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交流學(xué)術(shù),偶爾風(fēng)月
每到新的一年,《科學(xué)》雜志都會(huì)整理出一份過去十大重大科學(xué)成果的清單。
科學(xué)發(fā)展歷史悠久,因此各類紀(jì)念日也不可勝數(shù)。用偉大科學(xué)家誕辰、忌日、或有重大發(fā)現(xiàn)的百年紀(jì)念(或大眾認(rèn)可的其它倍數(shù)紀(jì)念日),對(duì)過去的科研成就進(jìn)行回顧,并以當(dāng)前的背景再對(duì)這一成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了不影響紀(jì)念日的愉快氛圍,盤點(diǎn)跳過了疫情與自然災(zāi)害期間的情況。(所以沒有提及1918年西班牙流感的100周年和清朝甘肅地震的300周年)。
數(shù)學(xué)、醫(yī)學(xué)、天文學(xué)、量子材料領(lǐng)域的成果素材很豐富,比如1993年3月美國西雅圖的物理學(xué)年會(huì),IBM的Charles Bennett展示了量子傳輸理論,讓世界的各地科幻迷們?yōu)橹鸷常◣兹蘸?,Bennett和他的團(tuán)隊(duì)成員將文章發(fā)表在Physical Review Letters及其合作者的遠(yuǎn)距傳送論文,發(fā)表于物理評(píng)論快報(bào))。Bennett描述了量子物理學(xué)家Alice和Bob如何用量子糾纏清除量子的地域標(biāo)識(shí),再實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的恢復(fù)——就像柯克船長(星際迷航角色)魔法般地在傳送機(jī)中消失,又重現(xiàn)于一些危險(xiǎn)的外星星球。
量子傳輸
Alice和Bob需要有一對(duì)相互糾纏的量子粒,如果Alice想把一顆量子粒傳給Bob,她得讓量子與糾纏的粒子相互作用,通過郵件(短信、電話、或者蝸牛郵遞)將信息傳輸給Bob。這種傳輸?shù)南嗷プ饔脮?huì)破壞Alice的粒子,但Bob可以用另一糾纏粒子重建Alice粒子的復(fù)制品。在1993年,這僅是一個(gè)想法,如今已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中成為現(xiàn)實(shí)。
尼爾斯·玻爾引入量子化條件,提出了玻爾模型來解釋氫原子光譜之后,1868年12月5日,出生于東普魯士的柯尼斯堡的阿諾德·索末菲,在繼續(xù)推進(jìn)早期量子理論發(fā)展方面,發(fā)揮了重要作用。索末菲將量子軌道理論,從圓形拓展到橢圓形。索末菲之與波爾,正如開普勒之與哥白尼。20世紀(jì)群星閃爍的物理學(xué)家,不少曾師從索末菲門下,包括沃爾夫?qū)づ堇⑽旨{·海森堡、漢斯·貝特。
讓·巴普蒂斯·約瑟夫·傅里葉,出生于1768年3月21日,在法國大革命的多次逮捕中幸存下來,最終為拿破侖工作,并被授予男爵爵位。拿破侖逝世后,傅里葉致力于重獲其政治支持,并重新進(jìn)入學(xué)術(shù)界,,最終取得成功。但政治與外交耗費(fèi)他太多的時(shí)間和精力,而他本應(yīng)在數(shù)學(xué)領(lǐng)域有更大的作為。盡管如此,他對(duì)熱傳遞數(shù)學(xué)方程式的發(fā)展卓有貢獻(xiàn)。他最著名的成就:傅里葉定律——將復(fù)雜的周期性過程,分解為一系列簡單的波動(dòng),在物理和工程領(lǐng)域都得到了應(yīng)用的廣泛。
傅里葉
詹姆斯·焦耳1818年12月24日出生于一個(gè)啤酒制造商家庭。用啤酒廠作為實(shí)驗(yàn)室,他鍛煉出非凡的實(shí)驗(yàn)技能。盡管沒受過正規(guī)的科研訓(xùn)練,他依舊成為了英國著名的科學(xué)家。他卓越的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α钏軌驕?zhǔn)確判斷產(chǎn)生大量熱量所需的工作量,并確定了熱電關(guān)系。
