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第26章 科苑精英科学新时代的开创者(3)

由于孟德尔的研究方法和结论远远超过当时的科学技术水平,因此他的学术成就得不到社会承认。1865年,孟德尔将他的遗传规律研究成果写成论文《植物杂交试验》发表后,欧美各国科学家都不予理睬。直到他去世了近20年后的1900年,他的理论才被后人重新发现并得到普遍应用。人们为了纪念他,把遗传规律称为孟德尔定律。

(13)完成电磁理论的麦克斯韦麦克斯韦(1831—1879)是英国物理学家,19世纪最美妙的科学发现——电磁场理论的完成者,并且预言了电磁波的存在。这种理论预见后来得到了充分的实验证实。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术,就是以电磁场理论为基础发展起来的。

麦克斯韦自幼聪颖,但由于他不善交际,乡音不改,开始被看作“丑小鸭”。每当同学们欢蹦乱跳的时候,他却进入了数学乐园,专心致志地品尝父亲给他开的数学“小灶”,画一些只有自己才能看懂的“几何”图形。由于麦克斯韦不断努力,在学校举办的一次数学和诗歌比赛会上,他一个人获得两项一等奖。老师和同学们这才发现,“丑小鸭”原来是只聪明的“白天鹅”。

麦克斯韦上课时总是认真听讲,积极思考。一次,他发现一位老师写的公式有错误,立即站起来指出错的地方。老师很自信,反而挖苦他说:“如果是你对了,我就把它叫做麦氏公式!”后来证明麦克斯韦是正确的。15岁的时候,麦克斯韦发表了他的第一篇论文。16岁便入大学学习。

麦克斯韦在总结前人近百年的电磁学研究成果的基础上,发展了法拉第的的电磁感应理论,提出变化的磁场能产生电场,而变化的电场也能产生磁场,这种交替变化的电磁场会以波的形式向空间散布开去,由此他预言了电磁波的存在。经过多年的努力,他用完美的数学形式表达了自己提出的理论,这就是麦克斯韦方程组。这一方程组概括了电磁学的全部内容,正像牛顿方程概括了力学的规律一样。

麦克斯韦把光学和电磁学统一起来。他的电磁场理论,成为19世纪科学史上最伟大的综合理论之一。

(14)发现元素周期律的门捷列夫在1869年以前,尽管人们已发现了很多的化学元素。但对这些元素之间关系并不清楚,许多化学家对元素进行了分类研究,但都没有得到正确的分类原则,各种元素性质的变化规律仍然是个谜。1869年,任彼得堡大学教授的门捷列夫(1834—1907),对元素进行分类研究,终于发现了元素性质与原子量之间周期性变化规律。他将已经发现的63种化学元素排列成一张元素周期表,竖行表示族,横列表示周期,并且明确指出:“元素(以及由元素组成的单质或化合物)的性质,周期性地随着它们的原子量而改变。”门捷列夫还大胆修正了一些元素的原子量,改排了一些元素的位置,并在表中留下了许多空位,指出这些空位上还有一些没有发现的元素,同时预言了它们的性质。1869年他正式发表了化学元素周期律。

1875年,法国化学家布瓦博德朗发现了“镓”。门捷列夫立即给布瓦博德朗写信,指出“镓”就是他在1869年曾预言过的“类铅”,并说明“镓”的比重不是4.07,而应该在5.9—6.0之间。这使布瓦博德朗感到奇怪,难道自己不如没有看到镓的门捷列夫?通过精确测定,证明门捷列夫预言的元素陆陆续续被找到,这使得门捷列夫和元素周期律名声大振,传遍了全世界。一次记者问门捷列夫:“您是怎样想到周期律的?”他回答:“我考虑了20年。”记者又问:“您是否承认自己是位天才?”他不加思索地回答:“终身努力,便成天才!”元素周期律的发现,揭示了物质世界的秘密,使化学家有了十分强大的武器,并对后来光学、原子物理学的发展有指导意义。直到现在,元素周期律仍然是人们寻找新元素,研究元素性质的基本规律。

