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东汉时期,也就是距今约一千八百多年前(公元117年),一台利用水力
推动运转的大型天文仪器――“水运浑象”在东汉的京都洛阳制造成功。相隔二十年后(公元138年),安置在京都洛阳的又一台仪器――“候风地动仪”,准确地报告了西方千里之外发生的地震。这标志着人类开始了用仪器记录研究地震的新纪元。
这两台著名仪器的发明者就是张衡——我国东汉时期伟大的科学家、文学家。张衡对中国古代的天文学、地震学和机械力学作出了杰出的贡献,传说他还制造过指南车、记里鼓车等,因其机械制造水平很高,被尊称为“木圣”。
张衡生平
张衡,字平子,章帝建初三年(公元78年),诞生于南阳郡西鄂县石桥镇一个破落的官僚家庭(今河南省南阳市城北五十里石桥镇)。祖父张堪是地方官吏,曾任蜀郡太守和渔阳太守。张衡幼年时候,家境已经衰落,有时还要靠亲友的接济。正是这种贫困的生活使他能够接触到社会下层的劳动群众和一些生产、生活实际,从而给他后来的科学创造事业带来了积极的影响。
当时的南阳是经济和文化都很发达的地区,有“南都”之称。张衡在这样的环境熏陶下,加上他自幼刻苦好学,在青少年时代就已经为后来从事文学和科学事业打下了良好的基础。
由于家中的经卷典籍慢慢地不能满足张衡的求知欲望了,于是从十六岁开始,他便离乡游学,广结学者名流。他曾到汉朝故都长安一带,游览了当地的名胜古迹,考察了周围的山川形势、物产风俗、世态人情。后来他又到了当时的首都洛阳,就读于最高学府——太学。并成为学识比较渊博的学者。当时,地方上曾经推举他做“孝廉”,公府也多次招聘他去做官,但都被他拒绝了。
张衡自幼就对文学有特殊的爱好和研究。他的文学作品很多,风格也各不相同。有的形式短小,重在抒情,如《归田赋》。有的气势磅礴,广写景物,如《二京赋》;有的特色突出,独树一格,如《四愁诗》、《同声歌》等。
和帝永元十二年(公元100年),二十三岁的张衡应邀回乡出任南阳太守鲍德的主簿,掌管文书工作。并在办理政务之余,潜心于文学创作。他以游学长安和洛阳的见闻作为素材,先后花了十年功夫,精心雕琢、反复修改,于安帝永初元年(公元107年)写成著名的《东京赋》和《西京赋》,总称为《二京赋》,为人们广为流传,他画的画也很出色。
后来,鲍德调任,张衡便辞职回家。掌握朝政的皇亲邓骘为了笼络士人,几次派人邀请张衡作他的幕僚,以增强自己这一派的势力。但张衡一方面厌恶外戚专权,一方面想专心钻研学问,都坚决地拒绝了。
在张衡三十四岁的时候,他的研究兴趣逐渐转到哲学和自然科学方面。他很喜爱扬雄的哲学著作《太玄经》。《太玄经》的内容涉及天文、历法、数学等方面,引起了他很大的兴趣。《太玄经》里的一些朴素的唯物主义观点也给了张衡以很大的启发。
安帝永初四年(公元111年),张衡应征进京,先后任郎中、太史令、公车司马令等低、中级官职。其中担任太史令时间最长,前后达十四年之久。太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律(计量和音律)等事务的官员。在他任职期间,对天文历算进行了精湛的研究,做出了重大的贡献。
汉朝时,关于天体运动和宇宙结构的学说已经出现了三种:盖天说、浑天说和宣夜说。盖天说又称天圆地方说,认为天是圆的,像一把张开的伞,地是方的象一个棋盘;浑天说认为天地的形状像一个鸡蛋,天与地的关系就像蛋壳包着蛋黄;宣夜说认为天没有一定的形质,日、月、五星(金、木、水、火、土五大行星)等都飘浮在气体中。
张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察,认真研究了这三种学说,认为浑天说比较符合观测的实际。他继承和发展了前人的浑天理论,大胆地对天象提出了许多新的见解。
张衡在西汉耿寿昌发明的浑天仪的基础上,根据自己的浑天说,创制了一个比以前都精确、全面的多的“浑天仪”。创制了一个能够精确在表演浑天思想的“浑天仪”。
浑天仪是一个可以转动的空心铜球。铜球外表刻有二十八宿和其他一些恒星的位置;球体内有一根铁轴贯穿球心,轴的两端象征北极和南极。球体的外面装有几个铜圆圈,代表地平圈、子午圈、黄道圈、赤道圈,赤道和黄道上刻有二十四节气。凡是张衡当时知道的重要天文现象,都刻在了浑天仪上。
为了使“浑天仪”能自动转动,张衡又利用水力推动齿轮的原理,用滴壶滴出来的水力推动齿轮,带动空心铜球绕轴旋转。铜球转动一周的速度和地球自转的速度相等。这样,人们坐在屋子里,便能从浑天仪上看到天体运行的情况了。
从公元89年到140年,东汉都城洛阳和陇西一带,共出现过三十三次地震。特别是公元119年,洛阳和其他地区连续发生了两次大地震,促进了张衡加紧对于地震的研究。他终于在公元132年,发明并制造出了我国第一架测报地震的仪器——地动仪。
张衡制造的这台地动仪,相当灵敏准确。公元138年的一天,地动仪精确的测知距离洛阳一千多里的陇西发生地震,表明他的精密程度达到了相当高的水平。欧洲在1880年才制造出类似的地震仪,距张衡已经晚了一千七百多年。
在气象学方面,张衡还创造了一种测定风向的仪器——侯风仪,又叫相风铜鸟。是在一根五丈高的杆顶安放一只衔着花的铜鸟,可以随着风向转动。鸟头所对的方向就是风向。这个仪器和欧洲装在屋顶上的候风鸡相似,但是后风鸡是在十二世纪才出现的,比起张衡的候风仪晚了一千年。
张衡一生为我国的科学文化事业作出了卓越的贡献,是我国古代伟大的科学家之一。他谦虚谨慎、勤学不倦。“如川之逝,不舍昼夜”,几十年如同一日,在所从事的事业中表现出了一丝不苟、精益求精、不畏强权、勇于进取的研究风格。而他不慕名利的高尚品德更值得我们学习。
永和四年(公元139年),张衡请求告老还乡不准,又被调到朝中做尚书,但只任职一年就与世长辞了,终年六十一岁。
《灵宪》
张衡一生所著的天文学著作,以《灵宪》最为著名。这是一部阐述天地日月星辰生成和它们的运动的天文理论著作,代表了张衡研究天文的成果。它总结了当时的天文知识,虽然其中也有一些错误,但还是提出了不少先进的科学思想和独到见解。
例如,在阐述浑天理论的时候,虽然仍旧保留着旧的地平概念,并且提出了“天球”的直径问题,但是张衡进一步明确提出在“天球”之外还是有空间的。他说:“过此而往者,未之或知也。未之或知者,宇宙之谓也。宇之表无极,宙之端无穷”。就是说,我们能够观测到的空间是有限的,观测不到的地方是无穷无尽,无始无终的宇宙。这段话明确地提出了宇宙在时间和空间上都是无穷无尽的思想,是十分可贵的。
张衡在《灵宪》中指出月亮本身并不发光,月光是反射的太阳光。他说“夫日譬犹水,火则外光,水则含景。故月光生于日之所照,魄生于日之所蔽;当日则光盈,就日则光尽也”(景就是影,魄指月亮亏缺的部分)。他生动形象地把太阳和月亮比做火和水,火能发光,水能反光,指出月光的产生是由于日光照射的缘故,有时看不到月光,是因为太阳光被遮住了。他这种见解在当时是十分新鲜的,也是正确的。
同时,张衡还进一步解释了月食发生的原因。他说:“当日之冲,光常不合者,蔽于地也,是谓暗虚。在星则星微,遇月则食。”这段话的意思是:“望月”时,应该能看到满月,但是有时看不到,这是因为日光被地球遮住的缘故。他将地影的暗处叫做“暗虚”,月亮经过“暗虚”时就发生月食,精辟地阐述了月食的原理。至于“在星则星微”一句,说的是星星碰上“暗虚”就隐而不见了。
现在看来这种说法是不正确的。由于星星距地球极为遥远,又大都是发光的恒星,不象月球一样属于行星,因此没有任何一个星星会进入地球的影子之中而失去了光芒。这是张衡的不足之处。这也可以看出在当时的水平下,古人的研究不可能作到尽善尽美。今人也一样,做任何事情的时候都不可能将事情作的绝对正确,但一定要最大程度的正确反映客观现实。
此外,张衡在《灵宪》中还算出了日、月的角直径,记录了在中原洛阳观察到的恒星二千五百多颗,常明星一百二十四颗,叫得上名字的星约三百二十颗。这和近代天文学家观察的结果是相当接近的。
在张衡的另一部天文著作《浑天仪图注》里还测定出地球绕太阳一年所需的时间是“周天三百六十五度又四分度之一”,这和近代天文学家所测量的时间365天5小时48分46秒的数字十分接近,说明张衡对天文学的研究已经达到了比较高的水平。
在我国北宋时代,有一位博学多才、成就显著的科学家,他就是沈括(1031~1095)。
沈括精通天文、数学、物理学、化学、生物学、地理学、农学和医学;他还是卓越的工程师、出色的军事家、外交家和政治家;同时,他博学善文,对方志律历、音乐、医药、卜算等无所不精。他晚年所著的《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果,反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。《梦溪笔谈》不仅是我国古代的学术宝库,而且在世界文化史上也有重要的地位。
日本数学家三上义夫曾经说:沈括这样的人在全世界数学史上找不到,只有中国出了这么一个。英国著名科学史专家李约瑟博士称沈括的《梦溪笔谈》是中国科学史上的坐标。
沈括生平
沈括,字存中,宋仁宗天圣九年(公元1031年)生于浙江钱塘(今浙江杭州市)一官僚家庭。他的父亲沈周(字望之)曾在泉州、开封、江宁做过地方官。母亲许氏,是一个有文化教养的妇女。
沈括自幼勤奋好读,在母亲的指导下,十四岁就读完了家中的藏书。后来他跟随父亲到过福建泉州、江苏润州(今镇江)、四川简州(今简阳)和京城开封等地,有机会接触社会,对当时人民的生活和生产情况有所了解,增长了不少见闻,也显示出了超人的才智。
沈括二十四岁开始踏上仕途,最初做海州沭阳县(在今江苏省)主簿,以后历任东海(在今江苏省)、宁国(在今安徽省)、宛丘(今河南省淮阳县)等县县令。三十三岁考中进士,被任命做扬州司理参军,掌管刑讼审讯。三年后,被推荐到京师昭文馆编校书籍。在这里他开始研究天文历算。宋神宗熙宁五年(公元1072年),兼任提举司天监,职掌观测天象,推算历书。接着,沈括又担任了史馆检讨,熙宁六年(公元1073年)做集贤院校理。因职务上的便利条件,他有机会读到了更多的皇家藏书,充实了自己的学识。1075年曾出使辽国,进行边界谈判,次年任翰林学士,权三司使。
宋神宗熙宁二年(公元***年),地主阶级革新派的代表王安石被任命做宰相,开始进行大规模的变法运动。沈括积极参预变法运动,受到王安石的信任和器重,担任过管理全国财政的最高长官三司使等许多重要官职。
