世界歷史上最偉大的十位物理學(xué)家（一）

徐漢屏

對(duì)科學(xué)真理矢志不渝的追求，是千千萬萬科學(xué)家的共同精神。秉承這種精神，人類經(jīng)歷了一次又一次科學(xué)革命，從而促進(jìn)科學(xué)飛速發(fā)展。關(guān)于世界歷史上最偉大的十位物理學(xué)家，沒有官方的排名，也不可能作出這樣的排名，各種資料所顯示的名單也不盡相同。英國的物理網(wǎng)（physicsweb.org）喜歡各種有趣的評(píng)選活動(dòng)，他們?cè)?jīng)搞過歷史上最偉大的物理學(xué)家的投票，評(píng)選結(jié)果依次為：牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋、伽利略、狄拉克、玻爾、普朗克、費(fèi)曼、法拉第、薛定諤。下面，對(duì)他們的生平經(jīng)歷及主要貢獻(xiàn)分別作一簡單介紹。

牛頓——經(jīng)典力學(xué)體系的奠基人

牛頓，英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、自然哲學(xué)家和煉金術(shù)士。

1643年1月4日，牛頓出生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村。少年時(shí)的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常，成績一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機(jī)械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動(dòng)手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等等。

1661年，19歲的牛頓進(jìn)入劍橋大學(xué)圣三一學(xué)院。在這里，他開始接觸到大量自然科學(xué)著作，經(jīng)常參加學(xué)校舉辦的各類講座，包括地理、物理、天文和數(shù)學(xué)。牛頓的第一任教授巴羅是個(gè)博學(xué)多才的學(xué)者。牛頓在回憶時(shí)說道：“巴羅博士當(dāng)時(shí)講授關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)的課程，也許正是這些課程促使我去研究這方面的問題。”1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年獲文學(xué)士學(xué)位。正當(dāng)牛頓準(zhǔn)備留校繼續(xù)深造時(shí)，嚴(yán)重的鼠疫席卷英國，劍橋大學(xué)因此而關(guān)閉，牛頓離校返鄉(xiāng)。家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境使得他的思想展翅飛翔，以整個(gè)宇宙作為其藩籬。這短暫的時(shí)光成為牛頓科學(xué)生涯中的黃金歲月，他的三大成就：微積分、萬有引力、光學(xué)分析的思想就是在這時(shí)孕育成形的?？梢哉f此時(shí)的牛頓已經(jīng)開始著手描繪他一生大多數(shù)科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。1667年，牛頓回劍橋后當(dāng)選為圣三一學(xué)院院委，次年獲碩士學(xué)位。1669年，26歲的牛頓晉升為盧卡斯教授，直到1701年。1696年，牛頓任皇家造幣廠監(jiān)督，并移居倫敦。1703年任英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長。1706年受女王安娜封爵。

牛頓從容不迫地觀察日常生活中的小事，做出了科學(xué)史上一個(gè)個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)。他對(duì)于科學(xué)研究專心到癡迷的地步。據(jù)說有一次牛頓煮雞蛋，他一邊看書一邊干活，糊里糊涂地把一塊懷表扔進(jìn)了鍋里，等水煮開后，揭蓋一看，才知道錯(cuò)把懷表當(dāng)雞蛋煮了。還有一次，牛頓請(qǐng)朋友吃飯，準(zhǔn)備好飯菜后，自己卻鉆進(jìn)了研究室，朋友見狀吃完后便不辭而別了，牛頓出來時(shí)發(fā)現(xiàn)桌上只剩下殘羹冷飯，以為自己已經(jīng)吃過了，就回去繼續(xù)進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)。牛頓用心之專注被傳為佳話。

牛頓是經(jīng)典力學(xué)理論理所當(dāng)然的開創(chuàng)者。他系統(tǒng)地總結(jié)了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律。

牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律是他在自然科學(xué)中最輝煌的成就。那是在假期里，牛頓常常來到母親的家中，在花園里小坐片刻。有一次，像以往屢次發(fā)生的那樣，一個(gè)蘋果從樹上掉了下來。一個(gè)蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，它使那個(gè)坐在花園里的人的頭腦開了竅，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢？牛頓思索著。終于，他發(fā)現(xiàn)了對(duì)人類具有劃時(shí)代意義的萬有引力。他認(rèn)為太陽吸引行星、行星吸引行星、以及吸引地面上一切物體的力都是具有相同性質(zhì)的力，還用微積分證明了開普勒定律中太陽對(duì)行星的作用力是吸引力，證明了任何一曲線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，若是半徑指向靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，且繞此點(diǎn)掃過與時(shí)間成正比的面積，則此質(zhì)點(diǎn)必受指向該點(diǎn)的向心力的作用，如果環(huán)繞的周期之平方與半徑的立方成正比，則向心力與半徑的平方成反比。牛頓還通過大量實(shí)驗(yàn)，證明了任何兩物體之間都存在著吸引力，總結(jié)出了萬有引力定律。他還用萬有引力原理說明潮汐的各種現(xiàn)象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有關(guān)，而且同太陽的方位有關(guān)。牛頓預(yù)言地球不是正球體。歲差就是由于太陽對(duì)赤道突出部分的攝動(dòng)造成的。

