美国马萨诸塞州的一个果园里,一个小男孩正给樱桃树修剪枯枝。
他爬上了一棵高大的樱桃树,眺望着远方的田野。突然,他头脑中冒出一个念头:人要是能飞到星星上多好啊!怎样才能制造出飞上火星的装置呢?
小男孩从樱桃树上爬下来,坐在树下沉思起来。他想象着有种机器在草地上飞快地旋转着,急速上升,飞向太空,飞向那遥远的未知的世界。
从果园回来后,小男孩似乎变成了另外一个人。父母发现他整天在学习数学和做科学小实验,即使卧病在床的时候,他也不放过星点儿时间。看着瘦弱的常患病的孩子,父母总是心疼地劝说他休息。
他就是美国物理学家和火箭技术的先驱者――罗伯特·戈达德。
童年在果园的美丽梦想成了戈达德所有生活的支柱。在随后的日子里,他不断地攻读数学,坚持做实验,到长大些的时候,他居然攻读起物理学家牛顿的着作来。
上大学时,戈达德考入伍斯特工学院。1911年,29岁的戈达德在克拉克大学获理学博士学位,并在这所大学开始了火箭研制工作。
刚开始时,戈达德做理论研究工作,探讨火箭作高空大气研究的价值和达到月球的可能性。1919年,他发表了题为《达到超高空的方法》全文只有69页,是他理论研究的结果。小册子发表了,但没有引起人们的丝毫注意。其实,10年前俄国物理学家齐奥尔可夫斯基也曾做过类似的研究,写过相似的论文,但也没有引起世人的注意。
戈达德在理论研究后,决定进行实践操作,想用成功的事实来证明他的理论的正确性和可行性。
1922年,戈达德开始了用汽油和液氧做燃料的火箭引擎试验。
1926年冬天,在马萨诸塞州的田野上,戈达德发射了自己制作的第一枚火箭。这枚火箭高约1.2米,直径约15厘米。火箭里的汽油和液氧混合燃料耗尽后,它仍在继续上升,上升高度是60米,时速100公里左右。
火箭技术的研究可以追溯到中国。发明火药的中国人在13世纪就发明了“飞火箭”,并运用于战争。还有印度人、阿拉伯人、波兰人等也曾研究过火箭技术。但戈达德是第一位设想用火箭或许能载人飞向天外的人。
1929年7月,又一枚火箭在戈达德的家乡飞向天空。它飞得更高,而且载有气压表、温度计,拍摄气压表和温度计的小型照相机。
试验刚刚结束,警察居然找到戈达德,命令他以后不许在马萨诸塞州做试验。
戈达德只好到新墨西哥州一块荒凉的土地上开始新的试验。经过许多努力,他得到一位慈善家馈赠的一笔钱,他的试验才得以维持。
在这里,戈达德制作更大型更成功的火箭。他的火箭有燃烧室,因用汽油和超高压的液氧作燃料,燃烧室的壁能保持冷却。戈达德还发明了控制火箭飞行方向的转向装置,使火箭沿正确方向飞行的陀罗仪等。
1930年到1935年的时间里,戈达德发射了数枚火箭,火箭的速度最高达到超音速,飞行高度达到2.5公里。
但遗憾的是戈达德的研究没有得到美国政府的关注和支持。只给过他一小笔预算,让他设计飞机在航空母舰起飞时用的一种小型火箭。
戈达德在默默无闻中,靠自己的毅力和勤奋发明创造了火箭,是美国第一枚火箭的宇宙时代的开创者。
戈达德虽在美国没有受到重视,在德国却有一批推崇者。他们用戈达德的原理制成了V2火箭,并在第二次世界大战中发挥了威力。
二战结束后,美国科学家向德国科学家请教火箭制造的技术,德国科学家目瞪口呆,你们不知道戈达德吗?我们是用他的原理研究和制造火箭。他是我们的老师。
美国科学家震惊后再去寻找戈达德时,一切都晚了。1945年8月10日,戈达德已经离开了人世。
古代的二轮运货牛车靠着木轮子嘎吱嘎吱地行进。当牛车在路途中意外遇到碰撞时,货物和乘客就可能会跳起来。而后来的金属轮子也好不了多少,尽管也像19世纪的公共马车那样,车辆中安装了悬架系统使情况略为改善。