熙宁九年(公元1076年),王安石变法失败。沈括被诬劾贬官,出知宣州(今安徽省宣城一带)。三年后,为抵御西夏,改知延州(今陕西省延安一带),兼任(鹿+右耳刀)延路经略安抚使。因守边有功,元丰五年(公元1082年),升龙图阁直学士。但是不久又遭诬陷,降职做均州(今湖北省均县)团练副使。
哲宗元二年(公元1087年),沈括花费十二年心血编修的《天下州县图》完成,被特许亲自到汴京进呈。次年,定居润州(今江苏省镇江东郊)梦溪园,在此安度晚年。
沈括晚年在梦溪园认真总结自己一生的经历和科学活动,写出了闻名中外的科学巨著《梦溪笔谈》和《忘怀录》等。宋哲宗绍圣二年(公元1095年)沈括逝世。
沈括一生的著作多达几十种,但保存到现在的,除《梦溪笔谈》外,仅有综合性文集《长兴集》和医药著作《良方》等少数几部了。
《梦溪笔谈》是中国科学史上的坐标,是沈括一生社会和科学活动的总结,内容极为丰富,包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、文学、史学、考古、音乐、艺术等共600余条。其中200多条属于科学技术方面,记载了他的许多发明、发现和真知灼见。
沈括治水
沈括十分重视发展农业生产和兴修水利。早在他青年时期任沭阳县主簿的时候,就主持了治理沭水的工程,组织几万民工,修筑渠堰不仅解除了当地人民的水灾威胁,而且还开垦出良田七千顷,改变了沭阳的面貌,那时他只有24岁。
在任宁国县令的时候,他积极倡导并且主持在今安徽芜湖地区修筑规模宏大的坚固的万春圩,开辟出能排能灌、旱涝保收的良田一千二百七十顷,同时还写了《圩田五说》、《万春圩图书》等关于圩田方面的著作。
熙宁五年(公元1072年),沈括主持了汴河的水利建设。为了治理汴河,沈括亲自测量了汴河下游从开封到泗州淮河岸共八百四十多里河段的地势。他采用“分层筑堰法”,测得开封和泗州之间地势高度相差十九丈四尺八寸六分。这种地形测量法,是把汴渠分成许多段,分层筑成台阶形的堤堰,引水灌注,然后逐级测量各段水面,累计各段方面的差,总和就是开封和泗州间“地势高下之实”。这在世界水利史上是一个创举。仅仅四五年时间里,就取得引水淤田一万七千多顷的显著成绩。在对地势高度计算时,其单位竟细到了寸分,可见,沈括的治学态度是极其严肃认真的。
杰出的天文学家
沈括还是一个杰出的天文学家。熙宁五年(公元1072年),也就在沈括负责汴河水建设时,沈括还负责领导司天监,在任职期间,他先后罢免了六名不学无术的旧历官,不计出身,破格推荐精通天文历算、出身平民的准南人卫朴进入司天监,主持修订新历的重要工作。
沈括和卫朴治学态度认真,对旧历官凭借演算凑数的修历方法非常不满,主张从观测天象入手,以实测结果作为修订历法的根据。为此,沈括首先研究并改革了浑仪、浮漏和影表等旧式的天文观测仪器。
浑仪是测量天体方位的仪器。经过历代的发展的演变,到宋朝,浑仪的结构已经变得十分复杂,三重圆环,相互交错,使用起来很不方便。为此,沈括对浑仪作了比较多的改革。他一方面取消了作用不大的白道环,把仪器简化、分工,再借用数学工具把他们之间的关系联系起来(“省去月道环,其侯月之出入,专以历法步之”);另一方面又提出改变一些环的位置,使它们不挡住观测视线。沈括的这些改革措施为仪器的发展开辟了新的途径。后来元朝郭守敬于元世祖至元十三年(公元1276年)创制的新式测天仪器──简仪,就是在这个基础上产生的。
漏壶是古代测定时刻的仪器,由几个盛水的容器装置成阶梯的形式,每一容器下侧都有孔,依次往下一容器滴水漏水。最下面的容器没有孔,里面装置有刻着时间标度的“箭”,随着滴漏水面升高,“箭”就慢慢浮起,从显露出来的刻度可以读出时刻。沈括对漏壶也进行了改革。他把曲筒铜漏管改做直颈玉嘴,并且把它的位置移到壶体下部。这样流水更加通畅,壶嘴也坚固耐用多了。
此外,沈括还制造了测日影的圭表,而且改进了测影方法。
沈括在《浑仪议》、《浮漏议》和《景表议》等三篇论文中介绍了他的研究成果,详细说明改革仪器的原理,阐发了自己的天文学见解,在是我国天文学史上的具有重要的作用。
沈括和卫朴的一系列革新活动遭到守旧势力的攻击和陷害。在沈括和卫朴的坚决斗争下,卫朴主持修订的奉元历终于在熙宁八年(公元1075年)修成颁行。但是,由于守旧势力阻挠和破坏,比较先进的奉元历只实行了十八年就被废止了。但是沈括并不因此而灰心,在晚年又进一步提出了用“十二气历”代替原来历法的主张。
我国原来的历法都是阴阳合历,而“十二气历”却是纯粹的阳历。它以十二气作为一年,一年分四季,每季分孟、仲、季三个月,并且按节气定月份,立春那天算一月一日,惊蛰算二月一日,依此类推。大月三十一天,小月三十天,大小月相间,即使有“两小相并”的情况,不过一年只有一次。
有“两小相并”的,一年共有三百六十五天;没有的,一年共三百六十六天。这样,每年的天数都很整齐,用不着再设闰月,四季节气都是固定的日期。至于月亮的圆缺,和寒来暑往的季节无关,只要在历书上注明“朔”、“望”就行了。
沈括所设计的这个历法是比较科学的,它既符合天体运行的实际,也有利于农业活动的安排。他预见到他的这一主张必定会遭到顽固守旧派的“怪怒攻骂”,极力阻挠,而暂时不能实行,但是,他坚信“异时必有用予之说者”。现在世界各国采用的公历,也就是阳历,在分月上还不如沈括的“十二气历”合理。
物理学家+化学家+数学家
沈括对物理学研究的成果也是极其丰富而珍贵的。《梦溪笔谈》中所记载这方面的见解和成果,涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域。特别是他对磁学的研究成就卓著。沈括在《梦溪笔谈》中第一次明确地谈到磁针的偏角问题。
在光学方面,沈括通过亲自观察实验,对小孔成像、凹面镜成象、凹凸镜的放大和缩小作用等作了通俗生动的论述。他对我国古代传下来的所谓“透光镜”(一种在背面能看到正面图案花纹的铜镜)的透光原因也做了一些比较科学的解释,推动了后来对“透光镜”的研究。此外,沈括还剪纸人在琴上做过实验,研究声学上的共振现象。
在化学方面,沈括也取得了一定的成就。他在出任延州时候曾经考察研究漉延境内的石油矿藏和用途。他利用石油不容易完全燃烧而生成炭黑的特点,首先创造了用石油炭黑代替松木炭黑制造烟墨的工艺。他已经注意到石油资源丰富,“生于地中无穷”,还预料到“此物后必不行于世”,这一远见已为今天所验证。另外,“石油”这个名称也是沈括首先使用的,比以前的石漆、石脂水、猛火油、火油、石脑油、石烛等名称都贴切得多。
在《梦溪笔谈》中有关“太阴玄精”(石膏晶体)的记载里,沈括根据形状、潮解、解理和加热失水等性能的不同,区分出几种晶体,指出它们虽然同名,却并不是一种东西。他还讲到了金属转化的实例,如用硫酸铜溶液把铁变成铜的物理现象。他记述的这些鉴定物质的手段,说明当时人们对物质的研究已经突破单纯表面现象的观察,而开始向物质的内部结构探索进军了。
沈括在数学方面也有精湛的研究。他从实际计算需要出发,创立了“隙积术”和“会圆术”。沈括通过对酒店里堆起来的酒坛和垒起来的棋子等有空隙的堆体积的研究,提出了求它们的总数的正确方法,这就是“隙积术”,也就是二阶等差级数的求和方法。
沈括的研究,发展了自《九章算术》以来的等差级数问题,在我国古代数学史上开辟了高阶等差级数研究的方向。此外,沈括还从计算田亩出发,考察了圆弓形中弧、弦和矢之间的关系,提出了我国数学史上第一个由弦和矢的长度,求弧长的比较简单实用的近似公式,这就是“会圆术”。这一方法的创立,不仅促进了平面几何学的发展,而且在天文计算中也起了重要的作用,并为我国球面三角学的发展作出了重要贡献。
地理学家+医学家
沈括在地学方面也有许多卓越的论断,反映了我国当时地学已经达到了先进水平。他正确论述了华北平原的形成原因:根据河北太行山山崖间有螺蚌壳和卵形砾石的带状分布,推断出这一带是远古时代的海滨,而华北平原是由黄河、漳水、滹沱河、桑乾河等河流所携带的泥沙沉积而形成的。
当他察访浙东的时候,观察了雁荡山诸峰的地貌特点,分析了它们的成因,明确地指出这是由于水流侵蚀作用的结果。他还联系西北黄土地区的地貌特点,做了类似的解释。
他还观察研究了从地下发掘出来的类似竹笋,以及桃核、芦根、松树、鱼蟹等各种各样化石,明确指出它们是古代动物和植物的遗迹,并且根据化石推论了古代的自然环境。这种思想,直到文艺复兴时期,意大利人达·芬奇对化石的性质开始有所论述,比沈括晚了四百多年。
沈括视察河北边防的时候,曾经把所考察的山川、道路和地形,在木板上制成立体地理模型。这个做法很快便被推广到边疆各州。熙宁九年(公元1076年),沈括奉旨编绘《天下州县图》。他查阅了大量档案文件和图书,经过近二十年坚持不懈的努力,终于完成了我国制图史上巨作《守令图》。这是一套大型地图集,共计二十幅,其中有大图一幅,高一丈二尺,宽一丈;小图一幅;各路图十八幅(按当时行政区划,全国分做十八路)。图幅之大,内容之详,都是以前少见的。
在制图方法上,沈括提出分率、准望、互融、傍验、高下、方斜、迂直等九法,这和西晋.裴秀著名的制图六体是大体一致的。他还把四面八方细分成二十四个方位,使图的精度有了进一步提高,为我国古代地图学做出了重要贡献。
沈括对医药学和生物学也很精通。他在青年时期就对医学有浓厚兴趣,并且致力于医药研究,搜集了很多验方,治愈过不少危重病人。同时他的药用植物学知识也十分广博,并且能够实际出发,辨别真伪,纠正古书上的错误。他曾经提出“五难”新理论;沈括的医学著作有《良方》等三种。现存的《苏沈良方》是后人把苏轼的医药杂说附入《良方》之内合编而成的。
文武双全
沈括文武双全,不仅在科学上取得了辉煌的成绩,而且为保卫北宋的疆土也做出过重要贡献。北宋时期,阶级矛盾和民族矛盾都十分尖锐。辽和西夏贵族统治者经常侵扰中原地区,掳掠人口牲畜,给社会经济带来很大破坏。沈括坚定地站在主战派一边,在熙宁七年(公元1074年)担任河北西路察访使和军器监长官期间,他攻读兵书,精心研究城防、阵法、兵车、兵器、战略战术等军事问题,编成《修城法式条约》和《边州阵法》等军事著作,把一些先进的科学技术成功地应用在军事科学上。同时,沈括对弓***甲胄和刀***等武器的制造也都作过深入研究,为提高兵器和装备的质量做出了一定贡献。
