八一八那些开了挂的英国天才们_派派后花园

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[人文通史] 八一八那些开了挂的英国天才们

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举报 只看楼主 使用道具 楼主   发表于: 2020-05-08 0
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在英国电视四台的《英国天才》系列中,理查德·道金斯,詹姆斯·戴森,史蒂芬·霍金,大卫·艾登堡和罗伯特·温斯顿带领我们一起领略从牛顿到现代,英国科学史上伟大的时刻,认识创造这些时刻的伟人们!由这五个人担任解说,中间还会有别的人加入,比如,吉姆·艾·哈里利,凯西·塞克斯,奥莉薇亚·贾德森,等等。
英国伟大的发明家和科学家引领世界的进步,他们战斗在世界历史最伟大进步的前沿。从蒸汽机到互联网,从进化论到原子的发现,英国科学家和他们手中先进精巧的机器塑造了现代的世界。《英国天才》就为我们展示了这些至关重要的时刻,为我们讲述了从艾萨克·牛顿,爱德蒙·哈雷到阿兰·图灵,弗雷德·霍伊尔的男男女女,他们克服重重困难,最终取得了科学上的巨大发现。发生在他们身上的故事各种各样,从纯粹天才的构思到强迫症,欺诈,甚至盗坟掘墓的各种...
下面是一些天才们的文字资料。
创世五人
开启英国乃至世界科学研究新纪元的五位科学家
1.克里斯托弗·雷恩
克里斯托弗·雷恩爵士(Sir Christopher Wren,1632-1723年),英国皇家学会会长,天文学家和著名建筑师。

生平
生于威尔特郡蒂斯巴里。在牛津大学学习,1651年获文学士学位,1653年获文学硕士学位,1661年获民法博士学位。曾获剑桥大学法学博士学位。1652-1661年在万灵学院任教。1657-1660年兼任伦敦格雷沙姆学院天文学教授。1661-1673年任牛津大学天文学教授。1669年直到他逝世前的数年,他担任皇室著作的主检查员,是伊萨克·巴罗、罗伯特·波义耳、约翰·沃利斯、埃德蒙多·哈雷、牛顿、罗伯特·胡克等当时著名科学家好友。是英国皇家学会创始人之一,1681-1683任会长。1673年被授予爵位。1685年至1700年一直在国会任职。
他设计了52座伦敦的教堂,其中很多以优雅的尖塔顶闻名。在1663年计划重建圣保罗大教堂时,他获得了数学家的称号,其后致力于建筑学。圣保罗大教堂在1666年被大火摧毁,由雷恩在1675-1710年指导重建。他还提交了整个伦敦的重建计划,但一直没有被采纳。
牛津大学的谢而登剧院是雷恩重要的处女作。其他的还有圣三一学院图书馆,剑桥大学彭布罗克学院礼堂,还有肯辛顿宫和汉普顿宫的扩建建筑。在美国,他的代表作只有弗吉尼亚州威廉斯堡威廉与玛丽学院的主建筑。
雷恩在汉普顿宫逝世,被安葬于圣保罗大教堂唱诗班席位之下的地穴内。教堂的门口建有墓碑,刻有拉丁文的结束语:Si monumentum requiris, circumspice(“你在寻找他的纪念馆吗?请看你的周围。”) 在天文学方面,雷恩提出关于彗星的假说,制作月球模型,研究过土星及其光环,发明计算日、月食图解方法等。
建筑
英国最著名的巴洛克风格建筑大师,莫过于克里斯托弗·雷恩(Christopher Wren)。雷恩出生于宗教世家,习于科学,而成于艺术。他的父亲为温莎(Windsor)副主教,叔父为伊利(Ely)主教,而他本人曾就读于威斯敏斯特学院及牛津华德汉学院,并且在绘画上具有很高的技艺。也许正是因为如此,查理二世任命他为工程总监约翰·德纳姆爵士的助理。1663年,雷恩为伦敦主教设计坐落在牛津的谢尔顿戏院。他采纳了古典原则,发展了由古代维特鲁维亚和文艺复兴时期贾科莫·维尼奥拉奠定的分成行列的圆形建筑。 建筑物庄严、整齐、明澈,具有过分雕琢的巴罗克建筑风格,对英国和欧洲建筑影响很大。1664年设计牛津新剧院。1666年伦敦大火,从而给了雷恩发挥才能的机会。在大火后的重建工程中,雷恩重建或监督了86座教堂中的51座,其中最优秀的作品莫过于圣保罗大教堂(St. Paul's Cathedral) 。此外还有格林尼治天文台(1675年),剑桥图书馆(1676-1684年),切尔西医院(1682-1691年),汉普顿法院大楼(1689-1694年),肯辛顿宫殿(1689-1702年),巴尔巴勒议会大楼(1709-1711年)等。

伦敦圣保罗大教堂

雷恩半身像 1673年

圣保罗大教堂
其他
克里斯托弗·雷恩还是人类解剖学和天文学方面的专家,手绘过最早的人脑细部图。

那个时期的人们认为脾脏和大脑同样重要,雷恩对这一观点产生了质疑,于是做了一个放在今天会惹来巨大争议的试验:
他剖开了一只西班牙猎犬的肚子,扯出了它的脾脏后缝合放生,证明了狗没有脾脏也能生存。

