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文章目录:
历史上的重大发明与发明者咨询
电话的发明者
亚历山大·贝尔
性别: 男
生卒年: 1847~1942
国别: 苏格兰
生平简介
生平简介
“我知道命运掌握在我自己的手中,我知道巨大的成功马上就要到来。”贝尔曾自信地向世界这样宣告。
1874年3月3日出生于苏格兰的爱丁堡。
1862年贝尔进入著名的爱丁堡大学,选择语音学作为自己的专业,贝尔通过总结父辈们的经验进步很快。
1867年毕业后又进伦敦大学攻读语言学。就在此时,英国发生大规模肺病,贝尔先后失去了两个兄弟,其父带着全家迁居加拿大以躲避瘟疫。
1869年22岁的贝尔受聘为美国波士顿大学语言学教授,担任声学讲座的主讲。在莫尔斯电报发明后的20多年中无数科学家试图直接用电流传递语音,贝尔也把发明电话作为自己义不容辞的责任。但由于电话是传递连续的信号而不是电报那样不连续的通断信号,在当时的难度好比登天。他曾试图用连续振动的曲线来使聋哑人看出“话”来,没有成功。但在实验中发现了一个有趣现象:每次电流通断时线圈发出类似于莫尔斯电码的“滴答”声,这引起贝尔大胆的设想:如果能用电流强度模拟出声音的变化不就可以用电流传递语音了吗?随后的两年内贝尔刻苦用功掌握了电学,再加上他扎实的语言学知识,使他如同插上了翅膀。他辞去了教授职务,一心扎入发明电话的试验中。在万事俱备只缺合作者时他偶然遇到了18岁的电气工程师沃特森。两年后,经过无数次失败后他们终于制成了两台粗糙的样机:圆筒底部的薄膜中央连接着插入硫酸的碳棒,人说话时薄膜振动改变电阻使电流变化,在接收处再利用电磁原理将电信号变回语音。但不幸的是试验失败了,两人的声音是通过公寓的天花板而不是通过机器互相传递的。
正在他们冥思苦想之时,窗外吉他的丁冬声提醒了他们:送话器和受话器的灵敏度太低了!他们连续两天两夜自制了音箱、改进了机器。然后开始实验,刚开始沃特森只从受话器里听到嘶嘶的电流声,终于他听到了贝尔清晰的声音“沃特森先生,快来呀!我需要你?痹�幢炊�髡��魇辈恍⌒慕�蛩崛龅搅松砩稀N痔厣��な岛蠹ざ�们椴蛔越�囟宰潘突捌鞔笊�担骸氨炊�‖姨��耍√��耍 闭馐绷饺诵老踩艨窕ハ啻蠛按蠼校�詈笸瓶�棵沤艚粲当В��芳窍铝苏飧瞿淹�氖笨蹋?875年6月2日傍晚,当时贝尔28岁,沃特森21岁。他们趁热打铁,几经半年的改进,终于制成了世界上第一台实用的电话机。1876年3月3日(贝尔的29岁生日),贝尔的专利申请被批准,专利号为美国174465。其实,在贝尔申请电话专利的同一天几小时后,另一位杰出的发明家艾利沙·格雷也为他的电话申请专利。由于这几个小时之差,美国最高法院裁定贝尔为电话的发明者。
回到波士顿后两人继续对它进行改进,同时抓住一切时机进行宣传。两年后的1878年,贝尔在波士顿和沃特森在相距300多公里的纽约之间首次进行了长途电话实验。与34年前莫尔斯一样取得了成功。所不同的是他们举行的是科普宣传会,双方的现场听众可以互相交谈。中途出了个小小的问题:表演最后节目的黑人民歌手听到远方贝尔的声音后紧张得出不了声,急中生智的贝尔让沃特森代替,沃特森鼓足勇气的歌声使双方的听众不时传来阵阵掌声和欢笑声,试验圆满成功。
1877年,也就是贝尔发明电话后的第二年,在波士顿设的第一条电话线路开通了,这沟通了查尔期·威廉期先生的各工厂和他在萨默维尔私人住宅之间的联系。也就在这一年,有人第一次用电话给《波士顿环球报》发送了新闻消息,从此开始了公众使用电话的时代。
