偉大的物理學家

舉一些較有名的﹋１.愛因斯坦原子彈和核能發電帶給社會重大的影響及宇宙黑洞的存在更令人好奇

相信大家都知道創造「相對論」的愛因斯坦吧。

愛因斯坦是猶太人

出生於德國南部的烏路姆。

小時聰明好問

年輕時前往瑞士求學。

工技學院畢業後

在瑞士專利局當技師。

愛因斯坦的工作是審查申請專利的說明書

這個工作助長了愛因斯坦對科學的敏銳觀察力。

一九０五年

二十六歲的愛因斯坦發表了三篇非常重要的論文。

一篇是以「關於運動物體的電動力學」為題的「特殊相對論」。

據說

從十六歲時就開始一直在想一個問題就是如果以光速去追逐光的話

光會有什麼現象。

別人一定會認為光會停在前面。

可是愛因斯坦認為那樣好像不太對。

直到十八歲時

他讀過奧地利的物理學家馬哈的「力學的發展」。

在書中

馬哈激烈地批評牛頓力學的絕對時間和絕對空間的觀念。

古典物理學的體系受到批評

這件事使愛因斯坦勇氣百倍。

他以數學方法推演而提出相對論

他認為一個事件發生的時間

就運動中的人看來

和靜止中的人看來

時間是不一樣的。

愛因斯坦大膽地改變了空間和時間的既存概念。

及「在真空中

不管光源的運動如何

光速都是一定」的所謂「光速一定的原理」為基礎的「特殊相對論」。

從這個相對論所導出來的重要結論當中有「質量和能量的互換理論」並推算出能量 (E)等於質量(M)乘於光速(C)的平方。

這一個理論預設了以後原子能的利用與開發。

另一篇重要論文是談到液體中懸浮粒子的不規則運動--布朗運動

證實了分子運動的存在。

另一篇是光電效應的解說

促使量子力學的發展。

也使愛因斯坦獲得了一九二一年諾貝爾獎。

一九一五年

愛因斯坦再發表他的「一般相對論」。

這個理論所說的幾件事需要證實。

它說光也會受到重力的影響改變其進行方向。

這件事在一九一九年由英國的愛丁頓等人由觀測日蝕證明屬實。

由此

愛因斯坦在一夜之間成為全世界的新聞人物。

第一次世界大戰後

納粹黨興起。

愛因斯坦因為是猶太人而受到排斥

終於不得不辭去柏林大學移民到美國。

第二次世界大戰末期

愛因斯坦得知德國納粹政權可能籌劃製造原子彈

他十分擔心

因此寫信給羅斯福總統

由美國秘密製造了原子彈

後來投在日本廣島和長崎的原子彈

因而迫使日本投降

結束了第二次世界大戰。

由於原子彈的威力太可怕了

使得愛因斯坦內疚不安

因此他後半生為維護世界和平而奔走呼籲

他希望原子能用於有益人類上

而不是毀滅人類。

２.牛頓牛頓出生於英國

他是遺腹子

出生不久母親又再嫁

所以少年時代的牛頓並不甚快樂。

長大後到劍橋大學的三一學院求學

接觸了幾何學、光學、哥白尼的「地動說」

及伽利略、刻卜勒的學說等

尤其對伽利略的學說特別偏愛。

畢業後

二十四歲時

倫敦發生黑死病的流行。

他回到英格蘭故鄉避禍。

他的三大發現就是在那一年半中發現的。

其一是「微積分法」的發現。

接下就是「重力的法則」。

看蘋果從樹上掉下來而發現重力的這個故事

據說是在他的晚年

親口告訴他的朋友的。

甚至他認為地球的重力對月球也有重力作用並試圖計算。

可是當時所知的地球半徑跟實際數值差了15 %之多

致使無法證明「重力與距離的平方成反比(萬有引力定律)」。

第三個法則是有關光學的

他用三稜鏡做了光的光譜分解實驗

發現白色光可分出紅橙黃綠藍靛紫七色光。

回到倫敦之後

為了改良當時望遠鏡會發生折射的缺點

牛頓發明了反射望遠鏡。

二十六歲成為路卡斯的教授

教授光學。

一六七二年

他還完成了「光粒子」的理論

發表「有關光和色的新理論」這篇論文。

他這篇論文引起了虎克(主張光波動說)激烈的反對。

在一六七五年又發表另一論文

介紹他的另一發現----薄膜所現出的色彩的周期性

即「牛頓環」。

這個現象

我們今天是用光的波動來說明的。

一六七九年

虎克寫了一封關於天體運動問題的信給牛頓。

在回信中

牛頓提議一項實驗。

結果被虎克指出他的提議有所錯誤

牛頓發奮再開始研究力學。

後來從虎克的另一封信獲知地球的正確半徑

牛頓終於解決月球的問題。

牛頓萬有引力「重力與距離的平方成反比」這個法則終於確立

進而能證明行星的軌道是橢圓形的。

牛頓把他的研究心得都集結在他所著並於一六八七年出版的「自然哲學的數學原理」一書。

