胡克是17世纪英国最优秀的科学家之一。他的成就是多方面的。在光学和引力研究方面仅次于牛顿,而作为科学仪器的发明者和设计者,在当时是无与伦比的。1665年,胡克提出“光的波动学说”,把光振动的传播同水波的传播相比较。1672年,他进一步指出,光振动可以垂直于它的传播方向。罗伯特·胡克发明的显微镜
胡克根据弹簧试验的结果,于1660年发现并于1676年发表“胡克定律”,即在弹性极限内,弹性物体的应力与应变成正比。
1674年,胡克根据修正的惯性原理以及背离太阳的离心力同向着太阳的吸引力之间的平衡,提出了行星运动的理论。
胡克设计和发明的科学仪器很多,其中有空气唧筒、发条控制的摆轮、复式显微镜、望远镜、轮形气压表、胡克接头等。他用自制的第一台反射望远镜观察火星运动,并用自制的显微镜观察木栓的细胞;第一次使用“细胞”这个词,还发现了细胞壁。
牛顿对科学的伟大贡献牛顿(1643~1727)牛顿,英国物理学家、数学家、天文学家,出生于林肯郡沃尔索浦。
牛顿从小喜欢手工劳动,他做的风车、风筝、日晷、漏壶等都十分精巧。1665年毕业于剑桥大学三一学院,获学士学位。1668年获文学硕士学位。1669年任三一学院的数学教授,曾任英国皇家学会会长。
在力学方面,牛顿在伽利略等人的基础上进行深入研究,总结出机械运动的三个基本定律。他进一步发展了开普勒等人的工作,发现万有引力定律,把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中,创立经典力学体系。它正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律,实现了自然科学的第一次大综合,这是人类对自然界认识的一次飞跃。
在光学方面,牛顿用三棱镜分析日光,发现白光由不同颜色(即不同波长)的光构成,这成为光谱分析的基础,并制作了牛顿色盘。他还发现光的一种干涉图样,称为“牛顿环”,创立光的“微粒说”,这在一定程度上反映了光的本性。
牛顿用图来描述光与颜色的原理在热学方面,牛顿确定了冷却定律。
在数学方面,牛顿在前人工作的基础上,建立了二项式定理;并和莱布尼兹几乎同时创立了微积分学,开辟了数学上的一个新纪元。
在天文学方面,牛顿于1671年创制反射望远镜,初步考察行星运动规律,解释潮汐现象,预言地球不是正球体,并由此说明岁差现象等。
牛顿的名作《自然哲学数学原理》用数学解释了哥白尼学说和天体运动的现象,阐明了运动三定律和万有引力定律等。让妈妈不放心的孩子
有一回,牛顿赶着马去送麦子。在回来的路上碰到山坡,牛顿只好牵着马走。他带着完成任务的轻松心情,边走边想起学习的事来。上到坡顶,他打算骑马下山。可是回头一看,马不见了,缰绳还捏在手里,他赶紧四下寻找。一直找到家里,推门一看,马在那里津津有味地吃着草料呢!原来不知什么时候,马嚼子掉了,马独自跑回家来了。他因为专心读书,放羊让羊跑丢了的事也时有发生。看到牛顿精神恍惚的样子,妈妈很发愁,常常向舅舅诉苦,舅舅听后则哈哈大笑,认为小牛顿好学上进,反而劝牛顿的妈妈让他继续上学。
与众不同的哥哥
牛顿从小就是一个与众不同的孩子,他总是能让人大吃一惊。
1658年9月3日,罕见的暴风雨侵袭了英国,河水泛滥,树木也被连根拔掉。村子里能干活的人,不管男女,全都顶着狂风,冒着大雨跑到地里去,有的立木桩,有的垒挡风墙,大家都在拼命地干着。
天空一片漆黑,狂风还不停地刮着,牛顿家的房子呼啦呼啦地直晃,就像要倒了似的。牛顿这时还是一个十几岁的小孩子,他同自己的母亲和弟弟、妹妹住在一起。
“哥哥在哪儿呢?”
