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第32章 科学篇(2)

1615年春天,伽利略被传唤到罗马,并因支持哥白尼的异端邪说而受到指责。第二年春天,红衣主教团给他下了禁令,不许宣传哥白尼的学说。1618年天空出现了三颗清晰可见的彗星,当一名耶稣会会员格拉西声称这些彗星的轨道是直线时,伽利略又忍不住发了言,他写了一本《分析者》,公开指责格拉西和耶稣会会员们。这一行为导致了乌尔班八世教皇的愤怒,1624年,60岁的伽利略再一次被传唤到罗马。

回到佛罗伦萨,伽利略用六年的时间写成了他的巨著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。1632年,在天主教检查机关的安全同意下正式出版。他用富有表现力的意大利语、优美的文学体裁、以三个贵族的谈话形式写成的这部伟大的著作,使每一个不抱成见的人都不自觉地成为日心说的拥护者。人们可以从这些对话中了解到伽利略的天文发现、惯性原理和机械运动相对性原理,欧洲大陆很快就响起一片欢呼和赞誉之声,称该书是文学和哲学的杰作。但教皇的顾问们却不这样认为,他们在这本书里更加真切地看到了哥白尼的影子,虽然伽利略的医生们提出抗议,1633年2月,69岁高龄的他还是被迫赴罗马受审。

1633年6月21日,宗教裁判所的代表们向他宣读了判决书:他犯有“相信并宣扬”哥白尼学说的罪,应公开声明放弃原有的信仰。伽利略宣读了信仰表白书,表示他“放弃、诅咒并痛恨”过去的过错。判决中规定要对他实行监禁,但教皇立即把它减为软禁,地点即在佛罗伦萨附近伽利略自己的小庄园中。12月他返抵该地,软禁的判决在他在世的最后八年中一直生效。

1634,年4月,人们带来了他最喜爱的大女儿玛利亚的死讯,身体虚弱的伽利略感到了前所未有的凄凉。正在这时,外界传来了好消息——《关于托勒密和哥白尼的两大世界体系的对话》被翻译成拉丁文出版,而英译本也正在筹备之中。这说明,地动说被越来越多的人们所接受了。伽利略不仅感到安慰,而且深受鼓舞。他重新振作起来,甚至在他不幸双目失明时,他也没有再改变过对科学的热爱,在这期间,他以极大的毅力完成了《关于两门新科学的对话》,在这本书中他扼要重述了过去所进行的试验和就力学原理所进行的思辩。

伽利略的这本最后的著作是非常有创新意识的。它的前半部分为其后几代的物理学家的研究工作开拓了道路。这些受益者中最重要的一位是在伽利略去世那年出生的英国伟大的天才艾萨克·牛顿爵士。1638年在远离罗马天主教会势力的荷兰,这本书出版了。可他已经看不到这本书了,这一年他双目失明,但宗教法庭不准他出外就医。1642年1月8日,伽利略因病逝世。

伽利略是一位杰出的物理学家、天文学家和数学家。他一生追求真理,以极大的勇气支持和论证哥白尼的日心说,不仅从理论上而且从实践上宣告了亚里士多德一托勒密地球中心说的彻底破产,给教会势力以沉重打击。伽利略也是近代实验科学的先驱者之一,他坚持经验是知识的惟一源泉,强调科学真理要经过实际观测和科学实验的检验。他那一系列成功的科学实验为后来牛顿经典力学的建立奠定了基础,也对近代科学方法论的创立发挥了重大作用,从而推动了近代自然科学和唯物主义世界观的发展。

至今,人们仍然可以看到比萨教堂里的那盏大吊灯。它曾经点燃了一位最伟大的天才的智慧火花、:1581年的一天,有人将吊灯扯到一边,把它点着,然后放开了手=于是,吊灯随着吊链在半空中荡来荡去,画着弧线静静地从礼拜者的头上掠过。孤线渐渐变得越来越短,当时只有十七岁的伽利略望着望着竟忘记了祈祷:一般常识认为,一个吊着的物体摆动的幅度越大,所需的时间就越长。但伽利略发现事实并非如此。他观察得非常仔细。没有钟表,他就以自己的脉搏计时。心脏的跳动证明,他的观察是正确的、这下子,年轻的伽利略发现了宇宙的秘密他十分激动,于是就把不同重量的物体用不同长度的绳子吊在天花板的框架上和树枝上,在家里试验起来,直到触怒了家人。他发明了一种与人的脉搏同步的摆,并可将其跳动次数记录在一个刻度盘上。这样,在钟表尚属罕见之物的当时,医生可以将病人的脉搏准确地测量出来。