雷恩就此建立了用试验打破迷信并发现更多世界真相的理念,成为用实践检验真理的第一人。
除了解剖学,雷恩同样深深地为星空着迷。
为了能够观测星空,他通过解剖马的眼睛,来了解望远镜的原理,结合其他试验,精确校准,并改进望远镜,使他能够清晰地观察到月球表面。
雷恩所在的时代,已经有了浓郁的科学探讨的氛围。
他和其他11位科学家经常聚在一起讨论各自的发现,这个12人的秘密组织被称为“无形学院”。
后来在雷恩的发小,也就是查尔斯国王的支持下,成立了”英国皇家学会”。这是世界上历史最悠久且从未中断过的科学学会。皇家学会的宗旨是Nullius in Verba,意为“不要相信任何人说的话”。从此,人类获取知识的渠道不再薀团人和长者,也不再是《圣经》之类的宗教典籍,而是自己的眼睛和双手,科学实验和逻辑推理成为唯一可信的知识源。
罗伯特·胡克,正是英国皇家学院的一员。
2.罗伯特·胡克
罗伯特·胡克,英国科学家,又译罗伯特·虎克(Robert Hooke,1635年7月18日-1703年3月3日),英国博物学家,发明家。1635年7月18日生于英国怀特岛的弗雷斯沃特村,1703年3月3日卒于伦敦。在物理学研究方面,他提出了描述材料弹性的基本定律-胡克定律,在机械制造方面,他设计制造了真空泵,显微镜和望远镜,并将自己用显微镜观察所得写成《显微术》一书,细胞一词即由他命名。在新技术发明方面,他发明的很多设备至今仍然在使用。除去科学技术,胡克还在城市设计和建筑方面有着重要的贡献。但由于与牛顿的争论导致他去世后少为人知。胡克也因其兴趣广泛,贡献重要而被某些科学史家称为“伦敦的莱奥纳多(达芬奇)”

科学贡献
光学贡献
胡克是17世纪英国最杰出的科学家之一。他在力学、光学、天文学等多方面都有重大成就。他所设计和发明的科学仪器在当时是无与伦比的。他本人被誉为英国的“双眼和双手”。
在光学方面,胡克薀外的波动说的支持者。1655年,胡克提出了光的波动说,他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出了光波是横波的概念。在光学研究中,胡克更主要的工作是进行了大量的光学实验,特别是致力于光学仪器的创制。他制作或发明了显微镜、望远镜等多种光学仪器。
力学贡献
胡克在力学方面的贡献尤为卓著。他建立了弹性体变形与力成正比的定律,即胡克定律。他还同惠更斯各自独立发现了螺旋弹簧的振动周期的等时性等。他曾协助玻意耳发现了玻意耳定律。他曾为研究开普勒学说作出了重大成绩。在研究引力可以提供约束行星沿闭合轨道运动的向心力问题上,1662年和1666年间,胡克做了大量实验工作。他支持吉尔伯特的观点,认为引力和磁力相类似。1664年胡克曾指出彗星靠近太阳时轨道是弯曲的。他还为寻求支持物体保持沿圆周轨道的力的关系而作了大量实验。1674年他根据修正的惯性原理,从行星受力平衡观点出发,提出了行星运动的理论,在1679年给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的观点,但由于缺乏数学手段,还没有得出定量的表示。
天文生物
胡克在天文学、生物学等方面也有贡献。他曾用自己制造的望远镜观测了火星的运动。1663年英国科学家罗伯特胡克有一个非常了不起的发现,他用自制的复合显微镜观察一块软木薄片的结构,发现它们看上去像一间间长方形的小房间,就把它命名为细胞。用自己制造的显微镜观察植物组织,于1665年发现了植物细胞(实际上看到的是细胞壁),并命名为“cell”,至今仍被使用。
发明创造
胡克的发现、发明和创造是极为丰富的。胡克制造过各种机械,包括万向接头在内。1666年伦敦大火以后,他在重建城市中设计了一些重要建筑物。他曾发明过空气唧筒、发条控制的摆轮、轮形气压表等多种仪器。
主要著作
奠定胡克科学天才声望的要数《显微制图》一书。该书于1665年1月出版,每本定价为昂贵的30先令,引起轰动。胡克出生之前很久显微镜就被发明和制造出来,但是,显微镜发明后半个多世纪过去了,却没有像望远镜那样给人们带来科学上的重大发现。直到胡克出版了他的《显微制图》一书,科学界才发现显微镜给人们带来的微观世界和望远镜带来的宏观世界一样丰富多彩。在《显微制图》一书中,胡克绘画的天分得到充分展现,书中包括58幅图画,在没有照相机的当时,这些图画都是胡克用手描绘的显微镜下看到的情景。可惜的是,胡克自己的画像却一张也没有留存下来,据说唯一的一张胡克画像毁于牛顿的支持者之手。《显微制图》一书为实验科学提供了前所未有的既明晰又美丽的记录和说明,开创了科学界借用图画这种最有力的交流工具进行阐述和交流的先河,为日后的科学家们所效仿。1684年时任英国皇家学会会长的塞缪尔·佩皮斯就是看到胡克的这本书,对科学发生了浓厚的兴趣,于是立即购买仪器于1665年2月加入皇家学会。他称赞该书为他一生中所读过的最具天才的书。

