我从宇宙传奇中写圣灵宇宙是上帝创造的宇宙;大家觉得怎么样

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如果上帝创造了人,那么宇宙是谁创造的呢?如果宇宙也是上帝创造的,那为什么只在地球上创造了人类?···
幻世萌fjtxd
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也许首先我该佩服你的学识和你的辩证思维能力,也许在辩论场上你是个人才,甚至也许对于“上帝”的理解你已经比他人建立了更完整全面的理解.可是,有意义吗?你真的接触到了解到上帝了吗?或许这才是你应该去思考的问题.你的问题让我想起了很多我过去也在辩驳的同样的问题.我想说,世界不是文字语言绘画等表象能定义与诠释出来的.这因为这样,上帝才是上帝.我不是上帝,我无法回答你留下的根源性质的问题,就像我不能揭露你问这些问题的真正“意图”一样.而要回答你也很简单,正因为你也不是上帝,为什么不试着去接触上帝去进入上帝爱的国度,你在那里能得到一切的答案.
感谢您的温和。我觉得讨论上帝本身就是一种意义。质疑上帝不正是另一种方式的了解吗?不应说我接触到了吗?应该说谁接触到了?我质疑的是圣经中的而绝非你心中的。我们诠释世界是因为要认识世界,而不是在无法走出思维死结的情况下就交给用来解释世界的上帝。我们习惯赋予任何事物存在的意义。怎么可能接受自己本身的存在或许就是无意义的呢。绝对不允许存在思维上的死角。所做的一切只是为了让自己的存在合乎我们自己的道理。
嗯,也许这也是你追寻上帝的方式而已。上帝给予了任何人相信他的权利与自由的方式,我们配得,你也应该拥有。不想说你质疑了反驳了曲解了我们的宗教就要和你吵就要和你辩驳就要死死的压住你让你信,如果这就是上帝的教义,那么我想不配让任何人信仰。绝大多数信仰者是经历了怀疑与探知才得以认识上帝,方法不同,但目的相同走到的终点相同,就是对的了。而且相信你没有读过《圣经》(不是圣经读物),但若用“你根本就没有读过圣经”这句话来说事,不也是很可笑的吗?依你现在的学识、思维辩证能力以及一些鲜明的思想,看了圣经也许更可怕。你也许会感到圣经的荒诞,会觉得上帝就是一个经常做后悔的事,喜欢乱杀人,喜欢种族歧视,喜欢强权压迫人的言行思想,喜欢施行“伪科学”举动的失败者,于是这就是曲解。上帝是对的,圣经也是对的。而上帝一个上帝的孩子并不会将自己是基督徒作为资本,如果他们用他们专用的“知识”来反驳你的思想,那永远也不会达成交流,不会有理解,也不会给你答案。
而反观你的提问,悬赏分是0,也不是什么有趣的问题,却依然有那么多人不辞唠叨与辛劳来回答。他们并不是为了捍卫什么上帝捍卫自己的真理才来跟你说这些,是他们也想希望你能得到真正的上帝,不被迷茫。只是方式没有和你的方式对位。所以我想,在这里你遇到了很多真心的朋友。
请原谅我所说的,是建立在我主观认为你也是想认识到真的上帝,也是想找到一些去得以让自己相信他的理由。所以我没有回答你的任何一个问题。如果我所想的不对,希望这是一个与你的交流,也请见谅。
人之间的交流有差别,我说的有人认同也会有人反驳,一个善辩的人也许可以把一切都按照他的意愿说的颠倒是否,华丽得无所不能。不希望是谁为你辩解出的答案让你相信了。因为那样最后你相信的或许只是人,而不是那个上帝。
我也从未贬低过人的存在啊,呵呵。人应尊重作为人的位格,上帝也从未藐视过他的孩子们。
但是可以回答你一句关于你说的谁能接触到上帝的话,你没有接触到上帝。接触到上帝的有很多很多,教会里有很多眼睛明亮得如同阳光的小孩子和老人,田野里有很多开得灿烂的野花,天空上有很多自由飞翔的飞鸟,江河大海里有很多四处游弋的鱼儿,他们都是感知到上帝的幸运儿。感知上帝不是一种学识,而是一种天赋。
简单的说,有一句圣经里的话,“所罗门极荣华的时候,他还不如田里的一朵百合花”。一切其实很简单。还希望你能真的去读圣经,上帝会给你我们给不了的答案
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宇宙物理学简史作者:ooooooops
1964年5月的一天早上,美国贝尔实验室刚建成的大型射电望远镜基座旁边就出现了一个蓬头散发的年青人。他望着天空纵横交错的天线默默出神了半晌,然后回到控制室里,问的第一句话便是&威尔逊,你找到了那该死的噪音来源了么?&威尔逊是一直埋头在记录仪上的那个身形瘦高的小伙子,他神色疲惫,双眼都是血丝,站起来茫然地摇摇头。
也无怪两个年青人如此焦急,他们二人一个毕业于哥伦比亚大学,一个毕业于加洲理工大学,但都是刚来实验室不久,主任就把最新研制成功的天线交给他们,也算是青眼有加了。
他们二人都在这部天线上花了极多的心思,彭齐亚斯制出液氦制冷的低温射电噪声源,威尔逊造出性能优良的转换开关,使得天线的探测效率几乎是100%。他们正准备大干一番的时候,却意外地发现在7厘米附近的波段处总是有大约5K左右的噪音,无论他们怎么改变天线的方向,调整内部的电路却总是消除不了。
突然彭齐亚斯望着天边飞翔的鸽子,灵机一动,莫不是这些家伙在捣鬼?他二话没说就搬起梯子爬上天线,果不出所料,这些可恶的鸽子在上面作了窝,除了一堆鸽粪之外,居然还有几只毛茸茸的幼雏,他将天线打扫干净,回去一看,噪音倒是减小到3.5K,但这3.5K是无论如何也摆不脱的了,他们甚至考虑过两年以前美国爆炸的氢弹的影响,都解释不通。更奇怪的是这种噪音无论春夏秋冬都是不变,倒似亘古以来就一直存在一般。
不错,它的确很早就存在,而且这一&早&少说也是几百亿年以前。诚如在1978年诺贝尔物理奖的授予仪式上大会主席说的那样:&彭齐亚斯和威尔逊先生所接收到的讯号,意义非常重大,因为这是人类第一次听到宇宙诞生时的声音。&
当我们仰望浩瀚的夜空,一个很自然的想法便是我们这个宇宙究竟有无起点,如果有,那究竟又是如何诞生的呢?千载以来,无数哲人智者莫不为此冥想苦思。
每个民族在流传的神话都有对宇宙起源的解释。圣经中记载,上帝第一天创造了光明和黑暗,第二天创造了天空海洋,第三天便有了大地,到了第六天上帝便仿照自己的模样捏出了人类,第七天上帝已经无事可做,是日成为休息日。中国人的想象更是奇瑰,力士盘古挥动巨斧,混沌立劈,浊者顿落为地,轻者飘扬为天。
当人类走出蛮荒之后,这个解释的任务先是着落到哲学家身上,但在牛顿力学诞生以前一切都不过是凭空玄想。后来大物理学家拉普拉斯力著《天体力学》一书出世之后,各种天体现象才得以近乎完美的解释。自此牛顿力学成为天文学中首要的分析工具,几百年来直是无往不利,日食,月食,彗星等让古人胆战心惊的奇观异象在简明的力学方程式下无所遁形,而1846年发现的海王星和1930年发现的冥王星更是充分显示了牛顿力学的巨大威力。
但是,即便牛顿自己也无法说明整个世界是如何运动起来的,无奈之下他只能幽默地说上帝曾经踹过一脚。
只有到二十世纪另一位奇才爱因斯坦怀抱着他那著名的广义相对论蹒跚走来的时候,人们才在这个千古谜题中寻到找到一丝端倪。
爱因斯坦刚发表完广义相对论之后便大病一场,很多朋友都忧心忡忡地赶来看他,在病床上爱因斯坦尽管面色惨白,但仍是笑意不减,他反而安慰朋友道:&好在广义相对论已经发表出来了,现在我即便是死了那也是心满意足。&
广义相对论的确为人类对宇宙的认识开辟了崭新的道路,也无怪爱因斯坦如此引以自豪。他病情稍有起色,便挣扎下床,开始借助广义相对论推导新的宇宙方程,如果此方程能解,那么宇宙的秘密当真便可破解。
爱因斯坦毕竟功力非凡,不久著名的引力场方程便公布于众。但此方程是一个以四个时空坐标为自变量,10个未知数的二阶非线性偏微分方程,要解决它实在需要非凡的勇气。爱因斯坦还未来得及动手,另一位著名的理论物理学家史瓦西先假设物体处在真空中,便找出了第一个严格解,是称史瓦西度规,在这种度规之下,光线在引力场中的偏转,水星近日点的进动都得到合理的说明。
史瓦西接着计算了密度是常数的星球周围的引力场,得出的结论却着实让他大吃一惊,在第二个解中存在一个半径(史瓦西半径),当星球的半径小到史瓦西半径之内的时候,便会产生十分奇异的现象。
该星球上的讯息与外界是全然断绝,连光线都只能在奇点之内打转,如果有什么物体一不小心落入它的引力场范围之内,那更是永世也别想出来的了。
这便是著名的黑洞,黑洞里的世界处处透着古怪,根据广义相对论的证明,在黑洞视界以内的物体是永远不能静止的,它唯一的选择就是以越来越快地速度向着中心跌落下去,因此,在黑洞的中心点到史瓦西半径之间空荡如也。在黑洞中心处由于密度极大,会形成很强的起潮力,任何物体在下落的过程中都会被轻易地裂解为各种粒子,这一点希望引起那些渴望到黑洞里猎奇的朋友们的注意。
史瓦西的这个解奠定了整个黑洞物理学的基础,此后在60年代克尔等人又找到另一个轴对称解,被称作克尔度规,在此基础之上又有克尔黑洞。寻找黑洞一直是天体物理学界最热心的一个话题,但从四十年代一直到九十年代始终没有找到确凿的证据。黑洞匿身于广袤的宇宙之中,又从来不发出光波等电磁信号,要找到它谈何容易。唯一的希望是光线经过经过黑洞附近时在强大引力的作用下发生偏转,就象经过凸透镜一般。如果能发现一条星光在某处莫名其妙地被弯折了,那便离黑洞不远了。
史瓦西本人从二十四岁起便在天文台工作,他的理论物理的工作大多是和实际的天文观测相关的。他目光如炬,对各种新思想反应尤为敏捷,他的数学灵感相比数学才能而言更是让人惊佩。在极度复杂的物理现象面前,能很快地找到物理本质,并且能在浩如烟海的数学中很快寻到需要的工具,这一点连爱因斯坦也是倍加称颂。只可惜天妒英才,史瓦西年仅四十余岁就因病长逝,闻者无不扼腕叹息。
爱因斯坦的这个方程的前提条件是宇宙是一个静态宇宙,就象一个球面一般,有限却没有边。如果我们生活在二维的平面空间,就会理解到在一个球面上那是怎么也走不到头的,但偏偏这个球还是体积还是有限的。
爱因斯坦设计出这个有限无边的思想乃是大有深意的。早在1826年一位名叫奥伯斯的物理学家就曾关于宇宙是否有限的问题提出著名的奥博斯佯谬。这位先生脑筋中转动的念头是:&何以夜间天空不象白天一般明亮?&
在一般人看来简直该把他送入精神病院里去,但奥博斯却是振振有词,&我的想法是大有道理的,只需我们承认以下的假设,宇宙空间是无限的,在宇宙空间中充满了发光的天体,因而空间密度是一个常数;光的传播规律处处一样,时间也是无限的,而且从整体上讲恒星的寿命也是无限的。如此我们就可以轻松推导出以下的结论,白天和黑夜的天空应该是一般明亮的。&
推理的过程并不复杂,稍有数学知识的人便能理解,问题不是出在推理上,而是在前提条件中。到底是哪一条出了问题呢?空间的密度不是常数么?就空间中某一个点来看当然不是常数,但站在整个宇宙的角度来看便是成立的?每个恒星固然是有生有灭,但恒星何其多也个别恒星的衰亡丝毫不会影响到整个空间中恒星的数目,只有一种可能,我们的空间是有限的。
一直以来没什么人认真对待奥博斯佯谬,爱因斯坦却很小心地解决了这个问题,空间是有限的,然而没有边际。但他提出的这个名躁一时的引力场方程并没有想象中那么成功,最严重的错误是爱因斯坦作出了宇宙是静态的假设。
而实际上,宇宙是膨胀的!
