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东汉天文学家张衡-科学家的故事

科学故事李婷供稿

  东汉天文学家张衡是中国古代知名的人物,在天文学,研究地震仪上做出巨大贡献,小编为大家准备了相关科学家的故事,欢迎大家阅读!

东汉天文学家张衡-科学家的故事

  东汉天文学家张衡

  在东汉时期,中国出现了一位创制天球仪、候风仪、地震仪的天文学家张衡。

  张衡于公元78年出生在河南南阳,家境贫苦。但他自幼喜欢读书,成年后曾在南阳郡做了几年文官,后来辞职回乡,潜心天文研究。中国汉朝先后出现了三种关于天体运动和宇宙结构的学说,这就是“盖天说”、“浑天说”和“宣夜说”。“盖天说”认为天在上,地在下,天像一个半圆形的罩子,大地像一个倒着的盘子。”“浑天说”主张天是浑圆的,日月星辰会转入地下,早期的浑天说认为大地是平的,改进的浑天说认为大地是球形的。“宣夜说”认为天没有一定形状,而是无边无际的充满气体的空间,日、月、星辰都飘浮在气体中。张衡根据自己对天体运行的认识和实际观察,认为“浑天说”比较符合观测实际。他还制作了一个能够精确演示浑天思想的“浑天仪”。

  张衡的另一发明是制作了水运浑象,它是世界上第一架用水力发动的天文仪器。水运浑象实际上是个天文钟,通过它的等速旋转,可以报告时刻。世界上第一个可以测定地震方位的地动仪,也是这位古代科学家发明的。张衡还在《灵宪》等天文著作中,阐述了无限宇宙的思想,解释了月亮反射阳光和月食发生的原因。他对2500颗恒星的观测记录和“周天三百六十五度又四分之一度”的计算结果,和近代天文学非常接近。

东汉天文学家张衡-科学家的故事

  中国古代科学家张衡发明的地动仪。

  12岁开始研究相对论

  雅各布·巴内特(Jacob Barnett)喜欢坐在起居室的一角,在一块白板和落地窗前涂涂画画,那些涂画并不是一个12岁男孩的幻想,而是围绕现代物理学中许多难题的演算。记者、著名物理学教授蜂拥而至,人们沉浸在发现天才的狂喜中,但雅各布从不理会这些用复杂眼神盯着他的陌生人——爸妈会应付他们,他只需考虑是去玩会儿电子游戏,还是继续玩眼前的方程。

  雅各布刚出生时,父母就隐隐觉得他与众不同。他一直不说话,甚至不看人,直到两岁时被查出患有阿斯伯格综合症(自闭症的一种温和的表现形式)。患有这种病的人会讷于表达自己的情感。一开始,父母担心他在学校会跟不上,结果恰恰相反,3岁时他就可以拼出5000块拼图,或者翻出全国公路路线图,背诵出每一条高速公路的名字。如果手边有一张纸,他会用各种几何图形和方程填补它的空白。有一天,父母发现他坐在门廊边,一两个星期后他们得知,雅各布已经自学了所有高中的微积分、物理和几何课程。

  一次智商测试后,父母被告知:雅各布的IQ为170,比爱因斯坦更高。而高智商带来的副作用是,他很难入睡:“一闭上眼睛,我就能看到很多数字在头顶上打转。它们让我保持清醒,很吓人。”母亲知道,高智商并不来自于遗传:“我们全家的数学都很烂。”就连雅各布也发现了这一点:“每次我试图在饭桌上讨论数学,全家人就会一脸呆滞地望来望去。”

  惊慌的母亲给普林斯顿大学的高级研究所写了封电子邮件,录制了一段儿子阐释物理学的视频。著名天体物理学家司科特·特里梅安(Scott Tremaine)敏锐地发现了这个男孩,他回复了一封邮件,写道:“我对他在物理学方面的兴趣以及他迄今为止所掌握的物理学知识留下了深刻的印象。他目前所进行的研究已经涉及了天体物理学与理论物理学中多个最为棘手的问题,任何能够解决这些问题的人都会获得诺贝尔奖。”

  8岁时,他高中毕业,进入了印第安纳大学天体物理学系。和他一起上课的人几乎都比他大10岁以上。“但我们还是得经常向他走去,向他请教。”他的同学说。而教授则说:“他的问题永远领先我的课堂内容两步,教室里的每个人,都只有瞠目结舌看着他的份。”

  12岁时,他开始攻读博士。印第安纳大学为他提供了一个研究员的职位,现在,他的研究主要集中在相对论和宇宙大爆炸学说上。印第安纳大学雄心勃勃地表示,已经为他的研究找来了一些项目基金,希望能够有所突破。爱因斯坦提出相对论时26岁,两倍于如今的雅各布。

  他常常面无表情,摄影师让他笑一下,他挤出来的笑容既羞怯又不自然。他的妈妈在旁边看着,眼泪突然开始在眼眶里打转:“我的天哪!他两岁时,我最担心的是他也许永远都不会属于我们这个世界,现在我最担心的,是他永远失去了说‘我爱你’的能力。”

