佩服至極。煩人的王冠之謎總算解決了，阿基米德那愁鎖的眉頭剛剛舒展了一點(diǎn)，可是心里又結(jié)上了另一個(gè)疙瘩，他的思維永不肯停息。原來，希臘是個(gè)沿海國(guó)家，自古航海事業(yè)發(fā)達(dá)。阿基米德自從在澡盆里一泡，發(fā)現(xiàn)物體排出的水等于其體積后，那眼睛就整天盯住海里各種來往的貨船，有時(shí)在海灘上一站就是一天。那如癡如醉的樣子常引得運(yùn)貨的商人和水手們?cè)谒谋澈笳f三道四。這天他和好友柯倫又到海邊散步，還沒有走多遠(yuǎn)就停在那里?？聜愔浪钟惺裁聪敕耍l(fā)問，阿基米德卻先提出一個(gè)問題：“你看，這些船為什么會(huì)浮在海上？”“這很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼈兪悄绢^做的?！薄澳闶钦f，只有比水輕的東西才可以浮在水上嗎？”“當(dāng)然只能如此?！笨墒悄憧茨切┤藦拇媳诚聛淼南渥?，那些金銀玉器，那些刀槍兵器，哪個(gè)不比水重，為什么它們裝在船上就不會(huì)沉到水里？”柯倫一時(shí)答不上來。阿基米德又說：“我要是把一艘船拆成一塊塊的木板，再把木板和那些貨物捆在一起，拋到海里，你說會(huì)不會(huì)沉入海底？”柯倫驚得目瞪口呆。“老朋友，你真的要拆一艘貨輪作試驗(yàn)嗎？”他知道阿基米德搞起實(shí)驗(yàn)來是什么都想得出、干得出的。阿基米德淡淡一笑說：“不會(huì)，不會(huì)?！彼麖目聜惓泽@的眼神里知道自己在別人眼里好像是瘋子?！拔蚁耄覀兛倳?huì)找到另外的實(shí)驗(yàn)辦法的。”從此后，海灘上就再也看不見這一對(duì)好友的身影了。原來，他們呆在家里，圍著陶盆，要尋找“浮力”。阿基米德把一塊木頭放在滿滿一盆水里，陶盆排出的水量正好等于木頭的重量，他記了下來；又往木頭上放了幾塊石子，再排出的水又正好等于石子加木頭的重量，他也記了下來；他把石頭放到水里，用秤在水里稱石頭，比在空氣中稱輕了許多；這個(gè)輕重之差又正好等于石頭排出的水的重量??。阿基米德將身邊能浸入水的物體都這樣一一試驗(yàn)，終于拿起一根鵝毛筆在一張小羊皮上鄭重地寫下了這樣一句話：“物體在液體中所受到的浮力，等于它所排出同體積的液體重量。”

13接著他將那些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理好，開始書寫一本人類還從沒有過的科學(xué)新書《浮體論》。這本書當(dāng)時(shí)沒有印刷出版，書的手稿在阿基米德死后2000年才在耶路撒冷圖書館被人發(fā)現(xiàn)。杠桿原理阿基米德將自己鎖在一間小屋里，正夜以繼日地埋頭寫作《浮體論》。這天突然闖進(jìn)一個(gè)人來，一進(jìn)門就連忙喊道：“哎呀！你老先生原來躲在這里。國(guó)王正調(diào)動(dòng)大批人馬，在全城四處找你呢?！卑⒒椎抡J(rèn)出他是朝廷大臣，心想，外面一定出了大事。他立即收拾起羊皮書稿，伸手抓過一頂圓殼小帽，隨大臣一同出去，直奔王宮。當(dāng)他們來到宮殿前階下時(shí)，就看見各種馬車停了一片，衛(wèi)兵們銀槍鐵盔，站立兩行，殿內(nèi)文武滿座，鴉雀無聲。國(guó)王正焦急地在地毯上來回踱步。由于殿內(nèi)陰暗，天還沒黑就燃起了高高的燭臺(tái)。燈下長(zhǎng)條案上擺著海防圖、陸防圖。阿基米德看著這一切，就知道他最擔(dān)心的戰(zhàn)爭(zhēng)終于爆發(fā)了。原來地中海沿岸在古希臘衰落之后，先是馬其頓王朝的興起，馬其頓王朝衰落后，接著是羅馬王朝興起。羅馬人統(tǒng)一了意大利本土后向西擴(kuò)張，遇到另一強(qiáng)國(guó)迦太基。公元前264年到公元前221年兩國(guó)打了23年仗，這是歷史上有名的“第一次布匿戰(zhàn)爭(zhēng)”，羅馬人取得勝利。公元前218年開始又打了4年，這是“第二次布匿戰(zhàn)爭(zhēng)”，這次迦太基起用一個(gè)奴隸出身的軍事家漢尼拔，一舉擒獲羅馬人5萬余眾。地中海沿岸的兩個(gè)強(qiáng)國(guó)就這樣連年?duì)帒?zhàn)，雙方均有勝負(fù)。敘拉古，則是個(gè)夾在迦、羅兩個(gè)強(qiáng)國(guó)中的城邦小國(guó)，在這種長(zhǎng)期的戰(zhàn)爭(zhēng)風(fēng)云中，常常隨著兩個(gè)強(qiáng)國(guó)的勝負(fù)而棄弱附強(qiáng)，飄忽不定。阿基米德對(duì)這種外交策略很不放心，曾多次告誡國(guó)王，不要惹禍上身?？墒乾F(xiàn)在的國(guó)王已不是那個(gè)阿基米德的好友亥尼洛。他年少無知，卻又剛愎自用。當(dāng)“第二次布匿戰(zhàn)爭(zhēng)”爆發(fā)后，公元前216年，眼看迦太基人將要打敗羅馬人，國(guó)王很快就和羅馬人決裂了，與迦太基人結(jié)成了同盟，羅馬人對(duì)此舉很惱火?，F(xiàn)在羅馬人又打了勝仗，于是采取了報(bào)復(fù)的行動(dòng)，從海陸兩路向這個(gè)城邦小國(guó)攻過來，國(guó)王嚇得沒了主意。當(dāng)他看到阿基米德從外面進(jìn)來，連忙迎上前去，恨不得立即向他下跪，說道：“啊，親愛的阿基米德，你是一個(gè)最聰明的人，先王在世時(shí)說過你都能推動(dòng)地球。”關(guān)于阿基米德推動(dòng)地球的說法，卻還是他在亞歷山大里亞留學(xué)時(shí)候的事。當(dāng)時(shí)他從埃及農(nóng)民提水用的吊桿和奴隸們撬石頭用的撬棍受到啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)可以借助一種杠桿來達(dá)到省力的目的，而且發(fā)現(xiàn)，手握的地方到支點(diǎn)的這一段距離越長(zhǎng)，就越省力氣。由此他提出了這樣一個(gè)定理：力臂和力（重量）的關(guān)系成反比例。這就是杠桿原理。用我們現(xiàn)在的表達(dá)方式表述就是：重量×重臂=力×力臂。為此，他曾給當(dāng)時(shí)的國(guó)王亥尼洛寫信說：“我不費(fèi)吹灰之力，就可以隨便移動(dòng)任何重量的東西；只要給我一個(gè)支點(diǎn)，給我一根足夠長(zhǎng)的杠桿，我連地球都可以推動(dòng)?！笨涩F(xiàn)在這個(gè)小國(guó)王并不懂得什么叫科學(xué)，他只知道在大難臨頭的時(shí)候，借助阿基米德的神力來救他的駕?？墒橇_馬軍隊(duì)實(shí)在太厲害了。他們作戰(zhàn)時(shí)列成方隊(duì)，前面和兩側(cè)的士兵將盾牌護(hù)著身子，中間的士兵將盾牌舉在頭上，戰(zhàn)鼓一響這一個(gè)個(gè)方隊(duì)就如同現(xiàn)代的坦克一樣，向敵方陣營(yíng)步步推進(jìn)，任你亂箭射來也絲毫無損。羅馬軍隊(duì)還有特別嚴(yán)明的軍紀(jì)，發(fā)現(xiàn)臨陣脫逃的立即處死，士兵立功晉級(jí)，統(tǒng)帥

14獲勝返回羅馬時(shí)要舉行隆重的凱旋儀式。這支軍隊(duì)稱霸地中海，所向無敵，一個(gè)小小的敘拉古哪里放在眼里。況且舊恨新仇，早想進(jìn)行一次徹底清算。這時(shí)由羅馬執(zhí)政官馬賽拉斯統(tǒng)帥的四個(gè)陸軍軍團(tuán)已經(jīng)挺進(jìn)到了敘拉古城的西北?，F(xiàn)在城外已是鼓聲齊鳴，殺聲震天了。在這危急的關(guān)頭，阿基米德雖然對(duì)因國(guó)王目光短淺造成的這場(chǎng)禍災(zāi)非常不滿，但木已成舟，國(guó)家為重，他掃了一眼沉悶的大殿，捻著銀白的胡須說：“如果單靠軍事實(shí)力，我們決不是羅馬人的對(duì)手?，F(xiàn)在若能造出一種新式武器來，或許還可守住城池，以待援兵。”國(guó)王一聽這話，立即轉(zhuǎn)憂為喜說：“先王在世時(shí)早就說過，凡是你說的，大家都要相信。這場(chǎng)守衛(wèi)戰(zhàn)就由你全權(quán)指揮吧?！眱商煲院螅靹偡鲿?，羅馬統(tǒng)帥馬賽拉斯指揮著他那嚴(yán)密整齊的方陣向護(hù)城河攻來。今天方陣兩邊還預(yù)備了鐵甲騎兵，方陣內(nèi)強(qiáng)壯的士兵肩扛著云梯。馬賽拉斯在出發(fā)前曾口出狂言：“攻破敘拉古，到城里吃午飯去?！痹诤皻⒙曋?，方陣慢慢向前蠕動(dòng)。照常規(guī)，城頭上早該放箭了?？山裉斐菈ι蠀s是靜悄悄地不見一人。也許是幾天來的惡戰(zhàn)使敘拉古人筋疲力盡了吧。羅馬人正在疑惑，城里隱約傳來吱吱呀呀的響聲，接著城頭上就飛出大大小小的石塊，開始時(shí)大小如碗如拳一般，以后越來越大，簡(jiǎn)直有如鍋盆，山洪般地傾瀉下來。石頭落在敵人陣中，士兵們連忙舉盾護(hù)體，誰知石頭又重，速度又急，一下子連盾帶人都砸成一團(tuán)肉泥。羅馬人漸漸支持不住了，連滾帶爬地逃命。這時(shí)敘拉古的城頭又射出了密集的利箭，羅馬人的背后無盾牌和鐵甲抵擋，那利箭直穿背股，哭天喊地，好不凄慘。阿基米德到底造出了什么秘密武器讓羅馬人大敗而歸呢？原來他制造了一些特大的弩弓——發(fā)石機(jī)。這么大的弓，人是根本拉不動(dòng)的，他就利用了杠桿原理。只要將弩上轉(zhuǎn)軸的搖柄用力扳動(dòng)，那與搖柄相連的牛筋又拉緊許多根牛筋組成的粗弓弦，拉到最緊時(shí)，再突然一放，弓弦就帶動(dòng)載石裝置，把石頭高高地拋出城外，可落在1000多米遠(yuǎn)的地方。原來這杠桿原理并不是簡(jiǎn)單使用一根直棍撬東西。比如水井上的轆轤吧，它的支點(diǎn)是轆轤的軸心，重臂是轆轤的半徑，它的力臂是搖柄，搖柄一定要比轆轤的半徑長(zhǎng)，打起水來就很省力。阿基米德的發(fā)石機(jī)也是運(yùn)用這個(gè)原理。羅馬人哪里知道敘拉古城有這許多新玩藝兒。就在馬賽拉斯剛被打敗不久，海軍統(tǒng)帥古勞狄烏斯也派人送來了戰(zhàn)報(bào)。原來，當(dāng)陸軍從西北攻城時(shí)，羅馬海軍從東南海面上也發(fā)動(dòng)了攻勢(shì)。羅馬海軍原來并不十分厲害，后來發(fā)明了一種舷鉤裝在船上，遇到敵艦時(shí)鉤住對(duì)方，士兵們?cè)佘S上敵艦，變海戰(zhàn)為陸戰(zhàn)，占一定的優(yōu)勢(shì)。今天克勞狄烏斯為了對(duì)付敘拉古還特意將兵艦包上了一層鐵甲，準(zhǔn)備了云梯，并號(hào)令士兵，只許前進(jìn)，不許后退。奇怪的是，這天敘拉古的城頭卻分外安靜，墻的后面看不到一卒一兵，只是遠(yuǎn)遠(yuǎn)望見幾副木頭架子立在城頭。當(dāng)羅馬戰(zhàn)船開到城下，士兵們拿著云梯正要往墻上搭的時(shí)候，突然那些木架上垂下來一條條鐵鏈，鏈頭上有鐵鉤、鐵爪，鉤住了羅馬海軍的戰(zhàn)船。任水兵們?cè)鯓邮箘艅潣纪絼跓o功，那戰(zhàn)船再也不能挪動(dòng)半步。他們用刀砍，用火燒，大鐵鏈分毫無損。正當(dāng)船上一片驚慌時(shí)。只見大木架上的木輪又“嘎嘎”地轉(zhuǎn)動(dòng)起來，接著鐵鏈越拉越緊，船漸漸地被吊起離開了水面。隨著船身的傾斜，士兵們紛紛掉進(jìn)了海里，桅桿也被折斷了。船身被吊到半空后，這個(gè)大木架還會(huì)左右轉(zhuǎn)動(dòng)，于是那一艘艘戰(zhàn)艦就像蕩秋千一樣在空中搖蕩，然后有的被摔到城墻上或礁石上，成了堆碎片；有的被吊過城墻，成了敘拉古人的戰(zhàn)利品。這時(shí)敘拉古

15的城頭上還是靜悄悄的，沒有人射箭，也沒有人吶喊，好像是座空城，只有那幾副怪物似的木架，不時(shí)伸下一個(gè)個(gè)大鉤鉤走一艘艘戰(zhàn)船。羅馬人看著這“嘎嘎”作響的怪物，嚇得全身哆嗦，手腿發(fā)軟，只聽到海面上一片哭喊聲和落水碰石后的呼救聲?？藙诘覟跛乖趹?zhàn)報(bào)中說：“我們根本著不見敵人，就像在和一只木桶打仗?！卑⒒椎碌倪@些“怪物”原來也是利用了杠桿原理，并加了滑輪。經(jīng)過這場(chǎng)大戰(zhàn)，羅馬人損兵折將，還白白丟了許多武器和戰(zhàn)船，可是卻連阿基米德的面都沒見到。柏克勒爾發(fā)現(xiàn)放射線1895年底，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強(qiáng)的射線，因?qū)λ男再|(zhì)不了解，所以取名X射線。發(fā)現(xiàn)X射線的消息傳開以后，全世界都轟動(dòng)了。1896年1月20日，法國(guó)科學(xué)院舉行的星期一例會(huì)上，著名的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家彭加勒介紹了倫琴的發(fā)現(xiàn)，還展出了X射線的照片。他的報(bào)告引起了與會(huì)者的極大興趣。會(huì)后，法國(guó)物理學(xué)家柏克勒爾匆匆趕回自己的實(shí)驗(yàn)室。他和他的父親長(zhǎng)期以來一直在研究熒光現(xiàn)象，他們發(fā)現(xiàn)，有些物質(zhì)在太陽光照射下會(huì)發(fā)出熒光來。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致今天的許多應(yīng)用：日光燈又叫熒光燈，因?yàn)樗臒艄軆?nèi)壁上涂了一層熒光粉；夜光表的12個(gè)時(shí)針點(diǎn)上都涂有熒光粉，經(jīng)過白天光照后，它們?cè)谝估锞湍馨l(fā)光??聽了彭加勒的報(bào)告后，柏克勒爾覺得有必要驗(yàn)證一下，熒光物質(zhì)是否也能發(fā)射X射線。2月初，柏克勒爾開始了他的實(shí)驗(yàn)。他取來一瓶熒光物質(zhì)—一黃綠色的硫酸雙氧鈾鉀，這種物質(zhì)在陽光的照射下會(huì)發(fā)出熒光，柏克勒爾想知道它們是否會(huì)同時(shí)發(fā)出X射線。他仿照倫琴檢驗(yàn)X射線的方法，把一張照相底片用黑紙包得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，再把一匙熒光粉倒在紙包上，然后拿到陽光下去曬一會(huì)兒。柏克勒爾將熒光粉再倒回到瓶里去，然后拿著包著一張底片的黑紙包進(jìn)了照相暗房，經(jīng)沖洗發(fā)覺底片被感光了，它的上面是那匙熒光粉的幾何影子。柏克勒爾知道，太陽光和熒光都不能穿透黑紙使底片感光?，F(xiàn)在底片已感光了，這說明熒光粉經(jīng)太陽照射后確實(shí)能發(fā)射X射線，因?yàn)橹挥蠿射線才能穿透黑紙使底片感光。于是柏克勒爾在2月24日的科學(xué)院例會(huì)上，簡(jiǎn)要地報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)。為了在下一次例會(huì)上作正式報(bào)告，柏克勒爾準(zhǔn)備再做一次實(shí)驗(yàn)。但是天公不作美，從2月26日開始連續(xù)幾天陰雨。他只好掃興地把熒光粉和用黑紙包得嚴(yán)嚴(yán)的照相底片一起放進(jìn)寫字臺(tái)的抽屜里，等待天晴。關(guān)上抽屜時(shí)他順手把一把鑰匙壓在黑紙包上，邊上就放著那瓶熒光物質(zhì)。3月1日天氣放晴，柏克勒爾準(zhǔn)備著手進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)。細(xì)心的他在實(shí)驗(yàn)之前特地抽出兩張底片檢查了一下，看看是否會(huì)漏光。抽查的結(jié)果使柏克勒爾大為震驚：兩張底片都已曝光，其中一張上還有那把鑰匙的影子！這是怎么回事？底片用黑紙包好后是放在抽屜里的，又是連續(xù)幾天陰雨，根本照不到太陽光，那瓶熒光物質(zhì)也不射出熒光，為什么底片會(huì)感光呢？經(jīng)過仔細(xì)的分析，柏克勒爾猜想，可能硫酸雙氧鈾鉀本身會(huì)發(fā)出一種看不見的射線，這種射線也像X射線一樣，能穿透黑紙使底片感光。在3月2日科學(xué)院的例會(huì)上，柏克勒爾激動(dòng)地宣布了這個(gè)新發(fā)現(xiàn)，并且聲明原先他的

16推論是不合理的。其實(shí)，在日光照射后硫酸雙氧鈾鉀射出的熒光中，并不含有X射線。柏克勒爾最初在陽光下做的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上也是放射性射線使底片感的光，只不過他誤以為是X射線罷了。3月2日例會(huì)后，柏克勒爾又精心設(shè)計(jì)并做了一系列實(shí)驗(yàn)。他對(duì)這種鈾鹽晶體加熱、冷凍、研成粉末、溶解在酸里等作物理或化學(xué)上的加工，他發(fā)現(xiàn)只要化合物里含有鈾元素，就有這種神奇的貫穿輻射。柏克勒爾還用純金屬鈾做試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它所產(chǎn)生的放射性要比硫酸雙氧鈾鉀強(qiáng)三、四倍。他把這種放射線稱為“鈾射線”。在5月18日的科學(xué)院例會(huì)上，柏克勒爾宣布，鈾或鈾鹽會(huì)自發(fā)放射出射線（鈾射線）。這是一種新的、由原子自身產(chǎn)生的射線，這種射線的強(qiáng)度并不因?yàn)榧訜帷⒗鋮s、粉碎、溶解等物理或化學(xué)上的影響而發(fā)生變化，換句話說，這種射線非?！拔倚形宜亍?，不管外界對(duì)它施加何種影響，它始終如一地發(fā)出射線。柏克勒爾的這一重大發(fā)現(xiàn)和倫琴發(fā)現(xiàn)的X射線一起，敲響了人類迎接原子時(shí)代來臨的鐘聲。為此，柏克勒爾獲得了1903年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。事后有人認(rèn)為，柏克勒爾發(fā)現(xiàn)放射現(xiàn)象純屬偶然。我們?cè)撛鯓觼砜创@件事呢？當(dāng)然，那幾天正好遇上陰雨，這是偶然因素。但是，柏克勒爾做實(shí)驗(yàn)十分細(xì)心，臨做之前還抽查底片，這就不是偶然的事，而應(yīng)當(dāng)歸功于他嚴(yán)格的科學(xué)態(tài)度。如果他只做一次實(shí)驗(yàn)，或者不抽查底片，也就不可能成功了。事實(shí)上，與柏克勒爾幾乎在同一時(shí)期，另一位科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)底片跟硫酸雙氧鈾鉀放在一起會(huì)被感光。但是，他認(rèn)為這沒有什么可研究的，就把這一現(xiàn)象輕易地放過去了。法國(guó)著名的科學(xué)家巴斯德說過一句至理名言：“在觀察的領(lǐng)域中，機(jī)遇只偏愛那些有準(zhǔn)備的頭腦。”柏克勒爾是一個(gè)“有準(zhǔn)備的頭腦”的杰出科學(xué)家，所以在仔細(xì)觀察周圍的事物時(shí)，就有了重大的發(fā)現(xiàn)。歐姆與他的定律UI=是歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，這是物理學(xué)中的一個(gè)最重要、最普遍R的電流定律。這個(gè)給人以和諧感覺的數(shù)學(xué)表達(dá)式是如此簡(jiǎn)單明了，它表明：導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度I它兩端的電壓U成正比，跟它的電阻R成反比。這個(gè)以歐姆的名字命名的電流定律發(fā)表于1827年。在我們今天看來，這個(gè)定律是如此簡(jiǎn)單，然而它的發(fā)現(xiàn)過程卻飽含了發(fā)現(xiàn)者歐姆的無數(shù)心血。在歐姆那個(gè)時(shí)代，電流強(qiáng)度、電壓等概念都尚不清楚，特別是電阻的概念還未形成，測(cè)量的儀器也很簡(jiǎn)陋，根本無法對(duì)它們進(jìn)行十分精密的測(cè)量。在歐姆的整個(gè)研究過程中，也幾乎沒有機(jī)會(huì)跟他那個(gè)時(shí)代的其他物理學(xué)家進(jìn)行交流，歐姆定律的發(fā)現(xiàn)完全是獨(dú)立進(jìn)行的，歐姆歷盡種種艱辛，經(jīng)受了一個(gè)又一個(gè)的挫折，最終，他的發(fā)現(xiàn)得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)，開始被人們所接受。由此，歐姆榮獲倫敦皇家學(xué)會(huì)科普利金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，被譽(yù)為“天才的發(fā)現(xiàn)者”。1787年5月16日，歐姆誕生于德國(guó)巴伐利亞州的埃爾蘭根。歐姆的父親是個(gè)技術(shù)熟練的鎖匠，十分喜愛哲學(xué)和數(shù)學(xué)。在父親的熏陶和良好的啟蒙教育下，歐姆從小就養(yǎng)成了認(rèn)真讀書，喜歡獨(dú)立思考的好習(xí)慣，同時(shí)受到有

