已建成并投入使用的国家实验室:
1 中国科学技术大学 合肥 同步辐射国家实验室
2 中科院高能物理研究所 北京 正负电子对撞机国家实验室
3 中科院近代物理研究所 兰州 重离子加速器国家实验室
4 中科院金属研究所 沈阳 材料科学国家(联合)实验室
2003年启动的国家实验室试点:
中国科大 微尺度实验室
清华大学 信息科学实验室
北京大学+中科院化学所 分子化学实验室
华中科大+武汉邮科院+武汉数理所+中船717所 武汉光电实验室
中科院物理所 凝聚态实验室
2006年确定的第二批国家实验室试点:
1)海洋----青岛海洋科学与技术国家实验室
中国海洋大学等青岛海洋研究优势单位联合建设
2)航空航天----航空科学与技术国家实验室
北京航空航天大学独家建设
3)人口与健康----重大疾病研究国家实验室
中国医学科学院独家建设
4)核能----磁约束核聚变国家实验室
中国科学院合肥物质科学研究院牵头联合西南核物理研究院建设
5)新能源----洁净能源国家实验室
中国科学院大连化学物理研究所独家建设
6)先进制造----船舶与海洋工程国家实验室
上海交通大学独家建设
7)量子调控----微结构国家实验室
南京大学独家建设
8)蛋白质研究----蛋白质科学国家实验室
中国科学院生物物理研究所独家建设
9)轨道交通--------现代轨道交通国家实验室
西南交通大学独家建设
10)农业----------现代农业国家实验室
中国农业大学独家建设
2009年1月12日星期一
量子自杀与量子永生
令人毛骨悚然的“量子自杀”实验在80年代末由Hans Moravec,Bruno Marchal等人提出,而又在1998年为宇宙学家Max Tegmark在那篇广为人知的宣传MWI的论文中所发展和重提。这实际上也是薛定谔猫的一个真人版。大家知道在猫实验里,如果原子衰变,猫就被毒死,反之则存活。对此,哥本哈根派的解释是:在我们没有观测它之前,猫是“又死又活”的,而观测后猫的波函数发生坍缩,猫要么死要么活。MWI则声称:每次实验必定同时产生一只活猫和一只死猫,只不过它们存在于两个平行的世界中。 KIDS Fans Channel BBS7 k4 Q: @+ n& t0 n0 D
两者有何实质不同呢?其关键就在于,哥本哈根派认为猫始终只有一只,它开始处在叠加态,坍缩后有50%的可能死,50%的可能活。而多宇宙认为猫并未叠加,而是“分裂”成了两只,一死一活,必定有一只活猫! bbs.kidfanschannel.net, L3 ?- A) _# c" B3 r0 C" U, o
现在假如有一位勇于为科学献身的仁人义士,他自告奋勇地去代替那只倒霉的猫。出于人道主义,为了让他少受痛苦,我们把毒气瓶改为一把枪。如果原子衰变(或者利用别的量子机制,比如光子通过了半镀银),则枪就“砰”地一响送我们这位朋友上路。反之,枪就只发出“咔”地一声空响。
现在关键问题来了,当一个光子到达半镀镜的时候,根据哥本哈根派,你有一半可能听到“咔”一声然后安然无恙,另一半就不太美妙,你听到“砰”一声然后什么都不知道了。而根据多宇宙,必定有一个你听到“咔”,另一个你在另一个世界里听到“砰”。但问题是,听到“砰”的那位随即就死掉了,什么感觉都没有了,这个世界对“你”来说就已经没有意义了。对你来说,唯一有意义的世界就是你活着的那个世界。 9 _: K' S `, B1 K
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所以,从人择原理(我们在前面已经讨论过人择原理)的角度上来讲,对你唯一有意义的“存在”就是那些你活着的世界。你永远只会听到“咔”而继续活着!因为多宇宙和哥本哈根不同,永远都会有一个你活在某个世界! : s' L" E& B/ F' G5 S0 N
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让我们每隔一秒钟发射一个光子到半镀镜来触动机关。此时哥本哈根预言,就算你运气非常之好,你也最多听到好几声“咔”然后最终死掉。但多宇宙的预言是:永远都会有一个“你”活着,而他的那个世界对“你”来说是唯一有意义的存在。只要你坐在枪口面前,那么从你本人的角度来看,你永远只会听到每隔一秒响一次的“咔”声,你永远不死(虽然在别的数目惊人的世界中,你已经尸横遍野,但那些世界对你没有意义)! x7 N! e- z" Y7 g' [
但只要你从枪口移开,你就又会听到“砰”声了,因为这些世界重新对你恢复了意义,你能够活着见证它们。总而言之,多宇宙的预言是:只要你在枪口前,(对你来说)它就绝对不会发射,一旦你移开,它就又开始随机地“砰”。
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所以,对这位测试者他自己来说,假如他一直听到“咔”而好端端地活着,他就可以在很大程度上确信,多宇宙解释是正确的。假如他死掉了,那么哥本哈根解释就是正确的。不过这对他来说也已经没有意义了,人都死掉了。 # K$ a& c% g1 Y) j# ]; `# j( L/ N
各位也许对这里的人择原理大感困惑。无论如何,枪一直“咔”是一个极小极小的概率不是吗(如果n次,则概率就是1/2^n)?怎么能说对你而言枪“必定”会这样行动呢?但问题在于,“对你而言”的前提是,“你”必须存在! KIDS Fans Channel BBS! N: U+ m" f6 S, R
$ C, U, F) [) h9 }, b
让我们这样来举例:假如你是男性,你必定会发现这样一个“有趣”的事实:你爸爸有儿子、你爷爷有儿子、你曾祖父有儿子……一直上溯到任意n代祖先,不管历史上冰川严寒、洪水猛兽、兵荒马乱、饥饿贫瘠,他们不但都能存活,而且子嗣不断,始终有儿子,这可是一个非常小的概率(如果你是女性,可以往娘家那条路上推)。但假如你因此感慨说,你的存在是一个百年不遇的“奇迹”,就非常可笑了。很明显,你能够感慨的前提条件是你的存在本身!事实上,如果“客观”地讲,一个家族n代都有儿子的概率极小,但对你我来说,却是“必须”的,概率为100%的!同理,有人感慨宇宙的精巧,其产生的概率是如此低,但按照人择原理,宇宙必须如此!在量子自杀中,只要你始终存在,那么对你来说枪就必须100%地不发射!但很可惜的是:就算你发现了多宇宙解释是正确的,这也只是对你自己一个人而言的知识。就我们这些旁观者而言事实永远都是一样的:你在若干次“咔”后被一枪打死。我们能够做的,也就是围绕在你的尸体旁边争论,到底是按照哥本哈根,你已经永远地从宇宙中消失了,还是按照MWI,你仍然在某个世界中活得逍遥自在。我们这些“外人”被投影到你活着的那个世界,这个概率极低,几乎可以不被考虑,但对你“本人”来说,你存在于那个世界却是100%必须的!而且,因为各个世界之间无法互相干涉,所以你永远也不能从那个世界来到我们这里,告诉我们多宇宙论是正确的!
其实,Tegmark等人根本不必去费心设计什么“量子自杀”实验,按照他们的思路,要是多宇宙解释是正确的,那么对于某人来说,他无论如何试图去自杀都不会死!要是他拿刀抹脖子,那么因为组成刀的是一群符合薛定谔波动方程的粒子,所以总有一个非常非常小,但确实不为0的可能性,这些粒子在那一刹那都发生了量子隧道效应,以某种方式丝毫无损地穿透了该人的脖子,从而保持该人不死!当然这个概率极小极小,但按照MWI,一切可能发生的都实际发生了,所以这个现象总会发生在某个世界!在“客观”上讲,此人在99.99999…99%的世界中都命丧黄泉,但从他的“主观视角”来说,他却一直活着!不管换什么方式都一样,跳楼也好,卧轨也好,上吊也好,总存在那么一些世界,让他还活着。从该人自身的视角来看,他怎么死都死不掉! 9 d: A2 ?1 a0 \" J. C
这就是从量子自杀思想实验推出的怪论,美其名曰“量子永生”(quantum immortality)。只要从主观视角来看,不但一个人永远无法完成自杀,事实上他一旦开始存在,就永远不会消失!总存在着一些量子效应,使得一个人不会衰老,而按照MWI,这些非常低的概率总是对应于某个实际的世界!如果多宇宙理论是正确的,那么我们得到的推论是:一旦一个“意识”开始存在,从它自身的角度来看,它就必定永生!(天哪,我们怎么又扯到了“意识”!)
这是最强版本的人择原理,也称为“最终人择原理”。 5 v# G, M% ~# `* h" R9 w0 S) b
可以想象,Tegmark等多宇宙论的支持者见到自己的提议被演绎成了这么一个奇谈怪论后,是怎样的一种哭笑不得的心态。这位宾夕法尼亚大学的宇宙学家不得不出来声明,说“永生”并非MWI的正统推论。他说一个人在“死前”,还经历了某种非量子化的过程,使得所谓的意识并不能连续过渡保持永存。可惜也不太有人相信他的辩护。
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关于这个问题,科学家们和哲学家们无疑都会感到兴趣。支持MWI的人也会批评说,大量宇宙样本中的“人”的死去不能被简单地忽略,因为对于“意识”我们还是几乎一无所知的,它是如何“连续存在”的,根本就没有经过考察。一些偏颇的意见会认为,假如说“意识”必定会在某些宇宙分支中连续地存在,那么我们应该断定它不但始终存在,而且永远“连续”,也就是说,我们不该有“失去意识”的时候(例如睡觉或者昏迷)。不过,也许的确存在一些世界,在那里我们永不睡觉,谁又知道呢?再说,暂时沉睡然后又苏醒,这对于“意识”来说好像不能算作“无意义”的。而更为重要的,也许还是如何定义在多世界中的“你”究竟是个什么东西的问题。总之,这里面逻辑怪圈层出不穷,而且几乎没有什么可以为实践所检验的东西,都是空对空。我想,波普尔对此不会感到满意的!
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关于自杀实验本身,我想也不太有人会仅仅为了检验哥本哈根和MWI而实际上真的去尝试!因为不管怎么样,实验的结果也只有你自己一个人知道而已,你无法把它告诉广大人民群众。而且要是哥本哈根解释不幸地是正确的,那你也就呜乎哀哉了。虽说“朝闻道,夕死可矣”,但一般来说,闻了道,最好还是利用它做些什么来得更有意义。而且,就算你在枪口前真的不死,你也无法确实地判定,这是因为多世界预言的结果,还是只不过仅仅因为你的运气非常非常非常好。你最多能说:“我有99.999999..99%的把握宣称,多世界是正确的。”如此而已。 根据Shikhovtsev最新的传记,埃弗莱特本人也在某种程度上相信他的“意识”会沿着某些不通向死亡的宇宙分支而一直延续下去(当然他不知道自杀实验)。但具有悲剧和讽刺意味的是,他一家子都那么相信平行宇宙,以致他的女儿丽兹(Liz)在自杀前留下的遗书中说,她去往“另一个平行世界”和他相会了(当然,她并非为了检验这个理论而自杀)。或许埃弗莱特一家真的在某个世界里相会也未可知,但至少在我们现在所在的这个世界(以及绝大多数其他世界)里,我们看到人死不能复生了。所以,至少考虑在绝大多数世界中家人和朋友们的感情,我强烈建议各位读者不要在科学热情的驱使下做此尝试。
我们在多世界理论这条路上走得也够久了,和前面在哥本哈根派那里一样,我们的探索越到后来就越显得古怪离奇,道路崎岖不平,杂草丛生,让我们筋疲力尽,而且最后居然还会又碰到“意识”,“永生”之类形而上的东西(真是见鬼)!我们还是知难而退,回到原来的分岔路口,再看看还有没有别的不同选择。不过我们在离开这条道路前,还有一样东西值得一提,那就是所谓的“量子计算机”。1977年,埃弗莱特接受惠勒和德威特等人的邀请去德克萨斯大学演讲,午饭的时候,德威特特意安排惠勒的一位学生坐在埃弗莱特身边,后者向他请教了关于希尔伯特空间的问题。这个学生就是大卫?\;德义奇(David Deutsch)。可以这样理解: # n. |- p, k4 U/ C5 F J
在一个一维世界,也就是一条直线上,一个有智慧的质点发现,自己只能向前后运动。更高维度的我们会笑话它——你可以往左右转啊!
在一个二维世界,也就是一个平面上,一个有智慧的质点发现,自己只能向四周运动。更高维度的我们会笑话它——你可以往上跳啊!
在我们这个世界,很多事情我们看来是必然的,其实在更高的某种层次上看,可能性有无数种,只是我们这个维度下无法选择而已。
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“宇宙分叉说”也就是这个意思。 . ?" {6 w7 \ ?# C% X
宇宙在任何时刻都在分叉,而且都分了无穷多个叉,什么样的事情都有可能发生。 ; a% Y: Z5 x: Y6 Y1 o
比如一颗子弹向你迎面飞来,在击中你脑袋的瞬间,宇宙就已经分叉了,在绝大多数的分支里,你当场死掉,其他小部分分支里,你侥幸逃生,在更个别的分支里,你突然变成奥特曼,“咻”地一声飞走了……
死亡的你,逃生的你,变成超人的你,在子弹达到你脑袋前的瞬间,都是你,和你拥有一样的身体,一样的记忆,一样的女朋友,但就在这一瞬间,你们分叉了,或者说宇宙分叉了,彼此再无一丁点瓜葛。 $ c: o7 v( R, T) E/ E; e7 j
分叉的不止是你,还有你所存在的世界里的一切,你们朋友们跟你一起分叉了,某些分支里,你的朋友为你治丧,某些分叉里,朋友为你庆幸,还有某些分叉里,朋友惊呼“老婆,快和牛魔王出来看上帝!”......宇宙世界本虚幻
两者有何实质不同呢?其关键就在于,哥本哈根派认为猫始终只有一只,它开始处在叠加态,坍缩后有50%的可能死,50%的可能活。而多宇宙认为猫并未叠加,而是“分裂”成了两只,一死一活,必定有一只活猫! bbs.kidfanschannel.net, L3 ?- A) _# c" B3 r0 C" U, o
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现在关键问题来了,当一个光子到达半镀镜的时候,根据哥本哈根派,你有一半可能听到“咔”一声然后安然无恙,另一半就不太美妙,你听到“砰”一声然后什么都不知道了。而根据多宇宙,必定有一个你听到“咔”,另一个你在另一个世界里听到“砰”。但问题是,听到“砰”的那位随即就死掉了,什么感觉都没有了,这个世界对“你”来说就已经没有意义了。对你来说,唯一有意义的世界就是你活着的那个世界。 9 _: K' S `, B1 K
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所以,从人择原理(我们在前面已经讨论过人择原理)的角度上来讲,对你唯一有意义的“存在”就是那些你活着的世界。你永远只会听到“咔”而继续活着!因为多宇宙和哥本哈根不同,永远都会有一个你活在某个世界! : s' L" E& B/ F' G5 S0 N
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让我们每隔一秒钟发射一个光子到半镀镜来触动机关。此时哥本哈根预言,就算你运气非常之好,你也最多听到好几声“咔”然后最终死掉。但多宇宙的预言是:永远都会有一个“你”活着,而他的那个世界对“你”来说是唯一有意义的存在。只要你坐在枪口面前,那么从你本人的角度来看,你永远只会听到每隔一秒响一次的“咔”声,你永远不死(虽然在别的数目惊人的世界中,你已经尸横遍野,但那些世界对你没有意义)! x7 N! e- z" Y7 g' [
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/ C2 D P% B( I$ j+ Q3 L Z( g3 y
所以,对这位测试者他自己来说,假如他一直听到“咔”而好端端地活着,他就可以在很大程度上确信,多宇宙解释是正确的。假如他死掉了,那么哥本哈根解释就是正确的。不过这对他来说也已经没有意义了,人都死掉了。 # K$ a& c% g1 Y) j# ]; `# j( L/ N
各位也许对这里的人择原理大感困惑。无论如何,枪一直“咔”是一个极小极小的概率不是吗(如果n次,则概率就是1/2^n)?怎么能说对你而言枪“必定”会这样行动呢?但问题在于,“对你而言”的前提是,“你”必须存在! KIDS Fans Channel BBS! N: U+ m" f6 S, R
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让我们这样来举例:假如你是男性,你必定会发现这样一个“有趣”的事实:你爸爸有儿子、你爷爷有儿子、你曾祖父有儿子……一直上溯到任意n代祖先,不管历史上冰川严寒、洪水猛兽、兵荒马乱、饥饿贫瘠,他们不但都能存活,而且子嗣不断,始终有儿子,这可是一个非常小的概率(如果你是女性,可以往娘家那条路上推)。但假如你因此感慨说,你的存在是一个百年不遇的“奇迹”,就非常可笑了。很明显,你能够感慨的前提条件是你的存在本身!事实上,如果“客观”地讲,一个家族n代都有儿子的概率极小,但对你我来说,却是“必须”的,概率为100%的!同理,有人感慨宇宙的精巧,其产生的概率是如此低,但按照人择原理,宇宙必须如此!在量子自杀中,只要你始终存在,那么对你来说枪就必须100%地不发射!但很可惜的是:就算你发现了多宇宙解释是正确的,这也只是对你自己一个人而言的知识。就我们这些旁观者而言事实永远都是一样的:你在若干次“咔”后被一枪打死。我们能够做的,也就是围绕在你的尸体旁边争论,到底是按照哥本哈根,你已经永远地从宇宙中消失了,还是按照MWI,你仍然在某个世界中活得逍遥自在。我们这些“外人”被投影到你活着的那个世界,这个概率极低,几乎可以不被考虑,但对你“本人”来说,你存在于那个世界却是100%必须的!而且,因为各个世界之间无法互相干涉,所以你永远也不能从那个世界来到我们这里,告诉我们多宇宙论是正确的!
