科学日历2019:科学史上的今天 7302510024,9787302510024

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作者:科学π工作室

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文摘

1

2019.1.1.星期二

戊戌年十一月廿六 元旦

数字世界中的发现
1885年1月1日


瑞士一所中学的数学教师约翰·雅各布·巴耳末对数字情有独钟。他认为在数字中藏有大自然的秘密,发现这些秘密是一件最令人欢欣鼓舞的事。
当时,人们从太阳光谱中发现了4条氢谱线的频率,但反复测量,却总也找不到其中的规律。这件事引起了巴耳末的好奇。他列出了这4条谱线的波长,想从这些数的公因子中找到突破口。他先从前3条谱线的波长中找到了一个公因子,但是无论如何也不适用于第4条谱线的波长。他花了很长时间也毫无头绪,只好改弦易辙。
由于巴耳末擅长投影几何。受到几何图形透视关系的启发,他最终从投影关系中找到这4条氢谱线的波长或频率之间的公式,此时他已经快60岁了。1885年1月1日,巴耳末公布了这个公式。这个公式不仅解释了这4条谱线之间的关系,还预言氢存在第5条谱线。此后,他又陆续发表了关于氦光谱和锂光谱的谱线的频率间的关系公式。果然,在1908年,巴耳末所预言的第5条氢谱线被德国物理学家弗里德里希·帕邢发现。
巴耳末的公式取得了意想不到的成功,但是公式发表之后近30年,竟没有人能进一步破解为什么这个公式如此神奇。直到1913年,另一位天才人物丹麦物理学家尼尔斯·玻尔解释了其中的奥秘,由此开启了近代原子物理学。为了纪念巴耳末,人们把氢光谱中符合巴耳末公式的谱线系命名为巴耳末系。月球表面上的一个环形山也以他的名字命名。

2

2019.1.2.星期三

戊戌年十一月廿七

剑桥“第一飞人”——狄拉克
1928年1月2日


1925年5月初,英国年轻人狄拉克在剑桥第一次读到了海森堡论文手稿的复印件“运动学和动力学关系的量子理论新释”,当时这篇论文尚未发表。狄拉克意识到,它不是一篇普通的论文,而是海森堡为他指出的一条“明路”,同时,他也看到这篇论文暴露出来一个明显的“缺陷”。因为他喜欢相对论,也熟悉矩阵,更掌握了哈密顿四元数的处理方法。有一天晚上,他恍然意识到,奥秘就在泊松括号!
狄拉克一连忙了几周,终于在1928年1月2日这天,写出了一个非常清晰而简洁的量子力学方程——狄拉克方程!很快,包含这个方程的论文“电子的量子理论”发表在《伦敦皇家学会进展》上。它优美而简单,以此为核心的理论以高屋建瓴之势闯入了量子力学领域。
首先,它囊括了玻尔原子理论的精髓,却巧妙地脱离了玻尔的“轨道”概念,取消了玻尔强加给氢原子的经典图像;它还纳入了爱因斯坦的相对论;同时它有远见地纳入了牛顿经典力学;更为重要的是,狄拉克方程将争论不休的两个量子理论——海森堡的矩阵力学与薛定谔的波动力学——统一了起来。
狄拉克方程在德国各地引起了波澜。海森堡和玻恩都很惊讶,因为他们从来没听说过这个名字。1932年,年轻的狄拉克成为剑桥大学第15届卢卡斯数学教授。第二年,狄拉克与薛定谔一起分享了当年的诺贝尔物理学奖。狄拉克如此一鸣惊人,让他赢得了剑桥“第一飞人”的绰号,即创造奇迹的人。

3

2019.1.3.星期四

戊戌年十一月廿八

“砖厂危机”中的清醒者
——大卫·温伯格
2012年1月3日


1963年的《科学》杂志发表了一封公开信。信中说:科学领域快要变成一个“混乱的制砖厂”,人们像制造“砖块”那样炮制着大量的“事实”,照这样下去,“砖块”的海洋很快就会出现!从此, “科学砖厂”成为公众的口头禅。
这种担忧果然得到了验证。进入21世纪,特别是在互联网时代,无限的海量数据充斥着网络,而且还在以几何级数增长。“砖块”已成为一种“工业产品”。科学将向何处去?
2012年1月3日,著名的网络问题专家大卫·温伯格在他独自撰写的一部巨著Too Big to Know(《知识的边界》)中做了回答。他认为,互联网已经动摇了人们对“知识”认识的基础。科学知识的传播途径正在呈现多元化、多样化和平面化,科学机构的权威性也在淡化,它们失去了自上而下的控制力。
这种看起来的紊乱,反倒使人们“对知识有了清醒的认识”。网络成为更具有意识的“超级大脑”。
当今的大数据世界,信息已经形成“一个无定型的、相互交织的、不可掌控的大网”,探索的知识将“更趋近于世界的真理本质”。
“科学知识已经具备了媒体的特征,并造就了有史以来最大的参与科学的群体,人人可以参与,没有权威,每个人既是知识的贡献者,也是分享者。”
他的结论是:知识已经变成了一个网络,带有了网络特征——不管它是好的,还是坏的。而网络化的知识,会让我们更加接近于知识中的真理。