他最著名成就是論證了能量守恒定律。該定律揭示了機(jī)械能、電能、化學(xué)能互相之間的轉(zhuǎn)化,在進(jìn)行物質(zhì)測(cè)量后,能量與熱量的總和保持不變。這個(gè)定律被稱為熱力學(xué)第一定律。那時(shí)并沒有諾貝爾獎(jiǎng),所以他獲得的主要榮譽(yù)是將標(biāo)準(zhǔn)能量單位命名為焦耳。
亨麗愛塔·勒維特1868年7月4日生于馬薩諸塞州,就讀于俄亥俄州歐柏林大學(xué),而后進(jìn)入拉德克利夫?qū)W院研習(xí)天文學(xué)。她出色的學(xué)習(xí)成績令哈佛天文臺(tái)主任皮克林印象深刻,因此成為了他的助理研究員。她用最先進(jìn)的攝影和分光鏡技術(shù)來繪制星圖,最終測(cè)量了數(shù)以千計(jì)星體的亮度。一些星體的亮度會(huì)隨時(shí)間變化(這類星體被命名為造父變星,例如:仙王座δ星)。勒維特比前輩們更細(xì)致地分析了造父變星。注意到恒星亮度變化的規(guī)律取決于其內(nèi)在亮度。勒維特在1908年間計(jì)算出了“周光關(guān)系”,給天文學(xué)家測(cè)量星體和其它天體間的距離提供了強(qiáng)有力的工具。
造父變星的距離可以用視差法確定,根據(jù)亮度變化時(shí)間表確定其固有亮度。然后,可以利用造父變星的固有亮度及更遠(yuǎn)造父變星明暗變化周期,推斷更遠(yuǎn)造父變星的內(nèi)在亮度。這使得恒星間距離的計(jì)算成為可能。勒維特的工作在很大程度上是對(duì)20世紀(jì)人類的宇宙觀一次戲劇性的修正。“她對(duì)于造父變星周光關(guān)系的發(fā)現(xiàn)首先是轉(zhuǎn)變了人們的觀念。其次,給我們提供了移動(dòng)定義銀河系的存在的方法?!睔v史學(xué)家羅伯特·史密斯,在去年一月的報(bào)告中如此說道。
對(duì)自然不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠^察,比如腐肉生蛆的現(xiàn)象使古人相信腐爛的有機(jī)物中可能會(huì)產(chǎn)生生命。蛇毒研究專家弗朗切斯科·雷迪并不認(rèn)同他出生于意大利,畢業(yè)于比薩大學(xué),后就讀于佛羅倫薩大學(xué)醫(yī)學(xué)院。雷迪進(jìn)行了各類蛇毒影響的實(shí)驗(yàn),明確了蛇毒的危險(xiǎn)在于毒液進(jìn)入血液。1668年還出版了他對(duì)于昆蟲繁殖的杰出實(shí)驗(yàn)研究。他設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn),表明只有蒼蠅接觸肉并產(chǎn)卵,才會(huì)孵化出蛆。盡管沒完全否定自然發(fā)生說,但他首次用實(shí)驗(yàn)和理性打敗了生物學(xué)中的教條主義。
1868年8月18日,法國天文學(xué)家Jules Janssen在印度貢土爾目擊了日全食,并將日珥的顏色記入光譜。而后他發(fā)現(xiàn)即使在沒有日全食的情況下他也能記錄這些顏色在接下來幾天的觀察中,發(fā)現(xiàn)一條奇妙的亮黃線,于是他把這個(gè)現(xiàn)象撰寫了一篇論文寄給法國科學(xué)院。同年晚些時(shí)候,英國天文學(xué)家Joseph Lockyer也觀察到同樣的現(xiàn)象,也寫了一篇論文寄給法國科學(xué)院。據(jù)說兩篇報(bào)道相隔幾分鐘到達(dá),但無論如何,Janssen和Lockyer共享了該發(fā)現(xiàn)的成果。
日全食
Lockyer主張這代表一種不存在于地球上的新元素,他將其命名為氦,取自希臘的太陽神。一些專家懷疑這條線能否代表新元素,其他人則認(rèn)為該元素只存在于太陽上,對(duì)于地球毫無用處。但他們吹鼓的言論在1895年破裂了,因?yàn)樯硖巶惗氐睦啡诤櫟V物中發(fā)現(xiàn)了氦氣。(另一些在瑞典的工作者也幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)了氦氣。)地球上的放射性礦物中所含有的氦是α衰變的產(chǎn)物,但當(dāng)時(shí)沒有人知道,因?yàn)槟菚r(shí)放射性還沒有被發(fā)現(xiàn)。