其实,Tegmark等人根本不必去费心设计什么“量子自杀”实验,按照他们的思路,要是多宇宙解释是正确的,那么对于某人来说,他无论如何试图去自杀都不会死!要是他拿刀抹脖子,那么因为组成刀的是一群符合薛定谔波动方程的粒子,所以总有一个非常非常小,但确实不为0的可能性,这些粒子在那一刹那都发生了量子隧道效应,以某种方式丝毫无损地穿透了该人的脖子,从而保持该人不死!当然这个概率极小极小,但按照MWI,一切可能发生的都实际发生了,所以这个现象总会发生在某个世界!在“客观”上讲,此人在99.99999…99%的世界中都命丧黄泉,但从他的“主观视角”来说,他却一直活着!不管换什么方式都一样,跳楼也好,卧轨也好,上吊也好,总存在那么一些世界,让他还活着。从该人自身的视角来看,他怎么死都死不掉! 9 d: A2 ?1 a0 \" J. C
这就是从量子自杀思想实验推出的怪论,美其名曰“量子永生”(quantum immortality)。只要从主观视角来看,不但一个人永远无法完成自杀,事实上他一旦开始存在,就永远不会消失!总存在着一些量子效应,使得一个人不会衰老,而按照MWI,这些非常低的概率总是对应于某个实际的世界!如果多宇宙理论是正确的,那么我们得到的推论是:一旦一个“意识”开始存在,从它自身的角度来看,它就必定永生!(天哪,我们怎么又扯到了“意识”!)
这是最强版本的人择原理,也称为“最终人择原理”。 5 v# G, M% ~# `* h" R9 w0 S) b
可以想象,Tegmark等多宇宙论的支持者见到自己的提议被演绎成了这么一个奇谈怪论后,是怎样的一种哭笑不得的心态。这位宾夕法尼亚大学的宇宙学家不得不出来声明,说“永生”并非MWI的正统推论。他说一个人在“死前”,还经历了某种非量子化的过程,使得所谓的意识并不能连续过渡保持永存。可惜也不太有人相信他的辩护。
KIDS Fans Channel BBS) N) A1 J( k4 G# }
关于这个问题,科学家们和哲学家们无疑都会感到兴趣。支持MWI的人也会批评说,大量宇宙样本中的“人”的死去不能被简单地忽略,因为对于“意识”我们还是几乎一无所知的,它是如何“连续存在”的,根本就没有经过考察。一些偏颇的意见会认为,假如说“意识”必定会在某些宇宙分支中连续地存在,那么我们应该断定它不但始终存在,而且永远“连续”,也就是说,我们不该有“失去意识”的时候(例如睡觉或者昏迷)。不过,也许的确存在一些世界,在那里我们永不睡觉,谁又知道呢?再说,暂时沉睡然后又苏醒,这对于“意识”来说好像不能算作“无意义”的。而更为重要的,也许还是如何定义在多世界中的“你”究竟是个什么东西的问题。总之,这里面逻辑怪圈层出不穷,而且几乎没有什么可以为实践所检验的东西,都是空对空。我想,波普尔对此不会感到满意的!
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关于自杀实验本身,我想也不太有人会仅仅为了检验哥本哈根和MWI而实际上真的去尝试!因为不管怎么样,实验的结果也只有你自己一个人知道而已,你无法把它告诉广大人民群众。而且要是哥本哈根解释不幸地是正确的,那你也就呜乎哀哉了。虽说“朝闻道,夕死可矣”,但一般来说,闻了道,最好还是利用它做些什么来得更有意义。而且,就算你在枪口前真的不死,你也无法确实地判定,这是因为多世界预言的结果,还是只不过仅仅因为你的运气非常非常非常好。你最多能说:“我有99.999999..99%的把握宣称,多世界是正确的。”如此而已。 根据Shikhovtsev最新的传记,埃弗莱特本人也在某种程度上相信他的“意识”会沿着某些不通向死亡的宇宙分支而一直延续下去(当然他不知道自杀实验)。但具有悲剧和讽刺意味的是,他一家子都那么相信平行宇宙,以致他的女儿丽兹(Liz)在自杀前留下的遗书中说,她去往“另一个平行世界”和他相会了(当然,她并非为了检验这个理论而自杀)。或许埃弗莱特一家真的在某个世界里相会也未可知,但至少在我们现在所在的这个世界(以及绝大多数其他世界)里,我们看到人死不能复生了。所以,至少考虑在绝大多数世界中家人和朋友们的感情,我强烈建议各位读者不要在科学热情的驱使下做此尝试。
我们在多世界理论这条路上走得也够久了,和前面在哥本哈根派那里一样,我们的探索越到后来就越显得古怪离奇,道路崎岖不平,杂草丛生,让我们筋疲力尽,而且最后居然还会又碰到“意识”,“永生”之类形而上的东西(真是见鬼)!我们还是知难而退,回到原来的分岔路口,再看看还有没有别的不同选择。不过我们在离开这条道路前,还有一样东西值得一提,那就是所谓的“量子计算机”。1977年,埃弗莱特接受惠勒和德威特等人的邀请去德克萨斯大学演讲,午饭的时候,德威特特意安排惠勒的一位学生坐在埃弗莱特身边,后者向他请教了关于希尔伯特空间的问题。这个学生就是大卫?\;德义奇(David Deutsch)。可以这样理解: # n. |- p, k4 U/ C5 F J
在一个一维世界,也就是一条直线上,一个有智慧的质点发现,自己只能向前后运动。更高维度的我们会笑话它——你可以往左右转啊!
在一个二维世界,也就是一个平面上,一个有智慧的质点发现,自己只能向四周运动。更高维度的我们会笑话它——你可以往上跳啊!
在我们这个世界,很多事情我们看来是必然的,其实在更高的某种层次上看,可能性有无数种,只是我们这个维度下无法选择而已。
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“宇宙分叉说”也就是这个意思。 . ?" {6 w7 \ ?# C% X
宇宙在任何时刻都在分叉,而且都分了无穷多个叉,什么样的事情都有可能发生。 ; a% Y: Z5 x: Y6 Y1 o
比如一颗子弹向你迎面飞来,在击中你脑袋的瞬间,宇宙就已经分叉了,在绝大多数的分支里,你当场死掉,其他小部分分支里,你侥幸逃生,在更个别的分支里,你突然变成奥特曼,“咻”地一声飞走了……
死亡的你,逃生的你,变成超人的你,在子弹达到你脑袋前的瞬间,都是你,和你拥有一样的身体,一样的记忆,一样的女朋友,但就在这一瞬间,你们分叉了,或者说宇宙分叉了,彼此再无一丁点瓜葛。 $ c: o7 v( R, T) E/ E; e7 j
分叉的不止是你,还有你所存在的世界里的一切,你们朋友们跟你一起分叉了,某些分支里,你的朋友为你治丧,某些分叉里,朋友为你庆幸,还有某些分叉里,朋友惊呼“老婆,快和牛魔王出来看上帝!”......宇宙世界本虚幻
2009年1月9日星期五
最美丽的十大物理实验
美国的物理学家最近评出的这些实验共同之处是:它们都“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂,这种美丽是一种经典概念:最简单的仪器和设备,最根本、最单纯的科学结论,就像是一座座历史丰碑一样,人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空,对自然界的认识更加清晰。
无论在加速器中裂解亚原子粒子,还是测序基因序列,或分析一颗遥远恒星的摆动,这些让世界瞩目的实验常常动辄耗资百万美元,产生出洪水般汹涌的数据,并需要超高速计算机处理几个月。一些实验小组因此成长为一个个的小公司。
罗伯特•;克瑞丝是美国纽约大学石溪分校哲学系的教员、布鲁克海文国家实验室的历史学家,他最近在美国的物理学家中作了一次调查,要求他们提名历史上最美丽的科学实验。9月份出版的《物理学世界》刊登了排名前10位的最美丽实验,其中的大多数都是我们耳熟能详的经典之作。令人惊奇的是这十大实验中的绝大多数是科学家独立完成,最多有一两个助手。所有的实验都是在实验桌上进行的,没有用到什么大型计算工具比如电脑一类,最多不过是把直尺或者是计算器。
所有这些实验共同之处是他们都仅仅“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂,这种美丽是一种经典概念:最简单的仪器和设备,发现了最根本、最单纯的科学概念,就像是一座座历史丰碑一样,人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空,对自然界的认识更加清晰。
从十大经典科学实验评选本身,我们也能清楚地看出2000年来科学家们最重大的发现轨迹,就像我们“鸟瞰”历史一样。
《物理学世界》对这些实验进行的排名是根据公众对它们的认识程度,排在第一位的是展示物理世界量子特征的实验。但是,科学的发展是一个积累的过程,9月25日的美国《纽约时报》根据时间顺序对这些实验重新排序,并作了简单的解释。
埃拉托色尼测量地球圆周长
米歇尔·傅科钟摆实验
去年,科学家们在南极安置一个摆钟,并观察它的摆动。他们是在重复1851年巴黎的一个著名实验。1851年法国科学家傅科在公众面前做了一个实验,用一根长220英尺的钢丝将一个62磅重的头上带有铁笔的铁球悬挂在屋顶下,观测记录它前后摆动的轨迹。周围观众发现钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转时,无不惊讶。实际上这是因为房屋在缓缓移动。傅科的演示说明地球是在围绕地轴自转的。在巴黎的纬度上,钟摆的轨迹是顺时针方向,30小时一周期。在南半球,钟摆应是逆时针转动,而在赤道上将不会转动。在南极,转动周期是24小时。(排名第十)
卢瑟福发现核子实验
1911年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时,原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”,大量正电荷聚集的糊状物质,中间包含着电子微粒。但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的阿尔法微粒时有少量被弹回,这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出原子并不是一团糊状物质,大部分物质集中在一个中心小核上,现在叫作核子,电子在它周围环绕。(排名第九)
伽利略的加速度实验
伽利略继续提炼他有关物体移动的观点。他做了一个6米多长,3米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定,让铜球从木槽顶端沿斜面滑下,并用水钟测量铜球每次下滑的时间,研究它们之间的关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的:铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例:两倍的时间里,铜球滚动4倍的距离,因为存在恒定的重力加速度。(排名第八)
古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇。在这个小镇上,夏至日正午的阳光悬在头顶:物体没有影子,阳光直接射入深水井中。埃拉托色尼是公元前3世纪亚历山大图书馆馆长,他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。在以后几年里的同一天、同一时间,他在亚历山大测量了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直方向偏离大约7度角。
剩下的就是几何学问题了。假设地球是球状,那么它的圆周应跨越360度。如果两座城市成7度角,就是7/360的圆周,就是当时5000个希腊运动场的距离。因此地球周长应该是25万个希腊运动场。今天,通过航迹测算,我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5%以内。(排名第七)
卡文迪许扭矩实验
牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律,但是万有引力到底多大?
18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来,这个木棒就像哑铃一样。再将两个350磅重的铅球放在相当近的地方,以产生足够的引力让哑铃转动,并扭转金属线。然后用自制的仪器测量出微小的转动。
测量结果惊人的准确,他测出了万有引力恒量的参数,在此基础上卡文迪许计算地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是:地球重6.0×1024公斤,或者说13万亿万亿磅。(排名第六)
托马斯·杨的光干涉实验
牛顿也不是永远正确。在多次争吵后,牛顿让科学界接受了这样的观点:光是由微粒组成的,而不是一种波。1830年,英国医生、物理学家托马斯·杨用实验来验证这一观点。他在百叶窗上开了一个小洞,然后用厚纸片盖住,再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过,并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1/30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这个实验为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。(排名第五)
牛顿的棱镜分解太阳光
艾萨克·牛顿出生那年,伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院,后来因躲避鼠疫在家里呆了两年,后来顺利地得到了工作。
当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光(亚里士多德就是这样认为的),而彩色光是一种不知何故发生变化的光。
为了验证这个假设,牛顿把一面三棱镜放在阳光下,透过三棱镜,光在墙上被分解为不同颜色,后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色,但是他们认为那是因为不正常。牛顿的结论是:正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光,如果你深入地看看,会发现白光是非常美丽的。(排名第四)
罗伯特·米利肯的油滴实验
很早以前,科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到,也可以通过摩擦头发得到。1897年,英国物理学家J·J·托马斯已经确立电流是由带负电粒子即电子组成的。1909年美国科学家罗伯特·米利肯开始测量电流的电荷。
米利肯用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别连接一个电池,让一边成为正电板,另一边成为负电板。当小油滴通过空气时,就会吸一些静电,油滴下落的速度可以通过改变电板间的电压来控制。
米利肯不断改变电压,仔细观察每一颗油滴的运动。经过反复试验,米利肯得出结论:电荷的值是某个固定的常量,最小单位就是单个电子的带电量。(排名第三)
伽利略的自由落体实验
在16世纪末,人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快,因为伟大的亚里士多德已经这么说了。伽利略,当时在比萨大学数学系任职,他大胆地向公众的观点挑战。著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事:他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体,让大家看到两个物体同时落地。伽利略挑战亚里士多德的代价也许是他失去了工作,但他展示的是自然界的本质,而不是人类的权威,科学作出了最后的裁决。(排名第二)
托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验
牛顿和托马斯·杨对光的性质研究得出的结论都不完全正确。光既不是简单的由微粒构成,也不是一种单纯的波。20世纪初,麦克斯·普克朗和阿尔伯特·爱因斯坦分别指出一种叫光子的东西发出光和吸收光。但是其他实验还是证明光是一种波状物。经过几十年发展的量子学说最终总结了两个矛盾的真理:光子和亚原子微粒(如电子、光子等等)是同时具有两种性质的微粒,物理上称它们:波粒二象性。
将托马斯·杨的双缝演示改造一下可以很好地说明这一点。科学家们用电子流代替光束来解释这个实验。根据量子力学,电粒子流被分为两股,被分得更小的粒子流产生波的效应,它们相互影响,以至产生像托马斯·杨的双缝演示中出现的加强光和阴影。这说明微粒也有波的效应。
这一期《物理学世界》上另一篇由编辑彼特·罗格斯写的文章推测,直到1961年,某一位科学家才在真实的世界里做出了这一实验。(排名第一)
无论在加速器中裂解亚原子粒子,还是测序基因序列,或分析一颗遥远恒星的摆动,这些让世界瞩目的实验常常动辄耗资百万美元,产生出洪水般汹涌的数据,并需要超高速计算机处理几个月。一些实验小组因此成长为一个个的小公司。
罗伯特•;克瑞丝是美国纽约大学石溪分校哲学系的教员、布鲁克海文国家实验室的历史学家,他最近在美国的物理学家中作了一次调查,要求他们提名历史上最美丽的科学实验。9月份出版的《物理学世界》刊登了排名前10位的最美丽实验,其中的大多数都是我们耳熟能详的经典之作。令人惊奇的是这十大实验中的绝大多数是科学家独立完成,最多有一两个助手。所有的实验都是在实验桌上进行的,没有用到什么大型计算工具比如电脑一类,最多不过是把直尺或者是计算器。
所有这些实验共同之处是他们都仅仅“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂,这种美丽是一种经典概念:最简单的仪器和设备,发现了最根本、最单纯的科学概念,就像是一座座历史丰碑一样,人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空,对自然界的认识更加清晰。
从十大经典科学实验评选本身,我们也能清楚地看出2000年来科学家们最重大的发现轨迹,就像我们“鸟瞰”历史一样。
《物理学世界》对这些实验进行的排名是根据公众对它们的认识程度,排在第一位的是展示物理世界量子特征的实验。但是,科学的发展是一个积累的过程,9月25日的美国《纽约时报》根据时间顺序对这些实验重新排序,并作了简单的解释。
埃拉托色尼测量地球圆周长
米歇尔·傅科钟摆实验
去年,科学家们在南极安置一个摆钟,并观察它的摆动。他们是在重复1851年巴黎的一个著名实验。1851年法国科学家傅科在公众面前做了一个实验,用一根长220英尺的钢丝将一个62磅重的头上带有铁笔的铁球悬挂在屋顶下,观测记录它前后摆动的轨迹。周围观众发现钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转时,无不惊讶。实际上这是因为房屋在缓缓移动。傅科的演示说明地球是在围绕地轴自转的。在巴黎的纬度上,钟摆的轨迹是顺时针方向,30小时一周期。在南半球,钟摆应是逆时针转动,而在赤道上将不会转动。在南极,转动周期是24小时。(排名第十)
卢瑟福发现核子实验
1911年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时,原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”,大量正电荷聚集的糊状物质,中间包含着电子微粒。但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的阿尔法微粒时有少量被弹回,这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出原子并不是一团糊状物质,大部分物质集中在一个中心小核上,现在叫作核子,电子在它周围环绕。(排名第九)
伽利略的加速度实验
伽利略继续提炼他有关物体移动的观点。他做了一个6米多长,3米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定,让铜球从木槽顶端沿斜面滑下,并用水钟测量铜球每次下滑的时间,研究它们之间的关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的:铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例:两倍的时间里,铜球滚动4倍的距离,因为存在恒定的重力加速度。(排名第八)
古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇。在这个小镇上,夏至日正午的阳光悬在头顶:物体没有影子,阳光直接射入深水井中。埃拉托色尼是公元前3世纪亚历山大图书馆馆长,他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。在以后几年里的同一天、同一时间,他在亚历山大测量了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直方向偏离大约7度角。
剩下的就是几何学问题了。假设地球是球状,那么它的圆周应跨越360度。如果两座城市成7度角,就是7/360的圆周,就是当时5000个希腊运动场的距离。因此地球周长应该是25万个希腊运动场。今天,通过航迹测算,我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5%以内。(排名第七)
卡文迪许扭矩实验
牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律,但是万有引力到底多大?