他说自己是一个在海滨玩耍的孩子,时而发现一拿更为光滑的石子,时而捡到一个更美的贝壳。然而币,他的发现带给世人的震撼远远超过他自己的评价。

近代物理界的国王

——英国物理学家牛顿

1642年的圣诞节早晨,在英格兰林肯郡的一所石砌农舍里,诞生了一个异常虚弱的早产婴儿。两个助产婆当时就悲观地断言,这个瘦小婴儿活不到第二天。然而,他居然活过了八十四个年头。后来证明;那个早年靠一种特制皮领辅托的“瘦得可怜的小脑壳”,容纳的竟是一个世界卓越科学家的大脑。他的名字叫艾萨克·牛顿。

牛顿的父亲是个一事无成的人,37岁时,在牛顿出生前几周去世。他的母亲是一个普普通通的农妇,和她的邻居没有什么两样。遗传学家们后来曾试图从牛顿的前三代人身上寻找他的天资的源泉,但都没有成功。

实际上,牛顿的天资是逐渐形成的。他在学校里常常是班上最差或近乎最差的学生——这种情况一直到他和一个大个儿男孩子打了一架之后才告结束。那个男孩子在学业上比他好,牛顿下决心要压倒他、战胜他。他的一个舅舅看到他越来越勤奋学习,就建议让他接受高等教育,结果,18岁的牛顿考进了剑桥大学的三一学院。

当牛顿站在这座著名学府美丽壮观的大门口时,就激动地立下誓言,要把毕生精力贡献给科学事业。在著名数学家巴罗教授的精心指导下,牛顿刻苦攻读数学、物理学、天文学等课程,接受了哥白尼、开普勒、伽利略、笛卡尔的自然科学理论和研究方法,从而为他的科学发明奠定了扎实的理论基础。1665年毕业后,由于恩师的举荐,牛顿被留在大学研究室。这年6月,一场瘟疫席卷英国,剑桥大学被迫放假,把教师和学生全都打发回家,这其中包括刚刚获得学士学位的牛顿。在林肯郡避瘟疫的一年里,牛顿开始了他最伟大的历程。

17世纪时,科学尚处于幼年阶段。关于物体怎样运动,为什么这样运动,并没有正确的力学理论或概念。科学家几乎不了解光以及它的运动,而像化学和医学这样的学科更多是建立在巫术而非科学的基础上。因此,没有人真正了解为什么行星和月球沿着它们的轨道运行,这一切在1666年夏末的一个傍晚发生了变化。当牛顿夹着一本书走进母亲家的花园里,坐在一棵树下开始思考时,历史上一只最著名的苹果落了下来,正巧打在这位23岁的年轻人头上,正是受这只苹果的启发,牛顿找到了解开这些不可思议的谜题的钥匙——万有引力理论。

也许牛顿应该感谢在家乡避瘟疫的这段日子,他一生中的几项主要贡献:万有引力定律、经典力学、微积分和光学等基本都萌发于1665年至1666年间,历史学家将这充满新发现的一年称为“神奇年”。

1667年,牛顿重返剑桥大学三一学院,在巴罗教授的指导下继续从事数学研究,次年获硕士学位。1669年,26岁的牛顿接替其恩师出任卢卡斯教学讲座教授。此后十年,他的主要研究工作转向光学方面,提出了微粒说,奠定了几何光学的主要基础。与此同时,他又潜心研究化学家波义耳的著作,建立了一种新的物质理论。

1671年,已是英国剑桥大学三一学院数学教授的牛顿,在自已的光学分析理论基础上研制出了他的反射望远镜。而在此之前,全欧洲的天文学家都在用伽利略的折射望远镜来研究月球和太阳系中的其他行星。后来的事实证明,牛顿的望远镜不但与伽利略的完全不同,而且效果更好。牛顿用它给查理二世表演,然后把这架望远镜献给了伦敦的皇家学会。一年后,该学会推选牛顿为其正式会员。

人会后不久,牛顿发表了他的第一篇论文《关于光和色的新理论》。在这篇论文中,他不仅总结了在光学方面所进行过的实验结果,更为重要的是提出了光的“微粒说”。而当时的英国皇家学会会长胡克则主张“波动说”,胡克认为自己是光学上的权威,他不同意牛顿的理论,坚持自己的观点,甚至于不能接受牛顿所提出的东西,并不惜终生与之不共戴天。显然,这位天才引起了同行的妒忌。

1682年,牛顿在计算月球绕地球运动的周期时,用万有引力将地球上日常可见的重力和天体运动的引力统一起来,纠正了自亚里士多德以来在这个问题上的错误观念。两年后,他又与雷恩、哈雷和胡克研讨行星运动的轨道问题,取得重大突破。在此基础上,牛顿于1687年出版了《自然哲学的数学原理》一书。这部划时代的巨著阐述了物体运动的三大定律,论证了万有引力的存在以及天体运动的规律,从而创立了经典力学体系。此书的问世在社会上引起了轰动,牛顿名声大震,1689年被选为英国国会议员,1703年当选英国皇家学会会长。1704年,牛顿又出版了他的《光学》,详细介绍了他所做的有关光的研究,包括以“牛顿环”而称著于世的光的干涉现象,及光的微粒说等。这是又一次漂亮的反击,而这次他的宿敌——一年前已经去世的胡克已经无法再破坏人们对牛顿的赞扬了,世人再次目睹了这位伟人的天赋。

