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第7章 物理科学家的故事(7)

为了用实验来证实麦克斯韦高深莫测的电磁场理论,验证电磁波的确存在,赫兹精心设计了一个电磁波发生器,对“电火花实验”进行了一系列深入的研究。赫兹用两块边长16英寸的正方形锌板,每块锌板接上一个12英寸长的铜棒,铜棒的一端焊上一个金属球,将铜棒与感应圈的电极相连。通电时,如果使两根铜棒上的金属球靠近,便会看到有火花从一个球跳到另一个球。这些火花表明电流在循环不息,在金属球之间产生的这种高频电火花,即电磁波,麦克斯韦的理论认为由此电磁波便会被送到空间去。

赫兹为了捕捉这些电磁波,证明它确实被送到了空间,他用一根两端带有铜球的铜丝弯成环状,当作检波器。他把这个检波器放到离电磁波发生器10米远的地方,当电磁波发生器通电后,检波器铜丝圈两端的铜球上产生了电火花。这些火花是怎样产生的呢?赫兹认为:这便是电磁波从发射器发出后,被检波器捉住了;电磁波不仅产生了,而且传播了10米远。

赫兹将他发现电磁波的研究成果总结在《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》一文中,寄给了亥姆霍兹,论文中用实验证明了麦克斯韦的电磁场理论。亥姆霍兹一口气读完了论文,非常高兴地立即写信给他的得意门生:“手稿收到。好!星期四手稿交付排印。”仅过3天,赫兹就收到了老师的这封复信。谁也没有料想到,赫兹竟用如此简单的自制仪器验证了麦克斯韦如此深奥的电磁场理论,赫兹的论文出色地解答了1879年亥姆霍兹提出的悬赏难题,由此荣获柏林学院的科学奖。从此,电磁波的存在得到了确认,再也没有人怀疑了。

从此以后,赫兹便专门从事电磁波的研究。他发现,电磁波可以毫无阻碍地穿过墙壁,不过遇到大而薄的金属片便被阻挡住了。他还测定了电磁波的波长,并计算了电磁波的传播速度,发现它在真空中的传播速度和光一样快。赫兹在离波源13米处的墙面上安装了一块锌板。当从波源发射出的电磁波经锌板反射后,在空间便形成了驻波。赫兹先用检波器测出电磁波的波长,再根据直线振荡器的尺寸算出电磁波的频率,最后,用驻波法精确地测量了电磁波的传播速度。

赫兹在《论电动效应的传播速度》中肯定了电磁波的传播速度等于光速。这篇论文发表后,受到全世界科学界的瞩目。后来发现X射线的伦琴教授写信向赫兹祝贺,赞扬他的这些实验是近几年物理学中最优异的成果。接着,赫兹又进行了电磁波的反射、折射、偏振等一系列实验,证明了电磁波与光波一样,具有反射、折射和偏振等物理性质,他撰写了《论电力射线》一文,论证了电磁波与光波的同一性。现在我们常说的无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波。

赫兹的这些突出的成就获得了当时科学界的高度评价。他的恩师亥姆霍兹赞扬说:“光——这种如此重要的和神秘的自然力——与另一种同样神秘的或许更多地应用的力——电——有着最近的亲缘关系,令人信服地证实这种现象无疑是一项重大的成就。现在,人们开始懂得,那些曾设想是远距直接作用的力是如何通过一层中间介质作用于最近一层介质的途径而传播的,这一点对理论科学来说可能更加重要。”

英年早逝的赫兹为我们留下了一份宝贵的遗产,原来,世界上最美丽的事,就是不断地在追求真理的过程中感悟生命的色彩。

善于思考的爱因斯坦

爱因斯坦是举世闻名的德裔美国科学家,现代物理学的开创者和奠基人。

19世纪末是物理学的变革时期,爱因斯坦从实验事实出发,从新考查了物理学的基本概念,在理论上作出了根本性的突破。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。可是,取得如此非凡成就的爱因斯坦,小时候却被人认为是一个低能儿。

爱因斯坦3岁的时候,不像其他孩子那样天真活泼,爱说爱笑。他总喜欢静静地坐在客厅里,歪着脑袋认真地倾听母亲弹出的音乐。母亲看着他那聚精会神的憨样,笑着说道:“瞧你一本正经的模样,简直就像一个教授!嗨,我的小宝贝,你为什么不说话呀?”爱因斯坦动了动嘴唇,没有回答母亲的问话,但他那对亮晶晶的眼睛却扑闪扑闪地不断眨动着,显示出快乐的光芒,他的内心已经体会到音乐的优美流畅,但他却说不出口。爱因斯坦的父亲喜欢郊游,经常兴高采烈地带着全家人到野外去游玩。小爱因斯坦十分喜欢这种活动,野外的一切都使他沉醉,然而,他却不爱说话,不能用语言把这一切表达出来。而比他小的妹妹却像一只百灵鸟,一路上欢快地唱着、叫着。邻居家的孩子们经常在一起玩游戏,小家伙们在一起尽情地唱呀、跳呀、叫呀,可这里面却没有爱因斯坦的身影。他喜欢一个人静静地坐在客厅的角落里玩搭积木,一玩就是老半天,然后默默地坐着,忘情地欣赏自己的杰作。就这样,小爱因斯坦已经四五岁了还不大会说话,这时,父母有点儿着急了:“难道他是低能儿,是个傻子?”父母亲赶紧为他请来了医生,却没有检查出什么毛病。小爱因斯坦在常人眼里,并不是一个聪明的孩子,这一方面是因为他不大会说,一方面则因为他总是提出一些稀奇古怪的问题,让人觉得有些低能、傻气,大人们甚至怀疑他的智商是否有障碍。人们根本不知道,这个幼小孩子所提出的貌似可笑无知的问题,原来是出自对未知世界的强烈求知欲。爱因斯坦那被人误认为平庸低能的小脑瓜里,充满了对这个陌生世界的苦思冥想、百思不解,几乎没有安宁的时候。

