基爾霍夫 |
愛迪生 |
居里 |
愛因斯坦 |
吳健雄 |
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焦耳 |
開爾文 |
赫茲 |
盧瑟福 |
玻爾 |
恩那斯特•盧瑟福 (Ernest Rutherford) 在 1871 年 8 月 30 日生於新西蘭納爾附近的泉林村，是家中的老四，他另外還有八個弟妹。在小學時代，盧瑟福就對科學試驗有極濃厚的興趣。13歲時他的兩個弟弟不幸遇溺浸死，為了不辜負父母的期望，他下定決心要取得優秀的成績。經過不懈的努力，他果然在原子物理、核物理學和放射化學諸方面作出了重要的研究和發現。由於他在元素的轉變和放射性物質的研究有卓越的成就，在1908年獲得了諾貝爾化學獎，使他成為歷史上一位舉足輕重的科學家。 1882年，盧瑟福在家境貧困的情況下，取得獎學金到納爾遜市中學讀書。在十年的中學生涯裡，他深刻地認識到數學在科學研究中的無比重要性。在打好數學根基的基礎上，他學會並掌握了很多物理實驗的技巧，結果以驕人的成績考上 坎特伯雷書院。1894 年他以數學和物理雙第一的卓越成績取得碩士學位。一年後他到英國劍橋卡文迪什實驗室深造。1898 年他到麥吉爾大學擔任教授，後來又轉到曼彻斯特大學任教。1919 年起，他一直在劍橋大學任教，同時兼任卡文迪什實驗室主任。1925年他出任倫敦皇家學會會長。 在卡文迪什實驗室工作時，盧在著名物理學家約瑟夫•約翰•湯姆生的指導下，研究氣體的放電，逐漸在科學界上建立了一定的知名度。但真正令他成名的，是在 1897 年發現兩種貫穿能力不同的放射性射線－ 射線和 射線。後來法國物理學家維拉德發現了射線。於是盧就把放射性物質的輻射類型分為以上三種。為了對射線的本質加以瞭解，盧經過多番功夫，花了一年的時間去進行實驗研究，可是始終沒有甚麼新的發現。他毫不氣餒，在1903年再接再勵，用簡陃的儀器，精心設計了一個實驗，終於發現射線是原子類型的帶正電的粒子流，它的電荷質與氫離子數量級相同，而速度大概是光速的十分之一。1909年盧和他的學生透過實驗，證明了氦是在鐳的放射衰變時形成的。後來他發現所有放射性物質有衰減的特性，祗是衰減速度不同，於是他引入「半衰期」一詞來定量地表示這一特性。 1921年盧發表自己對原子模型的分析：(1) 原子是由帶正電的原子核與帶負電的電子組成；(2) 原子核的佔了整個原子大部份的質量，電子圍繞著原子核旋轉；(3) 原子核的電量等於電子電量的總和。後來由他的學生波爾為了克服了這模型的一些缺點，採用了普朗克的量子論定律。 1937年10月19日盧瑟福在倫敦劍橋與世長辭，享年66歲。 |
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大家學習熱學的時候，總會接觸過開氏溫標和開爾文 (Kelvin, K) 這個溫度單位。你可能立即聯想到這個單位所紀念的科學家的名字一定就是開爾文了。你答對了一半。他原名威廉•湯姆遜 (William Thomson)，後來因為他在科學上的成就和對大西洋電纜 工程的貢獻，獲英女皇授予開爾文勛爵銜，所以後世才改稱他為開爾文。湯姆遜的研究範圍相當廣泛，他在數學物理、熱力學、電磁學、彈性力學、以太理論和地球科學 等方面都有重大的貢獻。 威廉•湯姆遜生於1824年愛爾蘭，父親占姆士是貝爾法斯特皇家學院的數學教授。湯姆遜一家在威廉八歲時遷往蘇格蘭的格拉斯哥，而占姆士則任教格拉斯哥大學。湯姆遜十歲便入讀格拉斯哥大學 (你不必驚訝，在那個時代，愛爾蘭的大學會取錄最有才華的小學生)，約在十四歲開始學習大學程度的課程。十五歲時憑一篇題為「地球形狀」的文章獲得大學的金獎章。文章論及的一些重要概念，湯姆遜在往後還常常用到。