关于牛顿,伽利略,爱因斯坦的科学故事,

一个改变爱因斯坦的故事爱因斯坦小时候十分贪玩。他的母亲常常为此忧心忡忡,再三告诫他应该怎样怎样,然而对他来讲如同耳边风。这样,一直到16岁的那年秋天,一天上午,父亲将正要去河边钓鱼的爱因斯坦拦住,并给他讲了一个故事,正是这个故事改变了爱因斯坦的一生。故事是这样的：　　昨天,”爱因斯坦父亲说,“我和咱们的邻居杰克大叔清扫南边工厂的一个大烟囱。那烟囱只有踩着里边的钢筋踏梯才能上去。你杰克大叔在前面,我在后面。我们抓着扶手,一阶一阶地终于爬上去了。下来时,你杰克大叔依旧走在前面,我还是跟在他的后面。后来,钻出烟囱,我发现一个奇怪的事情：你杰克大叔的后背、脸上全都被烟囱里的烟灰蹭黑了,而我身上竟连一点烟灰也没有。”爱因斯坦的父亲继续微笑着说：“我看见你杰克大叔的模样,心想我肯定和他一样,脸脏得像个小丑,于是我就到附近的小河里去洗了又洗。而你杰克大叔呢,他看见我钻出烟囱时干干净净的,就以为他也和我一样干净呢,于是就只草草洗了洗手就大模大样上街了。结果,街上的人都笑痛了肚子,还以为你杰克大叔是个疯子呢。” 爱因斯坦听罢,忍不住和父亲一起大笑起来。父亲笑完了,郑重地对他说,“其实,别人谁也不能做你的镜子,只有自己才是自己的镜子。拿别人做镜子,白痴或许会把自己照成天才的。”　　爱因斯坦听了,顿时满脸愧色。　　爱因斯坦从此离开了那群顽皮的孩子们。他时时用自己做镜子来审视和映照自己,终于映照出生命中的熠熠光辉。盲目地与别人相比较,以为自己比身边的人聪明就满足了,或者觉得自己不如别人就沮丧了。这多么愚蠢啊!每一个人都有其不同的人生目标和生活方式,自己才是自己在这个世界上最可靠的人生向导。、牛顿 牛顿为什么能在科学上获得巨大成就?他怎样由一个平常的人成为一个伟大的科学家?要回答这些问题,我们不禁要联想到他刻苦学习和勤奋工作的几个故事。 我一定要超过他!” 一谈到牛顿,人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力。其实不然,牛顿童年身体瘦弱,头脑并不聪明。在家乡读书的时候,很不用功,在班里的学习成绩属于次等。但他的兴趣却是广泛的,游戏的本领也比一般儿童高。平时他爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等。他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许。有时,他玩的方法也很奇特。一天,他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中。发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星。尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视。 当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学。有一次课间游戏,大家正玩得兴高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋。牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了。他想,我俩都是学生,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书。他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思。 经过刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅。 哥白尼沃德卡是哥白尼少年时期最敬重的一位老师。一天,哥白尼去沃德卡家作客, 老师不在。他顺手从书架上抽出一本书, 打开一看,老师在折了角的地方写了一条批注: “圣诞节晚上, 火星和土星排成一种特殊的角度,预示着匈牙利的皇上卡尔温有很大的灾难。” 正在这时,沃德卡推门走进来。他见哥白尼在家里看书,高兴地说：“孩子,又看什么书了?” 哥白尼毕恭毕敬地把书递过去,老师边接书边关切地问：“能看懂吗?” 哥白尼认真地回答说：“老师,我看不懂。火星也好,土星也好,都是天上的星星,他们与卡尔温毫无关系,怎么能预示他的祸福呢?” “怎么不能呢?”沃德卡反问道,“命星决定一切!” 哥白尼当仁不让,大声反驳说：“如果是这样,写真照片(20张)那人还有没有意志?