在爱因斯坦5岁的时候,一天,爸爸送给他一件小玩具——罗盘。有着强烈好奇心的小爱因斯坦为此心花怒放,立刻爱不释手地摆弄起来。罗盘中间有一根指北针,尖端一头涂着红色,颤巍巍地抖动着,总是顽固而坚定不移地指向北方。爱因斯坦小心翼翼地转动盘子,想偷偷改变指针的方向,但无论他怎样转来转去那根针就是不听指挥,红色的那端依然牢牢地指向北方。小爱因斯坦急了,猛一转身子,从朝北转向朝南,心想:“这个指北针总该跟着我走了吧?”但是定睛一瞧,他不由大吃一惊:红色的一端依旧指着北方!“太奇怪了……”爱因斯坦不知所措地喃喃着,“这到底是为什么呢?”他想去向父亲询问,可灵机一动,他马上自己作出了解答:“对,这根针的旁边一定有什么东西在推着它,所以它能永远保持一个方向。”于是他翻来覆去地研究罗盘,想在指针周围找出那神秘的东西。但令他大失所望的是,他什么也没找到。这个童年之谜就此深深刻印在他的记忆中,挥之不去。也许,爱因斯坦日后对电磁场的深入研究,其灵感就是源于童年时代那谜一样的小玩具罗盘呢。爱因斯坦的童年本来就沉默寡言,不爱说话,如今有了罗盘这个有趣的伙伴,他整天精神恍惚,越发沉默不语,父母还以为这次他是真的病了呢。这件有关罗盘的童年往事,给爱因斯坦留下深深的印象,甚至在许多年后,他还常津津有味地回忆。

到了上学的年龄,与同龄孩子相比,小爱因斯坦依然显得十分木讷,动作迟缓呆笨。而且,他的学习成绩很差,每次被老师叫起来背诵课文,他总是呆头呆脑一句也念不出来。同学们私下里都嘲笑他。爱因斯坦虽然很愚笨,然而却很善良、虔诚,同学们给他起了一个绰号叫“老实头”。6岁时,爱因斯坦迷上音乐,开始学习小提琴,小提琴奏出的优美音乐将他带入了一个美妙的境界,音乐曾一度使他着迷。然而,练习小提琴时机械、重复的弓法和指法又令他心生厌倦。就这样,小爱因斯坦平淡无奇开始了小学生活,又以平淡无奇而结束。此时的小爱因斯坦与同龄人相比,不仅没有超长之处,反而多几分笨拙。

10岁那年,小爱因斯坦告别了小学,成了一名中学生。在学校里那些老师将希腊文、拉丁文一个劲儿地往学生头脑里塞,而学生的职责就是背、背,整天都是背。对于这种学习方式,小爱因斯坦烦透了,有意无意地将自己的兴趣转移到了数学上,数学成了他中学时代的最大的业余爱好。爱因斯坦的叔叔是一个工程师,对数学也很喜欢,有一次在纸上画了一个直角三角形,写了AB2+BC2=AC2,并满脸神秘地对爱因斯坦说:“这就是大名鼎鼎的毕达哥拉斯定理,两千多年以前的人就会证明了,你也来试一试。”12岁的爱因斯坦此时还不懂得什么叫几何,但他被这个定理迷住了,决心试一试,他一连几个星期苦苦思索,寻找着证明的方法,到第三个星期的最后一天时,竟然被他证明出来了。他第一次体会到创造的快乐。随着年龄的增大,爱因斯坦的眼界逐渐开阔,能使他产生兴趣的事物也变得越来越复杂。12岁时,爱因斯坦得到一本硬皮精装的几何教科书。他怀着兴奋神秘而又略带恐惧敬畏的心情把书翻开,从头一页欧几里德的第一条定理读起,越看越入迷,竟然一口气把书读完,他深深为几何定理的精密、明确和严谨所折服。对一些定理,他反复地进行琢磨和思考,有时还尝试着撇开已有的论证方法,另辟蹊径,自己来重新证明,爱因斯坦总会高兴得欣喜若狂,他第一次深切体会到发现真理的巨大快乐。爱因斯坦幼年时代的好奇心得到进一步发展,同时他的自信心也逐步增强。不久,他又自学了高等数学,中学里的老师已不是他的对手。当他的同学们还在全等三角形中跋涉时,小爱因斯坦已经遨游在微积分的天地里了。爱因斯坦在数学王国里成绩卓著,而其他学科引不起小爱因斯坦的兴趣,成绩就很差,不少老师对他这种学习态度都很看不惯,并多次责备过他。一次,小爱因斯坦的父亲问学校里的教导主任,自己的儿子将来可以从事什么职业,这位老师竟直言说道:“做什么都没有关系,你的儿子将是一事无成。”这位老师对小爱因斯坦的成见非常深,认为他是一块朽木,已再无雕刻的价值,竟勒令他退学。就这样,爱因斯坦15岁那年就失学了,连毕业证都没有拿到。

