科学书屋－科学家的故事

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把上帝赶出宇宙的拉普拉斯

人类一直在思考自己生活的宇宙是如何形成的。直到二百多年前，才有一位叫康德的德国哲学家提出了第一个比较科学的太阳系形成假说，认为太阳系是由一团星云发展演化而成。当时很多人不相信这个星云之说，慢慢地也就遗忘了。50年以后，法国科学家拉普拉斯（1749—1827）重新提出这个假设，并且从力学原理出发，用严密的数学推理证明了这个学说的科学性，进而带来了宇宙观的重大变革。 　　拉普拉斯出生在法国诺曼底的波蒙镇，小时候家境贫寒，靠邻居的帮助才完成学业。拉普拉斯有数学天才，上大学期间深受教授们的赞赏。18岁大学毕业，由著名数学家达兰贝介绍到巴黎陆军学校担任数学教授。 　　长期以来，科学家一直受“太阳系如何形成”，“地球何以会绕太阳运转” 这些问题的困扰，就连著名科学家牛顿也难以回答，最后只好求助神学，把运动的最终原因归于“上帝的第一推动”。拉普拉斯对宇宙形成问题进行了详细的研究，写下了《宇宙体系论》和《天体力学》两书。他认为太阳系是从一团原始星云中形成的，原始星云由于运动和质点相互吸引而形成原始火球，原始火球进一步收缩，并且由于吸引和排斥的综合作用，逐渐分化形成太阳系各行星，最后构成了现在的太阳系。他对太阳系的特点进行推算，深刻地解释了太阳系各行星的运动和轨道。他的学说逐渐为科学界所承认。 　　星云学说带来了宇宙观的变革，它指出宇宙是在自然界自身运动中发展产生的，将土帝驱逐出宇宙。当拿破仑问拉普拉斯为什么他的学说中没有上帝时，拉普拉斯自豪地说：“我不需要那个假设”。这成为当时无神论者藐视上帝的名言。

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证明真空的帕斯卡

一般人初次到青藏高原，感到呼吸困难，心脏病患者则病情加重，初生儿死亡率升高。这是为什么呢？一位名叫帕斯卡(1623—1662)的法国人最早发现其中的奥秘。原来，随着海拔高度的增加，空气变得稀薄，大气压减小，一般人不能适应。 　　帕斯卡从小智力过人，他12岁爱上了数学，16岁参加巴黎数学家和物理学家小组（法国科学院前身），17岁提出了数学定理，2O岁设计制造了历史上第一架机械计算机器。他虽然没有活到40周岁，但对科学作出了重要贡献。 　　帕斯卡对物理学的贡献最大。22岁时，他致力于真空与流体静力学问题的研究，获得巨大的成就，成为当时轰动巴黎的重大事件。他的实验证明：真空确实存在，空气确有重量，大气压力是普遍存在的。 　　帕斯卡还在不同地区、不同的高度，多次做液体压强的实验，证明大气压强随着高度升高而减小。这一发现在地学研究乃至今天的航空技术中都得到广泛的应用。帕斯卡还通过上述实验，发明了注射器，改进了托里拆利的水银气压计。 　　帕斯卡写过一篇论文《液体平衡的论述》，详细讨论了液体压强的传递问题。这篇论文直到他死后才公诸于世，这就是著名的帕斯卡定律。帕斯卡还指出，由于液体的重量，盛有液体的容器的器壁所受到的压强，仅仅跟液体的深度有关系。为了纪念他，人们把压强的单位定做“帕斯卡”,简称“帕”。

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为真理献身的布鲁诺

在科学发展史上，虽然没有真刀真枪的两军对垒，但确有人为真理献出了宝贵的生命。布鲁诺(1548—1600)就是一个舍身成仁的天文学家。 　　布鲁诺出生在意大利的一个贫苦家庭，15岁进修道院，在那里他读了很多书。24岁成为牧师，并获得哲学博士学位。此后，他逐渐对宗教产生怀疑。他大胆地批判《圣经》，因而冒犯了罗马教廷，只好逃出意大利，到法国、英国等地宣传哥白尼的日心说，批判托勒密的地心说。他认为宇宙是无限的，在太阳以外，还有无数个类似的恒星系统。太阳不过是一个恒星系统的中心，而不是整个宇宙的中心。布鲁诺发展了哥白尼太阳中心说，把人类对天体的认识提高到一个新水平。 　　由于布鲁诺广泛宣传他的先进哲学思想，引起了罗马宗教裁判所的恐惧和仇恨。1592年，罗马教廷采用欺骗手段，把他骗回意大利，并立即逮捕。刽子手们使尽了种种威胁利诱手段，想让布鲁诺屈服，但他坚贞不屈地说：“我半步也不退让”。经过八年的折磨，他被处以火刑。1600年2月17日，布鲁诺被烧死在罗马的鲜花广场上。在生命的最后时刻，布鲁诺面对行刑的刽子手，庄严宣布：“你们对我宣读判词，比我听到判词还要恐惧！”布鲁诺被处死了，他的科学精神永存！1889年，人们在布鲁诺殉难的鲜花广场上竖立起他的铜像，永远纪念这位为科学献身的勇士。