祖冲之,字文远,范阳郡遒县(今河北涞源)人。公元429年生于建康(今江苏南京)一个官宦人家,虽原籍北方,但几代祖先都在江南做官且通晓历法。祖父掌管土木工程建筑,父亲也学识渊博。他从小有机会接受家传科学知识,青年时代进入专门研究学术的华林学省学习研究。祖冲之曾作过州从事史,公府参军,县令,最高官至长水校尉,享受四品俸禄,公元500年去世。
祖冲之是中国古代一位伟大的数学家和天文学家,生平著作很多,内容也是多方面的。在数学方面的论著,不幸均已失传。在历代国内外的各种图书目录中,可以见到他所写的数学著作的书名有“缀术”6卷,“九章算术义注”9卷,“重差注”1卷。在天文历法方面,他编制成“大明历”,并为大明历写了“驳议”。在古代典籍的注释方面,祖冲之有“易义”、“老子义”、“庄子易”、“释论语”、“释孝经”等著作,但亦均失传。文学作品方面他著有“述异记”10卷,在“太平御览”等书中可以看到这部著作的片断。
从青年时起,祖冲之便对天文学和数学发生了兴趣。他把从上古时起直至他生活时代的各种文献、记录、资料,几乎全部搜罗来进行研究,并且亲自进行精密的测量和仔细的推算。正像他自己所说的那样,“亲量圭尺,躬察仪漏,目尽毫厘,心穷筹策”。他对刘歆、张衡、郑玄、阚译、王番、刘徽等科学家的工作进行了仔细研究,一一驳正了他们的错误,导出了许多极有价值的结果。准确到7位有效数学的园周率数值便是人所共知的例子。
园周率π的计算,标志着一个国家和民族的数学水平。中国古代也和世界上任何文化开发较早的国家和地区一样,人们最早使用的园周率是3。这一误差很大的数值一直沿用到汉代。入汉以后,对园周率的改进吸引了不少科学家的注意,都作了一些工作。最为重要的是魏晋时期的数学家刘徽,他用“割园术”计算出的园周率为3.14。
关于祖冲之在园周率方面的工作,其史料仅见于《隋书·律历志》中还记载说,祖冲之还给出了园周率的两个近似分数值:
密率:π=355/113,小数点后6位准确,
约率:π=22/7,小数点后2位准确。
在欧洲,1100多年后才算得355/113这一数值,被称为“安东尼兹率”。日本数学家三上义夫在1912年提出应称π=355/113为“祖率”。
关于祖冲之是如何算得如此精密的结果,没有任何史料流传下来,这是非常遗憾的。不过根据当时的情况判断,祖冲之用的仍是刘徽的“割园术”。果真如此的话,祖冲之需要计算出园内接正12288边形和正24576边形的面积,要进行加、减、乘、除、开方等运算达130次以上,每次运算都要精确到9位数字,可以想象,在当时用罗列算筹来计算,是需要何等的精心与超人的毅力。 关于球体体积的计算,是祖冲之及其儿子祖(日桓)在数学方面又一项了不起的成就。祖氏父子根据刘徽在“九章算术注”中担出的正确方法,求得了球体体积公式
球体积=4/3πγ3。
在导出球体积公式的过程中,祖氏父子总结出了所谓的“祖氏原理”。在西方这一原理被称为“卡瓦列里原理”,但它的发现者意大利数学家卡瓦列里(B.Cavalieri 1598~1647)比祖氏父子要晚1100多年。
祖冲之在天文历法方面的成就,大都包含在他所编制的大明历和为大明历所写的“驳议”中。祖冲之通过精密的观察测量,发现当时奉行的由前辈著名天文学家何承天所编制的元嘉历有不少错误,于是着手编制大明历,公元462年编成,时年只有33岁。祖冲之对历法的编制做出了很多创造性的贡献,大明历是这个时代一部最好的历法,但是却遭到皇旁宠臣的反对。直到祖冲之死后10年,由于他儿子祖(日桓)的坚决请求,经过实际天象的校验,大明历才得以正式颁行。
[此贴子已经被作者于2005-1-31 12:25:13编辑过]
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----往事总难梦里般恬醉
浙江省杭州市人,1911年生,男,***党员,空气动力学家,中国科学院院士,中国工程院院士。
1934年毕业于上海交通大学,1935年赴美国麻省理工学院留学,翌年获硕士学位,后入加州理工学院,1939年获航空、数学博士学位后留校任教并从事应用力学和火箭导弹研究。1955年回国后,历任中国科学院力学所所长,国防部第五研究院副院长、院长,七机部副部长,国防科委副主任,国防科工委科技委副主任,第3届中国科协主席,第6至8届全国政协副主席,***第9至12届中央候补委员。现任中国人民解放军总装备部科技委高级顾问,中国科学技术协会名誉主席。
1956年提出《建立我国国防航空工业意见书》,最先为中国火箭导弹技术的发展提出了极为重要的实施方案。协助周恩来、聂荣臻筹备组建火箭导弹研制机构——国防部第五研究院,1956年10月任该院院长。此后长期担任我国火箭导弹和航天器研制的技术领导职务,并以他在总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制和科技管理等领域的丰富知识,为中国火箭导弹和航天事业的创建与发展作出了杰出的贡献。1957年获中国科学院自然科学一等奖,1979年获美国加州理工学院杰出校友奖,1985年获国家科技进步奖特等奖。1989年获小罗克维尔奖章和世界级科学与工程名人称号,1991年被国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖章。
周光召院士1929年5月生于湖南省长沙市,1951年毕业于清华大学。1987年至1997年任中国科学院院长,现任全国人民代表大会常务委员会副委员长,中国科学技术协会主席,国务院学位委员会副主任,国家科技领导小组成员。
周光召教授先后被选为中国科学院院士,中国科学院学部主席团执行主席,中国国际交流协会副会长,中日友好二十一世纪中方委员,中国人民争取和平与裁军协会副会长,中国国际科技促进会副会长,海峡两岸人才交流协会名誉主席,国际粒子和场学会委员,国际纯粹和应用物理学会副主席,太平洋科学协会主席兼理事会主席,联合国教科文组织顾问委员会委员;被聘兼任清华大学理学院院长,2000年亚洲基金会名誉顾问,中国科学院特邀顾问等职。
周光召教授在理论物理的各主要领域都有过杰出的创造性成果,使他在国际物理学界享有盛誉。因其为我国第一颗原子弹、氢弹的研制成功作出了重大贡献,于1964年获国家自然科学一等奖;因在量子场论的研究中有重大突破,1987年年获中国科学院重大科技成果奖一等奖。周光召教授还被美国纽约市立大学、香港中文大学、香港大学、加拿大麦吉尔大学四所世界知名大学授予荣誉博士;1993年被意大利政府授予“意大利共和国爵士勋章”,1994年被香港求是科技基金会授予“中国杰出科学家”奖,1996年经国际小行星命名委员会审议通过,将国际编号为3462号的小行星命名为“周光召星”。他目前是美国科学院、俄罗斯科学院、欧洲科学院、第三世界科学院、捷克科学院、保加利亚科学院、蒙古科学院、法语区工程师科学院、罗马尼亚科学院、韩国翰林院等11个国家和地区的科学院院士,是目前中国担任外籍院士头衔最多者。
钱三强(1913-1992)浙江省湖州市人,1913年生,男,***党员,核物理学家,中国科学院院士。
1936年毕业于清华大学物理系,后赴法国巴黎大学居里实验室和法兰西学院原子核化学实验室从事原子核物理研究工作,获博士学位,1946年获法国科学院亨利·德巴微物理学奖金。1948年回国,历任清华大学物理系教授,北平研究院原子能研究所所长,中国科学院近代物理所(后改为原子能所)所长、计划局局长、副秘书长,二机部副部长、中国科学院副院长、中国物理学会理事长、中国核学会名誉理事长、中国科学院特邀顾问。1992年逝世。
中国原子能事业的开拓者和奠基人之一。50年代领导建成中国第一个重水型原子反应堆和第一台回旋加速器,以及一批重要仪器设备。使我国的堆物理、堆工程技术、钎化学放射生物学、放射性同位素制备、高能加速器技术、受控热核聚变等科研工作,都先后开展起来。在苏联政府停止对中国的技术援助后,一方面迅速选调一批优秀核科技专家去二机部,直接负责原子弹研制中各个环节的攻坚任务,一方面会同中国科学院有关领导人,组织联合攻关。使许多关键技术得到及时解决,为第一颗原子弹和氢弹的研制成功作出重要贡献。早在1960年,即在原子能所组织中子物理理论与实验两个研究组开展氢弹的预研工作,为氢弹研制作了理论准备,促成了中国在第一颗原子弹爆炸后仅两年零八个月,就研制成了氢弹。
邓稼先 (1924-1986)安徽省怀宁县人,1924年生,男,***党员,核物理学家,中国科学院学部委员。
1945年毕业于西南联合大学物理系,后在北京大学任教。1948年10月缚美国普渡大学物理系留学,1950年获物理学博士学位,同年回国。历任中国科学院近代物理研究所助研、副研究员,二机部第九研究所理论部主任、第九研究院副院长、院长,国防科工委科技委副主任,核工业部科技委副主任等职。***第12届中央委员。1986年逝世。
在原子弹、氢弹研究中,领导开展了爆轰物理、流体力学,状态方程、中子输运等基础理论研究,对原子弹的物理过程进行了大量模拟计算和分析,迈出了中国独立研究核武器的第一步。领导完成原子弹的理论方案,并参与指导核试验的爆轰模拟试验。原子弹试验成功后,立即组织力量,探索氢弹设计原理,选定技术途径。1982年获国家自然科学奖一等奖,1985年获两项国家科技进步奖特等奖,1986年获全国劳动模范称号,1987年和1989年各获一项国家科技进步奖特等奖。
陈景润(1933-1996)福建福州人,1953年毕业于厦门大学数学系,中国科学院数学研究所研究员。主要从事解析数论方面的研究,并在哥德巴赫猜想研究方面取得国际领先的成果。50年代对高斯圆内格点、球内格点、塔里问题与华林问题作了重要改进。60年代以来对筛法及其有关重要问题作了深入研究,1966年5月证明了命题“1+2”,将200多年来人们未能解决的哥德巴赫猜想的证明大大推进了一步。这一结果被国际上誉为“陈氏定理”;其后又对此作了改进,将最小素数从原有的80推进到16,深受称赞。
陈景润是世界著名解析数论学家之一,他在50年代即对高斯圆内格点问题、球内格点问题、塔里问题与华林问题的以往结果,作出了重要改进。60年代后,他又对筛法及其有关重要问题,进行广泛深入的研究。