最早观察到这一点的是二十世纪的天文学之父哈勃。哈勃1889年出生于美国的密苏里州,毕业于芝加哥大学天文系,后就读于英国牛津大学,他一度转攻数学,不久就发现太过繁难又改读法学,并获得博士学位。回国后他开办了一个律师事务所,生意正蒸蒸日上之机,他却放弃了律师职业,而来到著名的威尔逊天文台,孰料正赶上战争爆发,他不得不征战沙场,等他彻底在天文台安定下来之后,已过而立之年,但此后他的一项项观测成果终于还是轰动了整个世界。
1929年哈勃在《美国国家科学院会议文集》上发表了&河外星云的距离与视向速度之间的关系&,在该文中,哈勃根据有关旋涡星云距离的定量数据,提出著名的哈勃定律:V=DH其中V就是星云的视向速度,D是星云的距离,H是哈勃常数。
这是一个简明的线性关系,而且天文观测的数据又吻合得极好,很快大家都接受哈勃的想法。所有人的宇宙观都经历自哥白尼时代以来最大的一场变革,宇宙是膨胀的!整个宇宙的各个部分都在彼此远离,而远离的速度随着它们之间距离的增加而增加。有人当时就提出猜想,那个神秘的哈勃常数只怕和整个宇宙的年龄是相关的。
但哈勃本人的意见倒是大出人意料之外,他并不认为哈勃定律一定导致宇宙膨胀的结论,&很有可能的是,红移现象(星云向远方运动)意味着某种迄今尚未认知的自然真理&,这是他在最后一篇学术论文中作的评论。
他始终没有意识到哈勃常数的重要性,但这个常数无疑是宇宙的演化历程中至关重要的,后来以哈勃为名的太空望远镜升天的一个很大目的便是准确测定哈勃常数,这大概是哈勃生前万万没有想到的。
宇宙膨胀的消息传到著名物理学家迦莫夫那里去的时候,立即引起了这位学者的兴趣。
乔治.迦莫夫出生于俄国,自小对诗歌和几何学深感兴趣,13岁的时候曾得到一件终生难忘的礼物--一架小望远镜,这使他拥有了渴望成为物理学家的梦想。
在列宁格勒读书的时候,他与朗道结为好友,朗道与他个性大是不同,迦莫夫身材高大,一头金发,逢人都是一幅笑脸,他是个幽默大师,凡他出现的场合总是笑声不断,而朗道心性高傲,连话一般都很少说。二人的学术风格也迥然相异,迦莫夫曾被戏称有始以来最为出色的&业余&物理学家,这是因为他对物理学始终抱着一种孩童般的心态,对什么感兴趣便马上投入,一旦兴尽便退出游戏,而朗道则十分严肃认真,任何问题一经他手不弄个水落石出是不会轻易罢手的。
迦莫夫是物理学家弗里德曼的得意门生。弗里德曼曾在爱因斯坦之后提出了重要的宇宙膨胀模型,迦莫夫也成为宇宙膨胀理论的热心支持人之一。
1928年,他来到了哥本哈根见到了玻尔,很快他便成为玻尔研究所最受欢迎的小伙子。迦莫夫在那里留下了很多轶闻趣事。
有一次他和玻尔一起去卢瑟福家中作客,老实的玻尔经不起迦莫夫的一再撺掇,骑上了卢瑟福的一辆老式摩托车。玻尔的驾驶技术本来就不佳,偏偏背后还带上了迦莫夫,并且晃晃悠悠地开到了最繁华的街道上去,结果中途不幸熄火,整整一条街都被他们堵得严严实实,最后还是卢瑟福跑来解了围。
自然卢瑟福气愤之极,挥起拳头警告迦莫夫道:&弄坏了摩托车倒是小事,如果玻尔有什么好歹,全世界的物理学家不把你撕成碎片才怪!&事后迦莫夫把这件写在一首打油诗中,研究所里读到此诗的人无不捧腹。
迦莫夫的才华很是受人瞩目,在量子力学诞生后的各个新兴领域总是由他开出漂亮的第一炮,但是当大家全力以赴地准备把工作进行下去的时候,迦莫夫却打起了退堂鼓,在他眼中一堆人挤挤攘攘就远不那么好玩了。
在研究所的讨论会上迦莫夫的意见是很受重视的,奇怪的是玻尔的意见经常和他相左,而很少与人当面辩论的玻尔也和迦莫夫却争执不停。后来迦莫夫建议玻尔两人干脆都买上一支玩具手枪,发生辩论的时候谁先掏出枪谁便是赢家,他们两人当时都是美国西部牛仔片的忠实影迷。可是每当迦莫夫情急之下想起掏枪的时候,玻尔早已经端起手枪微笑着对准了他。
1940年前后,迦莫夫的注意力又重新转移到宇宙学方面来,这次他大概意识到了青年时的唐突,静心想作出一番大事业出来。在此期间,他提出了著名的宇宙大爆炸理论。
在三十年代盛行一时的宇宙膨胀理论因为给出的宇宙年龄的预言与恒星的寿命不符而几乎被人掘弃,连爱因斯坦都认为宇宙理论还要修改,在此情形下霍伊尔等人提出的&稳恒宇宙&的观念便占了上风,他认为在宇宙膨胀的同时中心应该有大量的新物质生成。
但迦莫夫对此是很不赞成的,尤其霍伊尔认为除氢以外的各种元素都起源于恒星的形成阶段更是不满,他一向认为元素的形成是在宇宙瞬间的膨胀中完成的。
紧跟着迦莫夫提出新的设想:在宇宙早期的膨胀过程中,密度极高的自由中子迅速地复合成各种核素,在稍冷之后便通过β衰变形成质子,于是各种性质不同的元素就此宣告诞生。这篇具有重大意义的论文是他和学生阿尔法(alpher)合作完成的,而另一位著名的核天体学家贝特(Bethe)却意外地发现了自己的名字也被署了上去,原来迦莫夫出于幽默,在阿尔法和自己的名字之间加上了贝特的名字,这样三个人的姓名连成一串,阿尔法,贝特,迦莫夫,念出来正好希腊字母表上三个排头的字母αβγ,而且还是当时发现的三种射线的名称。
许多宇宙演化的重要过程都在迦莫夫的理论中有所展示,大爆炸理论的基本框架已经完成了,迦莫夫雄心勃勃地提出了他的预言,既然在宇宙的早期辐射占着优势地位,那么直到今天还应该残留有大爆炸时的辐射信息。他经过精心的计算,认为一定还有大约5K的背景辐射温度,这种辐射应该是无时不在,无处不在的。
然而天不遂人意,此后几十年时间里竟没有人找出丝毫的证据。迦莫夫也心灰意冷,想不到平生第一次全心投入的工作就这般了了收场。直到1964年两位美国的年青人彭齐亚斯和威尔逊偶然间才发现了背景辐射温度,从而直接验证的大爆炸理论,引起了极大轰动,而此时的迦莫夫已经病体恹恹,行将就木了。
迦莫夫的大爆炸理论后来经迪克和皮布尔斯等人的完善,已经被公认为最能解释各种观测资料的宇宙学理论。而哈勃常数几经修改,已经确定为50--100公里/秒,由此可以估算出宇宙的年龄大约在100亿至200亿年之间,这与最古老的天体的寿命大致是吻合的。
我们来想象一下宇宙诞生时那动人心魄的图景:
大约200亿年以前,整个宇宙是一个密度极高的原始原子(想象一下整个宇宙的质量都集中在那里!),温度也是极高,大约是一万亿度,在某一瞬间爆炸突然发生了,早期弥散在空间的主要是光子,正负μ介子,正负电子,中微子,少量的质子和中子等等。
当温度降到一千亿度之后,正负μ介子开始湮灭,中子也开始衰变为质子,但这只是在不到一秒钟的时间里完成的。
在爆炸30分钟后,温度降低到十亿度左右,此时的质子和中子便可以&安静&下来合成氢氦之类的轻元素了,在此温度之上所有的粒子都是无法靠近在一起的。
在大约两千年的时间里,整个空间仍是实物较少,而辐射的能量居多,宇宙中纵横交错的大多都是光子,物质的质量大多以能量的形式存储在这些光子中。
温度再降低时,各种在高温下电离的物质慢慢复合成中性物质,此后物质和辐射不再耦合在一起而开始各自独立的演化。辐射场的温度还在不断降温,直到今天我们探测到的大约3K附近。而物质则在某些扰动之下开始凝聚成团,在10亿年后开始形成星系,以后经过大约一百亿年宇宙就演化成今天的样子。
宇宙从诞生到今天的这段历史大抵就是如上所述,除了中间的一些细节(如星系形成的过程)之外都已经清楚了。但有些人更关心宇宙以后演化的趋势,根据弗里德曼宇宙模型,这取决于宇宙当前的密度,当它小于临界密度时,整个宇宙便是开放的,它将继续无限制地扩展下去;如果大的话,那么宇宙膨胀到一定程度之后就开始收缩,并且一直缩到大爆炸以前的状态,然后再爆炸,再收缩,如此往复,直至无穷。另外我们根据红移极大的星体的哈勃图也可以作出判断。
现在的观测结果表明宇宙的密度小于临界密度,应该是开放的,但我们利用类星体的红移关系求出来的结果却指出宇宙应该是闭合的,这中间明显存在着矛盾。
可能的原因是宇宙中存在大量的暗物质还没有被人发现,我们观测的密度仅仅是那些发光物体的,而同时类星体的哈勃图也存在这样那样的问题,因此我们这个宇宙今后的走势仍是一个未解之谜。
大约200亿年以前,整个宇宙是一个密度极高的原始原子(想象一下整个宇宙的质量都集中在那里!),温度也是极高,大约是一万亿度,在某一瞬间爆炸突然发生了,早期弥散在空间的主要是光子,正负μ介子,正负电子,中微子,少量的质子和中子等等。
“原始原子”?可是那时还没产生中子和质子呀,难道“原始原子”没有原子核?也许这只是比喻吧?(收藏、打印)
没有啦?到头啦?霍金呢?