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统一动植物命名的林奈

18世纪之前，世界上成等待中上万的植物没有统一的名称，往往同一种植物有几个名称，或几种植物用同一个名称，这给研究植物带来很大困难。瑞典植物学家林奈（1707—1778）改变了这一混乱状况。他创立的“双名制命名法”（简称“双名法”），给每种植物起两个名称，一个是属名，一个是种名，连起来就是这种植物的学名，好像人有了姓和名一样，这个命名法直到现在仍在使用。 　　林奈从小受父亲的影响，喜爱奇花异草，他为自己开辟了一块空地，整日忙于移植野花野草，由于他神学课不及格升不了学，只得进皮鞋铺当学徒。但他对植物的兴趣没有减少，还是经常解剖小动物，到野外采集植物标本。一位叫罗斯曼的教师看中了林奈的才华和毅力，经常带他到自己家中看书，并给予指导。在罗斯曼老师的鼓励下，林奈终于在20岁时以优异的成绩考进瑞典隆德城大学，23岁便成为这所大学颇有名气的植物学教师。从此，他进入了向往已久的动植物研究领域。 　　1732年，林奈得到瑞典科学院的资助，独自一个骑马到瑞典北部的拉帕兰地区考察了五个月，采集了大量植物标本，其中一百多种是前人没有记载的。林奈将考察结果整理成《拉帕兰植物志》一书，受到了植物学界的赞誉。为表彰他的功绩，瑞典科学院特意把当地产的一个植物属命名为“林奈木属”。 　　从1732年起，林奈留学荷兰，获得了医学博士学位。他周游了荷兰、英、法等国，系统整理了自己多年的考察资料，发表了许多著作，包括划时代巨著《自然系统》。在这部书中，他阐述了矿物的形成，植物的生长和生活，动物的生长、生活的感觉。“双名法”在书中首次出现，从此驰名世界。

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托勒密

──总结古希腊天文学的全部成就

托勒密，生于公元85年的锡贝德。从公元127～151年在亚历山大城进行天文研究最重要的人物之一，也是影响人类达1000余年之久的“地心说”理论的集大成者和代表者。他的重要著作《大综合论》，共计13卷，概括了希腊时代天文学的全部成就，尤其是总结了亚历山大学派天文学家的成就，以及伊巴谷的发现和阿波罗尼等几何学家的理论体系。     《大综合论》对伊巴谷的理论做了系统发挥，是一部古代天文学的百科全书。它用了近80个圆周来解释天体运动，把宇宙体系绘制成一幅合乎逻辑的完善的数学图解。它对一些天文现象也做出了解释，能够反映一定的天体运行的状况。但是它把地球设想为宇宙的中心，则从根本上歪曲了天体运动的本来面貌。 　　《大综合论》第1卷概要介绍了托勒密对宇宙结构的基本观点，论述了地为球形的证据。第2卷介绍一些基本定义和初等理论。第3卷讨论了太阳的不规则运动和年的长度。第4卷讨论了月亮运动的理论及他自己的重要发现。第5卷讨论天文仪器，包括视差测定规、天球仪、象限仪、水时计等等，并且介绍了推算日月距离的方法。第6卷讨论日、月食计算方法。第7、8卷介绍1080颗恒星的星表。第9卷至结束介绍行星运动的理论。他的理论被后世证明错误。托勒密于公元165年去世，他是自伊巴谷去世以后，西方出现的最有成就的天文学家。     托勒密在理论上的错误是根本性的，这使他毕生的努力失败。这无论对他个人还是对人类而言，都是一个悲剧。图为15世纪制造的日冕仪。