17關(guān)機(jī)械技能的訓(xùn)練，為他日后自制儀器，進(jìn)行科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。歐姆對(duì)學(xué)習(xí)一絲不茍，喜歡刨根問底地提問題。有一次，歐姆讀一本書時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中有些內(nèi)容和其他的書不一樣，就去向父親討教，父親也未能說清為什么。為了搞清楚，他去翻閱了許多書，并仔細(xì)琢磨，直到最后把這個(gè)問題弄明白為止。中學(xué)畢業(yè)后，歐姆以優(yōu)異的成績(jī)考入埃爾蘭根大學(xué)，并獲得了博士學(xué)位。在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，歐姆就對(duì)電學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，開始鉆研有關(guān)電學(xué)的理論。大學(xué)畢業(yè)后，歐姆先后在幾所中學(xué)任教，教過數(shù)學(xué)、物理、打丁語等課程。1811年至1812年，歐姆應(yīng)母校的聘請(qǐng)，回埃爾蘭根大學(xué)任教。后來，他又被聘為科隆大學(xué)預(yù)科的講師，講授數(shù)學(xué)和物理學(xué)。歐姆深入淺出的講解，雄辯的口才，使他的課深受學(xué)生歡迎，在學(xué)生中享有很高的威望。1817年，歐姆被提升為科隆大學(xué)理工學(xué)院數(shù)學(xué)物理系主任。自1820年起，他開始系統(tǒng)地研究電學(xué)理論。歐姆的研究工作是在十分困難的條件下進(jìn)行的。一方面，他要完成繁忙的教學(xué)任務(wù)，另一方面，當(dāng)時(shí)的圖書資料和測(cè)量?jī)x器都很缺乏。但是歐姆毫不畏縮，他利用教學(xué)工作之余，自己動(dòng)手設(shè)計(jì)和制造儀器進(jìn)行電流試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)，在電的研究中，科學(xué)家們隱約地感覺到電流有一些神秘的規(guī)律，但由于沒有一種穩(wěn)定的電源，也沒有一種較精確的測(cè)量電流強(qiáng)度的儀器，致使探索電流規(guī)律的工作十分艱難。歐姆進(jìn)行電流試驗(yàn)，碰到的第一個(gè)難題就是如何測(cè)量電流的強(qiáng)度。1799年，意大利物理學(xué)家伙打發(fā)明了伏打電池，它為科學(xué)家們提供了能產(chǎn)生持續(xù)電流的電源。歐姆起初用伏打電池作為電源，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平較低，伏打電池很容易極化，因而測(cè)量很不穩(wěn)定。1821年，德國(guó)物理學(xué)家施威格利用電流的磁效應(yīng)發(fā)明了檢流計(jì)。這種儀器主要是用來檢驗(yàn)電流的有無。從施威格的檢流計(jì)中，歐姆受到啟發(fā)，他把電流的磁效應(yīng)與庫侖扭秤法巧妙地結(jié)合起來，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出一個(gè)電流扭力秤。歐姆用扭力秤來測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁針的作用力矩，以此來確定電流強(qiáng)度。從初步的實(shí)驗(yàn)中，歐姆發(fā)現(xiàn)電流對(duì)磁針的作用力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度有關(guān)。為了確定它們之間的定量關(guān)系，歐姆做了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)。歐姆將磁針的中點(diǎn)用金屬絲懸掛起來，使磁針平行地位于導(dǎo)線的上方。當(dāng)導(dǎo)線通有電流時(shí)，電流的磁場(chǎng)使磁針偏轉(zhuǎn)。若將金屬絲扭轉(zhuǎn)，磁針便重新返回原來的位置。因?yàn)榇裴標(biāo)谔?，直線電流所產(chǎn)生的磁感應(yīng)的強(qiáng)度正比于導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度。它對(duì)磁針的作用力矩等于磁針處的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁針磁矩的乘積，所以扭力秤中金屬絲的扭轉(zhuǎn)角正比于導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度。根據(jù)扭轉(zhuǎn)角的大小，歐姆就能相對(duì)地比較不同的電流強(qiáng)度。在歐姆定律發(fā)現(xiàn)之前，還沒有電阻的概念。但是，已經(jīng)有一些科學(xué)家對(duì)金屬的導(dǎo)電率進(jìn)行了研究。1821年，英國(guó)化學(xué)家戴維發(fā)現(xiàn)：對(duì)于同一種金屬導(dǎo)線來說，它的導(dǎo)電率與其單位長(zhǎng)度的質(zhì)量成正比。1825年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾對(duì)同種金屬制成的，粗細(xì)和長(zhǎng)度不同的導(dǎo)線進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)它們的長(zhǎng)度之比等于其橫截面面積之比時(shí)，其“導(dǎo)電力”相歐姆選擇了一組截面積相同，長(zhǎng)度不同的銅導(dǎo)線作為外電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)中，歐姆發(fā)現(xiàn)：當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度與其橫截面面積成比例時(shí)，它們的導(dǎo)電率的確相等，而被測(cè)導(dǎo)線的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電流扭力秤的偏轉(zhuǎn)角越小，

18兩者之間則存在著反比的關(guān)系。經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，歐姆發(fā)現(xiàn)了檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)量和導(dǎo)體長(zhǎng)度、串接材料的電阻率、以及與所加電壓之間的關(guān)系。1825年，他總結(jié)了自己的實(shí)驗(yàn)，撰寫并發(fā)表了題為《金屬導(dǎo)電規(guī)律的初步探索》一文。在論文排版付印過程中，歐姆發(fā)現(xiàn)論文中的公式與試驗(yàn)結(jié)果并不完全一樣。于是他立即與出版商聯(lián)系，要求更改。由于論文大部分已印好，出版商不肯重印，只同意另外補(bǔ)發(fā)一篇短文來糾正論文中的錯(cuò)誤。歐姆沒辦法，只得勉強(qiáng)接受這個(gè)建議。論文和短文同時(shí)發(fā)表了，短文補(bǔ)充了導(dǎo)體趨近無窮長(zhǎng)時(shí)，流經(jīng)電路的電流趨近于零的事實(shí)。后來，歐姆發(fā)現(xiàn)論文中推出錯(cuò)誤公式的原因是由于伏打電池的問題，使電源電壓不夠穩(wěn)定。后來，他改用了塞貝克的溫差電池作為電源，保證了電源的穩(wěn)定性。歐姆繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)電流通過一根均勻?qū)Ь€時(shí)，其電勢(shì)降落是一個(gè)常數(shù)。1826年，歐姆的第二篇論文《金屬導(dǎo)電規(guī)律的確定及伏打電池和施威格檢流計(jì)的理論要點(diǎn)》發(fā)表了。第二年，又發(fā)表了第三篇論文，題目是《伽伐尼電池的數(shù)學(xué)論述》，終于總結(jié)出了歐姆定律。歐姆定律從發(fā)表至今，已170余年了，無數(shù)的實(shí)踐都證明了它的正確性，它已成為現(xiàn)代電學(xué)和電工學(xué)最基本的規(guī)律之一。然而在當(dāng)時(shí)，歐姆的研究公布后，不僅沒有立即引起科學(xué)界的重視，甚至科學(xué)學(xué)會(huì)根本不同意他的見解，理由是歐姆的定律公式太簡(jiǎn)單了。他們片面地認(rèn)為第一流科學(xué)家都未能解決的問題不會(huì)如此簡(jiǎn)單。有些人甚至對(duì)歐姆進(jìn)行了公開的指責(zé)，把歐姆定律斥之為純屬空洞的編造，沒有任何一點(diǎn)事實(shí)基礎(chǔ)。德國(guó)的一位物理學(xué)家在文章中攻擊歐姆的著作說：“以虔誠(chéng)眼光看待世界的人不要去讀這本書，因?yàn)樗內(nèi)皇遣豢芍眯诺钠垓_，它的唯一的目的是要褻瀆自然的尊嚴(yán)。”這些不公正的評(píng)價(jià)，使歐姆深深地感到從事科學(xué)事業(yè)的艱難。他含辛茹苦，熬過了多少不眠之夜，無數(shù)次的反復(fù)試驗(yàn)論證，結(jié)果竟遭到如此攻擊，甚至有些人都不敢和他來往了。在這段處境艱難的日子里，歐姆辭去了科隆大學(xué)數(shù)學(xué)物理系主任的職務(wù)，前往柏林，在柏林軍事學(xué)院任教師，每周上三次數(shù)學(xué)課。然而，在責(zé)難和誹謗中歐姆并不氣餒，1829年3月30日寫信給國(guó)王路德維希一世陳述他的發(fā)現(xiàn)的重要性和正確性。國(guó)王把信轉(zhuǎn)給了巴伐利亞科學(xué)院，仍未引起重視。歐姆在給朋友的信中訴苦道：“《伽伐尼電路》的誕生已經(jīng)給我?guī)砹司薮蟮耐纯啵艺姹г顾环陼r(shí)，因?yàn)樯罹映⒌娜藢W(xué)識(shí)淺薄，他們不能理解它的母親的真實(shí)感情?！睔W姆完全相信自己得出的公式是正確的，并確信科學(xué)家們最終會(huì)接受這一定律。真理終歸是真理，歐姆的這一發(fā)現(xiàn)被人們逐漸認(rèn)識(shí)并接受了。德國(guó)最早承認(rèn)歐姆定律的是施威格，歐姆的大部分論文都發(fā)表在施威格主辦的《化學(xué)和物理雜志》上。他在給歐姆的信中，熱情地鼓勵(lì)說：“請(qǐng)你相信，在烏云和塵埃后面的真理之光最終會(huì)透射出來，并含笑驅(qū)散它們。”后來，一些科學(xué)家開始注意歐姆定律。德國(guó)科學(xué)家波根多在試驗(yàn)中重復(fù)了歐姆的研究過程，得出了和歐姆相同的結(jié)果，波根多再次重復(fù)了試驗(yàn)，結(jié)果仍相同。這使波根多相信歐姆發(fā)現(xiàn)的定律是正確的。1831年，波根多發(fā)表文章肯定了歐姆的研究成果。隨后，俄國(guó)、英國(guó)、美國(guó)的一些著名科學(xué)家都

19相繼重復(fù)了歐姆的實(shí)驗(yàn)，都證明了歐姆研究成果的正確性。真正“驅(qū)散烏云和塵埃的”“風(fēng)暴”來自英國(guó)。1841年，即歐姆發(fā)表第一篇論文后的第16年，英國(guó)倫敦皇家學(xué)會(huì)為了表彰歐姆的杰出貢獻(xiàn)，授予他科普利金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢@是當(dāng)時(shí)科學(xué)界的最高榮譽(yù)，從此，歐姆定律開始被人們接受。1845年，歐姆當(dāng)選為巴伐利亞科學(xué)院院士。1849年，年已62歲的歐姆終于實(shí)現(xiàn)了自己年輕時(shí)的抱負(fù)，擔(dān)任慕尼黑大學(xué)教授，并親自在慕尼黑大學(xué)講授物理學(xué)。1854年，歐姆在德國(guó)曼納希逝世。一顆燦爛的巨星隕落了，但他的偉績(jī)長(zhǎng)存。他的名字被定為電阻的單位，他發(fā)現(xiàn)的定律被稱為歐姆定律。發(fā)現(xiàn)電壓電壓的發(fā)現(xiàn)也是一個(gè)意外。在1786年的一天，意大利解剖學(xué)教授伽伐尼正在實(shí)驗(yàn)室解剖青蛙，妻子當(dāng)他的助手，在一旁侍候。只見他手中的解剖刀一刀下去切開青蛙的腰部，再一刀下去剝出腰部的神經(jīng)，他又順手抄過一把精巧的黃銅小鉤，一鉤穿了過去，隨手遞給妻子，吩咐掛將起來。妻子順手將這死青蛙掛在實(shí)驗(yàn)桌上的一根橫鐵棍上。當(dāng)伽伐尼將第二只青蛙剝開皮正準(zhǔn)備再下刀時(shí)，突然妻子驚叫一聲：“天??！青蛙又活了?！彼櫜坏脻M手的血污，一把抓住伽伐尼的手臂，叫他快看這個(gè)“顯靈”的青蛙。只見那只靠近銅鉤的蛙腿正在一張一弛，抽搐不停。伽伐尼朝這只青蛙凝視片刻，自語道：“我這半生也不知?dú)⑦^多少青蛙，從來還沒有見過這么耐活的小精靈，再剝一個(gè)試試。”伽伐尼又吩咐妻子再取幾只青蛙來，手起刀落，游刃如電，一剎時(shí)便有五只青蛙也倒掛在橫鐵棍上，只見這五只青蛙又都伸開它們的右腿，整齊地一緊一松在抽搐，又像是在向教授夫婦做著友好的招手，這回妻子可真有點(diǎn)怕了。她返身抱住伽伐尼，瞪著大眼說道：“親愛的，怕是我們荼毒生靈太多，上帝在發(fā)出警告吧?！辟しツ釁s手握刀柄靠著實(shí)驗(yàn)臺(tái)陷入一陣沉思。一會(huì)兒他慢慢地說：“上帝如果給宇宙以靈魂，這靈魂是什么呢？是電?！彼裢蝗粊砹遂`感，一把抓住妻子大聲說：“這話是德國(guó)哲學(xué)家謝林說的，電是宇宙的活力，宇宙的靈魂，無處不有。摩擦?xí)r就能發(fā)現(xiàn)琥珀、絲綢上的電，富蘭克林發(fā)現(xiàn)了空中的電，我們又發(fā)現(xiàn)了青蛙身上的電?！彼麑⒔馄实锻郎弦凰ぃ吆爸骸拔覀冇职l(fā)現(xiàn)了一種電——?jiǎng)游镫?。?793年的一天伽伐尼來到英國(guó)皇家學(xué)會(huì)表演他的新發(fā)現(xiàn)。因?yàn)檫@是繼富蘭克林之后，人們?cè)陔娭R(shí)方面聽到的又一個(gè)爆炸性新聞，所以這天皇家學(xué)會(huì)的報(bào)告廳里人們都紛紛前來，觀看這場(chǎng)奇怪的魔術(shù)。只見伽伐尼在臺(tái)上布置好一個(gè)實(shí)驗(yàn)桌，還和那天一樣打橫放一根細(xì)鐵棍，上面掛上一排銅鉤，將青蛙解剖后一個(gè)個(gè)往上掛，那蛙腿也就盡如人意，輕輕動(dòng)彈起來，直看得在座的這些名教授、學(xué)者一個(gè)個(gè)目瞪口呆。實(shí)驗(yàn)完了，伽伐尼又講了一番凡動(dòng)物身上都帶電的道理。不想說者無心聽者有意，在臺(tái)前聽講看表演的有一個(gè)中年人，雖目不轉(zhuǎn)睛地看伽伐尼操作，卻不肯跟著人們說一句好。這人是誰呢？他也是意大利人，叫伏打（1745～1827）。伏打從小聰慧好學(xué)，尤其愛鉆研剛剛起步的電學(xué)，24歲時(shí)就發(fā)表了一篇關(guān)于萊頓瓶的論文，引起人們的注意，到1777年發(fā)明了電盤，一下又聞名世界，并成為教授。他已經(jīng)是個(gè)電學(xué)行家了，今天

20搞醫(yī)學(xué)解剖的伽伐尼竟在這皇家學(xué)會(huì)講起電學(xué)發(fā)現(xiàn)來，他哪能服氣。他想，誰知那些青蛙是真死假死，有電無電，等我回家去親自試驗(yàn)一下再說不遲。數(shù)月后，伏打也向皇家學(xué)會(huì)送來一個(gè)報(bào)告，說關(guān)于什么動(dòng)物電，純是胡編亂造，并說他已經(jīng)解開這個(gè)謎，也要求表演。幾天后他真的又在上次伽伐尼表演的地方擺起了擂臺(tái)。這天自然又是人頭攢動(dòng)，水泄不通。伏打照樣端來一盤活蹦亂跳的青蛙，也一一殺死剝好，橫挑豎掛起來。他做完這些后說：“諸位請(qǐng)到近處一看，哪條蛙腿還會(huì)動(dòng)彈一下？”這時(shí)人們真地圍了上去，有的還帶上夾鼻眼鏡，果然一排青蛙就像泥捏紙剪似的，紋絲不動(dòng)了，一個(gè)個(gè)不禁瞠目結(jié)舌。這時(shí)伏打才放下刀子，陳述他的道理：“上次伽伐尼教授說死蛙腿會(huì)動(dòng)是青蛙身上有動(dòng)物電，其實(shí)那是一種錯(cuò)覺。這幾日，我仔細(xì)研究了一下，伽伐尼教授實(shí)驗(yàn)時(shí)，是用銅鉤鉤起青蛙，再掛在鐵棍上，實(shí)際上只要是不相同的金屬接觸就會(huì)產(chǎn)生微弱的電流。蛙腿的動(dòng)便是這種電流刺激的結(jié)果，而不是它自身帶電。你們大概還沒有注意今天我在這里用的是鐵鉤、鐵棍，而同一種金屬就不會(huì)產(chǎn)生電，蛙腿自然也就不會(huì)動(dòng)了。可見伽伐尼教授的動(dòng)物電一說不能成立。”這時(shí)人群里擠出一個(gè)人來，大聲說：“伏打先生，你有什么根據(jù)肯定動(dòng)物電不存在呢？”伏打抬頭一看，不覺嚇了一驚，問話的正是伽伐尼本人。這個(gè)老頭子今天怎么也從意大利趕來了呢？他忙陪個(gè)笑臉回答道：“要找根據(jù)嗎？我剛才的實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)，你看蛙腿不是已經(jīng)全不動(dòng)了嗎？”“你剛才的表演是真是假，我回頭再去檢查，現(xiàn)在我先請(qǐng)你看一樣?xùn)|西?！辟しツ嵴f完向后一揮手，立即，他的兩個(gè)助手從人堆中擠出，抬過一個(gè)大木桶來。只聽里面噼啪作響，像有什么東西在動(dòng)。伽伐尼將蓋子打開，說聲：“伏打先生請(qǐng)看。”原來是一條1米長(zhǎng)的大魚。伏打看這陣勢(shì)一下摸不著頭腦，說：“伽伐尼先生，你是不是要讓我解剖這條魚？”“大可不必，一解剖你又會(huì)扯到什么銅鉤、鐵棍上去。我現(xiàn)在只要你伸手摸一下這條活魚，我們的實(shí)驗(yàn)即可見分曉，不知你敢不敢。”“這有什么不敢！”伏打想，這一生就是吃魚也不知吃了多少，難道還怕摸嗎？便卷起袖子伸手向那魚尾抓去。說時(shí)遲那時(shí)快，伏打的手也還沒弄清是否碰到魚尾巴，就聽他“哎呀”一聲，連忙縮了回來，又覺全身麻酥酥的，這位電學(xué)教授知道自己是中了電。伽伐尼忙上前一步將他扶住說：“伏打先生，你今天應(yīng)該相信確實(shí)是有動(dòng)物電了吧。幸虧我今天帶來的魚小，要是我?guī)б粭l幾米長(zhǎng)的大魚來，你今天真要沒命了?！闭f著他又轉(zhuǎn)向那些吃驚的人群說：“自從上次表演之后，我又做了幾次實(shí)驗(yàn)，證明動(dòng)物自身是帶電的，我?guī)淼倪@條魚叫電鰻，在它的頭部?jī)蓚?cè)的皮膚里就各藏著一個(gè)由纖維組織組成，并由神經(jīng)纖維相連接的蜂窩狀發(fā)電器。它就是靠放電擊倒強(qiáng)敵、捕捉食物的??”再說伏打這時(shí)才從這突然一擊中清醒過來，他聽著伽伐尼的講演，看著那些專家、教授。一般聽眾一窩蜂似地?fù)淼劫しツ岬闹車?，今天這場(chǎng)表演倒像是專門為伽伐尼組織的。眼見著自己設(shè)的擂臺(tái)成了別人炫耀的場(chǎng)所，心里好不窩火，無奈眼下一時(shí)又否定不了伽伐尼的動(dòng)物電說，他只好快快收兵。這次伏打擺擂臺(tái)受辱后回到意大利帕維亞大學(xué)，從此閉門不出，發(fā)誓要鉆出個(gè)名堂后重?cái)[擂臺(tái)。他就這樣埋頭干了7年。終于又有一項(xiàng)新的發(fā)現(xiàn)。

21他將一個(gè)金屬鋅環(huán)放在一個(gè)銅環(huán)上（銀環(huán)更好），再用一塊浸透鹽水的紙或呢絨環(huán)壓上，再放上鋅環(huán)，銅環(huán)，如此重復(fù)下去，10個(gè)、20個(gè)、30個(gè)疊成了一個(gè)柱狀，便產(chǎn)生了明顯的電流。這就是后人所稱的伏打電堆或伏打柱。這柱疊得越高，電流就越強(qiáng)。這是為什么呢？原來伏打經(jīng)過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)立了一個(gè)了不起的電位差理論。就是說不同金屬接觸，表面就會(huì)出現(xiàn)異性電荷，也就是說有電壓。他還找到了這樣一個(gè)序例：?鋁、鋅、錫、鎘、銻、鉍、汞、鐵、銅、銀、金、鉑、鈀。在這個(gè)序列中任何一種金屬與后面的金屬相接觸時(shí)，總是前面帶上正電，后面帶負(fù)電。這是世界上第一個(gè)電氣元素表。只要有了電位差、電勢(shì)差，即電壓，就會(huì)有電流。這樣人們對(duì)電的認(rèn)識(shí)一下于就躍出了靜電的領(lǐng)域，就不再是摩擦毛皮上的電，雷雨中的電，萊頓瓶里的電，也不只是動(dòng)物身上的電，而是能控制流動(dòng)的電。伏打堆也就成了最早的電池、電流發(fā)生器。伏打的這一發(fā)明一經(jīng)傳出去，歐洲的科學(xué)雜志上幾乎每期都是關(guān)于伏打電堆實(shí)驗(yàn)的報(bào)告，人們競(jìng)相試制這新奇的玩藝。俄國(guó)科學(xué)院有個(gè)院士叫彼得羅夫，他想這金屬環(huán)既然是越疊得多產(chǎn)生的電流就越大，我何不就多多地往上疊呢。他一下就疊加了4200個(gè)，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)伏打電堆的世界之最，并且還出版了一本書，那書名大概是世界上最長(zhǎng)的即：《關(guān)于物理學(xué)家彼得羅夫在圣彼得堡外科醫(yī)學(xué)院借助有時(shí)由4200個(gè)銅環(huán)與鋅環(huán)構(gòu)成的巨大電池組所作的伽伐尼——伏打?qū)嶒?yàn)的消息》。當(dāng)時(shí)伏打電堆熱的情況可見一斑。在這種電學(xué)新突破的狂熱之中，這次不用伏打自己去設(shè)擂臺(tái)了，巴黎科學(xué)院主動(dòng)邀請(qǐng)他去作一次表演。1801年11月，伏打帶著他的儀器來到巴黎，不只是法國(guó)的科學(xué)家和一般人士，就連倫敦那些當(dāng)年看過他與伽伐尼斗法的人們也有趕來看熱鬧的。面對(duì)著桌子上瓶瓶罐罐，環(huán)環(huán)片片，伏打先不做實(shí)驗(yàn)，卻離開桌子，向前一步，對(duì)觀眾說：“在作實(shí)驗(yàn)前，請(qǐng)?jiān)试S我先向七八年來一直在和我激烈爭(zhēng)論的伽伐尼教授致以崇高的敬意。很不幸的是他在三年前就離開了人世，今天不能和我們共享發(fā)現(xiàn)的歡樂。雖然我們觀點(diǎn)不同，但如若沒有他的啟發(fā)和駁難就不會(huì)有我今天的發(fā)現(xiàn)。我永遠(yuǎn)感謝他，我們永遠(yuǎn)不能忘記他?！狈蚪裉毂硌莸陌l(fā)明又有了改進(jìn)，它已不是一個(gè)個(gè)金屬柱，而是一個(gè)個(gè)并列的玻璃缸，里面放上稀酸，每個(gè)缸都是這邊放進(jìn)銅片，對(duì)面放一塊鋅片，兩個(gè)缸之間用導(dǎo)線相連，而形成一個(gè)整體。它產(chǎn)生的電流比那金屬環(huán)疊起的伏打柱又大了很多。伏打把這裝置接好后說：“我們現(xiàn)在就可看到這樣產(chǎn)生的電流，第一，它能將水分解。”說著伏打?qū)㈦姵氐膬蓸O插入水中，這時(shí)竟順著極板的一邊冒出了氫氣，另一邊冒出了氧氣。這時(shí)臺(tái)下的人不由喝起彩來。伏打接著說：“第二，另一邊還能從金屬溶液里將金屬重新?lián)瞥鰜??！闭f著，伏打又將電極插入藍(lán)色的銅礬水溶液中，一個(gè)電極上便很快出現(xiàn)一層紅色的銅，而且那銅極純，是我們平常很難見到的。伏打就這樣津津有味的一項(xiàng)一項(xiàng)地報(bào)告著他的新發(fā)現(xiàn)，臺(tái)下的人也早就被他牽走了魂，會(huì)場(chǎng)上時(shí)而議論紛紛，驚嘆不絕，時(shí)而又鴉雀無聲。后來，人們?cè)诜蛩篮螅瑸閺S紀(jì)念他的功績(jī)，而以他的名字“伏”來作為電壓的單位。大氣壓

