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第20章 推动人类文明进程的科学家 发明家(9)

摆的等时性定律的发现,是伽利略为人类作出的第一项伟大贡献。之后的岁月里,伽利略作出了一系列的贡献。1642年1月8日.这位为科学真理战斗一生的伟大科学家在佛罗伦萨与世长辞。

历史业绩

他根据摆的等时性规律,设计了一个时钟图样。后来,一个荷兰人依照他的报告,制作了一个完整的时钟,被誉为伽利略钟。这是世界上第一个有摆的时钟。

伽利略的发现轰动一时,1589年,年仅25岁的伽利略被比萨大学聘为教授。

他对金钱和名利并不感兴趣,他所感兴趣的只是探索和创造。当时,亚里士多德是西方的圣人,其言论被尊为经典,是不容怀疑的。伽利略对亚里士多德的物体的速度和它的重量成正比的结论,却早就表示怀疑。根据亚里士多德的理论可以推出,100个1磅重的东西捆在一起,下落时,速度要比1磅重的东西快99倍。

伽利略决心一定要弄清这个问题。1590年的一天清晨,伽利略手里拿着两个重量不等的铁球,一个重100磅,一个重1磅,登上了高达54.62米的比萨斜塔,塔周围挤满了观众。他们怀着不同的心情,来观察这次落体实验的结果,伽利略在众目睽睽之下,把两个重量不等的铁球同时撒手放了下来。结果人们都惊呆了,两个铁球竞同时落地。从此,“圣人”亚里士多德统治欧洲几乎达两千年的学说,在意大利第一次发生了,动摇。’

无可辩驳的事实驳倒了亚里士多德的结论,却给伽利略招来了灾祸。1592年,由于亚里士多德学派的排挤、攻击,伽利略盛怒之下,辞掉了教授职务,离开了比萨大学。丢掉职业的伽利略在一位朋友的帮助下,在帕多瓦谋得了数学教授的职位。

在帕多瓦大学,伽利略一面授课,一面从事各种机械的静力学研究。他第一次精确地规定了运动学的基本概念:“速度”和“加速度”。他的关于自由落体的规律,关于物体沿斜面下落及关于等时性的动力学方面的主要研究工作,也都是在这里达到了成熟的阶段。

伽利略的科学活动范围十分广阔,科研成果相当丰硕。1609年,他已经是当时最杰出的光学家了。当他听到了荷兰发明望远镜的消息时,非常兴奋,经过他仔细的研究,根据科学原理,制造出了他的第一架望远镜。此后,他就在威尼斯的一个塔楼上,隆重地公开试验,引起国内外学者和科学家的注意。他造出放大32倍的望远镜,第一次打开了宇宙的“窗子”。

在人类历史上,伽利略第一次把望远镜指向天空,从那里窥见人所未知的天体奥秘,从而使哥白尼太阳中心说得到了有力的证实。

后来,他继续观察太阳和金星,又从望远镜中发现了太阳黑子,并根据黑子在太阳表面位置的不断变化探明了太阳的自转。

1632年,他又在佛罗伦萨用意大利文出版了《关于两种世界科学体系的对话》,用大量的科学论据,有力地支持了哥白尼体系。

1634年,伽利略完成了物理学巨著《关于两种新科学对话集》的写作。

他在黑暗的中世纪末期备遭迫害,屡受攻击,但他不畏强暴,不怕坐牢,坚持真理。他的敢于为科学真理而献身的精神永远值得我们学习。他在自然科学史上,起到了承前启后的重大作用,他给人类留下了20大本科学巨著,他作出的巨大贡献,也是值得人们永远怀念的。

21.开普勒:勇于攀登高峰的科学家

生平简介

1571年12月27日,开普勒生于德国维尔市一个破落的贵族家庭,他的父亲是个雇佣兵,性格暴躁,嗜酒如命。1576年,全家迁往伦堡。起初,父亲仍操旧业,后来才开了一个兼作旅馆的小酒店。开普勒4岁那年,不幸染上了天花。

疾病严重损害了他的身体和视力,留下一双残废了的双手。

贫寒的家境,不佳的眼睛,加上残废了的双手,并没有使小开普勒消沉颓废,相反,正是这一砥砺,造就了开普勒自强好学、勤思善辩的良好品格,1576年,他靠人“资助”进入了小学,成绩优异。16岁时,他硬是靠奖学金成为著名的蒂宾根大学的正式学生,正在他学习的黄金时期,父亲不幸去世了,第二年,母亲因被指控犯有巫术罪又身陷牢狱,经他一年多的奔波,才被无罪获释,繁重的家务、小店的活计也得靠他谋虑。就在这样的环境中,他竟然在17岁那年,获得了文学学士的学位,20岁时,他又获得了文学硕士的学位。