這本書在物理學史上成為最有權威的古典物理學書籍

也成為近代科學的典籍。

一七０五年

牛頓在劍橋接受女王頒給爵士的頭銜

他是第一個獲得此項殊榮的科學家

也是近代最偉大的物理學家。

晚年還歷任了造幣局局長及皇家協會會長。

３.居禮夫人居里夫人原名瑪莉是波蘭人

出生於華沙

父親是中學校長。

非常愛好學問

因此雖然非常窮困

對瑪莉來說

小時一直生活在書香中。

當時的波蘭不准女子進大學

惟一的途徑是到巴黎

可是經濟狀況負擔不起她的留學

她只好做了三年的家庭教師存了些錢

再前往巴黎大學理學院去進修。

那個時候她已二十四歲。

在巴黎大學

瑪莉是一位苦讀生。

她跟當時已成名的物理學家

彼埃爾．居里結識並結婚而決定了她科學家的一生。

居里夫婦和法國物理學家貝克勒共同從事放射性研究

他們由實驗中了解

具有放射性的元素

會轉變成另一種元素

這便是元素的衰變。

居里夫人更在含有鈾的瀝青礦石中

發現了比鈾還強烈的放射線。

因此

她相信裡面一定有一種未知的放射性非常強的元素才對。

居里夫婦合力處理了好幾公噸的瀝青礦石

終於發現兩種新元素。

為了紀念瑪莉的祖國波蘭

給其中一種命名為「釙

Polonium」。

另一種放射性比較強的元素

因為在暗處會發亮

故命名為鐳。

由於這些發現

居里夫婦與貝克勒共同獲得一九０三年諾貝爾物理學獎。

當時尚未有什麼地位的居里先生也獲得巴黎大學的教授的聘書。

而且大學也為了他們開設鐳研究所。

正在歡天喜地

準備迎接大放光明的未來時

居里先生卻發生車禍去世。

雖然遭到無法醫癒的打擊

居里夫人勇敢地繼續她的研究

終於有了豐碩的成果

她把純金屬鐳提煉出來

於一九一一年

再次獲得了諾貝爾化學獎。

值得一提的是

她的長女伊蓮和女婿也是一對傑出的科學家

他們因首先發現人造放射性元素

而在一九三五年獲得了諾貝爾化學獎。

居里一家人以放射能的研究

先後獲得三次諾貝爾獎

真是一項空前的成就。

４.達爾文達爾文是英國人

他在求學階段成績並不好

他常怪罪老師的腦筋不好

他回憶說：「上課內容都那麼的無聊

現在想起來還會不寒而慄」。

他不是一位專門在大學或研究室裡研究的專家。

因此

他才能展開大膽而新穎的「進化論」研究。

　　大學畢業後

他登上了海軍的測量船維克爾號

這是他人生的一大轉變。

以「維克爾號航海記」聞名於世的那次航海

就是他一生中最富戲劇性的時期。

也是他進化論的出發點。

在卡拉巴哥斯群島

他對十四種叫做磧鶸的小鳥特別感興趣。

他發現牠們雖然很像美國的磧鶸鳥

但其外表和習性卻不相同。

這件事啟發了他「生物會進化」的想法。

　　回到英國之後

由於研究家畜、栽培植物

尤其飼養鴿子等

他的進化論思想發展到從一種原種變化出許多品種的想法。

最後達到

「由於環境的影響或習性的變化產生出來的新種生物會在生存競爭中自然地被選上而成為新種」 這個「自然選擇說」。

　　一八五九年達爾文發表「種的起源」一書

這本書在當時的歐洲引起了非常強烈的反應。

他的物種原始的思想遭到教會的猛烈反對及攻擊。

雖然引起了那麼大的風波

他的學說還是由赫克斯利等出色的生物學家發揚光大

成為屹立不動的真理。

後半生

他過著像隱士的生活。

死後

遺體被安葬於西敏斯特大聖堂。

５.道耳吞道耳吞出生於英國曼徹斯特市的貧窮紡織工家庭。

貧窮的家境使他只能唸到中學教育

但他卻憑著過人的天資

自我學習

自我教育。

從他不間斷的觀測氣象長達五十七年之久這件事

不難看出他超人的耐性。

為了生活

年僅十二歲時就在學校教書自立

生活雖苦

但是他依然堅持進行各項科學研究。

從二十三歲起到去世為止

他定居於曼徹斯特。

在那裡的「地方學會」陸續發表他的研究成果。

開始他研究氣象。

從氣象的研究中

他開始研究大氣的各種性質。

他發現大氣是空氣和水蒸氣的混合氣體。

他將兩種氣體分別裝進兩個容器內

個別量其壓力。

然後將一方的氣體裝進另一方的容器內。

結果兩種氣體混合在一起的壓力剛好等於兩個別容器內壓力的和；這就是有名的「道耳吞氣體分壓定律」。

道耳吞分析甲烷 ( CH4 ) 及乙烯 ( C2H4 )時

他發現與一定量的碳化合的氫

甲烷含氫量是乙烯的二倍。

他在其他好幾種化合物

如一氧化碳( CO )和二氧化碳 ( CO2 )

