《规律简史》——规律的族谱与规律的发现

楼主:张士耿 时间:2020-11-28 20:46:17 点击:1332 回复:238
脱水 打赏 看楼主 设置

字体:

边距:

背景:

还原:

上页 1 2 3 下页  到页 
  
  引言: 规律的秘密


  四百年前,英国哲学家弗兰西斯·培根试图使人们相信:我们能够理解和掌握世界万物的规律,从而可以生活得“像帝王一样”。经过一代又一代科学家的不懈探索,我们今天确实在很大程度上掌握了世界的规律,并且普通人也在衣食住行、通讯、娱乐等各个方面,都过上了四百年前的帝王以及培根爵士本人都不曾想象到的便利、丰裕、多彩的生活。
  “自然规律”是人们在自然实践和社会实践的基础上进行类比而得来的一个概念。古希腊人有“法律”这个词,但是他们基本上不用“自然规律”这个词。他们所发现的自然事物的定量规律被称为“原理”,如阿基米德的“杠杆原理”和“浮力原理”。最早明确地使用“自然规律”这个概念的是17世纪的法国哲学家和科学家笛卡尔,笛卡尔假定自然在整体上是由规律支配的。作为一个对物质世界持机械主义观点的哲学家,他把自然规律和机械原理看成同一回事,他说过“自然规律,也就是机械规则”。

打赏

0 点赞

主帖获得的天涯分:0
举报 | 楼主 | 埋红包
楼主发言:232次 发图:31张 | 添加到话题 |
楼主张士耿 时间:2020-11-28 22:04:18
  在中世纪,人们认为上帝会参与宇宙中年复一年、日复一日的活动,会委派各种等级的天神、天使推动天体的运行,同时还要不断地观察并指导地球上的一切事务。其实世界各地的有神论基本上都持有类似的观念。既然一切都是神的安排,所以,在这样的观念中,自然界也就没有什么规律性可言,它完全是神的意志的体现。但是笛卡尔认为,上帝不必这样天天忙碌,他设想,上帝完全是通过在最初时确定下来的“自然规律”来统治宇宙,一旦宇宙和它必须遵守的规律被创造出来,上帝就不再干涉他所创造出来的这部自动机器了。这样的话,我们研究自然界时就可以抛开上帝不管,只须专注于探索自然规律和物质结构就行了。从这里你是否已经嗅到了一点唯物论的味道?从此以后,包括牛顿在内的那些信奉基督教新教的科学家都持有笛卡尔这样的观念,这也是自笛卡尔以后基督教新教徒们能够推动近代科学取得巨大进步的一个根本原因。
  • 播火者: 举报  2020-12-02 21:02:29  评论

    评论 张士耿:难得的佳作,不过最好不要用“简史”,太俗套了,用烂了,拉低了作品的层次。直接用“论”就行了,规律论,简单直接明了
  • 张士耿: 举报  2020-12-02 22:41:03  评论

    谢谢支持!我还有一部书叫《规律之母》,这是一部研究规律的理论性著作,这部书是真正的“规律论”。《规律之母》是我的哲学三部曲的第二部,第一部是《存在之问》,《规律之母》将在《存在之问》后连载。《规律简史》重点是讲规律的家族和规律的发现史,所以叫“规律简史”,这里面有很多精彩的故事。
剩余 2 条评论  点击查看  我要评论
楼主张士耿 时间:2020-11-28 22:04:36
  这种观念再往前可以追溯到16世纪法国的宗教改革家加尔文。加尔文提出,上帝在创世时制定的天条预先决定了世界上的一切事情,他以此来反对中世纪经院哲学家所提出的天神等级制以及与此相对应的教会等级制。这种思想就是一种机械论的思想,但在当时来说它是进步的,它使人们摆脱了宗教神学的束缚而走向科学的道路。
  无论是人类统治者制定的人人都必须遵守的法律,还是上帝制定的世界万物都必须遵守的规则,在本义上都是一样的,在西文里用的是同一个词,那么“自然规律”当然也是用这个词,在英文中都是“law”。
楼主张士耿 时间:2020-11-28 22:05:00
  我们今天所理解的规律已经不是“law”的原义,不是上帝制定的规则法律,而是事物自身所固有的“那个什么”。那么,什么是规律呢?
  规律的本质极其简单!
  规律就是在一个系统或一类系统中,不同的事物所具有的共同的特征,以及变化的事物所具有的不变的特征。前者我们称之为分布规律,后者我们称之为变化规律。
  由此来看,规律有静态和动态之分。静态的规律是事物在存在、分布中所遵循的规律,称为分布规律,这种规律是空间性规律,是在空间分布上的共同性;动态的规律是事物在运动变化中所遵循的规律,称为运动变化规律,它是时间性规律,是在时间流动中的不变性。
楼主张士耿 时间:2020-11-28 22:05:40
  我们去理解这个世界,就是寻找事物的规律。分布规律,即不同事物的共同性,维系着纷繁世界中事物的差异性、复杂性;变化规律,即事物在变化中的不变性,维系着事物中的无穷变幻和各种关系。因此这世界中的共同性、不变性是我们理解世界的关键。数学中的方程式正是用来表现事物中分布关系的共同性和某种变化关系的不变性的。例如,牛顿第二定律的方程式F=ma表明的是一个物体的受力大小与它的加速度之比是不变的,万有引力方程式F=G•m1•m2/r2表明的是两个物体之间的引力与它们距离平方的乘积是不变的,还表明任意两个物体之间的引力跟它们距离的平方的乘积与两者质量乘积的比值是不变的,这个比值就是万有引力常数。凡是带等号的数学方程式都表明了一种不变性,同样,带等号的函数表达式也是体现着一种不变性。
  古希腊哲学家亚里士多德讲,如果不了解运动,也就必然无法了解自然。我想进一步说,如果不了解运动变化中的不变性,也就无从认识自然。
楼主张士耿 时间:2020-11-28 22:06:14
  世界上的具体规律的数量是很多的,人类的认识不可能穷尽它们。除了少数最基本的规律之外,我们所发现的世界上的规律都是唯象的,也就是处于现象层面上的。规律数量的繁多就体现在唯象规律上面。许多唯象的规律可以用一个或少数更基本的唯象的规律来解释或推出,这也是从现象到本质的过程。
  在由现象到本质、由唯象的规律到更基本的规律的探索过程中,我们发现,我们需要找的规律越来越少,而新的更基本的规律所适用的范围越来越大。这种情况类似于物质的结构,现已发现的几百万种化合物,分解开来,总共只有几十种原子。我们对规律的探索实际上在走一条由繁到简的道路,这是一条哲学和物理学的道路。当然,与此同时人类也在走一条由简单到复杂、由单一到多样化的道路,这是一条具体科学的、交叉科学的、技术科学的、应用科学的道路。
  关于非生命界的各种各样、五花八门的问题可以层层地回答,再层层地追问下去,最终都会把答案归结到很有限的基本物理定律上去。而关于生命现象的问题最终都可以追溯到几个简单的生物学原理(及规律)、控制论原理(及规律)和数学原理上去。
楼主张士耿 时间:2020-11-28 22:06:46
  对于规律的深层次问题,我已在《规律之母》这部书中进行了比较详尽的探讨,本书的兴趣主要在“规律简史”。规律的历史应该有两种:一种是规律本身的演变史,另一种是规律的发现史。
  规律本身的演变史实际上是规律所适用的系统的演变史。系统变化了,系统中的某些规律也会相应地变化。比如说,液态的物质系统在变化到固体的形态之后,其原来的某些规律就不适用了,新的规律又会出现。再比如,两个物体所组成的系统跟一个物体的系统以及多个物体的系统所适用的规律也是不一样的。本书就是根据系统的不同,对这些系统所适用的规律给出了分类,从而划定出规律的族谱,让我们一眼就能看出同一族谱中的规律的共同特征,也就是同型规律。从中我们很容易发现不同领域不同学科的规律之间、物理学的不同分支学科的定律之间的亲族关系。这对于我们理解这些规律的本质会大有帮助,小伙伴们再也不用为掌握课本中那一个个曾经让你懵圈的物理定律而发愁。
楼主张士耿 时间:2020-11-28 22:07:09
  跟所有的简史著作一样,《规律简史》着重于讲发现史,也就是人类对各族谱中的各个规律的发现过程,让学生在阅读时跟着科学家的思维走,毕竟跟着你的代课老师学习和跟着牛顿学习那效果是不一样的。每一条规律的发现后面都有一些真实的故事,本书以规律的发现为主线讲述了科学家们一些有趣或孤闷的、辉煌或催泪的事迹。这些人,既有出身富贵的,也有生来贫寒的;既有顺风顺水的,也有命运多舛的;既有学院专职的,也有业余单干的;既有少年得志的,也有郁郁终老的。无论是什么样的情况,他们在其有生之年都为科学事业付出了艰辛努力,他们都给人类留下了丰富、厚重、不朽的文化遗产,他们的名字最后都是永载史册。
楼主张士耿 时间:2020-11-29 08:25:02
  目 录

  引言: 规律的秘密

  第一部分 三个古老的普适规律
  楔子: 发现规律──从朴素认识到科学认识
  第1章 世界的组成与结构
  ──德谟克利特的原子论与模块层次律
  1. 探寻世界本原:爱琴海孕育出的古代原子论
  2. 千年后的复活:伽桑狄与波义耳的近代原子论
  3. 从思辨到科学:道尔顿的现代原子论
  4. 接力式的竞赛:元素周期律的发现
  5. 实验揭开奥秘:卢瑟福的原子结构和玻尔模型
  6. 原子论的终点?──普朗克的量子论
  7. 20世纪的头脑风暴:量子力学的建立
  8. 生命的原子:从细胞到基因
  第2章 事物的相同与差异
  ──柏拉图的共相论与同息异息律
  1. 两千多年的大争论
  2. 两片树叶上的真谛
  第3章 逻辑的本质与内核
  ──亚里士多德的工具论与同一律
  1. A=A:最有用的废话
  2. 逻辑学之父:亚里士多德
  3. 亚里士多德之后
  4. 数学:数量与逻辑的联姻
  5. 小结:从三大普适规律到人的先天认知本能

  第二部分 守恒规律族
  楔子: 精确规律的发现
  第4章 守恒规律──数量的同一律
  第5章 静力学中的守恒原理
  1. 古老的力矩守恒规律:阿基米德的杠杆原理
  2. 静力学的基石:来自守恒律的静力学五大公理
  第6章 状态的守恒定律──惯性定律(一体系统的规律)
  1. 亚里士多德可不傻:古代运动观
  2. 黎明前的摸索:中世纪和文艺复兴时期的动力学
  3. 曙光乍现:伽利略的突破
  4. 旭日欲出:笛卡尔的改进
  5. 一体系统的规律
  第7章 动量守恒与角动量守恒定律
  1. 动量守恒定律:从笛卡尔到牛顿
  2. 角动量守恒定律与开普勒第二定律
  第8章 质量与能量守恒定律
  1. 18世纪的质量守恒定律
  2. 19世纪的能量守恒定律
  3. 20世纪的统一:质能守恒定律
  第9章 电学中的守恒定律
  1. 富兰克林与电荷守恒定律
  2. 基尔霍夫电流定律和电压定律
  第10章 光学中的守恒定律
  1. 欧几里得的反射定律
  2. 斯涅耳的折射定律
  3. 光度学中的守恒定律
  4. 光的波动说和粒子说
  5. 迈克尔逊的光速不变原理
  第11章 热力学中的守恒定律
  1. 从蒸汽机说起
  2. 热力学的四大定律:一、二、三、零
  第12章 微观世界中的守恒原理
  1. 守恒性: 揭示微观世界奥秘的唯一抓手
  2. 微观世界的另类:宇称不守恒的发现

  第三部分 作用逆反律族(两体系统的规律)
  第13章两体作用逆反律──力与变化量的精确规律
  1. 受控实验与两体作用系统
  2. 正比逆反律(线性逆反律)
  第14章 流体的作用逆反律──阿基米德浮力定律
  1. 浮力定律和流体静力学
  2. 流体动力学与伯努利家族
  第15章 气体的作用逆反律──波义耳定律
  1. 波义耳定律和气体力学的发展
  2. 分子运动论和气体状态方程
  第16章 固体的作用逆反律──胡克定律
  1. 乌托邦变成现实:英国皇家学会
  2. 胡克定律与胡克其人
  3. 固体力学的早期发展
  第17章 物体动力学状态的作用逆反律
  ──牛顿第二定律与狭义相对论
  1. 孤独辉煌:牛顿这辈子
  2. 经典动力学的基础:牛顿第二定律
  3. 爱因斯坦和他的奇迹年:狭义相对论
  第18章 远程作用──万有引力定律
  1. 日心说:从阿里斯塔克到哥白尼
  2. 地上的规律与天上的规律:伽利略和开普勒
  3. 让一切成为光明:牛顿
  4. 引力常数的测定:卡文迪许
  第19章 远程作用──电磁引力与库仑定律
  1. 电与磁的早期探索
  2. 电与磁第一个定量规律
  第20章 电路中的作用逆反律──欧姆定律
  1. 前人与前奏
  2. 磨砺与成就
  第21章 电磁作用逆反律──楞次定律和电磁感应定律
  1. 电磁学的开路者:奥斯特和安培
  2. 电磁感应定律的发现者:法拉第
  3. 电磁学大厦的建造师:麦克斯韦
  第22章 化学平衡中的作用逆反律──勒夏特列原理
  第23章 经济学中的作用逆反律──亚当•斯密与价值规律
  1. 市场经济的核心规律
  2. 经济学“一哥”与苏格兰启蒙运动
  第24章 两体作用逆反律的原理、意义和适用性
  1. 两体作用逆反律的最终解释
  2. 两体作用系统的可逆性和稳定性
  3. 作用逆反律的适用性
  4. 从作用逆反律到人的先天感觉本能
  5. 小结:寻找同型规律