22有句成語這樣說：“重如泰山，輕如鴻毛”。泰山之重是顯而易見的，有比鴻毛還輕的東西嗎？有！那就是空氣?，F(xiàn)在知道，水的密度是1，做羽絨衣的羽絨的密度大約是0.23，而空氣的密度卻只有0.0128左右?？諝鈱?shí)在太輕了，在許多場(chǎng)合下它的存在都被人們忽略不計(jì)了。最早注意到空氣有重量的是意大利的物理學(xué)家伽利略。他將一個(gè)空瓶（當(dāng)然里面有正常氣壓的空氣）密封起來，放在天平上與一堆砂子平衡。然后，他設(shè)法用打氣筒向那個(gè)瓶子打進(jìn)更多的空氣，并再次密封。當(dāng)伽利略把這只瓶子再放回到天平上時(shí)，這時(shí)的瓶子比那堆砂要重一點(diǎn)，只有再往砂堆里加添一兩顆小砂子，天平才會(huì)平衡。伽利略推斷，瓶子重量增加是由于里面的空氣增多了的緣故，因此，空氣是有重量的。雖然伽利略科學(xué)地測(cè)定空氣是有重量的，但他卻無法解釋“大自然討厭真空”這個(gè)老問題。羅馬時(shí)代以來，人們就注意到一個(gè)現(xiàn)象：用來輸送水的水管，當(dāng)它們跨越高度在10米以上的山坡時(shí)，水就輸不上去了。在超過10米深的井里，抽水泵便不起作用了。人們?cè)缇椭乐灰阉芾锏目諝獬榈?，造成一個(gè)真空，那么水就會(huì)沿著水管往上流。他們無法解釋水為什么會(huì)往上流，而不是通常那樣“水往低處流”，就借用古希臘學(xué)者亞里士多德的名言“大自然討厭真空”來解釋。粗一想也對(duì)，大自然是不讓真空存在的，一旦真空出現(xiàn)就讓水來填補(bǔ)，于是水就被抽上來了。真空出現(xiàn)到哪里，水就跟到哪里?？墒?，為什么水到了10米高的地方就再也上不去了呢？盡管11米、12米處也存在真空。對(duì)此，伽利略只能解釋說是大自然的那種“厭惡”是有限度的，到了10米以上的真空，它就不厭惡了，因而水就再也抽不上去了?！爸钦咔]必有一失”，伽利略對(duì)抽水問題的解釋過于牽強(qiáng)附會(huì)，使他沒有觸及到問題的實(shí)質(zhì)。伽利略的學(xué)生托里拆利把老師的思想推進(jìn)了一大步。他認(rèn)為，既然空氣有重量就會(huì)產(chǎn)生壓力，就像水有重量會(huì)產(chǎn)生壓力和浮力一樣。正是空氣的壓力把水從管子里往上壓，壓到10米的高度時(shí)，水柱的重量正好等于空氣的壓力，水再也壓不上去了。為了證實(shí)這一點(diǎn)，托里拆利設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)并讓自己的助手維維安尼幫助去做。要用10米高的水管做實(shí)驗(yàn)是很不方便的，因?yàn)樗腥膶訕悄敲锤撸鯓佑^測(cè)呢？托里拆利聰明地利用比水重13.6倍的水銀來作試驗(yàn)。他叫人制作了一根1米長(zhǎng)的玻璃管，一端封閉，一端開口。維維安尼將水銀灌滿管子，然后用手指堵住開口的一端，將管子顛倒過來使開口的一端朝下，再放進(jìn)一個(gè)盛滿水銀的陶瓷槽里。當(dāng)他松開按住管子的手指時(shí)，管里的水銀很快下降，當(dāng)水銀降到距槽里的水銀面76厘米高度時(shí)，就不再降低了。換算一下就可以得到，76厘米高的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，正好等于10米水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)形象地顯示出，水銀槽里水銀表面所受到的大氣壓強(qiáng)，剛好等于76厘米高的水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。托里拆利設(shè)計(jì)的這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，成了世界上第一個(gè)測(cè)量大氣壓強(qiáng)的氣壓計(jì)。后來，氣象報(bào)告中的氣壓?jiǎn)挝灰苍赜枚嗌倮迕祝ɑ蚝撩祝┧y柱高來表示。大氣有壓力這是肯定的，這壓力究竟有多大？這方面最為生動(dòng)的例子發(fā)生在德國(guó)。1645年的一天，德國(guó)東南部的雷根斯城轟動(dòng)了：皇帝大駕光臨，百姓傾城出動(dòng)，為的是觀看一個(gè)名叫蓋利克的人表演。廣場(chǎng)上站立著16匹雄壯的駿馬，分成左右兩隊(duì)，每隊(duì)各8匹馬。它們彼

23此背向排列，用鐵鏈和繩索牽引著一個(gè)直徑為25厘米的青銅真空球。這只球是蓋利克事先在當(dāng)?shù)罔F匠鋪定做的，它由兩個(gè)半球合攏而成，兩個(gè)半球的邊緣做得十分平整，因此能緊密地合在一起而不會(huì)漏氣。表演一開始，蓋利克先用抽氣機(jī)將銅球內(nèi)的空氣抽光，然后他下命令給兩邊的馬夫。只聽“啪”“啪”兩聲鞭響，左右兩邊的馬夫拼命往前趕馬，誰知這些駿馬雖然使足了力氣往前拉，就是拉不開那由兩個(gè)半球合在一起的青銅球?；实酆桶傩諅兌伎创袅?。蓋利克向大家解釋說“這里面沒有什么魔力，主要是銅球表面所受到的大氣壓力把它們緊緊壓在一起。不信的話，把空氣再放回到銅球里面去，使兩邊的壓力相等，就很容易把鋼球打開了?！闭f著，他用雙手左右一拉，銅球確實(shí)輕易地打開了。多么神奇的大氣壓！電和電流的發(fā)現(xiàn)在人們的生產(chǎn)勞動(dòng)和日常生活中，每天都離不開“電”。夜間，電流通過電燈，發(fā)出明亮的光，照亮了千家萬戶，照耀著城鄉(xiāng)大地；人們坐在電視機(jī)前，欣賞著精彩的文藝演出，觀看激動(dòng)人心的體育比賽；在鋼鐵廠、石化廠、自來水廠等各種工廠里，是電流使各種機(jī)器開動(dòng)，生產(chǎn)著各種鋼鐵、化工產(chǎn)品和飲用水、紡織品等人們必需的產(chǎn)品；微機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、微波爐等和人們生活關(guān)系密切的電器，皆離不開“電”；地鐵、電車滿載著乘客，行駛在城市的各條道路上??。人們和電的關(guān)系是這么密切，電又是這樣的神通廣大，那末，“電”和“電流”到底是什么？“電”和“電流”又是怎樣發(fā)現(xiàn)的？人們用梳子梳理干燥的頭發(fā)時(shí)，常常令聽到劈劈啪啪的響聲，如果是在黑暗中，還會(huì)看到一些細(xì)小的火花。你也許不會(huì)想到，這些小小的火花卻和天上耀眼的閃電是親姐妹；那種勉強(qiáng)才能聽見的劈啪聲，卻和隆隆的雷聲是親戚。如果這時(shí)將梳子放到一撮小紙屑的旁邊，小紙屑就會(huì)被梳子吸起來。這種現(xiàn)象在我們?nèi)粘Ｉ钪卸紩?huì)碰到，在很多年前，就已為古代的人們所發(fā)現(xiàn)。遠(yuǎn)在2500多年前，古希臘有一個(gè)叫塞利斯的人發(fā)現(xiàn)，用毛皮去摩擦琥珀（一種天然寶石），這塊被摩擦過的琥珀能吸引一些像絨毛、麥稈等一些輕小的東西。那時(shí)候的人們無法解釋這種現(xiàn)象，只好說：琥珀中存在一種特殊神力。他們把這種特殊神力稱作“電”。這個(gè)詞就是從希臘文的“琥珀”這個(gè)詞演變而來的。公元1600年，英國(guó)醫(yī)生吉爾伯特（1544～1603）發(fā)現(xiàn)用摩擦的方法不但可以使琥珀具有吸引輕小物體的性質(zhì)，而且還可以使不少別的物體如玻璃棒、硫磺、瓷、松香等具有吸引輕小物體的性質(zhì)。他把這種吸引力稱為“電力”。吉爾伯特是當(dāng)時(shí)英國(guó)女王伊麗莎白一世的御醫(yī)，也是一位有代表性的科學(xué)家。他受過醫(yī)學(xué)教育，后定居倫敦，于1573年開始做醫(yī)生，為病人治病。由于他的醫(yī)術(shù)比較高明，被召進(jìn)皇宮，于1601年做了英國(guó)女王伊麗莎白一世的保健醫(yī)生。女王逝世后，他又被任命為詹姆斯一世國(guó)王的醫(yī)生。在他行醫(yī)期間，他又去從事物理學(xué)方面的研究。他做了多年的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了“電力”，“電吸引”等許多現(xiàn)象，并最先使用了“電力”、“電吸引”等專用術(shù)語，

24因此許多人稱他是電學(xué)研究之父。他的主要著作《論磁石、磁體和地球大磁石》全面論述了對(duì)磁體和電吸引的全部研究工作。在吉爾伯特之后的200年中，又有很多人做過多次試驗(yàn)，不斷地積累對(duì)電的現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。其中，1734年法國(guó)人杜伐，做了一些用玻璃棒與絲綢摩擦、松香與毛皮摩擦的試驗(yàn)，在這些試驗(yàn)中，他發(fā)現(xiàn)有兩種不同性質(zhì)的電，一種是把玻璃捧用絲綢摩擦，玻璃棒能吸起像紙屑、木屑之類的輕小物體，這種吸引力稱為帶電現(xiàn)象。他將這根玻璃棒用絲線懸掛起來，再將另一根與絲綢摩擦過的玻璃棒靠近它，發(fā)現(xiàn)這兩根棒相互排斥，于是他就把玻璃棒帶的電，稱為“玻璃電”（即正電）；另一種是把松香用毛皮摩擦也產(chǎn)生帶電現(xiàn)象，把用毛皮摩擦過的松香靠近用絲綢摩擦過的玻璃棒，發(fā)現(xiàn)這兩者相互吸引，于是他稱松香所帶的電為“松香電”（即負(fù)電）。這就是人們所講的同性電相互排斥、異性電相互吸引的現(xiàn)象。杜伐發(fā)現(xiàn)了這些現(xiàn)象，也作了最早的理論解釋。盡管這種解釋很粗淺、帶點(diǎn)形而上學(xué)的性質(zhì)，但畢竟比不想去解釋為好。此后，觀看電的實(shí)驗(yàn)成為人們的一種娛樂。在歐洲幾乎每一個(gè)國(guó)家都有一大批人以進(jìn)行這種帶電的實(shí)驗(yàn)和表演這些實(shí)驗(yàn)讓人們觀賞，賺錢謀生。1745年，普魯士（德國(guó)的前身）的一位副主教克萊斯特做了一個(gè)很有趣的實(shí)驗(yàn)。他利用一根導(dǎo)線將摩擦起電裝置上的電引向裝有鐵釘?shù)牟Ａ浚蛊孔映潆?，?dāng)他的手觸及鐵釘時(shí)，突然感到猛烈的一擊。這是一次放電現(xiàn)象，鐵釘上聚集的電穿過人體（人體就是一種導(dǎo)體），使人感受到強(qiáng)烈的電的震動(dòng)。1746年，荷蘭人萊頓在上述實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下做成了萊頓瓶。什么是萊頓瓶？萊頓瓶是一個(gè)玻璃瓶，瓶的外面和瓶?jī)?nèi)均貼上像紙一樣的銀箔，把摩擦起電裝置所產(chǎn)生的電用導(dǎo)線引到瓶?jī)?nèi)的銀箔上面，而把瓶外壁的銀箔接地，這樣就可以使電在瓶?jī)?nèi)聚集起來。如果用一根導(dǎo)線把瓶?jī)?nèi)的銀箔和瓶外壁的銀箔連接起來，則產(chǎn)生放電現(xiàn)象，引起電火花，發(fā)生響聲，并伴隨著一種氣味。古希臘的一位科學(xué)家亞里士多德在所著的《動(dòng)物志》一書中曾描述過一種能夠放電擊斃小動(dòng)物的電鰩。18世紀(jì)中葉有人把這種魚帶到英國(guó)，引起當(dāng)時(shí)生物學(xué)家很大的興趣，當(dāng)人用手去碰這種魚的頭部或身體的下部時(shí)，便會(huì)感到猛烈的一擊（即電擊），于是人們就想起了剛剛發(fā)明不久的萊頓瓶，它就像這種魚一樣，只要用導(dǎo)線把瓶?jī)?nèi)外的銀箔連接起來，就可以放電、引起電擊。此后，這種電擊來自放電，便沒有人懷疑了。盡管18世紀(jì)初，人們已經(jīng)發(fā)明了驗(yàn)電器，可以判斷一個(gè)物體是否帶電，但在當(dāng)時(shí)人們?nèi)酝米约旱纳眢w去檢驗(yàn)電是否存在，甚至有不少人以能受一次電擊為榮。18世紀(jì)中葉，在大洋彼岸的美國(guó)，大電學(xué)家富蘭克林又做了多次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步揭示了電的性質(zhì)，并提出了電流這一術(shù)語。富蘭克林是第一個(gè)享有世界聲譽(yù)的美國(guó)科學(xué)家，盡管他取得科學(xué)上的成就的時(shí)候美國(guó)還沒有獨(dú)立。他同時(shí)又是著名的社會(huì)活動(dòng)家和政治家。在美國(guó)進(jìn)行獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，他是積極的支持者和參加者。他是美國(guó)資產(chǎn)階級(jí)民主革命時(shí)期著名綱領(lǐng)性文件《獨(dú)立宣言》的三個(gè)起草人之一。他是1781年美國(guó)和英國(guó)談判的代表。他之所以取得這么大的成就，主要是靠自學(xué)得來的。他家境貧寒，幼年曾做過印刷業(yè)的學(xué)徒工人，盡管學(xué)徒工待遇低，工作勞累，但他卻是一個(gè)“手里有一點(diǎn)小錢都花在書上”的人。他只要有一點(diǎn)空余時(shí)間就讀書，在30歲以前就已熟讀了有名的物理學(xué)家波義爾和牛頓的著作。由于他勤奮學(xué)習(xí)，雖然沒有進(jìn)大學(xué)受

25高等教育，卻在科學(xué)領(lǐng)域里有所作為，并獲得了許多有名大學(xué)的榮譽(yù)學(xué)位。他于1753年先后得到美國(guó)歷史最悠久的大學(xué)——哈佛大學(xué)和耶魯大學(xué)的榮譽(yù)學(xué)位。他還是新大陸第一個(gè)長(zhǎng)期性的科學(xué)團(tuán)體——美國(guó)哲學(xué)會(huì)的主要奠基人。富蘭克林的第一個(gè)重大貢獻(xiàn)，就是發(fā)現(xiàn)了“電流”。他在1747年給朋友的一封信中提出關(guān)于電的“單流說”。他認(rèn)為電是一種沒有重量的流體，存在于所有的物體之中。如果一個(gè)物體得到了比它正常的份量更多的電，它就被稱之為帶正電（或“陽電”）；如果一個(gè)物體少于它正常份量的電，它就被稱之為帶負(fù)電（或“陰電”）。根據(jù)富蘭克林的說法，經(jīng)常移動(dòng)的是正電。所謂放電就是正電流向負(fù)電的過程。富蘭克林的這個(gè)說法，在當(dāng)時(shí)確實(shí)能夠比較圓滿地解釋一些電的現(xiàn)象，但對(duì)于電的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)與我們現(xiàn)在的看法卻相反?，F(xiàn)在的看法認(rèn)為：兩個(gè)物體互相摩擦的時(shí)候，容易移動(dòng)的恰恰是帶負(fù)電的電子，如果它們是導(dǎo)體，由于人本身也是導(dǎo)體，過剩的電子或短缺的電子很容易從導(dǎo)體（人體）傳到地下或得到補(bǔ)償，因而摩擦后不顯電性。如果互相摩擦的物體都是絕緣體（即不導(dǎo)電的物體），經(jīng)過摩擦，電子從一方移向另一方，于是雙方就都帶電了，一方帶正電，一方帶負(fù)電，二者電性相反，電量相同。富蘭克林對(duì)電學(xué)的另一重大貢獻(xiàn)，就是通過1752年著名的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，“捕捉天電”，證明天空的閃電和地面上的電是一回事。他用金屬絲把一個(gè)很大的風(fēng)箏放到云層里去。金屬絲的下端接了一段繩子，另外金屬絲上還掛了一串鑰匙。當(dāng)時(shí)富蘭克林一手拉住繩子，用另一手輕輕觸及鑰匙。于是他立即感到一陣猛烈的沖擊（電擊），同時(shí)還看到手指和鑰匙之間產(chǎn)生了小火花。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明：被雨水濕透了的風(fēng)箏的金屬線變成了導(dǎo)體，把空中閃電的電荷引到手指與鑰匙之間。這在當(dāng)時(shí)是一件轟動(dòng)一時(shí)的大事。很多人都在重復(fù)富蘭克林的這一實(shí)驗(yàn)。為什么富蘭克林的這一實(shí)驗(yàn)會(huì)引起這樣的轟動(dòng)？因?yàn)楫?dāng)時(shí)社會(huì)上對(duì)于雷電有一種恐懼心理，大多數(shù)人認(rèn)為雷電是“上帝之火”，是天神發(fā)怒的表現(xiàn)。富蘭克林在美國(guó)費(fèi)城的實(shí)驗(yàn)驚動(dòng)了教會(huì)，他們斥責(zé)他冒犯天威，是對(duì)上帝和雷公的大逆不道。然而，他仍然堅(jiān)持不懈，而且在一年后制造出世界上第一個(gè)避雷針；終于制服了天電。由于教堂高高聳立的塔尖常被雷電所擊，教會(huì)為了保護(hù)教堂，最終也不得不采用了這個(gè)“冒犯天威”的裝置。以前電一直被人們當(dāng)作一種娛樂手段，從此總算找到了實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。富蘭克林的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不僅在美國(guó)有很大的影響，而且影響到世界其他國(guó)家。1753年，俄國(guó)科學(xué)家里希曼在屋頂上裝了一根導(dǎo)線通到實(shí)驗(yàn)室，想用驗(yàn)電器來觀察雷電現(xiàn)象。那時(shí)正逢雷雨交加，一個(gè)火球從上面?zhèn)髁讼聛?，結(jié)果里希曼遭雷擊而死亡。因此，富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)的影響，足以使每個(gè)電學(xué)家避免這種無謂的犧牲。電流現(xiàn)象的研究，對(duì)于人們深入研究電學(xué)和電磁現(xiàn)象有著重要的意義?，F(xiàn)在我們知道，電流就是電荷向一定方向的移動(dòng)。在金屬導(dǎo)體中的電流是靠自由電子的運(yùn)動(dòng)來形成的。電流通過電路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多新的效應(yīng)。如電流通過電燈的時(shí)候，電燈就發(fā)熱發(fā)光；電流通過電風(fēng)扇的時(shí)候，電風(fēng)扇就能轉(zhuǎn)動(dòng)。電流可使蓄電池充電；可帶動(dòng)電伽機(jī)作功??。這些現(xiàn)象表明，電流也是一種能量傳輸過程，電能可以通過各種特定的器件轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。

26電流可存在于固體、液體或氣體中。雷電現(xiàn)象，就是人們最早注意到大氣中的電流現(xiàn)象。富蘭克林傳奇式的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)使人們了解到雷電和摩擦帶電的關(guān)系。隨著避雷針的發(fā)明，逐漸消除了人們對(duì)雷電的恐懼心理。但在18世紀(jì)末之前，人們對(duì)電流現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)也僅到此為止，基本上仍然是一無所知。那么，最早開始電流研究的是哪一位科學(xué)家呢？意大利的解剖學(xué)教授伽伐尼（1737～1798）被人們認(rèn)為是最早開始電流研究的人。據(jù)記載，伽伐尼的發(fā)現(xiàn)是一次偶然性的發(fā)現(xiàn)。1780年的一次極為普通的閃電現(xiàn)象，引起了他的思考。這次閃電使伽伐尼解剖室內(nèi)桌子上與鉗子和鑷子環(huán)接觸的一只青蛙腿發(fā)生痙攣現(xiàn)象。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度使他沒有放棄對(duì)這個(gè)“偶然”的奇怪現(xiàn)象的研究，他花費(fèi)了整整12年的時(shí)間，研究像青蛙腿這種肌肉運(yùn)動(dòng)中的電氣作用。最后，他發(fā)現(xiàn)如果使神經(jīng)和肌肉同兩種不同的金屬（例如銅絲和鐵絲）接觸，青蛙腿就會(huì)發(fā)生痙攣。這種現(xiàn)象是在一種電流回路中產(chǎn)生的現(xiàn)象。在這里，蛙腿的肌肉是導(dǎo)體回路的一部分，肌肉和兩種不同的金屬絲構(gòu)成了世界上第一個(gè)電流回路。肌肉的痙攣表明有電流通過，起到了電流指示器的作用。根據(jù)這種現(xiàn)象，他還制成了“伽伐尼電池”。但是，伽伐尼對(duì)這種電流現(xiàn)象的產(chǎn)生原因仍然未能回答，他認(rèn)為蛙腿的痙攣現(xiàn)象是“動(dòng)物電”的表現(xiàn)，由金屬絲構(gòu)成的回路只是一個(gè)放電回路。伽伐尼的看法在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界引起了巨大的反響，人們自然地聯(lián)想到海洋當(dāng)中的一些帶電的魚，如電鰻、電，人們?cè)诤Ｖ腥绻贿@種魚觸及身體，也會(huì)有電擊的感覺。這說明在一些動(dòng)物體內(nèi)也貯存著電。但是，另一位意大利科學(xué)家伏打（1745～1827）不同意伽伐尼的看法，他認(rèn)為電存在于金屬之中，而不是存在于肌肉中，他于1782年在寫給朋友的信中說：“關(guān)于所謂動(dòng)物電，您是怎樣考慮的呢？我相信一切作用都是由于金屬與某種潮濕的東西相接觸才發(fā)生的”。兩種明顯不同的意見引起了科學(xué)界的爭(zhēng)論，并使科學(xué)界分成兩大派，他們的論戰(zhàn)十分激烈，每一方都指責(zé)對(duì)方是異端邪說，標(biāo)榜自己觀點(diǎn)的正確。爭(zhēng)論的結(jié)果是伏打的見解占了優(yōu)勢(shì)。但很可惜，因?yàn)橘しツ嵊?798年就因病去世了，他再也不能知道這場(chǎng)爭(zhēng)論的勝負(fù)，再也聽不到爭(zhēng)論的結(jié)果了。1800年春季，即19世紀(jì)第一個(gè)年頭的春天，有關(guān)電流起因的爭(zhēng)論有了進(jìn)一步的突破。怎么會(huì)引起這種突破呢？這又要從伏打說起，伏打在他自己看法的指導(dǎo)下發(fā)明了著名的“伏打電池”。這種電池是由一系列圓形鋅片和銀片相互交迭而成的裝置，在每一對(duì)銀片和鋅片之間，用一種在鹽水或其他導(dǎo)電溶液中浸過的紙板隔開。銀片和鋅片是兩種不同的金屬，鹽水或其他導(dǎo)電溶液作為電解液，它們構(gòu)成了電流回路?，F(xiàn)在看來，這只是一種比較原始的電池，是由很多鋅電池連接而成為電池組。但在當(dāng)時(shí)的歷史時(shí)期，伏打能發(fā)明這種電池確實(shí)是很不容易的。伏打電池可以說是伏打贈(zèng)給19世紀(jì)的寶貴禮物。他的這個(gè)發(fā)明為電流效應(yīng)的應(yīng)用開創(chuàng)了前景，并很快成為進(jìn)行電磁學(xué)和化學(xué)研究的有力工具。由此，伏打和與他同時(shí)代的別的國(guó)家的不少科學(xué)家，得出了各種有趣的結(jié)果，當(dāng)時(shí)的報(bào)紙和雜志上不時(shí)登出各種各樣新發(fā)現(xiàn)的消息。有了電池，英國(guó)的化學(xué)家戴維（1778～1829）才有可能奠定電離理論基礎(chǔ)，并且分離出鈉、鉀、鍶、硼、鈣、氯、氟、碘等元素，促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展，并進(jìn)而促使他的助手法拉第建立了電解定律。伏打雖然發(fā)明了電池裝置，但并不了解這種裝置的道理。戴維闡明了這