1942年,贝尔逝世,享年95岁。
汽车的发明者
卡尔·奔驰
1884年,卡尔·奔驰(Carl Benz),出生于德国,他从未见过父亲,因为在他一岁时当父亲的火车司机在一次事故中不幸逝世。奔驰于1860年中学毕业后即上了当地一所技术学校,在学校他对机械原理特别感兴趣,尤其是偏爱研究热力发动机和蒸汽发动机。
从技校毕业后,奔驰先是到一家机械厂当学徒,后又到曼海姆建筑公司当厂长,不久又到部队服役。1871年初退役的奔驰到处寻找工作却无着落,一直到第二年才找朋友借钱成立了“卡尔奔驰铁器铸造和机械工厂”。
由于经济长期不景气,1877年,奔驰的工厂濒临倒闭,欠别人2000马克无力偿还,催债人频频上门。
奔驰并没有从此放弃(否则也不会有今天的奔驰汽车),他决定转到发展潜力巨大的发动机制造业,并于1879年12月31日晚研制成功一台单缸二行程发动机。
由于发动机在当时没有多大用处,因此他的工厂并不景气。1882年,奔驰终于取得一名商人及一家银行的支持,联合成立了曼海姆燃气发动机有限公司。一个月后,由于商人与银行发生矛盾,奔驰不能放手,愤然推出公司。由于提前推出,奔驰搭上了所有的机器设备作为赔偿。
1885年奔驰终于造出世界上第一辆汽车(单缸水冷立式发动机,排量985CC,功率0.75马力,最高车速12英里/时),并于1886年1月29日获得汽车制造专利(注册号:37435,专利人为奔驰公司),这一天被公认为世界首辆汽车诞生日。
1888年9月,奔驰的汽车在慕尼黑的机械博览会上震惊世界。
1893年,卡尔·奔驰经过几年努力后,开始生产维多利亚牌四轮汽车(价格4000马克),造成产品积压,后听取商人意见推出只有2000马克的汽车,结果一年卖出125辆。
奔驰获得了成功,不断发展,拥有巨大财富。每年12月31日,应其夫人要求发动一次第一台发动机,回忆当年的艰难历史。
1929年,卡尔·奔驰逝世。
1886年1月29日,卡尔·本茨发明了第一辆不用马拉的三轮车,现保存在幕尼黑的汽车博物馆。奔驰汽车公司获得'汽车制造专利权',正是这一日子,被确认为汽车的生日。
自行车的发明者德雷斯
最早靠人的两条腿蹬地前行的自行车叫“德雷斯车”是1817年德国人德雷斯制造的。1861年,有人把一辆“德雷斯车”带到法国车马匠米肖那里去修理。米肖的儿子欧内斯特可能完全不知道麦克米伦已经于1839年发明了第一辆用脚蹬推动的自行车。他仔细琢磨了“德雷斯车”之后认为:可以在前轮上装一个象磨子柄那样的曲柄,踏着它转动,带动车轮前进。这个想法很快被付诸实施,一种靠转动脚蹬带动前轮的自行车出现了。以后的自行车都采用这种可转动的脚蹬。就这样一个偶然的机会,由于欧及斯特的勤于思考,推动了自行车的发展。
牛痘治天花的发明者金纳
18世纪前,天花大肆流行,夺去了6千多万欧洲人的性命;
然而有位名叫金纳的英国乡下医师,於1796年本日前往格洛塞斯特郡的酩农厂,
在感染牛痘的挤乳女工纳梅斯身上抽取些微的牛痘脓疱液体,注射到一名8岁男童费浦斯的臂上;
两个月后,金纳发现「牛痘和天花的脓极为近似,而那男孩也不再感染天花了。」
此举可谓石破天惊,但金纳这番苦心,引起保守的医学界及宗教界之群起反对。
面对这些几近无理取闹的瞎哄,金纳以不变应万变的态度来面对,
同时还冒险地将其试验心得撰成「牛痘研究」专册,於1798年正式上市;
马上引发全面热烈讨论的风暴。每次遇有刁难者无理诘问时,金纳即不慌不忙地施展牛脾气和对方力辩,