由于健康原因,牛顿在1693年辞去了剑桥大学教授的职位。两年后,他被委以国家币制改革重任。当时英国币制混乱,牛顿运用他的冶金知识铸新币,解决了货币困难,1699年获得了英国造币局局长这一年俸很高的终身职务。1727年3月,这位85岁高龄的老人在出席英国皇家学会例会以后一病不起,3月20日在伦敦溘然长逝。

物理学在伽利略时代还仅像个小孩,那么如果说经过了牛顿的目光,一夕之间,就长大成人了。从那时代起,科学思维发生了根本性的变化,再也不是原来的样子了。他的力学定律被用于科学的所有领域——从设计汽车和船舶到预测宇宙飞船飞往月球的轨道,从制造飞机引擎到制作符合空气动力学原理的滑雪板。他的引力理论,被用来解释行星怎样环绕太阳运行;他的光学理论帮助了科学家和工程师设计出更好的望远镜、显微镜、眼镜和照相机;他在光学中的发现导致了诸如电视机和激光的发明。借助这些理论,后来的物理学家可以把牛顿的思想运用在我们今天所使用的机器和工具之中。

牛顿终身未娶:即使他的一生中曾有过一段浪漫史,也已无从考查了。在舒适的伦敦家里,他有一位漂亮、快活的年轻主妇,那是他的侄女——凯西·巴尔顿小姐。牛顿是个中等个头,他五官端正,轮廓鲜明,脸色红润,两眼炯炯有神。他生活节制,不尚恶习。有一次,人家问他为什么不抽姻,他回答说,“因为我不愿意再有一种生活必需品了”1705年,在剑桥举行的一次特别仪式上,女王安妮封他为爵士,使他成为享有这种荣誉的第一位科学家。

是他拨云见日,将化学从一片迷雾中解脱出来,他的地位如同伽利略在物理学界一样重要,但他却在社会的“化学反应”中丢掉了头颅。

现代化学之父

——法国化学家拉瓦锡

安东·尼罗朗·拉瓦锡1743年8月26日出生于巴黎一个富裕的律师家庭。5岁那年他母亲因病去世,从此他在姨母照料下生活。11岁时,他进人当时巴黎的名牌学校——马沙兰学校。以后升人法政大学,21岁毕业取得律师的资格。他的家庭打算让他继承父业成为一个开业律师,然而在大学里他已对自然科学产生了浓厚的兴趣,主动地拜一些著名学者为师,学习数学、天文、植物学、地质矿物学和化学。1765年,法国科学院以重奖征集一种使路灯既明亮又经济的设计方案,22岁的拉瓦锡勇敢地参加了竞赛。他的设计虽然未获奖金,但被评为优秀方案,荣获国王颁发的奖章,这项活动给拉瓦锡以很大的鼓舞,使他更热情地投入科学研究的事业中,同时他的科研才华也开始引起了科学界的注目。

因为拉瓦锡接连不断地取得了一项项科研成果,也因为他具备了无须忧虑生活来源的优越科研条件,1768年他被任命为法国皇家科学院的副会员,1778年成为有表决权的正式会员之一。1785年他担任了科学院的秘书长,实际上成为科学院的负责人。

拉瓦锡成为科学院的成员后,科学研究愈加成为他生活的重要内容。从1778年起,他逐个地取得了化学研究上的重大突破,步入化学家的行列。他才华洋溢,精力充沛,逐渐成为科学界乃至政界的一位新星。

1768年,拉瓦锡选择的一个研究课题是验证水能否变成土。在当时,许多人都相信水能变成土。亚里士多德的“四元素说”中就有水土互变的提法,人们也时常发现在容器中煮沸水,时间长了总会有沉淀物生成。拉瓦锡对这一观点表示怀疑,为此他设计了一个验证实验。他采用一种欧洲炼金术中使用过的很特别的蒸馏器。这种蒸馏器能使蒸馏物被反复蒸馏。他将蒸馏器称重,然后加入一定重量的经三次蒸馏后的蒸馏水。密封后点火加热,保持微热,同时进行观察。两周过去了,水还是清的。第三周开始出现很小一点固体,随后慢慢变大,第八周固体因增长而沉淀下来。就这样连续加热了10l天,蒸馏器中的确产生了固体沉淀物,冷却后,他首先称了总重量,发现总重量与加热前相比没有变化。他又分别对水、沉淀物、蒸馏器进行称量,结果是水的重量没变,沉淀物的重量恰好等于蒸馏器所减少的重量。’据此拉瓦锡写论文驳斥

了水转化为土的谬说,瑞典化学家舍勒也对这沉淀物进行分析,汪明它的确来自玻璃蒸馏器本身。

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