图为胡克绘制的跳蚤
去世争议
关于万有引力
胡克对万有引力定律的发现起了重要作用。1679年他写信给牛顿,信中认为天体的运动是由于有中心引力拉住的结果,而且认为引力与距离平方应成反比。按照这个想法,地球表面抛体的轨道应该是椭圆,如果地球能穿透,物体将回到原处,而不象牛顿所说的,物体的轨迹是一条螺旋线,最终将绕到地心。牛顿对此没有复信,但接受了胡克的观点,以后在J.开普勒关于行星运动的第三定律基础上用数学方法导出了万有引力定律。1686年牛顿将载有万有引力定律的《自然哲学的数学原理》卷一的稿件送给英国皇家学会时,胡克希望牛顿在序言中能对他的劳动成果“提一下”,但遭到牛顿的断然拒绝。这是后来胡克控告牛顿剽窃他的成果的来由。
死后一无所有
1703年3月3日,胡克在落寞中去世了,在他死后不久,牛顿就当上了英国皇家学会的主席。随后,英国皇家学会中的胡克实验室和胡克图书馆就被解散,胡克的所有研究成果、研究资料和实验器材或被分散或被销毁,没多久,这些属于胡克的东西就全都消失了。
科学成果
显微镜与望远镜
1665年胡克根据英国皇家学会一院士的资料设计了一台复杂的复合显微镜。有一次他从树皮切了一片软木薄片,并放到自己发明的显微镜观察。他观察到了植物细胞(已死亡),并且觉得他们的形状类似教士们所住的单人房间,所以他使用单人房间的cell一词命名植物细胞为cellua。是为史上第一次成功观察细胞。
同年胡克出版了《显微术》一书,该书包括了一些他使用显微镜或望远镜进行的观察,包括上述的软木切片。 胡克所用的显微镜至今仍然保存在华盛顿国家健康与医学博物馆中。荷兰工匠列文胡克受《显微术》一书启发,对胡克的显微镜镜片进行了改进,对微生物进行了细致的观察,被称为微生物学之父。胡克随后被皇家学会要求确证列文胡克的发现并予以发表。
1663年苏格兰天文学家格里高利设计了格里高利望远镜,但在制造时失败了。10年后胡克利用自己高超的机械设计技术成功建设了第一个这种反射望远镜,并使用这一望远镜首次观测到火星的旋转和木星大红斑,月球上的环形山和双星系统。
技术革新
胡克对当时的机械进行了很多改造,并发明了很多新装置。他发明了锚型擒纵机,也发明了摆轮游丝,通过这一装置,可以按周期控制发条宽紧,至今仍是钟表制作中的关键部件。他也因为这一装置的优先权问题和荷兰物理学家惠更斯产生了长期的争论,直到2006年在英国汉普顿郡一家人的橱柜中发现了胡克的关于皇家学会会议的记录,提供了对胡克有利的证据。他第一个制造出了万向接头,有时候被叫做胡克接头,可以允许刚性杆向任意方向运动,现在仍广泛应用于车辆的传动装置中。虽然意大利数学家卡尔达诺一世纪前就提出了万能接头的想法,但是没有制造出。还有风向仪,水平仪等装置的发明权也常常归功于他。
胡克定律
1660年他在实验中发现螺旋弹簧伸长量和所受拉伸力成正比。1676年在他的《关于太阳仪和其他仪器的描述》(A Description of Helioscopes and Other instruments)一文中用字谜形式发表这一结果,谜面是ceiiinosssttuv。(这是当时惯例,如果还不能确认自己的发现,则先把发现打乱字母顺序发表,确认后再恢复正常顺序。)两年后公布了谜底ut tensio sic vis,意思是“力如伸长(那样变化)”即应力与伸长量成正比的胡克定律。
3.罗伯特·波义耳
罗伯特·波义耳(1627—1691,RobertBoyle),英国化学家,化学史家都把1661年作为近代化学的开始年代,因为这一年有一本对化学发展产生重大影响的著作出版问世,这本书就是《怀疑派化学家TheSkepticalChemist》,它的作者是英国科学家罗伯特·波义耳。革命导师马克思、恩格斯也同意这一观点,他们誉称“波义耳把化学确立为科学”。