最小的妹妹听见风声却找不到哥哥,这时大家才发现牛顿不见了。大家着急地四处寻找,好不容易才在后院里找到了牛顿。这时,牛顿的头被大风吹得乱蓬蓬的,浑身被雨淋得湿透了。他像个疯子似的顶着大风,跑来跑去。
原来,牛顿很想知道,这么强的风,究竟用多么大的力气能把东西吹跑,他一定要了解风力。
他想得入了迷。什么家里的事呀、地里的活呀,全都忘个精光。
牛顿冒着狂风暴雨来到后院,先是顺着风拼命地跳,接着又迎着风拼命地跳,然后又侧身向着风跳着,并且还把斗篷抛起来以测试风力与接触面积的关系。
苹果掩盖的真相
1666年秋天的一个傍晚,工作了一天的牛顿下楼休息。院子里香气扑鼻,偏西的太阳把树上熟透了的苹果映得通红,使人垂涎欲滴。
长期以来,牛顿总隐隐约约地感到,在神秘的自然界后面,一定有某种规律在支配着它的运动。可是这个规律是什么呢?
“噗!”一只熟透了的苹果落在牛顿的面前,把他从遐想中唤醒。
啊!一只熟透了的苹果。牛顿弯腰把苹果捡起来,细细地端详着它,从右手转到左手,又从左手换到右手。牛顿似乎要从那熟透了的苹果中去找出这种神秘的谜底。突然,他的手停住了,目光闪闪发亮。苹果为什么往地上掉,而不朝天上飞?朝天上抛的石子为什么最后还要落下来?这不是地球在吸引它吗?手里的苹果沉甸甸的,这不就是地球吸引它的力量吗?开普勒猜测行星绕日运动,是因为太阳吸引它们。看起来,这种引力不但太阳存在,地球同样也存在。地球周围的物体,不正是因为受到地球的吸引而都落向地面的吗?
牛顿的望远镜牛顿抬起头来,立刻否定了刚才的念头,一轮弯弯的明月挂在天边。它似乎在调皮地向牛顿微笑:“瞧,我偏不掉下来!”
是啊,为什么苹果落下来,而月亮却一直绕着地球转呢?牛顿陷入沉思,对这个问题日夜思考着。
几天以后,牛顿终于克服了月球的挑战,得到引力作用下物体运动的图像,并把它画在笔记本上。图像表明,由于物体水平方向的运动速度不同,受地球引力作用的物体会有不同的运动轨迹。自由落体的轨迹是直线;一个平抛物体的轨迹是抛物线;水平速度达到一定大小的时候,惯性离心力和地球引力平衡,就产生绕地球的圆周运动。月球就是这样在运动着的。这个普遍存在的引力决定了重物的坠落,也支配着宇宙间天体的运动。
月球和地球之间的关系,也适合于太阳和围绕它运行的行星之间的关系。牛顿进一步研究,终于通过计算,从开普勒的定律中成功地推导出引力同距离的平方成反比,从而发现了举世闻名的万有引力定律。
帕斯卡与数学和物理帕斯卡(1623~1662)
帕斯卡,法国数学家、物理学家,出生于克莱蒙费朗。
1631年迁居巴黎。在其父的影响下,16岁就参加巴黎数学家小组和物理学家小组的活动,他的第一篇《关于圆锥曲线论文》就是在这个时期发表的,被称为帕斯卡定理。
帕斯卡发表过许多关于算术级数和二项式系数的论文,研究了二项式展开的系数规律,提出了所谓算术三角形,称为帕斯卡三角形。与费马共同建立了概率论和组合论的基础,并得出关于概率论问题的一系列解决方法,研究了摆线问题,得出求不同曲线面积和重心的一般方法。计算了三角函数,包括正切的积分,并引入椭圆积分。此外,还设计和制造了一种二进制算术运算的计算器,为后来计算机的设计提供了最初原理。
在物理学方面,帕斯卡研究了气体压力学和液体静力学,提出了密闭流体传递压强的定律,称为帕斯卡定律。帕斯卡对气压计的启示
法国著名科学家帕斯卡决心进一步探讨大气压是否恒定的问题。他想,既然大气压力因为空气重量而产生,那么在海拔高的地方,由于空气层较薄,大气压应该会小些,玻璃管中的水银高度也应该低些。
帕斯卡为此爬上巴黎教堂顶上做实验,可结果水银高度与地面做时的高度几乎一样。“也许这是海拔高度相差太小的缘故。”他想。
看来,只好将实验放在海拔高的山上做。可他的身体不允许他爬山,他只好求助于他的内弟佩利尔。
1647年11月,帕斯卡将自己的设想、实验的做法一五一十地告诉佩利尔。经过周密的准备,佩利尔按照姐夫的建议,将气压计带到法国南部的多姆山顶做实验。
实验结果证实了帕斯卡的假想,大气压随着海拔高度而变化。帕斯卡还根据实验结果,精确地计算出,在海平面以上,每升高120米,水银就降低1毫米。这意味着利用气压计可推算出所在地所处的海拔。
“海拔高度与大气压大小有关,那么气候是否与大气压有关呢?”