湯姆遜後來到了劍橋大學升學，以全級第二名的成績畢業。他畢業後到了巴黎，在勒尼奧的指導下進行了一年實驗研究。 1846年，湯姆遜再回到格拉斯哥大學擔任自然哲學 (即現在的物理學) 教授，直到1899年退休為止。他在學校建立起全英國的大學中第一個物理研究實驗室。他認為物質和電動力學的數學理論結果，必須用實驗來證明。他帶領學生進行各種實驗來檢定和發展新的物理理論。此外，他還利用實驗室的精密測量結果來協助擬定大西洋海底電纜的鋪設工程，使英國與美洲之間的通訊得到突破性的發展。他可說是第一代的電訊工程師呢！ 湯姆遜也是熱力學的開創者之一，他對熱力學第一及第二定律的建立作出重大的貢獻。在十九世紀，物理學界仍然普遍相信熱是一種不生不滅的物質，湯姆遜本來也堅信這種說法。他研究過焦耳多篇關於電流生熱的論文後，便開始改變想法，並和焦耳合作研究。他們的研究結果為熱力學第一定律 (能量守恆定律) 提供有力的實驗支持。湯姆遜對熱力學第二定律的貢獻更大。他利用卡諾循環建立絕對溫標 ，他重新設定水的熔點 為273.7度；沸點為373.7度。為了紀念他的貢獻，絕對溫度的單位以開爾文 (Kelvin, K) 來命名。他在1851年發表題為「熱動力理論」的論文，寫出熱力學第二定律的開爾文表述：我們不可能從單一熱源取熱，使它完全變為有用功而不產生其他影響。近代物理雖然修正了很多古典物理理論的錯誤，但是熱力學定律仍然是正確而普遍的宏觀物理定律。 與當時很多科學家一樣，湯姆遜堅信一些錯誤的觀念。他認為引力收縮是天體的唯一能源，並估計太陽在引力位能支持下，可以發光發熱多久，由此錯誤地得出地球年齡只有數億年的結論。他又曾宣稱任何比空氣重的機器都不能飛。1900年初，當時在英國物理學界最權威的湯姆遜在皇家學會的新年致辭中，發表了題為「籠罩在熱和光的動力理論上的十九世紀之雲」的著名演講。他認為物理世界晴空萬里，動力理論可以解釋一切物理問題；唯有兩個小問題有待解決：以太理論和黑體輻射的理論解釋。正正是這兩朵小烏雲所引起的討論和研究，發展出二十世紀物理學兩個最重要的範疇：相對論和量子力學。
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基爾霍夫 (Gustav Kirchhoff) 於1824 年 3 月 12 日生於德國柯尼斯堡，一生從事科學研究，在物理學、天文學和化學各方面都作出了重大的貢獻。他於1887年10月7日卒於德國柏林，享年63歲。基爾霍夫為人樂觀，無論是在靠拐扙或輪椅才能走動的日子，或是臨終前飽受疾病折磨的幾年，都面不改容，堅強面對現實。 基爾霍夫的中學成績一向名列前茅，畢業後成功考上著名的柯尼斯堡大學。當時正是電器技術迅速發展的年代，許多科學家都在為解決複雜電路的問題而傷腦筋。在法國數學物理學派思想的影響下，年紀僅有 21 歲的基爾霍夫根據歐姆的工作，建立了物理學上義意重大的兩個以他為名的電路定律：第一電路定律指出在電路的結點上，電流的代數和為零；第二電路定律指出沿一閉合回路電勢變化的代數和為零。 大學畢業後，他在柏林大學擔任講師。1850年轉到布雷斯勞大學擔任臨時教授，在那裡他結識了合作伙伴本生。在本生協助下，他於1854年被任為海德堡大學教授，與本生共事。1860年他們提出了光譜分析法，因而發現了銫和銣兩種新元素。後來基爾霍夫又提出了天體的光譜分析法，帶領天體物理學進入新紀元。他在 1862 年發表的黑體概念，更為20世紀的量子物理發展奠定了重要的基礎。 1875 年基爾霍夫因病結束了科研生涯，轉投教育工作。他留在柏林大學擔任理論物理學教研室主任，負責培養年輕的一代，他的四卷本教科書《數學物理學講義》(1876-94) 更成為了當時德國著名大學的經典教材。在他指導下，不少學生都成為著名的科學家，其中包括諾貝爾物理學獎得主普朗克。 |