27種裝置的道理，指出這類電池的電流來自化學(xué)作用。但不管怎樣，伏打的發(fā)明使人們第一次獲得了可以人為控制的持續(xù)電流，為今后電流現(xiàn)象的研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。伏打本人由于這項(xiàng)貢獻(xiàn)，被許多國(guó)家的科學(xué)院選為院士，據(jù)說1801年法國(guó)的拿破侖曾親臨現(xiàn)場(chǎng)觀看了伏打的實(shí)驗(yàn)表演，并授予他一枚特制的金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，以表彰他發(fā)現(xiàn)電流的貢獻(xiàn)。污膜之謎在1892年的一天，著名科學(xué)家泰勒用一架照相機(jī)拍照，等拍完后他才發(fā)現(xiàn)鏡頭上有一層污膜，鏡頭已經(jīng)嚴(yán)重地失去了光澤。為了得到滿意的照片，他只好把臟鏡頭擦拭干凈，重新拍了一張。幾天之后，底板沖洗出來了，他驚奇地發(fā)現(xiàn)，用臟鏡頭拍出來的照片反而比用干凈的鏡頭拍出來的清晰得多。這個(gè)現(xiàn)象，他實(shí)在感到莫名其妙。他把這個(gè)意想不到的發(fā)現(xiàn)告訴朋友們，可是誰也不相信這是真的。這個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)并沒有引起人們的注意。污膜之謎就留了下來。40年后，這件事傳到了科學(xué)家鮑爾那里，他覺得泰勒發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象有進(jìn)一步探索的價(jià)值。他反復(fù)地做了許多實(shí)驗(yàn)，但是都不成功。后來，鮑爾設(shè)法把溴化鉀鍍?cè)谑⑸?，在石英表面形成一個(gè)薄膜。當(dāng)他對(duì)薄膜上的反射光和透射光進(jìn)分析以后發(fā)現(xiàn)，反射光中失去了某些波長(zhǎng)的光，而這些光正是透射光中所多出來的；而透射光中所缺少的成分，正是反射光中所多出來的。這個(gè)發(fā)現(xiàn)使鮑爾非常高興，因?yàn)樗业搅宋勰ぶi的答案了。原來，污膜之謎就是由于光的薄膜干涉所造成的。當(dāng)光波射到鏡頭上的污膜時(shí)，一部分光波在它的前表面反射出來，另一部分光波射入污膜又從它的后表面反射了出來。由于這兩列反射光波頻率相同，所以能發(fā)生干涉現(xiàn)象。如果污膜的厚度恰好等于綠光波長(zhǎng)的四分之一時(shí)，則兩列反射光波的路程差等于綠光波長(zhǎng)的二分之一，由于它的波峰與波谷疊加，使波的振動(dòng)互相抵消，反射的綠光減少了，透射到鏡頭里的綠光就得到增強(qiáng)。照相機(jī)的感光片跟人眼睛里的視網(wǎng)膜一樣，對(duì)綠光最敏感，微弱的綠光就能使它感光，但對(duì)紫色、紅色的光反應(yīng)就很遲鈍。泰勒所用照相機(jī)鏡頭上污膜的厚度恰好等于綠光波長(zhǎng)的四分之一，則綠光在反射中相干相消，而使透射光增強(qiáng)。由于透過鏡頭的綠光多一些，照片自然就會(huì)清晰得多。若把污膜擦拭下去，鏡頭表面光亮了，它就成了很好的反射面，則透過綠光的部分反而減少，因此照片就模糊了。人們通過實(shí)驗(yàn)和理論研究發(fā)現(xiàn)，透鏡的每一個(gè)反射表面，至少把大約4％的直射光反射回去，一塊透鏡有兩個(gè)表面，那么光線通過透鏡時(shí)，至少有8％的光被反射回去而損失掉。在現(xiàn)代的光學(xué)儀器中，如攝影機(jī)、電影機(jī)等，一個(gè)鏡頭要由幾片甚至十幾片透鏡組成，這樣由于光線的反射造成的總損失就大多了。例如潛水艇使用的潛望鏡，是用20多個(gè)棱鏡組成的，共有40多個(gè)反射面，若每個(gè)反射面至少有4％的反射損失，再加上一些其他的吸收損失，最后進(jìn)入觀察者眼睛里的光只有原來的10％左右了。由于透過光少得可憐，觀察者通過潛望鏡看到外界物體的像既暗又不清晰。照相機(jī)鏡頭也是由幾個(gè)透鏡組成的，每個(gè)透鏡表面的反射光會(huì)在各個(gè)反射面上來回反射，產(chǎn)生害處很大的雜散光。這些雜散光造成感光片上出現(xiàn)陰影、雜影光斑和雙像，使成像的質(zhì)量大大降低了。

28怎樣消除表面反射造成的后果呢？人們?cè)谕哥R和棱鏡的表面涂上一層薄膜（一般用氟化鎂），當(dāng)薄膜的厚度等于入射光在薄膜中波長(zhǎng)的1/4時(shí)，在薄膜兩個(gè)表面上反射的光，路程差恰好等于半個(gè)波長(zhǎng)，由于干涉互相抵消。這樣大大地減少了光的反射損失，增大了透射光的強(qiáng)度。因此，人們把這層薄膜叫做“增透膜”。人射光一般是白光，是由各種不同波長(zhǎng)的單色光復(fù)合而成的。增透膜不可能使所有波長(zhǎng)的反射光都互相抵消。因此，在確定薄膜厚度時(shí)，應(yīng)該使光譜中間部分的綠色光，在垂直入射時(shí)其反射光完全抵消。這樣光譜邊緣部分的紅光和紫光并沒有顯著削弱，所以有增透膜的光學(xué)鏡頭呈淡紫色。登山隊(duì)員所戴眼鏡上也涂一層薄膜，這層薄膜起什么作用呢？我們知道，太陽光照射到雪地上，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的漫反射。反射光中的紫外線可以傷害人的眼睛，強(qiáng)烈的綠光對(duì)眼睛的傷害也很大，它們使人頭暈?zāi)垦＃踔潦谷穗p目失明，這就是所謂的“雪盲”。用什么辦法來預(yù)防“雪盲”呢？人們?cè)谘坨R表面鍍一層氟化鎂的薄膜，當(dāng)薄膜的厚度恰好等于綠光在薄膜中波長(zhǎng)的1/2時(shí)，則綠光在薄膜兩個(gè)表面上的反射光路程差等于一個(gè)波長(zhǎng)，因而產(chǎn)生的干涉加強(qiáng)，增大了綠光的反射損失，減少了透射光的強(qiáng)度。眼鏡上這層干涉濾光膜就像忠誠(chéng)的門衛(wèi)，把傷害眼睛的光拒之門外，保衛(wèi)著眼睛的安全！宇宙射線的發(fā)現(xiàn)1912年，奧地利科學(xué)家赫斯通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了宇宙射線。他的這一發(fā)現(xiàn)，不僅解決了困惑物理學(xué)界100多年的難題，而且開辟了基本粒子研究的新領(lǐng)域，因此有極其深刻的歷史意義。由于這一重大發(fā)現(xiàn)，1936年赫斯獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。1785年，法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵霭l(fā)現(xiàn)，放在空氣中的帶電體會(huì)逐漸地失去電荷。當(dāng)時(shí)，人們已經(jīng)知道空氣是良好的絕緣體，是不導(dǎo)電的。那么，帶電體上的電荷為什么會(huì)丟失呢？無法解釋。因此，空氣漏電問題在此后一個(gè)多世紀(jì)里始終是物理學(xué)界中的一個(gè)謎。1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾在一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)中發(fā)現(xiàn)含鈾礦物能放出穿透能力很強(qiáng)的射線，同時(shí)實(shí)驗(yàn)探測(cè)技術(shù)也有了很大提高，使物理學(xué)家們受到啟發(fā)，才又重新把注意力放在空氣漏電問題的實(shí)驗(yàn)研究上。1900年威爾遜用密閉的驗(yàn)電器進(jìn)行大氣漏電率的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在黑暗中和漫反射的日光中漏電率相等，并且正、負(fù)電荷漏電率也相等。同年，德國(guó)科學(xué)家蓋特爾和埃爾斯特在不同高度和不同天氣條件下做了同樣的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)帶電體在晴天的漏電率比霧天大，離地面高處的漏電率比在低處大，高處負(fù)電荷的漏電率比正電荷大。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空氣中存在著某種來歷不明的離子源。該離子源在空氣中每立方厘米、每秒鐘產(chǎn)生約20個(gè)離子對(duì)。1903年，盧瑟福分別用鉛、鐵和水作屏蔽物，試圖隔斷離子源與驗(yàn)電器的聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果出乎意外，如果屏蔽層很薄，對(duì)漏電性沒有什么影響，加屏蔽層厚度，漏電率減小，但只能減小30％左右。通過實(shí)驗(yàn)分析，盧瑟福認(rèn)為空氣的漏電性是由于某種輻射造成的，并且這種輻射放出的帶電粒子有很強(qiáng)的貫穿能力。那么，這種輻射是地球上天然放射性物質(zhì)產(chǎn)生的嗎？于是，人們把實(shí)驗(yàn)放在高空去做，以避免地面放射物質(zhì)的影響。1910年伍爾夫制作了一臺(tái)靈敏度很高的靜

29電計(jì)，在距離地面300多米的埃菲爾鐵塔上做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空氣的漏電率減小了，但仍然無法排除空氣被電離。此時(shí)，有的學(xué)者猜想，這種輻射不是來自地球本身，可能是來自地球之外，但因?qū)嶒?yàn)證據(jù)不足，無法證實(shí)。完成這一重大發(fā)現(xiàn)的任務(wù)就落到赫斯的肩上。赫斯1883年生于奧地利，父親是林業(yè)工人。他于1910年在格拉茨大學(xué)獲得博士學(xué)位。赫斯在前人研究的基礎(chǔ)上，吸取他們的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。一方面改進(jìn)了探測(cè)儀器，用密閉的電離室代替靜電計(jì)；另一方面準(zhǔn)備乘氣球進(jìn)入高空測(cè)量大氣的漏電率。當(dāng)時(shí)，由于缺乏遙測(cè)技術(shù)，必須由實(shí)驗(yàn)者攜帶探測(cè)儀器，乘氣球一同升入高空，所以有一定危險(xiǎn)性。1911年，赫斯帶著改進(jìn)的儀器，進(jìn)行首次高空探測(cè)。當(dāng)氣球升到1070米時(shí)，赫斯測(cè)得大氣的漏電率，與地面上基本相同。因而他初步斷定，在高空中已經(jīng)排除了地面放射性的影響，那么引起空氣漏電的原因必然在地面以外。從而更加堅(jiān)定了他進(jìn)行高空探測(cè)的信心。1912年，赫斯又進(jìn)行了7次高空探測(cè)。尤其是最后一次，為了讓氣球升得更高，給氣球充以氫氣，使實(shí)際上升的高度達(dá)到5350米。探測(cè)結(jié)果表明，在1500米以下，大氣的漏電率與地面基本相同，隨著高度的增加，大氣的漏電率明顯增大。這一發(fā)現(xiàn)意義非同尋常，因?yàn)樗f明地球之外確實(shí)存在著輻射源，這種輻射源放射出貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)的射線，它能到達(dá)大氣層的下面使密閉的驗(yàn)電器導(dǎo)電，這就是地面上空氣漏電的真正原因。在赫斯實(shí)驗(yàn)之后，柯爾霍斯特為了證實(shí)赫斯的結(jié)論，在1913年和1914年又進(jìn)行了多次高空探測(cè)，氣球上升高度達(dá)到9300米，探測(cè)儀器更精密，測(cè)量結(jié)果也更準(zhǔn)確。探測(cè)結(jié)果給赫斯的結(jié)論以強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)支持。1936年，赫斯在獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)時(shí)，他說：“1912年，我曾利用氣球升到高空進(jìn)行探測(cè)，密閉容器中的電離是隨地面高度的增大而減小，即地球中的放射性物質(zhì)的影響減小了。但是在高于1000米時(shí)，電離達(dá)到地面觀測(cè)值的數(shù)倍。當(dāng)時(shí)我得出結(jié)論說，這種電離可能是由于迄今還不知道的穿透能力很強(qiáng)的輻射從外部空間進(jìn)入地球大氣引起的?！边@種未知的輻射最初被稱為“赫斯輻射”，后來密立根把它命名為“宇宙射線”，意即來自地球之外的宇宙空間的高能粒子流，簡(jiǎn)稱“宇宙線”。通過幾十年的研究，人們把在地球大氣層外的宇宙射線叫做“初級(jí)宇宙射線”，其成分主要是質(zhì)子，其次是a粒子，還有少數(shù)輕原子核。它們的能13量極高，可達(dá)10電子伏特以上。它們進(jìn)入大氣層后，跟空氣中的原子核發(fā)生碰撞，引起核的分裂并產(chǎn)生一系列其他粒子，通過這些粒子與周圍物質(zhì)的相互作用和自身的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生了“次級(jí)宇宙射線”，其成分中有2/3以上是介子，它的穿透本領(lǐng)很大，甚至可穿過1000米的深水；另外主要是電子和光子，穿透本領(lǐng)較小。人們對(duì)宇宙射線的研究已有80多年的歷史，但遠(yuǎn)未終結(jié)。到目前為止，我們對(duì)宇宙射線的來源還不清楚。著名物理學(xué)家海森堡曾經(jīng)說過：（宇宙）射線的研究已經(jīng)推進(jìn)了我們對(duì)物理學(xué)基本問題的理解。??因?yàn)橛钪嫔渚€包含了最小尺度（基本粒子）和最大尺度“宇宙”中物質(zhì)行為的信息。”發(fā)現(xiàn)電子

30原子到底是什么？它是否確實(shí)存在？自從古希臘唯物主義哲學(xué)家德漠克利特最早提出這個(gè)概念以來，一直是物理學(xué)家爭(zhēng)論不休的問題。伊薩克·牛頓設(shè)想原子為某種微小臺(tái)球的東西，目的為了說明他的由運(yùn)動(dòng)中的質(zhì)量組成機(jī)械宇宙。他在1704年寫道：“在我看來，可能是上帝最初把物質(zhì)造成緊密、有質(zhì)量、堅(jiān)硬、不可分的活動(dòng)粒子，其大小、形狀和其他性質(zhì)，以及它們對(duì)空間的比例都最符合于制造它們的目的?！绷孔诱摰膭?chuàng)始人馬克斯·普朗克則根本懷疑原子的存在。牛津大學(xué)名譽(yù)校長(zhǎng)，出任過三次英國(guó)首相，四次外相的索爾茲伯里侯爵（1830～1903）1894年還說道：“每種元素的原子是什么，是不是一種運(yùn)動(dòng)，或一件東西，或一個(gè)旋渦，或一個(gè)具有惰性的點(diǎn)，它的可分是否有限度，如果有，限度是怎樣造成的，元素的長(zhǎng)串名單是否是最后的，它們之中的一些是否有共同的起源，所有這些問題都一直像過去那樣深深地籠罩在黑暗之中”。然而這一切，隨著X射線和放射性的發(fā)現(xiàn)，原子的秘密即將揭開，20世紀(jì)上半葉，基本科學(xué)的巨大驚人事件將在物理學(xué)中發(fā)生。英國(guó)劍橋大學(xué)有個(gè)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，是為了紀(jì)念1810年去世的著名科學(xué)家卡文迪許而建立的，它創(chuàng)建于1874年。第一任實(shí)驗(yàn)室主任就是偉大的物理學(xué)家麥克斯韋，他創(chuàng)建了電磁理論，并指出光是電磁波。第二任主任是瑞利，他和拉姆賽一起發(fā)現(xiàn)了空氣中的惰性氣體。1884年，湯姆生作了第三任實(shí)驗(yàn)室主任，在獲悉倫琴、貝克勒爾等人的發(fā)現(xiàn)后他立即著手研究陰極射線?？ㄎ牡显S實(shí)驗(yàn)室有各種精密的物理學(xué)儀器，有研究電磁學(xué)的光榮傳統(tǒng)。湯姆生在研究了普呂克、希托夫、古德斯坦以及克魯克斯的工作以后，他想：既然陰極射線是帶電的粒子，又能夠被磁場(chǎng)和電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，那么就可以利用這個(gè)特點(diǎn)來測(cè)定陰極射線的速度、質(zhì)量和電荷。湯姆生設(shè)計(jì)了一個(gè)陰極射線管，在管子一端裝上陰極和陽極，在陽極上開了一條細(xì)縫，這樣一來，通電后陰極射出的陰極射線就穿過陽極的細(xì)縫成為細(xì)細(xì)的一束，一直射到玻璃管的另一端。這一端的管壁上涂有熒光物質(zhì)，或者裝上照相底片。在射線管的中部裝有兩個(gè)電極板，通上電壓以后就產(chǎn)生電場(chǎng)。電場(chǎng)越強(qiáng)，陰極射線通過電場(chǎng)后偏轉(zhuǎn)就越大。電場(chǎng)強(qiáng)度和偏轉(zhuǎn)程度都可以測(cè)量出來。這時(shí)候在射線管外面又加上一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)能使陰極射線向相反的方向偏轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度可以使它們對(duì)陰極射線的作用正好相互抵消，結(jié)果陰極射線不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。湯姆生測(cè)量了在這種情況下的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度，利用物理學(xué)定律計(jì)算出了陰極射線的速度。這速度非?？欤蠹s是每秒三萬公里（相當(dāng)于光速的1/10）。接著他又測(cè)量了組成陰極射線的帶電粒子的電荷和質(zhì)量的比值，發(fā)現(xiàn)這種帶電粒子的質(zhì)量非常小，大約是氫原子的質(zhì)量的1/2000。湯姆生作了許多實(shí)驗(yàn)。他用金、銀、銅、鎳等各種金屬作陰極，他測(cè)量了不同陰極上射出的帶電粒子，發(fā)現(xiàn)它們的電荷和質(zhì)量的比值都是一樣的。他又把不同的氣體：氫氣、氧氣、氮?dú)??充到管內(nèi)，陰極上射出的帶電粒子的電荷和質(zhì)量的比值還是一樣的。這就說明了一個(gè)非常重要的問題：不管陰極的射線是由由電極產(chǎn)生的還是由管內(nèi)氣體產(chǎn)生的，結(jié)果都一佯。也就是說，在各種物質(zhì)中都有一種質(zhì)量約為氫原子質(zhì)量的1/2000的帶陰電的粒子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是1897年10月完成

31的。1897年4月30日，湯姆生在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)講演的時(shí)候曾經(jīng)指出：陰極射線是從陰極燒熱而放出的帶負(fù)電的粒子，并被吸至陽極。這些粒子能被電場(chǎng)所偏移，并能被磁場(chǎng)彎折成曲線軌道。它們遠(yuǎn)比氫原子輕，并且如果將管內(nèi)充入氣體，它們也都相同而“不管放射通過什么氣體”。由于它們比已知的最輕的物質(zhì)還要輕，而且不管是從什么物質(zhì)產(chǎn)生的都一樣，因此它們一定是物質(zhì)的某種基本組成部分，如果它們只是一部分，那么就必定有一個(gè)整體。真實(shí)的物質(zhì)電子意味著真實(shí)的物質(zhì)原子，這就第一次用物理實(shí)驗(yàn)具有說服力的證實(shí)了物質(zhì)的粒子學(xué)說。在卡文迪許的年度宴會(huì)上，他們歌唱J·J·湯姆生的成功：粒子現(xiàn)在獲勝了，而且自由跑掉了，變成陰極射線了。有了電子這個(gè)武器，并且從別的實(shí)驗(yàn)知道，當(dāng)一個(gè)原子剃掉了其電子時(shí)，剩余物是一個(gè)質(zhì)量很大并帶正電的東西，湯姆生在下一個(gè)10年里著手研究一種原子模型，后來被稱為“葡萄干布丁”模型。湯姆生的原子，“若干帶負(fù)電的粒子包含在一個(gè)帶均勻正電的球內(nèi)”，像葡萄干在布丁里，它是一個(gè)混合體，包括粒子形的電子和彌漫著的其他物質(zhì)。這個(gè)模型的有益之處是可以用數(shù)學(xué)方法證明電子在原子內(nèi)能排列成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而這種數(shù)學(xué)上的穩(wěn)定安排可以說明化學(xué)元素的相似性和規(guī)律性，如同元素周期表所顯示出來的那樣。開始了解到元素間的化學(xué)親合力是電子造成的，化學(xué)最終是電作用。關(guān)于電，從18世紀(jì)以來，許多科學(xué)家都在研究。他們認(rèn)為電也有一種最小的粒子，并且起名叫做電子。如今，湯姆生真的發(fā)現(xiàn)了這個(gè)電的小微?！娮印ｊ帢O射線實(shí)際就是高速的電子流。后來人們又發(fā)現(xiàn)，熾熱的電燈絲也會(huì)發(fā)射電子，光照在某些物質(zhì)上也會(huì)發(fā)出電子，電子在各種物質(zhì)中都有，它是原子的組成部分。后來人們更精密地測(cè)定了電子的質(zhì)量，它是氫原子質(zhì)量的1/1837。現(xiàn)在大家都公認(rèn)，是湯姆生在1897年正式發(fā)現(xiàn)了電子。這是19世紀(jì)末最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。20世紀(jì)是電子時(shí)代，是原子時(shí)代。電子的發(fā)現(xiàn)撩開了原子神密的面紗，為人類打開了這個(gè)新時(shí)代的大門。要知道，湯姆生的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)際上就是電視顯像管的前身。盡管電視顯像管十分復(fù)雜，但基本原理卻是一樣的。在今天，你可以在放映電視的時(shí)候作一下湯姆生的實(shí)驗(yàn)，只要拿一塊磁鐵放在顯像管旁邊，就會(huì)看到電視的映像變了形狀。這是因?yàn)榇艌?chǎng)對(duì)顯像管中的電子束起了偏轉(zhuǎn)作用。揭開原子結(jié)構(gòu)秘密1871年8月30日，恩內(nèi)斯特·盧瑟福出生在新西蘭的納爾遜市附近的一個(gè)小村子里。父親是個(gè)小農(nóng)場(chǎng)主，是英國(guó)移民的后裔，家里有12個(gè)孩子。父母親省吃儉用送他上學(xué)，由于盧瑟福學(xué)習(xí)刻苦，成績(jī)優(yōu)秀，總是名列前茅，因此他一直獲得了獎(jiǎng)學(xué)金。1892年他從新西蘭大學(xué)畢業(yè)。這段艱苦求學(xué)的經(jīng)歷培養(yǎng)了盧瑟福一種認(rèn)準(zhǔn)了目標(biāo)就百折不撓勇往直前的精神！由于他對(duì)磁學(xué)方面出色的研究，得到一筆獎(jiǎng)金，這才使他于1895年秋天