受到帕斯卡的启发。德国马德堡市市长盖里克在这方面做了较深入的研究。盖里克曾制作了一个水气压计。经过长期的研究,他找到了两者之间的某些关系,比如,在风暴来临前,气压会下降。据此,他成功地预报了1660年的一次严重风暴。
发明世界上第一台计算机
当时,帕斯卡虽在学术界里是闻名遐迩的“大人物”,但在家里,却常常给父亲充当助手。作为一名数学家和税务统计师,帕斯卡的父亲常常要计算大量的数据。每当这个时候,帕斯卡总是拿着一大叠纸张,进行繁琐的计算。父子俩常常算得头昏脑涨、汗流浃背。
帕斯卡在科研中“爸,要是发明一种‘会计算的机器’,该多好啊!”帕斯卡说。
父亲相信儿子的才能,便鼓励道:“这主意不错!好好干,准会成功。”
于是,帕斯卡下定决心,要发明“会计算的机器”。
凭着坚实的数学基础以及刻苦钻研的精神,帕斯卡的“会计算的机器”很快就有了眉目。他根据数的十进位制决定采用齿轮来表示各个数位上的数字,通过齿轮的比来解决进位问题。低位的齿轮每转动10圈,高位上的齿轮只转动1圈。采用一组水平齿轮和一组垂直齿轮相互啮合转动的形式,以解决计算和自动进位的问题。
1643年,帕斯卡研制出了人称“世界第一”的机械式计算机。尽管这台机械式计算机的设计原理完全正确,可它在机械方面还有不少缺陷。
帕斯卡发明的机械式计算机,在一定程度上减轻了像他父亲那样,整天与数据打交道的人的工作量。但是,它的功能还比较差,做乘法时必须用连加的方法;做除法时,也只能用连减的方法。而且,使用时,需用一个小钥匙拨动一下,方可计算;每次计算完毕,都必须复原到零位,下次方可计算。
但是,机械式计算机的发明意义远远超出了它本身的使用价值。正如一位法国著名科学家所说:“帕斯卡的设想,在当时,可以算作非常大胆。因为他给了人们这样的启迪:机器可以代替人的思考。”
发明油压机的故事
在进行大气压强实验时,帕斯卡设计了一个实验用具,将一个粗的玻璃管和一个细的玻璃管连接起来,两个玻璃管内的水是相通的。他把这个用具称为“连通器”。
帕斯卡参加反对耶稣会活动
在实验中,他发现,如果将两个玻璃管的开口都塞上活塞,然后分别在两个活塞上施加压力,就会在粗玻璃管活塞上产生较大的压力。
“这又是什么原因呢?”帕斯卡陷入了沉思。
有一天在家时,他忽然想到这可能与压强传递有关。
帕斯卡终于找到了突破口!他直奔实验室。
他经过一系列精确的实验,证实了自己的推测是正确的。
1648年10月,帕斯卡发表了一篇论文——《论液体平衡》。他在文中阐述了密闭流体传递压强的规律:“加在封闭容器中的液体任何一部分的压强(即垂直作用于液体单位面积上的力),必然按原来的大小向各处传递。”它后来被人们称为“帕斯卡定律”。
这个定律说明,在粗细连通器上,在小活塞上加一个较小的压力,就可以在大活塞上得到一个大压力。举个例子来说,如果大活塞的面积是小活塞面积的100倍,那么,在小活塞上施加1千克向下的压力,在大活塞上就会产生100千克向上的力。
后来,人们在粗细连通器的基础上,用金属代替玻璃,用油代替水,并将油缸设计成油泵,于是油压机诞生了。
卡文迪许给地球称“体重”卡文迪许(1731~1810)卡文迪许,英国物理学家、化学家,出生于法国尼斯。
1749年,他考入剑桥大学,未及毕业,于1753年到巴黎留学,主要研究物理学和数学,不久回到英国,在伦敦私人实验室从事科学研究工作。
卡文迪许在物理学方面有较大贡献,1798年通过扭秤实验验证了万有引力定律,确定了引力常数和地球的平均密度;在电学方面,他发现了电容率,揭示静电荷是束缚在导体表面上的。
在化学方面,卡文迪许也取得了很大成就。他研究了氢气性质,在1766年发表的《人造气体》一文中指出,氢是作为一种独特物质存在的,实验证明氢能燃烧;他还研究了二氧化碳性质,指出由腐烂和发酵产生的气体,与大理石受酸作用而产生的气体相同;他研究了水的组成,证明水是氢气和氧气的化合物,这一发现在化学史上开辟了新纪元;他研究了空气的组成,实验证明空气中存在惰性气体。
卡文迪许还研究热现象,研究的结果后来成为发现比热定律的根据。
卡文迪许是18世纪英国一位受人尊敬的科学家,著名的剑桥大学的卡文迪许实验室,就是为纪念他而建立的。科学“怪”老头
有人说:“除了修道士们以外,卡文迪许可能比有史以来任何一个活到80岁的人讲话更少。”
有一次,卡文迪许的好友天文学家赫歇耳来拜访他,两人同桌进餐,餐厅里几乎只有赫歇耳一人在讲话。他兴致勃勃地向卡文迪许讲述了用自己改进的望远镜观察天体的情况,卡文迪许默默地听着。赫歇耳也许感到自己讲得太多了,于是停下来,好让主人说几句。卡文迪许也感到一言不发不太礼貌,想了一会儿,才憋出了一句话:“赫歇耳博士,你确实看到星星是圆的吗?”
