《從阿基米德到霍金(科學定律及其背后的偉大智者)》將帶領(lǐng)讀者踏上穿越幾個世紀的旅程。它探討了以人名命名的眾多物理學定律——從阿基米德浮力定律和開普勒行星運動定律，到海森伯不確定性原理和哈勃宇宙膨脹定律。這些定律已經(jīng)深刻地改變了我們的日常生活以及我們對宇宙的認識。
在這部妙趣橫生的著作中，克利福德 A 皮克奧弗邀請我們同那些非凡而又充滿激情的人們(本書中的定律就是以他們的名字命名的)一起完成那令人陶醉的探索之旅。皮克奧弗在本書中詳解了40多條偉大定律，簡短而明晰地介紹了這些定律背后的科學，描繪了歷目前一些偉大智者的有趣肖像，將使每一位讀者對于科學和物理世界以及那些杰出思想家的驚人創(chuàng)造力贊嘆不已。
在《從阿基米德到霍金(科學定律及其背后的偉大智者)》這部妙趣橫生的著作中，克利福德 a 皮克奧弗邀請我們同那些非凡而又充滿激情的人們(本書中的定律就是以他們的名字命名的)一起完成那令人陶醉的探索之旅。你會發(fā)現(xiàn)，這些科學定律的發(fā)現(xiàn)者原來是如此有魅力。他們中的許多人都是多才多藝的博學之人——他們精力充沛，似乎有著取之不竭的能量和層出不窮的好奇心。他們大多從事過眾多不同科學領(lǐng)域的研究工作。還有一些人接受的是非傳統(tǒng)教育，他們從小就展現(xiàn)了非同尋常的天賦。其中有些人的觀點受到了抵制，這讓他們倍感痛苦。皮克奧弗在本書中詳解了40多條偉大定律，簡短而明晰地介紹了這些定律背后的科學，以及與這些定律有關(guān)的科學家，如牛頓、法拉第、歐姆、居里和普朗克等的精彩人生。本書自始至終都點綴著有關(guān)定律和定律發(fā)現(xiàn)者的故事，這些故事引人入勝、鮮為人知。此外，本書還提供了所提及的其他定律或方程作為參考。在幾個小節(jié)中，皮克奧弗引入了簡單的數(shù)值例子，介紹了已經(jīng)解決的難題，使讀者可以親身了解有關(guān)定律的應(yīng)用。
克利福德 A 皮克奧弗(Clifford A.Pickover，1957— )，獲美國耶魯大學分子生物物理學與生物化學博士學位，現(xiàn)任《計算機和圖形》(Computers and Graphics)雜志副主編，《發(fā)現(xiàn)》(Discover)雜志首席專欄作家，《奧德賽》(Odyssey)、《萊昂納多》(Leonardo)和《伊倫》(YLEM)等多家雜志的編委。皮克奧弗堪稱我們這個時代作品豐富、不拘一格的作家之一。他曾出版過20余部暢銷書，如《天堂病毒》(The Heaven Virus)，《入門指南——如何做到永垂不朽》(A Beginner's Guide to Immortality)，《默比烏斯帶》(The Msbius Strip)，《性、、愛因斯坦和小精靈》(Sex，Drugs，Einstein & Elves)和《數(shù)學之戀》(A Passion for Mathematics)等，許多作品已被譯成意大利文、法文、希臘文、德文、中文等語言出版。 皮克奧弗的主要興趣是將藝術(shù)、科學、數(shù)學和其他看似不相干的人類活動領(lǐng)域融合在一起，以探索一條不斷擴大人類創(chuàng)造力的新途徑。他的研究受到媒體的廣泛關(guān)注，包括美國有線電視新聞網(wǎng)(CNN)、探索頻道(The Discovery Channel)、《紐約時報》(The New York Times)、《洛杉磯時報》(Los Angeles Times)、《科學新聞》(Science News)、《科學美國人)(Scientific American)、《連線》(WIRED)等。《紐約時報》贊頌他道："皮克奧弗的探索領(lǐng)域超越了我們已知的現(xiàn)實。"《萬象》(OMNI)雜志形容他為"20世紀的列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)"。目前皮克奧弗擁有超過40項美國專利，主要涉及計算機的新功能。
致謝
關(guān)于術(shù)語和符號的說明
引言與背景
自然律
定律發(fā)現(xiàn)者
用個人的名字給定律命名是否公正？
理論與定律
我們發(fā)現(xiàn)了定律，還是發(fā)明了定律？
數(shù)學的簡明性與實在
究竟何為實在？
本書的結(jié)構(gòu)與目的
發(fā)現(xiàn)定律的時間分布
發(fā)現(xiàn)者在何處
終極定律何時將被發(fā)現(xiàn)？