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天空的立法者

──约翰尼斯·开普勒

约翰尼斯·开普勒，1571年12月27日生于德国符腾堡。13岁进入教会学校，16岁被蒂宾根大学录取，20岁获硕士学位。1594年，在担任中学教师期间，潜心天文探索，并在1596年出版了《宇宙的神秘》一书。此书受到天文学家第谷的赏识。1600年，开普勒移居布拉格，应邀为第谷做助手。 　　第谷逝世后，开普勒利用遗留的大量资料，利用几何曲线表示火星的运动，发现火星运动的轨迹不是圆，而是椭圆，并且运行速度不匀。1609年，开普勒在《新天文学》一书中，发表了著名的第一和第二定律。第一定律把太阳的位置精确标定在椭圆焦点上，各行星都在椭圆轨道上绕太阳运行。第二定律也叫“面积定律”，在形式上提示了行星与太阳的连线于等时间内扫过的面积相等，这在本质上阐明了行星离太阳近则快，远则慢的不匀速性。1619年，开普勒在《宇宙和谐论》一书中发表了第三定律，即行星绕太阳一周的时间的平方，等于椭圆长轴一半的立方。开普勒的发现为人类科学事业的发展做出了巨大的贡献，被誉为“天空的立法者”。 　　1604年9月30日，开普勒发现蛇夫座附近一颗新星，即“开普勒新星”。1611年他出版了近代望远镜理论著作《光学》。1618～1620年他发表了《哥白尼天文学简论》一文。1619～1620年他发表了《慧星论》一书，预言了太阳光辐射压力的存在。1627年他出版的《鲁道夫星表》，直到18世纪一直被视为标准星表。开普勒于1629年出版了《稀奇的1631年天象》一书，预言1631年11月7日将出现水星凌日现象，12月6日金星也将凌日。果然，在预报的日期，巴黎的加桑狄观测到水星通过日面。这是最早的水星凌日观测。金星凌日因为发生在夜间，因而当时的人们未能观测到。 　　开普勒的发现彻底清除了哥白尼学说中托勒密的思想残余，给哥白尼体系带来了严谨性和规律性。而开普勒关于天体运动的三大定律，则是无论自然界的星球，还是人造天体都必须遵循的规律。因此，它不仅为人类对宇宙天体的认识做出了贡献，也为现代宇宙航行奠定了理论基础。1630年，开普勒在雷根斯堡于贫病之中去世。 著名的天文学家约翰尼斯·开普勒。

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牛顿发现万有引力







　　伊萨克·牛顿，是17世纪人类最伟大的科学家，他是人类历史上屈指可数的几个科学巨人之一。他在物理学、数学和天文学方面的贡献，都是划时代的。

　　1642年12月25日，牛顿出生在英国一个叫乌尔斯索普的小村子里，刚出生时极度衰弱，几乎夭折。牛顿自幼丧父，与母相依为命。1661年，他进入剑桥大学的三一学院学习。



　　1665至1667年间，牛顿已在思考引力的问题。一天傍晚，他坐在苹果树下乘凉，一个苹果从树上掉了下来。他忽然想到：为什么苹果只向地面落，而不向天上飞呢？他分析了哥白尼的日心说和开普勒的三定律，进而思考：行星为何绕着太阳而不脱离？行星速度为何距太阳近就快，远就慢？离太阳越远的行星，为何运行周期就越长？牛顿认为它们的根本原因是太阳具有巨大无比的吸引力。

　　经过一系列的实验、观测和演算，牛顿发现太阳的引力与它巨大的质量密切相关。牛顿进而揭示了宇宙的普遍规律：凡物体都有吸引力；质量越大，吸引力也越大；间距越大，吸引力就越小。这就是经典力学中著名的“万有引力定律”。

　　根据牛顿的发现，可测定太阳和行星的质量，确定计算慧星轨道的法则，说明月亮和太阳的引力造成地球上的海洋潮汐现象，并推导出克服地球引力、飞向太阳系和飞出太阳系所需的最低速度，它们分别为每秒7.9千米、11.2千米和16.6千米，并依次命名为第一、第二和第三宇宙速度。牛顿不但验证了前辈们的成果，而且为未来空间运载工具的最低推力或速度下限值，提供了精确而权威的科学依据。

　　牛顿将其一生的成就写在《自然哲学与数学原理》一书中。他发现了物体运动的三大定律，创立了微积分数学。他后来在谈到自己所取得的成就时说：“如果我比其他人看得远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。”

　　1727年3月20日凌晨，牛顿于久病不医中去世。据说在生命即将停止的时候，他的心情是坦荡而平静的。英国诗人波普为他写的碑铭说：“自然和自然的规律，都藏在黑暗的夜间；人帝说‘让牛顿降生’，使一切变得灿烂光明。”