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第43章 科技博物(1)

牛顿发现万有引力定律

在英国著名物理学家、天文学家和近代力学奠基人伊萨克·牛顿(1642~1727年)以前,天文学是世界一切学科中最先进的学科。但是为什么行星会按一定的规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满地解释这个问题。只有发现万有引力定律之后,才清楚地说明了天上的星体运动和地上的物体运动均受同样的力学规律的支配。而且大家公认牛顿发现了万有引力定律,在人类科技史上建立了永垂不朽的丰功伟绩。正如恩格斯在《英国状况》一文中指出:“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学,……由于认识了力的本性而创立了科学的力学。”

那么牛顿为什么会发现万有引力定律呢?自他发现这一定律以来,就有如下各种不同的说法:

有人认为,牛顿之所以会发现万有引力定律,是因为他是个天才,而且很敏感,很善于思考问题。据牛顿本人回忆,1665年6月到1666年,由于伦敦瘟疫流行,学校停课,当时在剑桥大学任教的他,只好回到老家——英国东南部林肯郡的伍耳索普村去,同母亲和弟妹们生活在一起,并利用这一安静环境,把大学里学过的课程作了系统的整理和细致的思考。传说他正是因为这次回到家乡看到苹果落地的情景,受到启发,才开始思考万有引力这个问题的。这件事被他的一个妹妹记下来,后来就记载在史书上。从那时起,牛顿便经常思考这样一些问题:是什么力量使行星绕太阳运转?为什么行星不离开太阳或与太阳碰撞?为什么苹果会落地而不飞入空中?能否用同一自然规律来解释行星运动和苹果落地现象等等。他在经过一番研究以后证明,行星总是绕太阳运转和苹果落地而不往上飞的道理是完全相同的,它们都同样受到引力作用的支配。牛顿还形象地表明:整个宇宙就像一架机器,机器的所有部分,无论是太阳、月亮、地球和其他所有的行星,都是服从于万有引力定律的。

牛顿天才地运用数学手段,把物理原则转变为可凭观察证实的、可用数量来计算的结果,创立了万有引力定律。这一定律说明,任何两个物体之间,包括行星与太阳之间、行星与行星之间、月球与地球之间、地球与地面物体之间,都存在着引力。这个引力与彼此吸引的物体的质量成正比,而与两物体间距离的平方成反比。结合牛顿运动定律,这一原理说明了太阳系中天体的运动和位置,尤其说明了地球何以会有规则地环绕太阳运行的道理。总之,万有引力定律可以圆满地解释为什么物体会落地、是什么力量使行星保持在它们的一定的轨道上、为什么海水会产生潮汐等一系列问题。它不光对地球是适用的,而且对太阳系的任何星体都是适用的。

可是有的人既怀疑牛顿发现万有引力定律是由于受到苹果落地的启示的传说,也不承认是因为他的天才。特别是有些德国人对牛顿的这一发现不以为然。他们说,牛顿之所以会发现万有引力定律,只不过是巧妙地把别人的东西拿来,归纳整理成自己的东西。例如黑格尔(1770~1831年)就曾说过:“开普勒(德意志令其饥饿而死)是近代天体力学的真正奠基者,而牛顿的万有引力定律已经包含在开普勒的所有三个定律中,而在第三定律中,甚至明确地表现出来了。”其意思是说,牛顿的这个定律并不新鲜,只不过是开普勒的翻版。

恩格斯则强调了科学上的继承发展关系。他在《自然辩证法》里指出:牛顿这个大发现,应归功于德国的开普勒和意大利的伽利略,牛顿是从他们两人那里得出自己的结论的。而牛顿早就承认了这点,他并不把自己看得了不起,他在临终时就这样说过:“如果我所看到的,我所发现的要比笛卡儿和培根远大一点的话,那是因为我是站在巨人的肩上的缘故。”牛顿所说的巨人,指的就是开普勒和伽利略。可见他也承认自己之所以会发现万有引力定律,是由于学习和继承了他们的经验的缘故。

有人说,即使牛顿看到苹果落地便产生过地心引力这样的灵感,并吸取了前人的研究成果,但他所以有万有引力定律的伟大发现,主要靠的不是这些,靠的是自己的刻苦和勤奋。他刻苦和勤奋到什么程度呢?