32能前往英國(guó)，在劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室任主任、著名的物理學(xué)家約瑟夫·約翰·湯姆生教授門下當(dāng)一名研究生。湯姆生非常欣賞盧瑟福的才能，1898年加拿大麥克吉爾大學(xué)物理學(xué)教授空缺，學(xué)校派專人前往英國(guó)物理學(xué)人才最集中的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室來聘請(qǐng)教授。湯姆生雖然不愿放走嶄露頭角的盧瑟福，但他還是向加拿大方面熱情地推薦了自己的得力助手。湯姆生在推薦信中寫道：“在獨(dú)創(chuàng)性的科學(xué)研究中，我從未見過有比盧瑟福先生更加熱情和干煉有為的學(xué)生。我認(rèn)為，不論哪所大學(xué)若請(qǐng)到盧瑟福先生去擔(dān)任物理學(xué)教授，將是十分幸運(yùn)的?！本瓦@樣，27歲的盧瑟福前往加拿大擔(dān)任物理學(xué)教授，他在麥克吉爾大學(xué)工作了9年，把原來無足輕重的物理系建成了馳名世界的物理實(shí)驗(yàn)室，在他精心的指導(dǎo)下，一群學(xué)生各自探索科學(xué)中的許多領(lǐng)域，發(fā)表了具有世界水平的論文達(dá)50多篇。在加拿大工作期間，盧瑟福研究了天然放射性現(xiàn)象，并取得了巨大成就。1899年，他發(fā)現(xiàn)鈾放射出來的射線是多種多樣的。他讓這些射線垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向通過磁場(chǎng)，根據(jù)射線被磁場(chǎng)偏折的程度，他判斷出有一種射線是帶正電荷的，另一種射線是帶負(fù)電荷的，第三種射線根本不帶電。盧瑟福用希臘文的頭三個(gè)字母給這三種射線命名，分別稱為α射線、β射線和γ射線。后來，他進(jìn)一步研究提出，帶正電的α射線就是氦原子核，帶負(fù)電的β射線就是高速電子流。在麥克吉爾大學(xué)工作期間，盧瑟福還發(fā)現(xiàn)了新的放射性元素釷。1902年，他發(fā)現(xiàn)放射性元素在放出射線以后，其放射性強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，最后變成另一種元素。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，他提出了放射性元素的衰變理論。因此，在1908年，盧瑟福獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他對(duì)自己不是獲得物理獎(jiǎng)而是獲得化學(xué)獎(jiǎng)而感到意外，他在得獎(jiǎng)演說中風(fēng)趣地說：“我竟搖身一變，變成一位化學(xué)家了?！辈⒂哪卣f：“我現(xiàn)在從一個(gè)物理學(xué)家向一個(gè)化學(xué)家的變化是我到目前為止所見到的最快的變化。”1907年，盧瑟?；氐接?guó)，應(yīng)聘擔(dān)任了曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)教授。他以趕超劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室為自己的奮斗目標(biāo)，以充沛的精力和驚動(dòng)全世界的科學(xué)成就，使曼徹斯特大學(xué)第一次成為全世界的科學(xué)中心之一。在曼徹斯特大學(xué)工作期間，盧瑟福最大的科學(xué)成就之一是提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。事情是這樣的，湯姆生發(fā)現(xiàn)電子的事實(shí)，使人們打破了原子是不可分割的物質(zhì)最小單位的概念。既然電子是從原子里出來的，那么除電子之外，原子里還有什么東西呢？電子在原子里又是怎樣分布的呢？為了說明原子的結(jié)構(gòu)，湯姆生提出了一個(gè)原子模型。他認(rèn)為，既然原子從整體上看是中性的，而電子是帶負(fù)電荷的，所以原子里必定有等量的正電荷存在。為了說明原子的穩(wěn)定性，他假設(shè)電子均勻地分布在原子內(nèi)的正電荷中，并在平衡位置附近振動(dòng)。人們俗稱湯姆生的原子模型為“葡萄干蛋糕模型”。當(dāng)時(shí)，許多人認(rèn)為湯姆生的模型已經(jīng)成功地解決了原子結(jié)構(gòu)的問題。而盧瑟福則認(rèn)為，要了解原子里面有什么東西，最好是用“炮彈”打到原子里面去試探一下。他所選用的“炮彈”就是α粒子。1909年，盧瑟福的助手蓋革和馬斯頓進(jìn)行了著名的“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”。他們用α粒子去轟擊很薄的金箔做的靶子，并通過熒光屏記數(shù)來觀測(cè)穿過金箔的α粒子被金原子散射的情況。實(shí)驗(yàn)表明，絕大多數(shù)α粒子筆直地穿過金箔，有少數(shù)α粒子發(fā)生了偏折，只有極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏折，甚至被反彈回來。如果根據(jù)湯姆生的模型來計(jì)算，根本不可能出現(xiàn)向后反彈的α粒子。事后盧瑟?；貞浀溃骸霸谖业?/p>

33一生中，那是一件最難以置信的事。這就像你發(fā)射了一顆38厘米口徑的炮彈射向一張薄薄的衛(wèi)生紙時(shí)，卻被那張紙彈回來而打在你身上一樣不可置信。”但是，實(shí)驗(yàn)事實(shí)是毋容置疑的。始終把實(shí)驗(yàn)看得高于一切的盧瑟福認(rèn)為，湯姆生的模型與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不相符。于是，在1911年，他提出了“小太陽系”的原子模型：“原子的中心有一個(gè)核心，叫做原子核。電子圍繞原子核在不停地旋轉(zhuǎn)，原子質(zhì)量的絕大部分以及原子內(nèi)的全部正電荷都集中在原子核上?！北R瑟福根據(jù)“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”發(fā)現(xiàn)了原子核，這件事具有重大科學(xué)意義。他因?yàn)殚_創(chuàng)了原子核物理學(xué)這一新領(lǐng)域，被人們尊稱為原子核物理學(xué)之父。1919年，湯姆生因身兼兩職而辭去了劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任職務(wù)，讓賢推薦盧瑟福擔(dān)任這個(gè)現(xiàn)代物理研究中心的主任職務(wù)。就在這一年，他用α粒子轟擊氮的原子核，成功地實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。從1925年到1930年，盧瑟福擔(dān)任了倫敦皇家學(xué)會(huì)主席。1931年，由于他在科學(xué)發(fā)展上所建立的功績(jī)，受封騎士稱號(hào)，并享有納爾遜勛爵的爵位。他于1937年10月19日卒于劍橋，并葬于牛頓和法拉第的墓地之側(cè)。盧瑟福不僅在科學(xué)研究方面取得了巨大的成就，而且在培養(yǎng)人才方面也作出了卓越的貢獻(xiàn)。他培養(yǎng)的科研集體被人們親切地稱為“科學(xué)家的幼兒園”。在這個(gè)幼兒園里，他培養(yǎng)了兩代世界上第一流的物理學(xué)家。在他的助手和學(xué)生中有14人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，其中玻爾、威爾遜、里查遜、查德威克、阿普頓、布萊克特、鮑威爾、卡皮查、科克羅夫特和瓦爾頓共10人獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；索迪、阿斯頓、亥維賽和哈恩共4人獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這在科學(xué)發(fā)展史上和教育學(xué)史上是空前的，一個(gè)人能培養(yǎng)出這么多的世界科學(xué)冠軍，使全世界的人們都感到驚訝和敬佩！那么，盧瑟福是怎樣培養(yǎng)和教育學(xué)生的呢？下面就請(qǐng)看一看盧瑟福培養(yǎng)人才的故事。1919年4月2日，盧瑟福擔(dān)任了劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任的職務(wù)。當(dāng)時(shí)，他已經(jīng)是一個(gè)赫赫有名的科學(xué)家了，但他仍然是那樣和藹可親、平易近人。晚上，學(xué)生們常常到他家去，聽他夫人彈鋼琴，或聽他活潑愉快的談話。他坐在圓椅上，一邊喝茶，一邊給學(xué)生們講自己的在科研活動(dòng)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，鼓勵(lì)學(xué)生走自己的道路。一天深夜，盧瑟福看到實(shí)驗(yàn)室里燈火通明，就信步走了進(jìn)去。一個(gè)學(xué)生正俯身在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上干著什么。他走上前去，問道：“這么晚了，你還在做什么？”“我在工作?！睂W(xué)生回答?！澳悄惆滋熳鍪裁矗俊薄拔乙苍诠ぷ??！薄澳阍绯恳补ぷ鲉幔俊薄笆堑?，教授?！睂W(xué)生謙恭地回答，滿以為會(huì)得到教授的表揚(yáng)。然而，教授沉吟了一下，批評(píng)道：“可是，這么一來，你還有時(shí)間去思考嗎？”學(xué)生心里感到很委屈。后來，這個(gè)學(xué)生通過仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，每天傍晚，不管實(shí)驗(yàn)工作進(jìn)行得順利還是不順利，盧瑟?？偸窃谧呃壤锷⒉剑欠N神情表明他正在思考。他經(jīng)常對(duì)學(xué)生說：“不要死記硬背，也不要滿足于實(shí)驗(yàn)，而要學(xué)會(huì)思考。只有勤于和善于思考的人，才能獲得知識(shí)，取得成就?！?911年，盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，像一把金鑰匙打開了原子秘

34宮的大門。第二年，丹麥青年物理學(xué)家玻爾來到英國(guó)學(xué)習(xí)。在盧瑟福的指導(dǎo)下，玻爾如饑似渴地汲取著新知識(shí)，通過學(xué)習(xí)和研究，他發(fā)現(xiàn)盧瑟福的“小太陽系”的原子模型還有缺陷。可是，玻爾不敢向盧瑟福提出自己的見解，怕老師生氣。時(shí)間過了半年多，玻爾通過觀察，看到老師平常很樂意聽取學(xué)生的不同意見，對(duì)青年科學(xué)家的意見和對(duì)老一輩科學(xué)家的意見同樣的尊重。玻爾打消了顧慮，認(rèn)真地把自己的意見進(jìn)行了整理，準(zhǔn)備向老師提出來。有一天，盧瑟福正在做實(shí)驗(yàn)，玻爾找到了他，直截了當(dāng)?shù)卣f：“教授，我想跟您談?wù)?。?duì)您的原子模型，我有不同看法?！薄笆裁?？”盧瑟福既像惱又像喜的反映，使得玻爾不敢說下去。教授放下手中的實(shí)驗(yàn)，急切地等待玻爾說下去，看著玻爾吱吱吾吾的樣子，就笑著說：“這幾天我預(yù)感到會(huì)有人向我‘開炮’，小伙子，說吧！”玻爾聽了老師熱情鼓勵(lì)的話語，惶惶然的心情才平靜下來，他把自己的見解一古腦兒地全部說了出來：“我認(rèn)為電子可能處在原子核外幾種穩(wěn)定的軌道當(dāng)中，每種軌道相當(dāng)于一定的能級(jí)。當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，它從一個(gè)軌道跳躍到另一個(gè)軌道，這個(gè)能級(jí)的變化就表現(xiàn)為輻射或吸收一定能量的光??”盧瑟福聽完玻爾的意見，他聳了聳肩膀，高興地說：“你對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型作了重大發(fā)展，立了一功。”接著，他熱情地指導(dǎo)玻爾進(jìn)行深入的研究，并囑咐玻爾趕快把研究成果寫成論文交給他。1913年，玻爾回到祖國(guó)丹麥，擔(dān)任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授。三月，他把論文寄給盧瑟福，經(jīng)過多次修改，經(jīng)盧瑟福推薦，玻爾的論文在《哲學(xué)雜志》上發(fā)表了。玻爾的這一研究成果，震動(dòng)了學(xué)術(shù)界。人們把這種原子模型稱為“盧瑟?！柲Ｐ汀?。玻爾因此于1922年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1931年9月，玻爾已經(jīng)是哥本哈根大學(xué)理論物理研究所所長(zhǎng)，他邀請(qǐng)老師盧瑟福到丹麥講學(xué)。在丹麥科學(xué)家歡迎盧瑟福的晚宴上，玻爾致了熱情洋溢的歡迎詞，他說：“盧瑟福教授無視一切清規(guī)戒律，沒有媚上欺下的勢(shì)力眼。他最樂于關(guān)心年輕學(xué)生，他傾聽年輕學(xué)生的意見，就像傾聽一個(gè)公認(rèn)的科學(xué)權(quán)威意見一樣?！?933年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的一個(gè)新實(shí)驗(yàn)室——蒙德實(shí)驗(yàn)室落成了，物理學(xué)家卡皮查請(qǐng)來英國(guó)藝術(shù)家，讓他雕塑三個(gè)像：一個(gè)是出資興建實(shí)驗(yàn)室的蒙德先生的像，另一個(gè)是盧瑟福的像，還有一個(gè)是一條鱷魚的像。有人好奇地問：“為什么要雕一條鱷魚的像呢？”卡皮查解釋說：“鱷魚象征著科學(xué)。鱷魚是一種從不向后看的動(dòng)物，像科學(xué)一樣，它張開吞食一切的大口，不斷前進(jìn)。”接著補(bǔ)充道：“鱷魚代表一家之父，極為關(guān)心后代??”他請(qǐng)藝術(shù)家雕塑鱷魚的像，是為了充分體現(xiàn)盧瑟福在科學(xué)研究上勇往直前的堅(jiān)強(qiáng)性格和嘔心瀝血關(guān)心后輩的精神。1937年10月17日，盧瑟福逝世的噩耗傳到丹麥，玻爾悲痛欲絕地說：“歐內(nèi)斯特·盧瑟福對(duì)我來說，幾乎是我的第二個(gè)父親?！睘榱思o(jì)念這位偉大的老師，玻爾給自己最小的兒子起名為“歐內(nèi)斯特”。奧斯特與電、磁據(jù)說，世界上最早注意到磁現(xiàn)象的人是古希臘的自然哲學(xué)家、史稱“科

35學(xué)元祖”的泰勒斯。在古希臘，人們把磁鐵礦石稱作“馬格尼斯”。當(dāng)時(shí)，古希臘人都是萬物有靈論者，他們對(duì)磁鐵礦石能吸引鐵粉的現(xiàn)象，感到迷惑不解。泰勒斯曾留下了這樣一種斷言：“萬物充滿了神的意志，馬格尼斯吸引鐵是因?yàn)樗徐`魂的緣故?！痹谔├账挂院蟮穆L(zhǎng)歲月中，人們發(fā)現(xiàn)了更多的磁現(xiàn)象。1600年，英國(guó)物理學(xué)家和醫(yī)師，曾任英國(guó)女王伊麗莎白一世御醫(yī)的吉爾伯特，首先用磁石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)磁石相互吸引和排斥，以及磁針傾斜等現(xiàn)象，認(rèn)為地球是一個(gè)巨大磁體。首先注意到琥珀之類的物質(zhì)，從而對(duì)磁現(xiàn)象進(jìn)行了研究，寫了一本題為《磁石》的暢銷書，書中對(duì)地磁現(xiàn)象做了獨(dú)特的說明。但是，在論及磁現(xiàn)象的本質(zhì)時(shí)，吉爾伯特和泰勒斯一樣，也認(rèn)為物質(zhì)中潛在著靈魂的作用。直到1820年，丹麥著名物理學(xué)家和化學(xué)家奧斯特通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，終于揭開了磁現(xiàn)象的本質(zhì)，從而破除了泰勒斯的靈魂論神話。1777年8月14日，奧斯特生于丹麥蘭格朗的魯克賓。他的父親是個(gè)藥劑師，在家庭的熏陶下，奧斯特從小就對(duì)物理、化學(xué)發(fā)生了濃厚的興趣。奧斯特自幼聰明好學(xué)，在小學(xué)，中學(xué)讀書時(shí)，始終名列班級(jí)前茅。1794年，年僅17歲的奧斯特考取了哥本哈根大學(xué)免費(fèi)生，攻讀醫(yī)學(xué)和自然科學(xué)。1799年，以優(yōu)異的成績(jī)畢業(yè)并獲得博士學(xué)位。這一年，奧斯特受聘擔(dān)任哥本哈根醫(yī)學(xué)院的化學(xué)助教。奧斯特的興趣廣泛，學(xué)問深博，不僅酷愛物理和化學(xué)，而且對(duì)天文、哲學(xué)、文學(xué)等也頗有研究。他是康德哲學(xué)的信奉者，并和當(dāng)時(shí)世界著名童話作家安徒生交往甚密。為了進(jìn)一步擴(kuò)大自己的知識(shí)領(lǐng)域，奧斯特于1801年至1804年，先后去德國(guó)、法國(guó)等地繼續(xù)學(xué)習(xí)深造，在那里結(jié)交了許多著名科學(xué)家。1804年，奧斯特帶著從國(guó)外學(xué)到的豐富而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，回到了祖國(guó)。1806年，奧斯特受母校的聘請(qǐng)，擔(dān)任哥本哈根大學(xué)物理、化學(xué)教授。他開始積極從事電流和聲學(xué)的研究。經(jīng)過奧斯特堅(jiān)持不懈的努力，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，為電磁場(chǎng)理論的建立做出了重大的貢獻(xiàn)。奧斯特是怎樣發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)的呢？奧斯特深受康德、謝林等人關(guān)于各種自然力相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)思想的影響，在自然科學(xué)研究中，始終堅(jiān)持自然界各種現(xiàn)象相互聯(lián)系的觀點(diǎn)。早在1803年，他就指出：我們的物理學(xué)將不再是關(guān)于運(yùn)動(dòng)、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的任何其他現(xiàn)象的零散羅列，而是將整個(gè)宇宙容納在一個(gè)體系之中。奧斯特正是從自然現(xiàn)象相互聯(lián)系的觀點(diǎn)出發(fā)，去研究和探索電與磁之間的關(guān)系的。長(zhǎng)期以來，磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象一直是被分別進(jìn)行研究的，特別是吉爾伯特對(duì)電和磁的現(xiàn)象進(jìn)行分析對(duì)比后斷言，電和磁是兩種截然不同的現(xiàn)象后，很多科學(xué)家都認(rèn)為電和磁之間不可能有什么關(guān)系。法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鲈C明：“電與磁是完全不同的實(shí)體”；另一位法國(guó)物理學(xué)家，安培定律的創(chuàng)立者安培也說過：“電和磁是相互獨(dú)立的兩種不同的流體”；英國(guó)物理學(xué)家、光的波動(dòng)說的奠基人托馬斯·楊在他的《自然哲學(xué)講義》中說：“沒有任何理由去設(shè)想電與磁之間存在任何直接的聯(lián)系。”然而，也有一些人猜測(cè)電和磁之間可能存在著某種聯(lián)系。一位名叫威克菲爾德的小商人，就曾描述過雷電使他箱子中的刀、叉、鋼針磁化現(xiàn)象；1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電可以使焊條、鋼針磁化或退磁。1774年，德國(guó)

36巴伐利亞電學(xué)研究院為了激勵(lì)科學(xué)家們深入研究電和磁之間的關(guān)系問題，提出了一個(gè)有獎(jiǎng)?wù)魑念}目《電力和磁力是否存在著實(shí)際的和物理的相似性呢？》不少人去努力探索，但都沒有取得什么成果。但是，奧斯特卻一直堅(jiān)信電、磁、光、熱等現(xiàn)象存在著內(nèi)在的聯(lián)系。特別是當(dāng)富蘭克林發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電能使鋼針磁化以后，奧斯特更堅(jiān)定了自己的觀點(diǎn)，他認(rèn)為：電可以轉(zhuǎn)化為磁是不成問題的，關(guān)鍵問題在于要尋找轉(zhuǎn)化的條件。1811年，奧斯特在《對(duì)新發(fā)現(xiàn)的化學(xué)自然定律的看法》一文中，提出用電流實(shí)驗(yàn)來弄清楚潛在狀態(tài)下的電是否對(duì)磁具有什么作用。第二年，在這本書的修訂本《對(duì)化學(xué)力和電力的同一性》一文中，奧斯特進(jìn)一步論述了電流與磁的關(guān)系，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，但仍未能發(fā)現(xiàn)電對(duì)磁的作用。困難和挫折并未使奧斯特畏縮，他毫不氣餒，繼續(xù)不斷思考，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究電和磁的關(guān)系?；瘜W(xué)家J.G.佛克哈默曾擔(dān)任過奧斯特的抄寫員，他非常欽佩奧斯特堅(jiān)韌不拔的精神。在奧斯特逝世一周年紀(jì)念會(huì)上，他深情地懷念道：“奧斯特一直在探索這兩種巨大自然力之間的關(guān)系。他過去的著作都證明了這一點(diǎn)，我在1818年到1819年每天跟隨在他左右，可以用自己的經(jīng)歷說明，發(fā)現(xiàn)至今仍然很神秘的（電和磁）聯(lián)系的想法一直縈繞在他的心中?！?819年冬至1820年春，奧斯特在哥本哈根開辦了一個(gè)講座，專門講授電、電流及磁方面的知識(shí)，講座吸引了許多物理知識(shí)的愛好者。1820年4月的一天，在哥本哈根的一個(gè)講演廳里，座無虛席。大家聚精會(huì)神地傾聽著奧斯特的演講。奧斯特深入淺出地講解著電學(xué)知識(shí)，為了讓聽眾較容易地理解那些深?yuàn)W的電學(xué)原理，奧斯特邊講邊做演示實(shí)驗(yàn)。在講課過程中，奧斯特突然想到一個(gè)問題：過去許多科學(xué)家在電流方向上尋找電流對(duì)磁體的效應(yīng)都沒有獲得成功，很可能電流對(duì)磁體的作用不是“縱”向的，而是“橫”向的。于是，奧斯特把導(dǎo)線和磁針平行放置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)，他用的電源是伏打電池，導(dǎo)線是一根細(xì)鉑絲。當(dāng)他把與伏打電池兩端連接的導(dǎo)線平放，并與一枚支在支架上的小磁針平行時(shí)，他驚奇地發(fā)現(xiàn)：靠近鉑絲的小磁針突然擺動(dòng)起來，小磁針向垂直于導(dǎo)線的方向偏轉(zhuǎn)了。小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，對(duì)聽眾來說，幾乎是無動(dòng)于衷，并沒有引起任何一位聽眾的注意，然而，這一不顯眼的現(xiàn)象卻使奧斯特興奮異常，多年盼望出現(xiàn)的現(xiàn)象，終于看到了，這重要的發(fā)現(xiàn)，使奧斯特欣喜若狂：這是電磁之間關(guān)系的一個(gè)確定的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。其實(shí)，這一現(xiàn)象早在1802年就曾被意大利法學(xué)家羅曼諾西發(fā)現(xiàn)，但未引起人們的注意。演講一結(jié)束，奧斯特立即回到自己的實(shí)驗(yàn)室，開始對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行深入細(xì)致的研究。從1820年4月起，一直到7月，奧斯特整整耗費(fèi)了3個(gè)月的時(shí)間，做了60多個(gè)實(shí)驗(yàn)。奧斯特分別將磁針放在導(dǎo)線的上方和下方，考察電流對(duì)磁針作用的方向。他先將導(dǎo)線的一端和伏打電池連接，然后把導(dǎo)線沿南北方向平行地放在小磁針的上方，當(dāng)導(dǎo)線的另一端接通伏打電池的負(fù)極時(shí)，小磁針立即指向東西方向；如果將導(dǎo)線放在磁針的下方，小磁針就向相反的方向偏轉(zhuǎn)。奧斯特還把磁針放在距導(dǎo)線遠(yuǎn)近不同的距離處，檢驗(yàn)電流對(duì)磁針作用的強(qiáng)弱；他把玻璃板、木板或石塊等非磁性物體放在導(dǎo)線和磁針之間，考察電流對(duì)磁針的影響，甚至把小磁針浸在盛水的銅盆中，小磁針都照樣偏轉(zhuǎn)。如果導(dǎo)線沿東西方向放置，無論將導(dǎo)線放在磁針的上方，還是下方，磁針始終保持靜止，絲毫沒有偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