赫歇耳听到了朋友的问话,感到十分高兴,便大声说:“圆得像一个纽扣。”
赫歇耳还想等他朋友的第二句话,没想到卡文迪许又不吭声了。于是两个人就在沉默中用完餐。送别的时候,卡文迪许才又说出第二句话:“圆得像个纽扣?”
给地球“称”体重
卡文迪许科学研究的兴趣非常广泛,既涉及化学领域,又有物理学方面的问题。他的视野非常开阔,大至地球,小至分子,所有的奥秘他都愿意探索。
说到地球,它大到谁也无法一眼看完,更不要说去“称”它的重量了,卡文迪许就偏要给地球“称”重量。
有一天晚上,他点起蜡烛,无意中看到自己的影子映在室内的墙上,由此他猛然想出利用扭秤、蜡烛等器具来验证万有引力定律。他取来一根细长的木杆,在木杆的两端各装上一个同样重的小球,做成一个哑铃状的东西,并悬挂在一根细丝上,然后把两个固定的大球分别放在这两个小球的旁边。根据万有引力,这两个大球与小球之间必然互相吸引,而大球是固定不动的,小球是悬挂易动的。因此,这必然会引起小球的转动,并使细丝发生偏转。实验时,果然发生了预期的效果,但是细丝的偏转是很小的,卡文迪许就在细丝上安上一面小镜子,在小镜子前面点上一支蜡烛,烛光通过小镜子反射到标尺上,细丝发生偏转时,反射在标尺上的光也发生相应的偏转。卡文迪许就是通过这样一个非常巧妙的实验,测出了引力数值是6.72×10-8(厘米3/克·秒2),与当今的精确数值6.672×10-8(厘米3/克·秒2)非常接近。卡文迪许在当时就能有如此丰富的想象力和绝妙的实验设计,不仅是他同时代的人无法相比,就是现在的人也要拍手叫绝。
有了引力常数,再根据当时已经推算出的地球半径6×108厘米,以及通过自由落体实验测定出的地球的重力加速度值,卡文迪许就很容易地计算出地球的质量约为6×1027克,这与当今的精确的地球质量5.976×1027克的误差极小。
卡文迪许“称”出地球质量,在天文学上有重大的贡献。从此以后,宇宙中其他星球的质量,都可以按这种方法计算出来。
焦耳发现能量守恒定律焦耳(1818~1889)焦耳,英国物理学家,出身于曼彻斯特一个酿酒厂主家庭。
他从小随父参加酿酒劳动,没有进过正规学校学习,1835年认识曼彻斯特大学教授道尔顿。在他的帮助下,焦耳通过艰苦自学,终于成为一位有成就的科学家。
焦耳一生大部分时间是在实验室里度过的,他做过的实验有400多个。1840年,22岁的焦耳经过多次通电导体产生热量的实验,发现电能可转化为热能,并得出一条定律:电导体所产生的热量与电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比,被称为焦耳—楞次定律。
在这一发现的基础上,焦耳继续探讨各种运动形式之间的能量守恒和转换关系。焦耳在论文中宣布,自然界的能是不能毁灭的,哪里消耗了机械能,总能得到相当的热,热只是能的一种形式。这一宣布打破了统治多年的所谓热质说的机械唯物论,从而引起轰动。此后,焦耳继续改进实验方法,不断提高实验精确度,终于得出了一个重要的物理常数,即热功当量。后人为了纪念他,把功和能量的单位称为“焦耳”,简称“焦”。走入科学误区的少年
19世纪初叶,“永动机热”席卷整个欧洲。
“爸爸,我想设计一种机器,它一旦运转起来,就不再消耗能量了。”有一天,焦耳天真地对父亲说。
“这可能吗,詹姆斯?”父亲惊疑地问。
“可能的,爸爸。”焦耳充满信心地回答说,“听说有人已经设计出来了,还拿出来公开展览呢!”