谢谢你详细介绍了爱因斯坦、史瓦西、哈勃等尤其是伽莫夫,没有他们是不会有霍金的。不过霍金的宇宙大爆炸理论还结合了量子力学。
其实玻尔海森堡他们的量子力学理论体系中有一个了不起的论断,&#8197;个人以为实在是人类思想史上的奇迹。他们主张,原则上人类&#8197;是无法对任何东西精确测量的,因为测量工具和测量对象本身会&#8197;不可避免的互相影响。&#8197;要命的是爱因斯坦到死都不同意他们的观点,他认为世界上存在着&#8197;可以完全隔离,绝对不互相影响的两个空间,GODEL,SCHWINGER等大&#8197;哲学家,大数学家都是这派的支持者。而玻尔他们坚决说NO,在这个&#8197;世界上没有,也绝对不可能有两个绝对独立,绝对不关联的空间或事件。&#8197;这个大辩论,从物理升华到哲学层次,终于几至白热化。不过事情既然&#8197;探讨到了哲学层次,我觉得无论那派都很难压倒对方了,反而成了&#8197;winners-take-nothing的游戏。&#8197;玻尔去世的N多年以后,确切说在现今,量子通讯(quantum&#8197;communication)&#8197;技术成为研究的热点之一。这种通讯第一次从理论上来使密码破译不再有可能。&#8197;以前的传统编码技术,包括二战时名噪一时的ENIGMA机等等,原则上是都是&#8197;可以破译的,所需的只是时间和强大的计算机而已。而量子通讯则将巧妙地将&#8197;信息编入量子态之中。其实无论哪种解密,第一步都是截获对方信息,各国无线&#8197;监听台里高高竖起的天线就是明证。量子通讯就在这一环节断了密码破译的路,&#8197;因为无论怎样截获的都不是原文的完美复制本了。原因N多年前玻尔已经断言过,&#8197;“测量工具和测量对象本身会不可避免的互相影响”。&#8197;从玻尔的一个深锐的哲学观点,居然发展到如今的妙用,玻尔本人只怕也是万万&#8197;想不到的。&#8197;只能说人类智慧之能,当真一神至斯!&#8197;再次向人类的智慧致以最高的敬意。&#8197;
量子力学是人类对微观世界的认知,它导出的无数结论都是和人们的日常经验极端相悖的。&#8197;海森堡(Heisenberg)曾经指出在不被测量(观察)的时候,微观量子态按照Schodinger方程&#8197;自由自在的演化,而且这种变化规律本身不受观察的干扰,是绝对客观的。然而这些量子态&#8197;本身不可能被直接观测到,只能用抽象的数学而不是用日常生活的语言去描述,因而可以说不是&#8197;实在的。&#8197;另一方面,量子力学对观察结果的描述都是可以被实验测量并验证的,因而是实在的。然后由&#8197;于前文提到的“测量工具和测量对象本身不可避免的互相影响“,这种实在的测量不能称之为客&#8197;观了。&#8197;所谓实在的东西不客观,客观的东西不实在,是不是怎么听怎么不像人话阿,然而它是正确的。&#8197;前面的那篇关于量子通讯的文章,我只是一时兴起,仅凭着几年以前的一点微弱印象,十分钟&#8197;匆匆写就,所以连展开都不敢,这里得到大家的指正,深表谢意。之后我回去查了一下书,回顾了&#8197;一下当年爱因斯坦的那桩公案。&#8197;量子力学的很多变态推论,都是爱因斯坦不能接受的,根源当然还是决定论和几率论的冲突。终于&#8197;有一次,爱因斯坦几乎是愤怒地提出了著名的可分隔原则。他指出,有这样一个”常识“上的公理,&#8197;在两个系统互不接触绝对隔离的情况下,对其中一个系统做的任何事情原则上不会对另一系统立即有&#8197;影响。注意立即这个词,不是说快的没法说,甚至超过了光速等等,而是真的一点时间延迟都没有!!!!&#8197;爱因斯坦在相对论中明确的指出,信号的传递速度是有限的,最快当然是不可逾越的光速,而量子力学的&#8197;一个推论居然认为真的是瞬发瞬至,一点时间间隔都没有,试问爱因斯坦如何能够接受??&#8197;这个节爱因斯坦到死都未解开,这也是他无法认同量子力学的重要原因,在1964年,贝尔(Bell)在继承了&#8197;爱因斯坦的这个批判的基础上,提出著名的贝尔不等式,可以说和量子力学格格不入,然而这一次,&#8197;终于不只是在哲学上的纸上谈兵,而是有实验可以检验了。
告诉大家结果,量子力学是最终的胜利者.
由此迷信”常识“的危害程度可见一斑,最富警惕性最有批判性的爱因斯坦也不免中招:)
[ 本帖最后由 智端行走 于
12:26 编辑 ]
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没有读过爱因斯坦的自传,我始终无法想象这位巨人是怎样在PRINCETON度过他的后半生的。面对量子力学的空前成功和根基上他无法容忍的巨大缺陷,他又是怎样调和的那。晚年的爱因斯坦很少参加学术会议,试问那次会议会少的了谈论成功已极的量子力学?有一次,他居然接受邀请,到苏格兰一所女中去作报告。面对一大群青春靓丽然而目瞪口呆的女学生们,爱因斯坦一边深思,一边在黑板上写满了诸如G MIU NIU的引力张量符号,此情此景,强大睿智如爱因斯坦也会道出人生至此,天道宁论的悲凉吧。
倒是那块黑板,被诚惶诚恐地校方保存至今,这个大概成了人类历史上第一块没人愿意擦掉的黑板?
生命中最后几十年爱因斯坦是彻底孤独地致力于电磁场和引力场的统一。可悲的时这位巨人太过超前,其时四大基本作用中的强相互作用和弱相互作用尚未发现,他的这种所谓统一无疑是痴人说梦。不管怎样,我始终怀疑爱因斯坦应该算是郁郁而终的。如果他早些年知道这些实验的结果,纵使他明白自己数十年的争斗中输的干干净净,也会含笑而眠吧。
物理学的开端
每一个故事都有开头,我们又从哪里说起呢?
距今两千多年以前,在欧洲巴尔干半岛的南端,美丽的爱琴海沿岸。群居民静静聚居在雅典城附近,过着日出而作,日落而息的静谧生活。
他们的文明按照当时标准的评价也许不值一哂,在此多年以前埃及人就建起了宏伟的金字塔,美索不达米亚平原上纵横交错的运河更是惠泽万代,甚至领邦悍勇善战的斯巴达人也远瞧他们不起,雅典城里的那些人么,一一听到战鼓就后退,一见到血腥就颤抖,他们不过是一群悠闲堕落的商人和懦夫罢了
还有比他们更奇怪的人么,敌人都快兵临城下了,议会大厅里无聊的公民们还在发表自己的高见;盛夏剧院里居然数万人和舞台上几个带面具的戏子同悲同喜;那里最受尊重的不是满身创疤的武夫,而是口若悬河的雄辩家,下笔如神的剧作家,和……一些疯子。
那时侯没有思想家这个词语,但整日望着天空发呆的人不是疯子吗,胆敢鼓动年青人否定神灵的人不是疯子么,只知躲在屋内写画一些奇怪符号的人不是疯子吗,在一起只是大谈逻辑之类枉费人神的人不是疯子吗,他们中间固然有一些人颇受贵族们的青睐,从而得以开学授徒,著书立说,但更多的人则喜欢隐逸民间,最极端的干脆流浪街头,过着最是贫贱的生活。
他们所追求的不是金钱,不是名利,不是宗教上的虔诚,只是一种模糊的理性美。王者的话语是靠不住的,天神的预言也有不实之处,要想真正弄清楚这个世界究竟是什么样的,不妨走得远一些,再远一些,静静地坐在橄榄树下,用一种审慎目光重新将凡间的万事再扫视一遍,终究会有所得的。
&不懂几何者严禁入内。&这是柏拉图神学院,世界上最早意义上的大学门口的几个粲然大字,即便是名赫一时的王公贵族走到这里也会赧然避开,可以想象当地球上第一批的思想家们寻到数学这样一件不带任何主观色彩的利器时,那是如何的骄傲而自豪呀。
数学早在几千年以前,就被埃及人和巴比伦人用于买卖商品,丈量土地,甚至他们还制定了年历,绘制了星图,这些不过是为了实用或宗教,但一到希腊人手中,立时神威尽显,借助数学,他们的目光更加敏锐,理解的事理更加深透,从那时便萌生了真正意义上的物理。
早期的数学是和某种神秘主义联系在一起的,这里要提到的是毕达哥拉斯,形式上的演绎推论便是自他开始。他最是钟爱自然数,这是他从琴弦上发现的秘密,仅当弦长之比为为简单的自然数之比,例如2:1,3:4等才能发出悦耳的声音,这大概是历史上最早用数学表述的物理定律了。
毕达哥拉斯甚至还想更进一步,不光琴弦是和谐的,宇宙的万物都应该符合这一至高准则,虽然最终神秘主义将他推到科学的对立面上,但这种对自然界美的追寻已经为历代物理学家终极使命。
另一位大师名叫德谟克里特,是原子论的创始人。很难想象几千年前就有人敢断言我们这个世界是由无数不可分割的,肉眼不可见的粒子组成。他把这些粒子命名为原子,一共有四种,干燥而重的石原子,潮湿而重的水原子,冷而轻的气原子,热而易变的火原子,万物便是这些原子的组合,土壤是水原子和石原子组成的,植物则是土壤中的水原子和石原子与阳光中的火原子结合成的。
这些观点以今天的眼光来看未免粗鄙可笑,但在当时的条件下有如此见解,也算是很了不起了,何况这确实为后世的物理化学奠定了基础。从德谟克里特玄想中的原子论到道尔顿提出真正科学意义上的分子论,却也足足过了两千年。
混沌之中物理学又向前迈进了几百年,一直到大哲学家亚里士多德手中才算真正开张了起来。亚里士多德乃是一位兴趣极为广博的哲人,很多学科都是他给取的名字,包括生物学,哲学,逻辑学,物理学也是他从希腊文
(意为自然)中推演而来的。
但只怕亚里士多德本人对物理学的最大贡献也就仅仅是给它取上了一个动听的名称而已,他采用的一套说明物理的方法很是符合日常的经验,譬如物体从来都是静止的,除非你用力推它才开始运动,这些浅陋的观点在今天即便是刚学物理的初中生也会直斥其非。然而他最大的错漏尚不在此,而是把数学掘弃到物理学之外,这可能是所有幻想仅通过哲学的思辩便能通晓天下事理的思想家的通病。偏偏这种错漏被人们一继承便是千年之久,传到后世的神学家手中时,所谓物理学已经被歪曲到惨不忍睹的地步。
相形之下真正具有生命力倒是阿基米德的力学。阿基米德也是古希腊有数的大科学家,但他的成名之路与亚里士多德颇有不同。亚里士多德除了自身知识渊博之外,还因他是亚历山大大帝的老师;阿基米德则凭借保卫祖国的大军事工程师的身份而声名鹊起。
在他的时代,所谓学者都是一些行在天上,不食人间烟火的异人,象阿基米德这般既精擅数学,又肯脚踏实地地和杠杆,机械之类实物打交道的,却是少之又少。
物理学原本就是沿着两条不同的线路走下去的,其一是获得对世界的终极解释,其二是用于济世拯民。阿基米德.偏向的是第二条线路,当他的邦国锡拉丘兹遭到盛极一时的罗马帝国的侵袭时便挺身而出。
事实上数万的罗马军士真正对抗的也只阿基米德一人而已。他利用杠杆原理抛射出的飞弹和巨石将罗马人砸的头破血流,在海上他甚至将敌方的舰只用机械手一把抓了起来,另一次则用镜面会聚了阳光的能量将罗马人的风帆烧为灰烬。
恼羞成怒的罗马人源源不断的增兵添将,一番急攻之下终至城破。士兵们怒气冲冲地冲入城中,找的第一个人便是阿基米德。但他们见到后都不免大失所望,这位传说中神魔一般的人物居然是一个不起眼的白发老头,他静静地伏在地上用芦苇杆画着一些几何图形,对周遭的一切似乎置若罔闻。
有人用脚重重地踩在他的几何图形上,阿基米德这才愤怒地昂起头,厉声道:&你们让我把这道题算完……&,无情的刀剑已经斩落下来。
躺在血泊中辗转呻吟的远不止是阿基米德,而是整个希腊文明。希腊文明的衰亡是历史上最是凝重悲壮的一笔,自此人类又在漫长黑夜中探摸了数千年,终于再见依稀的灯光。
此后崛起的罗马帝国,其军威之胜,地域之广,那是希腊远不能比拟的。罗马文化也有其独到之处,但是真正意义上的科学精神在他们手中已经所剩无几了,及至西罗马帝国被日尔曼蛮族攻占,整个欧洲更是废墟一片,连罗马人自己也只能偏安到小亚细亚的一隅,希腊文明更是只剩下了神话和碎片,留待后世细心的人们拾取。
沧海月明夜,
万物匿其形,
天公降牛顿,
处处皆光明。
公元1642年大概是整个物理学史上最为出名的一年,但这一点在当时只怕并不能为英格兰东部林肯郡一个名叫沃尔斯索普的小村里的居民能认识到。其时正值圣诞节前夜,风雪之中一位村妇行色匆匆地赶往医生家中,她在胸口不停地划着十字,嘴中还在叨念,那个牛顿家的早产儿不知道怎么到底怎么样了?