公元前250—1700年
阿基米德浮力定律，約公元前250年
開普勒行星運動定律，1609年和1618年
斯涅耳折射定律，1621年
胡克彈性定律，1660年
玻意耳氣體定律，1662年
牛頓運動定律、萬有引力定律和冷卻定律，1687年和1701年
1700—1800年
伯努利流體動力學定律，1738年
朗伯輻射定律，1760年
波得行星距離定則，1766年
庫侖靜電定律，1785年
查理氣體定律，1787年
1800—1900年
道爾頓分壓定律，1801年
亨利氣體定律，1802年
蓋-呂薩克氣體化合體積定律，1808年
阿伏伽德羅氣體定律，1811年
布儒斯特光偏振定律，1815年
杜隆-珀蒂比熱容定律，1819年
畢奧-薩伐爾磁力定律，1820年
傅里葉導熱定律，1822年
安培電磁環(huán)路定律，1825年
歐姆電流定律，1827年
格雷姆氣體瀉流定律，1829年
法拉第電磁感應(yīng)定律和電解定律，1831年和1833年
高斯電磁定律，1835年
泊肅葉流體流動定律，1840年
焦耳電熱定律，1840年
基爾霍夫電路定律和熱輻射定律，1845年和1859年
克勞修斯熱力學定律，1850年
斯托克斯黏度定律，1851年
比爾吸收定律，1852年
維德曼—弗蘭茲傳導率定律，1853年
菲克擴散定律，1855年
白貝羅風壓定律，1857年
厄缶毛細定律，1866年
科爾勞施電導率定律，1874年和1875年
居里磁性定律和居里—外斯定律，1895年，總結(jié)概括于1907年
1900年及以后
普朗克輻射定律，1900年
布拉格晶體衍射定律，1913年
海森伯不確定性原理，1927年
哈勃宇宙膨脹定律，1929年
偉大的競爭者
1600—1700年
1700—1800年
1800—1900年
1900年及之后
終評：科學中的數(shù)學之美
數(shù)學之美
科學中的偉大方程
人類成就表
"史上最偉大的方程"
尼加拉瓜郵票列表
物理學和宗教
參考文獻
據(jù)美國社會學家默頓(Robelt K.Merton，1910―2003)研究發(fā)現(xiàn)，這種命名方式――用發(fā)現(xiàn)者的名字命名定律、理論以及發(fā)現(xiàn)――可以追溯到伽利略時代?？茖W界經(jīng)常獎勵這樣的科學家，他們要么首次發(fā)現(xiàn)了什么，要么提出了一條自然律，也可能僅僅是在正確的時間、正確的地點，得到了一個實驗發(fā)現(xiàn)。
因為本書主要關(guān)注以發(fā)現(xiàn)者的名字命名的定律，所以在搜索想要的定律或方程時一定要善于使用索引，你想要的定律或方程可能會在你沒有料到的條目中有所探討。我從不將自己局限于那些影響當今科學狀況的定律――影響了過去幾代人的定律也在我的考慮范圍之內(nèi)。如果你對空間感興趣，科學中有些著名的"方程"――由于歷史的或其他的原因，人們并不稱之為"定律"――可以在本書后部分"終評"中找到。
我要提醒讀者的是，我關(guān)注以發(fā)現(xiàn)者的名字命名的定律，并不意味著這些定律就涵蓋了物理學的所有重大發(fā)現(xiàn)――當然，現(xiàn)現(xiàn)的大部分定律和法則對于認識宇宙的本質(zhì)來說是至關(guān)重要的，雖然這些定律和法則的命名方式通常都是描述性的。實際上，1900年之后以發(fā)現(xiàn)者名字命名的定律相對來說比較少，在本書的"終評"部分對其有詳細的介紹，本書主要條目中沒有探討的那些重要物理概念，我也會在"終評"中舉例說明。然而，我還是希望我詳述的得名由來可以幫助大眾讀者感受一下那段隱藏在重要的定律和豐富多彩的人物背后的歷史，這些人都親身參與了幾個世紀以來的發(fā)現(xiàn)。
本書介紹的這些以他們的名字來命名定律的科學家們都魅力四射、多姿多彩，有時還很古怪。他們中的許多人都是多才多藝的博學之人――他們精力充沛，似乎有著取之不竭的能量和層出不窮的好奇心，他們大多從事過許多不同科學領(lǐng)域的研究工作。例如，法國物理學家畢奧(Jean-Baptiste Biot，1774―1862)推動了應(yīng)用數(shù)學、天文學、彈性力學、電學、磁學、光學和礦物學的進步。有一條磁力定律就是以他的名字命名的，不僅如此，閃亮的礦物黑云母也是以他的名字命名的。他的同伴薩伐爾(Felix Savart，1791―1841)一開始致力于醫(yī)療事業(yè)，但事業(yè)不順時，他就拿小提琴做實驗，并且投身于空氣聲學、鳥兒的歌聲以及振動固體的研究。 