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第19章 推动人类文明进程的科学家、发明家(8)

随着英国工业的迅速发展,矿山的采掘显得分外重要了。斯蒂芬逊为矿山引进了各种机械,并改进了矿山机械。在这期间,他为搬运矿石用的矿车铺设了轨道,使搬运简单化,这是一项具有划时代意义的事件。

1848年8月12日,他在纽卡斯尔附近的契斯塔菲尔德去世,终年67岁。

历史业绩

斯蒂芬逊对当时火车制造和行驶中存在的大量问题作了详细的分析,对火车脱轨等问题作了认真研究,广泛吸取了成功和失败的经验与教训,提出了各种改进方法,进行了种种尝试。1813年,为了在附近的煤矿使用,斯蒂芬逊制作了第一台移动机械“布鲁海尔”,第二年7月25日,这台蒸汽机车开始在矿上行驶,并取得了成功。它以每小时6.5公里的时速在1:450的坡道上行驶,可以运煤300吨。但它走动慢,震动大,噪声如雷鸣,烟筒里冒出的烟把附近的树木也烤焦了。许多细节问题还没来得及解决。斯蒂芬逊想出了许多改进办法。首先,他把汽筒里的废蒸汽用小管通到烟筒里去,从而减少了噪声。并且蒸汽向上的冲力使烟比原来流通快,炉中空气循环加速,使煤燃烧得更旺。这样一来,又使汽锅内蒸汽发生量增加,火车的推动力(牵引力)增加了好几倍。其次,他还增加了许多减震弹簧和其他部件。经过十余年的反复科学试验,斯蒂芬逊终于在1825年试制成功了世界上第一台客货两运的蒸汽机车“旅行号”。

l7.阿基米德:倔强的科学之王

生平简介

公元前287年,阿基米德出生于地中海中部的西西里岛。阿基米德长到7岁的时候,父亲为他请了最好的教师,教他数学、天文学、哲学和文学。群众中流传的伊索寓言、荷马史诗,是阿基米德最爱听的故事。这些故事给了他智慧。在阿基米德ll岁的时候,菲迪阿斯将他送往埃及深造。

阿基米德来到亚历山大的时候,欧几里得已经去世,他的学生埃拉托色尼便成了阿基米德的老师。师生之间感情甚洽,他们一起讨论数学、天文学、力学方面的问题,一起看戏剧,听音乐。每当风和日丽之时,他们还一起去散步或游览尼罗河,就在这种融洽的关系中,阿基米德的知识和智慧一天天丰富起来。

阿基米德从11岁去亚历山大学习和工作,直到47岁才回到叙拉古,时间是公元前240年。在这时正是他的创造力最旺盛的时期,他被委任为亥厄洛国王的顾问,继续从事数学和力学方面的研究。

历史业绩

在阿基米德记有他静力学研究成果的《论平面的平衡》一书中,他从一系列公理出发,推证出物体A、B的重量mA、mR,与它们分别到支点o的距离OA和OB有如下关系:

这就是著名的杠杆原理。阿基米德非常欣赏自己的这一发现。据说,他曾以这样的豪语评价杠杆的作用:“给我一个稳固的支点,我就能把地球挪动!”

阿基米德在流体静力学研究上取得的一个最伟大的成就是发现了浮力定律。

他著成了《浮体论》这部流体力学的经典著作。在这本书中,他提出:“任何浸在水中的物体,它在水中失去的重量等于它所排开的水的重量。”换句话说就是:“一个密度小于水的物体,用力使它下沉,就要克服一种向上的浮力。浮力的大小,等于它所排开的水的重量。”这就是浮力定律,又称阿基米德定律。

这一定律,不仅仅对于水,对一切液体、气体都适用。

阿基米德设计和制造成功了一种省力的提水机械:让一个斜面绕在一根轴上,构成一个类似现在的螺杆式的东西。螺杆置于一个两端开口的圆筒内,一端装有可使螺杆转动的摇柄。这时,只要把圆筒的下端置于水中,再用力轻轻摇动螺杆,水就会沿着螺纹的斜面爬升,直到从圆筒的上端流出来。从此,这种机械被称之为“阿基米德螺旋提水器”。为了保卫祖国,他把自己的晚年全部献给了抵御敌军的器械的研究,先后研制成功投石机、回转起重机等武器,一次又一次地打败了罗马军队的进攻。

由于阿基米德所发明的种种武器的威力,终使罗马军队攻占叙拉古的意图长期未能得逞。罗马的海军统帅马塞拉斯在吃了多次败仗以后,沮丧地说,阿基米德这个“几何学妖怪”使我们出尽了洋相。

阿基米德用他的智慧照亮了蛮荒时代的天空,使文明的曙光照耀着欧洲大地。他像一个纯真的孩童,沉醉在科学的翱翔中,浑然不受名利的影响,甚至连死亡的阴影也不能遮挡这种为科学而献身的巨大喜悦和幸福。