4

2019.1.4.星期五

戊戌年十一月廿九

杀死了大象的“电流大战”
1903年1月4日


19世纪下半叶,天才的发明家托马斯·爱迪生发明了直流电。直流电驱动了电机,点燃了白炽灯,引来了光明,使爱迪生名噪一时。
正在这个时候,另一个天才尼古拉·特斯拉进入了爱迪生机械公司,但是他并不得志。
1888年,爱迪生为了给直流电事业造势,不断攻击交流电,掌控西屋电气公司的乔治·威斯汀豪斯正准备发展交流电事业,他决心与爱迪生一决高低。正在这时,特斯拉加入了西屋电气公司,使西屋电气公司的交流异步电机迅速发展起来。
在两大公司的支撑下,两个天才亲自上阵,精彩的“电流大战”开始了。爱迪生残忍地用大牲口做电刑表演,特斯拉则发明“特斯拉线圈”表演放电“魔术”,说明如果不将交流电用于犯罪,还是很安全的。接着,1893年芝加哥博览会上,交流电大获成功。
然而爱迪生痴心不改,他了解到科尼岛月神动物园要清除一头大象,便在1903年1月4日向动物园发函,决定用杀死这头大象的方式向美国公众证实交流电不适于家用。4天之后,在给大象加上6600伏的高压交流电的一瞬间,这只大象立刻倒下了。爱迪生拍下了电影,到全国各地放映,借机宣扬交流电是“致死电流”。
这场电流大战从1888年开始,直到1918年宣告结束,历时30年。实际上,在1893年的芝加哥博览会上胜负就已经分出。1895年,在尼亚加拉大瀑布上成功建造的世界上第一座水力发电站,把交流电成功地输送到了35千米以外的布法罗市。从那时起,交流电开始成为工业、商业和民用的最好选择。

5

2019.1.5.星期六

戊戌年十一月三十

蜂群衰竭失调症
2006年1月5日


2006年1月5日,首先出现的关于蜂群消失的正式报道,来源于宾夕法尼亚大学生物学教授丹尼斯·安格尔斯多普等5人共同在《自然》杂志上发表的论文,题目是“蜂群衰竭失调现象初步调查”。通过广泛的野外调查,安格尔斯多普等人发现了不少惊人的现象:在野外蜂巢内,要么没有幼虫,要么有幼虫但没有足够数量的成熟蜜蜂来喂养;有的蜂巢上,根本不见任何成熟的蜜蜂,只留下少量的幼虫尸骸;不少蜂巢内,没有花粉的积存,甚至早已变成残巢败絮。在这次报道中,他们首次把这一现象定名为“蜂群衰竭失调症”。
蜜蜂与人类的生存息息相关,蜜蜂的消失将是人类面临的重大灾难之一。在人类食用、工业或饲料等所使用的1300多种植物中,有1000多种是依靠蜜蜂授粉的。蜜蜂是自然界最大的授粉昆虫群体,也是人类仅有可以信赖的、最理想的天然授粉者。蜜蜂授粉对于果园、农作物、濒危物种保护、城市园艺以及生态恢复都具有重要意义。苹果、杏、樱桃、蓝莓,各种瓜类和多种农作物和草料的生长都离不开蜜蜂。如果蜜蜂灭绝,农作物、草料就无法生长,家畜也跟着灭绝。这种灾难不仅累及野生蜂,而且对于养殖蜂的影响也很大。而蜂群舍幼弃巢的行为完全违背了蜜蜂的本性,无异于种群“集体自杀”。
不少研究者提出了危及蜜蜂生存的可能因素,包括细菌、病毒、真菌和寄生虫等生物因素,以及气候变化、环境污染和生态的破坏等环境因素。但是更多的说法归咎于大量电子产品的应用,手机和其他一些高辐射的产品,使蜜蜂生活在无影无形却纵横交错的电磁辐射之中,造成了它们固有习性的迷失。
ISBN7302510024,9787302510024
出版社清华大学出版社有限公司
作者科学π工作室
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