她在村里干了多年的接生婆,却从来没有见过如此瘦小的婴孩,那个孩子象猫儿一样蜷在母亲的怀抱里,甚至一品脱的杯子就可以把他盛下。孩子刚出世的时候紧闭小嘴,脸色铁青,幸好边上有一位醉醺醺的神父,他情急之下把一杯烈酒泼洒在婴儿身上,孩子才猛醒一般大声哭叫起来。
事隔多年之后,神父犹为当年的急智洋洋得意,因为他拯救的哪里是个病恹恹的小生命,而是世界上最伟大的人。
伊萨克&#8226;牛顿静悄悄地来到人世的这一年,正赶上大物理学家迦利略的去世。这对刚复兴的物理学来说无疑是一沉重的打击,何况迦利略临死前不久还被人拖到宗教法庭上伏法认罪,知者无不心寒。这位德高望重的领袖一去,整个物理学不免显得萧索起来,很长一段时间都没有什么进展,世界仍是迷雾重重,也许大家都在等待那个拨开迷雾的人。
但小牛顿是不知道这些的,他从来不知道迦利略是谁。对他来说最快乐的事情莫过于坐在河边看磨房风车的转动,或者水中小鱼的游荡。
他不愿意回家。说起来这个孩子的身世颇为凄惨,他出生前的三个月父亲就去世了,而后他母亲又改嫁到一个名叫史密斯的牧师家中。这位牧师面慈心狠,经常虐待牛顿不说,还不让他见母亲的面,后来几个弟妹的相继出世使得牛顿在家中更无地位可言。
在学校里牛顿也并没有讨到老师的喜欢,各门功课差得一塌糊涂,而且由于身形瘦小,成为诸多顽童欺负的对象。小牛顿生性内向,在外人面前很是腼腆,纵使受了欺侮也很少回击,他只喜欢和班上的女孩子来往,经常制作一些小玩偶之类的玩具送给她们。
有一次牛顿精心模仿磨房里的风车制作了一个模型,他得意地拿到班上炫耀,这是他难得开心的时刻,但班上那个成绩最好的学生反问了他一句,你知道风车是怎么转起来的么,老实的牛顿立时目瞪口呆。
哄笑声中那个成绩好的孩子将风车扔在地上踩个稀烂,牛顿再也忍不住了,他愤怒地拔拳相向,那个孩子虽然比他高一大截,但在牛顿凌厉的攻势之下无招架之力。事后牛顿跑到小河边痛哭了一场,他发誓今后一定要出人头地。
这件事对牛顿的影响极深,直到他晚年仍不时地提及。自此之后,牛顿门门功课都是全优,所有的老师和学生都是刮目相看。牛顿除了学习成绩惊人以外,课外他更喜欢动手制作一些新发明。
此时牛顿作为天才物理学家的能力已经显现出来,一次他观察到自己身体的影子随着太阳的转动长短发生了变化,就萌生了制作日晷的念头。他在家中大门上画满了刻度,随眼一瞥就能报出准确到分钟的时间,与教堂里的大挂钟别无二致。后来教堂里的钟出了问题,村里人干脆就拿牛顿的太阳钟做标准时间,一直用到牛顿逝世后几十年。
18岁那年,牛顿终于得尝所愿,来到了著名的剑桥大学三一学院,当时的大学大多带有神学院的性质,三一学院的院名也是借指神学上的圣父,圣子,圣灵的三位一体。
牛顿对宗教的兴趣大概也是始于剑桥,但他最喜欢的还是物理和数学。在大学里牛顿仍是性格孤僻,很少与人交往,早在读中学的时候他就发现自己的智力高得和普通学生不可同日而语,现在到了英国的最高学府,情况却没有什么变化。
同学们之间的话题他从来没有兴趣参与,而指导老师普雷因教授也整天只是忙着招募弟子。当时教授们的收入完全来自学生们的学费,也无怪普雷因教授一连招收了五六十名弟子,几乎落得人贩子的美名。
老师根本没时间指导牛顿,遑论能有心思回答他那些精灵古怪的问题了,最后普雷因教授干脆列了一个书单,上面都是自古流传的经典名作,内容涉及到数学,哲学,宗教等等,在这几年里牛顿的任务就是把它们读完就算了结了学业。
此法果然奏效,牛顿再也没来找过他,而是埋头到那些书目之中。他一边读书一边作笔记,上面写满了他对各类科学问题惊世骇俗的看法。无论谁看了,都决不能相信这居然出自一个二十多岁的年青人之手,直到今天牛顿的这些手稿还在被一些史学家,科学家细细研究。
在剑桥大学里唯一能让牛顿动心的是著名的卢卡斯讲座,这一讲座是当时剑桥大学里唯一涉及到自然科学的讲座,而且通常都是由最负名望的学者轮流主持,第一任执掌教席的乃是巴罗教授。这位巴罗教授也算得上是一位奇才,十八岁便在三一学院获得博士学位,他精通数学,还先后担任过希腊文,哲学教授,被誉为整个欧洲最为出色的学者。
巴罗教授的报告牛顿开始是每场必听,并且通常坐在最后一排。每当巴罗讲到一些艰涩难懂的地方,经常会抽眼关注一下听众的表情,台下人人神色凝重,即便是资深教授也会微微皱起眉头,全场只有坐在后排的那个金发小个子嘴角微撇,一幅满不在乎的神情。
更令巴罗惊异的是几次报告之后却见不到牛顿的人影,他索性直接在宿舍里找到了牛顿,原来牛顿竟认为他所讲的已经丧失新意,根本听之无趣。一番倾谈之下,巴罗对牛顿极是看中。这个年青人聪慧过人,眼界高远,学识水平远出齐辈,尤其在数学上更是极负天资,很多复杂的定理公式在他手中如同儿戏。
然而当他无意中提到几个简单的几何问题时,牛顿却眨眨眼睛接不上话,细细盘问之下却发现他居然根本不懂最简单的欧氏几何学。
当下巴罗大惊失色:&你是怎么看懂笛卡儿的《几何学》的?&
在刚才的谈话中牛顿曾对当代数学大师笛卡儿的几何学提出一些很是高明的见解。
不料牛顿更是满脸狐疑:&那是我没事的时候翻着玩的,难道还先得学什么欧氏几何不可么?&
巴罗低下头去半晌无语,他深知笛卡儿著的那本几何学极尽烦琐之能事,其中不但充满了晦涩的哲学术语,通篇公式之繁杂更是前所罕见,而眼前这位小伙子居然在丝毫不通基本几何学的情况下居然能全盘理解,融会贯通,那不是天才是什么?嘿嘿,那位人贩子普雷因教授,着实误人不浅。
此后巴罗教授对牛顿更是青眼相加,有时候在卢卡斯讲座讲到精妙费解之处,就让牛顿站出来侃侃而谈,台下听众尽多博学之士,然则这位年青人说理清澈,功力精湛,竟是谁也找不出毛病来。
一次,牛顿在讲说之中灵感忽现,便当即连讲带写展示了他的想法,其中的数学公式极是艰难,写在黑板上便是极长的一串,牛顿面不改色,心脑并用,转眼间就给出答案,包括巴罗在内的所有听众无不面面相觑,全场一片静寂。
最后巴罗教授站了起来,缓缓道:&伊萨克&#8226;牛顿,我不得不遗憾地告诉你,作为导师,我实在不能再教你什么了,&,然后把目光转向其他听众&诸位,我提请你们注意一下,眼前的这位年青人终将执掌卢卡斯教席,而他一旦执掌,只怕教席的轮流制就此废止了。&
巴罗教授毕竟是大有眼光的人物,在牛顿二十六岁那年就以教授的身份接掌卢卡斯教席,而且一直到他五十岁之后自愿放弃为止。
牛顿如此受巴罗教授的赏识倒也不仅靠他的天才。巴罗教授生平阅人无数,而剑大更是英才辈出,牛顿的天分固然是无与伦比,他的勤奋更是不作第二人想。
其实用勤奋这种字眼来形容牛顿还是太肤浅了,因为科学在他而言甚于生命。当时剑大的学生各个风流潇洒,马场,剧院,舞厅都少不了他们的身影,惟独牛顿一人整日埋头书桌,不与人交往,更遑论唱歌跳舞之类的活动。
巴罗教授的点拨使牛顿眼界大开,而他介绍给牛顿的欧几里得所著的《几何原本》一书更是让牛顿明白了如何建立一套公理完备的科学体系。加强了基础之后他抽空又把笛卡儿的几何学从头至尾看了一遍,找到了其中大量的错误,他简直就象跟作者赛跑一般,一边读着书一边就远远地超出了作者的水平。
一段时间里牛顿狂热地迷上天文。其时的天文学经过多年积累,资料已颇为丰厚,尤其在大天文学家第谷的毕生努力下,整理出行星运动的极多数据。同屋的人曾怀疑牛顿是否有了什么毛病,几天都不下床,只是捧着一大本资料看个没完,有时苦思冥想,有时写写画画,手头上没纸便顺手在墙上打起了草稿。
大家都知道牛顿一件事不完成势必不会收工的,但从来没见他如此艰难地沉迷在一道难题上,以他资质之高当世未必会有什么问题让他如此费神。有人打趣地问他,难道你想做个占星士不成,牛顿
紧闭着嘴唇并不答话。
但是牛顿的学生生涯突然被意外地中断了,那是一场席卷欧洲的大瘟疫,仅在伦敦一下子就死去了好几万人。学校里宣布停课,牛顿不得不转到乡下伍尔索普农庄里,这一住便是十八个月。
这一段隐居生活,多年以来一直是人们津津乐道的话题。谁也无法想象,天下竟有如此一个聪明的年青人,居然有如神助,能在如此短暂的时间里作出震撼世界的成绩来。
村里人都知道那个剑桥的聪明人回来了,但谁也没有见到他,牛顿始终都在屋后的那间小阁子里,唯一能表示他存在的便是小屋彻夜的昏黄灯光。
一个经典的传说是当牛顿坐在树下看书的时候,一只苹果突然砸到他身上,这一司空见惯的现象却引起了牛顿的深思,他认识到一定是一种引力在起作用,推而广之,地球和月球,行星和太阳之间必然也存在类似的力,这便是牛顿发现万有引力的经过。
如此一来,便似整个人类能有今天灿烂的文明倒似是两个苹果之功,其一便是伊甸园里的亚当和夏娃偷食的那一只,他们此后终被逐出伊甸园并得以繁衍众生,其二便是砸在牛顿身上的那只,这一砸不仅砸出旷世第一灵感,自此人类的命运是大为改观。
当然这只是戏说,但牛顿当真这十八月内几乎完成了他一生中最重要的发现。
历史上的牛顿不仅仅是作为大物理学家出现的,在数学的发展史上他也是举足轻重的人物。而真正以数学大师身份出现的牛顿似乎只有他回到乡下后的头六个月,在这段时间里,他同时发明了二项式定理,无穷级数展开,微积分,无穷小概念和极限,尤其是微积分,几乎决定了几百年来数学的研究主流。
这些眼花缭乱的成果在当时而言即便是第一等的数学家花六个月时间未必能理解,一个并不以数学为职业的人居然轻松创造了出来,当真匪夷所思。
被冠以&轻松&二字,是因为牛顿只不过是为发展他的新物理找到一套工具而已,他也未必放在心上。牛顿瞄准的乃是宇宙中最普适的真理。
在此之前人们就如何描述垂直下落的物体,也知平抛物体的时候初速度越大抛得越远,可是谁能把这和天上月亮和星星的运动联想起来!九天之上的神界怎能同浑浊不堪的凡间同日而语呢,上帝难道也会围着餐巾拿起刀叉享用早餐么?