1966年屈居于六平方米小屋的陈景润,借一盏昏暗的煤油灯,伏在床板上,用一支笔,耗去了几麻袋的草稿纸,居然攻克了世界著名数学难题“哥德巴赫猜想”中的(1+2),创造了距摘取这颗数论皇冠上的明珠(1+ 1)只是一步之遥的辉煌。他证明了“每个大偶数都是一个素数及一个不超过两个素数的乘积之和”,使他在哥德巴赫猜想的研究上居世界领先地位。这一结果国际上誉为“陈氏定理”,受到广泛征引。这项工作还使他与王元、潘承洞在1978年共同获得中国自然科学奖一等奖。他研究哥德巴赫猜想和其他数论问题的成就,至今,仍然在世界上遥遥领先。世界级的数学大师、美国学者阿 ·威尔(A?Weil)曾这样称赞他:“陈景润的每一项工作,都好像是在喜马拉雅山山巅上行走。”
陈景润于1978年和1982年两次收到国际数学家大会请他作45分钟报告的邀请。这是中国人的自豪和骄傲。他所取得的成绩,他所赢得的殊荣,为千千万万的知识分子树起了一面不凋的旗帜,辉映三山五岳,召唤着亿万的青少年奋发向前。
陈景润共发表学术论文70余篇。
杨乐,著名基础数学家。江苏南通人,1939年11月10日生。现任中国数学会理事长、中国科学院院士、数学研究所研究员、博士生导师。由于在函数模分布论、辐角分布论、正规族等方面的研究成果突出获得华罗庚数学奖。
杨乐1956年起就读于北京大学数学力学系,1962年毕业后,考入中国科学院数学研究所做研究生,1966年毕业即从事数学研究工作。其间,1977年任副研究员,1979年任研究员,1982年任数学研究所副所长,1987年起任数学研究所所长。先后当选为第六、七、八届全国政协委员,第五、六届全国青年联合会副主席,中国科协全国委员会第三届委员、第四届常委,中国数学会常务理事、秘书长、理事长;先后担任第三届国务院学位委员会委员、第一、二、三、届国务院学位委员会数学评议组成员,中国科学院基金委员会委员,第三、四届全国自然科学奖励委员会委员,《数学学报》主编,《Results in Mathematics》、《中国科学》、《科学通报》编委等职。1980年11月当选为中国科学院数学物理学部学部委员。
杨乐在复分析,特别是整函数与亚纯函数的值分布理论方面有系统的、深入的研究、其成果获得了国内外同行的高度评价和广泛引用,主要研究成果有:合作研究了整函数与亚纯函数的亏值与波菜尔方向间的联系,首次在这两个基本概念间建立了紧密和准确的关系;对亚纯函数及其导数的总亏量给予了精确估计,回答了区律欣(D·Drasin)提出的几个问题;引进了亏函数的概念,证明了下级为有究的亚纯函数的亏函数至多是可数的,并给亏量以适当的估计,该课题在80年代为国际上同行所重视;对亚纯函数的奇异方向进行了深入研究,引进了新的奇异方向,对奇异方向的分布给出了简单明了的充要条件(其中部分工作与他人合作);对全纯与亚纯函数的正规族作了系统研究,获得了一些新的正规定则,并建立了正规族与不动点之间的联系;与英国一著名数学家合作研究了角域内全纯与亚纯函数的正规族作了系统研究,获得了一些新的正规定则,并建立了正规族与不动点之间的联系;与英国一著名数学家合作研究了角域内全纯函数的增长与取值问题,解决了著名数学家立特活德的一个猜想;证明了有穷下级为μ的整函数,若其级不低于μ的波莱尔方向数目为有究,则它和所有各级原函数的有究非零亏值数目总和不超过2μ;还将海曼基本不等式两个主项的系数大大降低,成为目前这个课题最好的结果。他于1978年获全国科学大会奖,1982年与张广厚获国家自然科学二等奖。
多年来,杨乐发表了60余篇学术论文和2本专著,编辑了5本论文集。其专著获1983年全国优秀科技图书一等奖和首届国家图书奖(1994年)。
1979年以来,杨乐先后在美国康乃尔大学、普渡大学,瑞典皇家科学院,美国普林斯顿高等研究所、哈佛大学、圣母大学作访问教授,应邀到美国、英国、苏联、德国、日本、瑞典、芬兰等到国50多所大学和研究所作学术演讲,在10余次国际学术会议上作主报告或邀请报告。
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----往事总难梦里般恬醉
麦克斯韦
麦克斯韦(1831-1879)是继法拉第之后,集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果,建立了第一个完整的电磁理论体系,不仅科学地预言了电磁波的存在,而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性,完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果,奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡,他的父亲原是律师,但他的主要兴趣是在制作各种机械和研究科学问题,他这种对科学的强烈爱好,对麦克斯韦一生有深刻的影响。麦克斯韦10岁进入爱丁堡中学, 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》,反映了他在几何和代数方面的丰富知识。16岁进入爱丁堡大学学习物理,三年后,他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时,打下了扎实的数学基础,为他尔后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。他阅读了W.汤姆生的科学著作,他十分赞同法拉第提出的新观点,并且精心研究法拉第的《电学的实验研究》一书。他以法拉第的力线概念为指导,透过这些似乎杂乱无章的实验记录,看出了它们之间实际上贯穿着一些简单的规律。于是,他发表了第一篇电磁学论文《论法拉第的力线》。在这篇论文中,法拉第的力线概念获得了精确的数学表述,并且由此导出了库仑定律和高斯定律。这篇文章还只是限于把法拉第的思想翻译成数学语言,还没有引导到新的结果。1862年他发表了第二篇论文《论物理力线》,不但进一步发展了法拉第的思想,扩充到磁场变化产生电场,而且得到了新的结果:电场变化产生磁场,由此预言了电磁波的存在,并证明了这种波的速度等于光速,揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三篇论文《电磁场的动力学理论》,从几个基本实验事实出发,运用场论的观点,以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电磁学大成的划时代著作,全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果,建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。
麦克斯韦在总结前人工作的基础上,引入位移电流的概念,建立了一组微分方程。这方程组确定电荷、电流(运动的电荷)、电场、磁场之间的普遍联系,是电磁学的基本方程,麦克斯韦方程组表明,空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场,而变化的电场又能激发涡旋磁场。交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。麦克斯韦方程还说明,电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化,由此式可证明电微波在以太(即真空)中传播的速度,等于光在真空中传播的速度。这不是偶然的巧合,而是由于光和电磁波在本质上是相同的。光是一定波长的电磁波,这就是麦克斯韦创立的光的电磁学说。
麦克斯韦被大多数近代物理学家看作是19世纪的科学家,但他对20世纪的物理学影响很大,他与牛顿和爱因斯坦齐名。1931年爱因斯坦在麦克斯韦生辰百年纪念会上曾指出:麦克斯韦的工作“是牛顿以来,物理学最深刻和最富有成果的工作”,从而使物理现实的概念得到了改变。麦克斯韦提出的电磁辐射的概念和他的场方程组,是根据法拉第的电力线和磁力线的实验观察提出来的,从而引出了爱因斯坦的狭义相对论,并建立了质量和能量的等效性原理。使麦克斯韦成为历史上最伟大的科学家之一的工作是他关于电磁学的研究,麦克斯韦说,他最重要的工作是把法拉第的物理观点用数学表达出来。麦克斯韦曾表示电磁波是能在实验室内产生的,这种可能性首先由赫兹在1887年实现了,这时麦克斯韦以去世8年。所以,具有广泛应用价值的无线电工业实际上来源于麦克斯韦的著述。在电磁理论以外,麦克斯韦在物理学其他领域中也有重大贡献。20多岁时麦克斯韦曾写过一篇有关土星的论文证实土星外围的那些换都是由一块块不相粘附的物质组成的,100多年以后当一架“航行者”太空推测器到达土星周围时,证实了这一理论。1871年麦克斯韦被推选为卡文迪什讲座教授。他设计了卡文迪什实验室,而且亲自监督施工。
麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面,同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统计物理学等方面,都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克(Max Plank l858—1947)指出的:“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上,永放光芒。从生地来说,他属于爱丁堡;从个性来说,他属于剑桥大学;从功绩来说,他属于全世界”。
乔治·西蒙·欧姆(1789-1854)生于德国埃尔兰根城,父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学,由于经济困难,中途缀学,到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很有天才和科学抱负的人,他长期担任中学教师,由于缺少资料和仪器,给他的研究工作带来不少困难,但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究,自己动手制作仪器。
欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发,导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为,电流现象与此相似,猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力,即现在所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源,但是因为电流不稳定,效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源,从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小,这在当时还是一个没有解决的难题。开始,欧姆利用电流的热效应,用热胀冷缩的方法来测量电流,但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来,巧妙地设计了一个电流扭秤,用一根扭丝悬挂一磁针,让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置;再用铋和铜温差电池,一端浸在沸水中,另一端浸在碎冰中,并用两个水银槽作电极,与铜线相连。当导线中通过电流时,磁针的偏转角与导线中的电流成正比。他将实验结果于1826年发表。1827年欧姆又在《电路的数学研究》一书中,把他的实验规律总结成如下公式:S=γE。式中S表示电流;E表示电动力,即导线两端的电势差,γ为导线对电流的传导率,其倒数即为电阻。
欧姆定律发现初期,许多物理学家不能正确理解和评价这一发现,并遭到怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视,经济极其困难,使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金牌,才引起德国科学界的重视。
欧姆在自己的许多著作里还证明了:电阻与导体的长度成正比,与导体的横截面积和传导性成反比;在稳定电流的情况下,电荷不仅在导体的表面上,而且在导体的整个截面上运动。
人们为纪念他,将测量电阻的物理量单位以欧姆的姓氏命名。
安培(André Marie Ampè 1775~1836年),法国物理学家,对数学和化学也有贡献。1775年1月22日生于里昂一个富商家庭。年少时就显出数学才能。他的父亲信奉J.J.卢梭的教育思想,供给他大量图书,令其走自学的道路,于是他博览群书,吸取营养;卢梭关于植物学的著作燃起了他对科学的热情。
科学成就
1.安培最主要的成就是1820~1827年对电磁作用的研究。
①发现了安培定则
奥斯特发现电流磁效应的实验,引起了安培注意,使他长期信奉库仑关于电、磁没有关系的信条受到极大震动,他全部精力集中研究,两周后就提出了磁针转动方向和电流方向的关系及从右手定则的报告,以后这个定则被命名为安培定则。
②发现电流的相互作用规律
接着他又提出了电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引,电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥。对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。
③发明了电流计
安培还发现,电流在线圈中流动的时候表现出来的磁性和磁铁相似,创制出第一个螺线管,在这个基础上发明了探测和量度电流的电流计。
④提出分子电流假说
他根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。提出了著名的分子电流假说。安培认为构成磁体的分子内部存在一种环形电流——分子电流。由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性。当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出宏观磁性。安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实,它带有相当大的臆测成分;在今天已经了解到物质由分子组成,而分子由原子组成,原子中有绕核运动的电子,安培的分子电流假说有了实在的内容,已成为认识物质磁性的重要依据。
⑤总结了电流元之间的作用规律——安培定律
安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来人们把这定律称为安培定律。安培第一个把研究动电的理论称为“电动力学”,1827年安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中。这是电磁学史上一部重要的经典论著。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位“安培”以他的姓氏命名。
他在数学和化学方面也有不少贡献。他曾研究过概率论和积分偏微方程;他几乎与H戴维同时认识元素氯和碘,导出过阿伏伽德罗定律,论证过恒温下体积和压强之间的关系,还试图寻找各种元素的分类和排列顺序关系。
3.“电学中的牛顿”
安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中,成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一,还把安培誉为“电学中的牛顿”。
安培还是发展测电技术的第一人,他用自动转动的磁针制成测量电流的仪器,以后经过改进称电流计。
安培在他的一生中,只有很短的时期从事物理工作,可是他却能以独特的、透彻的分析,论述带电导线的磁效应,因此我们称他是电动力学的先创者,他是当之无愧的。
高斯(1777-1855)是德国数学家 ,也是科学家,他和牛顿、阿基米德,被誉为有史以来的三大数学家。高斯是近代数学奠基者之一,在历史上影响之大, 可以和阿基米德、牛顿、欧拉并列,有“数学王子”之称。
他幼年时就表现出超人的数学天才。1795年进入格丁根大学学习。第二年他就发现正十七边形的尺规作图法。并给出可用尺规作出的正多边形的条件,解决了欧几里得以来悬而未决的问题。
高斯的数学研究几乎遍及所有领域,在数论、代数学、非欧几何、复变函数和微分几何等方面都做出了开创性的贡献。他还把数学应用于天文学、大地测量学和磁学的研究,发明了最小二乘法原理。高理的数论研究 总结 在《算术研究》(1801)中,这本书奠定了近代数论的基础,它不仅是数论方面的划时代之作,也是数学史上不可多得的经典着作之一。高斯对代数学的重要贡献是证明了代数基本定理,他的存在性证明开创了数学研究的新途径。高斯在1816年左右就得到非欧几何的原理。他还深入研究复变函数,建立了一些基本概念发现了着名的柯西积分定理。他还发现椭圆函数的双周期性,但这些工作在他生前都没发表出来。1828年高斯出版了《关于曲面的一般研究》,全面系统地阐述了空间曲面的微分几何学,并提出内蕴曲面理论。高斯的曲面理论后来由黎曼发展。 高斯一生共发表155篇论文,他对待学问十分严谨,只是把他自己认为是十分成熟的作品发表出来。其著作还有《地磁概念》和《论与距离平方成反比的引力和斥力的普遍定律》等。
高斯最出名的故事就是他十岁时,小学老师出了一道算术难题:“计算1+2+3…+100=?”。 这可难为初学算术的学生,但是高斯却在几秒后将***解了出来,他利用算术级数(等差级数)的对称性,然后就像求得一般算术级数和的过程一样,把数目一对对的凑在一起:1+100,2+ 99,3+98,……49+52,50+51 而这样的组合有50组,所以***很快的就可以求出是: 101×50=5050。
1801年高斯有机会戏剧性地施展他的优势的计算技巧。那年的元旦,有一个后来被证认为小行星并被命名为谷神星的天体被发现当时它好像在向太阳靠近,天文学家虽然有40天的时间可以观察它,但还不能计算出它的轨道。高斯只作了3次观测就提出了一种计算轨道参数的方法,而且达到的精确度使得天文学家在1801年末和1802年初能够毫无困难地再确定谷神星的位置。高斯在这一计算方法中用到了他大约在1794年创造的最小二乘法(一种可从特定计算得到最小的方差和中求出最佳估值的方法在天文学中这一成就立即得到公认。他在《天体运动理论》中叙述的方法今天仍在使用,只要稍作修改就能适应现代计算机的要求。高斯在小行星”智神星”方面也获得类似的成功。
由于高斯在数学、天文学、大地测量学和物理学中的杰出研究成果,他被选为许多科学院和学术团体的成员。“数学之王”的称号是对他一生恰如其分的赞颂。
美国天文学家爱德温·哈勃(1889-1953)是研究现代宇宙理论最著名的人物之一,是河外天文学的奠基人。他发现了银河系外星系存在及宇宙不断膨胀,是银河外天文学的奠基人和提供宇宙膨胀实例证据的第一人。
哈勃在芝加哥大学学习时,受天文学家海尔启发开始对天文学发生兴趣。他在该校时即已获数学和天文学的校内学位;但毕业后却前往英国牛津大学学习法律,1913年在美国肯塔基州开业当律师。后来,他终于集中精力研究天文学,并返回芝加哥大学,在该校设于威斯康星州的叶凯士天文台工作。在获得天文学哲学博士学位和从军参战以后,他便开始在威尔逊天文台(现属海尔天文台)专心研究河外星系并作出新发现。20世纪20年代,天文界围绕星系是不是银河系的一部分这个问题展开了一场大讨论。他在1922~1924年期间发现,星云并非都在银河系内。哈勃在分析一批造父变星的亮度以后断定,这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年,因而一定位于银河系外。这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。
1925年当他根据河外星系的形状对它们进行分类时,哈勃又得出第二个重要的结论:星系看起来都在远离我们而去,且距离越远,远离的速度越高。这一结论意义深远,以为一直以来,天文学家都认为宇宙是静止的,而现在发现宇宙是在膨胀的,并且更重要的是,哈勃于1929年还发现宇宙膨胀的速率是一常数。这个被称为哈勃常数的速率就是星系的速度同距离的比值。后来经过其他天文学家的理论研究之后,宇宙已按常数率膨胀了100~200亿年。
20世纪初,大部分天文学家都认为宇宙不会膨胀出银河系。但20世纪20年代初,哈勃用当时最大的望远镜观察神秘的仙女座时,发现仙女座中的星云不是银河系的气体,而是一个完全独立的星系。在银河系之外存在许多其它的星系,宇宙比人类想象的要大许多。