  第四部分 复杂系统中的规律(多体系统的规律)
  第25章 进化的规律
  1. 进化思想简史
  2. 达尔文与《物种起源》
  3. 自然选择进化律的逻辑原理
  4. 拉马克进化论与达尔文进化论的关系
  5. 自然选择进化论的意义
  第26章 控制系统(目的性系统)的规律
  1. 维纳的控制论和负反馈机制
  2. 被维纳遗漏的能量触放机制
  第27章 关联群系统(非目的性系统&进化系统)和群规则
  1. 关联性与关联群
  2. 关联群系统中的群规则
  3. 关联群系统与层级控制系统
  第28章 稀里糊涂的常见规律
  1. 混淆不清的因果律
  2. 莫名其妙的简约律
  3. 收敛还是发散?──决定论与随机律

  附录: 人物姓名对照及生卒年份索引
楼主张士耿 时间:2020-11-29 13:17:41
  这里先插几句介绍一下《规律简史》的由来。
  在写作《存在之问》、《规律之母》、《信息之巅》这三部书时,我阅读了大量的科学史资料。几年前在三部曲完成之后,就考虑把人类发现规律的历程梳理出来,写一部《规律简史》。这部《规律简史》一定要超越国外的各种“简史”,成为故事最精彩、思想最深刻、内容最丰富,尤其是对学生的学习最实用的一部“简史”。
  《规律简史》不仅仅是历史,也是一部规律的族谱,书的副标题就叫“规律的族谱与规律的发现”。书中对规律进行分类并揭示了规律的本质,这正是本书的不同寻常之处,更是它的核心价值所在。
  在今年的这波非常疫情渐渐平息之后,我的《规律简史》也终于完成,全书27万字,印刷字数估计37万,分四大部分,共28章。
  这本书的特点是“真实性、趣味性、知识性、实用性”。它的实用性在于:第一,把课本中的那些定律放到发现定律的历史背景中去理解,让一个一个定律跟着人物活起来;第二,把每一个定律放到它的同型规律族谱中去理解,这样的学习不仅有趣味,而且对定律的理解会更简单、更深刻——那么多的物理学定律,其实归结起来就只有两种,即守恒定律和作用逆反律。
楼主张士耿 时间:2020-11-29 19:45:24

  第一部分
  三个古老的普适规律


  希腊人和犹太人一样离开了神话之家,但是他们从另一扇门出去,在另一条街上出现。他们思想中的问题已经由“世界从何而来”转变为“世界是什么”。在他们看来,智慧的顶峰不是耳闻活神的声音,而是目睹存在之物的不变本性。

  ——(德)C.F.V.魏茨泽克《科学所及的范围》
楼主张士耿 时间:2020-11-29 19:48:06
  楔子: 发现规律──从朴素认识到科学认识


  人类很早就认识到天有昼夜交替,年有春夏秋冬,月有朔望圆缺,日有西落东升,人有生老病死,水有冷结暖融。在所有的这些变化当中都存在着一定的不变性,在每一种类的不同事物中都存在着一定的共同性,这些不变性和共同性就是存在于事物身上的规律。
  人们需要知道季节如何变化,需要知道怎么样表明严寒将袭,或洪水将至,或干旱将临。
  人类早期所获得的知识中,越是可能与别人分享的知识越是有用,越是可以多次应用的知识越是有用。这些知识就是诸多的事物中那些共同的东西和千变万化的事物中那些不变的东西。
楼主张士耿 时间:2020-11-29 19:48:42
  古代人以及近代的未开化人群通常把各种重复发生的自然现象以及偶尔发生的自然现象看成是“神意”或“神的安排”。我们有时也会把身边发生的反常现象称作“见鬼了”。无论是“神”还是“鬼”,都是人们想象出来的神秘概念,都是不可解释的、复杂的概念。
  古人习惯于用复杂模糊的概念解释简单的概念,用复杂抽象的规律解释简单的规律。当然古人这样做时并没有意识到哪个概念或规律是复杂的,哪个是简单的。
  公元前6世纪,以泰勒斯为代表的古希腊哲学家有了一个巨大的进步,他们不再用神来解释自然现象,而是用自然本身来解释自然现象,这些哲学家被后人称作“自然哲学家”。
楼主张士耿 时间:2020-11-29 19:49:07
  当然,用自然本身来解释自然现象,有时仍然会“用复杂概念解释简单概念”,这样的解释往往没有什么卵用。例如亚里士多德用“自然界厌恶真空”来解释吸水现象,在他之前,自然哲学家恩培多克勒用“爱”和“恨”来解释自然界的吸引和排斥现象。这种解释实际上是借用了人类的某种属性,而人的属性比简单的无机自然界要复杂得多。针对这一类的解释,17世纪的英国科学家牛顿批评道:“要是告诉我们说每一种事物都赋有一种隐藏的特殊性质,因而它才能发生作用并产生明显的效果,那就等于什么也没告诉我们。”
  古希腊的自然哲学家们对于自然现象也提出了一些有价值的解释,例如公元前5世纪的阿那克萨哥拉是第一个设想月光是日光的反射的人,也是第一个用月影盖着地球和地影盖着月亮的见解来说明日食和月食的人。
  对自然现象的解释,在本质上就是寻找不同的自然现象之间的联系。如果这种联系是重复出现的,具有一定的不变性或共同性,那么这种联系就是自然规律。
楼主张士耿 时间:2020-11-29 19:49:30
  科学是人类自己通过接力式的探索所建立的奇迹,是人类在这个星球上最伟大的成就。科学产生于公元前6世纪至公元前3世纪的古希腊。通向科学的是这一时期产生于古希腊的三个基本的理论:原子论、共相论、逻辑学。这三个基本理论使人们形成了科学的思维方法、思维框架、思维准则,其中每一个基本理论的核心都是一个基本规律。世界本身遵守着这三个基本且普适的规律,人类的科学认识和科学方法正是以这三个普适规律为基础的。
楼主张士耿 时间:2020-11-30 08:12:17
  第1章 世界的组成与结构
  ──德谟克利特的原子论与模块层次律


  20世纪的美国著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼在他著名的《物理学讲义》开篇中有一段话颇有意味。他说:“假如由于某种大灾难,所有的科学知识都丢失了,只有一句话传给下一代,那么怎样才能用最少的词汇来表达最多的信息呢?我相信这句话是原子的假设:所有的物体都是用原子构成的。”
  虽然费曼的说法有点儿夸大,仅靠这一句话还不足以让我们去建构所有的科学知识,但是这句话确实是特别的重要,因为原子论的观念以及对种种“原子”的不懈探索,贯穿甚至有时主导了两千多年来人类科学发展的漫长过程。原子论的发展历史在一定程度上就是一部小型的科学史。关于原子论的是是非非,历史上几乎所有的重要科学家都卷入其中。因此,通过了解原子论的前世今生,我们可以对人类科学的发展脉络,尤其是物理学、化学、生物学的发展脉络形成一个大致的概念。
楼主张士耿 时间:2020-11-30 08:13:32
  1. 探寻世界本原:爱琴海孕育出的古代原子论