也發現有同樣的關係。

他稱呼此種規律為「倍比定律」

他又發現以上兩定律可以用所有的物質都由原子所構成的「原子說」來說明。

一八０八年

道耳吞出版了「化學哲學的新大系」

詳細說明了「原子說」。

他認為所有的物質都由再也不能分割的最小粒子--- 原子所構成的。

化學變化只是原子重新排列組合而已。

在化學變化的前後

原子的數量不會增減。

道耳吞更進一步以質量最輕的氫為一

試圖用這個基準來表示各種原子的質量。

這就是今天的原子量。

在道耳吞之前

雖然也有人提倡過原子說

但是從來沒有人像道耳吞那樣

具體地把原子看成是微粒子進行研究。

獨自研究與學習的他

總是喜歡拿身邊的問題做為研究的主題。

氣象學就是一個例子。

甚至他的頭一篇論文就是以他自身最苦惱的問題------色盲為題的。

色盲的英文------daltonism就是從他的名字來的。

道耳吞除了在化學及原子理論的貢獻外

他對氣體壓力的研究

也奠定了氣象學的基礎。

因此

他雖只有中學的學歷

卻被任命為曼徹斯特大學教授；並被選為法國科學院及柏林科學院的院士

實在是一個自學成功的科學家。

６.波義耳波義耳是愛爾蘭的富豪貴族

可克侯的第十四個兒子。

雖然出身高貴

他卻過了樸素而且獨身的研究生涯。

一生中大部份的時間都住在倫敦及牛津。

在那裡

他參加熱愛研究新學問的學者們的集會

「不顯眼學會」。

他跟牛頓及虎克等有深交。

最使波義耳成名的是

「一定量的空氣的體積跟其壓力成反比」 的所謂「波義耳定律」 。

他是從本身設計並監工製造的真空邦浦的實驗發現這個定律的。

當時市面上買不到性能好的邦浦

如有需要非得自己造不行。

三十四歲時

他寫了一本「多疑的化學家」。

當時一般都還相信物質的原本是亞里斯多德所說的水、空氣、土及火的四原素說及巴拉凱斯士及鍊金術士所說的水銀、硫磺及鹽的三原素說。

波義耳反覆做過赫爾蒙特(主張水是原素)的實驗。

經驗了許多實驗和觀察

他發現當時被認為是原素的東西的一部份其實並不是什麼元素。

某種物質是不是

要看該物質能不能分解成更單純的物質

他這樣想。

他信奉 F．培根說的

「單從講話不會產生出任何東西

所有的都由實驗才能誕生」這句話。

即使偉大的亞里斯多德說「是」

我們也不該盲從跟著它說「是」。

「化學家必須對所有的問題多疑」

這是地的一貫主張。

「多疑的化學家」對以後的化學的發展產生很大的影響

所以有人喜歡稱呼波義耳為「化學之父」。

波義耳研究過放進火舌中會使火舌變色的物質。

他知道了所變的顏色跟放進火舌中的物質有直接關係

可從顏色判斷是什麼物質。

他也查出色素跟酸及鹼的關係。

他發現用從石蕊苔採取的紫色色素染色的紙

放進溶液中會變色。

可以從所變的顏色知道溶液是酸性或鹼性。

這種石蕊試紙就是由波義耳開始

被以後的化學家廣泛使用的「指示劑」的一種。

７.虎克在英國南部出生

在牛津大學畢業後

虎克去做波義耳的助手。

他在機械方面有很高的造詣

製造過改良型真空邦浦。

一六六O年

隨著王政復興

牛津的科學家們也移居倫敦

建立了皇家協會。

這個協會就是世界最古老的科學協會。

虎克成為皇家協會的第一任實驗機器管理員。

遇到每週一次的開會

要做三到四種相當有份量的實驗。

同時還要做會員臨時提案的實驗。

常時的工作是沒有報酬的。

虎克非常愛好這份工作

認真去做