19世纪的工程师们认为,问题可以由橡胶来解决,因此他们制作了一些沿着轮缘排列的实心橡胶轮胎。这些轮胎提供了一种软垫层来缓冲某些撞击,并帮助轮子紧贴道路。后来,有两个发明家产生了制造可膨胀轮胎的想法。罗伯特·汤姆逊设计了一种皮革胎,并且在1845年获得了专利。但是更成功的设计是苏格兰人约翰·邓洛普在1887年提出的。
邓洛普的儿子向父亲抱怨他的三轮脚踏车在圆卵石路上持续弹跳时,造成了损坏。邓洛普经过不断实验,终于制成了一种可打进空气而使之膨胀起来的轮胎。当轮胎包住车轮时,它看上去有点像埃及的木乃伊。开始时,人们嘲笑邓洛普的“木乃伊轮胎”,然而这种轮胎却得到了骑三轮车人的喜爱。而那些赛车手则对这种轮胎更满意,因为他们认识到用充气的新轮胎能跑得更快。
使充气轮胎更加实用的一项发明是凹面和盘形轮缘的设计,它有助于轮胎固定在车轮上。英国工程师C·K·韦尔奇在1890年获得了这项发明的专利。
诺贝尔小时候身体非常瘦弱。十岁时,随母亲前往俄国的贝德尔堡,与父亲团聚,并开始接受家庭教师的指导。十七岁时,到美国留学,两年之后回国,进入父亲的公司从事研究工作。
诺贝尔受了父亲的影响,对研究炸药很有兴趣,后来因为制造炸药和开发油田,赚了很多钱。但是,他看见自己发明的炸药用于战争,感到十分痛心,故毕生努力呼吁世人把火药用于和平。诺贝尔用他的巨额财产成立基金,每年发奖金给世界上对物理、化学、生物、医学、文学、和平事业有杰出贡献的人。能够获得诺贝尔奖金,一直被认为是一种极大的荣誉呢!
实验室里雾腾腾,诺贝尔正在忘我地工作,他的哥哥来找他,说:“诺贝尔,我正在整理我们家族的家谱,你是名闻世界的人物,没有你的自传怎么行呢?你写份自传吧。”
“哥哥,不用吧。”
“那怎么行呢?”诺贝尔的哥哥劝说道,“弟弟,你写自传并不是为你自己,而是为我们家族呀!你写吧。我们家族的家谱里有你的自传,就会增添光彩的!”
诺贝尔还是不同意,他哥哥就反复劝说,最后,甚至是哀求了:“弟弟,你是怕耽误你的时间吗?如果那样,你就说说,我来记录、整理吧。”
“我实难从命。”诺贝尔态度谦逊,但语气坚定地说,“我不能写自传,在宇宙漩涡中有恒河沙粒那么多的星球,而无足轻重的我们,有甚么值得写的哟!”
原来如此!他认为自己做的一切只是为人类该做的一点点事而己,为甚么要拿对人类的一点点贡献去换取荣誉呢。因此,他始终不答应。
诺贝尔的哥哥只好叹息着走了。诺贝尔又埋头做起实验来。
诺贝尔的遗嘱,是他理想的精华,心血的结晶。虽然他身拥巨富,却不愿把财产分配给亲友们。他认为:大宗财产是阻滞人类才能的祸害,凡拥有财富的人,只应给子女留下必须的教育费用,如果留下过多的钱财,那是奖励懈惰,使他们不能发展自己的才干。
因此,他不顾亲友们的反对,决定用自己的全部财产,设立诺贝尔奖金,奖励当代的世界精英。
电报、电话、电灯,这些东西在科技发达的今天看来是多么的普通和司空见惯,谁也不会因此而惊奇。可是你知道这些东西对于当时的人们是多么的至关重要和欣喜若狂吗?人类因此而记住了它们的发明者——爱迪生。
被人们称为“发明大王”的爱迪生,是美国的科学家和发明家。他的一生,仅是在专利局登记过的发明就有1328种。一个只读过三个月书人,怎么会有这么多发明创造呢?我想,如果你听说过“爱迪生孵小鸡”的故事,就一定会明白,他的成功源于强烈的好奇心。
1847年,爱迪生降生在美国俄亥俄州米兰市的一个商人家庭里。很小的时候,爱迪生就显露出了极强的好奇心,只要看到不明白的事情,他就抓住大人的衣角儿问个不停,非要问出个子丑寅卯来。
一天,他指着正在孵蛋的母鸡问妈妈:“母鸡把蛋坐在-底下干嘛呀?”妈妈说:“哦,那是在孵小鸡呢!”下午,爱迪生突然不见了,家里人急得四处寻找,终于在鸡窝里找到了他。原来,他正蹲在鸡窝里,-下放了好多鸡蛋孵小鸡呢!父母看了以后,哭笑不得,只好把他拉出来,又是给他洗脸,又是给他洗衣服。还有一次,他看见鸟儿在天空中自由飞翔,就想:既然鸟能飞,人为什么不能飞呢?于是,他找来一种药粉给小伙伴吃,为了让小伙伴飞上天空去。结果,小伙伴差点儿丧命,爱迪生也被父亲狠揍了一顿。