如果有,人的意志和天上的星星又有什么关系?” 对于哥白尼尖刻的反驳,沃德卡并没有生气,他明白,信不信天命是关系到天文学命运的重大问题。对这个问题,他对传统的偏见有过怀疑,但又说不出道理。他踌躇再三,深情地对哥白尼说：“孩子,天命决定一切,这是几千年以来的一条老规矩,我不过是拾前人的牙慧罢了。至于你提的问题,确实很有意思。但我没有能力回答你,你如有毅力的话,以后研究吧!” 老师的希望,不久就变成了现实。几十年后,哥白尼创立了“太阳中心说”的伟大理论,宣告了“天命论”的彻底破产。伽利略在伽利略的故乡比萨城里, 有一座既庄严又华丽的大教堂．一天下午, 伽利略来此参观．一个司事开始给一盏油灯注满油, 把灯挂在教堂的天花板上, 漫不经心地让它在空间来回摆动．伽利略看到, 吊灯开始以一个很大的弧度摆动着, 弧度变小时, 摆动的速度也变慢了．他觉得链条的节奏好像是有规律的, 虽然往返的距离越来越小, 但吊灯每往返一次所用的时间似乎都一样长．没有钟表, 他用右手按住自己的脉搏, 默默地数着吊灯摆动一次脉搏跳动的次数．他发现, 吊灯每摆动一次所需的时间确是相同的．伽利略心里突然一亮, 他想到: ”亚里士多德说过, 摆经过一个短弧要比经过长弧快些．亚里士多德是不是弄错了?”他回到家里找来材料, 做了几个摆．他把短摆挂在屋子里, 长摆挂在大树上, 然后精确计算一个摆从弧的一头运动到另一头所花的时间．实验结果证明, 摆来回摆动一次的时间是由绳子的长度决定的, 不管摆的重量如何, 与振幅也无关．但伽利略还有些不明白．因为亚里士多德说过, 物体从高处落下时, 速度是由重量决定的．物体越重, 下落速度也越快．但是, 摆不也是从高处落下吗?为什么只要摆的绳长相同, 摆落到最低点的时间都相同, 而跟重量没有关系呢?他决定到比萨斜塔上进行下一步的试验．他发明了一个小机关, 只要一碰按钮, 盒中的物体就能同时落下．试验的一天, 他让学生们拿着盒子站在二层、三层、五层及塔顶窗口, 他发出了信号, 二楼的学生打开盒子, 把一个1 磅重的铁球和一个10 磅重的铁球同时从塔上落下．这样一层一层地试验, 每一次试验下来, 不同重量的铁球都同时到达地面．著名的比萨斜塔成了伽利略推翻亚里士多德错误的落体理论的历史见证者．居里夫人波兰有个叫玛妮雅的小姑娘,学习非常专心。不管周围怎么吵闹,都分散不了她的注意力。 一次,玛妮雅在做功课,她姐姐和同学在她面前唱歌、跳舞、做游戏。玛妮雅就像没看见一样,在一旁专心的看书心姐姐和同学想试探她一下。她们悄悄地在玛妮雅身后搭起几张凳子,只要玛妮雅一动,凳子会倒下来。时间一分一秒地过去了,玛妮雅读完了一本书,凳子仍然竖在那儿。从此姐姐和同学再也不逗她了,而且像玛妮雅一样专心读书,认真学习。玛妮雅长大以后,成为一个伟大的的科学家。她就是居里夫人。1895年,居里夫人和比埃尔•居里结婚时,新房里只有两把椅子,正好两人各一把。比埃尔•居里觉得椅子太少,建议多添几把,以免客人来了没地方坐,居里夫人却说：“有椅子是好的,可是,客人坐下来就不走啦。为了多一点时间搞研究,还是算了吧。”　　从1935年起,居里夫人的年薪已增至4万法郎,但她照样“吝啬”。她每次从国外回来,总要带回一些宴会上的菜单,因为这些菜单都是很厚很好的纸片,在背面写字很方便。难怪有人说居里夫人一直到死都“像一个匆忙的贫穷妇人”。有一次,一位美国记者寻访居里夫人,他走到村子里一座渔家房舍门前,向赤足坐在门口石板上的一位妇女打听居里夫人的住处,当这位妇女抬起头时,记者大吃一惊：原来她就是居里夫人。爱因斯坦与玻尔海森伯的测不准原理及玻尔的并协性概念,构成了量子理论的物理诠释的进一步工作的基础,它们是后来众所周知的量子理论的哥本哈根诠释的两根主要支柱。…………然而在1927年,玻尔认为,哥本哈根诠释决非一个完整的思想体系,还需要进一步分析,作根本性修正。………… 尽管玻尔对他的思想所作的细致的阐述,取得了各种进展,仍然有不少物理学家对量子理论的哥本哈根诠释持反对态度。这种反对一部分是玻尔表述他观点的风格所引起。在与人交谈是,他的思想表述得清晰而直截了当,颇令人信服。的风格所引起。在与人交谈是,他的思想表述得清晰而直截了当,颇令人信服。但在他写作时,却更注重于词义的细微差异,逐字推敲。…………这就不可避免使某些物理学家和科学的哲学家责难他思想含混和晦涩。法国的物理学家德布罗意就是其中一位,他认为玻尔的思想为北方的迷雾所覆盖。在哥本哈根诠释的反对者行列中,为首的是爱因斯坦。