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1879年，阿伯特•愛因斯坦 (Albert Einstein) 出生在德國西南部古城烏耳姆的一個猶太人家庭。父親是個電工設備店店主。母親是個有成就的鋼琴家。1880年，他隨全家搬到慕尼黑，就在那裡渡過了他的童年生活。他好像發育比較慢，三歲才開始講話，被人認為是反應遲鈍的孩子。直到中學時，有些教師還認為他長大了不會有出息。當他六歲時， 母親就教他學習小提琴，十四歲時就已經能登台演奏了。在他的一生中，小提琴一直伴隨著他。 十歲時，愛因斯坦進入慕尼黑教會中學讀書。不過他的基礎知識卻是源於家庭和自學上。在中學的成績除數學優秀之外，其他學科均屬低下，因而在1894年遭到了退學處分。同年，他離開德國，於1895年去蘇黎世投考瑞士聯邦工業大學，但未被取錄，只得轉學到一間中學。 第二年，他考進聯邦工業大學師範系學習物理學。大學四年， 他的主要精力不是用於正規課程，而是自學一些名家的著作。縱使他很少上課， 但是他靠著同學所摘下的課堂筆記，仍能取得及格的成績。 愛因斯坦於1900年畢業，由於學業成績並不突出，他找不到一個教職。1902年， 愛因斯坦終於在伯爾尼找到了聯邦專利局審查員的職務。此時他利用工餘時間繼續自修理論物理。在一年內，1905年，二十六歲的愛因斯坦共發表了四篇在物理學各領域中最富有創造性的偉大論文。《分子體積的新測定方法》(有關布朗運動)一文使他獲得蘇黎世大學的哲學博士學位，而《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》(有關光電效應)一文更使他於1921年獲得諾貝爾物理學獎。 其餘的兩篇創立了狹義相對論，後人認為這是他對物理學最重要的貢獻。 1913年，普朗克和能斯特代表普魯士科學院邀請愛因斯坦回德國工作。1914年，他擔任威廉大帝物理研究所所長兼柏林大學教授。這個教職給予了愛因斯坦經濟上的支持，使他能夠全時間從事研究工作。1916年，愛因斯坦發表了《廣義相對論基礎》，這是關於廣義相對論的第一篇完整的論文，也是對這項工作的總結。1933年因受納粹德國的迫害，愛因斯坦遷居美國，任普林斯頓高等學術研究院教授。1940年取得美國國籍，1955年病逝普林斯頓。
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比埃爾．居里 (Pierre Curie)，在 1859 年出生於巴黎。父親是一位醫生。居里的哥哥名叫雅克．保羅。居里十四歲時開始跟一位家庭教師學習數學。他從小就看到父親做實驗，因而對實驗研究產生興趣。他十六歲時就獲得巴黎大學文理學院科學學士，十八歲再獲理學碩士學位，並留校任實驗室助教。居里和他的哥哥開始研究晶體物理學，1880 年，他們發現了晶體的壓電現象。 後來，居里到巴黎物理與化學學校擔任教授。在這二十年間，他仍然繼續研究電場及磁場中的對稱性問題。1895年，居里以《在不同溫度條件下物質的磁性》一文作為他的博士論文。同年，波蘭籍教授克瓦里斯基把自己的胞妹瑪麗．斯可羅多夫斯卡 (Marie Sklodowska) 介紹給居里，當時瑪麗正在索邦研究物理與化學。 瑪麗．斯可羅多夫斯卡，1867 年出生於華沙一個信奉天主教的家庭。父親是華沙高等院校的物理系和數學系教授。母親極有才藝，善彈鋼琴。1876 年，瑪麗的長姊索菲死於斑疹傷寒。1878 年，母親也離開了人間，當時瑪麗年僅十歲，全家窮愁交迫。 中學畢業後，瑪麗曾當私人補習老師。1891 年，她到巴黎繼續深造。完成學業後，她本來打算返回袓國。但與居里的相遇改變了她的計劃。