家庭背景
波义耳生活在英国资产阶级革命时期,也是近代科学开始出现的时代,这是一个巨人辈出的时代。波义耳在1627年1月25日生于爱尔兰的利兹莫城。就在他诞生的前一年,提出“知识就是力量”著名论断的近代科学思想家弗朗西斯·培根刚去世。伟大的物理学家牛顿比波义耳小16岁。近代科学伟人,意大利的伽利略、德国的开普勒、法国的笛卡尔都生活在这一时期。
波义耳出生在一个贵族家庭,家境优裕为他的学习和日后的科学研究提供了较好的物质条件。童年时,他并不显得特别聪明,他很安静,说话还有点口吃。没有哪样游戏能使他入迷,但是比起他的兄长们,他却是最好学的,酷爱读书,常常书不离手。8岁时,父亲将他送到伦敦郊区的伊顿公学,在这所专为贵族子弟办的寄宿学校里,他学习了3年。随后他和哥哥法兰克一起在家庭教师陪同下来到当时欧洲的教育中心之一的日内瓦过了2年。在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程,更重要的是,瑞士是宗教改革运动0现的新教的根据地,反映资产阶级思想的新教教义熏陶了他。此后波义耳在实际行动中虽然未参与任何一派,但是他在思想上一直是倾向于革命的。
家族成语
1641年,波义耳兄弟又在家庭教师陪同下,游历欧洲,年底到达意大利。旅途中即使骑在马背上,波义耳仍然是手不释卷。就在意大利,他阅读了伽利略的名著《关于两大世界体系的对话》。这本书给他留下了深刻的印象,20年后他的名著《怀疑派化学家TheScepticalChemist》就是模仿这本书的格式写的。他对伽利略本人更是推崇备至。
波义耳的哥哥们和他们的父亲一样,在英国的资产阶级革命中都是保皇派。1644年,他父亲在一次战役中死去。家庭情况的突变,经济来源的中断,使波义耳回到战乱的英国。回国后他随着同情革命的姐姐莱涅拉夫人一起迁居到伦敦。在伦敦他结识了科学教育家哈特·利泊,哈特·利泊鼓励他学习医学和农业。
从医的始末
波义耳在家里是14个兄弟姐妹中最小的一个:在他三岁时,母亲不幸去世。也许是缺乏母亲照料的缘故,他从小体弱多病。有一次患病时,由于医生开错了药而差点丧生,幸亏他的胃不吸收将药吐了出来,才未致命。经过这次遭遇,他怕医生甚于怕病,有了病也不愿找医生。并且开始自修医学,到处寻找药方、偏方为自己治病。哈特利伯的鼓励使他下决心研究医学。当时的医生都是自己配制药物,所以研究医学也必须研制药物和做实验,这就使波义耳对化学实验发生了浓厚的兴趣。
在研究医学的过程中,他翻阅了医药化学家的许多著作,他很崇拜比他大50岁的比利时医药化学家海尔蒙特。海尔蒙特不论白天黑夜,完全投入化学实验,自称为“火术的哲学家”。这就成为波义耳学习的榜样。波义耳为自己创造了一个实验室,整日浑身沾满了煤灰和烟,完全沉浸于实验之中。波义耳就是这样开始了自己献身于科学的生活,直到1691年底逝世。
科学研究
一批对科学感兴趣的人,其中包括教授、医生、神学家等,从1644年起定期地在某一处聚会,讨论一些自然科学问题。他们自称它为无形学院。1648年因为伦敦战局不稳,更因为资产阶级革命派的军队攻占了牛津,革命派首领克伦威尔任命无形学院的成员维尔金斯担任牛津大学瓦当学院的院长,无形学院的部分成员也纷纷迁往牛津,活动的中心从伦敦转移到牛津。1660年,因政局趋于稳定,活动中心又转回到伦敦。随着无形学院的队伍扩大,在1660年的一次-上,宣布正式成立一个促进物理—数学实验知识的学院。不久经国王查理二世批准,这学院变成以促进自然科学知识为宗旨的英国皇家学会。皇家学会根据培根的思想,十分强调科学在工艺和技术上的应用,建立起新的自然哲学,成为著名的学术团体。
波义耳1646年在伦敦就参加了无形学院的活动。后来由于厌倦首都上层社会生活中的空虚,更重要的是想集中精力做一些科学实验,于是迁往他父亲一所偏远的庄园,在那里读书、进行科学实验,一住就是8年。庄园的生活虽然安静,但是对于波义耳的科学活动毕竟有很多不便之处,特别是他很想念那些无形学院的朋友们。1654年,他迁往牛津,寄宿在牛津大学附近一个药剂师家里。以后他又建立了自己设备齐全的实验室,并为自己聘用了一些助手,有些助手还是些很有才华的学者。例如罗伯特·胡克后来也成为一个著名的科学家,他发现了形变同应力成正比的固体弹性定律,制成了显微镜,观察到植物细胞。这些助手在波义耳领导下进行观察和实验,并帮助波义耳收集整理科学资料和来往信件。这样就在波义耳的周围形成了一个科学实验小组,波义耳的实验室也一度成为无形学院的-活动场所。波义耳的一系列科研成果都是在这里取得的,那本划时代的名著《怀疑派化学家》也是在这里完成的。据统计,在1660一1666年的6年里,他写了10本书,在《皇家学会学报》上发表了20篇论文。在牛津,波义耳一直是无形学院的核心人物,正式成立一个促进实验科学的学术团体也是波义耳的主张。不过当皇家学会在伦敦成立时,波义耳身在牛津,所以没有成为该学会的第一批正式会员,但是大家都公认波义耳是皇家学会的发起人之一,固而被任命为首属干事之一。
1668年,波义耳得知他姐夫去世的消息后,决定从牛津迁往伦敦,和他亲爱的姐姐莱涅拉夫人住在一起。到伦敦后,他又在他姐姐家的后院建造了一所实验室,继续进行他的研究工作。对于社交活动,他看得很淡漠,甚至有点厌恶。但是他却把自己的科学活动与皇家学会密切地联系起来,因而在皇家学会赢得很高的声誉,是科学界公认的领袖。1671年他因劳累而中风,经过很长时间的治疗才痊愈。因此1680年波义耳被选为皇家学会会长时,他因为体弱多病又讨厌宣誓仪式而拒绝就任。
成就与贡献
波义耳在科学研究上的兴趣是多方面的。他曾研究过气体物理学、气象学、热学、光学、电磁学、无机化学、分析化学、化学、工艺、物质结构理论以及哲学、神学。其中成就突出的主要是化学。