  科学家张民觉轶事

  原籍山西岚县的美籍华人张民觉博士(1908—1991),英文名Min-Chueh Chang,是世界闻名的生殖生理学家、美国科学院院士。在半个多世纪的研究生涯中,他发表了350多篇科学论文,荣获许多高级别奖项,3次荣获诺贝尔奖提名。

  张民觉从不承认自己聪明过人。他说:“假如我这一生在生殖生理学做出了一点贡献的话,那主要是我有幸在恰当的时间、地点,与最佳人选在最佳的课题上努力所致。”但作为科学家,张民觉确有许多不同于常人的特质:他思路宽阔,思维敏锐,治学严谨,进取心极强。他钻研的科研课题一般都是关乎人类生活和社会进步的大课题。他坚信“科学研究没有捷径”,一旦确定自己的研究方向,即心无旁骛,全力以赴。他常常以实验室为家,争分夺秒,不分昼夜,埋头工作。

  在张民觉生前,作者与他有书信来往;同时与他的国内亲属——元配夫人李民淑、长女张燕林有比较多的交往;与他的美国朋友朱迪丝·玛坎和长子张板桥也有过接触。因此了解到张民觉一些鲜为人知的轶事,现披露如下,以表达对这位科学家的敬意。

  成果卓著 却未曾申请一项专利

  张民觉在数十年的研究生涯中,直接承担、参与和指导了多项重要研究,取得了具有广阔应用前景的重大成果。例如在20世纪50年代,张民觉通过大量而巧妙的实验证实:大多数哺乳类动物的受精过程,实际上是精子在输卵管里等候卵子,而不是人们想象的卵子等候精子;精子在雌性生殖道里是经过了一定的生理变化,才能与卵子结合受精的。这就是“精子获能”现象。同年澳大利亚学者澳斯汀博士,也在实验中发现相同的现象。国际生理学界将他们俩的研究成果命名为“张氏—澳斯汀原理”。这一现象的发现,不仅有助于解开精卵受精之谜,而且对实现精子体外获能和试管受精有明显的指导意义。

  张民觉的科研小组在哺乳动物进行体外授精方面的开创性实践和成功经验,为日后实现人的体外授精和试管婴儿问世,奠定了良好基础。1978年7月25日,世界上首例“试管婴儿”——女婴路易斯·布朗在英国曼彻斯特一家医院诞生。新闻界在报道此项重大消息时,还以醒目的标题称她是“张民觉的女儿”。完成世界首例试管婴儿实验的英国医生斯蒂伯托和爱德华,在回忆完成这一医学史上奇迹的过程时,数次提到张民觉的名字。张民觉从此有了“试管婴儿之父”的美誉。

  又如1961年美国FDA(食品药品管理局)正式批准厂商以Enovid的商品名上市的首批口服避孕药,就是张民觉和美国科学家品克斯在“二战”结束之后,在世界人口爆增的形势下合作研究、发明的。这在20世纪60年代,是个了不起的成就。它标志着生理学原理直接应用于人口控制,它的广泛应用使“性”与“生育”分离,易为人们控制,深受广大妇女欢迎。几十年来,数以亿计的妇女服用过这类口服避孕药。即使是当今市面销售的口服避孕新药,也大都是在当年开发的药物基础上不断改进的成果。张民觉因此获得“口服避孕药之父”的称誉。

  但是,淡泊名利的张民觉没有申请过一项专利,而是广施爱心,无条件地将自己的科研成果奉献给全社会,造福于全人类。他甚至把自己尚未发表的研究资料,拿出来供别人使用。面对众多的荣誉和头衔,他一直保持平常心态,不止一次地宣称:作为科学家,我只看中在学术上要有所建树,用自己的专长服务于人类社会。

  身在异邦 心系中华

  张民觉是1938年9月,通过中英庚子赔款留学考试赴英国留学的。1941年获剑桥大学博士学位。1946年,他应邀从英国到美国,在麻省伍斯特基金会实验生物学研究所担任研究员。原计划只做一年研究就要回国。但由于研究的深入和不可中断,加上同行科学家的挽留,而未能成行。1956年挚友张香桐离美回国,他也表示:“我也真想回去,我的根在中国。”1972年,他参加了以任之恭为团长的“美籍中国学者参观团”来华访问,亲自向周恩来总理提出回国工作的请求。周总理语重心长地劝解他:“你是搞科学研究的,在美国环境、条件挺合适的嘛。你有心帮助中国搞四化建设,渠道和方式有很多很多。”

  张民觉因为自己学成后未能回国服务,一直抱有负罪感。经常在各种场合公开自责:“几十年来,流落海外,未能回国出力,该打屁股!该打屁股!”