18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来,这个木棒就像哑铃一样。再将两个350磅重的铅球放在相当近的地方,以产生足够的引力让哑铃转动,并扭转金属线。然后用自制的仪器测量出微小的转动。
测量结果惊人的准确,他测出了万有引力恒量的参数,在此基础上卡文迪许计算地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是:地球重6.0×1024公斤,或者说13万亿万亿磅。(排名第六)
托马斯·杨的光干涉实验
牛顿也不是永远正确。在多次争吵后,牛顿让科学界接受了这样的观点:光是由微粒组成的,而不是一种波。1830年,英国医生、物理学家托马斯·杨用实验来验证这一观点。他在百叶窗上开了一个小洞,然后用厚纸片盖住,再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过,并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1/30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这个实验为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。(排名第五)
牛顿的棱镜分解太阳光
艾萨克·牛顿出生那年,伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院,后来因躲避鼠疫在家里呆了两年,后来顺利地得到了工作。
当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光(亚里士多德就是这样认为的),而彩色光是一种不知何故发生变化的光。
为了验证这个假设,牛顿把一面三棱镜放在阳光下,透过三棱镜,光在墙上被分解为不同颜色,后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色,但是他们认为那是因为不正常。牛顿的结论是:正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光,如果你深入地看看,会发现白光是非常美丽的。(排名第四)
罗伯特·米利肯的油滴实验
很早以前,科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到,也可以通过摩擦头发得到。1897年,英国物理学家J·J·托马斯已经确立电流是由带负电粒子即电子组成的。1909年美国科学家罗伯特·米利肯开始测量电流的电荷。
米利肯用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别连接一个电池,让一边成为正电板,另一边成为负电板。当小油滴通过空气时,就会吸一些静电,油滴下落的速度可以通过改变电板间的电压来控制。
米利肯不断改变电压,仔细观察每一颗油滴的运动。经过反复试验,米利肯得出结论:电荷的值是某个固定的常量,最小单位就是单个电子的带电量。(排名第三)
伽利略的自由落体实验
在16世纪末,人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快,因为伟大的亚里士多德已经这么说了。伽利略,当时在比萨大学数学系任职,他大胆地向公众的观点挑战。著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事:他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体,让大家看到两个物体同时落地。伽利略挑战亚里士多德的代价也许是他失去了工作,但他展示的是自然界的本质,而不是人类的权威,科学作出了最后的裁决。(排名第二)
托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验
牛顿和托马斯·杨对光的性质研究得出的结论都不完全正确。光既不是简单的由微粒构成,也不是一种单纯的波。20世纪初,麦克斯·普克朗和阿尔伯特·爱因斯坦分别指出一种叫光子的东西发出光和吸收光。但是其他实验还是证明光是一种波状物。经过几十年发展的量子学说最终总结了两个矛盾的真理:光子和亚原子微粒(如电子、光子等等)是同时具有两种性质的微粒,物理上称它们:波粒二象性。
将托马斯·杨的双缝演示改造一下可以很好地说明这一点。科学家们用电子流代替光束来解释这个实验。根据量子力学,电粒子流被分为两股,被分得更小的粒子流产生波的效应,它们相互影响,以至产生像托马斯·杨的双缝演示中出现的加强光和阴影。这说明微粒也有波的效应。
这一期《物理学世界》上另一篇由编辑彼特·罗格斯写的文章推测,直到1961年,某一位科学家才在真实的世界里做出了这一实验。(排名第一)
2008年12月30日星期二
msn登录的时候出现:80072745或80072746错误不能登陆
msn8.0不能登录,丢失联系人等是普遍现象,很多人都是这样的
但也可试试以下方法
现在的MSN服务器在特定的时间对特定的服务器存在特定的不能正常登录的情况,现有以下解决方案,希望对大家带来帮助. 注:http://hi.baidu.com/lsjlym 对此文章不表示会提供任何技术支持或咨询服务
1.你的电脑上的“日期/时间属性”是否设置正确:双击时间,检查日期和
时间是否正确设置。
2.如果你的帐号和密码没有在MSN中保存,你需要确认你输入的帐号和密码
是正确的(请注意大小写字母及帐号的后缀)
3.禁用您浏览器中的“自动检测”设置。对于 Internet Explorer 用户,
请单击 IE“工具”菜单、单击“Internet 选项”、单击“连接”选项卡、单击
“局域网设置”按钮、然后清除“自动检测设置”框。
4.清除IE cache和Cookies:打开Internet Explorer浏览器,按工具菜单,
然后选择“Internet 选项”,点击“删除文件”按钮和“删除 Cookies”按
钮。
5.检查 IE 安全设定:打开Internet Explorer浏览器,按工具菜单,选择
“Internet 选项”,选择“高级”,拖动滚动条到安全选区,证实“检查服务
器证书吊销”没有被选中,同时证实“使用 SSL 2.0”和“使用 SSL 3.0”被选
中。然后按“确定”。
6.点击“开始”--“运行”,键入:
regsvr32 softpub.dll
然后按“确定”
7.检查错误的代理服务器设置。在 MSN Messenger“工具”菜单上,单击
“选项”。在“连接”选项卡上,确保您清除了“我使用代理服务器”复选框。
8.防火墙和第三方应用程序可能会影响连接到 MSN Messenger。您可以禁用
应用程序、防火墙或打开防火墙相应端口,然后尝试连接到 .Net Messenger
Service。
9.如果您为局域网使用 ICS 或路由器,则可能需要调整一些设置或更新硬
件/固件驱动程序。
10.如果您的 Passport 未被识别,请登录 Passport 站点
http://www.passport.com ,并确认在该处可被识别。如果在该处可被识别,但
仍不能登录到 .NET Messenger Service,则可能是消息服务器暂时关闭正在维
护或达到了 Internet 的最大通流量(使用率高峰期间)。请稍后再试。也可以
检查服务器状态页以查看服务器的最新信息。
11.如果在Passport 站点仍然不可识别,请到这里:
http://memberservicesnet.passport.com/memberservice.srf ,然后选择:
“我忘记了密码”。
12.注册以下组件
regsvr32 wintrust.dll
regsvr32 initpki.dll
regsvr32 dssenh.dll
regsvr32 rsaenh.dll
regsvr32 gpkcsp.dll
regsvr32 sccbase.dll
regsvr32 slbcsp.dll
regsvr32 cryptdlg.dll
13.
打开文件夹→C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts,用记事本打开hosts文件,在最下方加入以下字样
65.54.239.80 messenger.hotmail.com
65.54.239.80 dp.msnmessenger.akadns.net
保存后重启msn即可
以上方案基本能解决MSN登录不上的问题。
使用MSN发送文件失败的几种解决方法:
一:被发送文件处于打开状态,关闭被发送文件,再发送.
二:防火墙和第三方应用程序可能会影响连接到 MSN Messenger。您可以禁用
应用程序、防火墙或打开防火墙相应端口,然后尝试发送.
三:发送被阻止或长时间不能被对方接受,直接把MSN重新登陆再发送即可.
但也可试试以下方法
现在的MSN服务器在特定的时间对特定的服务器存在特定的不能正常登录的情况,现有以下解决方案,希望对大家带来帮助. 注:http://hi.baidu.com/lsjlym 对此文章不表示会提供任何技术支持或咨询服务
1.你的电脑上的“日期/时间属性”是否设置正确:双击时间,检查日期和
时间是否正确设置。
2.如果你的帐号和密码没有在MSN中保存,你需要确认你输入的帐号和密码
是正确的(请注意大小写字母及帐号的后缀)
3.禁用您浏览器中的“自动检测”设置。对于 Internet Explorer 用户,
请单击 IE“工具”菜单、单击“Internet 选项”、单击“连接”选项卡、单击
“局域网设置”按钮、然后清除“自动检测设置”框。
4.清除IE cache和Cookies:打开Internet Explorer浏览器,按工具菜单,
然后选择“Internet 选项”,点击“删除文件”按钮和“删除 Cookies”按
钮。
5.检查 IE 安全设定:打开Internet Explorer浏览器,按工具菜单,选择
“Internet 选项”,选择“高级”,拖动滚动条到安全选区,证实“检查服务
器证书吊销”没有被选中,同时证实“使用 SSL 2.0”和“使用 SSL 3.0”被选
中。然后按“确定”。
6.点击“开始”--“运行”,键入:
regsvr32 softpub.dll
然后按“确定”
7.检查错误的代理服务器设置。在 MSN Messenger“工具”菜单上,单击
“选项”。在“连接”选项卡上,确保您清除了“我使用代理服务器”复选框。
8.防火墙和第三方应用程序可能会影响连接到 MSN Messenger。您可以禁用
应用程序、防火墙或打开防火墙相应端口,然后尝试连接到 .Net Messenger
Service。
9.如果您为局域网使用 ICS 或路由器,则可能需要调整一些设置或更新硬
件/固件驱动程序。
10.如果您的 Passport 未被识别,请登录 Passport 站点
http://www.passport.com ,并确认在该处可被识别。如果在该处可被识别,但
仍不能登录到 .NET Messenger Service,则可能是消息服务器暂时关闭正在维
护或达到了 Internet 的最大通流量(使用率高峰期间)。请稍后再试。也可以
检查服务器状态页以查看服务器的最新信息。
11.如果在Passport 站点仍然不可识别,请到这里:
http://memberservicesnet.passport.com/memberservice.srf ,然后选择:
“我忘记了密码”。
12.注册以下组件
regsvr32 wintrust.dll
regsvr32 initpki.dll
regsvr32 dssenh.dll
regsvr32 rsaenh.dll
regsvr32 gpkcsp.dll
regsvr32 sccbase.dll
regsvr32 slbcsp.dll
regsvr32 cryptdlg.dll
13.
打开文件夹→C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts,用记事本打开hosts文件,在最下方加入以下字样
65.54.239.80 messenger.hotmail.com
65.54.239.80 dp.msnmessenger.akadns.net
保存后重启msn即可
以上方案基本能解决MSN登录不上的问题。
使用MSN发送文件失败的几种解决方法:
一:被发送文件处于打开状态,关闭被发送文件,再发送.
二:防火墙和第三方应用程序可能会影响连接到 MSN Messenger。您可以禁用
应用程序、防火墙或打开防火墙相应端口,然后尝试发送.
三:发送被阻止或长时间不能被对方接受,直接把MSN重新登陆再发送即可.
MSN错误代码80072745
一.开始,运行,输入notepad c:\windows\system32\drivers\etc\hosts
二.文档尾空白输入
127.0.0.1 localhost
65.54.239.80 messenger.hotmail.com
三.重新登入MSN,绝对可以
二.文档尾空白输入
127.0.0.1 localhost
65.54.239.80 messenger.hotmail.com
三.重新登入MSN,绝对可以
2008年12月18日星期四
朗道
朗道(1908~1968)
Л.Д. Лев Давидович Ландау
Lendau,Lev Davidovich
苏联著名的物理学家。最著名的贡献有“朗道十诫”:量子力学中的密度矩阵和统计物理学 (1927);自由电子抗磁性的理论(1930);二级相变的研究(1936~1937);铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释(1935);超导体的混合态理论(1934);原子核的几率理论(1937);氦Ⅱ超流性的量子理论(1940~1941);基本粒子的电荷约束理论(1954);费米液体的量子理论(1956);弱相互作用的CP不变性(1957)。因凝聚态特别是液氦的先驱性理论,被授予1962年诺贝尔物理学奖。
1931年,朗道回国,1932年到哈尔科夫从事研究和教学工作。1937年春,他到莫斯科担任苏联科学院物理问题研究所的理论部负责人,并在莫斯科大学任教。
朗道思想敏锐,学识广博,精通理论物理学的许多分支;在他50岁生日时,朋友们列举了他对物理学的十大重要贡献:①引入了量子力学中的密度矩阵概念(1927);②金属的电子抗磁性的量子理论(1930);③二级相变理论(1936~1937);④铁磁体的磁畴结构和反铁磁性的解释(1935);⑤超导电性混合态理论(1943);⑥原子核的统计理论(1937);⑦液态氦Ⅱ超流动性的量子理论(1940~1941);⑧真空对电荷的屏蔽效应理论(1954);⑨费密液体的量子理论(1956);⑩弱相互作用的复合反演理论(1957)。尤其是在量子液体(见液态氦)的理论方面,他的贡献更为突出。
他的另一些引人注目的贡献是:1937年利用费密气体模型推测恒星坍缩的质量,1946年在理论上预言等离子体静电振荡中不是由碰撞引起的耗散机制(称为朗道阻尼)的存在,等等。过了18年后这一预言才由一些美国物理学家在实验上予以证实。由于创立了凝聚态理论,特别是液态氦理论,朗道获得了1962年诺贝尔物理学奖。
朗道在理论物理学的教学方面也费过不少心血,取得了很好的成绩。在哈尔科夫时,他拟定了著名的《理论物理学最低要求》,这是为有志于学习物理学的学生们准备的一份必须掌握的学习提纲,对当时的青年人起了相当大的指导作用。他和他的学生[kg2]E.[kg2].栗弗席兹合著的多卷本《理论物理学教程》是颇负盛名的教科书。
朗道于1946年被选为苏联科学院院士,曾获斯大林奖金,并曾获得由许多国家授予的种种荣誉。1968年4月1日在莫斯科逝世。
有一次,爱因斯坦演讲,当主持人请听众对演讲者提问时,一位年轻人从座位上站起来说道:“爱因斯坦教授告诉我们的东西并不是那么愚蠢,但是第二个方程不能从第一个方程严格推出。它需要一个未经证明的假设,而且它也不是按照应有的方式为不变的”。与会者都惊讶地回过头来注视这位似乎不知天高地厚的年轻人。爱因斯坦用心地听着,对着黑板思索片刻后对大家说:“后面那位年轻人说得完全正确.诸位可以把我今天讲的完全忘掉。”这位敢于提出爱因斯坦错误的年轻人,就是被人们誉为“科学怪杰”的前苏联物理学家朗道。
一个天才的成长
朗道1908年1月22日出生于里海之滨巴库的一个知识分子家庭里。朗道是犹太血统信奉犹太教的苏联科学家。他的家庭特别崇尚科学,这是一个在沙皇俄国时期少有的充满科学氛围的家庭。其父是一位石油工程师,在巴库油田工作。母亲曾在圣彼得堡接受过医学教育,当过教师和医生等职务。他的姐姐索菲娅后来成为一名化学工程师。朗道从小聪明过人,4岁就能阅读书籍,被誉为“神童”。由于第一次世界大战和国内战争的影响,学校的正常教学秩序得不到保障,知识的获得在很大程度上要依靠自学。但是这对朗道来说,也许是一件幸运的事情。朗道在班上年龄最小、个子最矮小,很少与小伙伴嬉闹.数学读物上的数字和几何图形成了他最着迷的伙伴。朗道7岁学完了中学数学课程,12岁时就已经学会微分,13岁时学会了积分,可以说“数学思维几乎成了他的本能”。
难以置信的美
朗道13岁就中学毕业,他的父母认为他上大学还太小,便遵从父亲的意愿,同他姐姐一起到经济技术学院学习财经,但是一年后转到巴库大学学习数学、物理学和化学。1924年16岁时转到列宁格勒大学物理系,在那里受教于著名物理学家约飞、福克、夫伦克耳,从他们那里第一次接触到了物理学发展的浪潮.了解到当时尚处于形成阶段的量子理论。在列宁格勒物理系学习时,朗道把全部的热情倾注于学习。他有的时候累得脑子里不停地盘旋着各种公式而无法入睡。朗道后来说,在那段时间里,他完全被那些普遍联系的不可置信的美给迷住了。他入迷地演算海森堡、薛定谔、索末菲和狄拉克的量子力学。他之所以入迷不仅仅是因为它们的科学美,更因为它们凝聚着人类的智慧和创造力。他尤其热衷于“时空弯曲”和“测不准关系”。
朗道曾经酸溜溜地表示:“漂亮姑娘都和别人结婚了,现在只能追求一些不太漂亮的姑娘了。”这里漂亮姑娘指的是量子力学,量子力学是现代物理学的基础,于上世纪30年代由海森堡、薛定谔、索末菲和狄拉克等幸运儿建立,朗道因为比他们小几岁所以没能赶上这次物理学史上关键的淘金行动。所以有的史家慨叹:朗道生不逢时。言外之意就是,他要是早生个一二十年,正赶上本世纪初物理学的革命时期.也就是相对论、量子论的草创阶段,以他的才情学识,对人类知识的贡献,当可以使他跻身于爱因斯坦、玻尔这样的世界级大师之列。朗道对自己也有“生不逢时”的感叹,对于自己没能赶上量子力学的创建.感到极度惋惜。
才华初现
1927年朗道19岁大学毕业,在列宁格勒物理技术研究所当研究生。就在大学期间,1927年朗道发表了他的第一篇学术论文,当时才仅仅19岁。他在这一年从事的韧致辐射的研究中首次引入了后来称为密度矩阵的量。
1929-1931年间.人民教育委员会(教育部)的一项基金将他送到欧洲各物理学重镇游学,先后访问了德国、瑞士、荷兰、英国、比利时和丹麦,会见了众多的量子物理学家。1930年他同皮埃尔斯一起研究了量子力学的大量微妙问题。同年他还从事了金属理论领域中的基础工作,证明了简并性电子气具有抗磁磁化率(朗道抗磁性)。他由此开始引起了国际学术界的注意。特别是在丹麦,玻尔和哥本哈根精神给朗道留下了难忘的印象,对他后来的发展起着重要的作用。玻尔和朗道虽然性格迥异,但是他们却成了好朋友。朗道将玻尔视为自己的良师益友和精神导师。在剑桥卢瑟福主持的卡文迪什实验室,朗道结识了在卡文迪什实验室工作的自己的同胞——彼得-卡皮查,也就是他以后的救命恩人。
1932年.他转到乌克兰首府哈尔科夫,当了乌克兰科学院物理技术研究所的理论物理部的主任。1934年,他免于答辩获得了列宁格勒大学的理学博士学位和数学博士学位;1937年同孔克尔迪亚·德罗班特塞娃结婚。他们的独生子后来成为实验物理学家。
祸从天降
1934年,卡皮查应邀回国讲学。由于当时苏联在社会主义建设初期需要大量的人才,特别是在国外的本国人才。加上当时第二次世界大战的阴云已渐渐笼罩在欧洲的上空,在卡皮查学术活动结束之后,苏联政府将他留在了国内,希望他能为自己的祖国奉献智慧。不久,苏联政府向英国购回了卡皮查在剑桥大学的实验设备,使他能够在国内继续从事低温领域的研究。剑桥的卢瑟福爱徒心切,把整个实验室的设备运送给他,苏联政府专门为他成立了“物理问题研究所”。同年,朗道应莫斯科物理问题研究所所长卡皮查之邀,到该所主持理论物理方面的工作,卡皮查把研究所理论部主任的位子给了朗道。他在那里一直工作到逝世。这时苏联大规模展开了对知识分子的残酷迫害。朗道有个小缺点,就是言辞比较犀利,因此得罪了不少权威人士,给自己惹了一身的麻烦。又恰逢当时正好是斯大林时代,他因此受到排挤。1938年冬,朗道突然被捕,以所谓“德国间谍”的罪名被判处10年徒刑。由于卡皮查的尽力营救和玻尔等人的大力声援。一年后获释。’
那是在1937年的时候,作为苏联理论物理的年青领袖,朗道觉得斯大林的清洗正逐渐逼近,公众的注意或许能够让他得到保护。朗道亟需一个能在东西方科学界都掀起波澜的想法,他最后的选择,就是中子星(朗道称之为中子核,是在恒星内部的中子星,为恒星提供能源)。朗道把稿件直接寄给了玻尔,希望能够得到他的推荐让自己的文章在《自然》(当时已经是最权威的自然综合性的杂志了)上发表。因为当时严格的审查,朗道只能用点春秋之笔,玻尔也是个绝顶聪明的人,当天就回了信。当时苏联《消息报》的编辑们也许良知未泯,他们连同玻尔的回信一起发表,并盛赞了朗道的成果,“……尼尔斯·玻尔对这位苏联科学家的工作给以极高的评价,说‘朗道的新思想是很杰出而大有希望的’。”
可惜政治自古以来都是疯狂的,1938年4月28日,一辆黑色的小轿车停在朗道的楼下,朗道的妻子无助地看着克格勃的身边那憔悴的身影,和漆黑监狱里未知的命运。那段日子一定是他刻骨难忘的,他写道:“我在狱中呆了一年,显然再有半年我就会死掉。”