这是因为他坚决认为:只要能拯救生灵,个人荣辱又算得了什麼!金纳这种不为势劫的执著,
不仅得到美国总统杰佛逊赞誉成「由於消灭人类史上最可怕的疾病,金纳这名字将永远活在人类的心中。」
而英国政府也在后来追封他勋位,并犒赏其3万英镑研究费。
贝尔发明了什么事人们不用出门就能互相交谈
亚历山大·贝尔
亚历山大·格拉汉姆·贝尔(AlexanderGrahamBell,-)
美国发明家和企业家。他发明了世界上第一台可用的机,创建了贝尔。被誉为“之父”。
【简介】
年3月3日出生在苏格兰的爱丁堡,并在那里接受初等教育。贝尔的主要成就是发明了。此外,他还了助听器;改进了爱迪生发明的留声机;他对聋哑语的发明贡献甚大;他写的文章和小册子超过篇。从年到年间,他从美国那里就取得了三十项专利权。由于这许多发明创造,贝尔在年接受了费城万国博览会百年纪念奖证书,同年他还获得波士顿大学理学博士学位。次年,他又获得五万法郎的伏尔泰奖金,并成为法国荣誉军团的成员。为了纪念贝尔的功绩,将电学和声学中计量功率或功率密度比值的一种单位命名为“贝尔”。
【生平】
“我知道命运掌握在我自己的手中,我知道巨大的成功马上就要到来。”贝尔曾自信地向世界这样宣告。
年3月3日出生于苏格兰的爱丁堡。他的父亲是一位嗓音生理学家,并且是矫正说话、教授聋人的专家。
年贝尔进入著名的爱丁堡大学,选择学作为自己的专业,贝尔通过总结父辈们的经验进步很快。
年毕业后又进伦敦大学攻读语言学。就在此时,英国发生大规模肺病,贝尔先后失去了两个兄弟,其父带着全家迁居加拿大以躲避瘟疫。
年22岁的贝尔受聘为美国波士顿大学语言学教授,担任声学讲座的主讲。在莫尔斯电报发明后的20多年中无数科学家试图直接用电流传递,贝尔也把发明作为自己义不容辞的责任。但由于是传递连续的而不是电报那样不连续的通断,在当时的难度好比登天。他曾试图用连续振动的曲线来使聋哑人看出“话”来,没有成功。但在实验中发现了一个有趣现象:每次电流通断时线圈发出类似于莫尔斯电码的“滴答”声,这引起贝尔大胆的设想:如果能用电流强度模拟出声音的变化不就可以用电流传递了吗?随后的两年内贝尔刻苦用功掌握了电学,再加上他扎实的语言学知识,使他如同插上了翅膀。他辞去了教授职务,一心扎入发明的试验中。在万事俱备只缺合作者时他偶然遇到了18岁的电气工程师沃特森。两年后,经过无数次失败后他们终于制成了两台粗糙的样机:圆筒底部的薄膜连接着插入硫酸的碳棒,人说话时薄膜振动改变电阻使电流变化,在接收处再利用电磁原理将电变回。但不幸的是试验失败了,两人的声音是通过的天花板而不是通过机器互相传递的。
正在他们冥思苦想之时,窗外吉他的丁冬声提醒了他们:送话器和受话器的灵敏度太低了!他们连续两天两夜了音箱、改进了机器。然后开始实验,刚开始沃特森只从受话器里听到嘶嘶的电流声,终于他听到了贝尔清晰的声音“沃特森先生,快来呀!我需要你?年6月2日傍晚,当时贝尔28岁,沃特森21岁。他们趁热打铁,几经半年的改进,终于制成了世界上第一台实用的机。年3月3日(贝尔的29岁生日),贝尔的专利申请被批准,专利为美国。其实,在贝尔申请专利的同一天几小时后,另一位杰出的发明家艾利沙·格雷也为他的申请专利。由于这几个小时之差,美国最高裁定贝尔为的发明者。
回到波士顿后两人继续对它进行改进,同时抓住一切时机进行宣传。两年后的年,贝尔在波士顿和沃特森在相距多公里的纽约之间首次进行了长途实验。与34年前莫尔斯一样取得了成功。所不同的是他们的是科普宣传会,双方的现场听众可以互相交谈。中途出了个小小的问题:表演最后节目的黑手听到远方贝尔的声音后紧张得出不了声,急中生智的贝尔让沃特森代替,沃特森鼓足勇气的声使双方的听众不时传来阵阵掌声和欢笑声,试验圆满成功。