37在反復(fù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，1820年7月21日，奧斯特正式宣布他發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，并在《關(guān)于磁針上電流碰撞的實(shí)驗(yàn)》一文中，詳細(xì)論證和解釋了他的發(fā)現(xiàn)。這篇論文發(fā)表在法國(guó)《化學(xué)與物理學(xué)年鑒》雜志上。這份雜志在當(dāng)時(shí)很有影響，在刊登奧斯特的論文時(shí)，特別作了如下的說明：“《年鑒》的讀者都知道，本刊從不輕意地支持宣稱有驚人發(fā)現(xiàn)的報(bào)告??但是，至于說到奧斯特先生的文章，則其所得的結(jié)果無論顯得多么奇特，都有極詳細(xì)的記錄為證，以至無任何懷疑其謬誤的余地?！笨梢妸W斯特的實(shí)驗(yàn)是多么具有說服力。當(dāng)時(shí)，奧斯特把電流對(duì)磁體的作用稱為“電流碰撞”，或“電流沖擊”，從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出了這種作用的基本特點(diǎn)。他認(rèn)為：這種“電流沖擊”只能作用在磁性粒子上，對(duì)非磁性物體是可以穿過的，磁性物質(zhì)或磁性粒子受到“電流沖擊”時(shí)，就發(fā)生了偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。奧斯特成功地解釋了通電鉑絲附近磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，證明了電可以轉(zhuǎn)化為磁。奧斯特的重大發(fā)現(xiàn)，揭示了電與磁之間的聯(lián)系，為以后法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，麥克斯韋建立統(tǒng)一的電磁場(chǎng)理論奠定了基礎(chǔ)。法拉第后來在評(píng)價(jià)奧斯特的發(fā)現(xiàn)時(shí)說：它猛然打開了一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的大門，那里過去是一片漆黑，如今充滿了光明。奧斯特在成績(jī)面前并未止步。1824年，奧斯特創(chuàng)辦了丹麥科學(xué)知識(shí)振興協(xié)會(huì)，該會(huì)以積極向大眾普及科學(xué)知識(shí)為宗旨。奧斯特經(jīng)常親自舉行講座，深入淺出地講授自然科學(xué)知識(shí)，特別是物理學(xué)知識(shí)。這個(gè)協(xié)會(huì)自1908年起，對(duì)丹麥物理科學(xué)家的出色貢獻(xiàn)授予奧斯特獎(jiǎng)?wù)隆?829年，奧斯特創(chuàng)建了丹麥工程學(xué)院，親自擔(dān)任院長(zhǎng)。奧斯特在科學(xué)研究中的貢獻(xiàn)是多方面的。1820年，他發(fā)現(xiàn)了胡椒中刺激性成分之一的胡椒堿。1822年，他第一次相當(dāng)精確地測(cè)得了水的壓縮系數(shù)。1825年，他首次分離出金屬鋁?，F(xiàn)在，鋁在航空、電力等工業(yè)，以及日常生活中的廣泛作用已眾所周知。由于奧斯特在物理和化學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域都做出了杰出的貢獻(xiàn)，特別是電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，使他名聲大振。1821年，奧斯特被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1823年又當(dāng)選為法國(guó)科學(xué)院院士。同時(shí)，他還是其他一些科學(xué)院和學(xué)會(huì)的會(huì)員。1851年3月9日，奧斯特病逝于哥本哈根，終年74歲。臭斯特是一位謙虛謹(jǐn)慎，堅(jiān)韌不拔追求真理的探索者，他曾經(jīng)說：他唯一的追求就是從研究中得到滿足。為了紀(jì)念這位博學(xué)多才的科學(xué)家，特別是贊揚(yáng)他為電磁學(xué)發(fā)展史所做出的杰出貢獻(xiàn)，從1934年起，用奧斯特的名字命名為磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位，以永遠(yuǎn)紀(jì)念這位著名的物理學(xué)家。有些組織和地區(qū)，還以奧斯特的名字命名和頒發(fā)獎(jiǎng)金、獎(jiǎng)?wù)?。?937年，美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)頒發(fā)奧斯特獎(jiǎng)?wù)?，?jiǎng)勵(lì)卓越的物理學(xué)教師。電磁感應(yīng)現(xiàn)象1820年，丹麥著名物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，揭開了研究電磁本質(zhì)聯(lián)系的序幕，他的這個(gè)重大發(fā)現(xiàn)很快便傳遍了歐洲，并被許多物理學(xué)家所證實(shí)。因此，人們確信電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)。但反過來，磁能產(chǎn)生電嗎？

38許多物理學(xué)家很自然地提出了這個(gè)相反的問題，并開始對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行艱苦的探索。其中，最有成效的是英國(guó)物理學(xué)家法拉第。從1821年到1831年，法拉第整整耗費(fèi)了10年時(shí)間，從設(shè)想到實(shí)驗(yàn)，漫長(zhǎng)的歲月，失敗的痛苦，生活的艱辛，法拉第飽嘗了各種辛酸，經(jīng)過無數(shù)次反復(fù)的研究實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，于1831年確定了電磁感應(yīng)的基本定律，取得了磁感應(yīng)生電的重大突破。然而，法拉第在成績(jī)面前毫不驕傲，繼續(xù)大踏步地勇往直前，繼續(xù)探索科學(xué)的奧秘，取得了累累碩果；發(fā)現(xiàn)了電解定律和電荷的不連續(xù)性；最早進(jìn)行電介質(zhì)的性質(zhì)和氣體放電形式的研究，發(fā)現(xiàn)了順磁性和抗磁性，磁的各向異性；他發(fā)現(xiàn)了光偏振面在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)；把基本物理概念之一——磁場(chǎng)概念引入科學(xué)；創(chuàng)立了用低溫與高壓相結(jié)合的方法使氣體液化的工藝；發(fā)明了電壓電流表、電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)、變壓器等等。俄國(guó)著名物理學(xué)家斯托列托夫贊譽(yù)道：“在伽利略之后，人類再?zèng)]有看到像法拉第那樣能作出如此驚人和多樣發(fā)現(xiàn)的人，也未必能很快看到另一個(gè)法拉第?！眰ゴ蟮亩鞲袼挂步o予法拉第很高的評(píng)價(jià)，稱他是“最偉大的電學(xué)家。”法拉第的科學(xué)造詣，已經(jīng)達(dá)到了絕大多數(shù)人認(rèn)為的世界科學(xué)成就的最高峰。英國(guó)皇家學(xué)院院長(zhǎng)廷德爾教授特地請(qǐng)法拉第擔(dān)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)的職務(wù)。可是，這位“當(dāng)代最優(yōu)秀的科學(xué)家”，卻拒絕了這個(gè)榮譽(yù)職位。法拉第說：“廷德爾，我決心一輩子當(dāng)一個(gè)平凡的邁克爾·法拉第?！边@句話充分地概括了法拉第一生中不平凡的人格，同時(shí)，他的出身確確實(shí)實(shí)是平凡到了極點(diǎn)。1791年9月22日，法拉第出生在英國(guó)倫敦郊區(qū)的一個(gè)普通的鐵匠家庭。父親由于勞累成疾，經(jīng)常停工，所以家境貧寒，全家的生活常?？看壬茩C(jī)構(gòu)的救濟(jì)來勉強(qiáng)維持，有時(shí)甚至一個(gè)星期，法拉第只能吃到一個(gè)面包。法拉第后來回憶說：他的重年是在饑餓和寒冷中度過的。所以法拉第一生中幾乎沒有受過什么正規(guī)的學(xué)校教育。由于家境貧困，法拉第很小就開始自己謀生。12歲時(shí)，法拉第在離家不遠(yuǎn)的一個(gè)書店里當(dāng)送報(bào)童，既要到外面送取報(bào)紙，又要在店里打雜，工作十分繁重。禮拜天也不例外。法拉第必須天亮以前就起床，才能來得及分送好報(bào)刊，待客戶們看完后再及時(shí)地收回。顧客們都喜歡這位眼睛明亮、滿頭棕色卷發(fā)的小伙子。書店老板見法拉第工作既勤快，又肯動(dòng)腦筋，在一年的年終時(shí)，破例提升他到店里的書籍裝訂處當(dāng)一名“免費(fèi)藝徒”，并兼管售書。這份新的工作，對(duì)法拉第來說，猶如上帝送給他的圣誕禮物?，F(xiàn)在，法拉第總算有了機(jī)會(huì)，不但可以看到書刊的外殼，更令他興奮的是可以熟悉書刊的內(nèi)容了。法拉第很快就學(xué)會(huì)了裝訂書籍的手藝，而且裝訂得又快又好。法拉第像富蘭克林少年時(shí)期一樣，完全靠頑強(qiáng)的刻苦自學(xué)，才獲得豐富的知識(shí)的。法拉第刻苦自學(xué)，閱讀各種書籍。他常常一邊裝訂書，一邊翻閱著書中的文章，并利用書店的廢紙訂成筆記本，摘錄著各種資料。他幾乎利用了所有工余時(shí)間，拼命地讀書。書店老板是個(gè)好心腸的人，對(duì)勤奮好學(xué)的法拉第十分憐愛，他說：“讀吧，法拉第，好好讀吧！愛讀什么就讀什么。訂書匠只管書的外表，可是你知道了書里的內(nèi)容，那也沒有什么壞處?！狈ɡ趲缀醢褧昀镅b訂好的新書都看遍了。書是人類知識(shí)的寶庫，勤奮讀書便是開啟知識(shí)寶庫的金鑰匙。法拉第在書店工作的8年間，始終堅(jiān)持不懈地刻苦讀書，他的頭腦就像一塊巨大的海綿一樣，盡情地在知識(shí)的海洋

39中貪婪地吸吮著，為他日后從事科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。法拉第后來在回憶這段日子時(shí)說：“在當(dāng)學(xué)徒的時(shí)候，我愛看手邊的科學(xué)書，其中最愛讀的是瑪西特夫人的《化學(xué)漫談》和《大英百科全書》中的電學(xué)論文。我做了一些花費(fèi)得起的實(shí)驗(yàn)，每星期花上幾個(gè)便士，還制成了一種電學(xué)機(jī)械，起初用小玻璃瓶，后來就用真正的金屬圓筒以及其他這類電學(xué)儀器?！狈ɡ趶拈_始學(xué)習(xí)就很重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)，他平時(shí)省吃儉用，從微薄的收入中節(jié)約出一點(diǎn)錢，購買了一些最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)照書本一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。店老板看了法拉第的實(shí)驗(yàn)后稱贊說：“這孩子真不尋常！”法拉第正是通過這樣孜孜不倦的學(xué)習(xí)和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，不僅了解了大量的科學(xué)知識(shí)，而且訓(xùn)練了自己的實(shí)驗(yàn)技能，逐漸摸索到了科學(xué)的門徑，靠自學(xué)掌握了有關(guān)電和化學(xué)的基礎(chǔ)理論。1812年初秋的一天，一位常來書店的皇家學(xué)會(huì)會(huì)員亞當(dāng)斯先生知道法拉第很喜歡化學(xué)和物理，便送給他4張皇家學(xué)院科學(xué)演講會(huì)的入場(chǎng)券。主講人是皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、皇家學(xué)院的化學(xué)教授戴維，他是電化學(xué)的創(chuàng)始人之一，他主講的內(nèi)容是關(guān)于電學(xué)的研究。法拉第懷著極大的興趣聆聽了戴維的演講，并做了詳盡細(xì)致的聽講記錄。法拉第被深深打動(dòng)了，他決心尋找自己的科學(xué)之路。法拉第對(duì)科學(xué)充滿了憧憬，他寫信給倫敦學(xué)會(huì)主席班克斯，希望能到皇家學(xué)院去工作，但遭到了回絕。法拉第并不灰心。他把戴維教授的4次演講記錄。經(jīng)過精心整理，在有些地方，根據(jù)自己的理解加以發(fā)揮補(bǔ)充，還畫了許多插圖，注明戴維教授做的一些示范實(shí)驗(yàn)，并把這份聽講記錄裝訂成冊(cè)，在書脊上燙上金字。然后，法拉第把這本自己精雕細(xì)刻的《享·戴維爵士演講錄》寄給戴維教授、同時(shí)附了一封言辭懇切的求職信。法拉第在信中訴說了自己貧困的身世，以及對(duì)科學(xué)的向往，他迫切渴望能得到一個(gè)可以接觸科學(xué)技術(shù)的職位，只要能參與為人類造福的科學(xué)事業(yè)，不論待遇怎么低，他都十分樂意。1812年12月25日，戴維收到了書和信。開始，他感到很奇怪，自己從未出版過什么演講錄，哪里出的這本書呢？他真沒有想到，自己的4次演講總共不過4個(gè)多小時(shí)，而這本演講錄竟有380頁之多。所講的都詳盡地記錄在里面，還補(bǔ)充了許多沒有講的內(nèi)容，這本書凝聚著整理者多少敬仰和心血?。∽x了法拉第的信后，戴維被這個(gè)年輕人的身世和熱情深深感動(dòng)了。從這個(gè)陌生的年輕人身上，戴維著到了一種最寶貴的東西——對(duì)科學(xué)的熱愛和獻(xiàn)身精神。圣誕節(jié)前夕，戴維到皇家學(xué)院去，找到皇家學(xué)院理事佩皮斯先生，建議錄用這個(gè)有志向的年輕人到皇家學(xué)院來工作。佩皮斯說：“叫他來洗瓶子吧！要是他還有點(diǎn)用，那他會(huì)來的，要是他不肯來干，那他就是個(gè)沒用的人?！碑?dāng)天晚上，戴維就給法拉第寫了回信：“承蒙寄來大作，讀后不勝愉快。它展示了你巨大的熱情，記憶力和專心致志的精神。最近我不得不離開倫敦，到月底才能回來。我很樂意為你效勞。我希望這是我力所能及的事?！?813年3月1日，在戴維教授推薦下，法拉第的愿望終于實(shí)現(xiàn)了，他進(jìn)入了皇家學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室，給戴維教授當(dāng)助手，開始了他的科學(xué)創(chuàng)造生涯，在皇家學(xué)院整整工作了50年。法拉第埋頭苦干，洗瓶子、擦桌子，拖地板，把實(shí)驗(yàn)室打掃得干干凈凈。法拉第頭腦靈敏，喜歡動(dòng)腦筋分析問題，很快就熟悉了電化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一些

40實(shí)驗(yàn)技術(shù)。為人謙虛的法拉第總是恭敬地向教授提出一些建議，深受戴維教授的賞識(shí)，允許他參加自己的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作。不久，法拉第就可以獨(dú)擋一面地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一些成績(jī)。沒有幾個(gè)月的時(shí)間，戴維已對(duì)法拉第寄予完全的信任，邀請(qǐng)法拉第作他的“哲學(xué)助手”，陪伴他一同到歐洲各大城市去講學(xué)。戴維一生中有過許多重要的發(fā)現(xiàn)，但是，他后來卻自豪地說：“我一生中最偉大的發(fā)現(xiàn)，是法拉第?！?813年10月13日，法拉第有幸隨同戴維教授到歐洲大陸各國(guó)訪問和講學(xué)。對(duì)于一個(gè)鐵匠的兒子，一個(gè)足跡從未越出倫敦地平線的22歲的年輕人來說，這次歐洲之行，實(shí)在不亞于《愛麗絲奇遇記》一書中的女主角愛麗絲的漫游奇境。法拉第在日記中寫道：“今天早晨迎來了我一生的新時(shí)代?！睆?813年10月到1815年3月的一年半中，法拉第跟隨導(dǎo)師先后到了法國(guó)、意大利、德國(guó)、比利時(shí)、瑞士等地，這對(duì)于年輕的法拉第來說，是一次極好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使他開闊了眼界，接受了鍛煉，有機(jī)會(huì)認(rèn)識(shí)了當(dāng)時(shí)許多知名的科學(xué)家，如安培、蓋—呂薩克、洪波爾特等，并參觀了他們的實(shí)驗(yàn)室。在日記中，法拉第記下了自己興奮的心情：“夜間海上燦爛的波光”、“莊嚴(yán)雄偉的群山”，“籠罩在霧鬢云鬟里的楓丹白露的森林”，“維蘇威火山的噴火口——那個(gè)噴出一串串的煙塵和一陣陣赤熾的石流的無底洞穴?！痹谌沼浿?，他還詳細(xì)地記錄了戴維在各地講學(xué)的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過程，以及各國(guó)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)方法，風(fēng)格特長(zhǎng)等。這次出訪，對(duì)后來法拉第在電學(xué)和化學(xué)方面取得重大成就，起了很大的作用。回國(guó)后，法拉第立即投入了緊張的科研工作。當(dāng)時(shí)皇家學(xué)院被公認(rèn)為是“最高深的科學(xué)研究和最佳、最專門化的科學(xué)講演之家”。法拉第經(jīng)常參加皇家學(xué)院的講習(xí)會(huì)，有時(shí)也充當(dāng)一個(gè)臨時(shí)性的講師。他的一個(gè)朋友描繪了一幅粗略，卻頗為生動(dòng)的法拉第立在講壇上的畫像：“年輕人熱情洋溢，滿臉春風(fēng)習(xí)習(xí)，歡樂為其友，邪惡為其敵，他衣冠修整，平凡而又恭謙。為真理而耕耘，不為名利而賣力?！碑?dāng)時(shí)，法拉第每星期的收入僅有30先令，但是他從不在乎名和利，全心身地勤奮學(xué)習(xí)和工作，功夫不負(fù)有心人，1816年，25歲的法拉第在《科學(xué)季刊》上發(fā)表了《多斯加尼本生石灰的分析》一文，這是他的第一篇化學(xué)論文。隨后兩年中，法拉第先后發(fā)表了17篇化學(xué)分析方面的論文。其中一篇關(guān)于火焰的論文，大膽地指出當(dāng)時(shí)理論中存在的一些謬誤，法拉第研究氯氣和其他氣體凝結(jié)過程的成就引起了倫敦科學(xué)界的注意。法拉第終于靠刻苦自學(xué)，勤勉工作成長(zhǎng)為一名年輕有為的科學(xué)家。這期間，法拉第愛上了一位年輕女郎——撒拉·巴納德。盡管早年法拉第曾經(jīng)在筆記本上寫過一段諷刺愛情的話：“什么是愛情？除當(dāng)事人而外，它是每一個(gè)人都討厭的東西?！钡?，現(xiàn)在法拉第完全不同了，他開始一個(gè)勁地向撒拉表示愛慕之情，甚至惹起她的討厭也在所不顧。撒拉·巴納德在法拉第給她的書面求婚書上寫了幾個(gè)字：“愛情使哲學(xué)家成了糊涂蟲?！闭軐W(xué)家用他獻(xiàn)身科學(xué)的鍥而不舍的精神，堅(jiān)持自己的“糊涂舉動(dòng)”，丘比特的愛情之箭終于射中了巴納德小姐的芳心。1821年，他們結(jié)為伉儷，雖然婚后沒有子女，但是兩人恩愛無間，白頭偕老。后來，法拉第非常滿意地說：“結(jié)婚比任何其他事件更強(qiáng)烈地促進(jìn)了我的塵世的幸福和健全的思維能

41力。??，除了變得更加親密和熾熱之外，再?zèng)]有發(fā)生任何變化?！钡拇_，法拉第的妻子非常賢惠，在幾乎長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，撒拉無微不至地照顧著法拉第，讓她的丈夫毫無牽掛地在科學(xué)領(lǐng)域里自由翱翔。1821年，法拉第擔(dān)任皇家學(xué)院實(shí)驗(yàn)室總監(jiān)和代理實(shí)驗(yàn)室主任，后來被推選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1825年接替戴維任實(shí)驗(yàn)室主任。從1821年起，法拉第開始進(jìn)行電和磁的研究。1821年10月21日，他發(fā)表了第一篇電磁學(xué)論文《論某些新的電磁運(yùn)動(dòng)兼磁學(xué)理論》。法拉第根據(jù)自己做的大量實(shí)驗(yàn)，確信電和磁就像銅幣的圖案和字樣一樣，是同一事物的兩個(gè)方面，既然電流可以產(chǎn)生磁，那么為什么磁不能產(chǎn)生電流呢？法拉第在日記中寫下了一個(gè)嶄新的研究課題：“把磁轉(zhuǎn)變成電”。為了把這個(gè)閃光的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，法拉第含辛茹苦，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里度過整整10個(gè)春秋了，做了成百上千次的實(shí)驗(yàn)，電池組已增加到120個(gè)電瓶，這說明同最初的實(shí)驗(yàn)相比，電流量增大了120倍，做實(shí)驗(yàn)用的線圈，已不知更換了多少。然而，實(shí)驗(yàn)仍未取得決定性的突破。面對(duì)一次次的失敗，法拉第毫不氣餒，繼續(xù)苦苦地探索著。1831年秋季的一天，和風(fēng)吹過，天氣已經(jīng)開始轉(zhuǎn)涼，法拉第還是穿著那件舊外套，埋頭在實(shí)驗(yàn)室里緊張地工作著。他復(fù)查了全部實(shí)驗(yàn)記錄，逐件仔細(xì)檢查了實(shí)驗(yàn)器具，連一根小導(dǎo)線都不放過，并對(duì)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法也進(jìn)行了全面的反省。法拉第慎重地開始了又一次實(shí)驗(yàn)。法拉第用一根長(zhǎng)為220英尺的銅絲繞在一個(gè)圓筒上，線圈的兩端連著一個(gè)電流計(jì)。當(dāng)他用一根磁鐵插入或抽出線圈時(shí)，電流計(jì)就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)；如果磁鐵在線圈中不動(dòng)時(shí)，電流計(jì)就不動(dòng)。于是他得出結(jié)論：只有磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng)時(shí)才能產(chǎn)生電流，他把這個(gè)發(fā)現(xiàn)稱作電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這種電流叫作感應(yīng)電流。后來，法拉第又改變了實(shí)驗(yàn)方法，他把線圈放在磁鐵的兩極之間，當(dāng)線圈不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈中就能產(chǎn)生持續(xù)不斷的電流。這一重大發(fā)現(xiàn)，為制造發(fā)電機(jī)奠定了基礎(chǔ)。法拉第整整耗費(fèi)了10年的心血，終于在自己40歲時(shí)獲得了成功，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這是電學(xué)發(fā)展史上一個(gè)劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。然而，當(dāng)法拉第向皇家學(xué)會(huì)做報(bào)告時(shí)，竟有人用懷疑的口吻問他：這個(gè)發(fā)現(xiàn)究竟有什么用？法拉第反問道：“新生嬰兒有什么用？”回答得多么巧妙啊！新生嬰兒具有強(qiáng)大的生命力，電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)則預(yù)示著人類將進(jìn)入一個(gè)嶄新的電氣時(shí)代！法拉第實(shí)現(xiàn)了“把磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟钡睦硐牒?，并不滿足，再接再勵(lì)，提出了一系列新的研究課題，接二連三地作出了許多新的重要的發(fā)現(xiàn)：他發(fā)現(xiàn)了電解定律；發(fā)現(xiàn)了自感現(xiàn)象；發(fā)現(xiàn)了磁光效應(yīng)；發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的抗磁性等等。法拉第成為近代電磁學(xué)的奠基人。法拉第不僅在電磁學(xué)方面取得了杰出的成就，在化學(xué)方面也有很多重要的貢獻(xiàn)：他發(fā)現(xiàn)了兩種新的氯化碳，創(chuàng)制了光學(xué)玻璃的新品種，研究了合金鋼的性能，還發(fā)現(xiàn)了苯，對(duì)有機(jī)化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。法拉第一生取得了如此輝煌的成就，但他從不倨功自傲。他在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，寫信給他的朋友菲利浦斯說：“我正再忙于研究電磁學(xué)。我想，我撈到了一點(diǎn)好東西?？墒菦]有把握，或許我花費(fèi)了那么多勞動(dòng)，撈到的不是一條魚，而是一團(tuán)水草?！逼鋵?shí)，何止是一條魚，這不僅是19世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一，也是整個(gè)科學(xué)史上的最偉大發(fā)現(xiàn)之一。法拉第是多么的謙

