世界歷史上最偉大的十位物理學家（一）

徐漢屏

對科學真理矢志不渝的追求，是千千萬萬科學家的共同精神。秉承這種精神，人類經歷了一次又一次科學革命，從而促進科學飛速發(fā)展。關于世界歷史上最偉大的十位物理學家，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）喜歡各種有趣的評選活動，他們曾經搞過歷史上最偉大的物理學家的投票，評選結果依次為：牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋、伽利略、狄拉克、玻爾、普朗克、費曼、法拉第、薛定諤。下面，對他們的生平經歷及主要貢獻分別作一簡單介紹。

牛頓——經典力學體系的奠基人

牛頓，英國物理學家、數(shù)學家、天文學家、自然哲學家和煉金術士。

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。少年時的牛頓并不是神童，他資質平常，成績一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風車、木鐘、折疊式提燈等等。

1661年，19歲的牛頓進入劍橋大學圣三一學院。在這里，他開始接觸到大量自然科學著作，經常參加學校舉辦的各類講座，包括地理、物理、天文和數(shù)學。牛頓的第一任教授巴羅是個博學多才的學者。牛頓在回憶時說道：“巴羅博士當時講授關于運動學的課程，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，第二年獲文學士學位。正當牛頓準備留校繼續(xù)深造時，嚴重的鼠疫席卷英國，劍橋大學因此而關閉，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，以整個宇宙作為其藩籬。這短暫的時光成為牛頓科學生涯中的黃金歲月，他的三大成就：微積分、萬有引力、光學分析的思想就是在這時孕育成形的。可以說此時的牛頓已經開始著手描繪他一生大多數(shù)科學創(chuàng)造的藍圖。1667年，牛頓回劍橋后當選為圣三一學院院委，次年獲碩士學位。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年任英國皇家學會會長。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，做出了科學史上一個個重要的發(fā)現(xiàn)。他對于科學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了鍋里，等水煮開后，揭蓋一看，才知道錯把懷表當雞蛋煮了。還有一次，牛頓請朋友吃飯，準備好飯菜后，自己卻鉆進了研究室，朋友見狀吃完后便不辭而別了，牛頓出來時發(fā)現(xiàn)桌上只剩下殘羹冷飯，以為自己已經吃過了，就回去繼續(xù)進行研究實驗。牛頓用心之專注被傳為佳話。

牛頓是經典力學理論理所當然的開創(chuàng)者。他系統(tǒng)地總結了伽利略、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動三定律。

牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律是他在自然科學中最輝煌的成就。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，一個蘋果從樹上掉了下來。一個蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個轉折點，它使那個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)了對人類具有劃時代意義的萬有引力。他認為太陽吸引行星、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的力，還用微積分證明了開普勒定律中太陽對行星的作用力是吸引力，證明了任何一曲線運動的質點，若是半徑指向靜止或勻速直線運動的點，且繞此點掃過與時間成正比的面積，則此質點必受指向該點的向心力的作用，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。牛頓還通過大量實驗，證明了任何兩物體之間都存在著吸引力，總結出了萬有引力定律。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，而且同太陽的方位有關。牛頓預言地球不是正球體。歲差就是由于太陽對赤道突出部分的攝動造成的。

牛頓運動三定律是構成經典力學的理論基礎，這些定律是在大量實驗基礎上總結出來的，是解決機械運動問題的基本理論依據(jù)。1687年，牛頓出版了代表作《自然哲學的數(shù)學原理》，這是一部力學的經典著作。牛頓在這部書中，從力學的基本概念（質量、動量、慣性、力）和基本定律（運動三定律）出發(fā)，運用他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學工具，建立了經典力學的完整而嚴密的體系，把天體力學和地面上的物體力學統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了物理學史上第一次大的綜合。

在光學方面，牛頓也取得了巨大成果。他利用三棱鏡試驗了白光分解為有顏色的光，最早發(fā)現(xiàn)了白光的組成。他對各色光的折射率進行了精確分析，說明了色散現(xiàn)象的本質。他指出，由于對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”，認為光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直線運動路徑。他的“微粒說”與后來惠更斯的“波動說”構成了關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鏡等多種光學儀器.牛頓曾把一個磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個十分光潔的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接觸點是一個暗點，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》一書，系統(tǒng)闡述他在光學方面的研究成果。

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

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

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在世界上存在。”

2005年，英國皇家學會進行了一場“誰是科學史上最有影響力的人”的民意調查，牛頓被認為比愛因斯坦更具影響力.牛頓有一句傳世名言——“如果我看得更遠的話，那是因為我站在巨人的肩膀上”，表現(xiàn)出一位杰出科學家的謙遜品質。

愛因斯坦——現(xiàn)代物理學的開創(chuàng)者

愛因斯坦，德裔美國科學家、思想家和哲學家。

1879年3月14日，愛因斯坦生于德國的烏爾姆。在孩童時，愛因斯坦很沉靜，他常常獨自一人來消磨時間。他語言表達遲緩，在閱讀方面也有困難，但是，他對事物的原理卻特別感興趣，并經常提出許多問題。在愛因斯坦5歲的時候，他的父親給他一個羅盤。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動的。然而，他們關于磁性和引力的回答對孩子來說確實太難了，但是，愛因斯坦還是花了很多的時間來思考這一問題。小小的羅盤，里面那根按照一定規(guī)律轉動的磁針，喚起了這位未來的科學巨匠的好奇心——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，他把好多時間用在了創(chuàng)立自己的學說上.其中有一些就是關于相對論的理論。

1905年，愛因斯坦發(fā)表了一篇論文，雖然只有35頁，但卻是科學史上最重要的文獻之一.這就是狹義相對論。愛因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎上，從光速不變原理出發(fā)，建立了新的時空觀，對牛頓時空觀進行了拓展和修正。愛因斯坦提出了物質可以轉化為能量，并且給出了能夠衡量物質能量的表達式，即著名的愛因斯坦質能方程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、布拉格德意志擔任大學教授。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教授，并當選為普魯士皇家科學院院士。

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

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

愛因斯坦于1921年獲得諾貝爾物理學獎。他的獲獎并不是由于相對論，而是因為他發(fā)現(xiàn)了光電效應定律，第一個成功地解釋了光電效應。光電效應是金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子。愛因斯坦的這一發(fā)現(xiàn)推動了現(xiàn)代電子學的發(fā)展，其中包括廣播和電視。

1933年愛因斯坦在英國期間，被格拉斯哥大學授予榮譽法學博士學位。因受納粹政權迫害，遷居美國，任普林斯頓高級研究所教授。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。他希望找到一個通用的數(shù)學公式，把所有的物理學領域聯(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達了以色列總理古里安的信，正式提請愛因斯坦為以色列共和國總統(tǒng)候選人。愛因斯坦則在報上發(fā)表聲明，謝絕出任以色列總統(tǒng)。在愛因斯坦看來，“方程對我更重要些，因為政治是為當前，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，不要有墳墓也不想立碑。1999年愛因斯坦被美國《時代周刊》評選為“世紀偉人”，2009年被諾貝爾基金會評選為諾貝爾獎百余年歷史上最受尊崇的3位獲獎者之一。

一個美國記者曾經問過愛因斯坦關于他成功的秘訣。他回答：“早在1901年，我還是二十二歲的青年時，我已經發(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！這公式對我有用，我想對許多人也是一樣有用。”