在英国乡下一间昏暗的屋子里,一个年青人锐利的目光看穿了一切:又有什么不一样呢?月球,行星运行的轨道方程和地上物体的是何其近似,一定是一种同样的神秘因素在起作用,一种促使着物体互相吸引的因素,这就是万物运动的根源所在。
夜已深了,伏案良久的牛顿终于直起身来,他默默地把手稿放入了柜里,这是牛顿一向的习惯,凡事不彻底弄清楚之前,决不轻易拿以示人的,万有引力定理虽然神妙,但要确定它还需更详尽的资料。他首先想到的便是在剑大读书时曾疯狂研读过的天文资料,孰料当时很多记载都有误,跟牛顿推演的结论差距甚大,他只得再次将手稿封入柜中,直到几十年后天文观测的数据被修正之后才取出发表。
但这震撼宇宙的第一思想就这样在悄悄诞生在一个名不见经传的年青人手中,牛顿终于可以安心地好好睡上一觉了
瘟疫之后,各大院校也陆续复课,此时的牛顿全然不似世界第一智者的形象,他照例是话不多说,人也不多交往,但他获得了一大笔奖学金,生活着实改善了不少,再加上巴罗教授的鼎立提携,他很快成为年轻一代学子中的佼佼者。
1668年,26岁的牛顿双喜临门,他一方面获得发明了反射式望远镜,获得极大的声誉,另一方面终于开始执掌了卢卡斯讲座的教席。这种反射式望远镜不再是透镜聚焦,而是利用球面镜的反射来聚焦,这样一来消除了色差现象,望远镜的分辨率和放大倍数都大为提高,四年之后牛顿单凭此项发明便当选为英国皇家学会会员。
反射望远镜的制作也证明牛顿确实是千年以来的第一奇才,为了发展出他新力学,什么都是亲自动手,数学知识不够便自创出一套来,观测工具不够先进便重新改进,什么都挡不住他的脚步。牛顿是既是第一等的思想大家,数学才能也是古今罕见,实验的技术也独步天下,即便就其作为一个工匠来看亦是身手不凡。
如此才华横溢的牛顿却自打跨入皇家学会的第一天便遭人嫉视,这当然与他本人的个性也是大有关联。牛顿自幼双亲离弃,性格上多是偏激自负之处,言语不禁,得罪了不少人,而他偏又心胸狭窄,睚眦必报,若是有人触犯了自己,便会遭至倾力报复,甚至不惜利用学术和行政(这是他晚年当上大官之后)的手段压制。
和牛顿争论最多的便是大他13岁同为皇家学会会员的罗伯特&#8226;胡克,此人亦是一位多才多艺的大物理学家,他发明了很多东西,诸如湿度计,量雨器,螺旋弹簧,万向节等等,在物理学中物体的形变和外力成正比的胡克定理也是大大有名。他身世与牛顿也有相仿之处,妒忌心之强却远甚牛顿,他可不愿意看到这位初出茅庐的年青人就此大红大紫,将自己的风头压了下去。
胡克首先找到的茬子是牛顿的反射望远镜,他以长辈的口吻对牛顿的新发明反射望远镜再三挑剔,并说如果给他时间他作出来的还要好的多。不仅如此,胡克还强扣着牛顿的论文不发表,硬说他的光学理论不值一哂。
生性要强的牛顿哪里受的了这个,一场大战就此引发。这些年牛顿一直专注于光学的研究,战火便从光学领域燃起,而这一战便是六年之久。
开始二人还都仅囿于学术范围,但很快胡克就相形见绌,他虽也是一位罕见的奇才,然而在博大精深的牛顿面前,他的才智也仅剩下一些微不足道的小技巧而已。胡克的数学功底相比牛顿不啻霄壤,很多实验也是毛毛糙糙,漫不经心,而牛顿在学术上向来是兢兢业业,胡克的纰漏蔫能逃过牛顿那如炬目光,他甚至找出了胡克的看家法宝--显微镜原理的错误,并当众公布了出来。
胡克羞恼之下,也纠集地当时全欧第一流的物理学家对牛顿的光学理论发难,其时牛顿的理论发轫未久,基础薄弱,漏洞实多,因此牛顿一边回击,一边迅速弥补了很多缺陷,为了替自己的观点辩护,1675年他在实验中发现了著名的牛顿环现象,这也是光学中极重要的一个发现。
后来牛顿和胡克之争逐步演化为人身攻击,这一点上他们也是棋逢对手,胡克言辞亢烈,牛顿用语尖刻,却是谁也奈何不了对方。二人都被这场论战弄得筋疲力尽,唯一得益的倒是光学本身,这几年的发展乃是百年间最为迅速的。
孰料一波未平,一波又起,来自欧陆的大数学家莱布尼兹就微积分的发明权的问题要也和牛顿争个高下。这场风波原是牛顿的好友,另一位数学家科林斯引发的。
当年莱布尼兹在数学上刚展露头角,年少气盛,便以外交使节的身份来到英国,名曰研究,实是挑战,英国皇家学会派出的迎战人员便是科林斯。这莱布尼兹极是了得,三言两语便将他驳得体无完肤,科林斯焉能服气,他拿出了牛顿锁在柜中的手稿,上面都是牛顿数学思想的精华,比如二项式定理,流数法等。
莱布尼兹一看之下不免大惊失色,一声不吭地就回了国。科林斯固然是不辱使命,得胜还朝,
却在学界留下一桩公案。几年后莱布尼兹发表了世界上第一篇关于微积分的论文,在那篇不到六页的文章里他采用了比牛顿高明的微积分符号,直到今天还被广泛使用,但这却也不能说不受当年牛顿手稿的启发。
牛顿知道后大是愤怒,以他个性之强,便是全天下的人与他作对也不见得会屈服,他马上写信将莱布尼兹痛斥一番,自此二人也是你来我往,不亦乐乎。
终于连牛顿自己也不能忍受了,他在给胡克的一封信里明智地宣布退出争执,那封信是这样写的:&笛卡儿先生所做的是搭了一座梯子,而您则使梯子升得更高了一些,……如果我能看的更远一些,那是因为我站在巨人的肩膀上。&
最后那句话向来被用来引证牛顿为人是如何的谦逊,但大家都看的出来,牛顿的意思是我可并没理睬什么梯子,我是站在巨人肩膀上的,这只不过暗含对胡克的讥讽而已。
尤令人啧啧称奇的是在这几年的无尽纷扰之中牛顿居然还能静下心来构思出古今第一科学巨著《自然哲学的数学原理》。在书中他模仿了欧几里德的几何公里化体系,综合前人的经验和自己的创新,奠定了经典物理学的根基:著名的牛顿三定律。
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此书一出,学界登时将牛顿视为天人,此后他几百年的崇高地位再也无人撼动丝毫,直到二十世纪又爆发新的革命为止。
说起来,书中著名的万有引力于距离平方成反比的结论还是拜胡克所赐。牛顿在一次争吵中指出胡克行星运动的椭圆方程谬误丛生,胡克情急之下却突然萌发了一个大胆的见解,引力应和距离平方成反比。牛顿初闻此言便是一愣,他早年曾有过类似的想法,可是苦无证据,年日既久,已经慢慢淡忘了,现在一经胡克提及,登时想到这些行星的运动方程只怕就是突破口所在。
看着胡克一头雾水的样子,牛顿肚中暗暗好笑,胡克的数学素养比自己毕竟还是差了一大截,他要是稍有头脑的话,便会想到这方程与引力定律乃有莫大的关联,决不至当着自己的面说出来。
牛顿马上查遍了各种公式,最后目光落到开普勒方程上。开普勒乃是大天文学家第谷的嫡传弟子,第谷的最大贡献便是整理出浩若烟海的行星轨道数据,而开普勒也为总结出三条定律耗尽毕生心血。牛顿运用开普勒方程,很快便完成了推导。
《原理》一书影响之大上至王公贵族,下至贩夫走卒都有耳闻,甚至女王陛下也为此召见牛顿,大概是让牛顿给她讲解。这次具体召见的情形史书并为记载,但想必女王对牛顿甚是钦服,自此牛顿也颇得女王的眷顾,走得一路顺风,不久便升任皇家学会主席。
牛顿的思想象火炬一般熊熊地燃烧在欧洲的上空,整个物理学在他的带动之下走上了全新的道路,在物理学家的眼中牛顿无异耶稣降世,没有他的话人们不知还要在黑暗中摸索多少年。
全盛时期的牛顿在物理学上已经没了敌手,当年胆敢与他争锋的学者一个个被他清出场外,皇家学会已然被他一手遮天,不是牛顿思想的信徒休想踏入一步,甚至在几百年后这还是选拔会员的唯一标准。
后世的学者不免对牛顿的这种霸气颇有微词,英国皇家学会也一度成为最为保守的科研机构,但问题在于当时牛顿的道路是唯一可行的,所有和他不一致的观点都是行而不远,而那些&盲从&牛顿的信徒们最终将经典物理学推上了辉煌的极点,这其中的是与非可就难说的很了。
至于牛顿对晚年对物理学的放弃,犹如他在隐居在乡下的十八个月里一般,令人很是难以理解。可能牛顿已经模糊意识到整套看似完美的理论有重大缺陷,那是关于他的绝对空间和绝对时间的观念。他自己也无法解释既然空间时间都是恒久地存在着,那么当初又是怎么运动起来的呢?
