第一章
詹姆士·麥克斯韋
1831年6月13日，詹姆士·麥克斯韋出生在蘇格蘭愛丁堡一個很有名望的家庭。其父對於實用的、技術性的學問很感興趣，後來成為愛丁堡皇家學會成員。8歲時，母親去世，在父親的引導下學習科學。受其父親的影響，麥克斯韋從小就進入科學界，因而受到很多有益的影響。1847年，16歲的他進入愛丁堡大學學習數學和物理學，1850年，他轉入劍橋大學，在那裏，在著名數學家W·霍普金斯的指導下，他取得了不菲的成績。
1855年至1856年間，麥克斯韋發表了第一篇電磁學方麵的論文——《論法拉第的力線》。這篇論文不僅以抽象的數學形式表示了法拉第直觀的力線圖像並推進了法拉第的實驗研究，而且包含了一係列重要思想，為以後的研究開拓了一條新路。
1861年，在對磁場變化產生感應電動勢的現象作了深入分析之後，麥克斯韋敏銳地感覺到，即使不存在導體回路，變化的磁場通過媒質也會在其周圍激發出一種“場”，他把它當作感應或渦旋電場。這是麥克斯韋為統一電磁理論所作的第一個重大假設。1862年，麥克斯韋發表了重要論文《論物理的力線》，其中引進了“位移電流”的概念。這是麥克斯韋理論思維的一個創造，也是建立理論的一個關鍵步驟。這使他可以把導體中的電流產生圍繞電流的磁力線和導體切割線時在導體中產生感生電流這兩個基本原理加以擴展，形成下述兩個原理：空間裏變化的電場產生磁場；空間裏變化的磁場產生電場。由此得到這樣一幅嶄新的物理圖景：交變的電場產生交變的磁場，交變的磁場產生交變的電場。這兩種相互聯係、相互激發的過程，使電場和磁場形成統一的“電磁場”。關於電磁場的完全的理論體係就這樣逐漸形成。
1864年至1865年，麥克斯韋發表了著名論文《電磁場的動力理論》。在這篇論文裏，他得出了真空中的電磁場方程即麥克斯韋方程。這個方程在電磁學中的地位，相當於牛頓力學定律在經典力學中的地位。其形式之簡潔、優美，一直為科學界所稱道。
1868年，麥克斯韋發表了又一篇重要論文《關於光的電磁理論》，明確地把光概括到電磁理論中。這就是著名的光的電磁波學說。到此為止，麥克斯韋就把電學、磁學、光學這三個原來相互獨立的重要物理學研究領域結合起來，完成了”世紀中葉物理學的一個重大綜合。
此外，繼法拉第之後，麥克斯韋用數學的力量進一步排除超距作用力，對物理學的發展具有深遠的意義。因為如果不排除超距力，就不會有電磁理論，也不會有相對論。如果用洛侖茲變換，就可以從麥克斯韋推出光速不變的原理，而這正是相對論的一個基本前提，難怪愛因斯坦千再說，狹義相對論的建立要歸功於麥克斯韋方程。
1871年，麥克斯韋任劍橋物理係主任，成為劍橋大學第一個實驗物理學教授，籌建並領導該校卡文迪物理實驗室。這個名為實驗室而實為物理研究所的學術單位，後來發展成為科學史上最重要的、最著名的學術中心之一。
麥克斯韋的最大貢獻是建立了光的電磁理論。早在上大學時，他就意識到，法拉第的理論正是建立新的物理理論的重要基礎。他決心以數學手段彌補法拉第的不足，以清晰準確的數學形式把法拉第的天才觀念表示出來。
1873年，麥克斯韋完成了經典著作《論電和磁》，這部書被尊為牛頓《原理》一書以後最重要的一部物理學經典。麥克斯韋的電磁學，是人類知識寶庫中一份博大精深的科學遺產。除了電磁學，麥克斯韋對熱的分子動力論所做的貢獻也是突出的。1871年，麥克斯韋出版了《熱的理論》一書。這本書表述了壓強、體積、熵、溫度等熱力學變量的偏導數之間的一些關係式，即“麥克斯韋關係式”。這些關係式在熱力學中的地位，相當於麥克斯韋方程組在經典動力學中的地位。
