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第123章 科苑精英(4)

费米出生在罗马,从小就有不寻常的记忆力和独立思考能力。17岁在中学读书时,学完了大学研究生的课程。在比萨大学读书时,他已成为学校的量子理论权威,连教授也常常求教于他。费米21岁获得比萨大学博士学位,27岁被任命为意大利皇家科学院院士,成为欧洲最年轻的科学家。他的动手能力很强,甚至可以用大拇指测出一座山的距离、一棵树的高度,以及一只小鸟的飞行速度。被誉为全能科学家的费米,从二十几岁开始,在许多方面不断作出惊人的成就。他和英国物理学家狄拉克同时提出的“费米—狄拉克统计”,是研究电子、质子、中子等微观粒子最重要的工具,他提出的热中子扩散理论,为建造核反应堆奠定了基础;他总结的放射性衰变规律,至今还指导着对组成原子的基本粒子的研究。1934年以后,由于人工放射性的发现,费米开始转向实验工作,他系统地用慢中子轰击整个周期表中的每个元素,并注意观察产生的结果,几个月里就发现了60多种新的人工放射性同位素。由于费米对中子核反应的研究卓有成效,于1938年获诺贝尔物理学奖。同年,他为了躲避意大利法西斯迫害犹太人(费米的妻子是犹太人)而移居美国,开始担任芝加哥大学的教授。1941年12月,费米率领一批科学家开始建造世界上第一座原子反应堆,于1942年12月2日建成。1945年7月16日第一颗原子弹爆炸试验成功。为了反对把原子能用于战争,1946年他又回到芝加哥大学任教。

费米也是一位循循善诱的好教师。他培养了大批优秀学者,其中有6名诺贝尔奖获得者,李政道、杨振宁都曾是他的学生。为了纪念这位卓越的物理学家,以他姓氏命名的术语有20多条。第100号化学元素以他的姓氏命名为镄。美国原子能委员会设立了费米奖金,1954年的首次奖金授予了费米。

开普勒为何被誉为“天空立法者”

行星运动三定律,是宇宙中所有行星运动必须遵循的规律。这好像是人类的法律,每个人都应遵守。德国天文学家开普勒(1571~1630年)因为发现了这三大定律,被誉为“天空立法者”。开普勒先天不足,体质较差,视力衰弱,一只手半残,然而他智力发育很好,从小聪明过人,勤奋好学。小学、中学成绩一直名列前茅。16岁进入蒂宾根大学学习,很快成为哥白尼学说的坚决拥护者。17岁取得学士学位,20岁获硕士学位。在大学仅用短短几年工夫,他阅读了当时所有的天文学著作。以后通过对天体的长时间观察、记录、思考和精心计算,发现哥白尼学说中把所有行星的运动看成是以太阳为圆心的匀速圆周运动与实际观测结果不符,便对行星轨道进行新的探索,于1596年出版了《宇宙的秘密》一书,受到当时天文学家第谷的赏识,邀请他共同研究天文学。

第谷逝世后,开普勒根据哥白尼正圆轨道理论计算火星轨道,计算结果和观测数据基本符合,但仍有8弧分的误差。这8弧分相当于钟表的时针在013秒中转过的角度。一般人认为这么小的误差应当在允许的范围之内,但是开普勒没有放过这微小的误差,坚信第谷的观测数据,通过进一步的研究,终于发现哥白尼理论体系存在缺陷,行星围绕太阳运行的轨道不是正圆,而是椭圆。因此他提出行星运动第一定律:行星轨道是一个椭圆,太阳在这个椭圆的一个焦点上。后来他说:“这8弧分的误差使我走上了改革整个天文学的道路。”接着开普勒发现行星在轨道上运动的速度是不均匀的,它符合这样一条规律:行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积,这就是行星运动的第二定律。开普勒并不满足已取得的成就,而是继续进行更加艰苦漫长的探索,希望能揭示出各行星运动之间的统一关系,揭示出宇宙的和谐与一致。时值兵荒马乱,家境十分贫困,但他不屈不挠,经过无数次的失败痛苦,花了整整10年时间,终于从亿万个数据中发现了第三定律:所有行星的椭圆轨道的长半轴的3次方与公转周期的平方的比值都相等。行星运动三定律的发现,揭开了天体运动的秘密,为牛顿发现万有引力定律打下了基础,科学史上被称为开普勒三定律。

第一个预报彗星的人是谁

1758年12月,欧洲各地的天文台都忙碌起来了,市民们也议论纷纷。这是因为16年前去世的哈雷教授(1656~1742年)曾经预言,1758年底将能看到一颗彗星。在这以前,彗星一直被看成很神秘的东西,甚至和人类的灾祸联系起来。哈雷教授的预报是否准确?人们在焦虑地期待着。12月底,拖着长长尾巴的彗星果真出现了,直到1759年初还能见到它。彗星如期出现的消息轰动了全世界,人们为纪念这位第一个预报彗星的英国天文学家,将这颗彗星命名为“哈雷彗星”。