从此,为了发明永动机,焦耳几乎消磨了他全部的业余时间。他经常通宵达旦地冥思苦想,设计图纸,制作加工零件。经过几个月的顽强奋战,焦耳制造出了一部崭新的机器模型。
焦耳聚精会神地试了起来,然而这部机器模型中看不中用,人力使它动作起来以后,它只动了几下,就不动了。
接着,焦耳又搞出了几个改进过的设计,但都以失败而告终。这些看起来十分漂亮的机器,实际上是一堆废物。
失败乃是成功之母,迷途的终点常常就是坦途的起点。迷途知返的焦耳进入青年时代以后,经过几年的努力学习,勤奋实践,终于从反面的教训中,找到了热功当量值,并逐渐认识到,能量只能从一种形式转化为另一种形式,绝不能无中生有。
为了让后人少走弯路,焦耳成名后还现身说法,语重心长地告诫那些仍在迷恋永动机的人:“不要永动机,要科学!”
发现能量转变的秘密
焦耳对能量转变研究的方法与他人有所不同,他采取的是严格进行定量实验分析的方法。焦耳对由电流激起的热量进行试验,测定热量与电流强弱和时间的相关性。在研究电流的热效应过程中,焦耳测定了电热当量。
1842年,为了准确测定量值,焦耳设计了一个特殊的实验。他用一个保温性良好的容器装上水,再浸入一个叶轮,叶轮由绳筒带动,而绳筒本身又与下垂的重锤相连接;然后他用重锤下落所做的功和叶轮转动使液体温度升高的办法来求出热功当量。经测定,焦耳发现427千克米的功可以产生1千卡的热量。令人遗憾的是,焦耳的研究成果同迈尔的一样,起初并未引起人们应有的重视。
除迈尔与焦耳之外,还有俄国化学家赫斯、德国物理学家霍耳兹曼、丹麦工程师柯耳丁、德国重量学家和物理学家亥姆霍兹、法国物理学家伊伦,他们都在19世纪40年代~50年代初独立地发表过有关能量守恒的论文。
这么多不同学科的科学家们,在差不多同一时期内独立地发现了物质运动之间能量的守恒性。有鉴于此,物理学就把这些各自不同的发现综合归纳为能量守恒定律。
迈克耳孙测量光的速度迈克耳孙(1852~1931)迈克耳孙,美国物理学家,出生于德国斯特雷诺。
迈克耳孙从小在美国受教育,1872年毕业于美国海军学院。1925~1927年任美国国家科学院的院长。他还是美国物理学会、哲学学会的会员。迈克耳孙在光学方面的第一项成就是发明一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪,称为迈克耳孙干涉仪。1885年,他与美国化学家、物理学家莫雷进行了著名的迈克耳孙—莫雷实验,它否定了以太的存在,从而促进了相对论的建立。
迈克耳孙用了将近10年的工夫以改进用于干涉测量和光度测量的衍射光栅。1920年,他设计出一种恒星干涉仪,用它可测量恒星的直径。
迈克耳孙最重要的贡献是1926年在相距约22英里的两山之间,利用多面镜法较精密地测定了光的速度。
迈克耳孙因发明精密的光学仪器及其在光学测量中所取得的成就,于1907年获诺贝尔物理学奖,他是获得诺贝尔奖的第一个美国人。
伦琴发现X射线伦琴(1845~1923)伦琴,德国物理学家,出生于德国尼普镇。
伦琴在50年的研究工作中一共发表了50多篇论文。他在科学上的最大贡献是发现X射线,后人称为“伦琴射线”。后来他通过X射线晶体衍射实验,证实X射线是一种波长很短的电磁辐射。X射线的发现给现代物理学提供了一种新的研究手段,在光电效应研究、晶体结构分析、金相组织检验、材料无损探伤、人体疾病的透视与治疗等方面有着广泛用途。
伦琴在研究电磁现象中还发现,在充电的固定平行板电容器中,使介质旋转,能产生磁场。在弹性、液体的毛细作用、气体比热、热在晶体中传导、压电现象以及偏振光的磁致偏转等方面也都有研究。
伦琴因发现X射线而誉满全球,1901年获第一届诺贝尔物理学奖。轰动世界的照片
1896年1月2日深夜,维也纳的《新自由报》即将付印时,收到了一份急件,编辑打开一看,里面竟是一张奇特的照片——一只手的骸骨,在手骨的无名指上还戴着一枚戒指。
第二天,全城轰动了!不久,各地报纸竞相转载,全世界都轰动了!