  原子论的观点最早由古希腊的自然哲学家留基伯提出。当然,留基伯也不是自己一个人就冷不丁地想到了看不见摸不着的“原子”这么个奇怪的东西。原子论是从古希腊更早期哲学家的世界本原学说一步步地发展而来的。我们的故事就从哲学和科学的发祥地及其开启的时间窗口讲起。
楼主张士耿 时间:2020-11-30 08:14:02
  在地中海的东北部有一片美丽的蔚蓝海域,海上散落着大大小小2500多个宝石般的岛屿,这里就是举世闻名的千岛之海,它有一个浪漫动听的名字,叫爱琴海。在爱琴海的西面,也就是巴尔干半岛的南端,是古希腊人最早的定居地,人们称之为希腊本土。在爱琴海的东面,也就是小亚细亚半岛(今土耳其)的西部沿海地区,是古希腊人开拓的殖民地,这里被称作伊奥尼亚。在希腊的西面与希腊隔海相望的亚平宁半岛南部和西西里岛(即意大利南部)是古希腊人的另一片殖民地,这里在古代被称作“大希腊”。在上述这些被地中海的海水拥抱和浸润着的地区,勇敢、智慧又不失浪漫的古希腊人创造了人类历史上辉煌灿烂的第二轮文明。
  我们知道,世界上有四大文明发源地:美索不达米亚、古埃及、古印度和古代中国。在这四个地区相继出现了人类的原创文明。古希腊人进入文明社会也很早,最早距今已有四千多年,但他们的文明是从古埃及人和美索不达米亚的巴比伦人那里学来的。人类第一轮文明的标志,一是创造了文字,二是建立了城市。古希腊人在完成了第一轮文明化之后没有止步于这一阶段,他们在经济上依赖手工业和海上贸易,很早就建立了比较发达的市场经济体系。在政治上以雅典为代表的一些城邦国家最早实行了民主选举,建立了法制体系。在文化上,古希腊人开创了自然哲学,从自然哲学中又分化、衍生出了人类早期的逻辑体系和科学体系。这三个方面跟第一轮文明相比有了质的飞跃,两千年后蓬勃兴起的近现代文明正是得益于古希腊人所奠定的基础。春秋战国时期的中国在这三个方面也出现了一些萌芽。
  接下来我就从公元前6世纪古希腊最早提出世界本原学说的第一个自然哲学学派说起,这个学派的创始人叫泰勒斯(Thales,约公元前624年-前547年)。
楼主张士耿 时间:2020-11-30 16:17:19
  泰勒斯出生在伊奥尼亚地区的港口城市米利都的一个贵族家庭。他早年经商,到过许多国家和地区。他在巴比伦学习过数学和天文学知识,在埃及学习过土地测量等。后来他回到家乡研究哲学,招收学生,创立了米利都学派。这个学派的最大特点是把复杂多样的自然现象都归因于某种简单的东西。
  泰勒斯提出万物皆由水生成,又复归于水。泰勒斯曾在埃及观察尼罗河的洪水,他发现每次洪水退去后不但留下肥沃的土地,还留下无数微小的胚芽和幼虫,另外,善于航海的古希腊人的神话里把水奉为神圣之本,泰勒斯把这两者一结合,便得出万物由水生成的结论。泰勒斯在天文学、数学等方面都有重要的贡献,他最早在数学中引入了命题证明的思想,就是说,数学证明题是他发明的!小伙伴们有幸天天面对着那些证明题抓耳挠腮,还得好好感谢泰勒斯他老人家呢。
  中国战国时期的《管子》一书的“水地”篇也提出过水是万物本原的思想。有人认为这是齐国的相国管仲的思想,如果这种说法成立,那么中国的水本原论比西方早了大约100年。
楼主张士耿 时间:2020-11-30 16:48:11
  泰勒斯的再传弟子阿那克西美尼(Anaximenes)没有固守前人的见解,他提出空气是万物的基质。阿那克西美尼的思想跟中国古代的“气本原论”非常接近。在古代中国,无论是道家还是儒家,凡是持唯物论观点的人基本上都是气本原论者。阿那克西美尼进一步指出,气会发生两种相反的变化:一种是稀散而生成火,另一种是凝聚而变成水、土和石头。这就为后人的思想发展埋下了伏笔。中国古代也有气聚、气散之说。
  在米利都学派之后,色诺芬尼(Xenophanes,也译克塞诺芬尼,或齐诺弗尼斯)猜测土可能是宇宙万物的基本要素。色诺芬尼和中国的老子(老聃)差不多是同龄人,他出生在伊奥尼亚地区的科罗封城邦,是一位游吟诗人兼哲学家。不知什么原因他被赶出了家乡,漂洋过海到了大希腊,过上了流浪的生活。色诺芬尼有一个特别厉害的学生名叫巴门尼德(Parmenides),暂且按下,稍后再表。
楼主张士耿 时间:2020-11-30 16:48:39
  在色诺芬尼之后,伊奥尼亚地区的爱菲斯城邦有一位出身王族的很有名的哲学家,名叫赫拉克利特(Heraclitus),他提出火是万物的本原,“这个有秩序的宇宙对万物都是相同的,它既不是神也不是人所创造的,它过去、现在和将来永远是一团永恒的活火,按一定尺度燃烧,一定尺度熄灭。”赫拉克利特还有一句大家都熟悉的名言:“人不能两次走进同一条河流。”前一句话体现了赫拉克利特的唯物论思想,后面这句话则是典型的辩证法思想。可以说,赫拉克利特是集辩证法和唯物主义于一身。你是不是感觉好惊诧:辩证唯物主义那个时候就已经有了?当然,他是“朴素”的,跟现在的“豪华”版不可同日而语。中国古代的老子,比赫拉克利特还要早几十年,也是集辩证法和唯物主义于一身,他更是辩证唯物主义的先驱,只是多了一层神秘面纱。赫拉克利特的年龄大约比孔子小几岁。
楼主张士耿 时间:2020-11-30 16:49:00
  公元前5世纪,在大希腊的阿克拉噶斯,就是现在意大利西西里岛南部的一个城邦,有一位富有神话色彩的自然哲学家叫恩培多克勒(Empedocles,约公元前495-前435年),他觉得前辈们说的都有道理,于是他提出,大家都别争了,你们都对,世界是由水、气、土、火四种原始要素组成的,其中每一种都是永恒的,都是由不变的细小微粒组成。这就是哲学史上有名的“四根说”。看到“四根说”,很容易让人想起中国古代的“金、木、水、火、土” 五行学说,这两种学说有三种元素完全一样,看上去高度雷同,但是谁也没抄谁的。两种学说提出的年代差不多,距离却相隔了几万里,他们都对对方一无所知。不过,中国的“五行”描述的是事物的五种基本性质或者基本形态,古希腊的“四根说”讲的是事物的四种原始要素,所以两者有本质的区别。恩培多克勒的四种“不变的最小微粒”可以说是原子论的最早来源。另外,“四根说”中的“土、水、气、火”跟现代科学所提出的常见物质四态——固态、液态、气态、等离子态,也是基本上对应。
  “四根说”的观点后来为亚里士多德所继承。恩培多克勒的许多思想在100多年后亚里士多德的学术研究中留下深深的烙印,包括我前面提到的对自然现象用情感活动进行解释,以及本书后面将会讲到的进化论思想。恩培多克勒是对亚里士多德影响最大的人,或者之一(另一个是柏拉图);也是亚里士多德最认同和敬佩的人,没有之一。恩培多克勒年轻时曾领导家乡的人民推翻了暴君,感激他的公民愿把暴君的王位留给他作为报答,但是他拒绝了。晚年的恩培多克勒为证明自己的神性,爬上西西里岛东岸3000多米高的埃特纳火山,纵身跳入岩浆翻滚的火山口。
楼主张士耿 时间:2020-12-01 10:25:29
  我前面提到的那个猜想“月光是日光的反射”的阿那克萨哥拉(Anaxagoras)跟恩培多克勒是同时代人。他出生于伊奥尼亚的克拉佐美尼城邦,是米利都学派的传人。阿那克萨哥拉学成之后去希腊本土的著名城邦雅典居住了30年,他把哲学传播给了雅典人。在这之前,雅典已经发展成政治先进、经济繁荣、军事强大、制造业发达的一流城邦,在整个希腊地区既是一线城市,又是超级大国,但是雅典人却不知道研究哲学。阿那克萨哥拉的到来为雅典补上了这一短板,几十年后雅典便成为全世界哲学的高地,陆续出现了苏格拉底、柏拉图、亚里士多德三位学术大咖,被后人誉为“古希腊三杰”,他们的名字至今还是如雷贯耳。可是阿那克萨哥拉却在雅典被控渎神罪,差点抢了苏格拉底(Socrates)的风头成为雅典的第一位哲学先烈,缘由是他否认天体是神圣的。幸亏他的朋友和学生、雅典伟大的政治家和最高统帅伯里克利(Pericles)出面调解,阿那克萨哥拉才得以活命。阿那克萨哥拉虽然也相信世界万物是有本原的,但是他认为前面这些人说的都不对,他大概是觉得直接把水、气、土、火这些直观的东西认作是世界本原的想法也太low了吧。阿那克萨哥拉也吸收了恩培多克勒的“微粒”思想,他提出了“种子说”:世界万物都是由同类的部分组成的,这些同类的部分都是种子。不过这样一来,“种子”也就有了无限多种。“种子说”也是原子论的来源之一。
楼主张士耿 时间:2020-12-01 10:25:58
  原子论还有一个来源就是巴门尼德的“存在是一”的观点。巴门尼德提出“存在”具有“不生不灭”、“独一无二”、“完整不可分”的特性。对于他的这套理论,我们普罗大众听起来都是懵头懵脑,它不像“水、气、土、火”那样直白易懂。巴门尼德出生并活动在大希腊地区的爱利亚城邦,他在年轻时曾受教于年迈的色诺芬尼,他大概就像青年柏拉图追随街头哲学家苏格拉底那样追随那位游吟诗人。后来巴门尼德创立了自己的哲学学派(柏拉图也是这样),人称爱利亚学派,在哲学史上影响深远。巴门尼德有个高徒名叫芝诺(Zeno of Elea),也是爱利亚人,因他提出的四个悖论把人类翻来覆去地折磨了两千多年,而使人们对他久久无法释怀,这就是令人百思不得其解的“芝诺悖论”。这几个悖论看似简单,却让一代又一代的哲学家们前仆后继。芝诺提出这些莫名其妙的悖论倒也不是为了故意为难大伙,人家是为了支持他的老师巴门尼德“存在是一,存在不动”的观点。对于“存在”问题,我专门写了一本书《存在之问》进行了探讨。而对于芝诺悖论,我则在《信息之巅》中给出了分析。
  好了,万事都已具备,只等原子论出场。
楼主张士耿 时间:2020-12-01 10:27:17
  留基伯(Leukippos)是米利都人,也有说是阿布德拉人(阿布德拉是德谟克利特的出生地),他跟恩培多克勒和阿那克萨哥拉的年纪差不多。因受到巴门尼德的“存在是一,存在不动”思想的影响,又从恩培多克勒的“四元素微粒说”和阿那克萨哥拉的“种子说”得到启发,留基伯提出了“原子说”,这一思想影响了人类两千多年,至今不衰,并且在近现代科学史上每过一段时间就会以新的面目出现,这才是真正的历久弥新!但是关于留基伯的生平和著述,历史上却没有留下什么记载,好在他有个特别争气的学生,名叫德谟克利特(Demokritos,约公元前460年-前370年)。德谟克利特因继承和发展了原子论而成为哲学史上最著名的哲学家之一。德谟克利特比较深入地探讨了物质结构的问题,建立了较为系统的原子论的理论。
  中国古代的《墨子》一书也提出了原子论的思想:“非在弗,则不动,说在端。”意思是,不能分成两半的东西,就不要再分了,这个东西就是端。书中还指出:“端,是无间也。”即,端是无法间断的。这个端就相当于留基伯的原子。这些话可能是墨子本人讲的,也可能是墨家后人讲的。墨子的年龄正好介于留基伯和德谟克利特之间。可惜的是,这一伟大思想在中国历史上没能得到进一步发展。
楼主张士耿 时间:2020-12-01 10:27:52
  德谟克利特的原子论主张世界是统一的,自然现象可以得到统一的解释,但统一不是在宏观的层次上进行,不是将所有的自然物都解释为某一种自然物(如水、火、土之类),而是将宏观的东西归结为微观的东西,这种微观的东西就是原子。德谟克利特认为万物的本原是原子和虚空,原子是一种最后的不可分割的物质微粒,它的基本属性是“充实性”,每个原子都是毫无空隙的。虚空是原子活动的场所,它给原子提供了运动的条件。世界上纷繁多样的事物都是由不同形状、不同大小、不同数量的原子组成的。这样,德谟克利特就把宏观事物的质上的区别还原成了微观的原子的量上的区别和组建结构上的区别。
  原子论者的宇宙论完全是机械的;万物都是预先决定的──“过去、现在和未来的一切事物都必然是预先注定的”。他们并不用人类目的、爱和斗争或者报复原则等比喻来解释世界的活动。显然,原子论比较符合我前面提到的那条通向科学认识的原则,即“用简单概念解释复杂概念”。
楼主张士耿 时间:2020-12-01 10:28:53
  原子论在古希腊时代还只是思辨的产物,是一种哲学理论。在当时的条件下,科学的手段还没有建立起来,它也不可能成为科学的理论。但是原子论后来成为了近代科学的一个重要的思想源泉和强劲的发展动力。

  
  德谟克利特
楼主张士耿 时间:2020-12-02 08:00:52
  德谟克利特出生在希腊东北部的工业城市(当然,那时候的工业只能是手工业)阿布德拉的一个富商之家,他比雅典的著名哲学家苏格拉底小9岁,他们跟中国的墨子活跃在同一个时代。德谟克利特从小就见多识广,长大以后他曾到雅典学习哲学。后来又到埃及、巴比伦、印度等地游历,前后长达十几年。然而,当德谟克利特回到阿布德拉之后,却遭到了一场审判,他被控“挥霍财产罪”。原因是德谟克利特长期外出旅行,有些人企图占有他继承的财产,便控告他浪费祖产,对族中的事不加理会,把好好的园子变成了杂草丛生的荒地。根据该城的法律,犯了这种罪的人,要被剥夺一切权利并被驱逐出城外。
  不过,这场突如其来的人祸没有难倒德谟克利特,他那善辩的才能得到了淋漓尽致的发挥。在法庭上,德谟克利特为自己做了辩护,他说:“在我同辈的人当中,我漫游了地球的绝大部分(这话说得有点大),我探索了最遥远的东西;在我同辈的人当中,我看见了最多的土地和国家,我听见了最多的有学问的人的讲演;在我同辈的人当中,勾画几何图形并加以证明,没有人能超得过我,就是为埃及所丈量土地的人也未必能超得过我……”他还在庭上当众阅读了他的名著——《宇宙大系统》。他的学识和他的雄辩取得了完全的胜利,彻底征服了阿布德拉。结果法庭不但判他无罪,还决定以5倍于他“挥霍”掉财产的数字——500塔仑特的报酬,奖赏他的这一部著作。古希腊1塔仑特的货币相当于大约30公斤白银,我不知道这么多的钱,阿布德拉从哪里出?
楼主张士耿 时间:2020-12-02 22:22:52
  德谟克利特是一个杰出的几何学家,他不像柏拉图只是一个热心者。锥体的体积等于底面积和高的乘积的1/3,这个定理就是德谟克利特的贡献。要知道,得出这个定理需要用到类似微积分那样的无穷分割和极限逼近方法。
  德谟克利特著述宏丰,他大概是人类历史上第一个写出学术上的鸿篇巨制的人,遗憾的是,他的著作仅留下了少量的残篇。据称,德谟克利特曾经写过化学的书。最早的炼金术著作(约公元100年)就是伪托德谟克利特的名字写的。德谟克利特可以算作化学的祖师爷了。
楼主张士耿 时间:2020-12-02 22:27:13

  
  希腊币上的德谟克利特
楼主张士耿 时间:2020-12-02 22:27:35
  在德谟克利特死后,两位影响力最大的思想家──柏拉图和亚里士多德都反对原子论。特别是柏拉图,他曾誓言把德谟克利特的著作全部烧光。他到底有没有烧光德谟克利特的著作,我们不知道,反正是德谟克利特的著作几乎都没有流传下来。这锅,找不到别人去背,看来就得由柏拉图来背了。
  不过后来有两位思想家对原子论情有独钟并大加宣扬,这二位就是公元前3世纪的希腊哲学家伊壁鸠鲁(Epicurus)和公元前1世纪罗马的诗人哲学家卢克莱修(Lucretius),在他们的努力下,原子论又流行了好几百年。可是柏拉图的思想和亚里士多德的思想先后主导西方学术界长达一千七百多年,中世纪的时候原子论几乎被人们都忘记了。好在到了文艺复兴时期随着古希腊的各派思想被欧洲人重新发掘,原子论也开始复活了。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 16:45:18
  2. 千年后的复活:伽桑狄与波义耳的近代原子论