哈雷从小就是天文学的爱好者,上中学时,他用自己的罗盘比较精确地测出了伦敦的磁偏角为2°30′,成为当时的佳话。哈雷20岁从牛津大学王后学院毕业,他放弃获得学位的机会,去荒僻的圣赫勒拿岛建立了南半球第一座天文台,着手编制南天星表。当时已经有人编出北天星表,但没有标上南极附近的恒星。哈雷花了一年多时间,于1678年出版了第一个南天星表,上面列出341颗恒星的方位。这个星表补充了北天星表的不足,22岁的哈雷也由此获得很高的声誉,被称为“南方的第谷”。哈雷对彗星的研究始于1680年。他对历史上出现过的24颗彗星进行比较,发现1456年、1531年、1607年、1682年四次出现的彗星的轨道非常相似,因此他大胆推测四颗彗星实际上是同一颗彗星。他用牛顿定律推算,彗星绕太阳的周期为76年,因而预言这颗彗星将于1758年再次归来。哈雷的预言应验了,以后,这颗被命名为哈雷彗星的星星又在1834年、1910年、1986年多次出现。

为何说拉普拉斯把上帝赶出了宇宙

人类一直在思考自己生活的宇宙是如何形成的。直到200多年前,才有一位叫康德的德国哲学家提出了第一个比较科学的太阳系形成假说,认为太阳系是由一团星云发展演化而成。当时很多人不相信这个星云之说,慢慢地也就遗忘了。50年以后,法国科学家拉普拉斯(1749~1827年)重新提出这个假说,并且从力学原理出发,用严密的数学推理证明了这个学说的科学性,进而带来了宇宙观的重大变革。拉普拉斯出生在法国诺曼底的波蒙镇,小时候家境贫寒,靠邻居的帮助才完成学业。拉普拉斯有数学天才,上大学期间深受教授们的赞赏。18岁大学毕业,由著名数学家达朗贝尔介绍到巴黎陆军学校担任数学教授。长期以来,科学家一直受“太阳系如何形成”、“地球何以会绕太阳运转”这些问题的困扰,就连著名科学家牛顿也难以回答,最后他只好求助神学,把运动的最终原因归于“上帝的第一推动”。拉普拉斯对宇宙形成问题进行了详细的研究,写下了《宇宙体系论》和《天体力学》两书。他认为太阳系是从一团原始星云中形成的。原始星云由于运动和质点的相互吸引而形成原始火球,原始火球进一步收缩,并且由于吸引和排斥的综合作用,逐渐分化形成太阳系各行星,最后构成了现在的太阳系。他对太阳系的特点进行推算,深刻地解释了太阳系各行星的运动和轨道。他的学说充满了数学和力学理论,很具有说服力,逐渐为科学界所承认。星云学说带来了宇宙观的变革,它指出宇宙是在自然界自身运动中发展产生的,将上帝驱逐出宇宙。当拿破仑问拉普拉斯为什么他的学说中没有上帝时,拉普拉斯自豪地说:“我不需要那个假设。”这成为当时无神论者藐视上帝的名言。

爱丁顿是第一个证实广义相对论的人吗

爱丁顿(1882~1944年)一生独身,没有妻子儿女,但他以顽强的精神,第一个证实了爱因斯坦的“广义相对论”,为人类留下了一个永恒的真理,这就是:“即使像牛顿力学这样光辉的科学论断,也只能在一定范围内应用,否则就可能得出错误的结论。”爱丁顿出生于英国的肯达尔,从小受到良好的教育,1905年从英国剑桥大学毕业。1916年,爱因斯坦的广义相对论发表以后,由于它十分抽象难懂,科学界反应冷淡;又由于它的许多结论与牛顿的物理学相矛盾,甚至招致了一些人的反对。爱丁顿是当时真正理解相对论的少数科学家之一,他知道只有拿出实实在在的观测材料才能说服科学界。1919年西非发生日全食,爱丁顿及时组织了两个日食观测队,并亲自率领一个队进行观测,首次发现了爱因斯坦所预言的现象。这一发现轰动了科学界,广义相对论从此得到公认,并大放异彩。爱丁顿另一项载入史册的成果,是猜测到太阳的能量来源于太阳内部的原子核反应。他令人信服地指出,太阳中心密度极大,温度有2 000万℃,每时每刻发生的像氢弹爆炸那样的过程给太阳提供了无穷无尽的光和热。后来的研究表明,爱丁顿的意见基本上是正确的。