1895 年，她與居里結婚，成為居里夫人。 1895年，德國的倫琴發現了 X 射線，一年後，柏克勒爾又發現了鈾的放射性。瑪麗對這些發現產生了很大的興趣，決定選擇放射性研究作為她的博士論文。居里認同瑪麗的研究方向，於是放下對晶體的工作，積極協助妻子的研究。 1898 年，居里夫婦從鈾礦石提煉出兩種前所未發現的元素，他們將這兩種新元素分別定名為釙和鐳。為了證實釙與鐳的存在，他們不斷提煉純淨的釙和鐳，並且研究其放射性的特質。為了親身體驗鐳的生理效應，他們多次被輻射所傷。這些研究，開創了將鐳元素用於治療癌症的道路。 當科學界瞭解到居里夫婦的工作之後，居里終於成為法國科學院院士，並在大學得到了正式的教授職位。但殘酷的命運竟不允許他完成一年的講課 - 1906年，居里遭交通意外而喪生，享年僅四十七歲。 居里遇難之後，瑪麗被任命為大學教授，繼承她已故丈夫的職務。她仍然從事放射性研究。1914 年，第一次世界大戰爆發，瑪麗負責搶救傷員和建立倫琴射線室的工作。戰後，她繼續進行研究。 從 1932 年起，瑪麗感到極度疲倦，健康情況每況愈下。醫生診斷不出病因，其病徵像感冒、結核病、惡性貧血。1934 年，她在法國與世長辭。事後人們才發現她的病是由於她一生受過量輻射，導致內臟損傷。她是為了科學事業而殉職的。 居里夫婦的成就是得到充分的肯定。1903 年，他們與柏克勒爾一起因發現放射性而獲得諾貝爾物理學獎。1911 年，瑪麗在化學的研究亦使她獲得諾貝爾化學獎。 居里夫婦有兩個女兒。但雙親未能親眼見到女兒伊蓮與其丈夫弗里德里克．約里奧取得的成就。1935 年，他們因發現了人工放射性而榮獲諾貝爾獎。 |
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亨利希•赫茲 (Heinrich R. Hertz) 是一位基督徒，在 1857 年 2 月 22 日生於德國的漢堡，父親是猶太人。他一生對電磁波在物理學的發展作出了不少重要的貢獻，可惜身體一向很差，不幸於1894年1月1日因血中毒在德國的波恩英年早逝。後人為了紀念這位偉大的科學家，將頻率單位命名為「赫茲」。 赫茲小時候母親就對他要求嚴格。可是他沒有音樂天份，有一次上課，同學為演出作排練，在悅耳動聽的旋律中，傳出了一個走調的聲音，老師經過多番追查，才發現這是由赫茲發出的。老師一怒之下，罰他站在走廊，不許進入課室。於是他站在窗前，悄悄地從口袋裡拿出一本用希臘文寫的書來看。當時他已經學會了很多語言，而且直到高中，他的語文成績一直在班上名列第一。 赫茲立志要成為一位出色的工程師，所以中學畢業後他一邊工作，一邊自學，並在1877年考入慕尼黑工業學院讀書。後來他發現自己對自然科學有相當濃厚的興趣，在父親支持下，他轉到柏林大學深造物理學和數學，開始了他輝煌燦爛的科學生涯。 在大學裡赫茲勤奮學習，得到那裡的教授亥姆霍茲的賞識。在他的指導下，赫茲開始進行一些科學研究，並於 1879 年獲得大學金質獎章，一年後更以卓越的成績完成博士學位。畢業後他留校擔任助教，並進行了很多電學的研究。在短短的三年時間內一共發表了 15 篇文章，顯出他在科研工作中的傑出才能。1887 年他提出了製造電磁振盪器的方法，並展示在電振盪作用下介電極化像傳導電流一樣發生電磁作用。後來他又在實驗上觀察了電磁波的反射、折射、干涉和偏振，證實了麥克斯韋的理論：電磁波確實能在空氣傳播，而它的傳播速度和光速的實驗值相當接近。 赫茲在力學上也作出不少貢獻，臨終前他把研究的心得寫成一本書，這對玻耳茲曼、埃倫菲斯和愛因斯坦的科學思想，都起了重要的影響。 |