他只有求助于上帝。
他不仅是天才的物理学家,也是虔诚的教徒,他在宗教方面可不是象外人所想的那般前卫和叛逆,注意这样一个事实:牛顿一生中的神学手稿洋洋洒洒统共有几百万字,比科学方面的多出几倍,他只怕比任何人都热心考证上帝的存在。
有人说中年以后的牛顿已经是江郎才尽,这却也未必。那时的牛顿固然不象年轻时那般石破天惊,但头脑之机敏在当时仍是不作第二人想。
那是一个昏黄的雨夜,年迈的牛顿从办公室里疲累地回到家中。此时的他跻身贵族重臣之列,身兼铸币大臣和皇家学会会长两大要职,工作十分辛苦,但大多已经和物理无关了,尤其是他宠养的猫咪打翻的烛台将几十年的手稿烧光之后,牛顿更是意冷心灰,遂全心于官场上的应酬。
家中一位朋友恭候已久,他向牛顿递上了几张纸片,那是一份来自法国的信笺。著名的数学家伯努利提出了著名的最速落线问题,题目看上去很是浅显,从固定高度下落的小球究竟沿怎样的曲线轨道滑落到地面上方能使得下落时间最短,孰料此题难度之大居然折服了欧陆的第一等好手,伯努利无奈之下只得出重金悬赏,消息传到英吉利海峡的对岸,英伦三岛的大师们亦是一筹莫展。
此时牛顿已遁入官场多年,但他们还是找到了这位精神领袖。牛顿接过信,戴上老花眼镜看了看,说道:我尽量试试吧。寒暄几句之后,访友告辞下楼。
几天之后,伯努利突然收到一封没有署名的信件,他了了浏览了一便之后突然大叫了一声,人们纷纷闻声赶到,伯努利愣了半晌方才一字一顿的说道:&我虽然没有见到雄师本人,但毫无疑问我看到的是雄师的爪印。&那封信便是牛顿所写,这篇不长的文章里他又用利剑开辟了数学上一个崭新的领域--变分法,算起来该是牛顿对科学的最后一个贡献了。
至于变分的思想在后世的物理学何等重要,这个只怕牛顿本人也没有意识到。物理学发展到今天,牛顿的光学的微粒说早在十八世纪就被支持波动说的泊松等人找出了破绽,绝对空间和绝对时间的理念终于被爱因斯坦的相对论彻底颠覆,万有引力定律也慢慢的为引力场理论所取代,唯独他模糊暗示的变分思想一跃成为物理学的真正根基所在,无论是研究广袤无垠的宇宙的相对论,还是揭示物质最基本结构的夸克的第一得力工具量子场论,他们的基础都是建立在朴素的变分思想之上的。几百年前伟大的牛顿,不问物理学几十年之久的牛顿,到底在离开人世之前为物理学埋下了最重的一个伏笔。
晚年的牛顿将睿智无匹的头脑用在升官进爵上,倒也很是了得。这也说明牛顿决非一般人所想的书呆子之流。他为官工于心计,算无遗策,有心和他争竞的人在他手下根本走不了三合,几十年来内阁几遭更迭,唯他一人稳若泰山,屡受女王的封赏。他为铸币大臣的时候,以执法严酷闻名朝野,一些蟊贼企图伪造货币,他一怒之下将整个地下组织连根拽起,二十多人均处绞刑。
牛顿一直到八十三岁那年才病逝,这对于一个生下来仅几磅重的早产儿来说也是一个奇迹。他这一生当真事事成功,无论作为物理学家还是数学家,神学家或者炼丹士,皇家学会会长或者大英帝国的铸币大臣,在历史上都是重重的一笔。
送葬的队伍极是壮观,首尾蜿蜒几里之长,即便亲王下葬也鲜有如此的排场。街头巷尾都是潮水一般的人群,这些年来牛顿尽管深居简出,但在大英帝国臣民的心目中已然神秘得宛似上帝的代言人,大英王室的成员来了,坎特伯雷大主教来了,内阁的各部部长来了,整个欧洲的学界精英都聚齐了。
尽管牛顿离开物理学已经几十年之久,但真正发自内心悲痛的还是学界的人士,上帝的代言人走了马上可以另找一个,铸币大臣去了当朝也不乏精明强干的官吏取代,然而作为科学家的牛顿一死,普天之下,千载以降未必再找得出第二人。
他们中有的人一直因在学术上受到牛顿的倾轧而耿耿于怀,有的人不止一次地被牛顿的尖刻言辞所刺伤而记恨终生,然而这一次他们都默默地走在送葬队伍的当中,脚步格外地凝重,人人心中都是一般心思:历史终将记住的是科学家的牛顿,而决不是什么铸币大臣或神学家。
牛顿被安葬在威斯敏斯特大教堂的伟人公墓,他的墓碑上刻写的是如下的文字:
伊萨克&#8226;牛顿爵士
静静地躺在这里。
他以超人的智慧,
第一个证明了,
行星的运动和形状,
彗星的轨道和海洋的潮汐。
他孜孜不倦地研究
光线的各种不同的折射角,
颜色产生的种种性质。
对于自然,历史和圣经
他是一位勤勉,敏锐而忠实的诠释者。
他以自己的哲学证明了上帝的庄严,
并在他举止中表现了福音的淳朴
让人类欢呼吧,
曾经存在过这样一位
伟大的人类之光。
&陛下,我们的假设中没有上帝!&--拉普拉斯
1799年的法兰西,灯碧辉煌的宫廷中,盛装的拿破仑嘴角挂着微笑,他当然有十足的理由值得自豪,不久前的雾月政变中他一跃便攫取了最高权柄,偌大的法兰西自此便匍匐在他的脚下。他随眼一瞥,参加这次盛宴的尽是王公将军,政府要员,巨董大亨,学界名流,全法兰西的精英都汇集于此,便微微点了点头。
这时一位高个绅士手捧两卷新书,缓步走到前排,毕恭毕敬地献给了拿破仑。众贵宾不免相视狐疑,他们自然都识得这位便是鼎鼎有名的大物理学家拉普拉斯,他与拿破仑的私人交谊非同泛泛,加之素来威望孚众,此时已升任内政部长。
有人不免暗笑他大不识趣,如此风光的场合,人人都是奉上奇珍异宝,这书呆子却寒碜至此,有人却深知拉普拉斯此人甚是圆滑世故,自大革命以来无数的腥风血雨伤不了他毫发,官倒是越做越大,他此般做作自是大有深意。
拿破仑接过赠书,一页页地翻了起来,宾客们纷纷放下酒杯,关注着他的脸色,拉普拉斯则恭顺地垂头立在一边。突然拿破仑重重一哼,道:&拉普拉斯,你新著的这本《天体力学》口口声声说能解决宇宙的一切谜题,可我前后翻了这许多页,你居然没有只字提到上帝?!&
周围的人无不耸动,拉普拉斯却陡然敛起一贯谦卑的笑容,昂起头肃然说道:&陛下,我的假设中并不需要上帝!&
纵观物理学千年以来的发展,对物理学真正最具信心的不是门类空前完善的今天,也不是经典物理成熟透顶的十九世纪末,而是拉普拉斯所处的时代。
其时牛顿逝世已近半个世纪,然而他指引的方向确是丝毫不差,这些年来物理学取得了空前的发展,神学的迷雾一点点的散去,牛顿力学的威力也一点点的显出,原先无数困惑难解的现象无不迎刃而解。如果说还有什么障碍的话,那便是数学上遇到了难题。
牛顿力学的概念固然是清晰明澈,但一遇到受力复杂的物体便需罗列诸多方程,求解极是困难,而且学过初等力学的人便知那套力学须得对每个物体作图解的受力分析,纵横交叉的矢量箭头更是大添繁乱,究其原因,还是牛顿力学在在数学上挖掘得尚不够深入。
随着微积分体系的逐步健全,分析已成为数学中新兴的第一手段,和代数,几何鼎足而立。大物理学家,数学家拉格朗日的《分析力学》横空出世,立时弥补了牛顿力学的缺憾。
拉格朗日是法国18世纪号称&三L&的三大科学家之首,剩下二位便是拉普拉斯和大数学家勒让德。他的父亲是一位很富有的商人,在拉格朗日童年的时候就不幸破产。多年之后拉格朗日提及此事的时候仍是大有感触,自称那是他一生最幸运的事情,要不然到今天法兰西只不过会多一个庸碌的商人而已。
《分析力学》一书着眼于更本质的物理量--能量,把虚位移原理,拉格朗日方程,最小作用原理贯穿在一起,利用变分法这一强大的数学工具把力学推向了新的高度。全书以拉丁文写就,遣词造句极富风度,全无干巴巴的说教,倒似点缀以公式和方程的诗篇。
拉格朗日于此书也极是自负,在序言中如是写到:&我们自牛顿时代以来力学的专著层出不穷,但我保证本书的见解是全新的,自此所有和力学相关的题目都可以遵循一整套有条不紊的步骤,这一点恐怕会令一些喜欢奇兵制胜的朋友所望,这里没有一副图形,也没有任何几何上的论证,在我看来,力学显然已经成了分析的一支。&
分析力学自是将纯数学引入物理的一个成功范例,而且解决了很多以前很难求解的问题。机械制造工业,建筑行业都在此基础上大大迈进了一步。但后世学者对分析力学却也颇有微词,它冲淡了物理学对事物本原的追寻,反而陷入了数学上无尽的形式变化,所有力学家无不以尽善尽美地解出方程为终极目标,百多年来力学再鲜有进展,这也是原因之一。
但分析力学中的变分法却无论在当时,还是后世都是大受推崇。变分法思想乃是起源于亘古以来的一种美学思想,即事间万物均是被最简单,最完美的天然规律所支配。
十七世纪大数学家费马在研究光的传播时提出过一条神秘的费马原理,不管在什么介质中运动,沿真实传播路径所需时间是最短的,依照该定理便可导出光的折射定理,这实际上已经开了变分法的先河。
牛顿还在世的时候,法国的伯努利曾悬赏解决著名的最速落线问题,题目的原话是这样的:&在垂直平面内有任意两点,一质点受地心引力的作用自较高点滑落到较低点,不计摩擦,问沿何种曲线运动时所需时间最短。&宝刀不老的牛顿仅花了一夜时间便找到了解决办法,而真正把变分法用于力学中的则是爱尔兰的大物理学家,数学家哈密顿。
哈密顿自小便受过极好的教育,5岁就开始学习各种外语,12岁的时候已经掌握了12门欧洲语言,当时人人都认为他将会成为第一流的语言学家。孰料13岁那一年他和美国另一位15岁的数学天才见面之后发生了戏剧般的变化,他获得了那位美国神童不可思议的数学天赋,而美国神童最终却成为一代语言学大师。
16岁那年哈密顿便指出了拉普拉斯的《天体力学》一书中的错误,令拉普拉斯大为惊叹。进入剑桥三一学院之后更是才华毕露,二十二岁那年就成为三一学院的天文学教授,人们从这位貌不惊人的爱尔兰人身上依稀看到了牛顿当年的风采。
力学在哈密顿手中又一次获得升华,他的哈密顿原理是力学中至精至简的形式,纷繁芜杂的牛顿方程被简要地用哈密顿正则方程所代替。
其中的H便是著名的哈密顿量,这在当年并未怎么引起十分的注意,直到两百年后新物理学的两大支柱相对论和量子力学出世之后,牛顿力学中的很多观念都被放弃,惟有哈密顿量成为两大支柱都扣得极紧的物理量,这一方面固然是哈密顿识见远卓,另一方面也说明正则方程实是牛顿方程的精髓所在,须知任何新理论都不是空中楼阁,而要向原有的理论借助一些最是根本的思想。
哈密顿不仅是一位物理学,数学大师,其人文素养也是首屈一指。法兰西文学院多次征文,此君都是榜上有名。这也与当时学界涉猎广博的风气相关,知识分子阶层相互交谈用法语,立论著书用拉丁语,其时的法国大革命方兴未艾,启蒙风气之胜,思想大家之多相比文艺复兴时代并不逊色,很多人身兼数学家,物理学家,哲学家于一身,但象哈密顿这般文笔高妙的人倒是不多,如象拉普拉斯一般冠以革命家,社会活动家,政府高级官员的头衔的任务更是罕见了。
拉普拉斯出身贫寒,他自小砺志自学,到二十一岁那年已经身手不凡,几篇涉及到数学,物理最新研究领域的论文引起了法兰西科学院的重视。但科学院当时守旧势力极重,象他这般既无背景,又年轻的人是很难进入的,拉普拉斯满怀希望地申请加入,谁知第一年申请科学院把职位给了比他年长十四岁的范德蒙,第二年又给了比他大十岁的库辛,他不免大发牢骚&科学院宁愿接受一个才能远逊于我的人!&,心灰气沮之余便到一所军事院校教书,这却成为他一生的转折点,因为在那里他遇上了其时尚为一炮兵学员的拿破仑。
不过若说拉普拉斯的成名全拜拿破仑所赐却也太过冤枉了他。当拉普拉斯经过一番努力终于跻身法兰西科学院时,立刻显出了他的实力。拉普拉斯研究领域之广,论文数量之多,质量之高在全法国再无人能出其右,即便已经逝世的拉格朗日也是颇为不及,凭借如此辉煌的业绩很快便登上了院长的宝座。
拉普拉斯涉猎到分析力学,差分方法,偏微分的解法,概率论和人口论,热学和声学的诸多方向,但他最显著的成绩就是把物理学引入到天文学中。他最早根据牛顿力学的万有引力建立起摄动理论,并讨论了三体问题解的存在。
所谓三体问题就是空间三个物体在万有引力作用下的运动方程,这类看似浅显的问题真正解决起来却极是困难,拉普拉斯凭借深厚的数学功底,找到了一个特解,大约一百年后另一位数学物理大师彭加勒专门研究了多体问题(三个物体以上),他发现若是任有一个物体的坐标稍加变动,整个系统的运行轨道就变得全然不可捉摸,顺着这条线索走下去便有了今天盛极一时的混沌现象及非线形科学。