哈勃根据星系结构来区分星系,至今天文学上仍在延用哈勃的星系分类法。
由于他对天文学的贡献,哈勃获得许多荣誉称号和奖章。在他的著作中,有《星云光谱的红移》和《哈勃星系图集》。
笛卡儿(Descartes,René)(1596-1660),法国数学家、科学家和哲学家。他是西方近代资产阶级哲学奠基人之一。他的哲学与数学思想对历史的影响是深远的。人们在他的墓碑上刻下了这样一句话:“笛卡儿,欧洲文艺复兴以来,第一个为人类争取并保证理性权利的人。”
笛卡儿出生于法国,父亲是法国一个地方法院的评议员,相当于现在的律师和法官。一岁时母亲去世,给笛卡儿留下了一笔遗产,为日后他从事自己喜爱的工作提供了可靠的经济保障。8岁时他进入一所耶稣会学校,在校学习8年,接受了传统的文化教育,读了古典文学、历史、神学、哲学、法学、医学、数学及其他自然科学。但他对所学的东西颇感失望。因为在他看来教科书中那些微妙的论证,其实不过是模棱两可甚至前后矛盾的理论,只能使他顿生怀疑而无从得到确凿的知识,惟一给他安慰的是数学。在结束学业时他暗下决心:不再死钻书本学问,而要向“世界这本大书”讨教,于是他决定避开战争,远离社交活动频繁的都市,寻找一处适于研究的环境。1628年,他从巴黎移居荷兰,开始了长达20年的潜心研究和写作生涯,先后发表了许多在数学和哲学上有重大影响的论著。在荷兰长达20年的时间里,他集中精力做了大量的研究工作,在1634年写了《论世界》,书中总结了他在哲学、数学和许多自然科学问题上的看法。1641年出版了《行而上学的沉思》,1644年又出版了《哲学原理》等。他的著作在生前就遭到教会指责,死后又被梵蒂冈教皇列为禁书,但这并没有阻止他的思想的传播。
笛卡儿不仅在哲学领域里开辟了一条新的道路,同时笛卡儿又是一勇于探索的科学家,在物理学、生理学等领域都有值得称道的创见,特别是在数学上他创立了解析几何,从而打开了近代数学的大门,在科学史上具有划时代的意义。
笛卡儿的主要数学成果集中在他的“几何学”中。当时,代数还是一门比较新的科学,几何学的思维还在数学家的头脑中占有统治地位。在笛卡儿之前,几何与代数是数学中两个不同的研究领域。笛卡儿站在方法论的自然哲学的高度,认为希腊人的几何学过于依赖于图形,束缚了人的想象力。对于当时流行的代数学,他觉得它完全从属于法则和公式,不能成为一门改进智力的科学。因此他提出必须把几何与代数的优点结合起来,建立一种“真正的数学”。笛卡儿的思想核心是:把几何学的问题归结成代数形式的问题,用代数学的方法进行计算、证明,从而达到最终解决几何问题的目的。依照这种思想他创立了我们现在称之为的“解析几何学”。1637年,笛卡儿发表了《几何学》,创立了直角坐标系。他用平面上的一点到两条固定直线的距离来确定点的距离,用坐标来描述空间上的点。他进而又创立了解析几何学,表明了几何问题不仅可以归结成为代数形式,而且可以通过代数变换来实现发现几何性质,证明几何性质。解析几何的出现,改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向,把相互对立着的“数”与“形”统一了起来,使几何曲线与代数方程相结合。笛卡儿的这一天才创见,更为微积分的创立奠定了基础,从而开拓了变量数学的广阔领域。最为可贵的是,笛卡儿用运动的观点,把曲线看成点的运动的轨迹,不仅建立了点与实数的对应关系,而且把形(包括点、线、面)和“数”两个对立的对象统一起来,建立了曲线和方程的对应关系。这种对应关系的建立,不仅标志着函数概念的萌芽,而且标明变数进入了数学,使数学在思想方法上发生了伟大的转折--由常量数学进入变量数学的时期。正如恩格斯所说:“数学中的转折点是笛卡儿的变数。有了变数,运动进入了数学,有了变数,辨证法进入了数学,有了变数,微分和积分也就立刻成为必要了。笛卡儿的这些成就,为后来牛顿、莱布尼兹发现微积分,为一大批数学家的新发现开辟了道路。
笛卡儿在其他科学领域的成就同样累累硕果。笛卡儿靠着天才的直觉和严密的数学推理,在物理学方面做出了有益的贡献。从1619年读了开普勒的光学著作后,笛卡儿就一直关注着透镜理论;并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分。笛卡儿坚信光是“即时”传播的,他在著作《论人》和《哲学原理》中,完整的阐发了关于光的本性的概念。他还从理论上推导了折射定律,与荷兰的斯涅耳共同分享发现光的折射定律的荣誉。他还对人眼进行光学分析,解释了视力失常的原因是晶状体变形,设计了矫正视力的透镜。在力学方面,他提出了宇宙间运动量总和是常数的观点,创造了运动量守恒定律,为能量守恒定律奠定了基础。他还指出,一个物体若不受外力作用,将沿直线匀速运动。
笛卡儿在其他的科学领域还有不少值得称道的创见。他发展了宇宙演化论,创立了漩涡说。他认为太阳的周围有巨大的漩涡,带动着行星不断运转。物质的质点处于统一的漩涡之中,在运动中分化出土、空气和火三种元素,土形成行星,火则形成太阳和恒星。笛卡儿的这一太阳起源的旋涡说,比康德的星云说早一个世纪,是17世纪中最有权威的宇宙论。他还提出了刺激反应说,为生理学做出了一定的贡献。
笛卡儿近代科学的始祖。笛卡儿是欧洲近代哲学的奠基人之一,黑格尔称他为“现代哲学之父”。他自成体系,熔唯物主义与唯心主义于一炉,在哲学史上产生了深远的影响。同时,他又是一位勇于探索的科学家,他所建立的解析几何在数学史上具有划时代的意义。笛卡儿堪称17世纪的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一,被誉为“近代科学的始祖”。
安托万-洛朗·拉瓦锡(1743-1794)生于巴黎。拉瓦锡与他人合作制定出化学物种命名原则,创立了化学物种分类新体系。拉瓦锡根据化学实验的经验,用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用。这些工作,特别是他所提出的新观念、新理论、新思想,为近代化学的发展奠定了重要的基础,因而后人称拉瓦锡为近代化学之父。
在学校是一个天才男孩。20岁时因出色地撰写了巴黎街道照明的设计文章而获得法国科学院的嘉奖。几年之后,即1768年,他被评选为法国科学院的“名誉院士”。
他为后人留下的杰作是《化学概要》,这篇论文标志着现代化学的诞生。在这篇论文中,拉瓦锡除了正确地描述燃烧和吸收这两种现象之外,在历史上还第一次开列出化学元素的准确名称。名称的确立建立在物质是由化学元素组成的这个基础之上。而在此之前,这些元素有着不同的称谓。在书中,拉瓦锡将化学方面所有处于混乱状态的发明创造整理得有条有理。
化学家拉瓦锡原来是学法律的。1763年,年仅20岁的拉瓦锡就取得了法律学士学位,并且获律师从业***。拉瓦锡的父亲是一位颇有名气的律师,家境富有。所以拉瓦锡没有马上去律师,那时他对植物学发生了兴趣,经常上山采集标本使他又对气象学产生了兴趣。在地质学家葛太德的建议下,拉瓦锡师从巴黎著名的化学鲁教授伊勒教授。从此,拉瓦锡就和化学结下不解之缘。
拉瓦锡的对化学的第一个贡献便是从试验的角度验证并总结了质量守恒定律。早在拉瓦锡出生之时,多才多艺的俄罗斯科学家罗蒙诺索夫就提出了质量守恒定律,他当时称之为“物质不灭定律”,其中含有更多的哲学意蕴。但由于“物质不灭定律”缺乏丰富的实验根据,特别是当时俄罗斯的科学还很落后,西欧对沙俄的科学成果不重视,“物质不灭定律”没有得到广泛的传播。
拉瓦锡用硫酸和石灰合成了石膏,当他加热石膏时放出了水蒸气。拉瓦锡用天平仔细称量了不同温度下石膏失去水蒸气的质量。他的导师鲁伊勒把失去水蒸气称为“结晶水”,从此就多了一个化学名词……结晶水。这次意外的成功使拉瓦锡养成了经常使用天平的习惯。由此,他总结出质量守恒定律,并成为他进行实验、思维和计算的基础。为了表明守恒的思想,用等号而不用箭头表示变化过程。如糖转变为酒精的发酵过程表示为下面的等式:
葡萄糖 == 碳酸(CO2)+ 酒精
这正是现代化学方程式的雏形。为了进一步阐明这种表达方式的深刻含义,拉瓦锡又撰文写到:
“可以设想,参加发酵的物质和发酵后的生成物列成一个代数式,再假定方程式中的某一项是未知数,然后通过实验,算出它们的值。这样,就可以用计算来检验实验,再用实验来验证计算。我就经常用这种方法修正实验初步结果,使我能通过正确的途径改进实验,直到获得成功。”
拉瓦锡最重要的发现:燃烧原理,是他对化学研究的第二大贡献。伟大的科学家描述了最重要的气体:氧、氮和氢的作用。拉瓦锡最重要的发现是关于燃烧的原理。之所以能够有此发现,是因为他第一次准确地识别出了氧气的作用。事实上,科学家确认燃烧是氧化的化学反应,即燃烧是物质同某种气体的一种结合。拉瓦锡为这种气体确立了名称,即氧气,事实上就是“成酸的元素”的意思。
拉瓦锡最终排除了当时流行极广的关于“燃素”的错误看法。按照那种理论,在燃烧期间,任何被燃烧的物质同一种被称为“燃素”的物质相分离。“燃素”被认为是整个燃烧过程的主导者。
拉瓦锡还识别出了氮气。这种气体早在1772年就被发现了,但却被命名了一个错误的名称——“废气”(意思是“用过的气”,也就是没有燃素的气,因此不会再被用作燃烧的气)。拉瓦锡则发现这种“气体”实际上是由一种被称为氮的气体构成的,因为它“无活力”(来源于希腊语azofe)。后来,他又识别出了氢气,这个名称的意思是“成水的元素”。拉瓦锡还研究过生命的过程。他认为,从化学的观点看,物质燃烧和动物的呼吸同属于空气中氧所参与的氧化作用。
1772年秋天,拉瓦锡照习惯称量了定量的白磷,使之燃烧、冷却后又称量灰烬(P2O5)的质量,发现质量竟然增加了!他又燃烧硫磺,同样发现灰烬的质量大于硫磺的质量。他想这一定是什么气体被白磷和硫磺吸收了。于是他又改进实验的方法:将白磷放入一个钟罩,钟罩里留有一部分空气,钟罩里的空气用管子连接一个水银柱(注:测定空气的压力)。加热到40℃时白磷就迅速燃烧,水银柱上升。拉瓦锡还发现“1盎司的白磷大约可得到2.7盎司的白色灰烬(P2O5)。增加的重量和所消耗的1/5容积的空气重量基本接近”。
拉瓦锡的发现和当时的燃素学说是相悖的。燃素学说认为燃烧是***过程,燃烧产物应该比可燃物质量轻。他把实验结果写成论文交给法国科学院。从此他做了很多实验来证明燃素说的错误。在1773年2月,他在实验记录本上写到:“我所做的实验使物理和化学发生了根本的变化。”他将新化学命名为“反燃素化学”。