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愛迪生 (Thomas Alva Edison) 1847 年生於美國俄亥俄州。他一生中的發明超過二千多種。他不但成為近代物理史上一位相當傑出的科學家，更被譽為世界上最偉大的發明家。 愛迪生一生卓越的成就並非僥倖，而是他百折不撓、勇於嘗試、敢於創新的成果。由於家境貧困，愛迪生只受過三個月的小學教育，十二歲就開始在火車上工作。雖然如此，他仍然努力不懈，刻苦自學。他在少年時代已對自然科學產生了濃厚的興趣，不但掌握了豐富的電學、化學等知識，還喜歡在車上和家裡進行一些「小實驗」。1863 年，他在一家鐵路公司當服務員，他的發明生涯也從此開始。隨著他的發明一個個地誕生，他的名子開始為人熟悉，生活也逐漸富裕起來。 1873 年愛迪生製造出雙工式發報機，翌年又製造了四工式發報機。1876 年，他在門洛帕克建立了美國第一個工業研究實驗室，也就是「愛迪生發明工廠」。在往後的兩年，他發明了留聲機，轟動了全世界，使他獲得法國爵士的銜頭。 愛迪生一生中最大的貢獻，就是發明了電燈。他做了 1600 多次耐熱材料和 600 多種植物纖維的實驗，才製造出第一個燈泡。後來他更在這基礎上不斷改良製造的方法。為了推廣電燈的使用，他研究出並聯電路、保險絲、絕緣物質、銅線網路等電器系統的各種附加設備；又製造了電壓穩定的發電機和經濟配電的三線掣。1882 年他在紐約建立了一個電力網。雖然他使用直流電 的輸電方法限制了傳送電力的距離，但這項偉大的貢獻，已大大改善了人類的生活。 1883 年愛迪生發現熱電子發射現象，為電子管的面世奠定了基礎。1887 年，他在西奧倫治建立了更大的實驗室。在那裡他的發明更是多不勝數，其中較重大的有 1888 年的電影攝錄機；1896 年的電影放映機和鎳鐵碱電池。他接二連三的發明，使他在1928 年獲得了國會金質特別獎。 1931年，愛迪生在西奧倫治與世長辭，享年 84 歲。 |
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詹姆斯．焦耳 (James P. Joule) 在 1818 年生於曼徹斯特附近的索福特。父親是一個啤酒莊莊主。由於自幼身體虛弱，十五歲以前在家自學。後來，他跟著名的英國物理兼化學學家約翰．杜爾頓學習化學、物理和數學。 二十歲時，焦耳利用他父親的實驗室從事研究，他把全部精力都投入去發明電動機。1840 年，焦耳發現了「磁飽和狀態」。他對由電流而產生的熱能進行了長期的實驗性研究，並得出了定律，後來這一定律以他的名字來命名。四年後，俄國物理學家伊．赫．楞次發表了他的實驗結果，進一步驗證了焦耳關於電流熱效應。故此，該定律稱為焦耳-楞次定律。另外，焦耳從電學的實驗中得出了機械能可以轉變為熱能的結論，並公佈了這些研究成果。 除了從事科學研究以外，焦耳還與他哥哥一同經營父親的啤酒莊。1854年，焦耳的妻子去世後，他把啤酒莊中屬於他的股份賣掉，全時間投身於科研工作。後來，焦耳與威廉．湯姆生合作做了很多實驗。在焦耳發表的九十七篇科學論文中有二十篇是他們的合作成果。 焦耳是倫敦皇家學會會員。他在 1878 年退休。1889 年焦耳在索福特逝世。 |
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談到中國近代的科學家，大家都會想到幾位諾貝爾獎得主楊振寧、李政道、丁肇中、李遠哲，還有剛得獎不久的朱棣文和崔琦。其實在過去一個世紀，中國史上還有一位舉足輕重，不為年青一代認識的女實驗物理學家吳健雄。 1912 年 5 月 31 日吳健雄在上海市太倉縣瀏河鎮出世。她父親思想開明，學問淵博，不受當時社會重男輕女的風氣影響，鼓勵女孩子上學讀書。她從小就在父親嚴厲的言教身教下，培養出好學不倦、不屈不撓的精神。11 歲那年她說服母親，離家獨自到蘇州女子師範讀書。