序言
物理是一门以实验为基础的科学,但是物理课的学习却不仅仅是要通过实验学习,更多的是通过教师的讲述让学生理解前人已经发现的物理学规律和研究物理现象的方法。
一般而言,对于初学者,这些物理规律和研究方法是难以理解和相对枯燥的。为了增强学生对物理学习的兴趣,我决定从本学期开始,增加讲课过程中的故事性,通过物理学史上发生在那些伟大的物理学家身上的故事引起学生对物理学习的兴趣。
伟大的人一定是有故事的人,任何一个在他生活的那个时代在科学上做出贡献的人都是伟大的人,都有超出凡人之处,在他们的身上或多或少的都有着传奇故事,他们的身上都有值得学习的地方,我希望通过了解物理学史上这些伟大的人物及其故事能扩大学生的知识面,开阔学生的视野,激发学生学习的兴趣。退而言之,即使学生并没有因为了解这些问大人物的故事而热爱学习物理,我想,通过这些人物故事,学生至少可以在思想上受到一些启迪。所谓的教育不就是通过潜移默化的影响来培养健全的人吗?
物理学史上伟大的人物太多,人类在漫长的历史长河中,有很多伟大的人物对推动物理学的发展都做出了贡献,这本人物故事集不可能面面俱到,我将选取改变人类对物理现象认识的那些伟大的人物。如阿基米德,伽利略,开普勒,牛顿,麦克斯韦,爱因斯坦等。讲述他们的故事,这些故事可能是实有其事,也可能是民间传说,我都收录其中,用文学写作的笔法重新讲述这些故事。主要参考网上的相关资源,和一些传记书中记载的故事。本故事集一定有纰漏之处,我将不断补充完善。
第一章
阿基米德
一、阿基米德之死
公元前212年的一个炎热的中午,有一个老人蹲在残缺的城墙根下,专心致志的画一些几何图形,这位老人仿佛进入了一种忘记了一切的状态,远处的厮杀声似乎都没有进入他的耳朵,正在他忘我的认真画好一个圆的时候,两名身穿铠甲的士兵站在了他的面前,这位老人就感到他在地上画的圆被人的影子遮挡住了,于是他说:“请走远点,不要弄坏我的圆”,这两个士兵听了这位老人的话,十分愤怒,他们几乎同时举起了手中的刺刀,向着老人的脖颈砍去。顿时,老人扑通一声栽倒在地上,鲜血顺着脖子流了下来,染红了他在地上画的圆。两个士兵嬉笑着扬长而去。这两个士兵做梦也想不到,死在他们刺刀下的是叙拉古国最伟大数学家、物理学家阿基米德。后来他们的统帅知道了这两个士兵杀死了阿基米德,悲痛万分,随杀死了那两个士兵。
二、阿基米德是谁?
公元前287年,阿基米德诞生于希腊西西
叙拉古附近的一个小村庄,他出生于贵族,与叙拉古的赫农王(King Hieron)有亲戚关系,家庭十分富有。阿基米德的父亲是天文学家
兼数学家,学识渊博,为人谦逊。阿基米德的意思是大思想家,阿基米德受家庭的影响,从小就对数学、天文学特别是古希腊的几何学产生了浓厚的兴趣。
公元前267年,也就是阿基米德十一岁时,阿基米德被父亲送到埃及的亚历山大城跟随欧几里得的学生埃拉托塞和卡农学习。压力山大城位于尼罗河
口,是当时世界的知识、文化贸易中心,学者云集,人才荟萃,被世人誉为“智慧之都”。举凡文学、数学、天文学、医学的研究都很发达。
阿基米德在亚历山大跟随过许多著名的数学家学习,包括有名的几何学大师—欧几里得,阿基米德在这里学习和生活了许多年,他兼收并蓄了东方和古希腊的优秀文化遗产,对其后的科学生涯中作出了重大的影响,奠定了阿基米德日后从事科学研究的基础。
三、故事
第一个故事:浴池里的发现。
传说希罗国王曾请他这位聪明的亲属阿基米德去测定金匠刚制好的王冠,看看是否像工匠所说的那样是纯金的还是掺有银子的混合物。国王事先严厉地告诫阿基米德在测定时不得毁坏王冠。
阿基米德想了很多办法,但都失败了。他朝思暮想,还是茫然不知所措。有一天,当他泡在一满盆水里洗澡时,发现水溢了出来,同时感到身体的重量在水中也减轻了。忽然一个闪念使他联想到,溢出水量的体积等于他身体浸入水中的那部分体积。那么,如果他把王冠浸入水中,根据水面上升的情况,他就能说出王冠的体积。他将王冠的体积与等量金子的体积进行比较,如果两者体积相等,就证明王冠是纯金的;假如王冠内掺有银子的话,王冠的体积就会大些。想到这里,他抑制不住自己的喜悦的心情,猛然从浴盆中跃出,全身赤条条地奔到叙拉古的大街上,径直向皇宫跑去,他边跑边喊:“我知道了!我知道了!”故事的结局是王冠确实被掺入一部分银子,造王冠的金匠被处以死刑。
这就是阿基米德发现浮力原理的故事。
第二个故事:“我要移动地球!”