爱因斯坦自幼养成了爱读书、爱思考问题的好习惯。有一段时期,他对《大众物理科学丛书》这本通俗科学读物着了迷,无论走到哪里,都要把这本书带在身边,时时翻阅。正是这本书,不但使爱因斯坦破除了宗教权威的迷信,而且引导他立下了探索自然奥秘的宏图大志。在少年爱因斯坦的身边,还总是带着一个小笔记本,那是为随时记下灵感的火花而用的。16岁那年,又一个极富挑战性的问题占据了他的头脑:假如某种光的接收器,比如:人的眼睛或者是摄影机,跟随在光的后面,用光速飞奔,那么,会发生什么情形呢?他把问题捕捉住,记在本子上。但正确的答案又去哪里寻找呢?他百思不得其解,又为自己设置了一个新的难题、新的挑战。正是这个令爱因斯坦日思夜想的高难问题,孕育了未来相对论的神奇萌芽。也许,这可以看做是小爱因斯坦向科学堡垒发起的第一次勇敢进攻。那以后,爱因斯坦更加的勤奋刻苦,终于成为举世瞩目的大科学家。

通过爱因斯坦的故事,我们知道,人要正确认识自己,因为人与人性格差异很大,了解自己的性格优势与不足。要学会扬长避短,有助于形成自己独特的自信心。人是不断变化发展的,我们需要不断更新、不断完善对自己的认识,才能使自己变得更好和更完美。

正确认识自己,就要做到用全面的、发展的眼光看自己,自信而不自大,自谦而不自卑,脚踏实地地实现自己的目标。

量子论的创立者玻尔

玻尔,丹麦物理学家,是量子论的最重要的创立者之一,荣获1922年诺贝尔物理学奖。

玻尔一生从事科学研究,他的研究工作开始于原子结构未知的年代,结束于原子科学已趋成熟、原子核物理已经得到广泛应用的时代。他的《论原子构造和分子构造》中创立了原子结构理论,为20世纪原子物理学开辟了道路。

玻尔出生在哥本哈根维德海滨一座古老豪华的大厦里。父亲是哥本哈根大学生理学教授,也是一位国际知名的年轻学者。因而可以说玻尔出生在一个得天独厚、条件十分优越的家庭。

玻尔中学毕业后考取了哥本哈根大学,攻读物理学。在此期间,他的一篇关于水的表面张力的论文,荣获哥本哈根学院的金质奖章。玻尔开始在学术界崭露头角。接着,玻尔以题为《金属电子论的研究》的论文取得了物理学博士学位。然后又因毕业成绩优异而获得卡尔斯堡奖学金赴美国剑桥大学和曼彻斯特大学继续学习和工作。

玻尔不远千里来到世界物理学的中心——剑桥大学的卡文迪许实验室。此时,玻尔正巧遇上卡文迪许实验室一年一度的聚餐会,和往年不同的是,今年的聚餐会上,被誉为“原子巨人”的英国曼彻斯特物理研究中心主任卢瑟福将在会上作一次演讲。卢瑟福关于原子结构的演讲深深打动了玻尔。不久,玻尔就决定到曼彻斯特去,到卢瑟福这位能深入到科学核心的科学家身边去学习。在曼彻斯特,玻尔得到一个具有平等自由学术空气的研究环境,卢瑟福教授身边的人们,每天下午全体围在一起,边吃糖果茶点,边热烈地讨论各种问题,无论是权威卢瑟福还是新来的玻尔都能平等地畅所欲言。玻尔接受卢瑟福的指导,两人共同探讨一些疑难问题,他们从此结下了深厚的友谊。

玻尔在曼彻斯特待了一段时间后,就返回祖国,不久,他的一篇论文《论原子构造和分子构造》问世了。这篇论文在经过卢瑟福的审阅后推荐发表在《哲学杂志》上。论文一发表就立即引起欧洲科学界的震动。一些人为它欢呼,而另一些人却不能轻易承认玻尔的观点。

为此,英国科学界召开了科学促进会议,专题讨论玻尔的这一新观点。在这次专题讨论会上,玻尔平静地向与会者详细介绍了自己的关于氢原子结构和氢光谱的初步理论,并着重解释说,研究原子,尤其是解释原子这个太阳系的稳定性时,必须引进新的原理,即研究微观粒子运动规律的理论——量子论。

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