好不容易,爱迪生长到了8岁,父母把他送进了一所乡村小学读书,以为从此以后他能安安份份上学了。谁知,他仍然爱追根问底,经常把教师问得目瞪口呆,窘迫不堪。有一回上算术课,教师在黑板上写下了“2+2=4”,爱迪生马上站起来问:“老师,2加2为什么等于4呢?”这个问题把老师问住了,他认为爱迪生是个捣蛋鬼,专门和老师闹别扭,于是,在上了三个月的课以后,爱迪生就被老师赶回家了。
爱迪生的母亲是位伟大的母亲。她没有因为独生子被撵回来而责怪他,相反,他决定自己把孩子教育好。当她发现爱迪生好奇心重、对物理、化学特别感兴趣时,就给他买了有关物理、化学实验的书。爱迪生照着书本,独自做起实验来。可以说,这就是爱迪生搞科学发明的启蒙教育。
长大了的爱迪生,学会了无线电收发报技术。他在斯特拉得福铁路分局找到了一个夜班报务员工作。按规定,夜班报务员不管有事无事,到晚上九点后,每小时必须向车务主任发送一次讯号。爱迪生为了晚间休息好,白天能钻研发明创造,就设计了一个电报机自动按时拍发讯号。这就是电报机的雏形。
没过多久,他又对电报机进行了改进,经过多次试验,一架新式的发报机试制成功了。爱迪生望着自己发明的机器,欣慰地笑了。
应该说,爱迪生的每一项发明都是和他的好奇心紧紧相联的。在他发明了电报之后,又开始搞电话实验。他发现传话器里的膜板能够随着说话声音引起相应震动,就仔细观察,并且在笔记本上做了详细记录。由此,一个“会说话的机器”做成了。人们听到这个消息,都纷纷前来观看,并称他为“最伟大的发明家”。所以,好奇心是一个人取得成功、展示智慧的先决条件。
不仅的科学家需要好奇心,我们普通人要学习知识、有所成就也需要好奇心。1991年7月,《光明日报》科技部曾对全国青少年科技小发明比赛中获奖的118名中学生进行问卷调查,在“您的主要心理特征”一栏里,92%的同学写的是“好奇心强”。湖南零陵地区道县一中的少年何骥,在一天到鸡棚捡蛋的时候,禁不住好奇地想道:鸡蛋到底为什么一头大一头小呢?是大头先出母体还是小头先出母体呢?为了弄清这个问题,他每天一放学就立刻赶回家,蹲在鸡棚旁静静地观察,有时甚至连晚饭都忘了吃。两个多月以后,何骥终于发现:鸡蛋是大头先出母体。为此,他写了论文,得到许多生物学家的称赞。他的发现,居然是鸟类文献中还没有记载过的新发现。
成才需要好奇心,但是有了好奇心并不意味着就一定能够成才。要想有成就,还需要付出艰苦的努力。好奇心就好比一粒种子,没有种子就长不出参天大树,没有好奇心的人也不可能有所发明,有所创造。种子播种在黑土里以后,经过人们的浇灌、培育,会逐渐地破土而出,由小苗长成栋梁。有了好奇心,再加上汗水和心血,也一定能够使你成为有用之才。当代物理学家李政道博士说:“好奇心很重要,要搞科学离不开好奇。道理很简单,只有好奇才能提出问题,解决问题。可怕的是提不出问题,迈不出第一步。“正因为好奇心如此重要,所以,许多人都把好奇心称为成功者的第一美德。对于一个有志成才、渴望成功的少年来说,好奇心是最宝贵的。
无论是大发明家爱迪生的故事,还是小中学生何骥的故事,都向我们证明了一个真理:好奇心——发明家之心。
你渴望你的智慧之花早日绽开吗?你渴望你的创造灵感早日到来吗?那么,就仔细地观察生活吧!一个不热爱生活、对周围的一切都漠然视之的人是不会拥有一颗好奇之心的。如果你想在未来的人生舞台上做一颗明亮的星,就从现在开始迈出你成才的第一步——强化你的好奇心吧
莱布尼兹(Gottfriend Wilhelm Leibniz,1646-1716)是17、18世纪之交德国最重要的数学家、物理学家和哲学家,一个举世罕见的科学天才。他博览群书,涉猎百科,对丰富人类的科学知识宝库做出了不可磨灭的贡献。