朗道能够得到释放的确是非常幸运的,因为在那些疯狂的年月里,绝大部分人都没有那么幸运,包括朗道的很多同事,有的失踪了.有的不得不在铁窗中度过那不堪忍受的岁月。原因是苏联最著名的实验物理学家皮卡查发现了超流,他直接写信告诉斯大林:“最近我在对接近绝对零度时液氦的研究中发现了一些新的现象,将可对这个现代物理学中最奥秘的领域有所澄清。我准备在今后几个月内将部分工作予以发表。不过我需要理论家的帮助。在苏联,只有朗道一个人从事我所要求的这方面的理论研究,可惜,过去一年他_二直在监狱里。卡皮查以自己的人格担保,并且以辞职相要挟,朗道才得以于1940年释放。其实,介入营救朗道的远远不止卡皮查一个人,他自己的恩师玻尔曾经为此事给斯大林写了言辞恳切的求情信,恳求斯大林运用自己的权力和威望。赦免朗道。正如朗道在卡皮查70寿辰时所说:“在那些年月,卡皮查的举动需要大勇、大德和水晶般纯洁的人格。”他以后始终对卡皮查怀着感激之情,曾经这样评价卡皮查:“他拥有一个科学家可能向往的一切:他的著作得到首肯,他有才华横溢的门生……但卡皮查依然孜孜不倦地从事科学研究,他的好奇心和创造力依然无穷无尽……”
全能理论物理学家
朗道称自己为“最后一个全能物理学家”,这实在也并不过分。也许更确切的名称是“全能理论物理学家”。朗道对理论物理学的许多方面,在国际物理学界享有很高的声望。1962年授予他诺贝尔物理学奖。提到的凝聚态和液氦的理论工作,只是他工作的冰山一角。
物理学上,朗道的贡献是多方面的,也许是借用摩西十诫之名,1958年,苏联原子能研究所为了庆贺朗道的50寿辰,曾经送给他一块大理石板,板上刻了朗道平生工作中的10项最重要的科学成果,把他在物理学上的贡献总结为“朗道十诫”,这10项成果是:
1)量子力学中的密度矩阵和统计物理学(1927年);
2)自由电子抗磁性的理论(1930年);
3)二级相变的研究(1936-1937年);
4)铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释(1935年);
5)超导体的混合态理论(1934年);
6)原子核的几率理论(1937年);
7)氦Ⅱ超流性的量子理论(1940-1941年);
8)基本粒子的电荷约束理论(1954年);
9)费米液体的量子理论(1956年);
10)弱相互作用的CP不变性(1957年)。
朗道是物理学界公认的具有天才头脑的人物。他发表的文章涉及到很多出人意料的专题,例如低温物理学、磁性的不同类型、等离子区中粒子的运动、冲击波、湍流、炸药的爆炸、频谱线的分析以及量子场理论等等。朗道对物理学的贡献几乎遍及各个领域,诸如核物理、固体物理、等离子体物理、宇宙线物理、高能物理等等。在这些领域里,有许多术语都冠以他的姓氏,像朗道阻尼、朗道能级、朗道去磁等等。然而著名的还是1940~1941年间,他在研究等离子体问题时,抓住了前人忽略了的粘性,用数学方法成功地解释了4He在温度低于2K时完全失去粘滞性并具有很大的热导率的原因。他预言在超流性的氦中,声音将以两种不同的速度传播,也就是说声波有两种类型,一种是通常的压力波;另一种是温度波即所谓的“次声”。这一预见1944年得到了实验证实。
1943-1946年问。朗道还对基本粒子物理学和核相互作用理论进行过大量工作。他研究了电子簇射的级联理论和超导体的混合态等问题。他发展了关于燃烧和爆炸的理论、质子一质子散射和高速粒子在媒质中的电离损失等问题,还提出了等离子体的振动理论。
在1947~1953年间。朗道在电动力学方面进行过一系列工作,研究了氦Ⅱ的粘滞性理论、超导性的唯象理论和粒子在高速碰撞中的多重起源理论。这些成果对低温物理学和宇宙射线物理学有重要意义。
1954年.朗道研究了量子电动力学和量子场论中所用的微扰方法,1956年到1958年间创立了费米流体的普遍理论,液氦Ⅲ和金属中的电子都与此有关。1957年,当李政道和杨振宁对宇称守恒定律的否定得到了验证时.朗道提出了CP守恒定律来代替它。1959年朗道在基本粒子理论上提出了一种方法.以确定粒子相互作用振幅的基本值。
伟大的教育家
朗道出众的演说才能和他的才华所放射出的耀眼的光芒深深地吸引着学生们。真是名师出高徒,这些学生们后来都成为苏联物理学和空间科学领域的带头人.成为院士的就有十几位之多。2003年诺贝尔奖得主阿布里科索夫和栗弗席兹就是朗道的学生。
朗道很早就表现出了作为教师和理论家所应具备的素质,他对学生们善于从长处着眼,及早挑选和培养物理学的研究人才。他曾创造出一种著名的9项系列需求考试,设计这种考试是用来识别那些最具有天赋的学生的,这种考试被人们称为理论最小值。参加这项考试必须首先熟练掌握朗道编撰的《理论物理学基础》(全书共分9册,前七册为理论物理学,后两册为数学)。学完这套书后再进行考试,由他亲自监考。考试合格者留在研究生班继续深造,朗道或者他自己的学生亲任导师,精心授课。
朗道十分关心中学物理教学,为了使学生们从小在物理方面打下良好的基础,他与人合编了一套《大众物理》,以通俗易懂的、富有趣味的形式介绍物理学基本定理,这使他们对相对论、量子力学、原子和原子核结构等方面的最新成就获得了初步的比较牢固的概念。
著作等身
朗道一生的著作多达120余部,可以说涉及到当时物理学的各个领域。朗道已经出版的高等学校教科书和他关于理论物理学的专著都以论述精确和科学资料丰富为特征。可以说立论明确、叙述扼要、结论清楚。特别是写得深入浅出,一扫当时盛行的以科学为幌子故作高深的恶劣风气。使他对物理学产生深远影响的,还有一项更重要原因,这就是他同他的学生栗弗席兹合著的九大卷理论物理学教程。这部成书于四五十年代的巨著,不仅培育了整整一个富有成果的苏联物理学派,也教导了全世界一代又一代的物理学生。朗道与别人合写的理论物理学教科书《量子力学》于1948年问世,同时出版了《场论》的修订本。1951年出版了他的关于统计物理学的一部完全新的著作。1953年《弹性理论》问世。朗道与别人合写的普通物理学教程于1949年问世,紧接着出版了与他人合著的原子核理论教程。这套书的另一卷《连续介质电动力学》于1957年问世。朗道对他的这些著作不断修订、精益求精,所耗费的心血和精力相当于重新撰写一部新书。他的许多著作分别在美国、日本、中国、英国、波兰、南斯拉夫翻译出版。尤其是在英国还翻译出版了他的全套理论物理学教程。
白璧微瑕
朗道虽然在科学上取得了空前的成功,但是他的声名则主要限制在学术圈内。即使在学术上朗道还多少有些“学阀”作风,有些被朗道枪毙掉的论文,后来被证明是极重要的,朗道留下了太多的遗憾,让后人为他惋惜。朗道的天才和才华成就使他过于自负.对自己的智慧和直觉产生了太大的自信,使他目空四海,在他眼里世界上没有几个物理学家。他当了苏联科学院物理学部的主任后,科学研究中更加固执、武断,缺乏民主精神。
1956年,他的这种过于自负的个性使前苏联科学院蒙受了无法弥补的损失。事情是这样的:这一年,苏联物理学家沙皮罗在对介子衰变的研究中,发现了介子衰变过程中宇称不守恒。他向朗道介绍了自己的发现.朗道过于相信自己的直觉,对此不以为然。他认为,宇称一直是守恒的,无论是在宏观状态还在微观状态。他相信。凡是与他的物理直觉不合的想法,必定是错误的。所以当沙皮罗将自己的研究成果写成论文请他审阅时.他却连看也不看,若无其事地将它扔在一边。
几个月之后.中国旅美学者杨振宁和李政道提出了沙皮罗已经发现的弱相互作用下宇称不守恒的理论,不久,又由吴健雄用实验做出了证明。第二年,杨振宁和李政道获得了诺贝尔物理学奖.,而沙皮罗因为朗道的随手一扔,虽然发现在先,最终与诺贝尔失之交臂。当杨振宁和李政道获得诺贝尔奖的消息传到朗道耳中,他才如梦方醒,认识到自己扔掉的是什么。但是无可奈何花落去,一切都已经晚了。天才和成就造就的家长作风使朗道断送了前苏联科学家获得诺贝尔奖的一次宝贵机会。
英年早逝
遗憾的是正当朗道步入科学的丰产期时,一场意外的车祸剥夺了他的工作能力。1962年1月7日晨.朗道去杜布纳联合原子核研究所,在途中他乘车时和载重汽车相撞,别人都安然无恙,唯有朗道因反应迟缓而多处受伤。在车祸中朗道断了11根骨头并头骨骨折。苏联最好的医生为拯救朗道的生命而竭尽全力,捷克、法国、加拿大的很多医学教授等得知消息后纷纷前来会诊。世界许多物理学家也相继寄来名贵的药材。在经历数次临床死亡判决之后,经过精心治疗,生命虽然保住了,却留下了严重的后遗症.使他已经失去了做物理学研究的能力。也许朗道的车祸让瑞典的诺贝尔委员会产生了“紧迫感”,这一年的年底.他们决定把当年的物理学奖授予朗道,表彰他在24年前提出的理论。由于朗道的健康不允许他远行,颁奖仪式专门为他破例在莫斯科举行,由瑞典驻苏联大使代表国王授奖。虽然朗道在车祸后重新担任了一些职务,但是这场事故断送了他的学术生涯,从那以后一直没有完全恢复工作能力。他的生命勉强延续了6年,于1968年4月3日,在莫斯科与世长辞,享年60岁。
朗道也许是上个世纪最有个性的物理学家。作为一个物理学家他就像莫斯科物理问题研究所所长卡皮查所说:“朗道在整个理论物理学领域中都做了工作,所有这些工作都可以用一个词来描述——卓越。”作为一个普通人,他是“简单化作风和民主作风.无限偏执和过分自信的奇妙混合体。”这种复杂或矛盾的性格处处体现在他的生活中。
Л.Д. Лев Давидович Ландау
Lendau,Lev Davidovich
苏联著名的物理学家。最著名的贡献有“朗道十诫”:量子力学中的密度矩阵和统计物理学 (1927);自由电子抗磁性的理论(1930);二级相变的研究(1936~1937);铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释(1935);超导体的混合态理论(1934);原子核的几率理论(1937);氦Ⅱ超流性的量子理论(1940~1941);基本粒子的电荷约束理论(1954);费米液体的量子理论(1956);弱相互作用的CP不变性(1957)。因凝聚态特别是液氦的先驱性理论,被授予1962年诺贝尔物理学奖。
1931年,朗道回国,1932年到哈尔科夫从事研究和教学工作。1937年春,他到莫斯科担任苏联科学院物理问题研究所的理论部负责人,并在莫斯科大学任教。
朗道思想敏锐,学识广博,精通理论物理学的许多分支;在他50岁生日时,朋友们列举了他对物理学的十大重要贡献:①引入了量子力学中的密度矩阵概念(1927);②金属的电子抗磁性的量子理论(1930);③二级相变理论(1936~1937);④铁磁体的磁畴结构和反铁磁性的解释(1935);⑤超导电性混合态理论(1943);⑥原子核的统计理论(1937);⑦液态氦Ⅱ超流动性的量子理论(1940~1941);⑧真空对电荷的屏蔽效应理论(1954);⑨费密液体的量子理论(1956);⑩弱相互作用的复合反演理论(1957)。尤其是在量子液体(见液态氦)的理论方面,他的贡献更为突出。
他的另一些引人注目的贡献是:1937年利用费密气体模型推测恒星坍缩的质量,1946年在理论上预言等离子体静电振荡中不是由碰撞引起的耗散机制(称为朗道阻尼)的存在,等等。过了18年后这一预言才由一些美国物理学家在实验上予以证实。由于创立了凝聚态理论,特别是液态氦理论,朗道获得了1962年诺贝尔物理学奖。
朗道在理论物理学的教学方面也费过不少心血,取得了很好的成绩。在哈尔科夫时,他拟定了著名的《理论物理学最低要求》,这是为有志于学习物理学的学生们准备的一份必须掌握的学习提纲,对当时的青年人起了相当大的指导作用。他和他的学生[kg2]E.[kg2].栗弗席兹合著的多卷本《理论物理学教程》是颇负盛名的教科书。
朗道于1946年被选为苏联科学院院士,曾获斯大林奖金,并曾获得由许多国家授予的种种荣誉。1968年4月1日在莫斯科逝世。
有一次,爱因斯坦演讲,当主持人请听众对演讲者提问时,一位年轻人从座位上站起来说道:“爱因斯坦教授告诉我们的东西并不是那么愚蠢,但是第二个方程不能从第一个方程严格推出。它需要一个未经证明的假设,而且它也不是按照应有的方式为不变的”。与会者都惊讶地回过头来注视这位似乎不知天高地厚的年轻人。爱因斯坦用心地听着,对着黑板思索片刻后对大家说:“后面那位年轻人说得完全正确.诸位可以把我今天讲的完全忘掉。”这位敢于提出爱因斯坦错误的年轻人,就是被人们誉为“科学怪杰”的前苏联物理学家朗道。
一个天才的成长
朗道1908年1月22日出生于里海之滨巴库的一个知识分子家庭里。朗道是犹太血统信奉犹太教的苏联科学家。他的家庭特别崇尚科学,这是一个在沙皇俄国时期少有的充满科学氛围的家庭。其父是一位石油工程师,在巴库油田工作。母亲曾在圣彼得堡接受过医学教育,当过教师和医生等职务。他的姐姐索菲娅后来成为一名化学工程师。朗道从小聪明过人,4岁就能阅读书籍,被誉为“神童”。由于第一次世界大战和国内战争的影响,学校的正常教学秩序得不到保障,知识的获得在很大程度上要依靠自学。但是这对朗道来说,也许是一件幸运的事情。朗道在班上年龄最小、个子最矮小,很少与小伙伴嬉闹.数学读物上的数字和几何图形成了他最着迷的伙伴。朗道7岁学完了中学数学课程,12岁时就已经学会微分,13岁时学会了积分,可以说“数学思维几乎成了他的本能”。
难以置信的美
朗道13岁就中学毕业,他的父母认为他上大学还太小,便遵从父亲的意愿,同他姐姐一起到经济技术学院学习财经,但是一年后转到巴库大学学习数学、物理学和化学。1924年16岁时转到列宁格勒大学物理系,在那里受教于著名物理学家约飞、福克、夫伦克耳,从他们那里第一次接触到了物理学发展的浪潮.了解到当时尚处于形成阶段的量子理论。在列宁格勒物理系学习时,朗道把全部的热情倾注于学习。他有的时候累得脑子里不停地盘旋着各种公式而无法入睡。朗道后来说,在那段时间里,他完全被那些普遍联系的不可置信的美给迷住了。他入迷地演算海森堡、薛定谔、索末菲和狄拉克的量子力学。他之所以入迷不仅仅是因为它们的科学美,更因为它们凝聚着人类的智慧和创造力。他尤其热衷于“时空弯曲”和“测不准关系”。
朗道曾经酸溜溜地表示:“漂亮姑娘都和别人结婚了,现在只能追求一些不太漂亮的姑娘了。”这里漂亮姑娘指的是量子力学,量子力学是现代物理学的基础,于上世纪30年代由海森堡、薛定谔、索末菲和狄拉克等幸运儿建立,朗道因为比他们小几岁所以没能赶上这次物理学史上关键的淘金行动。所以有的史家慨叹:朗道生不逢时。言外之意就是,他要是早生个一二十年,正赶上本世纪初物理学的革命时期.也就是相对论、量子论的草创阶段,以他的才情学识,对人类知识的贡献,当可以使他跻身于爱因斯坦、玻尔这样的世界级大师之列。朗道对自己也有“生不逢时”的感叹,对于自己没能赶上量子力学的创建.感到极度惋惜。
才华初现
1927年朗道19岁大学毕业,在列宁格勒物理技术研究所当研究生。就在大学期间,1927年朗道发表了他的第一篇学术论文,当时才仅仅19岁。他在这一年从事的韧致辐射的研究中首次引入了后来称为密度矩阵的量。
1929-1931年间.人民教育委员会(教育部)的一项基金将他送到欧洲各物理学重镇游学,先后访问了德国、瑞士、荷兰、英国、比利时和丹麦,会见了众多的量子物理学家。1930年他同皮埃尔斯一起研究了量子力学的大量微妙问题。同年他还从事了金属理论领域中的基础工作,证明了简并性电子气具有抗磁磁化率(朗道抗磁性)。他由此开始引起了国际学术界的注意。特别是在丹麦,玻尔和哥本哈根精神给朗道留下了难忘的印象,对他后来的发展起着重要的作用。玻尔和朗道虽然性格迥异,但是他们却成了好朋友。朗道将玻尔视为自己的良师益友和精神导师。在剑桥卢瑟福主持的卡文迪什实验室,朗道结识了在卡文迪什实验室工作的自己的同胞——彼得-卡皮查,也就是他以后的救命恩人。
1932年.他转到乌克兰首府哈尔科夫,当了乌克兰科学院物理技术研究所的理论物理部的主任。1934年,他免于答辩获得了列宁格勒大学的理学博士学位和数学博士学位;1937年同孔克尔迪亚·德罗班特塞娃结婚。他们的独生子后来成为实验物理学家。
祸从天降
1934年,卡皮查应邀回国讲学。由于当时苏联在社会主义建设初期需要大量的人才,特别是在国外的本国人才。加上当时第二次世界大战的阴云已渐渐笼罩在欧洲的上空,在卡皮查学术活动结束之后,苏联政府将他留在了国内,希望他能为自己的祖国奉献智慧。不久,苏联政府向英国购回了卡皮查在剑桥大学的实验设备,使他能够在国内继续从事低温领域的研究。剑桥的卢瑟福爱徒心切,把整个实验室的设备运送给他,苏联政府专门为他成立了“物理问题研究所”。同年,朗道应莫斯科物理问题研究所所长卡皮查之邀,到该所主持理论物理方面的工作,卡皮查把研究所理论部主任的位子给了朗道。他在那里一直工作到逝世。这时苏联大规模展开了对知识分子的残酷迫害。朗道有个小缺点,就是言辞比较犀利,因此得罪了不少权威人士,给自己惹了一身的麻烦。又恰逢当时正好是斯大林时代,他因此受到排挤。1938年冬,朗道突然被捕,以所谓“德国间谍”的罪名被判处10年徒刑。由于卡皮查的尽力营救和玻尔等人的大力声援。一年后获释。’
那是在1937年的时候,作为苏联理论物理的年青领袖,朗道觉得斯大林的清洗正逐渐逼近,公众的注意或许能够让他得到保护。朗道亟需一个能在东西方科学界都掀起波澜的想法,他最后的选择,就是中子星(朗道称之为中子核,是在恒星内部的中子星,为恒星提供能源)。朗道把稿件直接寄给了玻尔,希望能够得到他的推荐让自己的文章在《自然》(当时已经是最权威的自然综合性的杂志了)上发表。因为当时严格的审查,朗道只能用点春秋之笔,玻尔也是个绝顶聪明的人,当天就回了信。当时苏联《消息报》的编辑们也许良知未泯,他们连同玻尔的回信一起发表,并盛赞了朗道的成果,“……尼尔斯·玻尔对这位苏联科学家的工作给以极高的评价,说‘朗道的新思想是很杰出而大有希望的’。”
可惜政治自古以来都是疯狂的,1938年4月28日,一辆黑色的小轿车停在朗道的楼下,朗道的妻子无助地看着克格勃的身边那憔悴的身影,和漆黑监狱里未知的命运。那段日子一定是他刻骨难忘的,他写道:“我在狱中呆了一年,显然再有半年我就会死掉。”
朗道能够得到释放的确是非常幸运的,因为在那些疯狂的年月里,绝大部分人都没有那么幸运,包括朗道的很多同事,有的失踪了.有的不得不在铁窗中度过那不堪忍受的岁月。原因是苏联最著名的实验物理学家皮卡查发现了超流,他直接写信告诉斯大林:“最近我在对接近绝对零度时液氦的研究中发现了一些新的现象,将可对这个现代物理学中最奥秘的领域有所澄清。我准备在今后几个月内将部分工作予以发表。不过我需要理论家的帮助。在苏联,只有朗道一个人从事我所要求的这方面的理论研究,可惜,过去一年他_二直在监狱里。卡皮查以自己的人格担保,并且以辞职相要挟,朗道才得以于1940年释放。其实,介入营救朗道的远远不止卡皮查一个人,他自己的恩师玻尔曾经为此事给斯大林写了言辞恳切的求情信,恳求斯大林运用自己的权力和威望。赦免朗道。正如朗道在卡皮查70寿辰时所说:“在那些年月,卡皮查的举动需要大勇、大德和水晶般纯洁的人格。”他以后始终对卡皮查怀着感激之情,曾经这样评价卡皮查:“他拥有一个科学家可能向往的一切:他的著作得到首肯,他有才华横溢的门生……但卡皮查依然孜孜不倦地从事科学研究,他的好奇心和创造力依然无穷无尽……”
全能理论物理学家
朗道称自己为“最后一个全能物理学家”,这实在也并不过分。也许更确切的名称是“全能理论物理学家”。朗道对理论物理学的许多方面,在国际物理学界享有很高的声望。1962年授予他诺贝尔物理学奖。提到的凝聚态和液氦的理论工作,只是他工作的冰山一角。
物理学上,朗道的贡献是多方面的,也许是借用摩西十诫之名,1958年,苏联原子能研究所为了庆贺朗道的50寿辰,曾经送给他一块大理石板,板上刻了朗道平生工作中的10项最重要的科学成果,把他在物理学上的贡献总结为“朗道十诫”,这10项成果是:
1)量子力学中的密度矩阵和统计物理学(1927年);
2)自由电子抗磁性的理论(1930年);
3)二级相变的研究(1936-1937年);
4)铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释(1935年);
5)超导体的混合态理论(1934年);
6)原子核的几率理论(1937年);
7)氦Ⅱ超流性的量子理论(1940-1941年);
8)基本粒子的电荷约束理论(1954年);
9)费米液体的量子理论(1956年);
10)弱相互作用的CP不变性(1957年)。
朗道是物理学界公认的具有天才头脑的人物。他发表的文章涉及到很多出人意料的专题,例如低温物理学、磁性的不同类型、等离子区中粒子的运动、冲击波、湍流、炸药的爆炸、频谱线的分析以及量子场理论等等。朗道对物理学的贡献几乎遍及各个领域,诸如核物理、固体物理、等离子体物理、宇宙线物理、高能物理等等。在这些领域里,有许多术语都冠以他的姓氏,像朗道阻尼、朗道能级、朗道去磁等等。然而著名的还是1940~1941年间,他在研究等离子体问题时,抓住了前人忽略了的粘性,用数学方法成功地解释了4He在温度低于2K时完全失去粘滞性并具有很大的热导率的原因。他预言在超流性的氦中,声音将以两种不同的速度传播,也就是说声波有两种类型,一种是通常的压力波;另一种是温度波即所谓的“次声”。这一预见1944年得到了实验证实。
1943-1946年问。朗道还对基本粒子物理学和核相互作用理论进行过大量工作。他研究了电子簇射的级联理论和超导体的混合态等问题。他发展了关于燃烧和爆炸的理论、质子一质子散射和高速粒子在媒质中的电离损失等问题,还提出了等离子体的振动理论。
在1947~1953年间。朗道在电动力学方面进行过一系列工作,研究了氦Ⅱ的粘滞性理论、超导性的唯象理论和粒子在高速碰撞中的多重起源理论。这些成果对低温物理学和宇宙射线物理学有重要意义。
1954年.朗道研究了量子电动力学和量子场论中所用的微扰方法,1956年到1958年间创立了费米流体的普遍理论,液氦Ⅲ和金属中的电子都与此有关。1957年,当李政道和杨振宁对宇称守恒定律的否定得到了验证时.朗道提出了CP守恒定律来代替它。1959年朗道在基本粒子理论上提出了一种方法.以确定粒子相互作用振幅的基本值。
伟大的教育家
朗道出众的演说才能和他的才华所放射出的耀眼的光芒深深地吸引着学生们。真是名师出高徒,这些学生们后来都成为苏联物理学和空间科学领域的带头人.成为院士的就有十几位之多。2003年诺贝尔奖得主阿布里科索夫和栗弗席兹就是朗道的学生。