  德谟克利特和伊壁鸠鲁的原子论天生就带上了反宗教的特征,因而被各种宗教拒斥。在中世纪的基督教世界,原子论只能以地下的形式存在。到了17世纪上半叶,原子论的命运有幸迎来一次转折。一位在哲学和科学上有很高造诣的天主教神父迷上了原子论,他开始以一种神学上可以接受的形式把原子论引入基督教世界,就像360年前托马斯•阿奎那把亚里士多德的学说引入基督教那样。这位可爱的神父就是法国的皮埃尔•伽桑狄(Pierre Gassendi)。
  伽桑狄展开了对德谟克利特学说的研究,重提物体是由小到不可分割的颗粒组成的原子理论。伽桑狄是法国著名哲学家笛卡尔(René Descartes,公元1596-1650年)的朋友,他就像笛卡尔的机械旋涡论那样把上帝边缘化,主张宇宙是由无所不能的造物主用德谟克利特的原子组合而成的。伽桑狄的说法被人戏称为“基督化的原子论”,他的学说仍然是停留在哲学猜想这一层次上的。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 16:45:47
  同一时期的意大利科学家伽利略(Galileo Galilei)在研究流体静力学时提出,流体是由孤立的粒子组成的,这些粒子是极易活动的,哪怕最轻微的压力也会使它们运动,这样,每个压力都会传遍整个流体。这明显也是原子论的观点。
  在17世纪后期,原子论在哲学上的一个重要发展是德国哲学家莱布尼兹(Gottfried Wilhelm Leibniz,公元1646-1716年)提出的单子论。他认为世界是由自足的实体所构成。所谓的自足,是不依赖他物而存在和不依赖他物而被认知。莱布尼兹把这种自足的实体称为单子。他所谓的单子有四个特征:不可分割性、封闭性、统有性和道德性。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 16:46:18
  最早在科学的方向上对原子论加以发展的是17世纪的英国科学家罗伯特•波义耳(Robert Boyle,公元1627-1691年)。波义耳赞同伽桑狄的观点,但他更相信事实分析,关心的是现象如何发生,而不是想象它为什么发生。波义耳做了许多实验,倒不是为了证明伽桑狄的观点,而是为了跟亚里士多德主义者对着干,当时的亚里士多德的信徒们还在坚持两千年前亚里士多德主张的“土、气、水、火”四元素说。不过波义耳对亚里士多德本人有着极高的评价。波义耳还证明金能够与别的金属做成合金,然后还可以恢复到原来的状态,这说明存在着一种不会改变的黄金微粒。
  绝大多数人对波义耳的了解仅仅限于在中学物理课上学过的波义耳定律,其实他更多的贡献是在化学方面。波义耳是近代化学最重要的奠基人,他的著作《怀疑派化学家》出版的那一年即1661年被后世公认为近代化学的起始年。这部书是根据当时的化学认识水平以及他本人的实践经验而提出的化学思想,它介于哲学与化学之间,可以算作一部化学的方法论著作。波义耳在书中提出化学“绝不是医学或药学的婢女,也不应甘当工艺和冶金的奴仆,化学本身作为自然科学中的一部分,是探索宇宙奥秘的一个方面。化学,必须是为真理而追求真理的化学”。这部著作否定了亚里士多德主义者“四元素说”的陈旧观点,证明了火不是一种基本元素,提出元素一定会有许多种,这是他对古代原子论思想的重要发展。他的原子论思想以及他的“实验与观察是科学思维的基础”的鲜明观点为化学的发展指出了科学的途径。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 16:46:46
  波义耳出身于英国贵族家庭,他没有像当今的贵族的子女那样去从政或者经商,而是一心一意地研究科学问题。这在过去欧洲的贵族子女当中是很常见的。波义耳为自己创造了一个实验室,那时的实验室跟现在的可不一样,里面都是炼金用的火炉和燃煤,天天烟熏火燎、灰头灰脸的,而波义耳却完全沉浸于实验之中。
  波义耳深受笛卡尔的机械论哲学的影响,而且他也把自己归入机械论哲学家。笛卡尔提出机械论哲学,却摒弃了原子论的观点,因为他不相信存在着真空,他认为物质是连续的。但是波义耳认为用抽气筒是可以产生真空的。原子论在17世纪经伽桑狄之手逐渐跟机械论哲学结合在一起。波义耳感到融合了原子论的机械论哲学很容易用在他的物理学研究方面。他发现:一定量的气体在一定的温度下,其压力与其体积成反比,这就是著名的波义耳定律。波义耳定律是近代人发现的第一个“两体作用定律”。“两体作用定律”是科学中最重要的两大定律族之一,本书的第三部分将会详细叙说这个问题。波义耳运用原子论和机械论对他的定律进行了解释,他认为气体由细小的做无规则运动的小球状微粒或者微小的静止的弹簧(就像羊毛团)组成的。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 16:47:06
  波义耳指出用纯净和均一的物质进行研究的重要性,特别是他提出了关于化学元素的现代定义,他说:“我指的元素是某些不由其他物体所构成的原始和简单的物质,或完全没有混杂的物质……一切称之为真正的混合物都是由这些物质直接合成,并且最后分解为这些物质。”当然,波义耳那个时候还搞不清楚什么是简单的、完全没有混杂的物质。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 18:01:49
  牛顿(Isaac Newton,公元1642-1727年)也是近代科学史上一位特别重要的原子论者,除了提出著名的光的微粒说之外,他还试图把世界上所有的现象都归结到原子或微粒的层面上进行解释,从而形成了关于宇宙的新的科学图景。牛顿曾经假定气体原子一般地是静止的,并以一种与距离成反比的力相互排斥,他以此来解释波义耳的气体体积与压力成反比的定律。瑞士数学家丹尼尔•伯努利(Daniel Bernoulli)在1738年假定气体原子做不规则运动,气体的压力只不过是气体原子对容器壁的冲击。伯努利为波义耳定律提供了现代解释。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 21:59:43
  3. 从思辨到科学:道尔顿的现代原子论

  近代原子论的特点是用微粒或者说原子对物质组成做出定性解释,现代原子论则是在物质组成的定性解释基础上发现化学反应中各种物质质量的定量关系,即定量规律,以及各种原子的质量的定量关系。
  1797年,德国化学家里希特(Richter)发现了当量定律,认识到酸碱盐之间的化学反应存在着确定的定量比例关系,这种定量比例关系被后人称作当量。两年后法国化学家普鲁斯特(Proust)发现定比定律:即每一种化合物,不论它是用什么方法制备的,它的组成元素的质量都有一定的比例关系,或者说,每一种化合物都有一定的组成,所以定比定律又称定组成定律。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 22:57:33

  19世纪初,英国化学家约翰·道尔顿(John Dalton,公元1766-1844年)通过大量实验证明,化合物中的各种成分是以恒定的比例的质量进行结合的,不论实验样品的用量是多少。这就是道尔顿的当量系统。为了揭开当量的秘密,道尔顿进一步寻求任何一种元素能够保持其全部性质的最小单元。那个时候关于这种基本单元的概念在西方科学界已经十分流行,道尔顿就是出于这样的考虑而提出原子论的。

  
  位于英国曼彻斯特的道尔顿塑像
楼主张士耿 时间:2020-12-03 22:58:21
  1803年,道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学原子论。他提出了下述假设:1. 化学元素是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成的;2. 原子是不可改变的;3. 化合物由分子组成,而分子由几种原子化合而成,是化合物的最小粒子;4. 同一元素的原子均相同,不同元素的原子不同,主要表现为重量的不同;5. 只有以整数比例的元素的原子相结合时,才会发生化合;6. 在化学反应中,原子仅仅是重新排列,而不会创生或消失。道尔顿的这种新的原子论很好地解释了当量定律。1808年,道尔顿出版了《化学哲学新体系》,系统地阐述了他的化学原子论。
  道尔顿不仅用术语“原子”来表示具有给定化学性质的化学元素的最小粒子,在化学化合时只以整数数目与另一种基本粒子结合,而且还用原子来表示刚性而不可分的终极粒子。道尔顿得到的结论是:化学元素和初始的物理学原子并没有区别。由此,原子论的发展在进入19世纪以后掀开了新的一页,它从哲学的猜想变为科学的推理与实证,从定性的模糊描述进入到定量的精确测量与推算。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 22:58:51
  之前人们已经知道空气是由几种成分组成的,主要是氧、氮、水气,并且空气是均匀的。但是在道尔顿看来,如果气体相互排斥,空气的各个组成成分就应该分离出来。为了解决这一困难,道尔顿提出不同化学物质的原子并不是一样的,原子存在着不同的类型;任何一种元素的原子都是一样的,并且都带有这种元素自身的特性。
  道尔顿根据原子概念提出了倍比定律,并用实验证实了这一定律。倍比定律指的是,当甲、乙两种元素相互化合,能生成几种不同的化合物时,则在这些化合物中,与一定量甲元素相化合的乙元素的质量必互成简单的整数比。例如铜和氧可以生成氧化铜和氧化亚铜两种化合物。在氧化铜中,含铜80%,含氧20%,铜与氧的质量比为4∶1。在氧化亚铜中,含铜88.9%,含氧11.1%,铜与氧的质量比为8∶1。由此可见,在这两种铜的氧化物中,与等量的氧相化合的铜的质量比为1∶2,是一个简单的整数比。倍比定律的发现使得原子论更加可信了。
楼主张士耿 时间:2020-12-03 22:59:14
  道尔顿进一步提出,鉴别不同元素原子的一个重要特征是它们的相对重量。他在1803年以氢元素的重量为单位列出第一张这样的重量表,也就是我们所说的原子量表。如果人们能够知道一种元素有几个原子和另一种元素的一个原子化合,就可以在实验数据的基础上运用倍比定律测算出元素的原子量来。
作者:头3脑 时间:2020-12-04 02:31:36
  楼主虽然勤于笔耕,但脑子太乱

  应属“中国式学问”一类

  不过就是复印或复述一下科学史内容,且不说复印滴质量

  换个说法叫“规律史”

  就成了学术成果拉……

  好笑甚

  • 张士耿: 举报  2020-12-04 08:51:53  评论

    非常欢迎批评,甚至攻击。但我欢迎的是摆事实、讲道理式的批评和攻击,不喜欢毫无根据的、只是滥用贬义词式的攻击。1. 无论你说的所谓“中国式的学问”是什么(在你的口气里“中国式”是个贬义词),我的书还都算不上这一类。2.《规律简史》本来就是“规律史”啊,书名都写着呢!我什么说是学术成果啦?
  • 张士耿: 举报  2020-12-04 08:55:01  评论

    3.科学史著作已有很多,任何一部科学史都需要搜集和引用基本的史料,好的科学史著作绝不是简单的复述,更不是复印机,应该有读者们所没有接触和不了解的史料,应该做到去伪存真,应该有自己的思想观点、全新视角、独到见解,应该能够给读者一些新的启发,应该有新的写作形式,我想,这些本书都做到了。
剩余 2 条评论  点击查看  我要评论
作者:林浦老者2018 时间:2020-12-04 16:17:41
  社会的规律,一般是生活越来越好,如生活水准倒退了,人们经过反思就可重新跟进,,说实在的,哲学只有者学家自己懂,能学懂的又没几个,还是实在点面对现实,来解决问题为妙。。。。。。
  • 张士耿: 举报  2020-12-04 21:10:36  评论