42虛，多么的謹(jǐn)慎?。『头ɡ谕瑫r(shí)代的法國(guó)著名作家大仲馬高度評(píng)價(jià)法拉第說：“我不知道是否會(huì)有一位科學(xué)家，能夠像法拉第那樣，留下許多令人愜意的成就，當(dāng)作贈(zèng)與后輩的遺產(chǎn)而不自滿??，他的為人異常質(zhì)樸，愛慕真理異常熱烈；對(duì)于各項(xiàng)成就，滿懷敬意；別人有所發(fā)現(xiàn)，力表欽羨；自己有所得，卻十分謙遜；不依賴別人，一往直前的美德。所有這些融合起來，就使這位偉大的物理學(xué)家的高尚人格，添上一種罕有的魅力?！狈ɡ谏砩虾庇械镊攘?，就是他一生致力于科學(xué)研究事業(yè)，從不貪圖任何榮譽(yù)。他先后辭掉了倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)和皇家研究院院長(zhǎng)等職務(wù)；謝絕了倫敦大學(xué)教授和其他大學(xué)欲授予他的名譽(yù)學(xué)位，也不肯接受要加封給他的爵位。他成名之后，世界各國(guó)贈(zèng)給他的各種學(xué)位頭銜多達(dá)94個(gè)，他把所有的榮譽(yù)證書和獎(jiǎng)?wù)露际詹仄饋?，連最親近的朋友都未見過。他對(duì)朋友說：“我從來沒有為追求這些榮譽(yù)而工作?！彼矏劭茖W(xué)研究工作勝于各種榮譽(yù)，他曾說：“自然哲學(xué)家應(yīng)當(dāng)是這樣一種人：他愿意傾聽每一種意見，卻下決心要自己作出判斷。他應(yīng)當(dāng)不被表面現(xiàn)象所迷惑，不對(duì)每一種假設(shè)有偏愛，不屬于任何學(xué)派，在學(xué)術(shù)上不盲從大師。他應(yīng)該重事不重人。真理應(yīng)當(dāng)是他的首要目標(biāo)。如果有了這些品質(zhì)，再加上勤勉，那么他確實(shí)可以有希望走進(jìn)自然的圣殿?！边@正是法拉第一生為人類科學(xué)事業(yè)作出如此巨大貢獻(xiàn)的真實(shí)寫照。赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波1893年12月7日，波恩大學(xué)教授，著名的德國(guó)物理學(xué)家赫茲抱病堅(jiān)持上完一生中的最后一堂課。第二年的元旦這天，便英年早逝了，年僅37歲！赫茲的一生雖然短暫，但他發(fā)現(xiàn)電磁波的杰出貢獻(xiàn)，卻一直為后世傳誦。1887年，赫茲首先發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了電磁波的存在。當(dāng)時(shí)，年僅29歲。赫茲的重大發(fā)現(xiàn)，不但為無線電通信創(chuàng)造了條件，并且從電磁波的傳播規(guī)律，確定電磁波和光波一樣，具有反射、折射和偏振等性質(zhì)，驗(yàn)證了麥克斯韋關(guān)于光是一種電磁波的理論推測(cè)。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋提出電磁場(chǎng)的理論，并從理論上推測(cè)到電磁波的存在，可惜他也是英年早逝，只活了48歲，未能用實(shí)驗(yàn)來證明自己推測(cè)的正確性。當(dāng)時(shí)，沒有人能理解麥克斯韋的學(xué)說，因此，他的功績(jī)生前并未得到重視，直到他死后近10年，赫茲發(fā)現(xiàn)并證明了電磁波存在后，人們才意識(shí)到麥克斯韋理論的重要性。如果把電磁理論的建立比做一座宏偉的大廈，那么，為這座大廈奠定了堅(jiān)實(shí)地基的是法拉第；在堅(jiān)實(shí)的地基上建成這座大廈的是麥克斯韋；為這座雄偉的大廈進(jìn)行內(nèi)部裝修，使它能夠最后被人們廣泛使用的是赫茲。人們?yōu)榱思o(jì)念這位年輕的科學(xué)家為人類做出的不朽功勛，用他的名字來命名物理學(xué)和數(shù)學(xué)的一些概念，如“赫茲波”、“赫茲矢量”、“赫茲函數(shù)”等，并采用“赫茲”作為頻率的單位。1857年2月22日，亨利希·赫茲生于德國(guó)漢堡一個(gè)富裕的市民家庭里。他的父親是個(gè)律師，后來當(dāng)選為參議員。赫茲小時(shí)候先在私立學(xué)校讀書，后來才轉(zhuǎn)進(jìn)市立學(xué)校學(xué)習(xí)。1875年畢業(yè)于約翰奈斯中學(xué)。赫茲在少年時(shí)代就顯示了自己非凡的聰明才智，以及出眾的實(shí)驗(yàn)才能。由于他超群的天資和刻苦鉆研，在校時(shí)各門功課均名列前茅，不僅數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、英語、法語等必修課，就加阿拉伯語等選修課成績(jī)也

43很突出，以致他的老師建議他去學(xué)東方學(xué)。老師給他的畢業(yè)評(píng)語是：“這位中學(xué)畢業(yè)生具有敏銳的邏輯，可靠的記憶和敘述問題的靈巧。缺點(diǎn)是講話有些單調(diào)?！焙掌澤倌陼r(shí)期就非常喜愛動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，開始進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)，特別喜歡做力學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)。為了提高自己的動(dòng)手功夫，他便利用課余時(shí)間去向一位細(xì)木工學(xué)習(xí)手藝，還去向車工師傅學(xué)習(xí)車工技術(shù)，練就了一雙靈巧的手。星期天，赫茲從來不休息，他在學(xué)校里學(xué)習(xí)制圖。有趣的是，后來當(dāng)他的車工師傅得知赫茲當(dāng)了物理學(xué)教授的消息時(shí)，曾帶著惋惜的口吻贊嘆道：“唉！真可惜！赫茲本該是一個(gè)多么出色的車工?。　敝袑W(xué)畢業(yè)后，赫茲認(rèn)為自己將來適合當(dāng)一名建筑工程師。于是，1876年春，赫茲考入了德累斯頓高等技術(shù)學(xué)校，學(xué)習(xí)工程學(xué)。這年秋天，赫茲應(yīng)征入伍，在柏林鐵道兵團(tuán)服兵役一年。第二年秋天服役結(jié)束后，赫茲進(jìn)入慕尼黑大學(xué)，繼續(xù)學(xué)習(xí)工程學(xué)。在這里，他有機(jī)會(huì)聆聽了著名物理學(xué)家菲力浦·馮·約里的物理課和數(shù)學(xué)課。菲力浦·馮·約里曾是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者普朗克的老師，他深入淺出的講授，深深吸引著他的學(xué)生們，也挑動(dòng)了赫茲的好奇心，使赫茲對(duì)物理學(xué)和自然科學(xué)產(chǎn)生了極大的興趣。赫茲征得父親同意后，棄工從理，專門攻讀物理學(xué)和數(shù)學(xué)，拜約里為師。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，赫茲認(rèn)真刻苦地鉆研法國(guó)著名數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家拉格朗日、拉普拉斯、泊松等人的經(jīng)典著作和科學(xué)史，特別仔細(xì)地閱讀了拉格朗日的《分析力學(xué)》、《解析函數(shù)論》；拉普拉斯的《概率論的解析理論》；以及泊松的《熱的數(shù)學(xué)理論》等數(shù)學(xué)專著，為自己今后的科學(xué)發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)，著名的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家亥姆霍茲和基爾霍夫都在柏林大學(xué)授課，為了能夠聽到這兩位著名教授的課，赫茲申請(qǐng)轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)學(xué)習(xí)。從此，成為亥姆霍茲和基爾霍夫的得意門生。亥姆霍茲是能量守恒和轉(zhuǎn)換定律的奠基人之一，他以科學(xué)家特有的敏銳眼光很快就發(fā)現(xiàn)了這位年輕好學(xué)的大學(xué)生的卓絕才能，并決定從各方面培養(yǎng)赫茲。亥姆霍茲說：“還在他進(jìn)行基本的實(shí)際操作時(shí)，我就感到自己有責(zé)任培養(yǎng)這位天賦非凡的學(xué)生?！痹趯?dǎo)師的指引和幫助下，加上赫茲本身的頑強(qiáng)拼搏，努力探索，終于也成長(zhǎng)為一名著名的物理學(xué)家，最早發(fā)現(xiàn)了電磁波。因此，赫茲終生都對(duì)自己的導(dǎo)師懷著深切的感激之情。1879年暑假前，亥姆霍茲為柏林大學(xué)哲學(xué)系學(xué)生出了一道物理競(jìng)賽題，這個(gè)題目要求用實(shí)驗(yàn)來證明：沿導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的電荷是否具有慣性。赫茲興致勃勃地參加了比賽，取得了最好的成績(jī)。柏林大學(xué)校長(zhǎng)愛德華·策勒爾親自授予赫茲一枚金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?，這是赫茲一生中獲得的第一枚獎(jiǎng)?wù)隆?880年3月15日，赫茲在亥姆霍茲指導(dǎo)下，以《旋轉(zhuǎn)球體中的感應(yīng)》的論文，取得了優(yōu)異成績(jī)，獲得了博士學(xué)位，留在亥姆霍茲研究所，給亥姆霍茲當(dāng)了兩年半助手。在這期間，赫茲潛心鉆研了有關(guān)熱力學(xué)、彈性理論、固體和蒸發(fā)等理論問題，并進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)表了近20篇論文。同時(shí)，他還幫助亥姆霍茲指導(dǎo)實(shí)習(xí)生。1882年，赫茲開始研究稀薄氣體中的光現(xiàn)象。為了使實(shí)驗(yàn)更加精確，赫茲親手制作了許多實(shí)驗(yàn)儀器，如電功計(jì)、濕度表等，花費(fèi)了大量時(shí)間，他后來寫道：“我?guī)仔r(shí)幾小時(shí)地做的工作是：一個(gè)接一個(gè)地鉆孔，弄彎白鐵皮，然后再花幾個(gè)小時(shí)油漆白鐵皮，凡此等等?！?883年5月，赫茲發(fā)表了輝光

44放電的論文。赫茲的研究實(shí)際上是關(guān)于陰極射線的研究，為后來倫琴射線的發(fā)現(xiàn)開辟了道路，并由此揭開了物質(zhì)結(jié)構(gòu)之謎。然而，遺憾的是赫茲生前未能看到那些由他的研究而引起的令人興奮的重大發(fā)現(xiàn)。后來，赫茲接受基爾霍夫教授的建議，轉(zhuǎn)到基爾大學(xué)，擔(dān)任數(shù)學(xué)物理講師。在基爾大學(xué)任教期間，赫茲除了認(rèn)真講課外，還用了很多時(shí)間專心致志地鉆研電動(dòng)力學(xué)。1884年秋，赫茲被聘為卡爾斯魯厄高等技術(shù)學(xué)校物理學(xué)教授。他開始攻克幾年前亥姆霍茲提出的柏林科學(xué)院懸賞獎(jiǎng)的問題。1879年，亥姆霍茲在綜合了當(dāng)時(shí)電磁學(xué)的研究成果，特別是麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上，以“用實(shí)驗(yàn)建立電磁力和絕緣體介質(zhì)極化的關(guān)系”為題，設(shè)置了柏林科學(xué)院懸賞獎(jiǎng)。這個(gè)問題的關(guān)鍵是要用實(shí)驗(yàn)來證明麥克斯韋的位移電流存在的重要理論。赫茲認(rèn)為麥克斯韋的理論是正確的，但是如何用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)電磁波的存在呢？他對(duì)這個(gè)難題進(jìn)行了無數(shù)次實(shí)驗(yàn)，均未取得什么成效。然而，赫茲并沒有灰心，一直思索著解決這道難題的辦法。為了解決這個(gè)懸而未解的問題，赫茲除教書以外，全部時(shí)間都耗在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里。在卡爾斯魯厄高等技術(shù)學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)室中，有一種叫黎斯螺線管的感應(yīng)線圈，這種儀器有初級(jí)和次級(jí)兩個(gè)線圈，它們是相互絕緣的。在實(shí)驗(yàn)中，赫茲發(fā)現(xiàn)：若給初級(jí)線圈輸入脈沖電流，次級(jí)線圈的火花隙中便有電火花發(fā)生。這種現(xiàn)象立即引起了赫茲的注意，他敏銳地感到，這是一種與聲共振現(xiàn)象相似的快速電磁共振過程。他想，電火花的往返跳躍表明在電極間建立了一個(gè)迅速變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，因?yàn)楦鶕?jù)尚未被實(shí)驗(yàn)證明的麥克斯韋的電磁理論，變化的場(chǎng)將以電磁波的形式向周圍空間輻射。赫茲斷定：次級(jí)線圈中火花隙中的電火花，是因?yàn)槌跫?jí)線圈電磁振蕩，次級(jí)線圈受到感應(yīng)的結(jié)果。為了用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)麥克斯韋高深莫測(cè)的電磁場(chǎng)理論，驗(yàn)證電磁波的確存在，赫茲精心設(shè)計(jì)了一個(gè)電磁波發(fā)生器，對(duì)“電火花實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行了一系列深入的研究。赫茲用兩塊邊長(zhǎng)16英寸的正方形鋅板，每塊鋅板接上一個(gè)12英寸長(zhǎng)的銅棒，銅棒的一端焊上一個(gè)金屬球，將銅棒與感應(yīng)圈的電極相連。通電時(shí)，如果使兩根銅棒上的金屬球靠近，便會(huì)看到有火花從一個(gè)球跳到另一個(gè)球。這些火花表明電流在循環(huán)不息，在金屬球之間產(chǎn)生的這種高頻電火花，即電磁波，麥克斯韋的理論認(rèn)為由此電磁波便會(huì)被送到空間去。赫茲為了捕捉這些電磁波，證明它確實(shí)被送到了空間，他用一根兩端帶有銅球的銅絲彎成環(huán)狀，當(dāng)作檢波器。他把這個(gè)檢波器放到離電磁波發(fā)生器10米遠(yuǎn)的地方，當(dāng)電磁波發(fā)生器通電后，檢波器銅絲圈兩端的銅球上產(chǎn)生了電火花。這些火花是怎樣產(chǎn)生的呢？赫茲認(rèn)為：這便是電磁波從發(fā)射器發(fā)出后，被檢波器捉住了；電磁波不僅產(chǎn)生了，而且傳播了10米遠(yuǎn)。1887年11月5日，赫茲將他發(fā)現(xiàn)電磁波的研究成果總結(jié)在《論在絕緣體中電過程引起的感應(yīng)現(xiàn)象》一文中，寄給了亥姆霍茲，論文中用實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。亥姆霍茲一口氣讀完了論文，非常高興地立即寫信給他的得意門生：“手稿收到。好！星期四手稿交付排印?！眱H過3天，赫茲就收到了老師的這封復(fù)信。誰也沒有料想到，赫茲竟用如此簡(jiǎn)單的自制儀器驗(yàn)證了麥克斯韋如此深?yuàn)W的電磁場(chǎng)理論，赫茲的論文出色地解答了1879年亥姆霍茲提出的懸賞難題，由此榮獲柏林學(xué)院的科學(xué)獎(jiǎng)。從此，電磁波的存在得到了確認(rèn)，再也沒有人懷疑了。從此以后，赫茲便專門從事電磁波的研究，他發(fā)現(xiàn)，電磁波可以毫無阻

45礙地穿過墻壁，不過遇到大而薄的金屬片便被阻擋住了。他還測(cè)定了電磁彼的波長(zhǎng)，并計(jì)算了電磁波的傳播速度，發(fā)現(xiàn)它在真空中的傳播速度和光一樣快。赫茲測(cè)量電磁波傳播速度的實(shí)驗(yàn)，選擇了一個(gè)長(zhǎng)、寬、高分別為15米、14米、6米的教室。在離波源13米處的墻面上安裝了一塊4（米）×2（米）的鋅板。當(dāng)從波源發(fā)射出的電磁波經(jīng)鋅板反射后，在空間便形成了駐波。赫茲先用檢波器測(cè)出電磁波的波長(zhǎng)，再根據(jù)直線振蕩器的尺寸算出電磁波的頻率，最后，用駐波法精確地測(cè)量了電磁波的傳播速度。1888年1月，他完成了《論電動(dòng)效應(yīng)的傳播速度》論文，并把論文寄給了老師亥姆霍茲，赫茲在論文中肯定了電磁波的傳播速度等于光速，赫茲的這篇論文發(fā)表后，受到全世界科學(xué)界的矚目。后來發(fā)現(xiàn)X射線的倫琴教授寫信向赫茲祝賀，贊揚(yáng)他的這些實(shí)驗(yàn)是近幾年物理學(xué)中最優(yōu)異的成果。接著，赫茲又進(jìn)行了電磁波的反射、折射、偏振等一系列實(shí)驗(yàn)，證明了電磁波與光波一樣，具有反射、折射和偏振等物理性質(zhì)，他撰寫了《論電力射線》一文，論證了電磁波與光波的同一性?，F(xiàn)在我們常說的無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波。赫茲的這些突出的成就獲得了當(dāng)時(shí)科學(xué)界的高度評(píng)價(jià)。他的恩師亥姆霍茲贊揚(yáng)說：“光——這種如此重要的和神秘的自然力——與另一種同樣神秘的或許更多地應(yīng)用的力——電——有著最近的親緣關(guān)系，令人信服地證實(shí)這種現(xiàn)象無疑是一項(xiàng)重大的成就。現(xiàn)在，人們開始懂得，那些曾設(shè)想是遠(yuǎn)距直接作用的力是如何通過一層中間介質(zhì)作用于最近一層介質(zhì)的途徑而傳播的，這一點(diǎn)對(duì)理論科學(xué)來說可能更加重要。”從1888～1892年，年僅三十幾歲的赫茲，相繼被聘為柏林科學(xué)院、劍橋哲學(xué)學(xué)會(huì)、曼徹斯特哲學(xué)學(xué)會(huì)等重要學(xué)術(shù)團(tuán)體或組織的成員，并先后受到維也納科學(xué)院、法國(guó)科學(xué)院、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)、都靈科學(xué)院等的嘉獎(jiǎng)，表彰赫茲對(duì)人類做出的杰出貢獻(xiàn)。找到了中子根據(jù)對(duì)原子核模型的預(yù)測(cè)，盧瑟福的實(shí)驗(yàn)中氮原子核被α粒子轟擊后放出質(zhì)子而變成氧原子核。真的是這樣嗎？這還需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證實(shí)?？茖W(xué)家布拉克特用云霧室研究了這個(gè)核反應(yīng)。云霧室是盧瑟福的老同事威爾遜發(fā)明的。這是一個(gè)圓盒子，盒子中的空氣含有過飽和的水蒸汽，當(dāng)帶電粒子穿過盒子里的空氣時(shí)，沿途就會(huì)產(chǎn)生一串離子，而水蒸汽就會(huì)圍繞這串離子結(jié)成小水珠，形成一條白色的云霧，因此可以很清楚地顯示出帶電粒子飛過的軌跡。加上磁場(chǎng)以后，從這條白色的云霧的長(zhǎng)短、濃淡和彎曲的方向、程度就可以分析出帶電粒子的性質(zhì)。這可以用照相的方法記錄下來。布拉克特使α粒子打進(jìn)充有氮?dú)獾脑旗F室，然后拍照。他拍了23000張照片，結(jié)果只照到了8張人工核反應(yīng)的照片。這是1925年的事情。在照片上，像掃帚一樣的一簇白線是α粒子的徑跡，其中有一條中途停止了（說明α粒子打到氮核里去了），然后又分為兩個(gè)叉，一條細(xì)而長(zhǎng)的是質(zhì)子的徑跡，另一條短而粗的是生成的氧原子核的徑跡。盧瑟福的發(fā)現(xiàn)被研究得更清楚了。新的發(fā)現(xiàn)、新的理論、新的方法鼓舞著各國(guó)的科學(xué)家去作新的實(shí)驗(yàn)和新

46的探索。德國(guó)有個(gè)青年科學(xué)家叫貝特，他想：為什么α粒子打到核里去只會(huì)放出質(zhì)子呢？難道就不可能放出電子（也就是β射線）和γ射線嗎？那些天然放射性元素一般都會(huì)放出α射線或β射線，并且常常伴有γ射線，但是不放出質(zhì)子。他研究了盧瑟福做的實(shí)驗(yàn)，注意到盧瑟福是通過觀察硫化鋅熒光屏是否發(fā)生閃光來判斷有無核反應(yīng)發(fā)生的。貝特知道，α粒子或質(zhì)子打在硫化鋅上會(huì)發(fā)出閃光，但是，如果有β射線或γ射線在硫化鋅上，卻不會(huì)發(fā)出閃光。因此，即使有放出β射線和γ射線的核反應(yīng)發(fā)生，盧瑟福也觀測(cè)不到。盧瑟福曾經(jīng)用α粒子射擊過鋰、鈹、硼，也沒有看到閃光，所以他認(rèn)為用α粒子射擊這幾種元素不發(fā)生核反應(yīng)。貝特想：α粒子既然打到氮、鎂、硫、鉀等的原子核中去，為什么就不會(huì)打到鋰、鈹和硼的原子核中去呢？可能打進(jìn)去以后放出來的不是質(zhì)子，而是不會(huì)使熒光屏閃光的β射線、γ射線等別的什么粒子。如果真是這樣，用什么方法才能觀測(cè)到它們呢？這時(shí)候，盧瑟福的學(xué)生蓋革也在德國(guó)工作，他發(fā)明了計(jì)數(shù)器，利用電子學(xué)儀器，可以測(cè)量各種射線，并計(jì)算粒子的數(shù)目或射線的強(qiáng)度。用了這種新儀器就不需要要躲在黑屋子里數(shù)熒光屏上的閃光了。貝特用計(jì)數(shù)器去進(jìn)行研究。他用釙作為α粒子的放射源，因?yàn)獒曋环派洇亮Ｗ樱话l(fā)射β射線和γ射線，這便使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單多了。對(duì)著α粒子源安裝了計(jì)數(shù)管，由于釙不發(fā)射β射線和γ射線，而發(fā)射出來的α粒子又芽不透計(jì)數(shù)管的玻璃壁，所以計(jì)數(shù)管沒有計(jì)數(shù)。但是，只要在α粒子源和計(jì)數(shù)管之間放上涂有鋰、鈹或硼的片，計(jì)數(shù)管就開始計(jì)數(shù)了。這說明α粒子打到了鋰、鈹或硼的原子核上，發(fā)生了核反應(yīng)，并且放出了某種射線。其中以鈹放出來的射線最強(qiáng)烈。這是什么射線呢？貝特作了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。他加上電場(chǎng)和磁場(chǎng)試了試，發(fā)現(xiàn)射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不會(huì)偏轉(zhuǎn)，說明射線不帶電荷，不是β射線，也不是α粒子和質(zhì)子。他又用2厘米厚的鉛板試了試，射線還是穿透過去了，強(qiáng)度只減弱13％。他認(rèn)為，這種射線是極強(qiáng)的γ射線。貝特發(fā)現(xiàn)用α粒子射擊鋰、鈹和硼也會(huì)發(fā)生核反應(yīng)，這是完全正確的。他認(rèn)為反應(yīng)結(jié)果是放出γ射線，這一點(diǎn)后來證明是錯(cuò)誤的。在法國(guó)，居里夫人的女兒伊倫·居里和女婿約里奧·居里已經(jīng)成長(zhǎng)為原子科學(xué)家。小居里夫婦也在做貝特作過的實(shí)驗(yàn)。他們讓鈹發(fā)出的射線通過石蠟，結(jié)果產(chǎn)生了高速的質(zhì)子。看來是石蠟中的氫被鈹發(fā)出的射線碰出來了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)又轉(zhuǎn)到英國(guó)，查德威克用鈹發(fā)出來的射線撞擊氫，發(fā)現(xiàn)了高速的質(zhì)子；撞擊氮原子，氮原子也被推動(dòng)了，只是速度比質(zhì)子小得多；撞擊氬，氬原子也被推動(dòng)了，速度又小一些。這說明鈹發(fā)出來的射線不應(yīng)該是γ射線，而是具有一定質(zhì)量的某種粒子。經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，查德威克認(rèn)為α粒子打在鈹核上產(chǎn)生的不是γ射線，而是一種高速的不帶電荷的中性粒子。這種粒子同氫、氮、氬的原子核碰撞，就把它們彈開了，正像他和盧瑟福以前研究的α粒子彈開氫原子核的情形一樣。那么這種不帶電荷的中性粒子的質(zhì)量有多大呢？查德威克根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果算出來，它的質(zhì)量與質(zhì)子幾乎一樣大。查德威克便把這種不帶電荷的中性粒