朗道很早就表现出了作为教师和理论家所应具备的素质,他对学生们善于从长处着眼,及早挑选和培养物理学的研究人才。他曾创造出一种著名的9项系列需求考试,设计这种考试是用来识别那些最具有天赋的学生的,这种考试被人们称为理论最小值。参加这项考试必须首先熟练掌握朗道编撰的《理论物理学基础》(全书共分9册,前七册为理论物理学,后两册为数学)。学完这套书后再进行考试,由他亲自监考。考试合格者留在研究生班继续深造,朗道或者他自己的学生亲任导师,精心授课。
朗道十分关心中学物理教学,为了使学生们从小在物理方面打下良好的基础,他与人合编了一套《大众物理》,以通俗易懂的、富有趣味的形式介绍物理学基本定理,这使他们对相对论、量子力学、原子和原子核结构等方面的最新成就获得了初步的比较牢固的概念。
著作等身
朗道一生的著作多达120余部,可以说涉及到当时物理学的各个领域。朗道已经出版的高等学校教科书和他关于理论物理学的专著都以论述精确和科学资料丰富为特征。可以说立论明确、叙述扼要、结论清楚。特别是写得深入浅出,一扫当时盛行的以科学为幌子故作高深的恶劣风气。使他对物理学产生深远影响的,还有一项更重要原因,这就是他同他的学生栗弗席兹合著的九大卷理论物理学教程。这部成书于四五十年代的巨著,不仅培育了整整一个富有成果的苏联物理学派,也教导了全世界一代又一代的物理学生。朗道与别人合写的理论物理学教科书《量子力学》于1948年问世,同时出版了《场论》的修订本。1951年出版了他的关于统计物理学的一部完全新的著作。1953年《弹性理论》问世。朗道与别人合写的普通物理学教程于1949年问世,紧接着出版了与他人合著的原子核理论教程。这套书的另一卷《连续介质电动力学》于1957年问世。朗道对他的这些著作不断修订、精益求精,所耗费的心血和精力相当于重新撰写一部新书。他的许多著作分别在美国、日本、中国、英国、波兰、南斯拉夫翻译出版。尤其是在英国还翻译出版了他的全套理论物理学教程。
白璧微瑕
朗道虽然在科学上取得了空前的成功,但是他的声名则主要限制在学术圈内。即使在学术上朗道还多少有些“学阀”作风,有些被朗道枪毙掉的论文,后来被证明是极重要的,朗道留下了太多的遗憾,让后人为他惋惜。朗道的天才和才华成就使他过于自负.对自己的智慧和直觉产生了太大的自信,使他目空四海,在他眼里世界上没有几个物理学家。他当了苏联科学院物理学部的主任后,科学研究中更加固执、武断,缺乏民主精神。
1956年,他的这种过于自负的个性使前苏联科学院蒙受了无法弥补的损失。事情是这样的:这一年,苏联物理学家沙皮罗在对介子衰变的研究中,发现了介子衰变过程中宇称不守恒。他向朗道介绍了自己的发现.朗道过于相信自己的直觉,对此不以为然。他认为,宇称一直是守恒的,无论是在宏观状态还在微观状态。他相信。凡是与他的物理直觉不合的想法,必定是错误的。所以当沙皮罗将自己的研究成果写成论文请他审阅时.他却连看也不看,若无其事地将它扔在一边。
几个月之后.中国旅美学者杨振宁和李政道提出了沙皮罗已经发现的弱相互作用下宇称不守恒的理论,不久,又由吴健雄用实验做出了证明。第二年,杨振宁和李政道获得了诺贝尔物理学奖.,而沙皮罗因为朗道的随手一扔,虽然发现在先,最终与诺贝尔失之交臂。当杨振宁和李政道获得诺贝尔奖的消息传到朗道耳中,他才如梦方醒,认识到自己扔掉的是什么。但是无可奈何花落去,一切都已经晚了。天才和成就造就的家长作风使朗道断送了前苏联科学家获得诺贝尔奖的一次宝贵机会。
英年早逝
遗憾的是正当朗道步入科学的丰产期时,一场意外的车祸剥夺了他的工作能力。1962年1月7日晨.朗道去杜布纳联合原子核研究所,在途中他乘车时和载重汽车相撞,别人都安然无恙,唯有朗道因反应迟缓而多处受伤。在车祸中朗道断了11根骨头并头骨骨折。苏联最好的医生为拯救朗道的生命而竭尽全力,捷克、法国、加拿大的很多医学教授等得知消息后纷纷前来会诊。世界许多物理学家也相继寄来名贵的药材。在经历数次临床死亡判决之后,经过精心治疗,生命虽然保住了,却留下了严重的后遗症.使他已经失去了做物理学研究的能力。也许朗道的车祸让瑞典的诺贝尔委员会产生了“紧迫感”,这一年的年底.他们决定把当年的物理学奖授予朗道,表彰他在24年前提出的理论。由于朗道的健康不允许他远行,颁奖仪式专门为他破例在莫斯科举行,由瑞典驻苏联大使代表国王授奖。虽然朗道在车祸后重新担任了一些职务,但是这场事故断送了他的学术生涯,从那以后一直没有完全恢复工作能力。他的生命勉强延续了6年,于1968年4月3日,在莫斯科与世长辞,享年60岁。
朗道也许是上个世纪最有个性的物理学家。作为一个物理学家他就像莫斯科物理问题研究所所长卡皮查所说:“朗道在整个理论物理学领域中都做了工作,所有这些工作都可以用一个词来描述——卓越。”作为一个普通人,他是“简单化作风和民主作风.无限偏执和过分自信的奇妙混合体。”这种复杂或矛盾的性格处处体现在他的生活中。
2008年12月16日星期二
怪异的牛顿
牛顿的勤奋学习
一谈到近代科学开创者牛顿,人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力。其实不然,牛顿童年身体瘦弱,头脑并不聪明。在家乡读书的时候,很不用功,在班里的学习成绩属于次等。但他的兴趣却是广泛的,游戏的本领也比一般儿童高。
牛顿爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等。他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许。有时,他玩的方法也很奇特。一天,他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中。发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星。尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视。
当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学。有一次课间游戏,大家正玩得兴高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋。牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了。他想,我俩都是学生,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书。他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思。 刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅。
时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用不同,而所得的知识也大不一样。
牛顿十六岁时数学知识还很肤浅,对高深的数学知识甚至可以说是不懂。“知识在于积累,聪明来自学习”。牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰。在基础差的不利条件下,牛顿能正确认识自己,知难而进。他从基础知识、基本公式重新学起,扎扎实实、步步推进。他研究完了欧几里德几何学后,又研究笛卡儿几何学,对比之下觉得欧几里德几何学肤浅,便悉心钻研笛氏几何学,直到掌握要领、融会贯通。遂之发明了代数二项式定理。传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话,可为牛顿身体力学的佐证。有一天,天刮着大风暴。风撒野地呼号着,尘土飞扬,迷迷漫漫,使人难以睁眼。牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会。于是,便拿着用具,独自在暴风中来回奔走。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次沙尘迷了眼睛,几次风吹走了算纸,几次风使他不得不暂停工作,但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍,终于求得了正确的数据。他快乐极了,急忙跑回家去,继续进行研究。
有志者事竟成。经过勤奋学习,牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础。不久,牛顿的数学高塔就建成了,二十二岁时发明了微分学,二十三岁时发明了积分学,为人类科学事业作出了巨大贡献。
牛顿是个十分谦虚的人,从不自高自大。曾经有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微小成就的话,没有其它秘诀,唯有勤奋而已。”
少年牛顿
1643年1月4日,在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿,出生时只有三磅重,接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且竟活到了84岁的高龄。
牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时,母亲改嫁给一个牧师,把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时,母亲的后夫去世,母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自它的家庭处境。
大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等。
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟。每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床。他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动。
牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书。随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶。
牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象由好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。
当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。
后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活。每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书。有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养。有一次,他去郊外游玩,之后靠在一棵苹果树下休息,忽然,一个苹果从树上掉下来。他觉得很奇怪,为什么苹果会从上往下掉而不是从下往上升?他带着这个疑问回到了家里研究,后来他发现原来地球是有引力的能把物体吸住。随后,就出现了《牛顿物理引力学》。
[编辑本段]求学岁月
1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位。
17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,哪里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程。
讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。
在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。
牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才超过自己。后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”
当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分。1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。
1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡。
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩。
1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分)。这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事。
总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题。他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。
1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话。
伟大的成就~建立微积分
在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位。他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》时,试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。
笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应。牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡尔的解析几何的基础上,找到了新的出路。可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值,当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是这一点的准确值。这就是微分的概念。
求微分相当于求时间和路程关系得在某点的切线斜率。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程,可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和,这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积。牛顿从这些基本概念出发,建立了微积分。
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的努力加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元。
牛顿没有及时发表微积分的研究成果,他研究微积分可能比莱布尼茨早一些,但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理,而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。
在牛顿和莱布尼茨之间,为争论谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年。
应该说,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,它必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样,是牛顿和莱布尼茨在前人的基础上各自独立的建立起来的。
1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如:他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”。
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表。此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。
[编辑本段]伟大的成就~对光学的三大贡献
牛顿望远镜
在牛顿以前,墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象。反射定律是人们很早就认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候,伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”,震惊了世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡尔提出了光的微粒说……
牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人,也象伽利略、笛卡尔等前辈一样,用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年,牛顿在家休假期间,得到了三棱镜,他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光。这样,他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的,这是第一大贡献。
牛顿为了验证这个发现,设法把几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜,原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上,这是他第一次公开发表的论文。
许多人研究光学是为了改进折射望远镜。牛顿由于发现了白光的组成,认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象),就设计和制造了反射望远镜。
牛顿不但擅长数学计算,而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了制造望远镜,他自己设计了研磨抛光机,实验各种研磨材料。公元1668年,他制成了第一架反射望远镜样机,这是第二大贡献。公元1671年,牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会,牛顿名声大震,并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。
同时,牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算,比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象,胡克发现的肥皂泡的色彩现象,“牛顿环”的光学现象等等。
牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外,他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。
[编辑本段]伟大的成就~构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
在牛顿以前,天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。
早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样。1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系。
1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。
牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着。终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比。
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律。
在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。皇家学会经费不足,出不了这本书,后来靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。
牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合。
[编辑本段]站在巨人的肩上
牛顿的研究领域非常广泛,他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外,他还花费大量精力进行化学实验。他常常六个星期一直留在实验室里,不分昼夜的工作。他在化学上花费的时间并不少,却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿,在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢?
