中外科学巨星故事

    科海鹰

    简介：通过中外科学巨星牛顿、居里夫人、欧几里德、亚里士多德、墨子、哥白尼、伽利略、法拉第、达尔文、巴斯德、爱迪生、普朗克、爱因斯坦、钱学森的故事，及其动人事迹在时空长河中的比较，给人以立志的激励和智慧的启迪。同时，也讨论了科学巨星的部分缺憾；以及若干令人感兴趣的问题，如牛顿长寿的原因，再如亚里士多德所受到后人的不公平待遇，等等。

    关键词：科学，巨星，牛顿，居里夫人，欧几里德，亚里士多德，墨子，哥白尼，伽利略，法拉第，达尔文，巴斯德，爱迪生，普朗克，爱因斯坦，钱学森，故事

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    目录

    第一章 最伟大的科学家牛顿

    第二章 两获诺奖的居里夫人

    第三章 千年长青欧几里德、亚里士多德、墨子

    第四章 业余完成日心说的哥白尼

    第五章 伽利略

    第六章 法拉第

    第七章 达尔文

    第八章 巴斯德

    第九章 爱迪生

    第十章 普朗克

    第十一章 爱因斯坦

    第十二章 钱学森

    前言

    亲爱的读者朋友，特别是青年朋友，你们能够打开这本书，表明你们对科学和科学家是非常感兴趣的。的确，科学的发展给人们的生活带来了翻天覆地的变化。当然你们也知道，科学的发展离不开科学家的辛勤劳动和重大贡献。这里讲述的就是若干位中外科学巨星的故事。

    第一章 最伟大的科学家牛顿

    艾萨克?牛顿（isaa nen，1643~1727），英国皇家学会会长，科学上的“奇才”、“全才”，著有《自然哲学的数学原理》、《光学》等。

    牛顿提出了万有引力定律和三大运动定律。据此奠定了物理世界的基本观点，并成为现代工程学的基础。此外，牛顿还阐明了动量守恒和角动量守恒的原理。在光学上，他发明了反射望远镜，并成功地用三棱镜将白光发散成可见光谱。

    在数学上，牛顿与戈特弗里德?威廉?莱布尼茨分享了发明微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究等做出了重要贡献。

    在回顾科学发展的历史时，面对灿烂如群星的众多大科学家，必然会涉及一个问题：古往今来，上下几千年，究竟谁是最伟大的科学家？经过认真分析可以得出结论：牛顿是人类历史上最伟大的科学家。

    对于谁是最伟大的科学家这个问题，如果是在几十年以前提出，那末绝大多数人都会回答：牛顿是最伟大的科学家。而处于第二伟大地位的科学家则有十多位，例如爱因斯坦、巴斯德、伽利略、欧几里德、达尔文、哥白尼、拉瓦锡、麦克斯韦、笛卡儿、卢瑟福、伦琴、阿基米德、玻尔等。然而现在情况有了变化。在21世纪即将来临之际，国外一家媒体评选爱因斯坦为20世纪最有影响的人物。更有甚者，另一家媒体将爱因斯坦评为过去一千年中最伟大的科学家，牛顿根本不在话下。这样一来，牛顿的地位受到了爱因斯坦的挑战。

    如果只论在科学上的丰功伟绩，牛顿与爱因斯坦之间确实难分高低。或者说，主张牛顿是最伟大的科学家的人很难驳倒主张爱因斯坦是最伟大的科学家的人。在这种情况下，我们将换一种以前可能未曾使用过的方式来确定谁是最伟大的科学家。我们将对比一下牛顿与爱因斯坦在做出各自业绩时所采用的方法，看看谁的方法更好一些，更能经受时间的考验。采用这种方式的原因在于，伟人的业绩已经成为历史，而伟人的思想和方法将对后人产生深刻而久远的影响。

    到目前为止，主要存在两种建立物理学理论的方法：牛顿方法和爱因斯坦方法。牛顿方法可以称为绝对自由或不受限制的方法。爱因斯坦方法可以称为相对自由或受数学理论限制的方法。

    在牛顿生活的年代及其以前的很长一段时间里，在人们的心目中，亚里士多德、欧几里德、阿基米得等古希腊的先贤是不可逾越的高峰。任何人，在不引经据典的情况下都不敢提出新理论。而牛顿，以大无畏的精神突破了这一限制，建立了全新的，而且远远超过希腊人的理论体系。所以我们说，牛顿方法可以称为绝对自由或不受限制的方法。具体地说，即以实验和事实为依据，在一切可能的方案之中，选择最佳方案。

    而爱因斯坦在建立理论体系之前，先追求所谓数学上的完美性。对于所谓数学上不完美的理论，则将其拒之门外。所以我们说，爱因斯坦方法可以称为相对自由或受数学理论限制的方法。具体地说，即以实验和事实为依据，仅在数学完美的方案之中，选择最佳方案。

    牛顿方法的优点是不会遗漏可能获得成功的方案，缺点是可供选择的方案太多。爱因斯坦方法的优缺点与牛顿方法正好相反。其优点是可供选择的方案较少，缺点是可能会遗漏能够获得成功的方案。

