科学小报(标题:科学家的故事)

2020-04-18 文化 93阅读
今天,我就为大家讲讲其中一个科学家的故事——几何学之父
说出来也许会使你感到惊奇:原来,今天你所读的几何课本中的大部分内容,来自2200多年前的《几何原本》(又称《几何学原理》)。这本书的作者,便是被誉为“几何学之父”的古希腊著名数学家欧几里得。《几何原本》在2000多年间,一直被沿用作为几何学的课本。欧几里得是第一个把几何学系统化、条理化、科学化的人。
关于欧几里得的生平,没有详细的记载。然而,却流传着许多关于他的有趣的故事……
那时候,人们建造了高大的金字塔,可是谁也不知道金字塔究竟有多高。有人这么说:“要想测量金字塔有多高,比登天还难!”
这话传到欧几里得的耳朵里。他笑着告诉别人:“这有什么难的呢?当你的影子跟你的身体一样长的时候,你去量一下金字塔的影子有多长,那长度便等于金字塔的高度!”
欧几里得的名声越来越大,以致连亚历山大国王也想赶时髦,学点几何学。于是,国王便把欧几里得请进王宫,讲授几何学。谁知刚学了一点,国王就显得很不耐烦,觉得太吃力了。国王问欧几里得:“学习几何学,有没有便当一点的途径。一学就会?”
欧几里得笑道:“陛下,很抱歉,在学习科学的时候,国王与普通百姓是一样的。科学上没有专供国王行走的捷径。学习几何,人人都要独立思考。就像种庄稼一样,不耕耘,就不会有收获。”
前来拜欧几里得为师的人越来越多。有的人是来凑热闹的,看到别人学几何,他也学几何。一位学生曾这样问欧几里得:“老师,学习几何会使我得到什么好处?”欧几里得思索了一下,请仆人拿点钱给这位学生,冷冷地说道:“看来,你拿不到钱,是不肯学习几何学的。 1452年4月15日22时30分,在意大利佛罗伦萨附近的海滨小镇——芬奇镇的一个名为安奇亚诺的小村庄里,一个叫列昂纳多·达·芬奇的小私生子诞生了。他的父亲是佛罗伦萨有名的公证人,家庭富有。达·芬奇的童年是在祖父的田庄里度过的。孩提时代的达·芬奇聪明伶俐,勤奋好学,兴趣广泛。他歌唱得很好,很早就学会弹七弦琴和吹奏长笛。他的即兴演唱,不论歌词还是曲调,都让人惊叹。他尤其喜爱绘画,常为邻里们作画,有“绘画神童”的美称。
皮耶罗确信儿子有绘画天赋,便将小芬奇送往佛罗伦萨,师从着名的艺术家韦罗基奥,开始系统地学习造型艺术。此时的达·芬奇只有14岁。 当时,皮耶罗受一位农民的委托,要画一幅盾面画。他听说儿子会画画,想试试儿子的画艺,便将这任务交给了小芬奇。小芬奇凭借自己丰富的想象力,用了一个月的时间,画成了一个骇人的妖怪美杜莎。这幅作品完成后,小芬奇请父亲来到他的房间。他把窗遮去一半,将画架竖在光线恰好落在妖怪身上的地方。皮耶罗刚走进房间时,一眼就看到了这个面目狰狞的妖怪,吓得大叫起来。小芬奇则笑着对父亲说:“你把画拿去吧,这就是它该产生的效果。”
韦罗基奥的作坊是当时佛罗伦萨着名的艺术中心,经常有意大利人文主义者在这里聚会,讨论学术问题。达·芬奇在这里结识了一大批知名的艺术家、科学家和人文主义者,开始接受人文主义的熏陶。 达·芬奇在20岁时已有很高的艺术造诣,他用画笔和雕刻刀去表现大自然和现实生活的真、善、美,热情歌颂人生的幸福和大自然的美妙。
达·芬奇并不满足他的这些才干,他要掌握人类思想的各个领域。他眼光独到,做事干练,具有艺术的灵魂。有一次,他在山里迷了路,走到了一个漆黑的山洞前。他在后来回忆这段经历时说:“我突然产生了两种情绪——害怕和渴望:对漆黑的洞穴感到害怕,又想看看其中是否会有什么怪异的东西。”他一生都被这两种情绪所羁绊——对生活的不可知性或无力探知的神秘感到害怕,而又想把这个神秘的不可知性加以揭露,加以研究,解释其含义,描绘其壮观。
科学巨匠