牛頓運(yùn)動(dòng)三定律是構(gòu)成經(jīng)典力學(xué)的理論基礎(chǔ)，這些定律是在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，是解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)問題的基本理論依據(jù)。1687年，牛頓出版了代表作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，這是一部力學(xué)的經(jīng)典著作。牛頓在這部書中，從力學(xué)的基本概念（質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力）和基本定律（運(yùn)動(dòng)三定律）出發(fā)，運(yùn)用他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學(xué)工具，建立了經(jīng)典力學(xué)的完整而嚴(yán)密的體系，把天體力學(xué)和地面上的物體力學(xué)統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)史上第一次大的綜合。

在光學(xué)方面，牛頓也取得了巨大成果。他利用三棱鏡試驗(yàn)了白光分解為有顏色的光，最早發(fā)現(xiàn)了白光的組成。他對(duì)各色光的折射率進(jìn)行了精確分析，說明了色散現(xiàn)象的本質(zhì)。他指出，由于對(duì)不同顏色的光的折射率和反射率不同，才造成物體顏色的差別，從而揭開了顏色之謎，牛頓還提出了光的“微粒說”，認(rèn)為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運(yùn)動(dòng)路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯的“波動(dòng)說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。此外，他還制作了牛頓色盤和反射式望遠(yuǎn)鏡等多種光學(xué)儀器.牛頓曾把一個(gè)磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個(gè)十分光潔的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接觸點(diǎn)是一個(gè)暗點(diǎn)，周圍則是明暗相間的同心圓圈，后人把這一現(xiàn)象稱為“牛頓環(huán)”。1704年，他出版了《光學(xué)》一書，系統(tǒng)闡述他在光學(xué)方面的研究成果。

在熱學(xué)方面，他研究過計(jì)溫學(xué)，觀測水沸騰或凝固時(shí)的固定溫度，研究熱物體的冷卻定律，即當(dāng)物體表面與周圍有溫差時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。

除了在物理學(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)外，牛頓在數(shù)學(xué)研究中也成績卓越.牛頓與萊布尼茨分享了發(fā)展微積分學(xué)的榮譽(yù)。他也證明了廣義二項(xiàng)式定理，提出了“牛頓法”以趨近函數(shù)的零點(diǎn)，并為冪級(jí)數(shù)的研究作出了貢獻(xiàn)。

1727年3月20日，牛頓在倫敦病逝。他的墓碑上鐫刻著：“讓人們歡呼這樣一位多么偉大的人類榮耀曾經(jīng)在世界上存在?！?/p>

2005年，英國皇家學(xué)會(huì)進(jìn)行了一場“誰是科學(xué)史上最有影響力的人”的民意調(diào)查，牛頓被認(rèn)為比愛因斯坦更具影響力.牛頓有一句傳世名言——“如果我看得更遠(yuǎn)的話，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏稀?，表現(xiàn)出一位杰出科學(xué)家的謙遜品質(zhì)。

愛因斯坦——現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者

愛因斯坦，德裔美國科學(xué)家、思想家和哲學(xué)家。

1879年3月14日，愛因斯坦生于德國的烏爾姆。在孩童時(shí)，愛因斯坦很沉靜，他常常獨(dú)自一人來消磨時(shí)間。他語言表達(dá)遲緩，在閱讀方面也有困難，但是，他對(duì)事物的原理卻特別感興趣，并經(jīng)常提出許多問題。在愛因斯坦5歲的時(shí)候，他的父親給他一個(gè)羅盤。他驚異地發(fā)現(xiàn)羅盤的指針總是指向北方，他非常好奇，于是問父親和叔叔是什么原因使指針轉(zhuǎn)動(dòng)的。然而，他們關(guān)于磁性和引力的回答對(duì)孩子來說確實(shí)太難了，但是，愛因斯坦還是花了很多的時(shí)間來思考這一問題。小小的羅盤，里面那根按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)的磁針，喚起了這位未來的科學(xué)巨匠的好奇心——探索事物原委的好奇心。

愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，人瑞士國籍，后來在瑞士政府的專利局里就職。專利局的工作很輕松，他把好多時(shí)間用在了創(chuàng)立自己的學(xué)說上.其中有一些就是關(guān)于相對(duì)論的理論。