    相信将有越来越多的人宁可用牛顿方法，而不愿冒险用爱因斯坦方法，因为牛顿方法保险，而一旦选择了错误的方法，将会浪费无穷多的时间和精力。

    实际上，目前在人工智能领域，采用牛顿方法所得结果一般效果较好，而采用爱因斯坦方法一般效果较差。

    需要指出的是：数学上完美的理论只能近似地反映自然规律。以对称为例，宇宙间有完全对称的事物吗？没有。至少现在还没有发现。例如雪花，边角处总有破缺，因此只是近似对称。同样，目前所有的对称理论都遭遇对称性破缺。既然如此，就应该说：爱因斯坦方法只能对事物进行近似描述，而要更精确地对事物进行描述，必须回归到牛顿的出发点，使用牛顿方法。

    从哲学上来说，关于对称与不对称，我们的基本观点是：对称是相对的，局部的，暂时的；而不对称则是绝对的，全面的，永恒的。因而只寻求对称之类数学完美的物理学理论的做法至少是片面的，值得商榷的。也不利于物理学的发展。

    据此，牛顿是最伟大的科学家这一结论还有什么值得怀疑的吗？

    在牛顿的各种故事中，还有一个非常令人感兴趣的问题：牛顿为什么长寿？

    牛顿出生时身体瘦弱，妈妈也非常虚弱，以至于有人曾经怀疑牛顿是否能够长大成人。然而，就是这么一个瘦弱的婴儿，日后不但在科学技术领域做出了前无古人的巨大成果，而且一直活到八4岁。其原因何在？值得认真思考。

    首先，牛顿绝对不是工作狂，其成果也不是靠拼体力做出的。尽管有牛顿将怀表当成鸡蛋去煮，经常开夜车、吃掉顿饭的现象，但是不能据此就说牛顿是工作狂。让我们仔细分析一下牛顿写作划时代著作《自然哲学的数学原理》（以下简称《原理》）时的情况吧。《原理》于16八5年年初开始写作，于16八7年春天完成，历时两年多。该书主要部分共分为三卷，总计五百多页。如果这五百多页完全从头开始写作，工作量确实非常大。但是实际情况是：第一卷的内容几乎都是牛顿以前完成的论文，完全是直接采用；第二卷和第三卷中也有许多内容取自以前完成或接近完成的论文，只是需要做一些加工修改工作。如此看来，总的工作量并不大。也许有人会说牛顿当时还有其他工作，即使这样，两年多时间里完成五百多页主要是加工修改的工作，也绝对不是工作狂的速度。另外，牛顿完成《原理》之后，就到宁静的地方休养，而且以后很长时间不再考虑力学问题，这更不是工作狂的风格。

    其次，牛顿最主要的成果都是在没有压力并且非常宽松的条件下完成的。牛顿大学毕业后，由于伦敦闹鼠疫学校放假，于是在母亲的农场里度过了长达两年的自由时光。正是在这两年时间里，牛顿不但建立了二项式定理等，而且打下了三大发明（微积分，万有引力定律和光的分析）的坚实基础。需要强调指出的是，牛顿的一些灵感是在头脑十分清醒的情况下出现的。例如，牛顿是在苹果树下休息时见到苹果落地而联想到万有引力的问题。如果当时牛顿的头脑没有经过充分休息，而是处于一种麻木状态，恐怕就不会联想到万有引力的问题。顺便说一句，一切明智的人都会懂得“不会休息的人就不会工作”的道理，但是许多英年早逝的人却不懂。

    第三，牛顿在时机不成熟时不勉强工作。例如，牛顿在计算地球和月球之间的引力时，由于不知道某些准确数据，就把这一工作放下来，直到13年以后知道了准确数据之后才重新开始。再如，牛顿完成《原理》之后不久，就当选为国会议员，以后又被任命为造币局副局长和局长，几乎完全脱离了科研工作。其原因一直无人给出合理解释。而我们认为，其原因恰恰在于牛顿当时无法找到合适的研究课题而不勉强从事科研工作。但是，牛顿随时准备在发现合适课题时重返科研领域。为什么这么说呢？因为牛顿一直没有使自己的科研能力有丝毫的下降。有两件事证明了这一点。一是1696年（牛顿53岁），数学家伯努利提出两个数学难题向欧洲数学家挑战，牛顿获悉后当天晚上就解决了。二是牛顿70多岁时，数学家莱布尼兹提出一个问题企图难倒牛顿，结果牛顿一个下午就解决了。

    在时机不成熟时不勉强工作，这一点非常重要。因为在时机不成熟时勉强工作，一定出不了成果。这就会产生沮丧、焦急、恼怒、颓废等情绪，这些对身体都是极为有害的。

    以上对牛顿长寿的原因进行了初步探讨。联想到我国知识分子英年早逝的现象越来越严重，人们应该可以从牛顿长寿的原因中得到一些有益的启示。

    作为本章的结束，指出牛顿科学生涯中的一些缺憾。

    第一，牛顿仅仅阐明了动量守恒和角动量守恒的原理，而没有详细讨论能量守恒原理。而能量守恒原理是物理学乃至整个自然科学最重要的原理。实际上，不仅牛顿对能量守恒原理重视不够，以后的爱因斯坦等科学家对能量守恒原理也重视不够；正因为如此，到目前为止，能量守恒原理的潜力还远远没有发挥出来。

    第二，在天领域，牛顿当时不知道水星近日点进动问题和光线近日偏折问题，所以未能解决这些问题，这是非常遗憾的事情。否则的话，牛顿可能以自己独特的方法解决这些问题。