报纸上所登的照片,是伦琴夫人的照片,一只活人的、有血有肉的手,怎么在照片中只剩下了令人生畏的骨架呢?真是不可思议!奥秘在哪里呢?原来这是伦琴发现了一种奇妙的射线!
1895年11月8日傍晚,伦琴在研究阴极射线时,把一张黑色的硬纸板卷在克鲁克斯管(一种抽去了一些空气的玻璃管)的外面。在下班的路上,他忽然想起自己忘了切断电路,以使那个跟克鲁克斯管连接的感应圈停止工作。于是他返回实验室,他没有开灯,就摸到桌边去关掉电路。突然,他发现在黑暗的实验室里有东西闪烁着不太明亮的冷光。这个奇异的现象,立刻引起了伦琴的注意,他仔细一看,那放冷光的物体原来是一张涂了氰亚铂酸钡的纸。氰亚铂酸钡是一种能放磷光的物质,只要旁边有强光向它照射,它就会放冷光,但是眼前的实验室是漆黑的,克鲁克斯管虽然还在放冷光,但光线是微弱的,它不可能使氰亚铂酸钡射出磷光,那么究竟是什么使这张磷光屏在黑暗中发光呢?
经过反复的实验,伦琴证实这是一种新的射线。这种光线人是看不见的,但它能自由地穿过多种物体,就像普通光线穿过玻璃一样,透过书本、衣服、木头、人体等。
第二天是周末,学生放假,研究所活动不多,正是继续进行实验的好机会。伦琴一大早就来到实验室,忙碌了整整一天,以后又连续抓紧实验了好几天。他系统地记录了各种实验装置以及实验中所发生的一切现象,然后,又连续工作好几个星期,专门来确定这种放射的性质。
有一次,他在实验中拿着一块铅片,放到适当的位置,然后通电。这时,在他面前出现了令人惊异的现象,他不但看到了出现在荧光屏上的铅片的圆形黑影,而且还清楚地看到了他的手指的轮廓,那是一只骷髅手,整个手的骨骼看得清清楚楚。这天晚上,当妻子来到实验室后,伦琴叫她帮忙。他让妻子把手按在用黑纸包的底片上,然后用放电管对准,照射15分钟后拿去显影,结果就出现了我们前面所说的那张轰动世界的照片。
伦琴妻子对这神秘的射线感到不可思议,便向丈夫问道:“这是什么射线?”
“我也不知道叫什么射线,它还是一个X(表示未知)!”伦琴停了一会儿,又说道,“不如就叫‘X射线’吧!”