    您说的很有道理,做学问应当面对现实、解决问题。不过对于哲学,不可一概而论,近现代的有些哲学流派既没有研究真理,也没有解决问题,不仅距离大众很远,距离科学也很遥远。有些哲学就不一样,比如古希腊的自然哲学,后来的自然科学就是从中分化而来的,而自然科学给人类生活带来的改变是实实在在的。
我要评论
楼主张士耿 时间:2020-12-04 20:57:47
  古代原子论是哲学思辨的产物,而道尔顿的原子论是科学实验和逻辑推理的产物,所以是道尔顿把原子论从哲学变成了科学,而且是分类的、定量的科学。在道尔顿之前,无论是在牛顿的理论中还是在拉瓦锡的理论中,都是把物理学的原子论跟化学的元素理论截然分开的,道尔顿第一次把物理学的原子论跟化学的元素理论统一起来了。与道尔顿同时代的著名化学家戴维(Davy)曾说:“原子论是当代最伟大的科学成就,道尔顿在这方面的功绩可与开普勒在天文学方面的功绩媲美。”道尔顿的主要成就都写在他的《化学哲学新体系》一书中,通过这部书,他既贡献了新的知识,也为后人的探索发现提供了宝贵的方法。
楼主张士耿 时间:2020-12-04 20:58:26
  道尔顿出生在英国坎伯兰郡一个纺织工人家庭。因家里太穷,只能上贵格会(一种教会组织)的学校,他的老师鲁宾逊很喜欢道尔顿,允许他阅读自己的藏书和期刊。1778年鲁宾逊退休,12岁的道尔顿接替他在学校里任教,工资微薄。1781年道尔顿在另一所学校任教时,结识了盲人哲学家J.高夫,并在他的帮助下自学了拉丁文、希腊文、法文、数学和自然哲学。
  道尔顿早期主要关注气象学,然后又研究化学,但仍然保持天天做气象记录的习惯,而且在每天早上六点准时打开窗户,使得对面的一个家庭主妇依赖道尔顿每天开窗来起床为家人做早饭。道尔顿虽然取得了巨大的成就,但是直到晚年他的生活也不宽裕,68岁时还在招收学生以补贴家用。学生当中有个没有受过正规教育的16岁少年名叫詹姆斯·焦耳,后来在热力学和电学领域取得重大成就。
  道尔顿还曾经研究过色盲问题,因为他本人患有遗传先天性红绿色盲症。在这个课题上道尔顿只发表过一篇文章,但是此后这种先天性红绿色盲症就被称为“道尔顿症”。
  道尔顿不是那种天资超群的人,但他勤奋、刻苦、不折不挠,终于以原子论学说为现代化学奠定了基础。
楼主张士耿 时间:2020-12-04 20:58:59
  1805年,法国化学家和物理学家盖-吕萨克(Gay-Lussac)在实验中发现:水可以用氧气和氢气按体积1∶2的比例制取。1808年他又发现,体积的整数比例关系不仅在参加反应的气体中存在,如果反应物是气体的话,体积这种比例关系同样存在于反应物与生成物之间。1809年12月31日盖-吕萨克发表了他发现的气体化合体积定律,也称盖-吕萨克定律。在此之前的1804年,盖-吕萨克有过一次壮举,他和法国物理学家毕奥等人带着气压计、温度计、湿度计、静电计等仪器,还有青蛙、小鸟等实验动物,乘坐拿破仑时代的热气球,升上5800米的高空,进行空气测量和实验。这个高度比阿尔卑斯山的最高峰勃朗峰还要高1000米。
作者:水煮权力0502 时间:2020-12-05 07:41:04
  支持下
我要评论
楼主张士耿 时间:2020-12-06 22:44:43
  1811年,意大利都灵大学的物理学教授阿伏伽德罗(Avogadro)进一步设想,同样体积的不同气体在同样的温度和压力下,含有同等数目的微粒。1814年,法国的科学家安培(Ampère)也提出了同样的假说。阿伏伽德罗的假说引起了一个困难,即一体积的氢和一体积的氯化合时,产生了两体积的氯化氢,这在当时意味着氢原子和氯原子在化合的过程中都分裂为两半。为了克服这一困难,阿伏伽德罗假定氢、氯等气体的元素微粒都是含有两个原子的分子,当两种气体化合时,这些元素的分子就分裂成两个原子,然后每种元素都有一个原子存在于一个化合分子中。
  阿伏伽德罗的假说显然是一个很合逻辑的解决办法,但是直到19世纪60年代以前,它并没有被人们广泛接受。道尔顿和其他一些人都反对这种见解,因为他们坚持认为同一种原子必然相互排斥,因而不可能结合成分子。道尔顿本人还认为不同种类的原子不但原子量不同,而且大小不同,每单位体积的气体中的分子数目也不同。道尔顿一开始也不相信盖-吕萨克的气体化合体积定律,直到后来的实验证据逼得他接受了盖-吕萨克定律,但是他始终否定阿伏伽德罗假说的正确性。可见大科学家有时也是很偏执的。
楼主张士耿 时间:2020-12-06 22:45:21
  1819年,法国科学家P.L.杜隆(P-L Dulong)和A.T.珀替(A.T.Petit)测定了许多单质的比热容之后,发现大部分固态单质的比热容与原子量的乘积几乎都相等,这个乘积约等于6.2。这个定律被称为杜隆-珀替定律。比热容是指单位质量物质的热容量,即单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。在室温下,这个定律对于绝大多数单质固体而言都是适用的,只有少数原子量低、熔点高的单质固体,如硼、铍、金刚石(碳)等是例外,这些物质在高温时才适用此定律。
  杜隆-珀替定律的发现是在道尔顿原子论问世后不久, 那时原子量数据还比较混乱,很不准确。尽管这一定律在当时的科学界还没有被普遍接受,但是杜隆和珀替还是大胆地按此定律修正了一批元素的原子量。
  杜隆-珀替定律是一条经验定律,到19世纪中叶人们才逐渐认识到这条定律的背后原因在于,物体温度升高所需热量决定于原子的多少而与原子的种类无关。比热容和原子量的乘积就是1摩尔原子的温度升高1度所需的热量,习惯上称为原子热容,所以这个定律也叫原子热容定律,即“大多数固态单质的原子热容几乎都相等”。
楼主张士耿 时间:2020-12-06 22:45:58
  4. 接力式的竞赛:元素周期律的发现

  对于元素的分类工作,最早可追溯到18世纪有“现代化学之父”之称的法国化学家拉瓦锡(Lavoisier,公元1743-1794年)。拉瓦锡第一个尝试在化学元素之间寻找其相互联系,他在《化学概要》一书中把他所认定的33种“化学元素”分为四类。不过,33种“化学元素”中包括了某些化合物,甚至还有光和热。“元素”的认定本身就存在着很多问题,当然这种分类也就不可能正确了。在道尔顿的原子论中,原子量成为元素的重要特征,所以不少化学家开始从原子量中来探寻元素之间的联系。
楼主张士耿 时间:2020-12-06 22:46:26
  在19世纪初,科学家已经发现如果以氢的原子量作为一个单位,有一些元素的原子量都接近于整数。英国伦敦的一个医生普劳特(Pront)在1815年就提出各种元素的原子都是由数目不同的氢原子组成的。瑞典化学家柏齐利乌斯(Berzelius)经过研究认为元素的原子量并不精确地是氢原子量的整数倍。19世纪30年代,柏齐利乌斯制定了一个原子量表,他的原子量跟今天确认的非常接近。
  1817年德国耶拿大学的化学教授德贝赖纳(Dobereiner)发现了钙、锶、钡的原子量大致形成一种等差级数,法国巴黎大学的化学家巴拉尔(Balard)根据他新发现的溴的化学性质预言氯、溴、碘将形成另一个等差级数。
  这种等差级数的关系对于当时已知的50多种元素并不能普遍适用,给人的感觉像是拼凑出来的,所以没有引起足够的重视。19世纪40年代,法国化学家杜马(duma)尝试根据元素的性质和反应把元素分为天然的族。他把硼、碳、硅放在一组,把氮、磷、砷放在另一组。
楼主张士耿 时间:2020-12-06 22:47:03
  19世纪50年代,化学家已经发现每一种金属原子只能和完全确定数目的有机基团化合,这个数目被称为元素的原子价,例如锑、砷、磷、氮的化合数一般是3或5,有机化合物中最重要的元素碳的化合数是4。根据各种元素的化合价,一些化合物的分子结构模型被化学家们构造出来了。化学家们还注意到,各种同价的元素形成了天然的族或者组,这一事实使化学家发现了对元素进行分类的另一个依据。
楼主张士耿 时间:2020-12-07 15:25:04
  当元素的原子量和原子价在19世纪60年代被固定下来之后,一些化学家纷纷进行把元素分为若干有联系的组的新尝试,1862年,法国的地质学家尚古多(Chancourtois),将已知的61种元素按原子量的大小顺序标记在绕着圆柱体上升的螺旋线上,制作了一个“大地螺旋图”。他把圆柱纵向分为16等分,把螺旋下端的出发点定为零,通过此点就可划分出从0到16号的纵线。如果把原子量为1的氢安排在第一号纵线上,则原子量为7的锂就排在第七号纵线上,据此发现性质相似的元素,如锂、钠和钾,铍、镁、钙、锶和钡,分别位于同一纵线上。
  这种排列方法很有趣,但要达到井然有序的程度还有困难。一些性质迥异的元素,如硫和钛、钾和锰都跑到同一条母线上而成为同组元素。尚古多将煞费苦心的大作“大地螺旋图”递交给法国科学院,由于他大量使用了一些地质学术语,化学家看不太明白,尚古多本人也解释不清,结果法国科学院拒绝发表他的论文。尚古多先后递交了三篇含有图表的论文,都是石沉大海。直到27年后,元素周期律已被普遍接受的1889年,他的研究报告才出版,却是明日黄花了。
楼主张士耿 时间:2020-12-07 15:25:27
  在法国发生的故事,很快在英国又重演了一遍。1864-1865年期间,英国化学家纽兰兹(Newlands)把当时已知的61种元素按原子量的大小顺序进行排列,发现无论从哪一个元素算起,每到第八个元素就和第一个元素的性质相近。这很像音乐上的八度音循环,因此,他干脆把元素的这种周期性叫做“八音律”。为了便于观察,纽兰兹把全部已知元素整理成七行八列的表格,其中不直接使用原子量,而是使用了元素的序号。这个表的前两个周期几乎与现代周期表中的二、三周期完全一样。看来,纽兰兹已经地摸到了“真理女神”的裙角,差点就揭示出元素周期律了。但从第三纵列以后就不能令人满意了,有六个位置同时安置了两种元素,还有些顺序考虑到元素的性质而大胆地颠倒了,但并不恰当。另外,纽兰兹没有充分估计到原子量的值会有错误,更没有考虑到应该为那些未被发现的元素预先留出空位。他只是机械地将元素按原子量大小的顺序连续地排列起来。结果锰和氮、磷、砷排成了性质相似的一族;钴和镍则排在卤素之列。这样就把事物内在的本质规律掩盖起来了。
  1865年,纽兰兹在英国化学学会的讲坛上报告自己的论文《论八音律》时,他的重要观点不但没有受到重视,还遭到了与会化学家的嘲笑。一个教授当场奚落纽兰兹:“如果按原子量的顺序把元素排列起来之后,就可以得出具有重要意义的定律的话,那么若是按元素名称的字头ABC的顺序排列起来的话,也许会得到更加意想不到的美妙效果!”纽兰兹的工作已经接近元素周期律,却被一群保守的化学家视为怪胎,化学学会拒绝发表他的论文。纽兰兹对英国化学界的保守气氛深感失望,一气之下干脆放弃了理论化学的研究,转而研究制糖工艺。直到门捷列夫和迈耶尔发现元素周期律并被广泛承认后,英国化学学会才纠正了对纽兰兹工作不公正的评价,1877年颁发给他一枚戴维勋章,以表彰他在探索元素周期律的工作中所做出的贡献。
楼主张士耿 时间:2020-12-07 15:25:51
  与此同时,德国化学家迈耶尔(Meyer)从化合价和物理性质方面人手,去探索元素间的规律。1864年,迈耶尔写成了著名的《近代化学理论》一书,详细阐述了原子-分子论。这本书前后再版了五次,并被译成英、法、俄文,传播很广。《近代化学理论》的第一版中列出了迈耶尔的第一张元素周期表,表中列出了28个元素,他们按相对原子质量递增的顺序排列,一共分成六族,并给出了相应的原子价是4、3、2、1、1、2。1868年,迈耶尔发表了第二张周期表,增加了24个元素和9个纵行,并区分了主族和副族。迈耶尔的第三张元素周期表发表于1870年,他采用了竖式周期表的形式,对相似元素的族属划分更加完善。并且预留了一些空位给有待发现的元素,但是表中没有氢元素。可以说,迈耶尔已经发现了元素周期律。
楼主张士耿 时间:2020-12-07 15:27:20
  最后要说的就是与迈耶尔同一时期的、20世纪以后家喻户晓的俄国化学家门捷列夫了,他制定的元素周期表几乎是毫无改变地延用至今,并且一定还会一劳永逸地延用下去──经过门捷列夫“一劳”,我们大家都“永逸”了。这就是为什么我们应当感谢那些无私奉献的科学家。