“黑洞”理论是谁提出的

自从美国科学家韦勒(1912年~)提出“黑洞”理论以后,不仅为天文学家提供了研究过去无法解释的天体的途径,而且使了解整个宇宙的过去、现在和将来成为可能。“黑洞”成了天文学研究的热点。韦勒根据爱因斯坦的理论证明:太空中有一些质量很大的天体,由于内部存在强大的引力,天长日久就自行坍缩成一种新的、体积很小但密度极大的天体,任何物质,包括光线,只要在它的旁边,就会被吸引进去而消失。因为它不向外面释放任何物质和能量,人们无法用探测仪器看到它,所以韦勒给它起了一个形象的名字:黑洞。韦勒出生在美国,从小好学,对事物现象总要问个究竟。父亲给他一本满是机械装置的图画书,他爱不释手,躺在床上还琢磨画上那些东西怎么装到一起。10岁时,有一天他捡到一只雷管,想把导火线拆下来,结果雷管爆炸,炸断了一个手指头。他不但没有退缩,反而增强了对科学研究的兴趣。对科学的追求加上刻苦的努力,使韦勒在学业上有了很大提高。1939年,27岁的韦勒与著名物理学家玻尔合作发表了一篇论文,奠定了原子能利用的基础,促成了第一颗原子弹爆炸。韦勒还参加了20世纪50年代氢弹的试制工作。韦勒提出的黑洞理论,在物理学史上刻下了永久的标记。他后来又写了一部专讲黑洞的书《引力理论与引力坍缩》,详细分析了黑洞的形成及特点,被认为是宇宙论研究中里程碑式的著作。

谁是微生物发现者

一滴普通的雨水放到显微镜下,就呈现出一个令人惊奇的世界——这里有成千上万的“小动物”(微生物)生活着。第一个揭开这个惊奇世界秘密的,是17世纪最著名的显微镜专家——列文虎克(1632~1723年)。列文虎克出生于荷兰的德尔夫特,因为家境贫寒,16岁便离开学校当了学徒。在好奇心驱使下,列文虎克把工余时间都用来研究、磨制、装配玻璃透镜。在他看来,通过各种凹凸透镜观察世界简直是一种享受。一天,列文虎克用显微镜观察干草浸剂,惊奇地发现一些从未见过的“小虫子”在不停地蠕动。他把这些“小虫子”叫作“微动物”,这就是首次被人类发现的微生物。列文虎克认为自己发现了新的未知世界,就把这一消息公之于众。此后,每当他在这一领域有所收获,便写信报告当时世界最著名的科学研究管理机构——英国皇家学会。1677年,他报告自己观察到狗和人的精子;1680年,他报告发现了酵母里含有球形的小颗粒(即酵母菌)。他是世界上第一个用放大透镜看到细菌和原生动物的人。为了表彰和鼓励列文虎克的研究工作,英国皇家学会吸收他为会员,一个小学徒终于成了著名科学家。1684年,他通过观察血液,准确地描述了血红细胞。1702年,他在观察轮虫时,偶然发现雨水中有微生物。这些微生物是怎么来的呢?为了解开这个谜,他做了一个实验:收集开始下雨时的雨水来观察,里面并没有微生物。到了第四天再观察,就有许许多多微生物和灰尘出现在雨水中。因此,列文虎克得出了一个结论:风能将空气灰尘中的微生物带入水中。以后经过对昆虫、海贝和鳝鱼等的研究,列文虎克进一步指出:微生物不是从河泥或沙子中产生的,而是和动物一样,有卵、幼虫等完整的繁殖过程。这一有趣的发现使列文虎克名扬世界。

谁征服了天花

几千年来,天花是危害人类最严重的疾病。据统计,16世纪墨西哥约350万人死于天花;17、18世纪时欧洲各国每年都有几万人死于天花。今天人们已经消灭了天花,因为英国医生琴纳(1749~1823年)发明了征服天花的有效武器。

牧师的儿子琴纳,13岁起便跟随一位外科医生学医。八年以后,他又从师于当时最著名的医学家约翰·亨特。亨特的精湛医术和勇于献身的精神给琴纳极大的影响,使他毕生为人类健康服务。26岁的琴纳在家乡当了一名乡村医生,他一边行医,一边研究治疗天花病的方法。琴纳在以往的学习中已经知道,12世纪时中国人已发明了预防天花的方法,问题是这种方法并不安全,轻的留下大块疤痕,重的会导致死亡。为了根绝可怕的天花,琴纳决心寻找更有效更安全的办法。通过观察,琴纳发现挤牛奶的工人很少患天花,于是猜想其中必有奥妙。1796年5月的一天,琴纳从一位挤奶姑娘的手上取出微量牛痘疫苗,接种到一个8岁男孩的胳膊上。不久,种痘的地方长出痘疱,接着痘疱结痂脱落。一个多月后,琴纳在这个男孩胳臂上再接种人类的天花痘浆,竟没有出现任何天花病征。试验证明:这个男孩已经具有抵抗天花的免疫力,琴纳的假设被证实了,人类从此获得了抵御天花的有效武器。

英国皇家学会有些科学家不相信一位乡村医生能制伏天花,还有人认为接种牛痘会像牛一样长出尾巴和角。对此琴纳并不介意,仍然一边治病一边深入开展研究。随着琴纳方法的逐渐推广,天花发病和死亡人数大大下降,英国政府终于承认琴纳的发现有重要价值,在伦敦建立新的研究机构——皇家琴纳学会,由琴纳担任主席。在这里,琴纳将全部精力投入研究工作,直到逝世。

高尔顿是优生学的倡导者吗

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