年,也就是贝尔发明后的第二年,在波士顿设的第一条线路开通了,这沟通了查尔期·威廉期先生的各工厂和他在萨默维尔私人之间的。也就在这一年,有人第一次用给《波士顿环球报》发送了新闻消息,从此开始了公众使用的时代。
年,贝尔逝世于加拿大巴德克,享年95岁。
【故事】
故事一
电报的发明,把人们想要传递的信息以每秒30万公里的速度传向远方。这是人类信息史 上划时代的创举。但久而久之,人们又有点不满足了。因为发一份电报,需要先拟好电报稿,然后再译成电码,交报务员发送出去;对方报务员收到报文后,得先把电码译成文字,然后投送给收报人。这不仅手续繁多,而且不能及时地进行双向信息交流;要得到对方的回电,还需要等较长的时间。
人们对电报的不满,促使科学家们开始新的探索。
最早提出远距离传送话筒接力传送信息的建议。虽然这种方法不太切合实际,但休斯为这种通话方式所取的名字——“”,却一直沿用至今。
19世纪30年代之后,人们开始探索用电磁现象来传送音乐和话音的方法,其中最有成就的要算是贝尔和格雷了。
亚历山大·格雷厄姆·贝尔,年生于英国苏格兰,他的祖父亲毕生都从事聋哑人的教育事业,由于家庭的影响,他从小就对声学和语言学有浓厚的兴趣。开始,他的兴趣是在研究电报上。有一次,当他在做电报实验时,偶然发现了一块铁片在磁铁前振动会发出微弱声音的现象,而且他还发现这种声音能通过导线传向远方。这给贝尔以很大的启发。他想,如果对着铁片讲话,不也可以引起铁片的振动吗?。这就是贝尔关于的最初构想。
贝尔发明的努力得到了当时美国著名的物理学家约瑟夫·亨利的鼓励。亨利对他说:“你有一个伟大发明的设想,干吧!”当贝尔说到自己缺乏电学知识时,亨利说:“学吧”。在亨利的鼓舞下,贝尔开始了实验,一次不小心把瓶内的硫酸溅到了自己的腿上,他疼痛得喊叫起来:“沃森先生,快来帮我啊!”想不到,这一句极普通的话,竟成了人类通过传送的第一句话音。正在另一个间工作的贝尔先生的助手沃森,是第一个从里听到声音的人。贝尔在得知自己试验的已经能够传送声音时,热泪盈眶。当天晚上,他写给母亲的信中预言:“朋友们各自留在家里,不用出门也能互相交谈的日子就要到来了!”
年,也就是贝尔发明后的第二年,在波士顿设的第一条线路开通了,这沟通了查尔期·威廉期先生的各工厂和他在萨默维尔私人之间的。也就在这一年,有人第一次用给《波士顿环球报》发送了新闻消息,从此开始了公众使用的时代。
说到的发明,还有一段鲜为人知的故事。
由于贝尔年3月10日所使用的这部机的送话器,在原理上与另一位发明家格雷的发明雷同,因而格雷便向提出起诉。一场争夺发明权的诉讼案便由此展开,并一直持续了十多年。最后,根据贝尔的磁石与格雷的液体有所不同,而且比格雷早几个小时提交了专利申请等这些因素,作出了现在大家已经知道结果的判决,发明权案至此画上句。
尽管如此,仍然是一个时代的产物,它凝聚着包括贝尔在内的许多发明家的智慧和汗水。
故事二
他的父亲全神贯注、满怀地全神贯注于研究人的声音的发生和作用过程,特别是教耳聋的人如何运用声音。因为那个时候,耳聋的人生活在永恒的孤寂之中。他们不仅听不见,而且也不会说话。毕竟,他们听不见说的话,又怎么能发得出声来呢?也许,老贝尔的这一执着爱好是促使他日后同成为自己妻子的人结婚的原因之一。因为后来生下的发明者的那位妇女……是个聋人!