和当时的许多科学家一样,波义耳首先研究的对象是空气。通过对空气物理性质的研究,特别是真空实验,他认识到真空所产生的吸力乃是空气的压力。他做了一系列实验来考察空气的压力和体积的关系,并推导出空气的压力和它所占体积之间的数学关系。在他的著作《关于空气弹性及其物理力学的新实验》中,他明确地提出:“空气的压强和它的体积成反比”。法国物理学家马略特在此后15年也根据实验独立地提出这一发现。所以后人把关于气体体积随压强而改变的这一规律称作波义耳一马略特定律。这一定律用当今较精确的科学语言应表达为:一定质量的气体在温度不变时,它的压强和体积成反比。
在化学实验中,波义耳读了不少前人的有关著作,也了解到当时的一些科研成果。这不仅开阔了他的眼界,丰富了他的思想,同时也为他整个实验的安排提供了指导。当时德国有位工业化学家格劳伯,大半生从事化学实验,对金属冶炼、酸碱盐的制取有较多的研究,对于振兴德国的工业做出了重大贡献,格劳伯的事迹以及他的关于化学实验的著作《新的哲学熔炉》给了波义耳一个重要的启示,使他认识到化学在工业生产中所具有的广泛意义,化学不应只限于制造医药,而是对于整个工业和科学都有着重要作用的科学。为此,他认为有必要重新来认识化学,首先要讨论的是什么是化学。
波义耳根据自己的实践和对众多资料的研究,主张化学研究的目的在于认识物体的本性,因而需要进行专门的实验)收集观察到的事实。这样就必须使化学摆脱从属于炼金术或医药学的地位,发展成为一门专为探索自然界本质的独立科学。这就是波义耳在《怀疑派化学家》中所阐述的第一个观点。为了引起人们的重视,他在书中进一步强调指出:“化学到目前为止,还是认为只在制造医药和工业品方面具有价值。但是,我们所学的化学,绝不是医学或药学的婢女,也不应甘当工艺和冶金的奴仆,化学本身作为自然科学中的一个独立部分,是探索宇宙奥秘的一个方面。化学,必须是为真理而追求真理的化学”。
为了确定科学的化学,波义耳考虑到首先要解决化学中一个最基本的概念:元素。最早提出元素这一概念的薀团希腊一位著名的唯心主义哲学家柏拉图,他用元素来表示当时认为是万物之源的四种基本要素:火、水、气、土。这一学说曾在两千年里被许多人视为真理。后来医药化学家们提出的硫、汞、盐的三要素理论也风靡一时。波义耳通过一系列实验,对这些传统的元素观产生了怀疑。他指出:这些传统的元素,实际未必就是真正的元素。固为许多物质,比如黄金就不含这些“元素”,也不能从黄金中分解出硫、汞、盐等任何一种元素。恰恰相反,这些元素中的盐却可被分解。那么,什么是元素?波义耳认为:只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。例如黄金,虽然可以同其它金属一起制成合金,或溶解于王水之中而隐蔽起来,但是仍可设法恢复其原形,重新得到黄金。也是如此。
至于自然界元素的数目,波义耳认为:作为万物之源的元素,将不会是亚里士多德的“四种”也不会是医药化学家所说的三种,而一定会有许多种。现在看来,波义耳的元素概念实质上与单质的概念差不多,元素的定义应是具有相同核电荷数的同一类原子的总称。如今这种科学认识是波义耳之后,又经三百多年的发展,直到20世纪初才清楚的。波义耳当时能批判四元素说和三要素说而提出科学的元素概念已很不简单,是认识上一个了不起的突破,使化学第一次明确了自己的研究对象。在《怀疑派化学家》一书中,在明确地阐述上述两个观点的同时,波义耳还强调了实验方法和对自然界的观察是科学思维的基础,提出了化学发展的科学途径。波义耳深刻地领会了培根重视科学实验的思想,他反复强调:“化学,为了完成其光荣而又庄严的使命,必须抛弃古代传统的思辨方法,而象物理学那样,立足于严密的实验基础之上。”波义耳正是这样身体力行的。波义耳把这些新观点新思想带进化学,解决了当时化学在理论上所面临的一系列问题,为化学的健康发展扫平了道路。如果把伽利略的《对话》作为经典物理学的开始,那么波义耳的《怀疑派化学家》可以作为近代化学的开始。