許多科學家都未接受過正規(guī)教育。比如，德裔瑞士物理學家朗伯(Johann Lambert，1728―1777)曾在數(shù)學常數(shù)π以及光反射和吸收定律方面有所發(fā)現(xiàn)，然而他幾乎是靠自學成才的。德國物理學家歐姆(Georg Ohm，1787―1854)主要是通過他的個人學習，通過閱讀法國著名數(shù)學家的文獻來發(fā)揮潛能的。英國物理學家法拉第(1791―1867)幾乎從未接受過正規(guī)教育。他后來寫道："我所受的教育，用簡單的話來說，不過就是在一所普通的走讀學校接受的基本的讀、寫和算術(shù)訓練。"13歲時，法拉第剛剛勉強可以讀寫，他就退學開始工作。法國物理學家皮埃爾？居里(Pierre Curie，1859―1906)認為自己大腦遲鈍，而且從未上過小學。后來，他和妻子瑪麗(Marie)共同獲得了諾貝爾獎。
盡管有著不同的教育背景，多數(shù)發(fā)現(xiàn)者在年幼時就表現(xiàn)出非同尋常的天賦。例如，德國數(shù)學家、物理學家高斯(Cad Friedrich Gauss，1777―1855)從小就是一個神童，他尚不會說話，就已經(jīng)學會了計算。3歲時，他就能找出父親工資計算中的錯誤。法國化學家珀蒂(Alexis Petit，1791―1820)在10歲半時就已經(jīng)取得了巴黎高等理工學院的入學資格。珀蒂的入學考試分數(shù)在當時位居榜首。本書末尾的"偉大的競爭者"部分提到了愛爾蘭數(shù)學家威廉？羅恩？漢密爾頓爵士(Sir William Rowan Hamihon，1805―1865)，他7歲時就會講希伯來語，13歲時就已經(jīng)掌握了許多古典的和現(xiàn)代的歐洲語言，例如波斯語、阿拉伯語、興都斯坦語、梵語以及馬來語。法國物理學家安培(Andre-Marie Ampere，1775―1836)尚未熟悉數(shù)字和數(shù)字名稱，就能利用鵝卵石和餅干屑計算出很長的算術(shù)和。
描述這些富有創(chuàng)意的科學家的生活時，由于篇幅限制，我并未試圖提供一篇篇綜合性的傳記。很多情況下，我都會提到他們生活中不同尋常的方面，這樣做的同時也可以讓讀者更好地感知一下這些科學家生活的年代。例如，我描述了德國天文學家約翰內(nèi)斯？開普勒(Johannes Kepler，1571―1630)幫助母親免于因巫術(shù)而被判有罪這件事。我也講到了在普法戰(zhàn)爭中，德國數(shù)理物理學家克勞修斯(Rudolf Clausius，1822―1888)如何在領(lǐng)導一支學生救護隊時受傷，這件事，連同他的妻子死于分娩，都阻礙了他科學生涯后期的事業(yè)發(fā)展。
事實上，本書中多數(shù)發(fā)現(xiàn)者的妻子都先于他們辭世。例如，法國化學家珀蒂的妻子在他們結(jié)婚后6個月就患病，并在此后不久的1817年去世，而他本人也在30歲之前就離開了這個世界。高斯、安培，還有法國物理學家外斯(Pierre Weiss，1865―1940)，他們的妻子都去世很早。開普勒的妻子芭芭拉(Barbara)于1611年死于斑疹傷寒。英國物理學家焦耳(James Joule)的妻子艾麗斯(Alice)也于1854年離開人世，留給他兩個嗷嗷待哺的孩子。1869年，德國物理學家基爾霍夫(Gustav Kirchhoff，1824―1887)的妻子克拉拉(Clara)去世，拋下基爾霍夫獨自撫養(yǎng)4個孩子。德國物理學家普朗克(Max Planck，1858―1947)的妻子瑪麗(Marie)于1909年去世，同樣也把4個孩子留給了他。
正如前文所述，宗教在許多發(fā)現(xiàn)者的生活中也扮演了極其重要的角色。愛爾蘭自然哲學家和化學家羅伯特？玻意耳(Robert Boyle，1627―1691)十分虔誠地熱愛《圣經(jīng)》。他一直渴望能夠理解上帝，這種渴望驅(qū)使他對發(fā)現(xiàn)自然律產(chǎn)生了興趣。玻意耳明確提出，在他逝世后，他的錢財都要用于創(chuàng)辦玻意耳講座，以此來反駁無神論和那些反對基督教的宗教。安培堅信他已經(jīng)證明了靈魂和上帝的存在。高斯在證明完一個定理時，有時會說，他的靈感并非來源于"艱辛的努力，但可以說是來自上帝的恩典"。
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