  
  门捷列夫
楼主张士耿 时间:2020-12-07 22:00:46
  德米特里•门捷列夫(Дми́трий Ива́нович Менделе́ев,公元1834-1907年)出生于西伯利亚的小城托博尔斯克,13岁时父亲去世。1848年,他的母亲在自家的小工厂被一把大火烧光了之后,卖掉了家产,经过几千公里的雪橇旅行和几多周折,把14岁的门捷列夫送到圣彼得堡的中央师范学院学习化学,这个学校也是他父亲的母校。好在大学的学费和吃住费全免,这使门捷列夫的学业有了保障。门捷列夫是一个活泼调皮的学生,学习成绩一度很差,二年级结束时全班28个学生中只有3人为他垫底。后来他改正了自己的缺点,毕业时因成绩优秀而获得一枚金质奖章,毕业后先后做过中学教师和彼得堡大学的副教授。1859年他到德国海德堡大学深造,1861年回到彼得堡先后在工艺学院和彼得堡大学教授化学。
  回到彼得堡以后,门捷列夫开始着手编写一本内容丰富的著作《化学原理》。他遇到一个难题,即用一种怎样的合乎逻辑的方式来组织当时已知的63种元素。门捷列夫仔细研究了63种元素的物理性质和化学性质,他准备了许多扑克牌一样的卡片,将63种化学元素的名称及其原子量、氧化物、物理性质、化学性质等分别写在卡片上。他用不同的方法去摆放那些卡片,用以进行元素分类的试验。他试图在元素全部的复杂的特性里,捕捉元素的共同性。他在批判地继承前人工作的基础上,对大量实验事实进行了订正、分析,经过多年的一次又一次地失败之后,他终于在1869年概括、总结出元素的性质随着原子量的递增而呈周期性的变化的规律,即元素周期律。
楼主张士耿 时间:2020-12-07 22:01:22
  门捷列夫根据元素周期律编制了一个元素周期表,把已经发现的63种元素全部列入表里,从而初步完成了使元素系统化的任务。门捷列夫那部运用元素性质周期性的观点写成的名著《化学原理》也在1869年宣告完成。1871年12月,门捷列夫在第一张元素周期表的基础上进行增益,发表了第二张表。在该表中,改竖排为横排,使同一族元素处于同一竖行中,更突出了元素性质的周期性。至此,化学元素周期律的发现工作已圆满完成。
  在门捷列夫的周期表中没有机械地完全按照原子量数值的顺序排列。特别是他在表中留下空位,并高度准确地预测了这些还没有下落的元素的性质,还根据自己的计算指出当时测定的某些元素原子量的数值有错误。若干年后,他的预言全都得到了证实。门捷列夫工作的成功,引起了科学界的强烈震动。
楼主张士耿 时间:2020-12-07 22:01:51
  门捷列夫认为,在周期表每一行的末尾都存在一个空档,也就是在氟、氯、溴、碘等第7列元素之后,还应当有第8列元素。1894年,英国化学家拉姆齐(Ramsay)为了解开“从空气中分离出来的氮的原子量总是比在实验室中产生的氮的原子量重”这个谜团,他用赤热的镁跟空气样品中的氧和氮发生化学反应,在容器中的氧和氮都被吸收了之后,他发现还有一种气体残留物,这就是氩(Argon),希腊文的意思是“懒惰”。 拉姆齐爵士从1894 年至1898年间,通过对空气分离和光谱法相继发现了氩、氦、氖、氪、氙5种惰性元素。1900年德国人多恩(Dorn)发现氡,1907年拉姆齐指出氡元素位于周期表第六行的末尾,至此,门捷列夫的元素周期表全部完成,这一年门捷列夫去世。化学在19世纪取得了巨大的发展,这一发展阶段以元素周期表第8列元素的发现而告终。
  门捷列夫说:“在发现周期律的大道上,斯特雷克尔、德·尚古多和纽兰兹其实是站在最前列的人,他们需要的只是将整个问题提到一定高度所必需的勇气,在此高度上,就可看清楚周期律在这些事实上的映像。……周期律是截止于1860-1870这10年之末的,一直在积累之中的,已确立的事实及各种概括的直接结果,它使体现于这些资料之中的内容有了某种系统化的表达。”
楼主张士耿 时间:2020-12-07 22:03:03
  1905年和1906年,门捷列夫两次获得了诺贝尔奖提名,但最终都未获奖,原因是评审委员会中的一名委员认为,门捷列夫的贡献太过陈旧,而且已经众所周知,所以不应给门捷列夫颁奖。1906年的化学奖颁发给了亨利·莫桑,获奖理由是他发现了一些新的元素,但在此之前,门捷列夫就预言了这些元素将被发现。1907年门捷列夫去世,彻底与诺贝尔奖无缘。一百年过去了,人们早已忘记了亨利·莫桑这个名字,而门捷列夫的名字则会永远刻印在一代又一代人的脑海里。
  据说,门捷列夫只用了他生命十分之一的时间来研究化学。门捷列夫一生都很忙,他曾致力于北极探险,北冰洋海底有一条山脉是以他的名字命名的;他还一个人乘坐热气球飞到3000米高空测量收集气象数据;最让你想不到的大概是他做的箱包在时尚界也占有一席之地。有一部有趣的五集电视片就叫《门捷列夫很忙》。
楼主张士耿 时间:2020-12-07 22:42:25
  门捷列夫在1876年跟第一个妻子离婚,四年后跟情投意合的第二任妻子结婚,但是当时俄国的法律规定离婚七年后才能结婚,所以门捷列夫算是犯了重婚罪。不过沙皇在得知他的这一过失之后说:“门捷列夫可能有两个妻子,但是俄国只有一个门捷列夫。”
楼主张士耿 时间:2020-12-08 22:19:20
  寻找元素周期律是个接力式的科学工作。元素周期律不是一个变化规律,它是通过归纳方法总结出来的一个分布型规律,是一个静态规律。那时科学家们还不知道这种规律的原理──这一原理就藏在每一种元素的原子结构里面。
楼主张士耿 时间:2020-12-08 22:20:00
  5. 实验揭开奥秘:卢瑟福的原子结构和玻模型

  欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford,公元1871-1937年)被称为原子核物理之父,他一生中做过无数重要的物理学实验,被誉为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。卢瑟福有一句名言:“所有的科学若不是物理学就是集邮。”这说明除了物理学,卢瑟福看不起其他所有科学,当然也包括化学。可是在诺贝尔奖上他却被捉弄了一把:卢瑟福最知名的功绩是发现了原子的结构,但是诺委会却给他颁了个诺贝尔化学奖。卢瑟福曾无奈地说:“我一个搞物理的怎么就得了个化学奖呢?这是我一生中绝妙的一次玩笑!”当然,这个化学奖对他来说也是当之无愧,因为他在元素蜕变和放射性方面的研究对于化学而言是重大的贡献。
楼主张士耿 时间:2020-12-08 22:24:12
  在卢瑟福之前,法国物理学家让·佩兰和日本物理学家长岗半太郎都提出过土星模型的原子结构:中心有一原子核,外围有一些电子绕原子的核旋转。这些模型都是猜想,没有什么证据。实际上,在1910年之前影响最大的原子模型是卢瑟福的老师J.J.汤姆逊提出的葡萄干蛋糕模型。汤姆逊是电子的发现者,他在1899年利用静电场测出阴极射线中运动粒子(电子)的电荷和它的质量,他发现这种粒子是原子的组成部分,带负电荷,其质量还不到最轻的原子的千分之一。汤姆逊假设原子带正电的部分像流体一样均匀分布在球形的原子体积内,而负电子则嵌在球体表面的某些固定位置。汤姆逊在1906年获得诺贝尔奖,并且他还培养了8位诺贝尔奖获得者,其中一个是他的儿子,还有一个是大名鼎鼎的卢瑟福。卢瑟福在教育方面更厉害,他的助手和学生中有12位诺奖获得者。
  1908年,卢瑟福安排他的学生盖革(“盖革计数器”的发明者)和马斯登做α粒子轰击金箔的实验,发现了α粒子大角度散射的惊人结果。1909年,他们进一步发现“入射的α粒子中每8000个就有一个要反射回来”的统计结果。这个结果无法用汤姆逊的实心带电球原子模型来解释。卢瑟福对这个问题苦苦思索了很久,终于在1910年底,经过数学推算,证明“只有假设正电球的直径远小于原子作用球的直径,α粒子穿越单个原子时,才有可能产生大角度的反射。”由此提出了“原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域,即原子核,电子在原子核外绕核作轨道运动”的原子模型。1911年,卢瑟福在《哲学杂志》上发表了题为《物质对α、β粒子的散射和原子构造》的论文。文中,卢瑟福从理论上探讨能够产生α粒子大角度偏折的简单原子模型,把根据理论计算的数据跟盖革和马斯登的实验数据进行比较,基本相符。之后,盖革和马斯登对α粒子散射实验又做了许多改进,在1913年发表了全面的实验数据,进一步肯定了卢瑟福的理论。
楼主张士耿 时间:2020-12-08 22:25:54

  
  新西兰币上的卢瑟福

  卢瑟福知道他的这个模型与经典理论是有矛盾的,因为正负电荷之间的电场力无法满足稳定性要求。卢瑟福并不回避这一点,他说:“在现阶段,不必考虑所提原子的稳定性,因为显然这将取决于原子的细微结构和带电的组成部分的运动。”也许正是因为这一模型还不完善,卢瑟福提出的原子模型在当时的科学界没有引起什么反响。1913年,从丹麦来卢瑟福的实验室工作的年轻科学家玻尔(Niels Bohr,公元1885-1962年)将量子理论用于卢瑟福的原子模型,成功地解释了氢原子光谱。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 14:06:07
  玻尔参加过α粒子散射实验工作,曾帮助整理数据和撰写论文。玻尔坚信卢瑟福的有核原子模型是符合客观实际的,他认为要解决这个模型的稳定性的问题只有靠量子假说。1913年初,就在玻尔冥思苦想之际,他的一位朋友向他介绍了巴耳末公式。
  巴耳末公式是瑞士巴塞尔女子中学一个默默无闻的数学教师巴耳末(Balmer)老先生在60岁时发现的氢原子的一系列谱线的波长公式,波长λ=b•n2/(n2-4),其中b=3.6456×10-7米,n=3,4,5……。这是一个经验公式,就是说它是根据实测数据归纳总结出来的一个公式,你说是拼凑出来的也可以,反正这个公式跟当时的所有实测的氢原子谱线波长数据都符合得很好,只是包括巴耳末在内的所有人都不明白这个公式的含义,直到27年后它进入了玻尔的视野。这时的玻尔刚好也是27岁。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 14:07:05
  n2指n的平方,10-7是10的负7次方。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 14:07:30
  一看到这个公式,玻尔顿时感觉豁然开朗。之前玻尔已经深受普朗克和爱因斯坦的量子论的影响,现在他又学习了德国物理学家斯塔克(Johnnes Stark)最新提出的价电子跃迁产生辐射的理论,很快就写出了《原子构造和分子构造》──I、II、III三篇论文。论文提出了电子轨道的定态跃迁、在跃迁时吸收或释放特定频率的光子,并给出了电子轨道跃迁的量子化条件,这样就摆脱了经典电磁理论的解释框架,用量子理论成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质,提出了原子结构的玻尔模型,当然,也成功说明了巴耳末公式的含义。此时距巴耳末去世已有15年,巴耳末老师生前怎么也不可能想到,自己总结出的一个谱线波长公式竟然引导后人解开了原子结构之谜,并且又一步步发现了微观量子世界的众多奥秘!
楼主张士耿 时间:2020-12-09 14:08:31

  
  丹麦币上的玻尔

楼主张士耿 时间:2020-12-09 14:09:23
  玻尔出生于巴耳末发表氢光谱波长公式的那一年,1885年。这似乎注定了他一生中最重要的成就跟巴耳末公式是联系在一起的。科学史上还有许多类似的巧合,既很有意义,也很有意思。例如,法拉第发现电磁感应定律的那一年麦克斯韦诞生了,后来麦克斯韦建立了全部电磁场方程,建立了电磁学的整个数学理论;伽利略完成了一个近代物理学先驱的历史使命的那一年,牛顿诞生,伽利略的所有开拓工作几乎都由牛顿用数学和逻辑方法系统地完成;地质学的创始人赫顿(James Hutton)去世的那一年,被誉为“现代地质学之父”的查尔斯•莱尔(Charles Lyell)诞生,赫顿最早提出地质学的均变论思想,这一理论最终在莱尔手里得以形成和确立;拉马克发表《动物哲学》,提出“用进废退”进化论的那一年,查尔斯•达尔文诞生,达尔文以自然选择学说最终完成了生物进化论;麦克斯韦去世的那一年,爱因斯坦诞生,麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦之间最具有天才且贡献最大的一位物理学家,青年爱因斯坦深受麦克斯韦的影响,麦克斯韦是经典物理学大厦的最后的完成者,爱因斯坦则是现代物理学大厦的最重要的建立者。
  在近代科学史上还有一个非常有趣的现象:经常有科学家提携或帮助比他年轻的同名科学家,或对同名的晚辈科学家产生重要影响。如,罗伯特•波义耳(Robert Boyle)提携了罗伯特•胡克(Robert Hooke),艾萨克•巴罗(Isaac Barrow)提携了艾萨克•牛顿(Isaac Newton),让•巴蒂斯特•罗比耐(Jean Baptiste René Robinet)影响了让•巴蒂斯特•拉马克(Jean-Baptiste Lamarck),查尔斯•莱尔(Charles Lyell)帮助了查尔斯•达尔文(Charles Robert Darwin),阿尔伯特•迈克耳逊(Albert Abraham Michelson)影响了阿尔伯特•爱因斯坦(Albert Einstein),等等。还有,詹姆斯•瓦特(James Watt)、詹姆斯•焦耳(James Joule)和詹姆斯•麦克斯韦(James Maxwell)是热力学史上前后三个贡献最大的英国人,他们分别从工程技术上、科学实验上和科学理论上,推动了热力、机械力和电力的统一以及三大领域的融合发展。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 22:18:48
  6. 原子论的终点?──普朗克的量子论

  有人可能会说,当今的超弦理论才是物理学的最前沿,如果说到原子论的终极形式,那应该是超弦理论,量子论已经落伍了。实际上,超弦理论只是停留在数学和思辨阶段,还不是真正的物理学理论,因为它无法得到实验验证。超弦理论的研究者有获得过菲尔兹数学奖的,没有获得过诺贝尔物理学奖的。所以,目前仍然可以说,量子论的建立是原子论的漫长历史上最后一次革命性事件。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 22:24:28
  差不多每个世纪的开启之年都会出现开启这个世纪的科学的标志性成就:1600年吉尔伯特出版了《论磁》,开启了17世纪的科学革命。这一年,开普勒还出版了《梦游》一书,这部幻想作品说的是人类与月亮的交往,书中谈到了喷气推进、零重力状态、轨道惯性、宇宙服等等。这些在当时来说不可思议的东西或许对未来的几百年的科学和技术时代意味着某些启示。1800年伏特发明了电堆,开启了电磁学的爆发世纪;1900年德国物理学家马克斯·普朗克(Max Planck,公元1858-1947年)提出量子假说,开启量子论的新纪元,这一年,荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯和奥地利的切尔马克同时独立地“重新发现”孟德尔遗传定律,所以1900年也是生物学史上划时代的一年。这大概只是偶然的巧合,不是必然的规律。如果说每一个世纪之交都会激发一些人去做出某种赶超时代的创新,这倒是有可能的。1700年似乎是平平淡淡的一年,在科学上没有什么可圈可点之处,毕竟这时候牛顿的伟大理论的建立才只有十几年的时间,新的世界观才刚刚被人们接受,在如此短的时间内发展出超越牛顿的新思想几无可能。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 22:26:00
  言归正传,1900年,普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量子概念,为量子理论奠定了基石。量子论的诞生使得19世纪与20世纪的物理学有了明显的分水岭。