1775年,拉瓦锡对氧气进行研究。他发现燃烧时增加的质量恰好是氧气减少的质量。以前认为可燃物燃烧时吸收了一部分空气,实际上是吸收了氧气,与氧气化合,这就是彻底推翻了燃素说的燃烧学说。
1777年,拉瓦锡批判燃素学说:“化学家从燃素说只能得出模糊的要素,它十分不确定,因此可以用来任意地解释各种事物。有时这一要素是有重量的,有时又没有重量;有时它是自由之火,有时又说它与土素相化合成火;有时说它能通过容器壁的微孔,有时又说它不能透过;它能同时用来解释碱性和非碱性、透明性和非透明性、有颜色和无色。它真是只变色虫,每时每刻都在改变它的面貌。”
1777年9月5日,拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》,系统地阐述了燃烧的氧化学说,将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言,逐渐扫清了燃素说的影响。化学自此切断与古代炼丹术的联系,揭掉神秘和臆测的面纱,取而代之的是科学实验和定量研究。化学由此也进入定量化学(即近代化学)时期。因此称拉瓦锡是近代化学的奠基者,他当之无愧。
拉瓦锡对化学的第三大贡献是否定了古希腊哲学家的四元素说和三要素说,建立在科学实验基础上的化学元素的概念:“如果元素表示构成物质的最简单组分,那么目前我们可能难以判断什么是元素;如果相反,我们把元素与目前化学分析最后达到的极限概念联系起来,那么,我们现在用任何方法都不能再加以***的一切物质,对我们来说,就算是元素了。”
在1789年出版的历时四年写就的《化学概要》里,拉瓦锡列出了第一张元素一览表,元素被分为四大类:
1.简单物质,光、热、氧、氮、氢等物质元素。
2.简单的非金属物质,硫、磷、碳、盐酸素、氟酸素、硼酸素等,其氧化物为酸。
3.简单的金属物质,锑、银、铋、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌等,被氧化后生成可以中和酸的盐基。
4.简单物质,石灰、镁土、钡土、铝土、硅土等。
1789年法国大革命爆发,拉瓦锡由于曾经担任过包税官而自首入狱。被诬陷与法国的敌人有来往,犯有叛国罪,于1794年5月8日处以绞刑。著名的法籍意大利数学家拉格朗日痛心地说:“他们可以一瞬间把他的头割下,而他那样的头脑一百年也许长不出一个来。”
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----往事总难梦里般恬醉
居里夫人
最高原则
一八七七年的波兰,还是一个千疮百孔、支离破碎的国家。它被沙皇俄国、奥地利和普鲁士侵占着。
在压迫中降生,在铁蹄下长大的小玛丽,对世间发生的这一切疑惑不解:为什么波兰的孩子不准学波兰话?为什么波兰的孩子不准看波兰书?为什么波兰的孩子要在沙俄监察员的监视下学习?放学回家的路上,玛丽问她的小伙伴:“沙皇要我们波兰干什么?他难道还不够富有吗?他的国土是那么大。”老师最了解孩子们的心里。当沙俄监察员不在的时候,秘密地讲授着波兰民族反抗侵略者的历史;秘密地传授着波兰的文化和语言;秘密地培养孩子们热爱祖国的感情。小玛丽回到家里,父亲和哥哥秘密地给她讲:“压迫会产生反抗”、“知识就是力量”,唤起她追求知识和提高学习成绩的强烈愿望。从此,小玛丽的心窝里,就埋下了对祖国热爱、对侵略者憎恨的感情。虽然她还只有十岁,不懂得怎样去反抗侵略者,但是那种决不屈服的性格却在她幼小的心灵里燃烧着;为祖国解放而学习的念头,在她的脑海里翻腾着。
玛丽由于学习刻苦,成绩优异,顺利地从小学升入中学,又以获得金质奖章的成绩在中学毕了业。她多么想继续升学和深造啊!可是,带着殖民枷锁和封建镣铐的波兰,大学是不收女生的。她梦想去巴黎学习物理和化学。可是,清贫的斯克洛道夫斯基一家,连生活都难以维持,又那里拿得出到外国求学的费用呢?何况她姐姐中学毕业已经三年了,幻想到巴黎学医的计划,一次次都变成了泡影。强烈的求知欲望没有使姊妹俩心灰意冷,而是更加倔强地向既定目标挺进。玛丽和姐姐分别去担任家庭教师,一点一滴地积蓄着去巴黎求学的费用。
一个春天的早晨,玛丽惊喜地告诉姐姐,她想出了一个到巴黎求学的好办法:“是这样,你把我们俩个节省下来的这一点钱都带上,先到巴黎去,我仍然留在这儿当家庭教师,把我挣来的钱都寄给你,等你当了医生,再设法接我到巴黎去学物理和化学。”多大的牺牲,多好的办法啊!玛丽的这一番话,使她姐姐感激地流下了热泪。打这以后,玛丽更加节衣缩食,按月把自己挣来的钱寄给在巴黎的姐姐,宁肯自己穷得身边连零花钱也没有,连写信的邮票都买不起。贫苦的生活影响不了玛丽刻苦学习的积极性。她为了多学一些,养成了每天早晨六点钟以前就起床学习的习惯,而晚上常常自修到深夜。她不仅刻苦自学,而且不辞辛苦地到波兰农村给孩子们讲授科学知识,到工厂女工中传播波兰文化,而这样做是随时都有可能被密探们发现,被沙俄监察员抓走的。可是玛丽的心目中只有一个念头:为被压迫的祖国服务,为祖国的解放而学。正象她给自己一位童年时代的朋友的信中所说:“我用尽了力量来应付这一切,再接再励……我有一个最高原则:不管是对人或者对事,都决不屈服!……”
志在顶峰
有志者事竟成。度过五年艰苦岁月,玛丽用她倔强的两手开拓了达到理想境界的道路,姐姐获得了博士学位,妹妹踏上了新的征程。
玛丽来到巴黎索尔本学院求学,穿着褪了色、挂了丝的衣服;住着难以形容的简陋小屋;钱用光了,常常是整个星期用面包和茶水充饥。大学的图书馆象块有魔力的磁石,紧紧地吸引着玛丽。玛丽象块贪婪的海绵,拚命地吸吮着知识的乳汁。有一次,她正在图书馆里伏案攻读,突然晕倒在地,有的同学找来医 生给她做了检查。原来是因为玛丽忘记了吃饭。忘记吃饭,对于玛丽来说已经成为司空见惯的事了。她的姐夫、姐姐常常为这件事操心,玛丽也常常为这件忘却了的事情发笑。每当晚上十点钟,图书馆闭馆了,玛丽才带着婉惜的心情离去,回到自己的小屋里,在煤油灯下继续用功,一直到后半夜两点钟。当她躺在床上休息的时候,又被冻得不得不爬起来,把自己所有的衣服一件一件地全部穿上,再重新躺下。早晨起床的时候,洗脸盆里的水冻成冰块,就连水壶里的水也结成了冰。艰苦的生活,刻苦的学习,弄得这位年轻的姑娘面色苍白、容颜憔悴。然而,在向科学之巅攀登的玛丽,却象那冰山上的雪莲,开得那样火红,放射出绚丽的异彩。在索尔本学院的学位考试中,玛丽以她优异的成绩获得了物理学硕士第一名。从此,玛丽的研究内容扩充到许多方面。在研究金属磁性的试验中,在物理学会的会议席上,玛丽结识了优秀的物理学家皮埃尔·居里。在崎岖的小路上相识,在向科学顶峰的攀登中结成伴侣。从此玛丽、居里成了不可分开的名字。
物理学家亨利·柏克勒尔发现:铀的盐类会发出一种看不见的射线。当时,这种神秘射线的来源对科学家们来说,还是一个算不出***的难题。居里夫妇正是从解决这个难题入手,开始了他们共同的生活和战斗。他们经过反复的研究和试验,终于从沥青状铀矿里先后发现了放射性元素——“钋”和“镭”。亨利·柏克勒尔的难题攻下以后,居里夫妇并没有停止他们的脚步,而是继续向光辉的顶点前进!当时,几平所有的化学家、物理学家对于镭的发现都持观望态度。因此,居里夫妇又给自己提出了一个新的攻坚任务:下决心,从沥青状铀矿中取出“相当”分量的镭,拿出“真凭实据”来,证明这种“神密”射线的存在。
没有钱买沥青状铀矿作试验,他们就用沥青状铀矿的残渣供试验用;没有实验室,他们就借用所在学校的一间简陋的木板房搞实验。两位科学家向大自然的开战就这样开始了。要把大量的矿渣加热,要在盛矿渣的大桶里每次搅拌好几个小时,是一项艰巨的体力劳动。小屋里散发出来的刺激性很强的蒸汽使人窒息。居里夫妇正是在这种恶劣的条件下,进行着提取“镭”的不懈的搏斗,为了使实验不间断,他们往往就在这里,边做实验,边做顿简单的饭来充饥。日复一日,年复一年,四年时间过去了,尽管居里夫妇历尽了千辛万苦,可是把镭分析出来的试验还是没有成功。
不卫生的工作环境又使皮埃尔·居里患上了四肢疼痛的病症。玛丽身上的担子就更重了。她需要把大量的矿渣加热、搅拌,把大桶里的流汁倒出来,如蒸馏、结晶等等。化学处理的繁重劳动,累得玛丽瘫痪了一样。每到晚上,她照料完孩子,又要开始他们的论文写作,有时整年的时间在实验室里度过。这对年轻的夫妇没到过一次戏院、没有去听过一次音乐会,甚至没有访问过一次朋友。可是,仅用一年的时间,居里夫妇竟写出过三篇震撼世界的科学论文。正象玛丽·居里后来回顾这段艰苦历程时所说:“…在这 间简陋的木板房子里度过的几年,是我们一生中最有价值的、最幸福的、完全献身于工作的时期。”
一九0二年深冬的一个雪夜,居里夫妇肩并着肩、手挽着手,迎着万家灯火,踏着厚厚的积雪,习惯地向他们的实验室走去。当皮埃尔·居里划火柴开门的时候,被玛丽·居里拦住说:“不要点亮。”他们摸黑走进小屋,顿时惊呆了。这间简陋的木板房简直成了一个魔宫:从瓶子里、罐子里、桶里放出一片晶莹的蓝光,特别是那支盛试验产物的玻璃管里,放射出来的光更加强烈。看不见的射线,看见了!神秘的射线揭穿了!他们日思夜想的镭诞生了!可是,谁曾想到这世界上第一克镭竟是居里夫妇从八吨沥青状铀矿的残渣碎屑中,经过整整四年的辛勤劳动才提炼出来的。它象镶嵌在科学之巅的一颗明亮的珍珠,被不畏劳苦的居里夫妇亲手摘下来了!这一克镭的诞生包含着居里夫妇多少次失败的教训,多少次胜利的喜悦呵!至于究竟盛着他们多少劳动的汗水和脑汁,那却是无法计算了,但是从居里夫人还在学生时代给她哥哥的信中,我们可以看到这个伟大事业的成功所在:
“人必须有耐心,特别是要有信心”,“我应该相信,自己对于某种事业有特殊的才干,并且应该不惜任何代价来完成这个事业。”
鄙视功利
居里夫妇发现镭的伟大功绩和获得诺贝尔奖金的荣誉,象一声春雷轰动了整个世界。外国科学界的诚挚邀请电,各地发来的热情贺信,象雪片一样飞来;怀着崇高敬意的来访者络绎不绝;毫不相识的人,请求他们亲笔签名留念;摄影师赶来拍照;新闻记者前来采访……当玛丽·居里还是一个默默无闻的穷学生时,饥饿、寒冷、清贫和冷眼包围着她、侵扰着她,她对这一切曾做出响铮铮地回答:决不屈服!刻苦学习!今天,当百万法郎、灿灿的金质奖章向她微笑的时候;当成功、荣誉、祝贺象潮水般涌来的时候,居里夫妇用坚定的行动,表现了他们具有高贵的品质;毫不夸耀,谦虚忘我!