年轻的贝尔。贝尔带着自己父亲的执着爱好长本。年,他由于健康不佳移居加拿大。不久之后,他就以成功地教会耳聋者说话而引起波士顿一位富商的注意。这位商人有个耳聋的女儿梅布尔。可否请贝尔先生教梅布尔说话呢?可以。他愿意教。他教了梅布尔。他们相爱了。是梅布尔鼓舞他进行了所有那些使人精疲力竭的实验,也是梅布尔使他克服了不时产生的沮丧情绪——那种常常困扰着紧张工作去夺取成功的人们的沮丧情绪——使他得以研制出当时很了不起的一种工具。它能把人说的话转变为电脉冲,之后又在金属丝的末端使之还原成人说的话。这样他就打破了又一种孤寂,那种在此之前一直使相距遥远的人无法通话的孤寂。一年之后,年,他同梅布尔结为夫妻,他后来成为美国公民。
所以,当法国因为他发明了而授与他沃尔塔奖金时,他用这笔奖金再加上他通过另一项发明所得到的钱,在华盛顿建立起沃尔塔办事处,其目的就是为医治耳聋提供资金。今天这—机构称作“亚历山大·格拉汉姆·贝尔协会”,它的作用已改为,向全世界的聋人提供如何最有效地对付耳聋的最新资料。
贝尔死于年,梅布尔在他去世5个月后也死了,因为她太爱贝尔了。贝尔的名字很可能。会像人类记忆历史那样永世长存。毕竟有了这样一件物品,它经常提醒人们,是贝尔使人类大家庭彼此得以保持更密切的。
通过电线传送的第一个声音,甚至使它的发明人亚历山大·格雷厄姆·贝尔都感到惊讶。一天深夜,贝尔正在实验室里做实验,他向在隔壁间里的助手偶然传递的一个口信获得了成功。贝尔先生当时无法知道的是,年的那个夜晚将标志着通信革命的开始。
最初,每一对是用两根铁丝连接起来的。然后,交换台使线集中到一个地点、其他的发明——如放大声音的真空管和在陆上及海底连接长距离的同轴电缆一一极大地扩展了服务。晶体管取代了真空管。到了60年代,通信卫星又消除了对地面线路的需要。今天,一束束的玻璃纤维用激光传递人们彼此间的通话。
这些发明当中有许多项发明——包括有声电影和立体声录音,随同项其他专利——来自年建立的ATT贝尔实验室。约翰·戴维斯是贝尔实验室消费产品部执行主任。他说,当我们进入90年代的时候,可以预期将具有更大的灵活性。
【年表】
年3月3日,贝尔在苏格兰的爱丁堡出生。
年10月,贝尔进了爱丁堡皇家高等学校。
年8月,16岁的贝尔开始在苏格兰埃尔金的韦斯顿寄宿学校教书。
年9月,贝尔19岁时在巴斯担任萨默塞特郡学院的教师。
年7月,贝尔搬至伦敦,与父母住在一起。老贝尔关于可见语言的著作出版面世。
年5月,贝尔在伦敦的一所私立学校任职。
年8月,贝尔去美国宣传他的可见语言。
年10月,贝尔开始在伦敦大学学习。
年5月18日贝尔的哥哥梅尔维尔去世,时年23岁。
年7月21日,贝尔与父母一起前往加拿大。
年4月5日,贝尔开始在波士顿聋哑人学校供职。
年4月8日,贝尔与加德纳·格林·哈伯德第一次会面。
年,贝尔26岁时任命为波士顿大学演说术教授。
梅布尔作为贝尔的私人学生开始接受他的授课。
贝尔开始谐波电报的实验。
年,伊莱沙·格雷开始研究谐波电报。
年1月,在加德纳·格林·哈伯德和托马斯·桑德斯的资助下,贝尔雇佣托马斯·沃生作他的助手。
年2月,贝尔提出谐波电报专利申请,并与哈伯德和桑德斯签订了合作协议。
年6月2日,贝尔的仪器中那根“卡住的簧片”导致他对的研究。
年2月,贝尔呈交专利申请,该申请于3月3日批准。
年3月10日,贝尔发出世界上第一条信息。
年6月25日,贝尔在费城的世纪博览会上演示他的。
年2月12日,贝尔在塞勒姆作的演讲吸引了新闻界的注意。
年7月9日,贝尔成立。
年7月11日,贝尔与梅布尔·哈伯德喜结良缘。
年5月8日,贝尔与梅布尔的第一个女儿出世,取名埃尔西。
年,贝尔退出贝尔,在苏格兰的格里诺克建立了一所聋人学校。
年2月15日,贝尔与梅布尔的第二个女儿玛丽安出世。
年9月,法国因贝尔在电学上的科学成就授予伏特奖和法国荣誉勋位勋章。他以此奖金在华盛顿建立了伏特实验室。
年8月15日,贝尔和梅布尔的儿子爱德华降临人世,但很快夭折。
年,贝尔在华盛顿开设他自己的聋人学校。
年11月17日,贝尔夫妇的儿子罗伯特出世,但也夭折了。
年11月,华盛顿聋人学校由于师资问题被迫关闭。
科学家的发明创造
张衡——地动仪
祖冲之——圆周率
僧一行——子午线
加利略——力学
牛顿——万有引力
卢瑟福——原子模型
波尔——量子力学
哈勃——宇宙膨胀理论
哥白尼——日心说
达尔文——进化论
少年牛顿
牛顿:1643年1月4日,在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿,出生时只有三磅重,接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且竟活到了85岁的高龄。
牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时,母亲改嫁给一个牧师,把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时,母亲的后夫去世,母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自它的家庭处境。
大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等。
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟。每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床。他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动。
牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书。随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶。
牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象由好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。
当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。
后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活。每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书。有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养。
求学岁月
1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位。
17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,哪里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程。
讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。
在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。
牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才超过自己。后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”
当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分。1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。
1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡。
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩。
1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分)。这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事。
总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题。他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。
1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话。
伟大的成就~建立微积分
在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位。他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》时,试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。
笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应。牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡尔的解析几何的基础上,找到了新的出路。可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值,当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是这一点的准确值。这就是微分的概念。
求微分相当于求时间和路程关系得在某点的切线斜率。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程,可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和,这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积。牛顿从这些基本概念出发,建立了微积分。
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的努力加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元。