1879年，麥克斯韋開始把注意力轉向氣體理論方麵。他利用數學統計的方法，導出了分子運動麥克斯韋速度分布律。這一成果可以看作經典統計物理學的起點。除此之外，麥克斯韋還進一步發展了哈密頓關於矢量分析和符號微分算子運用合理性的理論，還在馬覺理論和色度學、土星光環的研究、幾何光學、伺服機構(節速器)光測彈性學、結構力學等不同的領域作出了重要貢獻。同年11月5日，麥克斯韋因癌症不治去世，終年49歲。物理學史上一顆可以同牛頓交輝的巨星墜落了。後人為了紀念他，把磁通量的單位命名為麥克斯韋。伊萬諾維奇·門捷列夫
門捷列夫，俄國化學家。他建立了世界上第一張元素周期表。
門捷列夫於1834年出身於西伯利亞托波爾斯克的一個窮苦家庭。他是家裏的第14個孩子。父親去世後，母親帶著他們艱難度日。中學畢業時他的理想是考入莫斯科大學，但最終未能如願，隻得進了彼得堡師範學院，並於1856年獲得了彼得堡大學碩士學位。1957年1月，門捷列夫榮任彼得堡大學副教授。1859年1月至1861年2月，他到德國海登堡大學本生實驗室留學，1865年獲得博士學位，接著獲得了彼得堡大學的教授職稱。
在被任命為彼得堡大學教授以後，門捷列夫執教無機化學。當時世界上已經發現的元素達63個(包括燃素和熱素)，可是它們之間似乎沒有任何聯係。在講授這些元素的性質時，門捷列夫發現很難使學生對它們有一個全麵係統的認識。怎樣才能把課教好呢?門捷列夫陷入了苦惱之中，他想：“如果這些元素之間有一定的聯係，那樣學生就很容易從一種元素的性質去推斷另一種元素的性質了，我講起課來也容易多了。”可是怎樣才能發現這些元素之間的內在規律呢?門捷列夫準備進行探索。
早在這以前，很多人就已經開始探索元素之間內在聯係的規律性了。1789年，法國科學家拉瓦錫就把當時已知的33種元素，按照氣體、金屬、非金屬、土質分為四大類；1929年，德國的德貝萊納又把54種元素中的15個，每三個一組，分為五組，每組元素都有相似的性質，他把它們稱為“三素組”；1862年，英國的尚古都刻製了一個元素柱，把元素按原子量逐漸遞增的規律排在柱形的螺旋線上，化學性質相似的元素都列在一條垂線上；1964年，德國的邁耶爾提出了“六元素表”，每隔六個元素為一組；1866年英國的田蘭茲提出了“八音律”，認為每隔八個元素化學性質就會重複一次。此外，英、德、法、美還有一些專家學者均作過這方麵的探索。前人的探索為門捷列夫的進一步研究打下了堅實的基礎，使他少走了許多彎路。
有一天，家裏幾個仆人在一起玩撲克牌。撲克有黑桃、紅桃、方塊、草花四個花色，它們可以按照2、3、4……10、J、Q、K、A的序列進行排列，也可以分別進行組合。門捷列夫似乎從撲克牌上得到了啟發。“化學元素能不能像撲克牌一樣進行排列組合，然後對它們的性質進行研究呢?”
想到這兒，門捷列夫似乎茅塞頓開。他用厚紙做了許多小卡片，上麵寫出元素名稱、符號、質子量、化學反應式及其主要性質。這類似於一副撲克牌。以後的幾個月中，不論走到哪兒，門捷列夫都隨身攜帶這副撲克牌，有空的時候就玩起撲克牌來，不斷地進行各種排列組合，尋找它們可能存在的內在規律。
一天晚上，門捷列夫一直工作到了淩晨，而早上他還要到外地去辦事。