一次,有一位报社记者前来采访这位科学家,想把她的事迹报道出去。她坚定地回答:“在科学上重要的是研究出来的‘东西’,不是研究者的‘个人’。”
对于研究出来的东西——镭,有几位朋友劝他们申请生产镭的专利权。玛丽·居里代表她的丈夫作出了这样的决定:“不应该这样做。这是违背科学精神的。科学家的研究成果应该公开发表,不受任何限制。——如果我们的发现可以获利,这只是一件偶然的事情,在这上面我们不应该有什么优先权。何况镭是对于病人有好处的……依我看,我们不应当借此来谋利。”他们把这个伟大的发现交给工业界和医学界广泛利用,并不谋求个人的任何私利。
巨额的诺贝尔奖金,对于一向清贫的居里夫人来说,并不希罕它,而是把大量的奖金赠送给波兰的大学生、贫困的女友、实验室的助手、没有钱的女学生、教过她的老师、资助过她的亲属。
瑞士的日内瓦大学公开提议,给他们提供优厚的待遇,聘请他们到大学讲学。做为普通中学教师的居里夫妇认为,这样做尽管对自己有利,但会影响甚至会中断他们的研究工作,因而谢绝了,仍旧在他们那间破旧的木板房里作实验。
皮埃尔·居里逝世以后,居里夫人把他们共同研究的成果,价值一百万法郎的镭,无偿地赠送给了一个研究治癌的实验室。她说:“只要能治好病,甚至只要能够使病人减轻一些痛苦,那么我们的工作就不算是徒劳的了。”许多朋友责怪她,没有把这笔财产留给自己的孩子。居里夫人却有自己的见解,她说:“贫困固然不大好受”,“但是富裕却也没有必要,甚至是很讨厌的。”她要求自己的孩子,用勤劳的双手去开拓自己的生活道路。而她给孩子们留下的却是那独立不羁的精神和鄙视功利的高尚品德。
有名的学者爱因斯坦曾经这样评价居里夫人:“在我所认识的所有著名人物里面,居里夫人是唯一不为盛名所颠倒的人。”
英勇献身
一九一四年第一次世界大战爆发了。
当德国侵略军逼近巴黎的时候,居里夫人毅然走上了反侵略战争的战场。她用她所掌握的科学知识,努力为伤员们服务。为了很快检查出受伤者身上的***弹和弹皮的所在位置,及时为伤员实施手术,解除他们的痛苦和死亡,居里夫人研究用汽车上的发动机发电,在汽车上安上一套爱克斯光射线设备。这种活动的爱克斯射线车,士兵们亲切地叫它“小居里”。一天早晨,居里夫人乘坐的那辆“小居里”突然发生了事故,跌进了路旁的战壕里,居里夫人被擦伤、摔昏了,这可把年轻的司机吓坏了,表示再也不敢开汽车。居里夫人在战争期间开始刻苦学习驾驶技术。几个星期后,她又成了一名合格的司机。从此,居里夫人亲自驾着汽车,不知疲倦地从一个诊疗站跑到另一个诊疗站,一下车,就投入了透视、照像的紧张战斗……
如果说居里夫人在这炮火连天的战场上,英勇的献身精神是可歌可泣的,那么,她在那无声无响的实验室里,英勇的献身精神。更使人肃然起敬。居里夫人继镭的发现之后,又成为爱克斯光射线学方面的权威,并着手提炼放射性元素“锕”。几十年来,居里夫人由于长期从事放射性物质的研究工作,加上恶劣的实验环境和对身体保护的不够严格,时常受到放射性元素的侵袭,使她的血液渐渐受到了破坏。她患有肺病、眼病、胆病、肾病,甚至患过神经错乱症。但是,在居里夫人看来,科学研究要比她本身的健康更重要。她曾为了能参加世界物理学大会,请求医生延期施行肾脏手术;她曾带病回国参加镭研究所的开幕典礼。她曾忍受着眼睛失明的恐惧,顽强地进行科学研究。直到她生命的最后一息,由于恶性贫血、高烧不退,躺在床上的时候,仍然要求她的女儿向她报告实验室里的工作情况,替她校对她写的《放射性》著作。居里夫人把她的一生完全献给了伟大的科学事业。
一九三四年七月四日,原子时代的先驱、镭的“母亲”——居里夫人与世长辞了。但是,她那决不屈服的最高原则、志在顶峰的雄心壮志、鄙视功利的高尚品德、英勇献身的实际精神,将永远铭刻在人们的心中,激励人们向新的目标前进!
冯·诺伊曼
冯·诺伊曼(Neuma ,John von)(1903-1957),是20世纪最杰出的数学家之一,于1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想。这一卓越的思想为电子计算机的逻辑结构设计奠定了基础,已成为计算机设计的基本原则。由于他在计算机逻辑结构设计上的伟大贡献,他被誉为“计算机之父”。
诺伊曼于1903年出生于匈牙利的布达佩斯。他是一个数字神童,11岁时已显示出数学天赋。12岁的诺伊曼就对集合论,泛函分析等深奥的数学领域了如指掌。青年时期,诺伊曼从著名数学家希尔伯特,从此,他更是如鱼得水,在数学在海洋中畅游。在获得数字博士之后,他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授,那时,他还不到30岁。
诺伊曼不仅是个数学天才,在其他领域也大有建树。他精通七种语言,在化学方面也有相当的造诣,曾获苏黎世高等技术学院化学系大学学位。更为难得的是,他并不仅仅局限于纯数学上的研究,而是把数学应用到其他学科中去。他对经典力学、量子力学和流体力学的数学基础进行过深入的研究,并获得重大成果,这些都说明诺伊曼具备了坚实的数理基础,和广博的知识,为他后来从事计算机逻辑设计提供了坚强的后盾。
1944年,诺伊曼参加原子弹的研制工作,该工作涉及到极为困难的计算。在对原子核反应过程的研究中,要对一个反应的传播做出“是”或“否”的回答。解决这一问题通常需要通过几十亿次的数学运算和逻辑指令,尽管最终的数据并不要求十分精确,但所有的中间运算过程均不可缺少,且要尽可能保持准确。他所在的洛·斯阿拉莫斯实验室为此聘用了一百多名女计算员,利用台式计算机从早到晚计算,还是远远不能满足需要。无穷无尽的数字和逻辑指令如同沙漠一样把人的智慧和精力吸尽。
被计算机所困扰的诺伊曼在一次极为偶然的机会中知道了ENIAC计算机的研制计划,从此他投身到计算机研制这一宏伟的事业中,建立了一生中最大的丰功伟绩。
1944年夏的一天,正在火车站候车的诺伊曼巧遇戈尔斯坦,并同他进行了短暂的交谈。当时,戈尔斯坦是美国弹道实验室的军方负责人,他正参与ENIAC计算机的研制工作。在交谈在,戈尔斯坦告诉了诺伊曼有关ENIAC的研制情况。具有远见卓识的诺伊曼为这一研制计划所吸引,他意识到了这项工作的深远意义。
几天之后,诺伊曼专程来到莫尔学院,参观了尚未竣工的这台庞大的机器,并以其敏锐的眼光,一下子抓住了计算机的灵魂--逻辑结构问题,令年轻的ENIAC的研制们敬佩不已。
因实际工作中对计算的需要以及把数学应用到其他科学问题的强烈愿望,使诺伊曼迅速决定投身到计算机研制者的行列。对业已功成名就的诺伊曼来说,这样做需要极大的勇气,因为这是一个成败未卜的新征途,一旦失败,会影响他已取得的名誉和地位。诺伊曼却以对新事物前途的洞察力,毅然决然地向此征途迈出了第一步,于1944年8月加入莫尔计算机研制小组,为计算机研制翻开了辉煌的一页。
诺伊曼以其非凡的分析、综合能力及雄厚的数理基础,集众人之长,提出了一系列优秀的设计思想,在他和莫尔小组其他成员的共同努力下,只经历了短短的十个月,人类在数千年中积累起来的科学技术文明,终于结出了最激动人心的智慧之花--一个全新的存储程序通用电子计算机方案(EDVAC方案)诞生了。
诺伊曼以“关于EDVAC的报告草案”为题,起草了长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。报告明确规定,EDVAC计算机由计算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出五大部分组成,并阐述了这五大部分的职能和相互关系。这份报告是计算机发展史上一个划时代的文献,它向世界宣告:电子计算机的时***始了。
1954年6月,诺伊曼到美国普林斯顿高级研究所工作,出任ISA计算机研制小组的主任职位。在那时,他提出了更加完善的设计报告“电子计算装置逻辑结构初探”。报告中,诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证,为计算机的设计树立了一座里程碑。
设计思想之一是二进制,他根据电子元件双稳工作的特点,建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点,并预言,二进制的采用将大简化机器的逻辑线路。
实践证明了诺伊曼预言的正确性。如今,逻辑代数的应用已成为设计电子计算机的重要手段,在EDVAC中采用的主要逻辑线路也一直沿用着,只是对实现逻辑线路的工程方法和逻辑电路的分析方法作了改进。
程序内存是诺伊曼的另一杰作。通过对ENIAC的考察,诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点--没有真正的存储器。ENIAC只在20个暂存器,它的程序是外插型的,指令存储在计算机的其他电路中。这样,解题之前,必需先相好所需的全部指令,通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间,而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。
针对这个问题,诺伊曼提出了程序内存的思想:把运算程序存在机器的存储器中,程序设计员只需要云存储器中寻找运算指令,机器就会自行计算,这样,就不必每个问题都重新编程,从而大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现,标志着电子计算机的成熟,已成为电子计算机设计的基本原则。
冯·诺伊曼为计算机的发展道路打通了一道道关卡。尽管长期以来,关于二进制的引入和程序内存的发明权一直有争议,但是,诺伊曼在计算机总体配置和逻辑设计上所做的卓越贡献掀起了一次计算机热潮。推动了电子计算机的发展。他无愧于“计算机之父”这一美称。
麦哲伦(约1480-1521)(Magellan,Ferdinand),葡萄牙著名航海家和探险家,先后为葡萄牙(1505~1512)和西班牙(1519~1521)作航海探险。从西班牙出发,绕过南美洲,发现麦哲伦海峡,然后横渡太平洋。虽在菲律宾被杀,他的船只继续西航回到西班牙,完成第一次环球航行。被认为是第个环球航行的人。
麦哲伦出身于贵族家庭,1505年参加葡萄牙海军去印度作战。虽然葡萄牙在非洲东海岸及印度西海岸作战胜利,从而打破了印度洋上的穆斯林势力,也从阿拉伯人手中夺取了海上贸易控制点,但没能控制马六甲,其成就还欠完美。为此,1511年参加攻占马六甲之役。东方的财富经过马六甲流入西方世界的港埠