由於她勤奮用功，每年都在班上名列前名茅。後來她更直升公學大學部，一年後又被保送到中央大學物理系繼續升學。 1936 年吳健雄沖破傳統對女性的編見，遠赴美國加州柏克萊大學深造，當時在那裡任教的諾貝爾獎得主塞格瑞，對她工作的熱誠和堅毅不拔的意志讚不絕口，並稱她為當代核子物理的女王。1940 年她取得博士學位。六年後她轉到哥倫比亞大學，開始漫長的教學與研究生涯。 1956 年，她排除萬難，成功地用實驗證實了當時楊振寧和李政道提出的「在弱相互作用中宇稱不守恆」理論，使楊李兩人一年後共同獲得諾貝爾物理學獎。1962 年她又在實驗上證明了原子核 衰變的向量流守恆。 吳健雄不但是普林斯頓大學首位獲得榮譽博士學位的女性，也是美國物理學會第一位女會長。1978 年她更獲得了第一年的沃夫獎。她一生發表過接近兩百篇科學論文，也參與過美國製造原子彈的「曼哈頓計劃」，並曾和「原子彈之父」歐本海默共事。由於她對科學有重大的貢獻，不但有中國居里夫人之稱，更被譽為世界最傑出女實驗物理學家。 在吳健雄的自述中，她談到自己從中學開始就習慣工作到深夜。她認為任何企圖不花費巨大勞力就想取得成果的僥倖心理，都是有害的，也不會成功。所以年青人從小就應努力打好基礎，將來才有成功的一天。 吳健雄晚年身體欠佳，曾經中風，於 1997 年與世長辭，享年 85 歲。由於她在美國物理界有深遠的影響，死後她的名子也登上了「全美婦女名人堂」。 |
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1885 年，玻爾 (Neils Bohr) 出生於丹麥．哥本哈根。他的父親是哥本哈根大學一名傑出的生理學教授，母親出生於一個在銀行、政治和教育各界中均很活躍的富有猶太人家庭。父母從小便很關心玻爾，使他的天賦得以充分發揮。 1903 年，玻爾入讀哥本哈根大學，主修物理學。玻爾尚未畢業時，便巳經鋒芒畢露，他通過觀察噴射的水流就能精密測量出水的表面張力。1909 年，玻爾獲理科碩士學位，1911 年獲哲學博士學位。他的博士論文《金屬電子論的研究》定性地說明了金屬的各種性質。他察覺到經典理論的缺陷，並證明了金屬的磁性決不能用這些原理解釋。 結束在哥本哈根大學的學習後，玻爾前往英國劍橋大學，想在湯姆遜的指導下繼續研究電子論，但是湯姆遜巳經對這個問題失去了興趣。於是玻爾隨即轉往曼徹斯特大學，在盧瑟福的實驗室工作。1913 年，他發表了三篇論文，把當時的原子結構模型與量子論結合起來，揭開了物理學嶄新的一頁。 1912 年，玻爾開始了他幸福的婚姻生活。1916 年，他擔任哥本哈根大學教授。1921 年，他創立了哥本哈根大學理論物理研究所。玻爾在 1939 年訪問美國時，說哥本哈根實驗室已經證明了鈾核裂變可釋放出能量。1940 年，丹麥被德國佔領。1943 年，在盟軍的安排下，玻爾一家乘飛機逃出本國，先到瑞典，再到英國，最後到達美國。在那裡，玻爾和他的兒子艾吉擔任製造第一顆原子彈的洛斯阿拉莫斯實驗室的顧問，給予該計劃很大的幫助。1945 年，玻爾回到哥本哈根，從事發展原子能和平用途的工作。 玻爾於 1922 年獲諾貝爾物理學獎，1957 年獲首屆原子能和平應用獎。他從 1939 年起被選為丹麥皇家科學院的主席。每屆任滿，人們總是一致地重選他，直至 1962 年 11 月 18 日，他在哥本哈根與世長辭。 玻爾一生身體健康，年少時是一位優秀的足球員。他的家庭生活也非常美滿，和太太的感情很好。他們生了五個兒子，第四子艾吉是著名的核子物理學家，並和另外兩位科學家聯合獲得 1957 年的諾貝爾物理學獎。 |
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