门捷列夫工作到最后一息。1907年1月20日,他坐在书桌前,手握着笔,面前还摆着未写完的著作,与世长辞。出殡那天,彼得堡大街小巷到处点起蒙着黑纱的灯笼,十几位青年学生抬着一张巨大的化学元素周期表,走在送殡队伍的前头,数万群众自动参加这支队伍,为这位伟大的化学家送葬。

(15)首创量子论的普朗克德国物理学家普朗克(1858—1947)创立的量子理论,冲破了20世纪初的“物理学危机”,推进了物理学和整个自然科学现代化进程,获得了1918年的诺贝尔物理学奖。

在普朗克之前,物理学家都是从经典物理学角度来研究一个受热物体向外辐射能量与它的温度的关系,结果总是和实验有很大出入。这个疑点被当时的科学家称为物理学上空笼罩着两朵乌云之一。这样,当时被认为十全十美的物理学出现了危机。普朗克创立了量子论,从一个方面解决了物理学危机(另一个方面是由相对论解决的)。他在1900年推导出一个与实验相符合的公式。在这个公式里,他引入了符号h,称为作用量子,这是一个非同小可的发现。因为,以往人们认为能量可以分割成任意小,作用量子的出现却表明能量只能是某个最小单位的整数倍,这个能量最小单位称作“能量子”,它与辐射频率有关。为了纪念这一新的发现,科学界把h命名为普朗克常量。

普朗克的科学新思想,使人们冲破了经典物理学的束缚。本世纪初,一大批青年物理学家沿着普朗克量子论的思路,建立了量子力学,向人类展现了一个新奇的微观世界,人的认识产生了一次新的飞跃,从根本上改变了人们对自然本性的认识。

普朗克进入科学殿堂以后,无论遇到什么困难,都不能动摇他献身科学的决心。他的家庭相继发生不幸的事:1909年妻子死去,1916年儿子在第一次世界大战中战死。1917年和1919年两个女儿先后死于难产,1944年他的长子被希特勒处死。普朗克总是用忘我的工作来抑制自己内心的悲痛,为科学做出了一个又一个贡献。更为难能可贵的是第二次世界大战期间,德高望重的普朗克为帮助和支持受法西斯迫害的犹太籍科学家而奔走呐喊。当时希特勒曾说:如果不是普朗克年事已高,早该把他关进集中营。普朗克的伟大发现和他的崇高品格,使他的名字与科学史上许多伟大的名字并列在一起。正如他的学生、诺贝尔奖金获得者劳厄所说:只要自然科学存在,它就永远不会让普朗克的名字被遗忘。

(16)开创现代科学新纪元的爱因斯坦20世纪人类进入原子时代。原子时代的标志就是现代科学技术和它的深刻影响及广泛应用。创立了代表现代科学的相对论,并为核能开发奠定了理论基础的,是美籍德国犹太人爱因斯坦(1879—1955),他被公认为自伽利略、牛顿以来最伟大的科学家、思想家。

爱因斯坦出生于德国乌耳姆市的一个犹太人家中,自幼就对各种自然现象特别感兴趣,常常为叶片形状、花瓣组织、蚂蚁跑动、星星闪光等吸引甚至入迷。5岁时,父亲给他买来一只罗盘,他转动着针或盘子,不管怎样转动,那根小针不听他的话,总指着南边。爱因斯坦惊讶了,虽然父亲和叔叔的回答他似懂非懂,但这根小磁针一直强烈地吸引着他求知的心灵。爱因斯坦就是靠着强烈的求知欲和坚韧不拔的勤奋好学精神,逐渐地步入科学殿堂。青少时代的钻研精神和独立思考习惯终于将他锤炼成为一代科学巨星。