历史业绩

1596年,开普勒出版了他的第一部著作《宇宙的神秘》。尽管开普勒在本书中所描述的宇宙模型,难免带有偶然性和数学神秘性的因素,但年仅25岁的开普勒如此巧夺天工的构思和成就,赢得了天文学界一些名家的首肯。号称“星学之王”的第谷和意大利天文学家伽利略,特别赏识开普勒的数学知识和创造天才。

开普勒把大部分时间用于对火星的研究上。他先把火星设想为做最完美的匀速圆周运动,轨道是圆形的。他用第谷对火星轨道观测得到的准确的新数据去印证哥白尼的运行体系,尽管开普勒在计算上采用了偏心等距点,经过了前后70次试验,计算结果虽然较好地符合火星沿黄道的经度(即东面和西面)的运动,但在沿纬度(即沿黄道的南面和北面)的运动上有很大的偏差,即使在沿黄道的经度的运动上和第谷的观测也有8分的误差。8分的误差不算太大,但是有一点不容置疑,那就是第谷那明察秋毫的眼睛观测出的数据,其误差最大不会超过2分。在事实面前,开普勒没有因为偏爱哥白尼理论而忽略去8分的误差,而是忍痛割爱,放弃了哥白尼的圆形轨道,寻找新的理论。

正是这8分的误差,促使开普勒在认真研究之后,大胆地设想行星运动的轨道不是圆形而是椭圆形,速度也不是恒定不变的,而是变化的。1609年,开普勒利用火星椭圆形轨道得出了与第谷观测记录完全一致的结论,提出了行星运动的两个定律:

定律1:行星运行的轨道是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。

定律2:太阳中心与行星中心间的连线,在轨道上所扫过的面积与时间成正比例。

开普勒发现了第一、第二定律之后,他认为各个行星都沿椭圆轨道和匀面积速度运行不是偶然的,必定有某种更普遍的规律联系着太阳系的所有运动;只有发现各个行星运动之间存在着的统一关系,才可以构成一个太阳系的整体模型,揭示出宇宙的和谐与一致。又经过10年辛苦的工作,开普勒终于发现,行星公转周期的平方同它们到太阳的平均距离的立方成正比,这是开普勒第三定律。

开普勒既有生活之苦,又有科研之苦,但他却可以不为“苦”所困,不为“苦”所屈,持之以恒,坚持不懈,这种精神是非常值得我们学习的。

22.门捷列夫:现代化学的立法者

生平简介

1834年2月8日,德米特利·伊万诺维奇·门捷列夫生于俄国西伯利亚西部的托博尔斯克小城。他是家里14个孩子中最小的一个,如果连死去的孩子算上,他则是第17个孩子。他父亲早年毕业于彼得堡中央师范学院,曾先后担任过两个中学的校长,后因同情革命者,才被调到托博尔斯克中学任校长。就在门捷列夫刚刚出世后不久,父亲便因双目失明而被迫退休了。他的母亲是一位勤劳能干的妇女。父亲退休后,微薄的退休金难以维持这个大家庭的生活,母亲只好从自己哥哥手上接管了一个破旧不堪的小型玻璃厂,苦苦地维持着全家的生活。母亲的刚强和干练给了门捷列夫以巨大影响,而玻璃制造的工艺过程,则很自然成了这个少年最早接受的物理和化学教育。

1841年,门捷列夫同他的小哥哥一起入托博尔斯克中学学习,尽管他身体不好,时常生病,但由于他学习刻苦,肯动脑筋,所以成绩一直很好。就在门捷列夫上中学时,一连串的不幸又降临到他家的头上。先是1847年,父亲和大姐先后病故,继之,一年以后,玻璃工厂遭火灾化为灰烬。哥哥们外出谋生,姐姐们也先后嫁人,母亲身边只剩下了门捷列夫和一个尚未出嫁的小姐姐了。1849年,门捷列夫以优异的成绩中学毕业。为了能让小儿子进入著名的莫斯科大学深造,母亲毅然变卖了全部家产,带着门捷列夫和小姐姐跋涉数千里来到了莫斯科。莫斯科大学拒收这个不属于自己学区的学生。于是,母亲便只得带他们到彼得堡,彼得堡大学同样不肯接受这个外省的中学生。后来在父亲的一些老朋友的帮助下,门捷列夫得以在父亲的母校彼得堡中央师范学院报上名,并考入了这所大学的自然科学系。