  
  学生时代的普朗克(20岁)

  普朗克早年曾经研究热力学第二定律。杰出的奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann,公元1844-1906年)对于热力学第二定律做出了统计学解释,而普朗克不同意统计观点,他跟玻尔兹曼还有过论战。普朗克认为统计几率定律每一条都有例外,而热力学第二定律是普遍有效的,所以他不相信对热力学第二定律的统计解释。但是普朗克经过几个月努力都没能够从热力学的普遍理论推导新的辐射定律。最后没有办法,不妨就用玻尔兹曼的统计方法试一把吧。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 22:27:36
  玻尔兹曼的方法是把能量分成一份一份的,分给有限个数的谐振子,就像分配给单个的分子、原子那样──玻尔兹曼实际上是量子论的先驱。按照玻尔兹曼的方法,普朗克最终推出了黑体辐射公式。可见人不能让自己的观念把自己憋死,而是应当具有开放的心态,尝试一下自己曾经反对过的观念和方法,说不定那就是一条活路。事后普朗克告诉玻尔兹曼自己用他的方法取得了成功,这给了玻尔兹曼一个很大的安慰。

  
  路德维希·玻尔兹曼

  玻尔兹曼是原子论的坚决捍卫者,他和当时甚嚣尘上的唯能论的维护者们发生过长达10多年的激烈大论战,他曾两度不堪忍受孤军奋战的痛苦而自杀,最终在1906年自杀成功,成为原子论的殉道者。如果他能够再坚持两年,他就会看到自己的胜利,就连他的死敌、最顽固的唯能论者、德国物理化学家奥斯特瓦尔德(Ostwald)也不得不公开承认了原子论的合理性。玻尔兹曼,这位天才科学家对物理学的贡献远远超过了大多数的诺贝尔奖获得者,可惜他没有得到过这个奖项。
楼主张士耿 时间:2020-12-09 22:33:39
  尽管普朗克采用能量子假说获得了成功,不过当时的人们包括普朗克本人都没有认识到能量子的意义。普朗克甚至还对自己的这一假设深感不安,他总是想回到经典理论体系,试图用连续性代替不连续性,但所有的努力都是徒劳。当时的物理学泰斗洛仑兹(Lorentz)直到1908年还对普朗克的量子假设公开表示怀疑,不过后来洛仑兹承认了错误,站在了普朗克的一边。
  事实上世界本身就是模块化的,连续性不过是无数个模块的宏观表象,所有的事物通过解析,最终都可归结到不连续的模块上去。世界是模块化的、是有层次的,这是世界的三个最基本规律之一。就物质来讲,不仅粒子是模块化的,波也是模块化的、可数的。从连续性出发,许多问题的解决是无从下手的;从模块性出发,这些问题则迎刃而解。微积分方法也是对数量的模块化处理,把数量分割成dx. 如果在19世纪末,科学家们就认识到世界的模块性本质,那么科学的发展还会更快一些。
楼主张士耿 时间:2020-12-10 22:28:49
  对能量子最早产生深刻认识的应当是爱因斯坦(Albert Einstein,公元1879-1955年),他在1905年用光的能量子来解释光电效应。光电效应是同样是德国犹太人的著名物理学家海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)的一个重要发现。赫兹在1887年做电磁波实验时发现紫外线照射到产生放电火花的金属电极时放电会增强。之后十几年多人做过不同的光电效应实验,1900年德国物理学家勒纳德(P. Lenard)发现只有光的频率超过一个临界值时光电流才会产生。1905年爱因斯坦对光电效应给出了量子解释。爱因斯坦最早提出了光量子概念,这就是后来人们所说的光子。爱因斯坦为解释光电效应而提出的光量子理论,包括他提出的光电方程,最终由美国物理学家密立根(Millikan)所做的实验给出了全面的验证。爱因斯坦和密立根分别在1921年和1923年因光电效应方面的贡献获得诺贝尔物理学奖。
  说来有趣,密立根是一个保守派,原本是反对量子论的。他从1904年就开始做光电效应实验,到1914年发表初步成果,据他自己说,他本来的目的就是希望证明经典理论的正确性,甚至在他宣布证实了爱因斯坦提出的光电方程时,他还声称要肯定爱因斯坦的光量子理论还为时过早───真是个可爱的硬嘴鸭,自己都把自己煮熟了,嘴还那么硬。
楼主张士耿 时间:2020-12-10 22:29:18
  1906年,爱因斯坦又用量子理论解释了固体比热的温度特性,并且得到定量的结果。爱因斯坦的结论很快被德国物理学家能斯特(Nernst)的低温实验所证实。
  爱因斯坦对光电效应的光量子解释使人们开始意识到光同时具有波和粒子的双重性质,即波粒二象性。19年后,法国物理学家路易斯·德布罗意(Louis de Broglie,公元1892-1987年)把波粒二象性推广到电子以及一切物质上,直接导致了量子力学的建立。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 10:57:57
  7. 20世纪的头脑风暴:量子力学的建立

  说到德布罗意,圈子外面的人也不会感到陌生。有一种传言说,贵族出身的纨绔子弟德布罗意不学无术,差点毕不了业,仅凭一页纸的论文混得博士学位,后被爱因斯坦看中又得了诺贝尔奖。其实,德布罗意出身贵族是真的,但不是纨绔子弟,此人酷爱学术研究,博士论文不是一页,而是一大本。1924年11月他根据他在1923年发表过的三篇短文的思路写出了题为《量子理论的研究》的博士论文。这篇论文有一百多页(英译本是72页,德译本是120页)。他在答辩时还提出了用晶体来做电子衍射实验可以证实电子的波动效应。德布罗意后来还有很多贡献,他一生的著作达25部之多。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 11:03:52

  
  路易斯·德·布罗意

  路易斯·德布罗意读的是历史专业,他对科学一直有兴趣,曾读过庞加莱、洛仑兹、朗之万的著作。后来对普朗克、爱因斯坦、玻尔和量子理论产生了兴趣,转而研究物理学。路易斯曾在军队做过无线电工作,退伍后师从法国物理学家朗之万(Langevin)读物理学博士学位。路易斯的哥哥莫里斯·德布罗意是一位物理学家,当时在研究X射线。路易斯也跟着老兄一道研究X射线。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 11:04:29
  1919-1922年期间,法国物理学家布里渊(Brillouin)发表了一系列论文,试图解释玻尔的定态轨道原子模型。他设想电子的运动会在原子核周围的“以太”中激发出一种波,这种波相互干涉,只有在电子轨道半径适当时才能形成环绕原子核的驻波,因而轨道半径是量子化的。路易斯·德布罗意吸收了这一见解,并对其进行了改造。他摒弃了假想的以太概念,把以太的波动性直接赋予电子本身。在1923年9月和10月期间,德布罗意在《法国科学院通报》上接连发表了三篇论文。在第一篇《辐射──波与量子》中与运动粒子相应的还有一正弦波,粒子跟波保持相同的位相,后来他把这种假想的非物质波称为相波。在第二篇《光学──光量子、衍射和干涉》中提出在一定情形中,任一运动质点能够被衍射,穿过一个相当小的开孔的电子群会表现出衍射现象。这一预见可以寻求实验验证。在第三篇论文《量子气体运动理论以及费马原理》中,他提出只有满足位相波谐振才是稳定的轨道,在第二年的博士论文中他进一步提出,谐振条件是l=nλ,即电子轨道的周长是位相波波长的整数倍。
  德布罗意并没有明确提出物质波的概念,他只是运用了相波的概念,物质波是受到德布罗意启发的埃尔温·薛定谔在建立波函数方程之后诠释波函数的物理意义时提出的。薛定谔因不死不活的“薛定谔猫”而为大众所熟知。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 11:04:53
  德布罗意的论文发表以后没有产生多大的反应。后来朗之万把德布罗意的论文寄了一份给爱因斯坦,对于德布罗意把光的波粒二象性扩展到其他运动粒子上,爱因斯坦是大加赞赏。爱因斯坦在他自己的论文中加了一段介绍德布罗意的工作,于是德布罗意立刻引起了大家的关注。
  1960年,路易斯·德布罗意在哥哥莫里斯去世后成为第七代德布罗意公爵。他终生未婚,卖掉了贵族世袭的豪宅,住进了平民小屋,过着平俗简朴的生活。他深居简出,从来不放假,是个标准的工作狂。他没有私人汽车,外出喜欢步行,或搭乘巴士,是个勤俭节约的模范。他对人彬彬有礼,从不发脾气,是一位贵族绅士。德布罗意在1987年去世,是20世纪20年代量子力学风云人物中最后离世的一位,也是最长寿的一位,高龄95岁。
  量子力学这场气势磅礴的大戏在1924年由德布罗意揭开了巨幕。现在我们就来看看接下来的几位主角是如何登场的。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 19:38:15
  1921年,在丹麦企业界的资助下,玻尔在哥本哈根成立了著名的哥本哈根理论物理研究所(在1965年改名叫玻尔研究所),这里聚集了一群来自各国的年轻学生研究原子问题,于是便有了后来的哥本哈根学派。1924年,出身于教授家庭的23岁的德国物理学家海森堡(Heisenberg,公元1901-1976年)刚从慕尼黑大学拿到博士学位就来到了哥本哈根加入玻尔的工作。之前,海森堡曾到过著名的哥廷根大学师从著名物理学家马克斯·玻恩(Max Born,公元1882-1970年)和大数学家希尔伯特(Hilbert)。1925年,海森堡回到德国哥廷根大学担任玻恩的助手。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 19:39:35

  
  沃纳·海森堡

  海森堡在哥廷根大学继续研究原子谱线之谜。他感到玻尔的理论不可能在实验中得到理想的证实,因为玻尔的理论是建立在一些不可直接观察或不可测量的量上,如电子运动的速度和轨道等。海森堡认为,在实验中,我们不能期望找到像电子在原子中的位置,电子的速度和轨道等一些根本无法观察到的原子特征,而应该只探索那些可以通过实验来确定的数值,如固定状态的原子的能量、原子辐射的频率和强度等。在计算某个数值时,只需要利用原则上可以观察到的数值之间的相互比值。于是他开始另辟蹊径,先放弃对玻尔的原子图像的猜测,不再考虑原子是什么,而是只考虑它们做什么(这正是当年牛顿对于科学研究的主张)。他用数组来描述原子的能量跃迁,发现了这些数组的排列分布规律,并利用这些规律处理原子过程。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 19:40:15
  海森堡把自己的工作交给玻恩看了,玻恩看出这些数组排列出来的是矩阵数学。1925年9月,玻恩跟学生约尔丹合作写了一篇文章《论量子力学》,将海森堡的思想发展成为量子力学的一种系统理论,指出矩阵代数可以作为描述原子能量跃迁的数学工具。这时候海森堡还不知道什么是矩阵,当然,有了玻恩和约尔丹的帮助,他很快掌握了这门数学。1925年11月,海森堡在与玻恩和约尔丹协作下,发表了论文《关于运动学和力学关系的量子论的重新解释》,创立了量子力学中的一种形式体系——矩阵力学。1932年,海森堡获得诺贝尔物理学奖。直到1954年,玻恩才获得迟到了20多年的诺贝尔物理学奖。
楼主张士耿 时间:2020-12-13 19:44:44
  马克斯·玻恩出生于德国东部工商业和文化名城布雷斯劳(二战后划给波兰,改名叫弗罗茨瓦夫)的一个犹太人家庭,父亲是布雷斯劳大学的生理学教授。1901年起,玻恩先后在布雷斯劳大学、海德堡大学和瑞士的苏黎士大学求学,1905年进入当时的欧洲大陆最牛学府哥廷根大学师从世界一流数学大师、物理学家希尔伯特和闵可夫斯基(Minkowski),获得博士学位后又去英国剑桥大学学习了一段时间,1909年回到哥廷根大学物理系执教,后来又到过柏林大学与普朗克和爱因斯坦并肩工作并与二位结下深厚友谊。除了量子力学外,玻恩在晶体理论、光学上均有重大建树,晚年醉心于研究爱因斯坦的统一场论。
  1921年玻恩担任哥廷根大学物理系主任,把哥廷根建成了国际理论物理研究中心,足以匹敌玻尔的哥本哈根理论物理研究所,使哥廷根在成为全世界的数学圣地之后又成为全世界的物理学圣地。实际上,所谓的“哥本哈根解释”,其核心内容并不是哥本哈根的玻尔的解释,而是哥廷根的玻恩的解释。在量子力学的建立过程中,玻恩始终都是一位核心人物。当然,在20世纪科学界的大师当中,他的低调也是排第一的──这个第一,似乎没见有人去跟他争抢。曾经跟玻恩有过合作的控制论创始人维纳(Wiener)对玻恩有个评价:“玻恩总是镇定自若,温文尔雅,……在所有的学者中,他是最谦恭不过的了。”玻恩一生沉醉于多个领域的研究和杰出人才的培养,他思想极具开放性,讲课富有吸引力,待人充满亲合力,所以,他的合作者的数量和学生的数量鲜有人能与之相比。