其他
发明了酸碱指示剂
波义耳的口头禅是:“要想做好实验,就要敏于观察。”而他就是如此践行的。
相信读过初中化学的人们对石蕊试纸一定不陌生,这种试纸有红色和蓝色,碱性溶液使红色试纸变蓝,酸性溶液使蓝色试纸变红。有了石蕊试纸,就可以知道一瓶溶液的酸碱性。聪明的读者已经猜到了,石蕊试纸就是由波义耳所发明。
波义耳是一个热爱生活和艺术的翩翩绅士,他喜欢在实验室里摆放一株自己最爱的紫罗兰花,欣赏花的芬芳以中和实验的紧张。在一次实验中,波义耳不慎将浓盐酸溅到花瓣上面,花瓣上立刻逸散出丝缕白烟,波义耳刻不容缓把花拿到水龙头处冲洗一番,然后插回花瓶。这时波义耳突然发现一个奇怪的现象,原本深紫色的紫罗兰竟然变成了红色。细心的波义耳将这一现象记录在案,后续进行了许多花木与酸碱相互作用的实验。通过大量的实验,波义耳发现大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色,其中从石蕊地衣中提取的紫色浸液最为明显,它遇酸变红,遇碱变蓝。波义耳用石蕊浸液把纸浸透,然后烤干,这就是世界上第一张石蕊试纸。

第一位真正的临床分析化学家
如果你以为波义耳只会做一些实验,那就太小瞧他了,他不仅能够熟练地操作实验室里的器材,完成各种微妙而复杂的化学实验,他同时对人体也有着开创先河的研究。
1684年,波义耳出版了一部名为《人血的自然史略》的医学著作,在这本书里,他总结了自己在血液分析方面的实验成果。这是有史以来,人类第一次将化学分析方法用于临床医学。通过实验,波义耳证明了血液中含有氯化钠,并将之称为固定盐。血液蒸馏后的砖红色残渣也引起了他的注意,由此推断血液中含有铁。他是最早发现血液中存在氯化钠和铁的科学家。仅仅这一点,就足以让他青史留名。但波义耳从来没有停止在自己的研究成果之上,他总是不断地开创、开创、开创,重要的事情要说三遍。
研究完血液之后,波义耳对人体内另外一种液体发生了兴趣——他通过对尿液的化学分析,独立制取了磷元素,并对磷的物理性质和化学性质都进行了研究。

波义耳发现了血液中含有氯化钠和铁。
4.艾萨克·牛顿
艾萨克·牛顿(1643年1月4日—1727年3月31日)爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的“全才”,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。
他在1687年发表的论文《自然定律》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;为太阳中心说提供了强有力的理论支持,并推动了科学革命。
在力学上,牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理,提出牛顿运动定律 。在光学上,他发明了反射望远镜,并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察,发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律,并研究了音速。
在数学上,牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。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,并为幂级数的研究做出了贡献。
在经济学上,牛顿提出金本位制度。

人物生平
少年时代
1643年1月4日,艾萨克·牛顿出生于英格兰林肯郡乡下的一个小村落伍尔索普村的伍尔索普(Woolsthorpe)庄园。在牛顿出生之时,英格兰并没有采用教皇的最新历法,因此他的生日被记载为1642年的圣诞节。牛顿出生前三个月,他同样名为艾萨克的父亲才刚去世。由于早产的缘故,新生的牛顿十分瘦小;据传闻,他的母亲汉娜·艾斯库(Hannah Ayscough)曾说过,牛顿刚出生时小得可以把他装进一夸脱的马克杯中。当牛顿3岁时,他的母亲改嫁并住进了新丈夫巴纳巴斯·史密斯(Barnabus Smith)牧师的家,而把牛顿托付给了他的外祖母玛杰里·艾斯库(Margery Ayscough)。年幼的牛顿不喜欢他的继父,并因母亲改嫁的事而对母亲持有一些敌意,牛顿甚至曾经写下:“威胁我的继父与生母,要把他们连同房子一齐烧掉。”