此后,这种神秘的射线,就被称为“X射线”。为了纪念它的发现者伦琴,人们也叫它为“伦琴射线”。
玛丽·居里与放射性元素研究居里夫人(1867~1934)居里夫人,法国物理学家、化学家。
居里夫人在工作她世称居里夫人,原籍波兰华沙。在她出生的年代,波兰正处在俄国沙皇侵略者的统治下,妇女受到歧视,不能上大学。她于1891年到法国巴黎大学读书,由于学习努力,两年内连获物理学硕士学位和数学硕士学位。在此期间,她认识了法国科学家皮埃尔·居里。
在前人的基础上,居里夫人几乎检查了所有化合物,发现了与铀相似的钍化合物,接着又检查沥青铀矿、辉铜矿等多种矿物。经过反复的检查试验,她在沥青铀矿中发现了有一种比铀或钍的放射性强得多的元素。为了研究这种新元素,她和丈夫废寝忘食,昼夜不停地工作,终于在1897年7月在含铋的部分中分析出一种新放射性元素,命名为钋,其放射性比纯铀要强400倍。经过继续努力,于同年12月在含钡的部分中又发现了另一种新元素,命名为镭,其放射性比纯铀要强900倍。
但镭在铀矿中含量微乎其微,居里夫妇克服种种困难,终于在1902年从几吨沥青铀矿中提炼出微量(0.1克)氯化镭,并初步测出镭的原子量为225。由于放射性现象这一划时代的发现,居里夫妇与亨利·贝克勒尔于1903年同获诺贝尔物理学奖。
居里夫人在丈夫去世后,仍然坚持不懈地工作。由于这些重大成就,居里夫人于1911年第二次获诺贝尔化学奖。为了纪念这位杰出女科学家对放射性元素研究的重大贡献,后人把放射性强度单位定为“居里”。
放射性元素,特别是镭的发现,突破了传统物理学范围,进入了一个新领域——微观世界,为原子物理学奠定了基础。爱国的小玛丽
6岁的那一年,玛丽背起书包去上学。可是那个时候,她的祖国波兰已经被奥、俄等几个国家瓜分了,华沙当时被并入了俄国的领土。
在学校里,学生们只能学俄语,但是学校为了反抗俄国的统治,仍然偷偷地教学生们波兰语。
一天,俄国督学突然对学校进行检查。玛丽他们班上的老师正在教学生们学波兰语,大家听到消息后赶紧把书藏在了秘密的地方,然后桌子上又重新摆起了规定的教材。
督学进来以后,用怀疑的眼光扫了大家一眼后,气势汹汹地说道:“给我叫一个学生起来,我要考一考,是不是你们真的在学俄国的东西。”老师就叫学习最优秀的玛丽回答督学的问题。
督学看玛丽用流利的俄语回答着他提出的问题,有些怀疑地问玛丽道:“你是在俄国出生的?”
“不,我出生在波兰。”
“现在谁是你们波兰的领袖?”
玛丽此时只是咬着牙齿,她实在不愿意回答这个问题,老师和校长也十分无奈地互相交换了一下眼神。
督学看了校长一眼,然后慢条斯理道:“女士,你难道不教学生们这最神圣的名字吗?”
玛丽看着同学和老师惊恐的神态,她愤怒地回答道:“是统治俄国领土的亚历山大二世陛下。”
“下次回答问题不允许故意拖延时间。”
说完,督学趾高气扬地跨出了教室。
这个问题深深地刺痛了玛丽幼小的心灵,等督学刚一走,玛丽便抱着老师痛哭起来,同学们也在下面默默地擦拭着眼泪。
回到家里知道这件事的父亲安慰玛丽道:“一个国家,领土可以被侵略者夺走,民族的尊严也可以暂时遭到凌辱,但是你要记住,知识是永远无法从人们的头脑里夺走的!”
从此以后,玛丽更加用功读书了。
有趣的回答
有一天,一个到处寻访居里夫人的美国新闻记者听人说这对夫妇正在不列颠的一个叫做波尔都的渔村里度假。记者到了这个村里,找到居里夫妇所住的村舍。在村舍外,他看见了一个普普通通的年轻妇女(她就是居里夫人)赤着脚坐在门前的台阶上。
“你是这所房子的管家吗?”
“是的。”
“主妇在吗?”
“不,她在房子外面。”
“你想她会很快就回来吗?”
“不会。”
这个记者在台阶上坐了下来,又问:“你可以告诉我一点关于你的主妇的个人情况吗?”
“无可奉告。只有一点,居里夫人叫我转告记者先生们,少打听些关于个人的私事,多打听些关于思想的问题。”
无私的居里夫人
居里夫人的好朋友爱因斯坦曾经高度评价这位世界上最杰出的女性:“在所有的世界著名人物中,玛丽·居里是唯一没有被盛名宠坏的人。”
居里夫人不要金钱、名誉,她想到的只是科学,只是为人类的利益工作。当他们成功地提炼出镭以后,有一个好消息传来了,镭能够治疗癌症,这时不少人写信希望他们能够公开提炼镭的方法和技术。对此,居里夫妇面临两种选择,一是领取专利权,一举成为富翁;二是毫不隐瞒地公布所有的研究成果,夫妇二人为此讨论起来。
居里夫人说:“领取专利虽然能让我们富有,但这是违反科学精神的,物理学家总是把研究成果全部发表公布于众的,我们的发现不过偶然有商业上的前途,我们不能从中取利;再说,镭将在治疗疾病上有大用处。我觉得似乎不能借此求利。”居里夫妇在实验室里工作
皮埃尔完全赞同妻子的意见。
在这期间,有一位美国的莫太太特地去法国拜访居里夫人,她对居里夫人说:“您可以申请专利权呀!这样您会成为一个富有的人啊!”