在埃及,公元前1500年,就有人使用杠杆来抬起重的东西,但是人们不懂得其中的道理,阿基米德细心地研究了这个原理。
阿基米德指出,在支点远端的一小物体,会与支点近端的一大物体平衡,而且指出该物体的重量和离支点的距离成反比。这一原理解释了为什么一大块顽石能用铁棍橇起的原因。因为铁棍正是一种杠杆,铁棍远端的力与铁棍近端的重物的力相平衡。
有一次,阿基米德对叙拉古国王说:“如果有一个站脚的地方,我将移动地球!”国王听了非常吃惊。于是命令他去移动放在海岸边的一条大船。这条大船体积大,相当重,很多人都因为拉不动而感到束手无策。于是阿基米德设计了一组装置,用钩子钩住一组做成滑轮形式的杠杆。阿基米德非常舒服地坐在椅子上,毫不费劲地用一只手就把一艘满载货物的大船从港口一直拉到岸上。
第三个故事:用新式武器阻挡罗马军队。
阿基米德年老的时候,叙拉古和罗马之间发生了战争。罗马军队的最高统帅马塞拉斯率领罗马军队包围了他所居住的城市,还占领了海港。阿基米德虽不赞成战争,但又不得不尽自己的天职,保卫自己的祖国。 他制造了一种叫作石弩的抛石机,把大石块投向罗马军队的战舰,或者使用发射机把矛和石块射向罗马士兵。
阿基米德还发明了多种武器,来阻挡罗马军队的前进。他发明了大型起重机,把罗马的战舰高高地吊起,随后呼地一声将其摔下大海,船破人亡。最后罗马士兵都不敢靠近城墙,只要有一根绳子在上方出现,他们就会被吓跑,因为他们相信那个可怕的阿基米德一定在用一种什么新奇的怪物,会使他们一命呜呼。
第四个故事:镜子聚光。
太阳的光和热使地球上的万物生长,它蕴藏着无穷无尽的能量。那么,是谁最早想到把太阳能聚集起来加以利用呢?
古希腊的叙拉古城遭到了罗马军队的侵袭。罗马军队乘着张帆的战舰,耀武扬威地驶向叙拉古港口,叙拉古城的青壮年和士兵们一起上前线去了,城里只剩下了老人、妇女和孩子,处于万分危急的时刻。
就在这时,老阿基米德为了自己的祖国又站了出来。他让妇女和孩子们每人都拿着自己家中的镜子一齐来到海岸边,让镜子对准强烈的阳光,集中照射到敌舰的主帆上,千百面镜子的反光聚集在船帆的一点上,船帆燃烧起来,火势趁着风力,越烧越旺,罗马人不知底细,以为阿基米德又发明了新式武器,就慌慌张张地退却了。
四、人物评价
阿基米德对数学和物理的发展做出了巨大的贡献,为社会进步和人类发展做出了不可磨灭的影响,即使牛顿和爱因斯坦
也都曾从他身上汲取过智慧和灵感,他是“理论天才与实验天才合于一人的理想化身”,文艺复兴时期的达芬奇
和伽利略等人都拿他来做自己的楷模。