18.哥白尼:“地心说”的掘墓人

生平简介

哥白尼1473年2月19日诞生于波兰托伦城。他父亲是个商人,后来还当过托伦城市长。哥白尼10岁时,父亲去世了,他和哥哥、姐姐被送到舅舅家抚养。

他舅舅早年曾留学意大利,博学多才,虽然担任教会的主教,但他思想开明,提倡科学研究,这给年轻的哥白尼以很好的影响。

哥白尼18岁的时候和哥哥一起离开了家,到当时波兰首都克拉科夫大学去读书。克拉科夫地处东西欧的交叉路口,经济繁荣,文化发达。哥白尼在这里除学完了学校规定的全部课程外,还在著名教授布鲁楚斯基指导下,开始深入地钻研数学和天文学。学习使用天文仪器,进行观测,并且选择了天文学的研究为自己终生奋斗的目标。

哥白尼在克拉科夫大学毕业后,为了寻求知识,继续深造,他便和哥哥一起越过了白雪皑皑的欧洲最高山——阿尔卑斯山,来到欧洲文艺复兴运动的摇篮意大利留学。在意大利的10年间,他先后到波伦亚、帕多瓦、裴拉拉等大学学习法律、医学、神学、拉丁文、希腊文、数学和天文学。在波伦亚大学,天文学教授诺瓦拉关于托勒密体系过于复杂、不符合数的和谐原则的评论,对哥白尼产生了很深的影响,并埋下了日后“革命”的种子。

哥白尼回国后一直在波罗的海边的佛劳恩堡担任牧师职务。在佛劳恩堡的30年间,他的活动涉及医学、财政、政治、宗教等多方面,但他最为关心的是世界的新体系问题。

他于1530年,写成《天体运行论》,于1543年去世。享年70岁。

历史业绩

哥白尼根据天文观测资料,发现观测数据与按托勒密地心说理论计算的结果有出入。通过阅读古希腊学者的著作,他从阿里斯塔恰斯有关地球运动的思想得到启示,证明地球并不是静止不动的。经过反复仔细地研究,哥白尼提出了以太阳为中心的宇宙体系即日心说。他认为,地球不是宇宙的中心,而不过是重力的中心或月球的中心;宇宙的中心是太阳,一切天体都绕太阳作匀速圆周运动;地球有三种运动:自转、公转、赤纬运动(实际上不存在这种运动)。

在这样的前提下,哥白尼把托勒密用的80多个圆圈一下子简化到34个,而且在这个体系中,宇宙呈现出一种奇妙的对称,轨道的大小和运动都显示出与太阳大小有着和谐的关系。

哥白尼把他的理论写成了巨著《天体运行论》,在这个宇宙体系中,最具有革命性的精华部分是:地球从原先处于中心的统治地位,降到与普通行星一样的地位,它也必须和其他行星一样围绕太阳运动。正是这一思想精华,使日心说与宗教神学具有不可调和性,预示着科学时代真正的到来。恩格斯赞叹地写道:“从此自然科学开始从神学中解放出来。”

哥白尼天体运行论的面世,不仅意味着独霸天文学领域达数千年之久的托勒密体系已被推翻,而且动摇了中世纪神权统治的基础。所以日心说很快被指责为异端邪说,《天体运行论》被列为禁书,甚至一些宗教信徒还请求宗教裁判所制裁“强迫地球运动而让太阳站着不动”的哥白尼。然而,真理是压制不住的,随着哥白尼的日心说不断地被传播,信仰者也日益增多,1530年,哥白尼将他的关于天体运动规律的思想写成小册子,在朋友中流传,直到1542年,在他生命垂危之际,才同意将他的主要著作《天体运行论》交付出版,1543年,他临终前躺在病床上看到了这部巨著的印刷体。