一、生平事迹
莱布尼兹出生于德国东部莱比锡的一个书香之家,父亲是莱比锡大学的道德哲学教授,母亲出生在一个教授家庭。莱布尼兹的父亲在他年仅6岁时便去世了,给他留下了丰富的藏书。莱布尼兹因此得以广泛接触古希腊罗马文化,阅读了许多学者的著作,由此而获得了坚实的文化功底和明确的学术目标。15岁时,他进了莱比锡大学学习法律,一进校便跟上了大学二年级标准的人文学科的课程,还广泛阅读了培根、开普勒、伽利略、等人的著作,并对他们的著述进行深入的思考和评价。在听了教授讲授欧几里德的《几何原本》的课程后,莱布尼兹对数学产生了浓厚的兴趣。17岁时他在耶拿大学学习了短时期的数学,并获得了哲学硕士学位。
20岁时,莱布尼兹转入阿尔特道夫大学。这一年,他发表了第一篇数学论文《论组合的艺术》。这是一篇关于数理逻辑的文章,其基本思想是出于想把理论的真理性论证归结于一种计算的结果。这篇论文虽不够成熟,但却闪耀着创新的智慧和数学才华。莱布尼兹在阿尔特道夫大学获得博士学位后便投身外交界。从1671年开始,他利用外交活动开拓了与外界的广泛联系,尤以通信作为他获取外界信息、与人进行思想交流的一种主要方式。在出访巴黎时,莱布尼兹深受帕斯卡事迹的鼓舞,决心钻研高等数学,并研究了笛卡儿、费尔马、帕斯卡等人的著作。1673年,莱布尼兹被推荐为英国皇家学会会员。此时,他的兴趣已明显地朝向了数学和自然科学,开始了对无穷小算法的研究,独立地创立了微积分的基本概念与算法,和牛顿并蒂双辉共同奠定了微积分学。1676年,他到汉诺威公爵府担任法律顾问兼图书馆馆长。1700年被选为巴黎科学院院士,促成建立了柏林科学院并任首任院长。
1716年11月14日,莱布尼兹在汉诺威逝世,终年70岁。
二、始创微积分
17世纪下半叶,欧洲科学技术迅猛发展,由于生产力的提高和社会各方面的迫切需要,经各国科学家的努力与历史的积累,建立在函数与极限概念基础上的微积分理论应运而生了。微积分思想,最早可以追溯到希腊由阿基米德等人提出的计算面积和体积的方法。1665年牛顿创始了微积分,莱布尼兹在1673~1676年间也发表了微积分思想的论著。以前,微分和积分作为两种数学运算、两类数学问题,是分别的加以研究的。卡瓦列里、巴罗、沃利斯等人得到了一系列求面积(积分)、求切线斜率(导数)的重要结果,但这些结果都是孤立的,不连贯的。只有莱布尼兹和牛顿将积分和微分真正沟通起来,明确地找到了两者内在的直接联系:微分和积分是互逆的两种运算。而这是微积分建立的关键所在。只有确立了这一基本关系,才能在此基础上构建系统的微积分学。并从对各种函数的微分和求积公式中,总结出共同的算法程序,使微积分方法普遍化,发展成用符号表示的微积分运算法则。因此,微积分“是牛顿和莱布尼兹大体上完成的,但不是由他们发明的”(恩格斯:《自然辩证法》)。
然而关于微积分创立的优先权,数学上曾掀起了一场激烈的争论。实际上,牛顿在微积分方面的研究虽早于莱布尼兹,但莱布尼兹成果的发表则早于牛顿。莱布尼兹在1684年10月发表的《教师学报》上的论文,“一种求极大极小的奇妙类型的计算”,在数学被认为是最早发表的微积分文献。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》的第一版和第二版也写道:“十年前在我和最杰出的几何学家G、W莱布尼兹的通信中,我表明我已经知道确定极大值和极小值的方法、作切线的方法以及类似的方法,但我在交换的信件中隐瞒了这方法,……这位最卓越的科学家在回信中写道,他也发现了一种同样的方法。他并诉述了他的方法,它与我的方法几乎没有什么不同,除了他的措词和符号而外。”