其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段。在力学和天文学方面,有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力,牛顿有可能用已经准备好的材料,建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正象他自己所说的那样“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上”。而在化学方面,因为正确的道路还没有开辟出来,牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。
牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的:“我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”
这当然是牛顿的谦逊。
[编辑本段]怪异的牛顿
牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时,学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人。还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法。他用这个秘密的方法,算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光。
开始,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷,他独自遨游于自己所创造的超级世界里。后来,在好友哈雷的竭力劝说下,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。
作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅。有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理.牛顿小的时候有一位青梅竹马的小姑娘,但是当牛顿到剑桥去学习之后,小姑娘家给了另一位,而牛顿也专心于他的学业.后来,那位小姑娘后也与丈夫离婚了,当她去找牛顿时,牛顿深感自己已经属于科学,不能给她幸福,就忍痛割爱,拒绝了她.牛顿也因此终生未娶。
牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现。他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话。一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表。还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了。等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题。
牛顿的阴暗面
中 国人说:“为尊者讳耻、为贤者讳过”,外国人也说:“历史是隐恶扬善的”,都是一个意思,即介绍大人物时,尽说好话,甚或锦上添花地增光加彩,而把他们见 不得人的事情隐去。在一部力学史上最显赫的人物莫过于牛顿了,后人赞扬他的丰功伟绩时,总不免凭空添加了许多不符合事实的光彩,而将他性格的阴暗面和做过 的许多丑事隐去。本文就是要根据人们近来考证的一些事实,来剥去罩在牛顿头顶上那些多余的光环,让我们认识一下这位力学家的另一面。
牛顿在光学、天体力学、望远镜等方面都有重要贡献,他不愧是一位科学上的巨人,但是他在与人相处中,特别集中反映在与胡克、弗拉姆斯蒂德、莱布尼兹三个人的交往中,却表现得实在是一位小人。
1.苹果的神话
几 乎所有的介绍牛顿的书上,还有许多教科书上都介绍一个关于牛顿的传奇故事:1665-1666之间,剑桥流行黑热病,剑桥大学被迫停学,刚从剑桥拿到学士 学位的牛顿回到家乡。一天牛顿坐在苹果树下看书,这时一只苹果落了下来,这启发这位当时年仅23岁的学生想到苹果是被地球的引力拉下来的,从而他就发现了 万有引力定理。
尽管这个故事流传得非常广泛,不过近来严肃的历史学者都不认为是事实。
这 个故事最早公诸于众的是由法国作家伏尔泰 (Voltaire,1694-1778),他是一位牛顿研究成果的热情鼓吹者。他1726年去英国,当年写了25篇通讯,其中第15篇通讯中有这个故 事,后来他说是听牛顿的侄女说的。其后在1752年一位比牛顿小45岁的朋友(William Stukeley)在回忆文章中说是牛顿去世前一年牛顿告诉他的,而牛顿是1727年去世的,他写文章时已经是牛顿去世后25年了。下面这张1磅英国钞票 的背面,印有牛顿的像,在牛顿头部的背后画着一株开花的苹果树,就是为了渲染这个故事、扩大它的影响。
这 个故事至少有两点与已经了解的历史事实不符。第一,万有引力不是牛顿一个人的独立发现,而是历史上若干人研究的积累的结果,有的书上把万有引力以牛顿命 名,说成是牛顿万有引力就是这个故事的自然结果,是对历史的严重歪曲。第二,在1665年,牛顿对天体的运动规律问题还是一个门外汉,它把牛顿对万有引力 的研究成果提前了至少20年。
万有引力发现的实际经过大致是:
开 普勒(J.Kepler,1571-1630)最早在探索行星运动规律时,认为引力就是太阳发出的类似于磁力的流,这些磁力流沿切线方向推动着行星公转, 其强度随离太阳的距离而减弱。开普勒还曾企图用磁作用机制解释椭圆轨道的产生。他还以月球与海水间的磁性吸引解释潮汐现象。
1645年,法国天文学家布里阿德(I.Bulliadus)提出一个假设:“开普勒力的减少,和离太阳的距离的平方成反比”。这是第一次提出平方反比关系的思想。
1661 年,英国皇家学会成立了一个专门委员会研究重力问题。罗伯特 胡克(Robert Hooke,1635-1703)、克里斯托夫 雷恩(Christopher Wren,1632-1723)、爱德蒙 哈雷(Edmund Halley,1656-1742)在引力问题的研究上都做出了重要贡献。
早 在1661年,罗伯特 胡克就已觉察到引力和地球上物体的重力有同样的本质。在1674年的一次演讲“证明地球周年运动的尝试”中,他提出要在一致的力学原则的基础上建立一个宇 宙学说,为此提出了以下三个假设:“第一,据我们在地球上的观察可知,一切天体都具有倾向其中心的吸引力,它不仅吸引其本身各部分,并且还吸引其作用范围 内的其他天体。因此,不仅太阳和月亮对地球的形状和运动发生影响,而且地球对太阳和月亮同样也有影响,连水星、金星、火星和木星对地球的运动都有影响。第 二,凡是正在作简单直线运动的任何天体,在没有受到其他作用力使其沿着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前,它将继续保持直线运动不变。第三,受到吸引力 作用的物体,越靠近吸引中心,其吸引力也越大。至于此力在什么程度上依赖于距离的问题,在实验中我还未解决。一旦知道了这一关系,天文学家就很容易解决天 体运动的规律了。”胡克首先使用了“万有引力”这个词。他在这里提出的这三条假设,实际上已包含了有关万有引力的一切问题,所缺乏的只是定量的表述和论 证。
在 1679年,胡克与牛顿之间进行了关于引力问题的交流,在1679年11月,牛顿致信胡克说:“自己关于发现周日运动的想象,即设想一个自由落体落到地球 上,通过地面进入地球内部,而不受任何物质的阻碍,则该落体将沿着一条螺旋形轨道运行,在旋转数圈后,最终旋入(或十分接近)地心。”胡克回信说,物体不 会按螺线运动,而是按“一种带椭圆状的曲线”运动,它的轨道将“像-椭圆”。1679年12月13日,牛顿写信给胡克说:“我同意你的意见,……如果假定 它的重力是均匀的,〔物体将〕不按螺线下沉那个真正的中心,而是以交替升降的形式运行。”
我 们从后人清理牛顿同胡克的这些通信中看出,直至1679年,牛顿在天体运动的问题上,还是不得要领的,而且在这以前,关于万有引力问题已经有了许多重要结 果。对于万有引力问题,剩下的唯一问题就是在与距离平方成反比的万有引力作用下天体按椭圆轨道运行的严格证明,胡克写信向牛顿提出了这个问题。后来人们弄 清楚了,一直到1685年,牛顿还没有解决这个问题。1686年牛顿解决了它,并且在哈雷的催促下写出了《自然哲学的数学原理》一书。当胡克看到这本书稿 后,向牛顿提出把自己在这一方面的研究成果提一下,这个本来是合理的要求却遭到了牛顿的断然拒绝。牛顿向负责出版这本书的哈雷写信说他不想给胡克任何荣 誉,而且称在许多年前他就已经揭示了平方反比定律。指的就是1665年开始的苹果树下的思索。
老 年时的牛顿有一段回忆说:“同年(1666年)我开始把引力与月亮轨道联系起来,并找出了如何估计一个天体在球体内旋转时用来趋向球面的力的方法,……, 最后在1676和1677年之间的冬天我发现了一个命题:利用与距离平方成反比的离心力,行星必然环绕力的中心沿椭圆旋转,……。” 把牛顿的这段话与前面引的他与胡克的通信比较,可以看出在时间上是矛盾的。牛顿在这里把他发现万有引力的时间故意改写在1679年与胡克通信之前,而且造 出苹果神话,其目的显然是为了要独吞万有引力这项成果。
牛 顿和胡克之间的梁子,不仅表现在对万有引力发明权的争议上,最早表现在胡克对牛顿的光的微粒说有不同的看法,因为胡克对光的本质是站在波动说一边的。 1675年,牛顿向皇家学会递交了他关于光的第二篇论文,这篇论文又受到胡克的批评,并且说论文的一些观点是抄袭他的。这使牛顿无比愤怒,虽经皇家学会调 解,牛顿的怒气未消,于1675年2月向胡克写了一封回击的信。信中说了与苹果故事流传得同样广的一句话:“如果我比笛卡尔看得更远,那是因为我站在巨人 们的肩膀上。”许多人把这句话理解为牛顿的谦虚精神,其实它是对胡克的一种讽刺和蔑视,完全不是人们望文生义的那回事。牛顿的原话是:“笛卡尔所做的是搭 了一架好梯子,你在很多方面都把梯子升高了许多,特别是把薄膜的颜色引入哲学思考。如果我看得更远些,那是因为我站在巨人的肩膀上。” 牛顿不把胡克和笛卡尔看作巨人,牛顿也没有攀登他们所搭的梯子,他是站在比梯子更高的巨人肩膀上。由于牛顿与胡克的这种过节,所以牛顿的《光学》著作要等 到1703年胡克去世以后才于1704年出版。
牛顿独占了万有引力的成果,还不足以解除对胡克的恨,当他于1703年被选为英国皇家学会的主席,就下令在皇家学会除去所有的胡克的肖像。所以当时英国许多著名的科学家中就是胡克的肖像没有留传下来。
2.对弗拉姆斯蒂德观测数据的剽窃和盗版
最近英国人大维 克拉克等写了一本书 ,通过一系列的来往书信和翔实的资料,专门揭露牛顿压制、阻挠天文学家弗拉姆斯蒂德等人的研究并且剽窃他们的成果。
弗 拉姆斯蒂德(John Flamsteed,1646-1719)是英国首任皇家天文学家,是格林尼治(Greenwich)天文台的创始人,是现代精密天文观测的开拓者。他在 1676-1689年间共作了大约2万次观测,测量精度约为10",他对3000颗星的测量结果收入了著名的“不列颠星表”(Britannic Catalogue)。
1675年,弗拉姆斯蒂德被英国国王任命为皇家天文台长,不过条件仍是十分艰苦,不仅得不到足够的办台经费,连年薪100英镑也经常拖欠。为了维持天文台的经费,他不得不用额外招收学员的学费来补足,在繁忙的工作之外还要为140名数学学生教课。
1694 年开始,牛顿访问了弗拉姆斯蒂德并且向他索要关于月球运动的观测资料,此后牛顿为了验证万有引力理论,还多次写信给弗拉姆斯蒂德索取资料,弗拉姆斯蒂德都 满足了牛顿。弗拉姆斯蒂德1700年对他的朋友洛瑟普说:“[牛顿]曾一度想使月球运行表符合他设想的定律,但是,当他开始将自己的定律与天体(即月球的 观测位置)进行比较时,他发现自己错了,并不得不全部抛弃自己的定律。我曾给他提供了二百个以上的月球的观测位置,人们会认为这些材料足以限定任何理论; 既然他已修改了自己的理论,并把自己的理论调整到完全符合这些观察,所以他的理论描述了这些观察也就不足为奇了,但是,他还是为此而感激这些观察,甚于感 激他关于引力的臆测,这些臆测曾使他犯过错误。”
其 时牛顿已是皇家学会主席,在索取资料的时候经常对弗拉姆斯蒂德的工作指指点点,有时还利用自己的高位来羞辱这位可敬的天文学家。这大大激怒了这位天文学 家。到1700年之后,他们之间就再没有通信了。牛顿获得了弗拉姆斯蒂德的资料,并且在他的《自然哲学的数学原理》中引用了这些资料,由于他们之间的这种 矛盾,在《原理》的第二版出版时(1713年)他将弗拉姆斯蒂德的名字删去了。
然 而牛顿和他的支持者哈雷还是急切地需要弗拉姆斯蒂德的进一步的观测资料。他们希望弗拉姆斯蒂德出版他的观测资料,不过弗拉姆斯蒂德却总是认为要反复校核以 后才能出版。牛顿和哈雷所做的一件不道德的事是,他们未经弗拉姆斯蒂德的同意私自在1712年出版了弗拉姆斯蒂德以毕生精力得到的观测星图,共印刷了 400册,并且把其中的300册回送给弗拉姆斯蒂德。弗拉姆斯蒂德看着这些未经认真校核、充满错误、并且根据牛顿和哈雷理论的需要删改过的印刷品,很生气 地把它们全部焚毁了。后来他的星图经过仔细校核后,在他去世后由他的学生于1729年出版(《Atlas Coelestis》)。
牛 顿为了获取弗拉姆斯蒂德的观测资料,软硬兼施,牛顿以天文台是皇家学会的下属单位,观测结果应当属他这位皇家学会主席来支配,这样来以势压人。可是皇家学 会根本上没有供给弗拉姆斯蒂德足够的经费,一切设备都是他自筹来的。弗拉姆斯蒂德的愤怒可以从他给一位朋友(Abraham Sharp)的信中看出:“我和主席(牛顿)的另一个争执是,他形成了一个阴谋,想攫取我的仪器,而送我一个委员会,其中仅有他自己和两位物理学家。主席 热度很高并且过分下作。我预先告诉他,别动我的东西,并说明在观象台的所有的仪器都是我自己的,壁上的拱弧和珍贵的四分仪都是我自己出资做的,其余的是我 花自己的钱买的,而摩尔(Sir Jonas Moore)先生送我的六分仪和两只时钟,还有图奈里(Towneley)先生送我的测微尺,是我来皇家天文台之前若干年的事情。”
关 于牛顿与弗拉姆斯蒂德之间的分歧,不仅反映在他们做人的态度上的差别,而且反映在科学态度上的根本不同,英国哲学家拉卡托斯说得好:“牛顿的“月球理论” 是1702年在戴维 格利高利的《天文物理与基础几何》中首次发表的,这实际上是在《原理》一书第一版之后的许多年了。该理论镇静地声称牛顿的理论“与他用著名的弗拉姆斯蒂德 观测月亮的许多位置所证明的现象非常接近。”但我们必须记住,牛顿派从来不让观察的权威胜过他们的研究纲领,在他们的正面启发法的帮助下,他们提出了一个 又一个的理论以适应反例。但他们经常是根本无视观察到的反证:他们知道,不仅理论必须不断地受到观察的检验,而且观察也要受到他们的理论的检验。“最好的 观察”(牛顿派文献中常用的一个名词)是那些证认了他们的研究纲领的观察,这在牛顿和弗拉姆斯蒂德的通信当中透露得很清楚。弗拉姆斯蒂德这位首席皇家天文 学家是一个真正的未患精神分裂症的归纳主义者;他拒绝让牛顿及其同事们获得他对月亮所作的观察结果,从而比任何其他人都更大地放慢了他们的工作速度。最 初,牛顿和弗拉姆斯蒂德是经常通信的,但是,弗拉姆斯蒂德很快开始讨厌牛顿使用他的材料来检验自己的月球理论。”
所以可以说,如果弗拉姆斯蒂德是一位观测和归纳的巨人的话,牛顿确实是一位踩着这位巨人肩膀爬上去的大人物。
3.在微积分发明权上导演对莱布尼兹的指控
关 于牛顿与莱布尼兹(Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716)关于微积分首创权的争议,已经有许多著作叙述过,著名的英国物理学家霍金在《时间简史》中叙述得比较简明,他说:“ 他(牛顿)和德国哲学家高特夫瑞德•莱布尼兹之间发生了更严重的争吵。莱布尼兹和牛顿各自独立地发展了叫做微积分的数学分支,它是大部分近代物理的基础。 虽然现在我们知道,牛顿发现微积分要比莱布尼兹早若干年,可是他很晚才出版他的著作。随着关于谁是第一个发现者的严重争吵的发生,科学家们激烈地为双方作 辩护。然而值得注意的是,大多数为牛顿辩护的文章均出自牛顿本人之手,只不过仅仅用朋友的名义出版而已!当争论日趋激烈时,莱布尼兹犯了向皇家学会起诉来 解决这一争端的错误。牛顿作为其主席,指定了一个清一色的由牛顿的朋友组成的“公正的”委员会来审查此案。更有甚者后来牛顿自己写了一个委员会报告,并让 皇家学会将其出版,正式地谴责莱布尼兹剽窃。牛顿还不满意,他又在皇家学会自己的杂志上写了一篇匿名的、关于该报告的回顾。”
1684 年莱布尼兹发表了他的微积分的论文。3年后,牛顿在1687年出版的《原理》书的初版中对莱布尼兹的贡献表示认同,但是却说:“和我的几乎没甚麼不同,只 不过表达的用字和符号不一样。”这几句话,由于后来与莱布尼兹的矛盾,在第二版(1713年)时也被删掉了。牛顿的流数理论到莱布尼兹发表论文二十年后, 即1704年作为他的著作《光学》的附录中正式发表,附录的序言中,牛顿提到他1676年给莱布尼兹的信,并补充说︰“若干年前我曾出借过一份包含这些定 理(微积分)的原稿,之後就见到一些从那篇当中抄出来的东西,所以我现在公开发表这份原稿。”这话的意思就暗指他的手稿曾经被莱布尼兹看到过,而莱布尼兹 的论文就是从他的手稿中抄来的。
1711 年3月4日,伦敦皇家学会的秘书斯洛( Hans Sloane)收到莱布尼兹寄来的一封信,信中抱怨其成员开尔(John Keill)指责莱布尼兹把牛顿的微积分改变了少量的符号,伪装为自己的原创发表,并且声明这不是事实,要求学会给以公正的裁决。这正是霍金所说莱布尼兹 的错误,这一状告到了牛顿手上,恰好给了当时作为皇家学会主席的牛顿以售其奸的机会。
后 来由于牛顿的导演和亲自出马、匿名运作,形成势不两立的两派。以英国为一派包括英国著名数学家泰勒和麦克劳林都认为莱布尼兹是抄袭者。另一派是欧洲大陆的 数学家,包括著名数学家约翰•伯努利等为一派认为牛顿是抄袭者。争论双方停止学了术交流,不仅影响了数学的正常发展,也波及整个自然科学领域,以致发展到 英德两国之间的政治摩擦。自尊心很强的英国民族抱住牛顿的概念和记号不放,拒绝使用更为合理的莱布尼兹的微积分符号和技巧,致使整个18世纪英国在数学发 展上大大落后于欧洲大陆,这场由牛顿导演捍卫牛顿的战斗,使英国人吃了大亏。莱布尼兹生命中的最后7年,是在别人带给他和牛顿关于微积分发明权的争论中痛 苦地度过的。据报道,莱布尼兹死后牛顿为能使莱布尼兹心碎而幸灾乐祸(Following Leibniz's death, Newton reported that he had taken great satisfaction in "breaking Leibniz's heart.”),这,也许更能够看出牛顿的小人心理。
牛顿在以上所列举的三桩公案中道德低下的表现并不是偶然的。牛顿是一个遗腹子,出生不久,母亲改嫁,由外祖母抚养,从小没爹也没娘,使他心理受到严重扭曲,孤寂好斗。
从 1669年27岁时出任剑桥大学卢卡斯教授起,牛顿就沉湎于炼金术和神学。在牛顿遗留下的手稿中,有关炼金术的内容约有65万字之多,而神学内容的有 150万字之多。即使是在他写作《原理》和《光学》的时候,他的主要精力仍然集中在炼金术和神学上。牛顿的晚年则迷恋于多赚钱上。有人推荐他去担任伦敦的 一所贵族的上流学校的校长,他回信说“每年不过是200英镑,还得每天关在伦敦不出去”为理由回绝了。1696年他离开剑桥出任造币厂督办,1699年出 任造币厂厂长,他如愿以赏,从此他在科学上便无所作为了。