爱因斯坦善于运用思维的洞察力,深入揭露事物的本质,以彻底创新的精神革新了经典物理学的旧观念。1905年,他才26岁就创造了科学史上无先例的奇迹。在这一年中,他利用业余时间,相继发表了三篇震撼世界的论文,在物理学的三个领域里作了划时代的贡献。首先他的关于光电效应的论文建立了光量子理论,成功地解释了光电效应,在历史上第一次揭示了微观粒子的波动性和粒子性的统一,从而打开了通向量子力学的大门。爱因斯坦因此荣获1921年诺贝尔物理学奖。他的关于时间,空间都要随运动状态发生变化的论文,冲破了牛顿时代以来形成的时间、空间绝对不变的旧观念,揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性,宣告象征科学新时代的狭义相对论诞生了。他的关于质量和能量具有相当性的质能关系定律,揭示了原子内部所蕴藏的巨大核能的秘密,为人类和平利用核能展现了广阔的前景。此后,他经过八年的艰苦努力,创立了广义相对论,推动了宇宙学的蓬勃发展。相对论与量子力学一起成为近代物理学的两大支柱,爱因斯坦的名字因此传遍了全世界。

爱因斯坦的一生,在宇宙学、统一场论、物理学哲学问题等许多方面开展了深入研究,他的思想至今仍然指导着前沿学科前进的方向。爱因斯坦还是一位维护世界和平和支持人类正义事业的战士。在两次世界大战期间,他抗议德国军国主义和希特勒法西斯的暴政。第二次世界大战以后,他又一再呼吁反对扩军备战,反对将核武器用于战争。作为一个有强烈社会责任心的科学家,爱因斯坦受到各国人民的崇敬。

有人称赞爱因斯坦是天才,他谦虚地说:“我不是天才。”然后又委婉地讲出了自己成功的秘诀:x+y+z=A。x代表艰苦劳动,y表示正确方法,z表示少说空话,A就是成功。

(17)敲开原子结构大门的玻尔丹麦人玻尔(1885—1962),是原子物理学的奠基人。他在研究原子的量子论,首次打开了人类认识原子结构的大门,为近代物理研究开辟了道路。近代物理学大厦的基础——量子力学,是以玻尔为领袖的一代杰出物理学家集体才华的结晶。

在玻尔之前,科学家已经提出:原子结构类似太阳系结构、电子围绕原子核运转的模型,但这个模型不能说明原子的稳定性。玻尔在1913年把量子说引入到原子结构中来,指出电子只能沿一些固定轨道绕原子核运转,从而建立起更好的定态原子模型,成功地解释了氢原子等的光谱特征。玻尔当时及后来提出的原子定态、量子跃迁、对应原理、互补原理等等都成为现代微观物理理论的基本概念,并因此获得1922年诺贝尔物理学奖。

玻尔同时又是一位卓越的科学研究工作的领导和组织者。1921年他创建了以他祖国首都命名的哥本哈根理论物理研究所。在他领导下,这个研究所很快成为举世公认的物理研究中心,领导着现代原子物理发展的方向。在玻尔倡导的求实的科学态度和严谨的治学作风的熏陶下,造就了一大批出色人才,逐渐在物理学界形成了举世闻名的“哥本哈根学派”。玻尔始终十分谦虚淳朴。一次一位苏联科学院的知名人士问他:“你是怎么把那么多有才华的青年人团结到身边的?”玻尔回答说:“因为我不怕在青年人面前承认自己的不足。”科学没有争论,就不会取得进步。玻尔和爱因斯坦常常在学术问题上辩论和探讨,有时竞争得面红耳赤,互不相让。这种争论持续了30年,极大地推动了人们对现代科学的理解,但究竟谁更正确一些,今天仍然得不出结论。两位科学家在学术争论时既相互尊重又互不相让的认真态度,已成为科学史上的佳话。

玻尔还是一位杰出的人道主义者和社会活动家。当法西斯主义在欧洲横行的时候,他曾帮助一大批德国、意大利学者免遭迫害。第二次世界大战中,为了反对法西斯,他参加研制原子弹。战后,他又是呼吁和平利用原子能的知名人士。