  1988年,张民觉的长女张燕林赴美国夏威夷大学解剖系做访问学者。张民觉惟恐她滞留美国,催促她说:“时间到了你就赶快回国,报效祖国。”就这样,张燕林按时回到国内。可见,张民觉是把对中华的“大爱”,置于对家人的“小爱”之上的。

  其实,张民觉通过其他方式报效中华,还做了许许多多的事情。例如多次回国讲学,奔走于各研究机构之间,把自己的研究经验和生殖生理学的最新发展动向介绍给国内学者;把国内的科技人员邀请到美国他的实验室工作,或介绍到其他科研机构工作;向上海计划生育研究所和山西计划生育研究所捐赠自己珍藏的期刊资料和图书。另外,他还多次捐款给清华大学、山西大学,资助故乡岚县设立“张民觉奖学金”、创办“民觉小学”;给山西雁北地震灾区和山西三晋文化研究会捐款;等等。

  张民觉在美国的亲属一开始对他的捐献行为不知情也不理解。儿子张板桥在《 父亲留给我们的财富 》一文中这样说:“过去,父亲对家乡予以多次热情的帮助,我们都不甚清楚。在美国,父亲的积蓄都到哪里去了?给我们的为什么会越来越少?我们感到非常疑惑。当我们长大成人,了解到中国当时的政治背景,并且得知家乡的父老乡亲连吃饭都有困难,才理解了父亲寄钱给家乡是多么的重要!我们还了解到,他的部分寄款是用于资助家乡岚县教育事业和创办艾蒿沟小学时,我们才真正感悟到:父亲的举动是那样的雪中送炭,那样的难能可贵,那样的让人钦佩!父亲是想让家乡的人民和美国人民一样受到同等的教育,过上同等富裕的生活。父亲还要我们以他为榜样,日后更多地热爱祖国,关怀亲友。”

  首先提出“上帝粒子”的科学家

  48年前,当彼得·希格斯提出,宇宙间有一种粒子是万物质量之源时,学界一片惊疑;2012年7月4日,当欧洲核研究组织宣布发现一种与“上帝粒子”“一致”的亚原子粒子时,希格斯说,“难以置信”。

  英国科学家希格斯今年已83岁,4日应邀出现在欧洲核研究组织位于日内瓦的总部。

  低调与亮相

  1964年,彼得·希格斯发表了一篇学术理论文章,提出一种粒子场的存在,预言一种能吸引其他粒子进而产生质量的玻色子的存在。他认为,这种玻色子是物质的质量之源,是电子和夸克等形成质量的基础,其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性,进而形成质量,构筑成大千世界。

  这种理论中的粒子后来被别人以“希格斯”的名称命名,外号“上帝粒子”。

  当其他粒子相继被发现时,48年来,“上帝粒子”始终遁形。

  这一理论刚刚问世时,没有获得太多支持,直至后来,越来越多科学家认同这一理论,并在这一假设基础上构建“标准模型”的概念,并不断完善成今天的粒子物理学理论。

  希格斯是位腼腆而谦恭的学者,提出希格斯玻色子理论后,他低调地在苏格兰首府爱丁堡生活了数十年。直至4日,他突然造访欧洲核研究组织总部,与其他科学家一同出现在新闻发布会上。

  谦逊与固执

  灰色西装,白色开领衬衫。当希格斯走入发布会现场时,全场起立,喝彩欢迎。

  媒体记者一拥而上,老人显然有些惊慌。

  “难以置信,”老人说,“居然在我的有生之年发现了它。”

  当年与希格斯共事的一些科学家开始回忆希格斯玻色子理论问世之初所遭受的磨难和挫折。在学术上跟随希格斯多年的物理学家阿兰·沃克说,希格斯第一篇有关玻色子的论文,原本打算在权威杂志《物理快报》上发表,但投稿遭拒。

  “他(希格斯)当时说,‘好吧,他们不懂’。”沃克说。

  后来,几经修改,希格斯的第二篇论文发表在美国期刊《物理学评论》上,那是希格斯有关玻色子的设想第一次公开发表。

  谈到希格斯这个人,沃克说:“他脾气相当温和,非常绅士,但在物理学上他有些固执。”

  有意思的是,当别人提到“希格斯玻色子”时,希格斯总是诚惶诚恐,因为他觉得“不配用自己的名字”命名这种粒子。而且,他对“上帝粒子”的外号更加反感,因为他坚称自己是无神论者。

  荣誉与分享

  希格斯出生在英格兰,他的父亲是英国广播公司的音效工程师。受第二次世界大战影响,希格斯童年教育并不连贯,有相当长的时间在家学习。后来,他在伦敦大学国王学院物理学系获得学士、硕士和博士学位。

  希格斯在学术生涯中获得多个重要荣誉称号,获奖无数。英国皇家学会、英国物理研究所、欧洲物理学会、美国物理学会都曾授予他重要奖项。

  许多年来,虽然他不曾获得诺贝尔物理奖,但始终是评选委员会考虑的备选人物。

  希格斯从来不忘记当年与他一同创立理论的同伴。4日这天,他邀请比利时科学家弗朗西斯科·恩格勒与他一同出席发布会,同席而坐。恩格勒今年79岁,在发布会现场老泪纵横。

  恩格勒说,欧洲核研究组织的这一发现“极其重要”,因为他们的理论“终于找到了位置”。

  希格斯、恩格勒和另一名比利时科学家罗伯特·布鲁特,是当年提出希格斯玻色子理论的核心三人,2004年曾一同获得物理学最高荣誉沃尔夫奖。布鲁特去年去世,享年82岁。

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