1692 年,50岁的牛顿表现出心理疾病的严重的迫害狂症状,他那时写的信件表现明显的精神错乱。例如,1693年9月16日,牛顿给著名的哲学家洛克写信说:“ 先生:我认为你竭力用女人和别的手段来纠缠我,我的感情大受影响,以致当有人告诉我你有病,将不能活时,我回答说,最好你死掉。……” 有人认为,他的精神分裂症状和他迷恋炼金术,每天和水银打交道而中毒有关。
牛顿遗留下许多手稿和文件在1888年辗转到了剑桥大学图书馆,其中的很大一部分于1936年拍卖,著名的经济学家凯恩斯读过其中的一部分,所以对牛顿的思想发展有较深入的了解,1942年,在人们纪念牛顿300周年诞辰的会上报告了他的结论:
“在18世纪以后,牛顿开始被认为是现代第一个和最伟大的科学家,一个唯理主义者,他教导我们沿着冷静的没有色彩的理性思路去思考。
“ 我并不这样看待他。我认为任何一个仔细阅读过当他最后于1696年离开剑桥时收拾起来并且虽然部分散失而仍流传给我们的那盒论文的内容的人,都会发现他不 是那样的。牛顿不是理性时代的第一人。他是魔术师中的最后一个,巴比伦和苏美尔人中的最后一个,他是和那些不到一万年前开始创造我们的智力遗产的人们用同 样的眼睛观察这个可见智力世界的最后一个伟大人物。是被贤人们顶礼膜拜的最后一个神童……
“用通俗的现代语言来说,牛顿是常见的深度精神病患者,……。继承他卢卡斯讲座教授职位的惠斯顿说,‘我所知道的最害怕、最小心、最多疑的性情’……。”
[编辑本段]牛顿晚年
但是由于受时代的限制,牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动,是空间位置的变化;宇宙和太阳一样是没有发展变化的;靠了万有引力的作用,恒星永远在一个固定不变的位置上……
随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升。1689年,他被当选为国会中的大学代表。作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。
晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会。没有他的同意,任何人都不能被选举。
晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。
1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着:
让人们欢呼这样一位多么伟大的
人类荣耀曾经在世界上存在。
一谈到近代科学开创者牛顿,人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力。其实不然,牛顿童年身体瘦弱,头脑并不聪明。在家乡读书的时候,很不用功,在班里的学习成绩属于次等。但他的兴趣却是广泛的,游戏的本领也比一般儿童高。
牛顿爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等。他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许。有时,他玩的方法也很奇特。一天,他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中。发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星。尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视。
当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学。有一次课间游戏,大家正玩得兴高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋。牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了。他想,我俩都是学生,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书。他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思。 刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅。
时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用不同,而所得的知识也大不一样。
牛顿十六岁时数学知识还很肤浅,对高深的数学知识甚至可以说是不懂。“知识在于积累,聪明来自学习”。牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰。在基础差的不利条件下,牛顿能正确认识自己,知难而进。他从基础知识、基本公式重新学起,扎扎实实、步步推进。他研究完了欧几里德几何学后,又研究笛卡儿几何学,对比之下觉得欧几里德几何学肤浅,便悉心钻研笛氏几何学,直到掌握要领、融会贯通。遂之发明了代数二项式定理。传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话,可为牛顿身体力学的佐证。有一天,天刮着大风暴。风撒野地呼号着,尘土飞扬,迷迷漫漫,使人难以睁眼。牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会。于是,便拿着用具,独自在暴风中来回奔走。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次沙尘迷了眼睛,几次风吹走了算纸,几次风使他不得不暂停工作,但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍,终于求得了正确的数据。他快乐极了,急忙跑回家去,继续进行研究。
有志者事竟成。经过勤奋学习,牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础。不久,牛顿的数学高塔就建成了,二十二岁时发明了微分学,二十三岁时发明了积分学,为人类科学事业作出了巨大贡献。
牛顿是个十分谦虚的人,从不自高自大。曾经有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微小成就的话,没有其它秘诀,唯有勤奋而已。”
少年牛顿
1643年1月4日,在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿,出生时只有三磅重,接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且竟活到了84岁的高龄。
牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时,母亲改嫁给一个牧师,把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时,母亲的后夫去世,母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自它的家庭处境。
大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等。
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟。每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床。他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动。
牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书。随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶。
牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象由好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。
当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。
后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活。每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书。有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养。有一次,他去郊外游玩,之后靠在一棵苹果树下休息,忽然,一个苹果从树上掉下来。他觉得很奇怪,为什么苹果会从上往下掉而不是从下往上升?他带着这个疑问回到了家里研究,后来他发现原来地球是有引力的能把物体吸住。随后,就出现了《牛顿物理引力学》。
[编辑本段]求学岁月
1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位。
17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,哪里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程。
讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。
在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。
牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才超过自己。后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”
当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分。1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。
1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡。
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩。
1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分)。这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事。
总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题。他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。
1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话。
伟大的成就~建立微积分
在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位。他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》时,试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。
笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应。牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡尔的解析几何的基础上,找到了新的出路。可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值,当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是这一点的准确值。这就是微分的概念。
求微分相当于求时间和路程关系得在某点的切线斜率。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程,可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和,这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积。牛顿从这些基本概念出发,建立了微积分。
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的努力加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元。
牛顿没有及时发表微积分的研究成果,他研究微积分可能比莱布尼茨早一些,但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理,而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。
在牛顿和莱布尼茨之间,为争论谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年。
应该说,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,它必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样,是牛顿和莱布尼茨在前人的基础上各自独立的建立起来的。
1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如:他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”。
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表。此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。
[编辑本段]伟大的成就~对光学的三大贡献
牛顿望远镜
在牛顿以前,墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象。反射定律是人们很早就认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候,伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”,震惊了世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡尔提出了光的微粒说……
牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人,也象伽利略、笛卡尔等前辈一样,用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年,牛顿在家休假期间,得到了三棱镜,他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光。这样,他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的,这是第一大贡献。
牛顿为了验证这个发现,设法把几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜,原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上,这是他第一次公开发表的论文。
许多人研究光学是为了改进折射望远镜。牛顿由于发现了白光的组成,认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象),就设计和制造了反射望远镜。
牛顿不但擅长数学计算,而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了制造望远镜,他自己设计了研磨抛光机,实验各种研磨材料。公元1668年,他制成了第一架反射望远镜样机,这是第二大贡献。公元1671年,牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会,牛顿名声大震,并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。
同时,牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算,比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象,胡克发现的肥皂泡的色彩现象,“牛顿环”的光学现象等等。
牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外,他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。
[编辑本段]伟大的成就~构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
在牛顿以前,天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。
早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样。1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系。
1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。
牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着。终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比。
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律。
在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。皇家学会经费不足,出不了这本书,后来靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。
牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合。
[编辑本段]站在巨人的肩上
牛顿的研究领域非常广泛,他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外,他还花费大量精力进行化学实验。他常常六个星期一直留在实验室里,不分昼夜的工作。他在化学上花费的时间并不少,却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿,在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢?