“先生，來接你的馬車已經等候在門口了。”大約六點半的時候，仆人安東走進了書房對他說。“把我的行李整理好，搬到車上去。”門捷列夫一邊應答著，一邊還在擺弄他的撲克牌，這時他似乎已經有點眉目了，但又不能準確地排列起來。他還想試試看。過了片刻，安東又走了進來：“先生，得趕快走了，否則要誤點了。”
在安東催促聲中，門捷列夫突然來了靈感，他拿起一張白紙，在上麵飛快地畫了起來，並迅速排列出各種元素的位置。幾分鍾之後，一個偉大的發現——世界上第一張元素周期表產生了，誕生在這個忙碌的清晨。
馬車在街上飛馳，門捷列夫從口袋中掏出撲克牌和“紙片”又認真研究起來，他覺得沒有什麼比這些更重要了。直到覺得非常滿意了，他才住手。
1860年3月6日，門捷列夫的助手門拿特金在俄國化學會上代他宣讀了題作《化學元素的性質和原子量的關係》的論文。遺憾的是，這篇論文在當時並未受到應有的關注。這是可以理解的，因為前人類似的分類太多了。門捷列夫深深地知道：“要證實這張元素周期表的正確性，隻有依靠從它引申出來的推論的正確性。”於是他決定繼續完善這張元素周期表。
1871年，門捷列夫發表了《化學元素的周期性依賴關係》一文。他將元素分成了八個族，以周期律為基礎，不顧當時人們對原子量的固有認識，改排了八個元素的位置；校正了八個元素的原子量；並在周期表中預留出了空格，預測出了類鋁、類硼和類矽這三種當時未知的元素的基本性質。他對助手說：“這些未知的元素隻要有一個被發現，並且其化學性質同我們所預測的一樣，那我們就成功了。”他堅信自己。
然而在當時，門捷列夫的預言和他的元素周期表換來的是人們的諷刺和譏笑，有人甚至稱其為鬼怪、魔術。門捷列夫對此都不予理會，他相信自己成功的一天終會到來。
果然，四年後，布瓦博德朗發現了類鋁(镓)!八年之後，尼爾遜發現了類硼(鈧)！15年之後，溫克萊爾又發現了類矽(鍺)!它們的性質和門捷列夫預言的並無兩樣，門捷列夫成功了!此時，一切嘲諷煙消雲散。
門捷列夫成名之後，《彼得堡小報》的一名記者想寫一篇揭示他發現元素周期率奧秘的文章。門捷列夫對他嚴肅地說：“這個問題我大約考慮了整整20年。可有人卻認為：坐著不動，五個戈比一行，五個戈比一行地寫著，突然就成功了。事情遠不是這麼簡單！”
1907年1月20日淩晨5點，門捷列夫因心肌梗塞，坐在椅子上長眠了。當時，他手裏還握著筆，麵前是一本尚未完成的著作。在追悼會上，他的學生用：“Ga、Sc、Ge、Os、Ir、Sn……”等18個元素的符號製作了一幅挽聯，象征著門捷列夫一生的偉大功績。
直到今天，人們耳邊還不時響起門捷列夫的名言：“什麼是天才?終身努力，便成天才！”本森和基爾霍夫
用光譜分析的方法在化學新元素的發現中作出了傑出貢獻的是一對非常要好的朋友：本森和基爾霍夫。
本森是一位化學家，基爾霍夫卻是一位物理學家，他們兩個人都是德國人，都在德國的海德爾堡大學教學，而且還是一對非常要好的朋友。本森身材高大，體態魁偉，基爾霍夫卻身材矮小，隻有他的大個子朋友的一半。本森沉默少言，很難得說句話，而基爾霍夫呢，則是有名的貧嘴。他媽從小就叫他“小尤麗婭”，就因為他長得又小、又矮、又愛說，像個小女孩子。人們無法想像他們兩個人怎麼會成為一對形影不離的好朋友。
其實，這一對好朋友的關係很簡單，基爾霍夫是個學者，除去科學，什麼也不想知道，而本森呢，為了自己的科學事業一輩子連婚也沒顧上結，這是兩個把自己完全獻給了科學事業的科學家。他們每天在一起討論著他們共同關心的東西，他們怎麼能不成為好朋友呢?