47子叫做“中子”。中子是人們過去從不知道的粒子，現(xiàn)在由鈹原子核中打了出來，這說明原子核中有中子。這樣一來，組成宇宙間萬物的基本結(jié)構(gòu)不只是質(zhì)子和電子兩種了，而多了一種——中子。鐳和釙1867年11月7日，瑪麗·居里出生在波蘭華沙一個(gè)非常和睦的知識(shí)分子家庭，原名瑪雅·斯可羅多夫斯卡，是家里5個(gè)孩子中最小的。她的父親是華沙高等學(xué)校的物理學(xué)教授，母親是一所女校的校長(zhǎng)?，斞拧に箍闪_多夫斯卡長(zhǎng)著一頭金色的卷發(fā)，健康、聰明，記憶力驚人。雖然她比同班同學(xué)小兩歲，但很快成為西科爾斯卡女士私立小學(xué)中出類拔萃的學(xué)生。她喜歡鉆進(jìn)父親的工作室，那些儀器、試管、礦物標(biāo)本，甚至驗(yàn)電器都使她著迷。她沉浸在知識(shí)的海洋中，各科成績(jī)總是名列第一。中學(xué)畢業(yè)時(shí)，她獲得了1枚金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。進(jìn)入巴黎大學(xué)后，她更加勤奮地學(xué)習(xí)，以優(yōu)異的成績(jī)先后取得物理學(xué)和數(shù)學(xué)碩士的學(xué)位。她心中只有一個(gè)信念：學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)，頑強(qiáng)地學(xué)習(xí)前人總結(jié)的一切經(jīng)驗(yàn)，把一生獻(xiàn)給自己唯一的愛好——科學(xué)。大學(xué)畢業(yè)后，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，瑪麗結(jié)識(shí)了才華橫溢的法國(guó)科學(xué)家比埃爾·居里（1859～1906）。當(dāng)時(shí)比埃爾已經(jīng)是一位有名的物理學(xué)家了，擔(dān)任巴黎化學(xué)和物理學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室主任。在他們相識(shí)的第一個(gè)夜晚，瑪麗和比埃爾圍繞石英晶體展開了饒有趣味的科學(xué)對(duì)話?，旣惡髞砘貞浾f：“我喜歡他那種從容不迫、想了再說的談話方式。我也喜歡他的純樸，以及他既嚴(yán)肅又充滿朝氣的笑容。我們開始談?wù)摽茖W(xué)??不知不覺中，我們已經(jīng)成了朋友。”比埃爾和瑪麗一樣，對(duì)舒適的物質(zhì)生活漠不關(guān)心，一心衷情于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。比埃爾的求婚是以真正的科學(xué)方式進(jìn)行的。求婚者的第一件禮物是比埃爾自己撰寫的一本小冊(cè)子，題目為“論物理現(xiàn)象中的對(duì)稱原則，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的對(duì)稱原則”。在愛情面前顯得有些笨拙的比埃爾，給瑪麗寫了一封發(fā)自肺腑的信：“讓我倆終身相伴，以謀科學(xué)及人類之福利，這事業(yè)是何其偉大??！”一封沒有甜言蜜語，沒有贊美之詞的求婚書，更激起了瑪麗的無限敬意。瑪麗接受了比埃爾的求婚。1895年7月26日，天高氣爽，陽光明媚?，旣惡捅劝栐诎屠杞紖^(qū)梭鎮(zhèn)的市政廳舉行了“一切從簡(jiǎn)”的婚禮，既沒有牧師，又沒有律師，連結(jié)婚戒指也沒有?；槎Y和傳統(tǒng)的不同，蜜月更加別開生面，新婚夫婦各騎一輛堅(jiān)固的自行車，在法國(guó)鄉(xiāng)村作了一次騎自行車的蜜月旅行?；楹?，夫婦倆開始攜手進(jìn)行科學(xué)研究。后來，瑪麗的女兒艾芙·居里在那本杰出的傳記《居里夫人傳》中說他們是“兩顆心一起跳動(dòng)，兩個(gè)身軀結(jié)合成一體，兩位天才的智能共同思想”?；楹螅旣惤舆B生了兩個(gè)女兒，但仍然不放棄她的物理學(xué)博士學(xué)位的學(xué)習(xí)，發(fā)表了有關(guān)回火鋼的磁化問題的專著，獲得一筆科研獎(jiǎng)金。在剩余時(shí)間里，她同丈夫合作，協(xié)助他所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。醫(yī)生們警告她注意左肺上的結(jié)核性病灶，并建議她去療養(yǎng)院休養(yǎng)。但是瑪麗執(zhí)意不肯去，她太專心她的實(shí)驗(yàn)室工作了。這時(shí)，她和比埃爾對(duì)亨利·貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)都發(fā)生了興趣。貝克勒爾是位杰出的法國(guó)物理學(xué)家，在檢驗(yàn)一種稀有金屬——鈾鹽時(shí)，發(fā)現(xiàn)它發(fā)

48射出一種顯然能透過不透明物體的光線。貝克勒爾把一種鈾的化合物放在一塊外面包著黑紙的照相底片上，發(fā)現(xiàn)鈾的化合物已經(jīng)透過黑紙?jiān)诘灼狭粝铝朔派浜圹E，照相底片顏色變黑了。他的觀察結(jié)果表明：這是一種新型的發(fā)自固體物質(zhì)內(nèi)部的輻射，這種輻射能夠使驗(yàn)電器放電。這是人類第一次觀察到某些奇異光線的穿透力。這種輻射的特性和來源是一個(gè)令人神往的謎，這種能通過不透明物質(zhì)的神秘的穿透力的本質(zhì)是什么？這種奇怪的能源又從何而來？這些疑問強(qiáng)烈地吸引著瑪麗和比埃爾·居里，瑪麗決意去研究鈾的輻射。這就是發(fā)現(xiàn)和研究鐳的開始。這是一條漫長(zhǎng)而險(xiǎn)峻的科學(xué)之路，它使這對(duì)夫婦付出了畢生的心血和代價(jià)，以最大的勇氣和超凡的想象力，以百折不回的毅力，終于達(dá)到了目的。從研究一開始，他們就遇到種種困難。瑪麗唯一能得到的實(shí)驗(yàn)室是理化學(xué)院的一所破舊的木棚。夏天，房間悶熱得像個(gè)蒸籠；冬天，溫度常常在零度線上下。不過，總算有了進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)的場(chǎng)所，這位弱小的肺病患者奮不顧身地開始探索人類尚不知道的秘密。她用比埃爾·居里發(fā)明的測(cè)量電的精確方法，迅速投入了研究工作。首先，必須測(cè)量出鈾射線的電離功率。她用極為簡(jiǎn)陋的工具，檢查了鈾的特性，發(fā)現(xiàn)這種金屬神秘的放射現(xiàn)象不受光照、溫度及鈾化合物的化學(xué)狀態(tài)的影響。她漸漸地確信，輻射現(xiàn)象來自原子的一種放射性能。她想：也許鈾還不是唯一具有放射性的化學(xué)元素，為了測(cè)試輻射是否會(huì)發(fā)生在其他地方，她細(xì)致入微地檢測(cè)了每一種已知的元素，包括單質(zhì)狀態(tài)和化合物狀態(tài)的，發(fā)現(xiàn)釷的化合物也會(huì)發(fā)射出像鈾那樣的射線。她開始對(duì)散發(fā)射線的能量使用“放射性”這一術(shù)語。接著，瑪麗檢測(cè)了內(nèi)含釷和鈾的礦石——瀝青鈾礦、硫銅礦和天然氧化鈾，對(duì)它們進(jìn)行了靜電試驗(yàn)。在測(cè)量它們的放射性時(shí)，她發(fā)現(xiàn)其中的放射性要比預(yù)計(jì)存在釷和鈾含量中的強(qiáng)得多。她把已知的化學(xué)元素一一檢測(cè)過，沒有發(fā)現(xiàn)任何元素有這樣強(qiáng)大的放射性。經(jīng)過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)之后，瑪麗得出一個(gè)驚人的結(jié)論：在這些礦物質(zhì)中存在著一種威力強(qiáng)大的放射性物質(zhì)。她斷定這種物質(zhì)是一種新的元素。1898年4月12日，瑪麗在給科學(xué)院的一份報(bào)告中宣布，在瀝青鈾礦中可能存在著一種新的威力強(qiáng)大的放射性元素?，旣悺ぞ永镎陂_創(chuàng)原子時(shí)代。在這個(gè)時(shí)刻，比埃爾暫時(shí)停下自己對(duì)結(jié)晶體的研究，開始與年輕的妻子同心協(xié)力，共同探尋這一新的元素。經(jīng)過千百次試驗(yàn)之后，他們發(fā)現(xiàn)，正在探尋的這個(gè)新元素的含量是微乎其微的，僅占瀝青鈾礦的百萬分之一！這一天，她心情激動(dòng)地去看她的姐姐。“你知道嗎，波蘿妮亞，”她說，“我所不能解釋的那種射線是一種新的化學(xué)元素發(fā)出來的。它就在那里，我要把它抓出來！”首先，居里夫婦采用化學(xué)分析法：用酸和氫硫化合物把瀝青鈾礦中的所有元素分離出來。然后，迅速、準(zhǔn)確地測(cè)量每種分離物的放射性。通過仔細(xì)地分離，他們發(fā)現(xiàn)，放射性僅僅存在于礦石的某些部分之中，主要集中在瀝青鈾礦中的兩種不同的化學(xué)分餾部分之中，一個(gè)含有鉍，另一個(gè)含有鋇。他們提出一個(gè)大膽的理論：肯定存在著兩種新元素。1898年7月，他們宣布發(fā)現(xiàn)了其中一種元素，它具有像鉍一樣的化學(xué)特性。出自對(duì)祖國(guó)強(qiáng)烈的熱愛，瑪麗把剛剛發(fā)現(xiàn)的新元素稱為“釙”，讓祖國(guó)“波蘭”的名字永遠(yuǎn)銘刻在人們的記憶中。釙的發(fā)現(xiàn)，使瑪麗·居里初步實(shí)現(xiàn)了自己夢(mèng)寐以求的愿望，為祖國(guó)贏得

49了榮譽(yù)。不久，他們又鉆進(jìn)那間陰冷潮濕的實(shí)驗(yàn)室，廢寢忘食地繼續(xù)探尋科學(xué)的奧秘。在圣誕節(jié)后的第二天，他們宣布，又發(fā)現(xiàn)了另一種新的元素。他們把它叫作“鐳”（意即放射）。他們的重大發(fā)現(xiàn)受到了廣泛的祝賀，但也有一些科學(xué)家對(duì)此表示懷疑。他們說：鐳和釙僅存在于這對(duì)夫婦事先準(zhǔn)備好的、形跡令人感覺不到的物品中，“鐳在哪里？拿鐳出來給我們看看！”面對(duì)懷疑，居里夫婦決心努力獲取純鐳和純釙。由于釙比鐳不穩(wěn)定得多，他們決定首先分離鐳。這必須要煉制巨量的原礦，而瀝青鈾礦又是一種十分貴重的礦，居里夫婦根本就買不起。如何解決這個(gè)難題呢？他們推理說，假如這個(gè)新元素存在于瀝青鈾礦石中，但又不同于鈾，那么在提取鈾之后的殘?jiān)锌赡芎嗅暫丸D。當(dāng)時(shí)這種殘?jiān)鼛缀跏且诲X不值的，只需要付出比運(yùn)輸費(fèi)略高一點(diǎn)的代價(jià)。于是，他們開始訂購成噸的“垃圾”——瀝青鈾礦渣。使他倆意料不到的是，奧地利政府決定贈(zèng)給他們一噸礦渣，但要他們自己支付運(yùn)輸費(fèi)，這正是他們十分情愿的。大量的、用粗布袋子裝的礦渣被運(yùn)到理化學(xué)院那間被人遺忘的小棚子前。從此，他們夫婦就一鏟一鏟地將“垃圾”注入熔爐中，瑪麗站在熔爐旁，用幾乎和她身高一樣長(zhǎng)的鐵條攪拌著沸騰的原料，濃煙熏得她直流淚水。他倆就像汽輪上的司爐工，四年如一日始終不停地鏟呀，鏟呀，毫不動(dòng)搖地?zé)捴浦?，心中只有一個(gè)念頭——從這種金屬的熊熊烈火中把新元素的秘密發(fā)掘出來。瑪麗終于將經(jīng)過煉制而濃縮了的物品帶回棚屋內(nèi)，精煉它們，開始了放射性溶液的分餾結(jié)晶工作。1902年，即在瑪麗·居里宣布可能存在鐳那天之后的第45個(gè)月，她終于從數(shù)噸瀝青鈾礦渣中提煉出了十分之一克純鐳，只有一茶匙尖那么點(diǎn)。她計(jì)算了這種新元素的原子量為225。在那個(gè)永生難忘的夜晚，比埃爾和瑪麗來到那間陰暗的工作室，觀察在微小的玻璃容器中發(fā)光的粒子?！傲坠忾W爍的藍(lán)色外廓發(fā)出微光”，居里夫婦的臉“都轉(zhuǎn)向那淡淡的微光，神秘的輻射光源，轉(zhuǎn)向鐳，轉(zhuǎn)向他們的鐳！”關(guān)于這段時(shí)期，瑪麗后來說過這樣幾句話：“我們沒有錢，沒有實(shí)驗(yàn)室，而且沒有幫助。然而，正是在這簡(jiǎn)陋破舊的棚屋里，我們度過了一生中最好、最幸福的幾年，我們把精力完全奉獻(xiàn)給了鐳的研究工作?！苯又?，瑪麗又從幾噸瀝青鈾礦渣中分離了幾毫克釙。但是沒能獲得純釙。這證明釙是一種鐳射線衰變的物質(zhì)，她曾以如此具有象征意義的名字命名這種不穩(wěn)定的元素。她總是遺憾釙沒有鐳那么重要。鐳的發(fā)現(xiàn)，奠定了放射學(xué)的基礎(chǔ)，由此推動(dòng)了原子科學(xué)的發(fā)展。后來，鐳又用在醫(yī)學(xué)上，造福于人類。鐳可以治愈惡性腫瘤的醫(yī)療用途為人知曉后，一些國(guó)家的科技人員計(jì)劃研制這種新元素。朋友們勸居里夫婦把提煉鐳的過程申請(qǐng)專利權(quán)。當(dāng)時(shí)鐳的價(jià)格約為15萬美元一克，對(duì)于生活十分艱苦的居里夫婦來說，這可以給他們帶來可觀的收入，但他們拒絕了?，旣愓f：“鐳不應(yīng)當(dāng)成為任何人發(fā)財(cái)致富的工具。鐳是元素，它屬于全世界！”居里夫婦主動(dòng)將他們的研究成果無償?shù)毓加谑?，不從他們的發(fā)現(xiàn)中“獲取物質(zhì)的利益”。由于發(fā)現(xiàn)了鐳，以及在研究放射學(xué)方面的巨大貢獻(xiàn)，居里夫人兩次榮獲諾貝爾物理獎(jiǎng)金（1903年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，1911年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)），被人們譽(yù)為“鐳的母親”。居里夫婦把所有的獎(jiǎng)金幾乎都用到準(zhǔn)備再做的實(shí)驗(yàn)上。而瑪麗甚至連一頂新帽子都舍不得買，他們所渴求的，是一所可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的好房屋。巴黎

50大學(xué)的教務(wù)長(zhǎng)曾寫信給比埃爾，告訴他說，文化部長(zhǎng)已提名給他法國(guó)榮譽(yù)勛章。在瑪麗的贊同下，他回信說：“請(qǐng)代我向部長(zhǎng)致謝，并請(qǐng)轉(zhuǎn)告他，我絲毫也沒有領(lǐng)取什么勛章的愿望，但我卻迫切需要有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室?！焙髞恚永锂?dāng)上了巴黎大學(xué)的教授，同時(shí)，大學(xué)也提供了一所設(shè)備完善的實(shí)驗(yàn)室，居里夫婦的畢生愿望實(shí)現(xiàn)了?，旣愒f過：“我最強(qiáng)烈的愿望是要在華沙創(chuàng)建一個(gè)鐳學(xué)研究院。”1925年，她的夙愿也實(shí)現(xiàn)了?，旣愒凇侗劝杺鳌分袑懙溃骸安惶岣邆€(gè)人的素質(zhì)，我們就不能指望建立一個(gè)更好的世界。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們中的每一個(gè)人都必須朝著各自的最高發(fā)展方向努力；同時(shí)，承擔(dān)各自在人類通常生活中的責(zé)任。我們的主要義務(wù)是，有助于那些我們認(rèn)為會(huì)對(duì)他們十分有益的人?！爆旣惥褪菍⒆约旱漠吷瞰I(xiàn)給放射性物質(zhì)的科學(xué)研究上，直至生命的最后階段。有一天，她從實(shí)驗(yàn)室回家時(shí)，自言自語道：“啊，我多么疲倦??！”次日，她已經(jīng)不能起床了。醫(yī)生們來看她，但診斷不出她生了什么病。有點(diǎn)像感冒、結(jié)核、惡性貧血，但又一樣都不是。1934年7月4日，居里夫人死于“鐳中毒”引起的惡性貧血癥。長(zhǎng)年累月的研究，使她付出了致命的代價(jià)。但她的杰出發(fā)現(xiàn)，為人類做出了偉大的貢獻(xiàn)，永遠(yuǎn)閃爍著燦爛的光輝。超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1911年，從著名的萊頓大學(xué)低溫實(shí)驗(yàn)室里傳出了一個(gè)驚人的消息：水銀在零下269攝氏度的條件下，它的電阻消失了。過去，人們從未想到過導(dǎo)體的電阻可以變得一點(diǎn)也沒有。電阻可以說是一種同時(shí)具有“優(yōu)”“缺”點(diǎn)的性能。我們知道白熾燈泡能亮是由于燈絲有電阻，電爐能燒飯也得歸功于爐絲的電阻。但是，在輸電線上，在電動(dòng)機(jī)里，在電子器件中，電阻使電能產(chǎn)生白白的消耗，電阻越大，電的消耗也越大，在這種情況下，我們希望電阻越小越好，最好是沒有，如今真的能讓電阻消失，這對(duì)電氣工程來說，真是一個(gè)大喜訊。發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象的是荷蘭物理學(xué)家卡麥林—翁納斯。翁納斯領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室是世界上“最冷的地方”，雖然萊頓城里鮮花常開，但是實(shí)驗(yàn)室里制造出來的低溫，比南極或北極的最低溫度（-88℃）還要低幾倍。低溫世界是一個(gè)魔術(shù)般的世界，把一束鮮花放在液態(tài)氮中一浸，拿出來向地上一摔，鮮花就會(huì)像玻璃一樣破碎；把一只橡皮球放在液態(tài)氮里一浸，拿出來以后，能像鈴鐺一樣敲響。水銀在低溫下凍得比鐵還硬，可以用錘子把它釘在墻上；在液氮中凍硬的面包，在漆黑的房間里竟然發(fā)出天藍(lán)色的光輝。翁納斯簡(jiǎn)直被這童話般的世界迷住了。他決心獲得更低的溫度。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家已經(jīng)能把除了氦氣以外的氣體全部都變?yōu)橐簯B(tài)。利用液態(tài)氫，已獲得了-253℃的低溫。但是，要使氦氣變成液態(tài)困難還很大。例如在液體氦的溫度下，連空氣都會(huì)變成固體。如果不小心與空氣接觸，空氣便會(huì)立刻在液體氦的表面上結(jié)成一層堅(jiān)硬的蓋子。但是翁納斯是一位出色的實(shí)驗(yàn)專家，這一點(diǎn)困難是嚇不倒他的。翁納斯出身在一個(gè)書香之家，叔叔伯伯都是知名的學(xué)者，父母也是博學(xué)之士。翁納斯從小就表現(xiàn)出對(duì)于數(shù)學(xué)、物理的天分。他不僅喜歡讀書，把家中豐富的藏書讀個(gè)遍，還喜歡動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

51翁納斯有一次做實(shí)驗(yàn)時(shí)，化學(xué)藥品引燃了周圍的織物，等他發(fā)現(xiàn)時(shí)，火勢(shì)已不可控制，火借風(fēng)勢(shì)，剎時(shí)間半座樓就被燒毀了。他被嚇壞了，逃到野外，在灌木叢中躲了一夜。救過火以后，父母親才發(fā)現(xiàn)翁納斯丟了。于是又連夜尋找直到次日的凌晨?？吹娇s成一團(tuán)的小翁納斯，又冷又害怕，父親非常心疼，他一把抱起兒子說，“我的孩子，別害怕，為了研究科學(xué)，你就是把自家的房子全拆了，把田地全毀了，我也不會(huì)埋怨你的。”父母的教育對(duì)翁納斯產(chǎn)生了極大的影響。翁納斯的成就還要感謝兩位老師的精心培養(yǎng)。18歲的翁納斯進(jìn)入德國(guó)海德堡大學(xué)學(xué)習(xí)，深受著名化學(xué)家本生和學(xué)者基爾霍夫的器重。在兩位導(dǎo)師的指導(dǎo)下，他養(yǎng)成了鍥而不舍、精益求精的治學(xué)態(tài)度，很快就獲得博士學(xué)位。29歲就擔(dān)任萊頓大學(xué)物理學(xué)主任教授，并著手在該校建立一個(gè)低溫實(shí)驗(yàn)室。提起科研，提起實(shí)驗(yàn)室，在有些人的心目中總是明亮的屋子，輕松的工作，只要按一下電鈕就可以了。實(shí)際上，低溫實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)直像一個(gè)車間，實(shí)驗(yàn)室里充滿了管道，還有隆隆作響的真空泵。因?yàn)榈蜏夭皇且幌伦泳湍塬@得的。必須沿著溫度的臺(tái)階一步一步向下走，溫度越低就越困難。翁納斯先用液化氯甲烷達(dá)到-90℃，用乙烯達(dá)到-145℃，用氧氣達(dá)到-183℃，用氫氣達(dá)到-253℃。終于在1908年成功地實(shí)現(xiàn)了最后一種“永久氣體”——氦氣的液化，得到了-269℃的低溫。在這以后，他用液氦抽真空的方法，得到-272℃。這個(gè)溫度屬于超低溫，當(dāng)時(shí)世界上只有萊頓大學(xué)的低溫實(shí)驗(yàn)室可以得到這么低的溫度。翁納斯和他的同伴在這得天獨(dú)厚的條件下進(jìn)行極低溫度下的各種現(xiàn)象的研究。他們發(fā)現(xiàn)水銀、鉛、錫一般降溫到該物質(zhì)的特性轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下時(shí)，電阻會(huì)突然消失，變成“超導(dǎo)電性”物體。這就是說，在一個(gè)超導(dǎo)線圈中一旦產(chǎn)生了電流就會(huì)周而復(fù)始地流下去。因?yàn)殡娮枰呀?jīng)消失，電流不會(huì)在流動(dòng)中衰減，翁納斯把一個(gè)鉛制的線圈放在液體氦中，鉛圈旁放一塊磁鐵，突然把磁鐵撤走，根據(jù)法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)，鉛圈內(nèi)便產(chǎn)生了感應(yīng)電流。果然，在低溫的條件下，電流不斷地沿著鉛圈轉(zhuǎn)起來，就像不知疲倦的一匹馬一樣。1954年3月16日的一次類似實(shí)驗(yàn)，電流持續(xù)了長(zhǎng)達(dá)兩年半的時(shí)間，一直到1956年9月5日才由于液態(tài)氦供應(yīng)不上而終止。理論計(jì)算表明，如果保持這種低溫條件，電流就是流10萬年也不會(huì)衰減。這種現(xiàn)象物理學(xué)稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。1913年，翁納斯因?yàn)檫@項(xiàng)重大的發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾獎(jiǎng)。翁納斯之所以能獲得這種殊榮，與他的治學(xué)態(tài)度有關(guān)。他在總結(jié)自己一生探索經(jīng)驗(yàn)時(shí)說：“只要一養(yǎng)成做學(xué)問的習(xí)慣，那就跟一日三餐那樣，到時(shí)不吃不喝，就會(huì)感到饑渴難忍。有了做學(xué)問的習(xí)慣，還要牢記一點(diǎn)，那就是專和精。跟整個(gè)知識(shí)相比，個(gè)人所掌握的實(shí)在太渺小了。我認(rèn)為，人可以在專和精中求廣博；如果想懂得一切，那顯然是不切實(shí)際的無稽之談?！蔽碳{斯的這一番話是值得人們深思的。他的一生也確實(shí)是這樣做的。在逝世的前兩年，他已是71歲的老人，仍然經(jīng)常通宵達(dá)旦地工作，直到他1926年逝世之日。

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