其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段。在力学和天文学方面,有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力,牛顿有可能用已经准备好的材料,建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正象他自己所说的那样“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上”。而在化学方面,因为正确的道路还没有开辟出来,牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。
牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的:“我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”
这当然是牛顿的谦逊。
[编辑本段]怪异的牛顿
牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时,学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人。还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法。他用这个秘密的方法,算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光。
开始,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷,他独自遨游于自己所创造的超级世界里。后来,在好友哈雷的竭力劝说下,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。
作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅。有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理.牛顿小的时候有一位青梅竹马的小姑娘,但是当牛顿到剑桥去学习之后,小姑娘家给了另一位,而牛顿也专心于他的学业.后来,那位小姑娘后也与丈夫离婚了,当她去找牛顿时,牛顿深感自己已经属于科学,不能给她幸福,就忍痛割爱,拒绝了她.牛顿也因此终生未娶。
牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现。他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话。一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表。还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了。等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题。
牛顿的阴暗面
中 国人说:“为尊者讳耻、为贤者讳过”,外国人也说:“历史是隐恶扬善的”,都是一个意思,即介绍大人物时,尽说好话,甚或锦上添花地增光加彩,而把他们见 不得人的事情隐去。在一部力学史上最显赫的人物莫过于牛顿了,后人赞扬他的丰功伟绩时,总不免凭空添加了许多不符合事实的光彩,而将他性格的阴暗面和做过 的许多丑事隐去。本文就是要根据人们近来考证的一些事实,来剥去罩在牛顿头顶上那些多余的光环,让我们认识一下这位力学家的另一面。
牛顿在光学、天体力学、望远镜等方面都有重要贡献,他不愧是一位科学上的巨人,但是他在与人相处中,特别集中反映在与胡克、弗拉姆斯蒂德、莱布尼兹三个人的交往中,却表现得实在是一位小人。
1.苹果的神话
几 乎所有的介绍牛顿的书上,还有许多教科书上都介绍一个关于牛顿的传奇故事:1665-1666之间,剑桥流行黑热病,剑桥大学被迫停学,刚从剑桥拿到学士 学位的牛顿回到家乡。一天牛顿坐在苹果树下看书,这时一只苹果落了下来,这启发这位当时年仅23岁的学生想到苹果是被地球的引力拉下来的,从而他就发现了 万有引力定理。
尽管这个故事流传得非常广泛,不过近来严肃的历史学者都不认为是事实。
这 个故事最早公诸于众的是由法国作家伏尔泰 (Voltaire,1694-1778),他是一位牛顿研究成果的热情鼓吹者。他1726年去英国,当年写了25篇通讯,其中第15篇通讯中有这个故 事,后来他说是听牛顿的侄女说的。其后在1752年一位比牛顿小45岁的朋友(William Stukeley)在回忆文章中说是牛顿去世前一年牛顿告诉他的,而牛顿是1727年去世的,他写文章时已经是牛顿去世后25年了。下面这张1磅英国钞票 的背面,印有牛顿的像,在牛顿头部的背后画着一株开花的苹果树,就是为了渲染这个故事、扩大它的影响。
这 个故事至少有两点与已经了解的历史事实不符。第一,万有引力不是牛顿一个人的独立发现,而是历史上若干人研究的积累的结果,有的书上把万有引力以牛顿命 名,说成是牛顿万有引力就是这个故事的自然结果,是对历史的严重歪曲。第二,在1665年,牛顿对天体的运动规律问题还是一个门外汉,它把牛顿对万有引力 的研究成果提前了至少20年。
万有引力发现的实际经过大致是:
开 普勒(J.Kepler,1571-1630)最早在探索行星运动规律时,认为引力就是太阳发出的类似于磁力的流,这些磁力流沿切线方向推动着行星公转, 其强度随离太阳的距离而减弱。开普勒还曾企图用磁作用机制解释椭圆轨道的产生。他还以月球与海水间的磁性吸引解释潮汐现象。
1645年,法国天文学家布里阿德(I.Bulliadus)提出一个假设:“开普勒力的减少,和离太阳的距离的平方成反比”。这是第一次提出平方反比关系的思想。
1661 年,英国皇家学会成立了一个专门委员会研究重力问题。罗伯特 胡克(Robert Hooke,1635-1703)、克里斯托夫 雷恩(Christopher Wren,1632-1723)、爱德蒙 哈雷(Edmund Halley,1656-1742)在引力问题的研究上都做出了重要贡献。
早 在1661年,罗伯特 胡克就已觉察到引力和地球上物体的重力有同样的本质。在1674年的一次演讲“证明地球周年运动的尝试”中,他提出要在一致的力学原则的基础上建立一个宇 宙学说,为此提出了以下三个假设:“第一,据我们在地球上的观察可知,一切天体都具有倾向其中心的吸引力,它不仅吸引其本身各部分,并且还吸引其作用范围 内的其他天体。因此,不仅太阳和月亮对地球的形状和运动发生影响,而且地球对太阳和月亮同样也有影响,连水星、金星、火星和木星对地球的运动都有影响。第 二,凡是正在作简单直线运动的任何天体,在没有受到其他作用力使其沿着椭圆轨道、圆周或复杂的曲线运动之前,它将继续保持直线运动不变。第三,受到吸引力 作用的物体,越靠近吸引中心,其吸引力也越大。至于此力在什么程度上依赖于距离的问题,在实验中我还未解决。一旦知道了这一关系,天文学家就很容易解决天 体运动的规律了。”胡克首先使用了“万有引力”这个词。他在这里提出的这三条假设,实际上已包含了有关万有引力的一切问题,所缺乏的只是定量的表述和论 证。
在 1679年,胡克与牛顿之间进行了关于引力问题的交流,在1679年11月,牛顿致信胡克说:“自己关于发现周日运动的想象,即设想一个自由落体落到地球 上,通过地面进入地球内部,而不受任何物质的阻碍,则该落体将沿着一条螺旋形轨道运行,在旋转数圈后,最终旋入(或十分接近)地心。”胡克回信说,物体不 会按螺线运动,而是按“一种带椭圆状的曲线”运动,它的轨道将“像-椭圆”。1679年12月13日,牛顿写信给胡克说:“我同意你的意见,……如果假定 它的重力是均匀的,〔物体将〕不按螺线下沉那个真正的中心,而是以交替升降的形式运行。”
我 们从后人清理牛顿同胡克的这些通信中看出,直至1679年,牛顿在天体运动的问题上,还是不得要领的,而且在这以前,关于万有引力问题已经有了许多重要结 果。对于万有引力问题,剩下的唯一问题就是在与距离平方成反比的万有引力作用下天体按椭圆轨道运行的严格证明,胡克写信向牛顿提出了这个问题。后来人们弄 清楚了,一直到1685年,牛顿还没有解决这个问题。1686年牛顿解决了它,并且在哈雷的催促下写出了《自然哲学的数学原理》一书。当胡克看到这本书稿 后,向牛顿提出把自己在这一方面的研究成果提一下,这个本来是合理的要求却遭到了牛顿的断然拒绝。牛顿向负责出版这本书的哈雷写信说他不想给胡克任何荣 誉,而且称在许多年前他就已经揭示了平方反比定律。指的就是1665年开始的苹果树下的思索。
老 年时的牛顿有一段回忆说:“同年(1666年)我开始把引力与月亮轨道联系起来,并找出了如何估计一个天体在球体内旋转时用来趋向球面的力的方法,……, 最后在1676和1677年之间的冬天我发现了一个命题:利用与距离平方成反比的离心力,行星必然环绕力的中心沿椭圆旋转,……。” 把牛顿的这段话与前面引的他与胡克的通信比较,可以看出在时间上是矛盾的。牛顿在这里把他发现万有引力的时间故意改写在1679年与胡克通信之前,而且造 出苹果神话,其目的显然是为了要独吞万有引力这项成果。
牛 顿和胡克之间的梁子,不仅表现在对万有引力发明权的争议上,最早表现在胡克对牛顿的光的微粒说有不同的看法,因为胡克对光的本质是站在波动说一边的。 1675年,牛顿向皇家学会递交了他关于光的第二篇论文,这篇论文又受到胡克的批评,并且说论文的一些观点是抄袭他的。这使牛顿无比愤怒,虽经皇家学会调 解,牛顿的怒气未消,于1675年2月向胡克写了一封回击的信。信中说了与苹果故事流传得同样广的一句话:“如果我比笛卡尔看得更远,那是因为我站在巨人 们的肩膀上。”许多人把这句话理解为牛顿的谦虚精神,其实它是对胡克的一种讽刺和蔑视,完全不是人们望文生义的那回事。牛顿的原话是:“笛卡尔所做的是搭 了一架好梯子,你在很多方面都把梯子升高了许多,特别是把薄膜的颜色引入哲学思考。如果我看得更远些,那是因为我站在巨人的肩膀上。” 牛顿不把胡克和笛卡尔看作巨人,牛顿也没有攀登他们所搭的梯子,他是站在比梯子更高的巨人肩膀上。由于牛顿与胡克的这种过节,所以牛顿的《光学》著作要等 到1703年胡克去世以后才于1704年出版。
牛顿独占了万有引力的成果,还不足以解除对胡克的恨,当他于1703年被选为英国皇家学会的主席,就下令在皇家学会除去所有的胡克的肖像。所以当时英国许多著名的科学家中就是胡克的肖像没有留传下来。
2.对弗拉姆斯蒂德观测数据的剽窃和盗版
最近英国人大维 克拉克等写了一本书 ,通过一系列的来往书信和翔实的资料,专门揭露牛顿压制、阻挠天文学家弗拉姆斯蒂德等人的研究并且剽窃他们的成果。
弗 拉姆斯蒂德(John Flamsteed,1646-1719)是英国首任皇家天文学家,是格林尼治(Greenwich)天文台的创始人,是现代精密天文观测的开拓者。他在 1676-1689年间共作了大约2万次观测,测量精度约为10",他对3000颗星的测量结果收入了著名的“不列颠星表”(Britannic Catalogue)。
1675年,弗拉姆斯蒂德被英国国王任命为皇家天文台长,不过条件仍是十分艰苦,不仅得不到足够的办台经费,连年薪100英镑也经常拖欠。为了维持天文台的经费,他不得不用额外招收学员的学费来补足,在繁忙的工作之外还要为140名数学学生教课。
1694 年开始,牛顿访问了弗拉姆斯蒂德并且向他索要关于月球运动的观测资料,此后牛顿为了验证万有引力理论,还多次写信给弗拉姆斯蒂德索取资料,弗拉姆斯蒂德都 满足了牛顿。弗拉姆斯蒂德1700年对他的朋友洛瑟普说:“[牛顿]曾一度想使月球运行表符合他设想的定律,但是,当他开始将自己的定律与天体(即月球的 观测位置)进行比较时,他发现自己错了,并不得不全部抛弃自己的定律。我曾给他提供了二百个以上的月球的观测位置,人们会认为这些材料足以限定任何理论; 既然他已修改了自己的理论,并把自己的理论调整到完全符合这些观察,所以他的理论描述了这些观察也就不足为奇了,但是,他还是为此而感激这些观察,甚于感 激他关于引力的臆测,这些臆测曾使他犯过错误。”
其 时牛顿已是皇家学会主席,在索取资料的时候经常对弗拉姆斯蒂德的工作指指点点,有时还利用自己的高位来羞辱这位可敬的天文学家。这大大激怒了这位天文学 家。到1700年之后,他们之间就再没有通信了。牛顿获得了弗拉姆斯蒂德的资料,并且在他的《自然哲学的数学原理》中引用了这些资料,由于他们之间的这种 矛盾,在《原理》的第二版出版时(1713年)他将弗拉姆斯蒂德的名字删去了。
然 而牛顿和他的支持者哈雷还是急切地需要弗拉姆斯蒂德的进一步的观测资料。他们希望弗拉姆斯蒂德出版他的观测资料,不过弗拉姆斯蒂德却总是认为要反复校核以 后才能出版。牛顿和哈雷所做的一件不道德的事是,他们未经弗拉姆斯蒂德的同意私自在1712年出版了弗拉姆斯蒂德以毕生精力得到的观测星图,共印刷了 400册,并且把其中的300册回送给弗拉姆斯蒂德。弗拉姆斯蒂德看着这些未经认真校核、充满错误、并且根据牛顿和哈雷理论的需要删改过的印刷品,很生气 地把它们全部焚毁了。后来他的星图经过仔细校核后,在他去世后由他的学生于1729年出版(《Atlas Coelestis》)。
牛 顿为了获取弗拉姆斯蒂德的观测资料,软硬兼施,牛顿以天文台是皇家学会的下属单位,观测结果应当属他这位皇家学会主席来支配,这样来以势压人。可是皇家学 会根本上没有供给弗拉姆斯蒂德足够的经费,一切设备都是他自筹来的。弗拉姆斯蒂德的愤怒可以从他给一位朋友(Abraham Sharp)的信中看出:“我和主席(牛顿)的另一个争执是,他形成了一个阴谋,想攫取我的仪器,而送我一个委员会,其中仅有他自己和两位物理学家。主席 热度很高并且过分下作。我预先告诉他,别动我的东西,并说明在观象台的所有的仪器都是我自己的,壁上的拱弧和珍贵的四分仪都是我自己出资做的,其余的是我 花自己的钱买的,而摩尔(Sir Jonas Moore)先生送我的六分仪和两只时钟,还有图奈里(Towneley)先生送我的测微尺,是我来皇家天文台之前若干年的事情。”
关 于牛顿与弗拉姆斯蒂德之间的分歧,不仅反映在他们做人的态度上的差别,而且反映在科学态度上的根本不同,英国哲学家拉卡托斯说得好:“牛顿的“月球理论” 是1702年在戴维 格利高利的《天文物理与基础几何》中首次发表的,这实际上是在《原理》一书第一版之后的许多年了。该理论镇静地声称牛顿的理论“与他用著名的弗拉姆斯蒂德 观测月亮的许多位置所证明的现象非常接近。”但我们必须记住,牛顿派从来不让观察的权威胜过他们的研究纲领,在他们的正面启发法的帮助下,他们提出了一个 又一个的理论以适应反例。但他们经常是根本无视观察到的反证:他们知道,不仅理论必须不断地受到观察的检验,而且观察也要受到他们的理论的检验。“最好的 观察”(牛顿派文献中常用的一个名词)是那些证认了他们的研究纲领的观察,这在牛顿和弗拉姆斯蒂德的通信当中透露得很清楚。弗拉姆斯蒂德这位首席皇家天文 学家是一个真正的未患精神分裂症的归纳主义者;他拒绝让牛顿及其同事们获得他对月亮所作的观察结果,从而比任何其他人都更大地放慢了他们的工作速度。最 初,牛顿和弗拉姆斯蒂德是经常通信的,但是,弗拉姆斯蒂德很快开始讨厌牛顿使用他的材料来检验自己的月球理论。”
所以可以说,如果弗拉姆斯蒂德是一位观测和归纳的巨人的话,牛顿确实是一位踩着这位巨人肩膀爬上去的大人物。
3.在微积分发明权上导演对莱布尼兹的指控
关 于牛顿与莱布尼兹(Gottfried Wilhelm Leibniz,1646-1716)关于微积分首创权的争议,已经有许多著作叙述过,著名的英国物理学家霍金在《时间简史》中叙述得比较简明,他说:“ 他(牛顿)和德国哲学家高特夫瑞德•莱布尼兹之间发生了更严重的争吵。莱布尼兹和牛顿各自独立地发展了叫做微积分的数学分支,它是大部分近代物理的基础。 虽然现在我们知道,牛顿发现微积分要比莱布尼兹早若干年,可是他很晚才出版他的著作。随着关于谁是第一个发现者的严重争吵的发生,科学家们激烈地为双方作 辩护。然而值得注意的是,大多数为牛顿辩护的文章均出自牛顿本人之手,只不过仅仅用朋友的名义出版而已!当争论日趋激烈时,莱布尼兹犯了向皇家学会起诉来 解决这一争端的错误。牛顿作为其主席,指定了一个清一色的由牛顿的朋友组成的“公正的”委员会来审查此案。更有甚者后来牛顿自己写了一个委员会报告,并让 皇家学会将其出版,正式地谴责莱布尼兹剽窃。牛顿还不满意,他又在皇家学会自己的杂志上写了一篇匿名的、关于该报告的回顾。”
1684 年莱布尼兹发表了他的微积分的论文。3年后,牛顿在1687年出版的《原理》书的初版中对莱布尼兹的贡献表示认同,但是却说:“和我的几乎没甚麼不同,只 不过表达的用字和符号不一样。”这几句话,由于后来与莱布尼兹的矛盾,在第二版(1713年)时也被删掉了。牛顿的流数理论到莱布尼兹发表论文二十年后, 即1704年作为他的著作《光学》的附录中正式发表,附录的序言中,牛顿提到他1676年给莱布尼兹的信,并补充说︰“若干年前我曾出借过一份包含这些定 理(微积分)的原稿,之後就见到一些从那篇当中抄出来的东西,所以我现在公开发表这份原稿。”这话的意思就暗指他的手稿曾经被莱布尼兹看到过,而莱布尼兹 的论文就是从他的手稿中抄来的。
1711 年3月4日,伦敦皇家学会的秘书斯洛( Hans Sloane)收到莱布尼兹寄来的一封信,信中抱怨其成员开尔(John Keill)指责莱布尼兹把牛顿的微积分改变了少量的符号,伪装为自己的原创发表,并且声明这不是事实,要求学会给以公正的裁决。这正是霍金所说莱布尼兹 的错误,这一状告到了牛顿手上,恰好给了当时作为皇家学会主席的牛顿以售其奸的机会。
后 来由于牛顿的导演和亲自出马、匿名运作,形成势不两立的两派。以英国为一派包括英国著名数学家泰勒和麦克劳林都认为莱布尼兹是抄袭者。另一派是欧洲大陆的 数学家,包括著名数学家约翰•伯努利等为一派认为牛顿是抄袭者。争论双方停止学了术交流,不仅影响了数学的正常发展,也波及整个自然科学领域,以致发展到 英德两国之间的政治摩擦。自尊心很强的英国民族抱住牛顿的概念和记号不放,拒绝使用更为合理的莱布尼兹的微积分符号和技巧,致使整个18世纪英国在数学发 展上大大落后于欧洲大陆,这场由牛顿导演捍卫牛顿的战斗,使英国人吃了大亏。莱布尼兹生命中的最后7年,是在别人带给他和牛顿关于微积分发明权的争论中痛 苦地度过的。据报道,莱布尼兹死后牛顿为能使莱布尼兹心碎而幸灾乐祸(Following Leibniz's death, Newton reported that he had taken great satisfaction in "breaking Leibniz's heart.”),这,也许更能够看出牛顿的小人心理。
牛顿在以上所列举的三桩公案中道德低下的表现并不是偶然的。牛顿是一个遗腹子,出生不久,母亲改嫁,由外祖母抚养,从小没爹也没娘,使他心理受到严重扭曲,孤寂好斗。
从 1669年27岁时出任剑桥大学卢卡斯教授起,牛顿就沉湎于炼金术和神学。在牛顿遗留下的手稿中,有关炼金术的内容约有65万字之多,而神学内容的有 150万字之多。即使是在他写作《原理》和《光学》的时候,他的主要精力仍然集中在炼金术和神学上。牛顿的晚年则迷恋于多赚钱上。有人推荐他去担任伦敦的 一所贵族的上流学校的校长,他回信说“每年不过是200英镑,还得每天关在伦敦不出去”为理由回绝了。1696年他离开剑桥出任造币厂督办,1699年出 任造币厂厂长,他如愿以赏,从此他在科学上便无所作为了。
1692 年,50岁的牛顿表现出心理疾病的严重的迫害狂症状,他那时写的信件表现明显的精神错乱。例如,1693年9月16日,牛顿给著名的哲学家洛克写信说:“ 先生:我认为你竭力用女人和别的手段来纠缠我,我的感情大受影响,以致当有人告诉我你有病,将不能活时,我回答说,最好你死掉。……” 有人认为,他的精神分裂症状和他迷恋炼金术,每天和水银打交道而中毒有关。
牛顿遗留下许多手稿和文件在1888年辗转到了剑桥大学图书馆,其中的很大一部分于1936年拍卖,著名的经济学家凯恩斯读过其中的一部分,所以对牛顿的思想发展有较深入的了解,1942年,在人们纪念牛顿300周年诞辰的会上报告了他的结论:
“在18世纪以后,牛顿开始被认为是现代第一个和最伟大的科学家,一个唯理主义者,他教导我们沿着冷静的没有色彩的理性思路去思考。
“ 我并不这样看待他。我认为任何一个仔细阅读过当他最后于1696年离开剑桥时收拾起来并且虽然部分散失而仍流传给我们的那盒论文的内容的人,都会发现他不 是那样的。牛顿不是理性时代的第一人。他是魔术师中的最后一个,巴比伦和苏美尔人中的最后一个,他是和那些不到一万年前开始创造我们的智力遗产的人们用同 样的眼睛观察这个可见智力世界的最后一个伟大人物。是被贤人们顶礼膜拜的最后一个神童……
“用通俗的现代语言来说,牛顿是常见的深度精神病患者,……。继承他卢卡斯讲座教授职位的惠斯顿说,‘我所知道的最害怕、最小心、最多疑的性情’……。”
[编辑本段]牛顿晚年
但是由于受时代的限制,牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动,是空间位置的变化;宇宙和太阳一样是没有发展变化的;靠了万有引力的作用,恒星永远在一个固定不变的位置上……
随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升。1689年,他被当选为国会中的大学代表。作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。
晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会。没有他的同意,任何人都不能被选举。
晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。
1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着:
让人们欢呼这样一位多么伟大的
人类荣耀曾经在世界上存在。
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