在科学的道路上,哥白尼不迷信权威,敢于向传统势力挑战,对真理执著追求,以实际行动实践了他的誓言,为我们树立了光辉的榜样。

19.布鲁诺:为真理而献身的人

生平简介

布鲁诺,1548年1月生于意大利诺拉,他是维护和发展哥白尼的“日心说”的著名代表人物,并为此而英勇献身。布鲁诺出生于那不勒斯的一个没落小贵族家庭,15岁时进入修道院。这时意大利正处于文艺复兴时期,科学的思想对布鲁诺产生了巨大影响。他在修道院里开始阅读科学书籍,同时接受了日心说的观点。1572年,布鲁诺成为牧师,并且获得了哲学博士学位,但是他的哲学思想却与教会的清规戒律产生了重大分歧。1575年,布鲁诺成为教会的“异端分子”,被迫逃往罗马。此后,受到教会的迫害,开始流亡各国。1578年,他流亡到瑞士,在日内瓦被囚禁。1579年释放后,流落到法国,先后在图卢兹大学和巴黎大学讲授天文学。1583年,他到了英国;1585年又到了德国。这一时期,布鲁诺已完全成为经院哲学和神学的反对派,他到处批判宗教哲学,宣传日心说,宣传他的先进宇宙观,发展了宇宙无限的思想。他热情宣传和支持哥白尼学说,并发展了哥白尼的学说。他认为太阳并不是宇宙的中心,它仅是宇宙中众多天体之一,太阳本身也是运动的。布鲁诺的唯物主义宇宙观,引起了宗教界的极端仇视。1592年,在威尼斯遭到逮捕。他在狱中坚贞不屈,坚持自己的观点。

1600年,他被宗教裁判所处以火刑,殉难于罗马鲜花广场。

历史业绩

在他的《灰堆上的华宴》一书中,为了维护哥白尼的主张,他提出了一些相当难以置信的无穷大宇宙的论据。他支持当时被认为是异端的日心说理论,布鲁诺对哥白尼学说不仅坚定捍卫和积极传播,而且有所补充和发展。布鲁诺认为,宇宙并非有限,它在空间上是无限的,时间上是永恒的。宇宙既不可能有一个固定不变的中心,也没有绝对的边缘,宇宙是由无数星系组成的。太阳仅是太阳系的中心,太阳系是宇宙无数星系中的一个。地球确实是环绕太阳转动,但太阳并非静止不动,它也在运动着,它同其他恒星的位置亦在不断变动之中。布鲁诺不仅否定了地球中心说,而且也否定了太阳为宇宙中心的说法。他甚至进而认为宇宙有它本身的客观规律,并不像教会宣扬的一切都服从于上帝的意志。显然,布鲁诺的新宇宙观,是对哥白尼天文学说的新发展。

布鲁诺认为:自然界的万事万物都处于普遍联系和不断运动变化之中,这一变化就是统一的物质实体所包含的各种形式不断转化的过程,事物经过互相转化,形成为对立面的统一。

布鲁诺在论证世界物质统一性时引出了物质实体是万物的“最初本原”和“最初原因”的思想。他认为,统一的物质实体即是世界万物的本原,又是世界万物的原因。说物质是本原,乃指它是构成万物的基础,本身又存在于它所构成的事物之中。

布鲁诺在哲学的基本问题上坚持了唯物主义的立场。

布鲁诺是一位社会进化论者,他反对封建社会的蒙昧主义和神学统治。他认为人类历史是不断变化、不断前进的,因而他反对把远古社会美化为“黄金时代”。他认为,社会“如果没有变化,没有变易,没有盛衰兴替,就不会有适宜的东西,良好的东西,愉快的东西”。他认为,社会发展到他这个时代,已经千孔百疮,腐败不堪,因而他预言:“世界很快将发生一场普遍的变革,因为要想让这种腐败状态继续下去,已经不可能了。”

布鲁诺是意大利天文学家、思想家和唯物主义哲学家。他的思想认识远远超过他同时代的人。为了真理,他被烧死在罗马鲜花广场,但他的科学精神却永远不灭。

20.伽利略:意大利的英雄科学家

生平简介

1564年2月15日,伽利略出生于意大利古城比萨的一个没落贵族家庭里。

父亲喜欢研究数学,爱好音乐。正是由于父亲的熏陶濡染,使伽利略从小就爱上了科学和艺术。伽利略幼年先在比萨上小学,11岁时,又转学至佛罗伦萨,在瓦隆布洛萨修道院学习,他不仅聪明伶俐,才思敏捷,而且爱动脑筋,勤奋过人,因而他的学习成绩总是名列前茅。正因如此,他所就渎的修道院看中了他,想接受他人院作修士。但他父亲不同意,借口他患眼病需要照顾,才把他领出了修道院。

1581年,17岁的伽利略遵照父亲的意愿进入比萨大学攻读医学,但不久他便弃医从理。他对习以为常的现象总是细心观察,反复思考,脑子里充满了奇异的新思想。一天伽利略在做弥撒,看到虔诚的教徒们低着头在默默祈祷,伽利略觉得单调而无聊,便不时抬头环视四周。忽然,他注意到悬挂在屋顶上的吊灯被风吹动,轻轻摇摆着。伽利略便想:“吊灯每次摆动的幅度越来越小,摆动的时间是不是越来越短呢?”那时还没有表,他就按着自己的脉搏,一遍遍地测量着摆动的时间,结果惊奇地发现吊灯每摆动一次的时间完全一样。回到家他用绳子系着石头继续实验得出了同样的结果:摆的周期与摆钟的轻重和幅度无关,仅与摆长有关。这就是今天物理学上所讲的摆的等时性定律。

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