1905年，愛因斯坦發(fā)表了一篇論文，雖然只有35頁，但卻是科學(xué)史上最重要的文獻(xiàn)之一.這就是狹義相對(duì)論。愛因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎(chǔ)上，從光速不變?cè)沓霭l(fā)，建立了新的時(shí)空觀，對(duì)牛頓時(shí)空觀進(jìn)行了拓展和修正。愛因斯坦提出了物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化為能量，并且給出了能夠衡量物質(zhì)能量的表達(dá)式，即著名的愛因斯坦質(zhì)能方程E=大的能量，從而解釋了為什么太陽可以數(shù)百萬年地發(fā)光發(fā)熱，解決了長期存在的恒星能源來源的難題，還導(dǎo)致了原子能的發(fā)現(xiàn).近年來發(fā)現(xiàn)了越來越多的高能物理現(xiàn)象，狹義相對(duì)論已成為解釋這些現(xiàn)象的一種最基本的理論工具。

愛因斯坦白1909年開始在蘇黎世工業(yè)大學(xué)、布拉格德意志擔(dān)任大學(xué)教授。1913年返德國，任柏林威廉皇帝物理研究所所長和柏林洪堡大學(xué)教授，并當(dāng)選為普魯士皇家科學(xué)院院士。

在他發(fā)表了有關(guān)狹義相對(duì)論的論文10年后，愛因斯坦又發(fā)表了另外一篇論文——廣義相對(duì)論，提出了有關(guān)引力、物質(zhì)與能量之間的關(guān)系的新論點(diǎn)。廣義相對(duì)論解決了一個(gè)天文學(xué)上多年的不解之謎，并推斷出后來被驗(yàn)證了的光線彎曲現(xiàn)象，還成為后來許多天文概念的理論基礎(chǔ)。

愛因斯坦對(duì)天文學(xué)最大的貢獻(xiàn)莫過于他的宇宙學(xué)理論。他創(chuàng)立了相對(duì)論宇宙學(xué)，建立了靜態(tài)有限無邊的白洽的動(dòng)力學(xué)宇宙模型，并引進(jìn)了宇宙學(xué)原理、彎曲空間等新概念，大大推動(dòng)了現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展.他的量子理論對(duì)天體物理學(xué)、特別是理論天體物理學(xué)都有很大的影響。理論天體物理學(xué)的第一個(gè)成熟的方面——恒星大氣理論，就是在量子理論和輻射理論的基礎(chǔ)上建立起來的。

愛因斯坦于1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他的獲獎(jiǎng)并不是由于相對(duì)論，而是因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)定律，第一個(gè)成功地解釋了光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子。愛因斯坦的這一發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了現(xiàn)代電子學(xué)的發(fā)展，其中包括廣播和電視。

1933年愛因斯坦在英國期間，被格拉斯哥大學(xué)授予榮譽(yù)法學(xué)博士學(xué)位。因受納粹政權(quán)迫害，遷居美國，任普林斯頓高級(jí)研究所教授。從事理論物理研究，1940年人美國國籍。愛因斯坦把他的一生中最后的25年用在了“統(tǒng)一場論”的研究中。他希望找到一個(gè)通用的數(shù)學(xué)公式，把所有的物理學(xué)領(lǐng)域聯(lián)系到一起。這件工作愛因斯坦一直沒有完成。

愛因斯坦一生淡泊名利。1952年11月9日，愛因斯坦的老朋友以色列首任總統(tǒng)魏茨曼逝世。在此前一天，就有以色列駐美國大使向愛因斯坦轉(zhuǎn)達(dá)了以色列總理古里安的信，正式提請(qǐng)愛因斯坦為以色列共和國總統(tǒng)候選人。愛因斯坦則在報(bào)上發(fā)表聲明，謝絕出任以色列總統(tǒng)。在愛因斯坦看來，“方程對(duì)我更重要些，因?yàn)檎问菫楫?dāng)前，而方程卻是一種永恒的東西。”

1955年4月18日，愛因斯坦因主動(dòng)脈瘤破裂逝世于美國普林斯頓，享年76歲。愛因斯坦生前不要虛榮，死后更不要哀榮。他留下遺囑，要求不發(fā)訃告，不舉行葬禮。他把自己的大腦供給醫(yī)學(xué)研究，身體火葬焚化，骨灰秘密地撒在不讓人知道的河里，不要有墳?zāi)挂膊幌肓⒈?999年愛因斯坦被美國《時(shí)代周刊》評(píng)選為“世紀(jì)偉人”，2009年被諾貝爾基金會(huì)評(píng)選為諾貝爾獎(jiǎng)百余年歷史上最受尊崇的3位獲獎(jiǎng)?wù)咧弧?/p>

一個(gè)美國記者曾經(jīng)問過愛因斯坦關(guān)于他成功的秘訣。他回答：“早在1901年，我還是二十二歲的青年時(shí)，我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了成功的公式。我可以把這公式的秘密告訴你，那就是A=X+Y+Z！A就是成功，X就是努力工作，Y是懂得休息，Z是少說廢話！這公式對(duì)我有用，我想對(duì)許多人也是一樣有用?！?