牛顿老家伍尔索普庄园
1648年,牛顿被送去读书。少年时的牛顿并不是神童,他成绩一般,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,就不断地跑动,于是轮子不停地转动;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。
学生时代
1654年,牛顿进了离家有十几公里九龙的金格斯皇家中学读书。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。他在金格斯皇家中学读书时,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很出众,爱好读书,对自然现象有好奇心,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,又喜欢别出心裁地做些小工具、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,这可能是牛顿晚年的宗教生活所受的影响。仅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。
后来迫于生活困难,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,发现他的外甥牛顿伸着腿,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。
据《大数学家》(Men of Mathematics,E·T·贝尔(E.T. Bell)着)和《数学史介绍》(An introduction to the history of mathematics,H·伊夫斯(H. Eves)着)两书记载:“牛顿在乡村学校开始学校教育的生活,后来被送到了格兰瑟姆的国王中学,并成为了该校最出色的学生。在国王中学时,他寄宿在当地的药剂师威廉·克拉克(William Clarke)家中,并在19岁前往剑桥大学求学前,与药剂师的继女安妮·斯托勒(Anne Storer)订婚。之后因为牛顿专注于他的研究而使得爱情冷却,斯托勒小姐嫁给了别人。据说牛顿对这次的恋情保有一段美好的回忆,但此后便再也没有其他的罗曼史,牛顿也终生未娶。”
不过据和牛顿同时代的友人威廉·斯蒂克利(William Stukeley)所著的《艾萨克·牛顿爵士生平回忆录》(Memoirs of Sir Isaac Newton's Life)一书的描述,斯蒂克利在牛顿死后曾访问过文森特(Vincent)夫人,也就是当年牛顿的恋人斯托勒小姐。文森特夫人的名字叫作凯瑟琳,而不是安妮,安妮是她的妹妹(参见Arthur Storer),而且夫人仅表示牛顿当年寄宿时对她只不过是“怀有情愫”的程度而已。
从12 岁左右到17岁,牛顿都在金格斯皇家中学学习,在该校图书馆的窗台上还可以看见他当年的签名。他曾从学校退学,并在1659年10月回到埃尔斯索普村,因为他再度守寡的母亲想让牛顿当一名农夫。牛顿虽然顺从了母亲的意思,但据牛顿的同侪后来的叙述,耕作工作让牛顿相当不快乐。所幸金格斯皇家中学的校长亨利·斯托克斯(Henry Stokes)说服了牛顿的母亲,牛顿又被送回了学校以完成他的学业。他在18岁时完成了中学的学业,并得到了一份完美的毕业报告。
1661年6月3日,他进入了剑桥大学的三一学院。 在那时,该学院的教学基于亚里士多德的学说,但牛顿更喜欢阅读一些笛卡尔等现代哲学家以及伽利略、哥白尼和开普勒等天文学家更先进的思想。1665年,他发现了广义二项式定理,并开始发展一套新的数学理论,也就是后来为世人所熟知的微积分学。在1665年,牛顿获得了学位,而大学为了预防伦敦大瘟疫而关闭了。在此后两年里,牛顿在家中继续研究微积分学、光学和万有引力定律。

牛顿的晚年画像-1712年
政治生涯
1669年,被授予卢卡斯数学教授席位。
1689年,他当选为国会议员。牛顿在1689年到1690年和1701年是皇家科学院的成员,在1703年成为皇家学会会长,并任职24年之久,在历任会长中仅次于约瑟夫·班克斯,同时也是法国科学院的会员。
1696年,牛顿通过了当时的财政大臣查尔斯·孟塔古的提携迁到了伦敦作皇家铸币厂的监管,一直到去世。他主持了英国最大的货币重铸工作,此职位一般都是闲职,但牛顿却非常认真的对待。身为皇家铸币厂的主管官员,牛顿估计大约有20%的硬币是伪造的。为那些恶名昭著的罪犯定罪是非常困难的;不过事实证明牛顿做得很好。牛顿为此当上了太平绅士。
1705年,牛顿被安妮女王封为爵士。
牛顿在1670年代写了很多处理圣经的文字解释的宗教小册子。亨利·摩尔的宇宙信仰和拒绝笛卡儿二元论影响了牛顿的宗教观念。在他发给约翰·洛克的一个从未发表的手稿中,他争议了三位一体的存在性。
与世长辞
1727年3月31日(格兰历),伟大的艾萨克·牛顿逝世,与很多杰出的英国人一样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。
当西元1727年牛顿以85岁的高龄过世时,英国人将他葬于西敏寺。西敏寺的前身是一个修道院,1579年,英国女王伊丽莎白一世将西敏寺改为学院,校长由英国君主任命。西敏寺的正式名称因此改为“威斯敏斯特圣彼得学院教堂”,其后三个世纪,西敏寺成为牛津与剑桥之后的第三所英国高等学府。诗人亚历山大·波普(Alexander Pope)为牛顿写下了以下这段墓志铭:Nature and Nature' law lay hid in night ; God said,"Let Newton be," and all was light。自然与自然的定律,都隐藏在黑暗之中;上帝说"让牛顿来吧!"于是,一切变为光明。
九百多年来,西敏寺除了供信徒作礼拜、祈祷、膜拜之外,也是英国庆典的重要场所。英国的社会名流无不以死后能安葬于此为荣耀。而根据统计,占地面积达2972平方米的西敏寺(威斯敏斯特圣彼得学院教堂)内,安葬了共三千三百多人,包括很多当代的知名人士,如:达尔文、狄更斯、牛顿、丘吉尔……无数位在英国有着深远影响的历史人物都安息在西敏寺中,也有许多名人,本身并没葬在这里,却有写上其名字的石板子嵌在地上作为纪念。而里头最著名的便是牛顿,他是人类历史上第一个获得国葬的自然科学家。

牛顿之墓
他的墓地位于威斯敏斯特教堂正面大厅的中央,也就是中殿 (nave) 那里,墓地上方耸立著一尊牛顿的雕像,其石像倚坐在一堆书籍上,双手没有合十。身边有两位天使,还有一个巨大的地球造型以纪念他在科学上的功绩。