德布罗意和薛定谔这些物理学家试图发展一种更为吸引人的看法,以代替哥本哈根诠释,而爱因斯坦则与他们不同,他是一个干脆摒弃量子理论基本哲学思想的人,根本不想提出任何确切的反建议。爱因斯坦认为,量子理论的统计性是由于这个理论未能对物理现象提供一个完备和协调的描述。他相信进一步发展会展现一个更深刻的理论,在这理论中,原子尺度上的事件可以被确切预言,而不只是几率。物理学会重新回到人们所熟悉的经典理论的因果性描述。 爱因斯坦想推翻量子理论的哥本哈根诠释的尝试,始于1927年的索末尔会议。但认真地对待这问题则是在1930年10月于布鲁塞尔举行的下一次会议上。爱因斯坦的战略仍未改变。在这两次会议之间的几年里,他设计了一系列聪明的理想实验,用来阐明测不准原理可以违反。作为哥本哈根诠释的核心或关键,测不准原理如果被证明在单个事件中不成立,则他相信,量子理论就只是一个不完备的理论。爱因斯坦与玻尔的讨论,通常在大会上午的会议上开始,而到晚上在他们旅馆中的非正式会议上,又继续下去。在这次大会上,爱因斯坦向哥本哈根学派提出的最厉害的挑战,是称为“光匣” （light box）的理想实验。这个匣子中充满了辐射,在其一壁上装有一个用时钟装置控制的快门。在匣子发出一个光子之前和放出光子之后,分别测定匣子的重量。爱因斯坦论证,释放光子过程的时间间隔可以用时钟机构精确测定,而光子的能量也可量而任意精确地测定——这样,就显然违反了测不准原理。这个场面的目击者,比利时物理学家罗森菲尔德写道：“面对这一问题,玻尔感到十分震惊。他不能马上找出这问题的答案。整个一晚上他都感到极度不快。他从一个人走向另一个人,企图说服他们这情况不可能是真实的,而且指出,如果爱因斯坦正确,则将是物理学的终结；但玻尔提不出任何反驳。我永远也不会忘记这两个对手在离开俱乐部时的身影。爱因斯坦,一个高高的庄严的形象,而玻尔则在他身旁快步走着,非常激动。他徒劳地辩护说,如果爱因斯坦的装置能够运转,这将意味着物理学的终结。” 经过了一个不眠之夜,第二天上午玻尔喜气洋洋来到大会上。他已找到了问题的答案,从而拯救了量子理论。按照爱因斯坦的广义相对论,玻尔能够证明,在称重量过程中匣子在重力场中的位移,会干扰控制光子发射的时钟装置的速率,从而导致一个误差,这正是满足测不准关系所需要的数量。玻尔运用广义相对论,掉头来反击它的创立者,从而维护了量子理论。 尽管玻尔能成功地揭露出每一个这样的理想实验的弱点,爱因斯坦还是不愿承认量子理论及其哥本哈根诠释是最后的答案。在后来一些年中,他写道：“可以相信这在逻辑上是可能的,是没有矛盾的。然而它与我的科学直觉如此背道而驰,我不能放弃找寻一个更完整的概念的研究。”在爱因斯坦看来,物理实在是受不依赖于人而存在的因果律所支配,物理学的目的就是去发现这些规律。用概率语言表达的物理理论,不能对自然现象作完全决定论的描述,在最好的情况下,也只能是物理学发展进程中一个暂时的权宜之计。“上帝并不掷骰子”成了他的名言和终身的信念。对此,玻尔只能回答说：“去预言上帝如何摆弄这个世界,也不是我们的事情。”玻尔认为,先入为主的看法和往日的概念,已不能再当成理解物理实在的可靠指南。对于玻尔来说,物理学定律是人们对自然界感觉的扩展。物理学中的逻辑和数学并非有待发掘的客观物理世界的一个内含部分,而是物理学家用以传达他对自然界的知识的人类语言的精炼。经验已经朴实地告诉人们,量子理论连同其概率语言,是描述原子尺度上的唯一恰当的手段。 由于对量子理论的哲学感到深深不满,多年以来,爱因斯坦变得愈来愈置身于物理学物理学发展主流之外,显得孤独。正如一位传记作家说的：“在日益增长的不满情绪中,爱因斯坦引退了。他置身于物理学发展主流之外,造成了他晚年的悲剧气氛,甚至他最忠诚的朋友也无法驱散它。”对于玻尔来说,由于他未能赢得爱因斯坦转向量子理论,他终身引以为憾。另一方面,玻尔认识到,从爱因斯坦的反对中他获益非浅。在他思维的每一步发展过程中,来自爱因斯坦的强有力的心灵的微妙的批评,激励着他去更完美地表达他的思想。有一位物理学家写道：“爱因斯坦看起来始终是他精神上争论的主要伙伴。”多年以来,玻尔化了大量时间去把这些新思想表述得更加完善,并探索其全部含义。…………玻尔与爱因斯坦的长期争论,尽管对科学的哲学发展关系重大,但对大多物理学家来说,对二十世纪物理学的这两个巨人之间的斗争,却没有多大兴趣。更富于实用主义精神的物理学家则远不介入这问题,也不涉及这些哲学课题去另 蹊径。他们最关心的是量子力学管用,而且颇为得心应手。 以简单地通过测量匣子的重。玻尔运用广义相对论,掉头来反击它的创立者,从而维护了量子理论。