所以他的實驗始終都成為開會時最叫座的項目。

第二年

他終於成為王立協會的正式會員

同時

於一六六五年應聘為格雷禪專校的幾何學教授。

一六六六年

倫敦發生大火災後

他被任命為修復工程的測量技師

增加了當建築師的收入。

他的主要著作

「顯微鏡觀察誌」 是一六六五年出版的。

這是一本有關動植礦物的多采多姿記錄。

內容也有關於光理論的觀察及由透明薄膜的色彩研究發現的光的週期性。

由這一點

他被視為「波動說」 的提倡者。

一六七O年代發表的論文

合訂成他的「卡特拉講義」其中有一個重要的發現

就是「虎克的法則」 。

是一個受託於皇家協會

研究材料的強度時發現的有關彈性的法則。

他主張 :1.所有的天體都有向著其中心的引力

2.做著等速直線運動的物體

祇要沒有外力的干預

會在直線上繼續運動

3.距離越近

引力會越強

這三件事就可以說明這個世界。

一六七二年

牛頓以「關於光和色的理論」 發表他的「光粒子說」時

他馬上依據他的波動說猛烈反對牛頓。

他跟牛頓的爭論持續了四年。

雖然兩人之間達成了一時的和解

這件事卻帶給牛頓很大的打擊。

一六七七年

成為皇家協會祕書長的虎克

為了重力的問題再次與牛頓發生衝突。

這次的衝突卻對牛頓力學的確立反而幫了小少忙。

８.伽利略伽利略出生於義大利的比薩

從小就喜歡發問

思考與實驗。

伽利略十七歲時進入比薩大學唸醫學。

在學生時期

看到吊在教堂圓型天花板的燈的擺動

發現了鐘擺周期的一定。

後來對數學著迷而放棄醫學。

因為這樣

後來才在物理學及天文學方面留下了前人未曾有的偉大貢獻。

當時大家對古代哲學家亞里斯多德的學說是絕對服從的

誰都不能反駁

但伽利略卻時常對此權威的理論懷疑

因此他常遭受責難。

他初期的物理學成就是關於「落體的法則」。

他從比薩斜塔使重輕兩個鐵球掉下

證明物體掉落的速度與重量無關。

他在一六０四年左右發現了「物體的掉落距離和時間的平方成正比」及「掉落速度與時間成正比」兩個有關重力的定律。

除此之外

伽利略還做了斜面運動的實驗

嘗試用距離、速率、加速度和時間來描述斜面運動。

伽利略是頭一個用望遠鏡去觀測天空的人。

他傳聞有一個荷蘭人製了望遠鏡

馬上想出了其原理

自已動手

也造了一個。

那是把凸透鏡和凹透鏡組合起來

今天叫做伽利略型的望遠鏡。

他用那個自造的望遠鏡看到了月球上面的山及過去沒有人看過的許多星星。

尤其他發現了木星的四個衛星。

那些衛星在木星周圍公轉的情形

說明了地球在太陽周圍

月球在地球周圍公轉的理論是正確的

由於這些觀測

伽利略對「地動說」的信心更加堅固起來。

可是地動說違反當時的教會教義。

一六一六年

經過宗教審判

教會發出了地動說的禁令。

伽利略也受過警告。

雖然被警告過

伽利略還是堅持他的主張

並以義大利文出版了「天文對話」刊物來駁斥「天動說」的錯誤

「天文對話」引起了很大的迴響。

因此觸怒了教 會

「天文對話」被判為禁書

而伽利略本人被拉去接受宗 教審判。

在法庭

他不得不悔改認錯以換取無罪的判決。

當他要步出法院時

據說

他禁不住小聲說：「不管怎麼 說

地球還是在轉呀」。

死刑難免活刑難逃

他被軟禁於 佛羅倫斯的郊外。

在那裡

他又寫了「新科學對話」。

這 本書記載著驗證地動說所需要

以圓周運動為基礎的「慣 性法則」及「運動合成法則」等力學的基礎。