牛顿的浮雕像
不管牛顿的生平有过多少谜团和争议,但这都不足以降低牛顿的影响力。1726年,伏尔泰曾说过牛顿是最伟大的人,因为“他用真理的力量统治我们的头脑,而不是用武力奴役我们”。
事实上,如果你查阅一部科学百科全书的索引,你会发现有关牛顿和他的定律及发现的材料要比任何一位科学家都多二到三倍。莱布尼茨并不是牛顿的朋友,他们之间曾有过非常激烈的争论。但他写道:“从世界的开始直到牛顿生活的时代为止,对数学发展的贡献绝大部分是牛顿做出的。”伟大的法国科学家拉普拉斯写到:“《原理》是人类智慧的产物中最卓越的杰作。”拉格朗日经常说牛顿是有史以来最伟大的天才。
在美国学者麦克·哈特所著的《影响人类历史进程的100名人排行榜》,牛顿名列第2位,仅次于穆罕默德。书中指出:在牛顿诞生后的数百年里,人们的生活方式发现了翻天覆地的变化,而这些变化大都是基于牛顿的理论和发现。在过去500年里,随着现代科学的兴起,大多数人的日常生活发生了革命性的变化。同1500年前的人相比,我们穿着不同,饮食不同,工作不同,更与他们不同的是我们还有大量的闲暇时间。科学发现不仅带来技术上和经济上的革命,它还完全改变了政治、宗教思想、艺术和哲学。
2003年,英国广播公司在一次全球性的评选最伟大的英国人活动当中,牛顿被评为最伟大的英国人之首。在《伟大的英国人》系列纪录片中专门编辑了牛顿专集的历史学家特里斯特拉姆·亨特表示:“全球的公众意识到牛顿的成就是世界性的,而且对全人类都产生影响。这些投票者显然都跨越了国界,他对于牛顿的一马当先感到高兴。”
主要成就
力学成就
1679年,牛顿重新回到力学的研究中:引力及其对行袩挽道的作用、开普勒的行星运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道中之运动》(1684年)一书中,该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。
《自然哲学的数学原理》(现常简称作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下出版于1687年7月5日。该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律。牛顿使用拉丁单词“gravitas”(沉重)来为现今的引力(gravity)命名,并定义了万有引力定律。在这本书中,他还基于波义耳定律提出了首个分析测定空气中音速的方法。
由于《原理》的成就,牛顿得到了国际性的认可,并为他赢得了一大群支持者:牛顿与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系,直到1693年他们的友谊破裂。这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱。
牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究,总结出了物体运动的三个基本定律(牛顿三定律):
第一定律(即惯性定律)
任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时(Fnet=0),总保持匀速直线运动或静止状态,直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。
第二定律
①牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝。②F=ma是一个矢量方程,应用时应规定正方向,凡与正方向相同的力或加速度均取正值,反之取负值,一般常取加速度的方向为正方向。③根据力的独立作用原理,用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时,可将物体所受各力正交分解,在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式:Fx=max,Fy=may列方程。
牛顿第二定律的六个性质:①因果性:力是产生加速度的原因。②同体性:F合、m、a对应于同一物体。 ③矢量性:力和加速度都是矢量,物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定。牛顿第二定律数学表达式∑F = ma中,等号不仅表示左右两边数值相等,也表示方向一致,即物体加速度方向与所受合外力方向相同。④瞬时性:当物体(质量一定)所受外力发生突然变化时,作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变;当合外力为零时,加速度同时为零,加速度与合外力保持一一对应关系。牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律,表明了力的瞬间效应。⑤相对性:自然界中存在着一种坐标系,在这种坐标系中,当物体不受力时将保持匀速直线运动或静止状态,这样的坐标系叫惯性参照系。地面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作薀瓦性参照系,牛顿定律只在惯性参照系中才成立。⑥独立性:作用在物体上的各个力,都能各自独立产生一个加速度,各个力产生的加速度的失量和等于合外力产生的加速度。
适用范围:①只适用于低速运动的物体(与光速比速度较低)。②只适用于宏观物体,牛顿第二定律不适用于微观原子。③参照系应为惯性系。两个物体之间的作用力和反作用力,在同一直线上,大小相等,方向相反。(详见牛顿第三运动定律)
第三定律
表达式 F=-F' (F表示作用力,F'表示反作用力,负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反)
这三个非常简单的物体运动定律,为力学奠定了坚实的基础,并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过,后来R.笛卡儿作过形式上的改进,伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的。
牛顿是万有引力定律的发现者。他在1665~1666年开始考虑这个问题。万有引力定律(Law of universal gravitation)是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。1679年,R·胡克在写给他的信中提出,引力应与距离平方成反比,地球高处抛体的轨道为椭圆,假设地球有缝,抛体将回到原处,而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地心的螺旋线。牛顿没有回信,但采用了胡克的见解。在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上,他用数学方法导出了万有引力定律。
牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中,创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律,实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。
牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比。他说:流体部分之间由于缺乏润滑性而引起的阻力,如果其他都相同,与流体部分之间分离速度成比例。在此把符合这一规律的流体称为牛顿流体,其中包括最常见的水和空气,不符合这一规律的称为非牛顿流体。
在给出平板在气流中所受阻力时,牛顿对气体采用粒子模型,得到阻力与攻角正弦平方成正比的结论。这个结论一般地说并不正确,但由于牛顿的权威地位,后人曾长期奉为信条。20世纪,T·卡门在总结空气动力学的
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茗日暮影

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