在文艺复兴早期,人们盲目地接受传统观念,崇拜古代权威和古典着作。人们学习科学知识也只是学习像《圣经》一样的亚里士多德理论,只相信文字记载。达·芬奇反对经院哲学家们把过去的教义和言论作为知识基础,他鼓励人们向大自然学习,到自然界中寻求知识和真理。他认为知识起源于实践,只有从实践出发,通过实践去探索科学的奥秘。他说“理论脱离实践是最大的不幸”,“实践应以好的理论为基础”。达·芬奇提出并掌握了这种先进的科学方法,采用这种科学方法去进行科学研究,在自然科学方面作出了巨大的贡献。他提出的这一方法,后来得到了伽利略的发展,并由英国哲学家培根从理论上加以总结,成为近代自然科学的最基本方法。 达·芬奇坚信科学,他对宗教感到厌恶,抨击天主教为“一个贩卖欺骗的店铺”。他说:“真理只有一个,他不是在宗教之中,而是在科学之中。”达·芬奇的实验工作方法为后来哥白尼、伽利略、开普勒、爱因斯坦、牛顿等人的发明创造开辟了道路。
1、天文
达·芬奇对传统的“地球中心说”持否定的观点。他认为地球不是太阳系的中心,更不是宇宙的中心,而只是一颗绕太阳运转的行星,太阳本身是不运动的。达·芬奇还认为月亮自身并不发光,它只是反射太阳的光辉。他的这些观点的提出早于哥白尼的“日心说”,甚至在当时,达·芬奇就幻想利用太阳能了。
2、物理
达·芬奇重新发现了液体压力的概念,提出了连通器原理。他指出:在连通器内,同一液体的液面高度是相同的,不同液体的液面高度不同,液体的高度与密度成反比。他发现了惯性原理,后来为伽利略的实验所证明。他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升,在引力和冲力的混合作用下作曲线位移,最后冲力耗尽,在引力的作用下作垂直下落运动。他的这一发现使亚里士多德的落体学说产生了动摇。他发展了杠杆原理,除推导出作用力与臂长关系外,还算出了速度与臂长的关系。他指出了“永动机”作为能源的不可能性。达·芬奇还预示了物质的原子原理,形象生动的描述了原子能的威力:“那东西将从地底下爆起,……使人在无声的气息中突然死去,城堡也遭到彻底毁坏,看起来在空中似乎有强大的破坏力。”
3、医学
达·芬奇在生理解剖学上也取得了巨大的成就,被认为是近代生理解剖学的始祖。他掌握了人体解剖知识,从解剖学入手,研究了人体各部分的构造。他最先采用蜡来表现人脑的内部结构,也是设想用玻璃和陶瓷制作心脏和眼睛的第一人。 子宫内的胎儿(达芬奇)他发现了血液的功能,认为血液对人体起着新陈代谢的作用,并认为了血液是不断循环的。他说血液不断的改造全身,把养料带到身体需要的各个部分,再把体内废物带走。达·芬奇研究过心脏,他发现心脏有四个腔,并画出了心脏瓣膜。他认为老年人的死因之一是动脉硬化,而产生动脉硬化的原因是缺乏运动。后来,英国科学家哈维证实和发展了达·芬奇这些生理解剖学的成果。
4、建筑
理想中的米兰(达芬奇)在建筑方面,达·芬奇也表现出了卓越的才华。他设计过桥梁、教堂、城市街道和城市建筑。在城市街道设计中,他将车马道和人行道分开。设计城市建筑时,具体规定了房屋的高度和街道的宽度。米兰的护城河就是他设计和建造的。
5、军事
达·芬奇的研究和发明还涉及到了军事领域。他发明了簧轮枪、子母弹、三管大炮、坦 坦克车(达芬奇)克车、浮动雪鞋、潜水服及潜水艇、双层船壳战舰、滑翔机、扑翼飞机和直升机、旋转浮桥等等。2008年4月26日,在瑞士西部城市帕耶讷,36岁的瑞士人奥利维耶·维耶提-特帕使用由达·芬奇设计的金字塔型降落伞从距地面600米高的直升机上成功跳下。
6、水利
达·芬奇对水利学的研究比意大利的学者克斯铁列早一个世纪。为了排除泥沙,他作了疏通亚诺河的施工计划。他设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程。由他经手建造的一些水库、水闸、拦水坝便利了农田灌溉,推动了农业生产的发展。有些水利设施至今仍在发挥作用。