(但在第三版及以后再版时,这段话被删掉了。)因此,后来人们公认牛顿和莱布尼兹是各自独立地创建微积分的。牛顿从物理学出发,运用集合方法研究微积分,其应用上更多地结合了运动学,造诣高于莱布尼兹。莱布尼兹则从几何问题出发,运用分析学方法引进微积分概念、得出运算法则,其数学的严密性与系统性是牛顿所不及的。莱布尼兹认识到好的数学符号能节省思维劳动,运用符号的技巧是数学成功的关键之一。因此,他发明了一套适用的符号系统,如,引入dx 表示x的微分,∫表示积分,dnx表示n阶微分等等。这些符号进一步促进了微积分学的发展。1713年,莱布尼兹发表了《微积分的历史和起源》一文,总结了自己创立微积分学的思路,说明了自己成就的独立性。
三、高等数学上的众多成就
莱布尼兹在数学方面的成就是巨大的,他的研究及成果渗透到高等数学的许多领域。他的一系列重要数学理论的提出,为后来的数学理论奠定了基础。
莱布尼兹曾讨论过负数和复数的性质,得出复数的对数并不存在,共扼复数的和是实数的结论。在后来的研究中,莱布尼兹证明了自己结论是正确的。他还对线性方程组进行研究,对消元法从理论上进行了探讨,并首先引入了行列式的概念,提出行列式的某些理论。此外,莱布尼兹还创立了符号逻辑学的基本概念,发明了能够进行加、减、乘、除及开方运算的计算机和二进制,为计算机的现代发展奠定了坚实的基础。
四、丰硕的物理学成果
莱布尼兹的物理学成就也是非凡的。他发表了《物理学新假说》,提出了具体运动原理和抽象运动原理,认为运动着的物体,不论多么渺小,他将带着处于完全静止状态的物体的部分一起运动。他还对笛卡儿提出的动量守恒原理进行了认真的探讨,提出了能量守恒原理的雏型,并在《教师学报》上发表了“关于笛卡儿和其他人在自然定律方面的显著错误的简短证明”,提出了运动的量的问题,证明了动量不能作为运动的度量单位,并引入动能概念,第一次认为动能守恒是一个普通的物理原理。他又充分地证明了“永动机是不可能”的观点。他也反对牛顿的绝对时空观,认为“没有物质也就没有空见,空间本身不是绝对的实在性”,“空间和物质的区别就象时间和运动的区别一样,可是这些东西虽有区别,却是不可分离的”。在光学方面,莱布尼兹也有所建树,他利用微积分中的求极值方法,推导出了折射定律,并尝试用求极值的方法解释光学基本定律。可以说莱布尼兹的物理学研究一直是朝着为物理学建立一个类似欧氏几何的公理系统的目标前进的。
五、中西文化交流之倡导者
莱布尼兹对中国、的科学、文化和哲学思想十分关注,是最早研究中国文化和中国哲学的德国人。他向耶酥会来华传教士格里马尔迪了解到了许多有关中国的情况,包括养蚕纺织、造纸印染、冶金矿产、天文地理、数学文字等等,并将这些资料编辑成册出版。他认为中西相互之间应建立一种交流认识的新型关系。在《中国近况》一书的绪论中,莱布尼兹写道:“全人类最伟大的文化和最发达的文明仿佛今天汇集在我们大陆的两端,即汇集在欧洲和位于地球另一端的东方的欧洲——中国。”“中国这一文明古国与欧洲相比,面积相当,但人口数量则已超过。”“在日常生活以及经验地应付自然的技能方面,我们是不分伯仲的。我们双方各自都具备通过相互交流使对方受益的技能。在思考的缜密和理性的思辩方面,显然我们要略胜一筹”,但“在时间哲学,即在生活与人类实际方面的伦理以及治国学说方面,我们实在是相形见拙了。”在这里,莱布尼兹不仅显示出了不带“欧洲中心论”色彩的虚心好学精神,而且为中西文化双向交流描绘了宏伟的蓝图,极力推动这种交流向纵深发展,是东西方人民相互学习,取长补短,共同繁荣进步。
莱布尼兹为促进中西文化交流做出了毕生的努力,产生了广泛而深远的影响。他的虚心好学、对中国文化平等相待,不含“欧洲中心论”偏见的精神尤为难能可贵,值得后世永远敬仰、效仿。