  
  年轻时的玻恩
楼主张士耿 时间:2020-12-14 21:12:23
  受德布罗意物质波的启发,奥地利物理学家薛定谔(Schrödinger,公元1887-1961年)在1926年1月在论文中提出了波函数的概念,建立了电子运动的波动方程,同样给出了氢原子谱线的解释。从1926年1月27日到6月23日,在短短不到五个月的时间里,薛定谔接连发表了6篇关于量子理论的论文。玻恩将德布罗意-薛定谔波函数解释为在空间某点找到电子的概率,这就是著名的“哥本哈根解释”的核心内容。
楼主张士耿 时间:2020-12-15 10:25:01

  
  奥地利币上的薛定谔
楼主张士耿 时间:2020-12-15 10:28:27
  矩阵力学和波动力学这两种理论都能够对原子谱线给出解释,这到底是怎么回事呢?很快,24岁的英国物理学家狄拉克(Dirac,公元1902-1984年)证明了两者是完全等价的,它们是同一理论的不同表象。1928年,狄拉克把相对论引进了量子力学,建立了相对论形式的薛定谔方程,也就是著名的狄拉克方程。1933年,狄拉克和薛定谔共同获得了诺贝尔物理学奖。1932年-1969年,狄拉克担任剑桥大学卢卡斯数学教授长达37年,这是牛顿曾经担任过的职位。

  
  保罗•狄拉克
楼主张士耿 时间:2020-12-15 10:34:10
  1927年,海森堡提出了著名的不确定原理(又译“测不准原理”)。海森堡不确定原理实际上是观察者效应在微观测量领域的体现。观察者效应最早在双缝干涉实验中被注意到。起初,科学家利用双缝干涉实验来研究光究竟是波还是粒子。他们在其中一个缝隙旁边安装了一个灵敏的挡板,可以在发射一个光子后让挡板迅速将其中一个缝隙关闭。实验结果发现,当两个缝隙都不被关闭时,光呈现波的特征,有干涉条纹出现;挡板一旦关闭其中一个缝隙,光就以粒子的形态出现,干涉条纹消失。观察者效应在本质上是观察者这个主体的行为对被观察的客体的行为产生了影响。在宏观的情况下这种影响也是存在的,但影响程度很小,可以忽略不计。而在微观情况下,我们的观察手段——光子的能量对被观察的微观粒子的影响是显著的,无法忽略。
  海森堡不确定原理,还有玻尔提出的所谓“互补原理”,也被作为量子力学的“哥本哈根解释”的一部分。物理学家讲,量子力学哥本哈根解释的本质是非决定性的。那么我们需要搞清楚,它是主观非决定性还是客观非决定性?说它是主观非决定性,没有问题,主观非决定性的本质是“不可确切地知道”。如果说它是客观非决定性,则是没有意义的。由于我们只能得到不确定的结果,所以,事实上,我们根本就不知道确切的客观情况,当然也就无法知道它在客观上是决定性的还是非决定性的。海森堡不确定原理表明了,这种不确定性或者说非决定性不是对于某个认识者而言,也不是对于某些认识者而言,而是对于所有认识者而言。
楼主张士耿 时间:2020-12-15 10:35:58

  
  1927年物理学群英会-第五届索尔维会议•布鲁塞尔

  20世纪早期量子论和量子力学的提出、建立和完善,很像一场头脑风暴,一场由一群年轻的物理学家接力式参与和互相启发的、纵贯四分之一世纪、横跨欧洲诸国的头脑风暴。

楼主张士耿 时间:2020-12-16 08:53:20
  8. 生命的原子:从细胞到基因

  原子论的思想曾影响到了医学和生物学领域。文艺复兴时期的瑞士著名医学家帕拉塞尔苏斯(Paracelsus)设想疾病就像一种具有活性力量的种子一样。哥白尼的同窗、意大利著名学者法拉卡斯特罗(Fracastoro)则更进一步,他在公元1546年发表了一篇论文,提出疾病本身就是种子一样的实体,病人的体内存在着一种或多种疾病的原子或种子,它们能够自行繁殖,并通过接触空气由一个人传染给另一个人。这可以说是对后来的疾病细菌学说和病毒学说的预见。法拉卡斯特罗是原子论的信徒,他的医学观点不是经由观察与实验证明得到的,而是主要来自原子论的启示。
楼主张士耿 时间:2020-12-16 08:53:49
  17世纪初,英国皇家学会的物理学家罗伯特·胡克(Robert Hooke)、荷兰代尔夫特市政厅的门卫兼显微镜学家兼微生物学家列文虎克(Leeuwenhoek)等人都曾用显微镜看到了植物细胞,但是并没有认识到这是植物世界的独立的活的结构单位。19世纪初,德国自然哲学家洛仑兹·奥肯(Lorenz Oken)提出所有的生物都是由粘液囊泡所组成。粘液囊泡可以说是生物体内的莱布尼兹单子。粘液囊泡的理论导致了细胞的理论,一些德国植物学家认识到细胞是植物的结构单位。19世纪20年代,意大利的亚米齐等人制成了改进的消色差显微镜,使人们观察到细胞的详细情况。伦敦的一位医生罗伯特·布朗(Robert Brown,他最著名的发现是“布朗运动”)于1831年观察到植物细胞的细胞核。这些观察导致德国耶拿大学的植物学教授施莱登(Schleiden)于1838年宣布,细胞是一切植物结构的基本的活的单位和一切植物借以发展的根本实体。1839年,比利时卢万大学的解剖学教授施旺(Schwann)把细胞学说扩大到了动物界。
楼主张士耿 时间:2020-12-16 09:08:57
  瑞士著名的植物学家内格里(Nägeli)曾经师从洛仑兹·奥肯。内格里在遗传学上有很大的贡献。他指出两个亲体对于它们的后代的贡献是均等的,但是雌性的卵总是比雄性的精子更大,因此,卵中只有一部分是决定遗传的物质,他把它叫做细胞种质(idioplasm)。内格里主张“细胞种质”是由串成链索的分子团所构成,而且是成年生物所具有形状的唯一决定因素。他的这些预言跟20世纪发现的长链状DNA分子极为吻合。内格里的遗传学说由弗赖堡大学的动物学家魏斯曼(Weismann)所继承并加以发展。
  在进化论上,内格里提出进化不是连续的,而是一系列的突变。这种观点不仅发展了进化理论,而且对后来的基因突变理论也产生了直接的影响。
楼主张士耿 时间:2020-12-16 09:10:08
  1856年,奥地利布隆城的奥古斯汀修道院34岁的神父格雷戈尔·孟德尔(Gregor Mendel,公元1822-1884年)开始了长达8年的豌豆实验。当年的布隆城就是现在捷克的第二大城市布尔诺,奥古斯汀修道院也改了名叫圣托马斯修道院。孟德尔出生在农民家庭,其父母都是园艺好手,他从小就受到了园艺学和农学知识的熏陶。18岁时孟德尔考入奥尔米茨大学学习哲学,21岁那年因家境贫困而辍学进了修道院。他先是被教会安排到一所教会中学教书,28岁时又被派到维也纳大学深造,系统地学习了数学、物理、生物学知识,还曾在物理课上做过著名科学家多普勒(Doppler)的演示助手。多普勒因发现光波和声波的多普勒效应而知名。学成后孟德尔回到了奥古斯汀修道院,这座修道院有着良好的学术环境,神父们大都有较高的学术修养,里面还设有一个图书馆,所以这里其实是从事科学研究的好地方。在修道院的花园里,从小就对植物有着浓厚的兴趣的孟德尔开始了他的豌豆实验。
楼主张士耿 时间:2020-12-16 19:45:03
  孟德尔对不同代的豌豆的性状和数目进行了细致入微的观察、计数和分析。为了对观察结果进行解释,孟德尔先提出了大胆的假设。他假设在每一个亲本生物中,每两个“因子”决定一个遗传性状(如植株的高度,花的颜色),一个因子是从父本遗传来的,另一个因子是从母本遗传来的。生物可以有两个相同的因子(例如都是“高”因子)或者两个不同的因子(例如一个“高”因子和一个“矮”因子)。当两种不同的因子在一起的时候,一种因子抑制了另一种因子的表达。他把前一种“表达的”因子称为显性基因,而把被抑制而“未表达的”因子称为隐性因子。
  孟德尔从这些假设中总结出两条遗传规律。第一个是“遗传分离定律”,即在配子形成过程中,决定性状的两个因子进入不同的卵子或精子中。第二个定律是“独立分配定律”(也称“基因自由组合规律”),即决定任何一组性状的父本和母本的因子都是独立于其他因子分配的,每一个配子细胞随机地得到来自母本或父本的因子组合,这种分配符合概率法则,这是数学第一次应用于生物学理论。这两条定律被后人称为“孟德尔第一定律”和“孟德尔第二定律”,它们是揭示生物遗传奥秘的基本规律。
楼主张士耿 时间:2020-12-16 19:46:16

  
  格雷戈尔·孟德尔

  1865年,孟德尔在布隆科学协会的会议厅将自己的研究成果分两次宣读。与会者绝大多数是布隆科学协会的会员,其中既有化学家、地质学家和博物学家,也有比较专业的植物学家、藻类学家。然而,听众对连篇累牍的数字和繁复枯燥的论证毫无兴趣──他们实在跟不上孟德尔的思维。1866年,孟德尔把他的论文《植物杂交试验》发表在《布隆博物学学会会刊》上。这期会刊被寄往115个单位的图书馆,包括英国皇家学会和林奈学会。但是由于刊物和作者都没有名气,读者并不多,再加上文中还有令人望而生畏的数学,所以论文没有得到任何反响。孟德尔自己保存了40份这篇文章的复制品。
楼主张士耿 时间:2020-12-16 19:47:13
  孟德尔开始进行豌豆实验时,达尔文进化论刚刚问世。他仔细研读了达尔文的著作,从中吸收丰富的营养。保存至今的孟德尔遗物之中,就有好几本达尔文的著作,上面还留着孟德尔的手批。孟德尔曾把自己的论文复制品寄给达尔文,达尔文虽然收到了孟德尔的论文,但是却从未阅读过(后来人们发现孟德尔寄给达尔文的邮件一直没有启封)。
  孟德尔知道内格里是一位杂交学专家,并且他发现自己对于豌豆遗传的实验研究支持了内格里的遗传粒子学说,所以把自己的研究结果送给了内格里。但是内格里说孟德尔的公式似乎是“依靠经验而不是依靠理性的”,所以不予理会。内格里宣称自己的学说是合理的和德国式的,而达尔文主义只不过是英国经验主义的一个事例而已。显然,内格里是因孟德尔的研究属于英国经验主义的传统而加以蔑视。另外,孟德尔的研究支持了遗传的颗粒说,这就是遗传领域的原子论。而内格里认为在受精时父本和母本的异胞质由于其同种分子团融合成一单股而融合为一体。对内格里来说,承认孟德尔学说就等于完全否定了他自己的学说,他没有仔细推敲孟德尔的文章(他本应当这样做)就草率地作出了“孟德尔肯定错了”的结论。
楼主张士耿 时间:2020-12-16 19:48:23
  我们可以把生物学跟物理学做一个比较,力学是物理学的核心,基因理论以及建立在基因理论之上的分子生物学(以中心法则为核心)是生物学的核心。一切物理现象最终都要在物质粒子的相互作用中得到解释,一切生物现象最终都要在基因理论和中心法则中得到解释。牛顿定律是经典力学的核心定律,同样孟德尔定律是经典基因理论的核心定律。以力学为核心的物理学在本质上是关于一切物质存在的能量和质量的科学,以基因理论为核心的生物学在本质上是关于高级有序系统的信息的科学。
  如果说孟德尔是生物学中的牛顿的话,达尔文和内格里则可以说是生物学中的伽利略和开普勒。内格里作为生物学史上如此重要的一位人物对生物学中的牛顿给予压制,这真是让后人无法理解和不能容忍的。事实上这件事情对孟德尔和内格里来说都是悲剧性的:孟德尔的伟大成果被埋没之后,他在最后岁月里放弃了生物学的研究,专事做他的修道院院长,最后在为维护修道院的利益而跟政府的抗争中郁郁而终。而内格里为基因理论所做出的重大贡献则几乎被公众完全遗忘,留下的是压制科学发现的“学阀”的坏名。一位历史学家曾说 “孟德尔和内格里的交往完全是一场灾难”。
  在人类的历史上,每一个重要的理论不仅有一个伟大的建立者,也几乎都有一个杰出的推动传播者:亚里士多德的理论有狄奥弗拉斯特,哥白尼有奥西安德尔和后来的布鲁诺,牛顿有哈雷,达尔文有赫胥黎,爱因斯坦有爱丁顿……。孟德尔在有生之年没有这样一个力挺他的人,结果他的伟大成果石沉大海。不过最终孟德尔还算是幸运的:在被忽视了35年之后,1900年,荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯和奥地利的切尔马克同时独立地“重新发现”了孟德尔的遗传定律,在发表论文之前他们都读到了孟德尔的论文。最终,科伦斯提出以此将遗传定律命名为“孟德尔定律”。
使用“←”“→”快捷翻页 上页 1 2 3 下页  到页 
发表回复

请遵守天涯社区公约言论规则,不得违反国家法律法规