天体力学这个名词便是拉普拉斯最先提出来的,在他严密的推导之下所有的天体,诸如行星,月亮,彗星,木星、土星、天王星各卫星的轨道都是一目了然,甚至拉普拉斯开始了笔下推算未知天体的尝试。
一些行星的轨道和计算的轨道有所偏离,学者们首先想到的不是方程出了毛病,而一定是轨道外围还有一颗未被发现的行星在作祟,这也可见此时人们对牛顿力学的倚信程度已经到了无以复加的地步。尤其是1846年英国的亚当斯和法国的勒威耶同时发现的海王星更是有笔尖上的行星的美誉,牛顿力学再次显示出无坚不摧的威力。
如果说上个世纪物理学家还在为上帝的问题和神学家据理力争的话,到十九世纪则根本是不屑一顾,上帝的存在大可不必理会,世上还有什么问题解决不了的呢。漫漫长夜中伟人牛顿已经升起了明灯,沿着他指引的方向,我们自己在头脑里便可给出合乎理性的答案。大哲人伏尔泰的呼声道出了众人的心底话:&如果没有上帝,我们便造一个出来!&
拉普拉斯虽然在官场上碌碌畏缩,明哲保身,但一谈及物理学这一股自豪感却油然而生,即便面对威严的皇帝也是豪情不减。拉普拉斯的说法是只要能给我宇宙诞生初期的条件和边界的条件,叫上加上足够的数学知识,我甚至能计算出整个宇宙的演化历程,不管是过去,现在还是将来。
此言已颇显狂态,阿基米德也曾吹嘘若给他一个支点便能撬起整个地球,也不过是极言杠杆作用之大,谁也不会挺身一试,但拉普拉斯的狂言却赢得一片轰然叫好之声,有些持重之士纵使嘴上不说,心里也是暗暗称道,人人心中都是一般想法:纵使我们这一代人未必能够,后世的物理学家们的日子也大是轻松,甚至不须出什么才能特异之士,只要数学工具一朝改进,顺着牛顿的路走下去便终可修成正果,所需的不过是时间和经验而已。
今天的物理学家回想起来,拉普拉斯的言语虽然极是鼓动人心,却也太过狂妄,此后的两百年间数学固然没取得想象中的进展,牛顿力学却终究发现了不实之处,而且即便我们的计算能力空前强大,也不能预言出宇宙的每一个细节,这些都是二十世纪的量子力学出世之后人们才慢慢领悟到的,拉普拉斯纵使是牛顿再世,也决计想象不出后来居然还有如此惊人的波折。
热学的发展包括热力学和统计物理两部分,它一开始虽然不象力学一般从数学中演绎出一套完美严格的体系,但于生产发展,社会进步却起过重要的作用,从第一次科技革命的代表--蒸汽机便可见一斑。
早在1695年法国人丹尼斯&#8226;巴本就制造出世界上第一台活塞似蒸汽机,他的设计思想很是新颖,汽缸中加热产生蒸汽,推动活塞上升到顶端,然后汽缸降温,活塞又被推回,于是装置就运转起来。
此后的蒸汽机种类繁多,但究其原理也与此类似。作出重大改进的是英国的瓦特,他于1782年制出单动式蒸汽机,并随后改进为双冲程式,蒸汽机的效率大大提高,并被广泛运用于各行各业,从此瓦特的名字就和蒸汽机紧紧联在一起。
瓦特,巴本等人都是第一等的大发明家,工程师,却都算不上是物理学家。热学建立之初便和工程运用方面联系得极紧,这固与热学中不需要力学那般复杂的数学工具有关,但研究热学的物理学家们大多重视实验现象,忽视哲学的思辩也是一大失策,譬如荒谬的热质说就作为热学的根本前后统治达两百年之久便是明证。至于在如此脆弱的根基上居然演绎出很多成功的热学定理,甚至总结出震烁古今的第一哲学思想--能量守恒定律,却当真匪夷所思。
整个热力学是建立在三大定律的基础之上的,如同牛顿三定律是牛顿力学的核心一般。第一定律就是能量的转化和守恒定律,这不仅限于热学领域,而是贯穿于整个物理学中。最早用实验证明热学中的热量和力学中的功等效的是英国物理学家焦耳。
焦耳出生于曼彻斯特,原本是位酿酒师,后来在著名化学家道尔顿的引导下走上了科学的道路。他在实验方面颇有天赋,几乎是一点便会,一会便精,二十出头就在电学中观察到电流产生的热量和电流强度的平方、电阻成正比的焦耳定律而扬名一时,然而自此这位年青人就沉寂下去,因为他花了足足三十年的工夫才测定热功当量的数值,奠定了能量守恒的基础。
能量守恒定律意义的重要性在当时而言,其哲学上的意义远较物理为胜。哲学家尽可以欢天喜地地拿去引证自然界事物的运动形式总是不断转化的观点,而物理学家只不过简化了一些复杂问题的求解过程。
真正令人大开眼界的是二十世纪的相对论诞生之后,爱因斯坦著名的质能方程
显示出质量和能量的转换关系,原来各自独立的能量守恒和质量守恒也合二为一。此后数学中的群论引入物理学之后,寻找守恒定律便成了第一要务,今后物理学还会有什么进展,很大程度上取决于是否能找到类似能量,动量之类的守恒量。
热力学第一定律无情的击碎了&永动机&的梦想。人类自古以来就渴望制出一种不需要额外提供能量又能永远转动下去的机器,但一直也未成功,反倒弄出了无数闹剧。
最有名的是欧洲的一个人号称制出了永动机,其装置并不复杂,不过是一个轮轴上悬挂了几个金属球,偏偏这个轮轴当真一转起来就不休不停,而且每转一圈还可以从井中提出一小桶水来。稍具物理知识的人便可知此事绝不可能,但也一时看不出其作弊的手段。这个人口才了得,在他的鼓动之下,居然带着永动机游历整个欧洲,每到一国还受到王室的接见,甚至还曾取得专利。后来他的仆人间拌嘴才泄露了天机,原来永动机的下面有个暗箱,只须有人藏匿其中转动发条即可。
第一定律明确指出了能量是不能凭空产生的,但有些才智之士又突发奇想,第一定律不是指出能量和热量可以相互转换么,那好,我们可以从一个高温物体不断吸收出热量并转换成机械能做功,这不也是一种永动机么,何况于第一定律并不矛盾呀。
其实当蒸汽机不断完善的时候人们就发现出这一个问题,无论怎么润滑机件,减小摩擦,蒸汽机的效率提高到一定值之后就怎么也上不去了,换句话说高温物体释放的热量绝对不能完全转化成机械能,这倒不能简单地推诿于摩擦,即便是摩擦力为零的情况也是如此,解决这个问题就需要用到热力学第二定律。
著名的物理学家克劳修斯提出的第二定理的表述是:不可能从单一物体吸收热量并把热量完全转化为机械能,另一位物理学家开尔闻勋爵的说法更是简单明了:不能把热量从低温物体逆传到高温物体,后来证明这两种说法都是等同的。
随后克劳修斯便引入了熵的概念,从而第二定律又获得了第三种解释:熵增加原理,即在封闭的外部热量无法传入的情况下,体系的熵值只会朝增加的方向移动。
所谓熵值乃是表现体系的无序程度的物理量,熵值越大,体系便越是混乱离散。熵这个词在当今除了物理和化学等寥寥学科之外,很少再有人提及了,但在19世纪的欧洲的上层社会的交谈中,你若不装腔作势地拼出这个字音来会被人视为鄙陋的。
起因还在克劳修斯,他得出熵增加的结论之后马上就推广到宇宙空间,整个宇宙不也可视为一个封闭系统么,那么宇宙的前景是可想而知的,熵值无限增加,最后到一个极大值,此后宇宙各处的温度都等同了起来,便处于一种永恒的死寂状态。他写下这篇论文时的笔调很是忧郁,似乎宇宙的末日并不为远。
克劳修斯的文章震动了整个社会,当时西方各国的社会正处于上升的黄金阶段,机械大工业已初见端倪,粗大的烟囱林立城市,满载的航船游曳大洋,老百姓的生活日益富足,人人都正在想如何把此等天堂一般的日子承继下去,孰料一盆冷水突然迎面泼来。
末世的到来圣经里不是没有,那也只是触怒上帝的报复,再说那时人们已大多倾信于科学,于天主的警告未必放在心上,然而正是科学家作出这等惨淡的预言,不由得不信,一般小民未必会在意这世界的结局如何,但哲学家们却非要争出个是非不可,受其影响,那个时期的文学也是悲观主义盛行一时,无病呻吟的诗歌也处处可见,神学家又得意地站了出来&如何,末日终有到来之日,这可是上帝的惩罚,还不投入天主的怀抱,请求宽恕?&
实际上宇宙的热寂说本不足为信,第二定律简单地推广到整个宇宙空间未必适用,何况我们还无法说出宇宙的边界究竟是怎样的情况。至于那些耗散到太空去的热究竟到哪里去了,究竟又是怎样集结起来的,这期间牵涉到怎样的能量转化过程,当时的人们只能含混其词&上帝自有他的道理&。这须得到二十世纪的新宇宙学发展之后,才能给出答案。
热力学第三定理最简单的表述是:绝对零度可以无限接近,但永远都不能真正达到。我们知道,物理学家开尔文曾经制定过一套热力学温标,与摄氏温标和华氏温标不同的是,它规定的世界上的最低温度是绝对零度,换顺换算成摄氏温度是-273.16度。
第三定律是在对低温进行时由德国的物理化学家能斯脱提出的,沿着这条路走下去到二十世纪低温物理学便发展成物理学中门类最是庞大的一支--凝聚态物理,八十年代红极一时的超导也是系出此门。
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热学的另一支统计力学走的与热力学全然不是一条路,它是建立在分子运动论和数学上一大分支概率论基础之上的。
分子学说自从古希腊的德谟克里特以来沉寂了千年之久,直到近世才被大化学家道尔顿从故纸堆中翻了出来,而概率论来历更是古怪,最初居然是大数学家傅立叶从赌场中获得的灵感。这样的两种理论结合在一起,又没有很强的实验来支撑,人们原来是不抱什么希望的。孰料天下尽多蹊跷之事,统计力学轻易就推导出热力学三大定律,而且前提只有一条:承认每个分子在各种不同的物理状态中是等几率分布的。
这样一来热力学给出的是宏观上的现象,统计力学解释的是微观上的机理,二者实是殊途同归。其实统计力学最大的意义并不在于把热学重新解释了一遍,而是第一次把概率论的观点引入了物理学中,这在二十世纪物理学的革命中起了极端重要的作用,到今天每个物理学家都能真切地认识到:我们这个世界是建立在概率基础上的。
电磁学是整个经典物理学辉煌到顶点的标志。早在古希腊时代人们认识到琥珀带电和磁石吸引铁钉的现象,但也仅仅到两百年以前才突然发现电和磁是如何紧密地联在一起的。
最早能把琥珀带电和天上的闪电想象成是一种物质的是美国人富兰克林,这在当时也算是了不起的创见。自古以来人们就对电闪雷鸣抱有恐惧的心理,牛顿力学虽然解释了很多现象,但对此却无能为力,因为这其中涉及到的不是引力的作用,而是另一种尚未知晓的力--电磁力。
富兰克林也是偶然注意到这一现象的,那一次在家中用一个存贮电荷的莱顿瓶做实验,一不小心莱顿瓶漏电,当场将他身旁的夫人击晕了过去,这只怕是历史上第一次人造电荷发生的事故。富兰克林赶忙将妻子扶起,心中却想,妻子倒地时浑身抽搐发青,倒似被雷电击中的一般,只怕雷电多少和这莱顿瓶中的电荷有关。
这富兰克林也是胆气豪壮之士,他专门找准了雷雨天放起风筝,金属丝线搭落下来,火光四溢,旁人见了无不骇然失色,他却一边拽着风筝疾跑一边哈哈大笑,&我找到雷电的成因了!&
当时研究电流的强度实在没有什么好的仪器,富兰克林干脆就把电流通到自己身上,如此强度就分成了三六九等,无感觉,麻木,抽搐,昏厥,再以上就觉察不到了,几次富兰克林都险被击毙。物理学家大都极富献身精神,但象他这般涉身犯险,视生命直同儿戏的倒也没几个,也正是在这些迹近拼命的实验下,电学的第一批数据建立起来了。
第一个认识到电荷平方反比律的是应该算是英国的大物理学家卡文迪许。他出身贵族豪门,照例卡文迪许这等身份的人或者出入官场,扬威域内,或者放浪形骸,寄情声色犬马之中,可是他生性古僻,平时连生人都不愿见到一个,生平最喜好的事情便是在家里作各种希奇古怪的实验。
卡文迪许是第一等的大物理学家,实验作得固然是精度极高,理论上的功底也是不弱,他在翻读牛顿的《原理》一书时看到牛顿的一个证明,一个小球悬吊在另一个空心球体之内,受到的引力为零,这完全是因为万有引力与距离平方成反比之故。卡文迪许看到这里,突然想到莱顿瓶的电荷可是只分布在表面,内部可是一点儿也没有,莫非电荷的作用力和引力作用全然相同,都是遵守平方反比的规律,这也未免太过巧合了吧?