本森曾經發明過一種煤氣燈，今天這種燈的名字就叫本森燈。他在玩他的本森燈的時候，發現在燈上燃燒的物質不同，產生出來的火焰的顏色也不同。他想：如果能用火焰的不同顏色區分化學元素多麼省事啊。於是他就開始了這方麵的實驗。
本森在實驗中發現：鈉這種元素在我們這個地球上幾乎無處不在，許多物質都含有鈉，而且鈉在燃燒時發出的光很強、很亮，總是掩蓋了其它顏色。在對物質進燃燒時，很難區分不同的元素，所以他感到很困惑。在一次散步的時候，本森就把自己遇到的困難告訴了好朋友基爾霍夫，基爾霍夫非常愛說，而光學又正好在他的物理學研究範圍之內。他馬上作出了回答說：“這太好辦了，你不會看光譜嗎?”於是便滔滔不絕地向本森講開了光和光譜的知識。
在這次談話以後，兩個好朋友努力合作揭開了化學科學光輝的一頁，他們用光譜分析的方法取得了許多世界第一流的發現。
基爾霍夫所說的光譜，就是牛頓在鄉下和他的小妹妹用三棱鏡分解出來的那道美麗的彩虹。牛頓得到的光譜是太陽光譜，由赤、橙、黃、綠、青、蘭、紫七種原色組成的。由於不同的元素燃燒時會產生不同的光譜，於是這一對好朋友就開始用光譜分析的方法去尋找新的未知元素了。
用光譜分析有個最大的好處，無論鈉在燃燒時發出的光多麼強、多麼明亮，在光譜上隻是相應的彩帶寬了一些，卻掩蓋不了其它元素的光譜了。因此，隻要在對某種物質燃燒時發現了新的光譜線，那麼，這種物質中就一定含有新的元素了。於是，兩個好朋友就用一盞本森燈開始了他們的科學新發現。
他們兩個不斷地把不同的東西投入本森燈的火焰之中，然後用三棱鏡對他們燃燒時產生的光譜進行分解，從1860年4月—11月，基爾霍夫和本森兩個人發現好多種新的化學元素，當他們發現銫和銣的時候，人類已經知道了59種元素了。
對科學來說，更重要的是，這兩位科學家把這種方法從地上擴大到了太空。用光譜分析法分析了天體的元素成份。
基爾霍夫和本森的研究起源於一個名叫夫琅和費的科學家。
早在1814年，德國光學家夫琅和費為了檢驗他的光學儀器，研究了許多種燈的光譜，想找一種光線為單色光的理想光源。光源沒有找到，這位先生卻發現了許多有趣的現象。其中最為重要的就是發現了以他的名字命名的夫琅和費線。
夫琅和費進行研究時也是用的牛頓的方法。像牛頓一樣，他也鑽進了一間黑屋子，隻留了一條狹縫讓陽光照進去。
第一次，夫琅和費在狹縫跟前擺了一盞油燈，他通過三棱鏡看到的是有兩條大小和狹縫相等的極其明亮的黃線，並排出現在那條彩色的光譜帶上，這就是鈉的光譜線。
第二次，夫琅和費把油燈換成了日光，他發現黃線不見了，變成了兩條寬窄相同的黑線。
這引起了他極大的好奇，當他在太陽光的譜帶上仔細尋找時，發現在太陽的光譜上有許多條橫斷在上麵的黑線，他數了數一共有500多條，截斷了太陽光譜，使彩虹變成了斷斷續續的。這就是著名的夫琅和費線。但是，許多年來，誰也弄不清這些夫琅和費線是哪兒來的。
霍爾基夫認為鈉的光譜和太陽光譜中的雙黑線總是占著同一位置，這絕不是偶然的。於是他進行了一個實驗：他在把本森燈放在狹縫上的同時，讓日光也照了進去，他要看一看這兩種光譜重疊的現象。當太陽光的強度調得較弱時(用毛玻璃擋住口)，夫琅和費線的雙黑線就變成了兩條明亮的納譜線，當太陽光稍強時，黃色的納譜線消失了，再現了那兩條黑色的夫琅和費線。然後，他用石灰燈光代替陽光繼續觀察，他發現隻要把一個含鈉的燈焰放在石灰燈前，就會出現那兩條黑色的夫琅和費線了。
兩個好朋友終於明白了，因為含鈉的燈焰吸收了石灰燈發出的鈉光譜，所以才出現了夫琅和費線，那麼在太陽上，也一定是納蒸氣吸收了陽光中的鈉譜線才出現的夫琅和費線。這充分說明了太陽裏含有鈉，那麼，那500多條夫琅和費線也一定和其它相應的元素譜線相對應了。
一個新的、意義深遠的工作開始了。
本森和基爾霍夫首先在鐵的譜線上找到了60條各種顏色的線與太陽光的譜線完全相合。緊接著，用同樣的方法——通過元素的譜線與夫琅和費線對比的方法，這兩位科學家查明了太陽上的30多種元素與地球上的元素基本上是一致的。