“不!镭是全人类的!”居里夫人坚决地摇了摇头。
居里夫妇毫无保留地公布了镭的研究成果,并详尽地介绍了镭的制造技术和方法,凡是有人为此登门拜访,他们总是不厌其烦地教给来访者,他们希望制镭业尽快发展起来。
在皮埃尔逝世后,居里夫人又把他们共同研究的成果,价值超过100万法郎的1克镭,无偿地送给了一个研究防治癌的实验室。尽管遇到了亲戚们的反对,他们认为居里夫人应该给孩子们留下一笔遗产,可是居里夫人却认为:“贫寒固然不便,过富也是多余而且讨厌的。”
约瑟夫·汤姆生发现电子汤姆生(1856~1940)汤姆生,英国物理学家,出生于英格兰曼彻斯特。
1880年他毕业于剑桥大学三一学院。1918年他任三一学院的院长,后辞去卡文迪许实验室教授职务,任名誉教授,继续在卡文迪许实验室工作,并指导青年研究生。
汤姆生在气体放电方面进行过不少研究。1897年,通过对阴极射线的研究,他测定了电子的荷质比(电荷e/质量m),从实验中发现了电子的存在,这是汤姆生在科学上的最大贡献。后来他又发现电子的许多性质,指出电子既像气体中的导电体,又像原子中的组分。1912年,他通过对某些元素的极隧射线研究,指出存在同位素。汤姆生由于在物理学方面有重大贡献,于1906年获诺贝尔物理学奖。人类对基本粒子的认识可以追溯到2400多年前。从古希腊的“原子论”到近代道尔顿的“新原子论”,都认为原子是构成物质的最小单位,是永恒不变而且不可分割的。千百年来,人们对此深信不疑。
然而,1879年,英国物理学家约瑟夫·汤姆生却发现了比原子更小的单位——电子。这一石破天惊的发现,打开了人类通往原子科学的大门,标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。
在汤姆生发现电子之前,物理学家们在研究真空放电现象时发现了阴极射线。当时,对于阴极射线的本质是“光波”还是“微粒”,科学界展开了激烈的争论。20多年之后,汤姆生以其杰出的实验令人信服地表明阴极射线是带负电的微粒。因为它在真空管中产生了偏移,被负极板排斥,为正极板所吸引。
1879年,汤姆生在皇家学会讲演中,介绍了他的实验背景。
首先,汤姆生认为“在气体中的电荷载体一定比普通的原子或分子要小”,因为它们比起原子或分子来更容易且更多地穿过气体。
其次,汤姆生认为“放电管中不管用什么气体,而电荷载体却都是一样的”。这一点也为事实所证明,不论真空管里是什么气体,射线在标准磁场作用下产生的偏移是一样的。
根据这些假说,汤姆生大胆推测,阴极射线中的电荷载体是一种普通的物质成分,它比元素原子还要小。
同年,汤姆生创造性地设计了一个杰出的实验。这项实验包括一个阴极作为射线源,两个金属栓带缝隙,以便产生良好的射线来。然后,通过保险丝连接玻璃管和两个金属板以及电池,使两板之间形成电场,并在玻璃管的圆球形一端产生阴极射线冲击的闪光。
实验的核心是测出了阴极射线的电荷与质量的比值(后来被称为电子的“荷质比”)。他所得到的数值比法拉第所测的最轻原子的荷质比大2000倍。这就一举结束了长达20多年的对阴极射线本质的争论,并合理地做出假说:存在着比元素原子还要小的一种物质状态。
汤姆生将这种带负电的阴极射线粒子称为“原始原子”,它的质量仅为氢离子质量的千分之一。
后来的物理学成果证明,汤姆生关于“比原子小”的“原始原子”的假说是对的。另一位著名的物理学家卢瑟福对此做了更科学具体的阐述,他用“核化原子”来解释,正电荷集中在原子的中心,形成沉重的原子核,而电子则环绕着它沿轨道旋转。最后,根据斯托尼的建议,将汤姆生发现的“物质的原始电子”普遍称做“电子”。
电子的发现,打开了现代物理学研究领域的大门,标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。这不仅是物理学发展史上的一项划时代的重大发现,而且还具有极其深远的哲学意义。
电子的发现,使汤姆生获得了1906年度诺贝尔物理学奖。
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