7、地质
达·芬奇根据高山上有海中动物化石的事实推断出地壳有过变动,指出地球上洪水的痕迹是海陆变迁的证明,这个思想与300年后赫顿在地质学方面的发现颇为近似。并且在麦哲伦环球航行之前,他就计算出地球的直径为7000余英里。
8、达·芬奇密码筒
看过《达·芬奇密码》的人大概都知道达·芬奇密码筒。而事实上在当时的社会,人们也越来越重视文件的保密工作。达·芬奇设计的这种密码筒造型古典,内涵着文艺复兴特质,设计优雅,符合达·芬奇的睿智风格。按照故事情节,密码筒里藏匿着关于郇山隐修会乃至整个基督教最大秘密的莎草纸。达·芬奇设计的密码筒内有一个装着醋液的容器,如果强行砸烂密码筒,醋液就会流出溶解莎草纸。要打开密码筒,必须解开一个5位数的密码,密码筒上有5个转盘,每个转盘上都有26个字母,可能作为密码的排列组合。 牛顿二十三岁时,鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受传染,通告学生休学回家避疫,学校暂时关闭。牛顿回到故乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里,他从没间断过学习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作,都是这个期间完成的。
那时,乡下的孩子是常常用投石器打几个转转之后,把石抛得很远。他们还可以把一桶牛奶用力从头上转过,而牛奶不掉下来。
这些事实使他怀疑起来:“什么力量使投石器里面的石头,以及水桶里的牛奶不掉下来呢?对于这个问题,他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他从浩瀚的宇宙太空,周行不息的行星,广寒的月球,直至庞大的地球,进而想到这些庞然大物之间力的相互作用。这时,牛顿一头扎进”引力“的计算和验证中了。牛顿计划用这个原理验证太阳系各行星的行动规律。他首先推求月球距
地球的距离,由于引用的资料数据不正确,计算的结果错了。因为依理推算月球围绕地球转,每分钟的向心加速度应是十六英尺,但据推算仅得十三点九英尺。在失败的困境中,牛顿毫不灰心和气馁,反而以更大的努力进行辛勤地研究。整整经过了七个春秋寒暑,到三十岁时终于把举世闻名的”万有引力定律“全面证明出来,奠定了理论天文学、天体力学的基础。
这时期牛顿还对光学进行了研究,发现了颜色的根源。一次,他在用自制望远镜观察天体时,无论怎样调整镜片,视点总是不清楚。他想,这可能与光线的折光有关。接着就实验起来。他在暗室的窗户上留一个小圆孔用来透光,在室内窗孔后放一个三棱镜,在三棱镜后挂好白屏接受通过三棱镜折进的光。结果,大出意外,牛顿惊异地看到,白屏上所接受的折光呈椭圆形,两端
现出多彩的颜色来。对这个奇异的现象,牛顿进行了深入的思考。得知光受折射后,太阳的白光散为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。因此,白光(阳光)是由红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫七色光线汇合而成。自然界雨后天晴,阳光经过天空中余围的雨滴的折射、反射,形成五彩缤纷的虹霓,正是这个道理。
经过进一步研究,牛顿指出世界万物所以有颜色,并非其自身有颜色。太阳普照万物,各物体只吸收它所接受的颜色,而将它所不能接受的颜色反射出来。这反射出来的颜色就是人们见到的各种物体的颜色。这一学说准确地道出颜色的根源,世界上自古以来所出现的各种颜色学说都被它所推翻。
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