這個驚人的消息立刻傳遍了整個科學界，震動了全球。到了這個時候，在科學麵前，連太陽也失去了神秘性。緊接著，所有的天體的神秘性也逐漸消失了。亞裏士多德月上界，月下界的劃分，在科學麵前，在更深的認識層次上被徹底地推翻了。
由於本森和基爾霍夫的巨大成功，許多科學家也紛紛把各種物質送進火焰中去燒，並且使用這種新的方法去尋找新的元素了。
1861年，英國科學家克魯克斯發現了鉈；
1863年，德國科學家利赫傑爾發現了銦：
1868年，法國讓遜和英國洛克發現了氦；
1875年，法國科學家列科克·布阿博德朗發現了镓；
1879年，瑞典化學家拉爾斯·弗勒德裏·尼裏遜發現了鈧；
1885年，德國化學家溫克勒發現了鍺。
這最後麵的三種元素的發現，非常有意思，因為他們都是由一個偉大的預言家，在發現之前早已預言過的。而且這個預言者甚至指出了這些新元素的發現者測定的比重和原子量上的錯誤，在整個科學界引起了極大的震動。
這個預言家就是俄國偉大的化學家門捷列夫。
由於元素周期律是在原子論的基礎上產生的，所以在講門捷列夫的驚人發現的故事之前，還得先講一下古希臘原子論的新生。羅伯特·科赫
1910年5月27日，世界細菌學的奠基人——羅伯特·科赫與世長辭了。人們把他的骨灰安放在一個青銅盒內，安葬於柏林傳染病研究院的院內。在白色大理石墓碑上雕刻著這位偉大人物的頭像、名字及生卒年月，金色的大字記敘了他的偉大功績。在羅伯特·科赫的紀念碑上，鑄有這樣的詩句：從這微觀世界中，湧現出這顆巨星。
你征服了整個地球，全世界人民感謝你。
獻上花環不凋零，世世代代留美名。1843年12月11日，科赫出生在漢諾威省附近的小城克勞斯塔爾。克勞斯塔爾座落在德國中部著名的哈爾茨山區，這裏森林茂密，氣候宜人，礦藏極為豐富。
大學畢業後的科赫，在漢堡總醫院實習了三年以後，就到一個小城鎮去開業。1870年，普法戰爭爆發了，他誌願參加了醫療隊，任部隊的主治醫官。從軍隊回來後不久，他便來到沃爾斯頓當醫生。
科赫來到這裏還不到半年，就以他嫻熟的技術，贏得了鎮上居民的尊敬。
人們從幾裏、十幾裏的郊外乘馬車來找他看病。挨著牆邊的木椅子上常常坐滿了人。他們願意等，等著科赫醫生診斷，下藥……好奇心也常常驅使病人把眼光投向醫生的工作室，最惹人注意的是那根細竹竿挑起的棕色布簾，它把簡陋的工作室隔成兩半。當有的小淘氣偷偷掀開它的時候，科赫醫生會趕緊阻止他，並用嚴肅的口吻讓他的母親抱開孩子。科赫不讓任何人越過布簾。
難道那裏麵有什麼秘密嗎?是的，那布簾的後麵是科赫的另一個世界，一個充滿了神秘和奇特的微生物世界。
陽光從窗外灑進來，均勻地照在潔淨的工作台上。台子上有蓋著布的儀器，鐵籠裏裝著吱吱叫的小白鼠。房子的一角，是一間小小的暗室，門上掛著一塊厚厚的棕色布簾，很像個避光的大壁櫥。盛著五顏六色晶瑩液體的、各種各樣的燒杯、燒瓶整齊的排列在暗房桌上。
每天，當科赫送走最後一個病人，他就一頭紮進棕色布簾的後邊，打開顯微鏡或者那些照相器材，一直工作到很晚很晚。深夜，人們經常可以看到科赫的窗口亮著徹夜不滅的燈光。
當時，歐洲的醫學科學已經有了重大的發展。法國的巴斯德用實驗證明，傳染病是由特定的生物體引起的。英國的一位外科醫生，把巴斯德的細菌學理論用於醫學實踐。證明隻要對包紮傷口的繃帶、手術工具和動手術的雙手進行徹底的滅菌消毒，就不會使外科創傷受到感染。科赫雖然身居邊遠的沃爾斯頓小鎮，但也知道了這些醫學成就。可是，這些微小的、肉眼看不見的生物，究竟是不是導致人和動物患病的原因呢?這是整個歐洲科學界都困惑不解的課題。
1876年的一天，有個農民急匆匆地闖進了科赫的診所。他氣喘籲籲地說：“我有三頭肥羊，今天早上還好端端的，可是剛才一頭突然死了，另一頭也快死了，而第三頭卻健康地活著。我真不知它們犯了什麼病，請您去看看行嗎?”
科赫聽後，向病人們表示歉意，便跟著這位農民出去了。
很晚很晚，科赫才疲憊不堪地回到診所。這時，病人早就走了，候診室裏空無一人。妻子埃米把晚飯留在桌子上，也早早地睡了。科赫顧不上這些，掀開棕色布簾，馬上把從鄉下采回的血樣，放在顯微鏡下進行分析……