牛顿没有及时发表微积分的研究成果,他研究微积分可能比莱布尼茨早一些,但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理,而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。
在牛顿和莱布尼茨之间,为争论谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年。
应该说,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,它必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样,是牛顿和莱布尼茨在前人的基础上各自独立的建立起来的。
1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如,他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”。
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表。此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。
伟大的成就~对光学的三大贡献
在牛顿以前,墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象。反射定律是人们很早就认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候,伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”,震惊了世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡尔提出了光的微粒说……
牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人,也象伽利略、笛卡尔等前辈一样,用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年,牛顿在家休假期间,得到了三棱镜,他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光。这样,他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的,这是第一大贡献。
牛顿为了验证这个发现,设法把几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜,原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上,这是他第一次公开发表的论文。
许多人研究光学是为了改进折射望远镜。牛顿由于发现了白光的组成,认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象),就设计和制造了反射望远镜。
牛顿不但擅长数学计算,而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了制造望远镜,他自己设计了研磨抛光机,实验各种研磨材料。公元1668年,他制成了第一架反射望远镜样机,这是第二大贡献。公元1671年,牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会,牛顿名声大震,并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。
同时,牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算,比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象,胡克发现的肥皂泡的色彩现象,“牛顿环”的光学现象等等。
牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外,他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。
伟大的成就~构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
在牛顿以前,天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。
早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样。1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系。
1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。
牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着。终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比。
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律。
在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。皇家学会经费不足,出不了这本书,后来靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。
牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合。
站在巨人的肩上
牛顿的研究领域非常广泛,他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外,他还花费大量精力进行化学实验。他常常六个星期一直留在实验室里,不分昼夜的工作。他在化学上花费的时间并不少,却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿,在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢?
其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段。在力学和天文学方面,有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力,牛顿有可能用已经准备好的材料,建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正象他自己所说的那样“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上”。而在化学方面,因为正确的道路还没有开辟出来,牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。
牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的:“我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”
这当然是牛顿的谦逊。
怪异的牛顿
牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时,学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人。还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法。他用这个秘密的方法,算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光。
开始,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷,他独自遨游于自己所创造的超级世界里。后来,在好友哈雷的竭力劝说下,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。
作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅。有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指,错误的把它当成通烟斗的通条,硬往烟斗里塞,痛得姑娘大叫,离他而去。牛顿也因此终生未娶。
牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现。他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话。一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表。还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了。等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题。
牛顿晚年
但是由于受时代的限制,牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动,是空间位置的变化;宇宙和太阳一样是没有发展变化的;靠了万有引力的作用,恒星永远在一个固定不变的位置上……
随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升。1689年,他被当选为国会中的大学代表。作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。
晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会。没有他的同意,任何人都不能被选举。
晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。
1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着:
让人们欢呼这样一位多么伟大的
人类荣耀曾经在世界上存在。
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