伊格納茲·塞麥爾維斯生于1818年7月1日,他憑一己之力宣傳洗手的重要性,把公共衛(wèi)生從黑暗時(shí)代帶入現(xiàn)代水平。他在維也納醫(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)掌握了助產(chǎn)、外科以及統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)知識(shí),此后進(jìn)入一家醫(yī)學(xué)院的附屬醫(yī)院工作,在那里,他注意到兩個(gè)臨床接診的產(chǎn)婦或嬰兒,死于產(chǎn)褥熱的數(shù)量(統(tǒng)計(jì)學(xué)上的疑點(diǎn))存在巨大差異,最終發(fā)現(xiàn)是其中一個(gè)的醫(yī)生,在尸檢完后,直接帶著污染進(jìn)入了分娩室。
于是塞麥爾維斯大力推行尸檢之后進(jìn)行手部清潔的舉措,使產(chǎn)褥熱導(dǎo)致的死亡率大幅下降,但他的倡議遭到醫(yī)療機(jī)構(gòu)的廣泛抵制。直到很久之后,路易斯·巴斯德建立學(xué)說的建立,證明了微生物在疾病傳播中的重要性,塞麥爾維斯的方法得以解釋和被采用。
說起最不墨守成規(guī)的理論物理學(xué)家,當(dāng)屬理查德.費(fèi)曼(生于1918年5月11日),他作為調(diào)查挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)爆炸事件委員會(huì)的成員而名聲大振。物理學(xué)家中,他最受推崇的是原始的量子力學(xué)方法和量子場(chǎng)論的推導(dǎo)(1965年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))。他也是早期量子計(jì)算的領(lǐng)頭人。另一位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者漢斯·貝特評(píng)價(jià)費(fèi)曼是舉世無雙的天才?!八褪莻€(gè)魔術(shù)師,”貝特曾說,“毫無疑問費(fèi)曼是我一生中見過的最獨(dú)特物理學(xué)家?!?/span>
歷史上,因?yàn)榕陨矸荻坏凸?、忽視的偉大?shù)學(xué)家,埃米·諾特是不得不提的一位。盡管受到十九世紀(jì)的世俗態(tài)度的阻礙,她依舊成為了德國首屈一指的數(shù)學(xué)家。1918,她發(fā)明了諾特定理,這是理論物理的核心結(jié)論之一,為二十世紀(jì)物理學(xué)家的研究提供了基礎(chǔ)。她還發(fā)現(xiàn)了自然界的平衡,暗示了當(dāng)時(shí)物理學(xué)家們尚未發(fā)現(xiàn)的守恒定律。
埃米·諾特
焦耳發(fā)現(xiàn)的能量守恒定律,有時(shí)間對(duì)稱性要求——即要求時(shí)間點(diǎn)的完全統(tǒng)一。同樣,如果空間是對(duì)稱的,則遵守動(dòng)量守恒,移動(dòng)到空間的不同點(diǎn),不會(huì)有任何的變化。如果空間所有方向等效——旋轉(zhuǎn)對(duì)稱,那么角動(dòng)量守恒定律久得到保障,花樣滑冰將仍是一項(xiàng)奧林匹克運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。埃米·諾特1935年逝世,之后十年間,物理學(xué)家們?nèi)栽噲D利用她的洞察力,加深對(duì)宇宙中潛在的對(duì)稱法則的理解。任何權(quán)威的的榜單,只要不拘于性別和其他的因素編寫歷史上偉大的數(shù)學(xué)家,埃米·諾特都會(huì)名列其中。
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