据说青年时代的牛顿“很少在夜间两三点钟以前睡觉,有时一直要工作到清晨五六点钟……特别是春天或落叶时节,他常常6个星期不离开实验室,不分昼夜,炉火总是不熄。”正因为如此,所以他不到30岁就白了头发、眉毛和胡子。他研究问题是这样的全神贯注。传说某天有个朋友来他家作客,他招待客人吃饭。在招待的时候,他说:“我去拿瓶酒来”。

可是当他出去拿酒时又突然想起了一个问题,需要马上研究,于是就去研究开了。他的朋友在屋里等他,怎么还不来呢?他等不着,就先吃完饭走了。等牛顿研究完问题回屋时,看到桌上的东西都吃光了,便以为自己已经吃过饭了。还据说牛顿有一次煮鸡蛋时正思考着别的问题,心不在焉,竟把怀表当作鸡蛋煮了。这说明他研究学问的精力十分集中。如果他没有那样一个专心致志的精神,他在科学上是不可能有这么多的重大发现,是不会发现万有引力定律的。

也有一些人认为,牛顿之所以会发现万有引力定律,与他在科学道路上一向所持的谦虚谨慎态度分不开。你看,他虽然作出了这么大的成就,但直到临死前他还这么说:“我不知道世人对我怎样议论,不过我自己觉得,好像我是在海边玩耍的一个小孩,有时很高兴的拾到光艳夺目的小石子。但是,真理的大海啊,我还是没有发现。”事实证明,只有像牛顿那样谦逊的人,才会在科学上取得丰硕成果。

无线电发明

在古时候,人们靠跑步或骑马来传递信息,既费时,又不省力。据说公元前490年,希腊士兵菲迪皮茨自马拉松奔跑大约40千米到雅典,报告战胜波斯的消息。到19世纪,随着资本主义生产的发展,贸易交往的频繁,不但长跑、骑马等古老方式远远满足不了快速传递信息的要求,就是用火车、轮船等新方式也嫌太慢了。因此,当电登上科学舞台之后,人们渴望像蒸汽机开创的动力革命一样,在电学方面也能开创一个信息革命,有一些简便而又迅速传递信息的办法。

为解决这一科学技术难题,许多人在崎岖的科学道路上攀登,花费了很多劳力和心血。到底“功夫不负苦心人”。他们以自己的辛勤劳动,为人类的物质文明与精神文明的建设,换得了一串串的科学技术硕果:19世纪30年代末,美国人莫尔斯(1791~1872年)制成了实用的电报机,并于1844年在华盛顿与巴尔的摩之间架设了第一条有线电报路线;1876年美国人贝尔(1847~1922年)发明了“顺风耳”——电话;到90年代又有人发明了不用电线传递的无线电报。真可谓“万紫千红”。

电报和电话的发明是人类自觉应用电学知识的产物,在科技史上具有划时代的意义。它的伟大意义可以同蒸汽机相比。因为蒸汽机是利用自然力代替了人力、扩展人类肢体功能的一次革命,而电报和电话是扩展人类感官功能的一次革命。

然而,无线电是谁首先发明的?直到现在这还是个争论不休的问题。

有人认为,无线电是意大利人马可尼(1841~1937年)首先发明的。

因为早在1894年,只有20岁的马可尼便从赫兹去世的讣告中了解到电磁波的性质,产生了利用电磁波进行无线电通信的想法。他在研制无线电报中遇到了两个问题:一是技术向题,他改进了金屑检波器,在怎样发送电波信号和接收检测电波信号方面做了大量细致的工作;二是经费问题,他最初请求意大利邮电部长的支持,碰了壁,才于1896年来到英国,得到了一些英国资本家的合作,研制出了无线电,并使无线电通信的范围很快从几百米增加到几十千米。于是,他成立了自己的无线电报有限公司,开始大量生产发射电磁波的感应线圈和接收用的金屑检波器。有许多国家的海军和商业航运公司都采用了他的无线电报。但他并不满足于无线电报只能在短距离内使用。1901年他在英国建立了一座高耸入云的发射塔,向大西洋彼岸发射电磁波信号,终于获得成功。同时,他还推测到空中有能够反射电磁波的电离层存在,后来的实验证明了他的这一推测。