此等联想乃是物理学中最是宝贵的直觉,在实验室中不分昼夜的埋头实验故是不易,呕心沥血地推导出复杂的公式也属难得,但终究是及不上这电花火石般的一刹那,自牛顿的万有引力发现以来最重要的一个猜想便这般诞生了。
当时的实验条件很是简陋,但卡文迪许经过极细心的检验和论证,指出电荷间作用力的形式如同:(),其中n在之间,这是第一等的发现,但卡文迪许生性内向,所有的手稿都锁在柜中了事,根本无意发表。一直到1785年,法国物理学家库仑设计出扭称实验,验证了平方反比率,轰动了整个欧洲,但其精度尚还不及卡文迪许。
卡文迪许终身未婚,只有他侄子继承了一大笔财产和一大柜手稿。他一生除了购置实验仪器之外花费着实寥寥,他的侄子毕竟最通他心意,将此笔钱捐给剑桥大学彼得豪斯学院实验室,这个实验室就是后来名闻天下的卡文迪许实验室,人类在那里第一次揭开原子的秘密,前后在那里培养出诺贝尔奖金获得者共计二十六人。
不过卡文迪许的侄子本人不通物理,倒拿那一大堆手稿没有办法,直到他本人也逝世之后,手稿才流落出来,后世的物理学家读到之后才对卡文迪许的旷世才学又惊又佩。是他最早精确测定了万有引力的常数,是他最早提出了电荷间的作用力和距离平方成反比,是他在法拉第之先用实验演示了电容器的电容和填充的物质相关,早在欧姆定律公开发表的三十年前他就发现了导体两端的电势和流过的电流成正比。在化学上他甚至享有&化学家中的牛顿&的美誉,是他最早提出水是由氢氧两种元素组成的。
更让人不可思议的是所有这一切全部都是他一人完成的,连一个助手都没有,更别提创立什么学派了,他从来不与其他科学家交往,但英国科学界对他的尊敬是牛顿之后无人可比的。
库仑定理提出之后,静电学又进入了一个崭新的阶段,一些第一流的大数学家参加了进来,其中便有高斯,格林,泊松等人。泊松是拉格朗日的得意高徒,他最先把数学中一整套分析的办法引入到电磁学中来,高斯则把单电荷的库仑定理扩展到连续场中,格林则第一次引入了电势的概念。
静电学已经发展得很是成熟,与此平行的磁学也找到了类似的平方反比的作用力,但究竟电和磁之间究竟有什么牵连几十年来都不甚明了。一直到电池问世,人们可以获得稳恒的电流时,这个谜底才在1820年被丹麦物理学家奥斯特揭开。奥斯特也是偶然发现通以电流的导线边上的磁针奇迹般地发生了偏转,这一发现当即轰动一时,当年的著名科学刊物《化学和物理学年鉴》破例将他的论文全文刊载,附的编者按也颇耐人寻味:&读者们一定都知道,本刊从不轻易支持宣称有惊人发现的报告,至今我们仍以能坚持这一方针而自诩,然而奥斯特先生的文章显然是个例外,他的结果看起来无论怎么光怪陆离,但每一个数据都是准确无误的,谁也找不到丝毫漏洞。&
奥斯特的论文很快被译成法文,英文和德文传便了整个欧洲,另一位大物理学家安培接到消息之后大吃一惊,头脑中冒出的第一个想法便是磁体和磁体之间有相互作用,电流和磁体之间也有相互作用,如此说来电流和电流之间也应该有相互作用的呀。电池发明并使用的那么长时间,奥斯特效应摆在眼边都被漠视至此,已经是说不过去了,电流之间的相互作用要是还找不到,岂不令我辈汗颜?
他马上付诸实验,并于日找到了实验证据,并向法国科学院作了汇报,并给出了著名的安培定律的表达式,而这仅仅是在奥斯特发现电流磁效应的第七天,电磁学的在一个星期的时间里进境之快,当真令人瞠目结舌。
物理学家们各个都在暗悔自己的粗心大意,下一个目标却是再也不能放过了,电流可以产生磁,那么磁怎样才能产生电呢?但这个问题一搁置又是十年,直到英国的大物理学家法拉第发现了电磁感应现象。
法拉第的崛起才真正算得上是一个奇迹。这位从小生长在伦敦郊外贫民窟里的孩子,一生所受到的正规教育不过才两年。连他自己都认为一生的最大出息也不过是一个出色的手艺工人而已,可是当时万业萧条,连靠手艺吃饭都成梦想,不得已法拉第浪迹伦敦,什么样的粗活重活都干过,包括打铁,喂马,送报,烤面包等等,最后的一份工作总算是固定下来了,帮人装订书报。
可是法拉第也算是不世奇才,那个印刷厂出版的多是科技图书,他在装订的间隙闲极无聊,干脆读一些装订的书页为乐,开始他连字都认不全,但后来居然对其中的电和磁之类的东西大感兴趣。下工之后,他经常在工友中宣讲自己对电磁学的理解,人人都听得昏昏欲睡,唯独他意兴盎然,最后一位老工人劝他道:&你和我们这些粗人有什么可说的呢,应该去找那些吃白面包的人呀。&
那些吃白面包的人都是上层人士,自己奈何能见到他们?再三思量之下,法拉第决定把自己的一些见解写信寄给当时皇家学会会员戴维先生。戴维乃是英国当时首屈一指的大化学家,28岁那年便自创电化学一门学科,并发现了钠,钾等诸多金属元素,当时英法两国打得天昏地暗,拿破仑还是力排众议,授予他皇家勋章。法拉第对他景仰已久,经常旷工跑去听他做的报告。
法拉第本没抱多大希望,谁知不久竟然受到了戴维的亲笔回信。原来戴维看到法拉第的信后,心想此人的见解倒也颇具灵性,看来也是一位可造之才,一见面之后却不免微微皱头,来者衣衫不整,肢手粗大,全无想象中儒雅的绅士风范,稍询片刻,便知法拉第根本没受什么教育,业余自学的东西倒是不少,但都杂而未纯,不成章法,尤其数学知识几乎是零。
但戴维心肠甚软,不忍拂他一片热忱求学之意,又见他反应灵敏,手脚麻利,便接纳他为自己的助手。自此法拉第一步登天,步入了科学的殿堂。
法拉第得知奥斯特和安培的进展之后,就把目标锁定在磁如何生电的问题上。十年之间他不知做了多少实验,跟着戴维拜会了多少名家,都没有取得丝毫进展,但法拉第却并不气馁。
最后一次他选定的方案是把磁铁插入绕制的线圈之中,然后观察电流计中的计数。当时的仪器很是庞大,每次法拉第把磁铁插入线圈之后,都须得跑到另外一个放电流计的屋子去读数,结果每每都失望而回。
突然法拉第灵感忽现,莫不是在磁棒插入的一瞬间才有电流产生?他向来心思极是周全,但于这一节却倒是从未想过,心念一动,叫来同事帮忙,在另一个房间里他果然看到了指针的偏转,登时目瞪口呆,兴奋得连欢呼都忘了。
电磁感应定律发现又一次轰动了欧洲,法拉第也一朝成名。但法拉第在科学上的贡献远远不止这些,他师从戴维,在电化学领域发现了电解第一,第二定律。在实验方面19世纪的物理学家中却没有一个及得上他,是法拉第首先证实了电荷守恒,研究了光的偏振面在强磁场中的旋转,揭示了抗磁性和顺磁性,在化学上也是硕果累累,他制造出包括苯,丁烯在内无数的有机物,成功地液化了二氧化碳,氯气,二氧化硫等气体,接连不断地创出新的低温记录。
但所有这一切比起他提出的场的观念,都不免黯然失色了。法拉第的数学基础不好,这是不争的事实。当时的物理学家各个都擅长用复杂的数学公式来表达物理思想,法拉第就经常合不上拍,但他也有自己的一套办法,用图解的方法表示出电磁场的分布。法拉第称之为力线,并在讲演中经常使用,开始大家都不免窃窃私笑,但没有人料到,这些力线实在是牛顿时代以来物理基础理论的一次最重要的变革。
在此以前人们的潜意识中都持有的是超距作用的观点,即物质之间相互作用的传递根本是不需要时间的,力本身就是物质的属性,至于它怎样产生是无法说明的。
这本来是牛顿的一家之言,只是牛顿威名过胜,后来人们一直便当天经地义一般。而法拉第画出的力线则隐然包含了物质之间的作用力乃是通过场来传播的,场虽然看不见,摸不着,但却实实在在的是一种物质,这不但为迈克斯韦的电磁场理论奠定了基础,而且对整个二十世纪的物理学影响极深。
法拉第曾著有《电学的实验研究》一书,由于书中公式寥寥,在当时抱有数学至上观点的物理学界中反应平平,但法拉第毕}

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