1855年5月,门捷列夫以第一名的成绩毕业于彼得堡中央师范学院,被派往边远的辛菲罗波尔,后又去敖德萨任中学教师。在任教不到一年的时间里,他完成了自己的硕士论文“论比容”。1856年,门捷列夫通过了硕士学位考试。1857年,门捷列夫就任彼得堡大学副教授,年仅23岁。

历史业绩

1865年,门捷列夫通过博士论文《论酒精与水的化合物》的答辩,被彼得堡大学聘为正教授。先后担任工业化学和无机化学的教学工作。也正是在讲授无机化学时,门捷列夫发现了著名的元素周期律。

门捷列夫以前所有的科学家,虽然不少人研究了元素的族的分类,但他们大多忙于元素的归族,对于族和族之间的联系,却没有加以深入的探讨。同所有的先行者不同,门捷列夫给自己规定了一项新的任务:比较那些不相似的元素。他说:“除了少数例外,我采用了我以前的科学家所制订的相似元素的各族。然而,我的目的却是研究各族相互关系中的规律性。”

门捷列夫比较了不同族的元素原子量的关系,发现依照原子量逐渐递增排列元素,它们的金属性逐渐减弱而非金属性逐渐增强,更有意义的是,他还发现这个变化具有周期性,即一系列原子是相近的元素,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。而这个变化到了一定的程度,会突然中止,然后又重新开始。

但门捷列夫始终不怀疑元素周期律的客观性和正确性,他极其英明地采用了修正原子量和未知元素空位这两个独创的科学方法,终于在1869年3月绘成了第一张元素周期表。一个月之后,俄罗斯化学学会举行例会,积劳成疾的门捷列夫便请一位学生代其宣读了题为《元素的性质和原子量的关系》的报告,从而宣告了元素周期律的发现。

在门捷列夫第一次发表的元素周期表上,只排列了当时化学家们所知道的63种元素的名字。这张表上空位之处有30多个,也就是说尚有30多种元素没有被人发现,这的确让当时的化学家们难以相信。接着在两年之后,门捷列夫又发表了一篇惊人的文章叫《元素的自然系统和它对未发现元素的特性的指示上的应用》。在这篇文章里,他详细论述了推测未知元素物理性质和化学性质的方法,并列举了10多种未知元素的特性。

从对更多量“镓”的提取和对它进行的精确测定后,证明了门捷列夫是完全正确的。从此,人们才彻底相信了元素周期律的正确性,并根据元素周期律的预示,相继发现了许多新的元素。

1890年3月,为支持反对沙皇专制统治的学生运动,门捷列夫愤然辞去了大学教授的职位,但这位无限眷恋着自己祖国的科学家并没有消沉下去,从1890年离开大学到去世前,他主要埋头研究工业经济和技术问题,并取得了丰硕的成果。

元素周期律的发现,在化学乃至自然科学发展史上都具有重要的意义,它使人类对物质及其运动规律的认识大大地前进了一步。恩格斯曾说:“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律,完成了科学上的一个勋业,这个勋业足以和勒维列计算尚未知道的行星、海王星的轨道的勋业属于同等地位。”

23.伦琴:现代物理学的开启者

生平简介

伦琴1845年3月27日出生于德国莱茵河中部的伦耐普镇。他的父亲是当地的一个织布工厂的厂主兼批发商,母亲是位荷兰人。当他3岁时,随父母迁居荷兰的阿佩尔多恩,后来在这里的一所私立学校读书。他小时候似乎不像一个特别用功的孩子,喜欢野外活动和手工劳动。1862年12月,年满16岁的伦琴进入乌得勒支技术学校读书。学校从不认为伦琴是个守规矩的学生,这对他本人和他的父母都是一件伤脑筋的事。他在技术学校念了两年半考上了苏黎世科技学校,成为机械工程专业的学生。在苏黎世学校学习时,他的老师孔特曾劝他放弃技术职业,专门从事纯科学研究,这一劝告对他一生跋涉科学旅途,起了决定性的作用。

1869年,伦琴获苏黎世大学哲学博士学位,跟随孔特作助教,孔特对他的友谊和支持大大地促进了伦琴的事业。伦琴最初随孔特到德国的维尔茨堡,因他资历不够,大学拒绝给他任何职位。不久,又随孔特到施特拉斯堡,在这里当了一所很小的物理专科学校的讲师。1876年,作为特约教授在施特拉斯堡大学讲授理论物理,1888年,他证明了表现电流与传导电流是一回事。1894年,伦琴当上了维尔茨堡大学校长。1896年,发现x射线,赢得了国际性声誉。1923年2月10日,伦琴在慕尼黑与世长辞,终年78岁。

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