《简明不列颠百科全书》也把马可尼称为实用无线电报系统的发明人。但是此书同时指出:波波夫1895年发明了从形成闪电的巨大电火花发出的电磁波的无线电接收装置。这个雷电检测器比意大利物理学家马可尼1896年6月取得专利的收发信号的无线电报机要早。但一般并不承认无线电通信是波波夫发明的。有证据说明,马可尼更早一些时候就进行了传送无线电报的实验,早在1894年马可尼就已用相当简陋的装置,进行短距离的初步实验,之后他改进了检波器。并使用垂直天线,使信号的发射范围扩大到1.5英里左右。

可是有很多苏联学者认为,无线电的最先发明者不是马可尼,而是波波夫。这些学者说:波波夫“在1895年最初发明无线电报。波波夫发明无线电报后不久,有27个渔人被浮冰带到波罗的海,因无线电报而被拯救。但是波波夫的无线电报在俄国未被采用。1895年当波波夫向政府请求1000卢布来设置无线电报试验装备时,陆军部长回答道:‘我不能允许把钱用于这样的幻想。’俄罗斯科学家的此一发明,被意大利工程师马可尼所利用,他极力设法把无线电发明的优先权占为己有。”涅奇金娜等人甚至说:1895年时,波波夫“已经不用电线把莫尔斯的字码符号传达出去,1896年,他设计出世界上第一架无线电收音机,拍发出世界上第一个无线电报。没有被守旧的沙皇当局所采用的波波夫的发明,被意大利的市侩马可尼窃取去了,马可尼冒称波波夫的伟大发明是自己的发明。”她们虽然一口咬定是马可尼“窃取”了波波夫的发明,但拿不出确凿的证据来加以证明。

有的学者则力图从中调和,认为无线电通讯工具的创造是马可尼和波波夫几乎在同时完成的。他们说:“无线电的发明是19世纪末最为重要的技术科学成就。1888年,德国科学家赫兹在放电实验中发现了电磁波,完全证实了麦克斯韦关于电磁波的推断。利用这种无线电波进行通讯的技术工程上的创造,则是由意大利的工程师马可尼和俄国科学家波波夫几乎是在同时完成的。1896年,波波夫首次应用天线实现了300码的无线电传播。他在俄国实验所受到的支持是很有限的;而马可尼的实验则是在英国资本家的资助下进行的,资金、设备、科技人员等条件比较优越。1899年,实现了横越英吉利海峡的无线电通讯;1901年实现了大西洋两岸的通讯实验。”

火箭是哪个国家发明的

早在1450年,意大利人瓦尔图在《兵法十二篇》中首先提出拜占庭皇帝列奥六世(公元866~912年)时士兵用的一种投火器,很有可能是火箭。这便是火箭源于拜占庭说的开始。此后有不少英法学者持这一观点。他们还认为,中世纪时的东罗马帝国或拜占庭,已经用火箭装置发射一种“希腊火”。”希腊火”是用沥青、硫磺、松炭等可燃物放入火罐中,用机械投射出去的一种武器。最早是用于公元前424年的贝利斯战役。

潘吉星在《自然科学史研究》撰文认为,这种“希腊火”不含硝石,因而不是火药武器。到了7世纪时,叙利亚人凯林尼科斯将“希腊火”作了重大改进,公元674年,拜占庭开始将改进的“希腊火”运用于战场,并有效地保卫了它的首都君士坦丁堡。

美国学者帕廷顿认为“希腊火”是用一种喷火管发射的。他认为这种发射装置不是火箭。

印度是火箭发明国的说法,起于18世纪的英国东方学者哈尔海德。

1776年,哈尔海德将印度《摩奴法典》译成英文时,有“火炮”、“火炮或任何种类火器”的句子。《摩奴法典》是古印度有关宗教、哲学和法律的汇编之一,大约在公元前2世纪至公元前3世纪间陆续编成。如果那时已有火炮或其他种类的火器的话,火药当早于此时产生。众所周知,火药作为中国古代的四大发明之一,已为世界所公认。最早记录火药配方的是唐初炼丹家和药物学家孙思邈,时间相隔千年之遥。因而引起了众多学者的怀疑,印度学者赖伊即指出哈尔海德的译文有错误。

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