章節1
愛因斯坦
——從坐馬車想到相對論
阿爾伯特·愛因斯坦(1879～1955)，猶太人，出生在德國。他是20世紀最偉大的物理學家。1896年，愛因斯坦考入瑞士的蘇黎士聯邦大學，並從此開始了終其一生的物理學研究。他獲得了多方麵開拓性的研究成果，並獲得諾貝爾物理學獎。愛因斯坦在物理學的量子論、宇宙學、相對論三個不同領域取得了曆史性成就。特別是他相對論中的狹義相對論更是具有偉大的科學意義。
在愛因斯坦不足１６歲的時候，有一次乘坐馬車，當他看到馬車在地麵上經過時，忽然產生了一個奇怪的念頭：如果有人以光速和光線一齊前進，那麼，是不是將看到光線乃是靜止在空間中的電磁波呢？
就像我們坐在一輛勻速行駛的汽車上，觀察與我們以同樣的速度、同樣的方向，一塊兒前進的另一輛汽車一樣，感覺那輛汽車似乎是不動的。
可是，愛因斯坦卻憑著推理和想像，認為那是不可能的。
火車上的乘客，相對於火車沒有運動，相對於地麵卻以每秒幾十米的速度飛馳而過。火車相對於地麵運動、地球相對於太陽運動，這些都是相對運動。但是，如果按此繼續推導下去，太陽相對於銀河係中心運動，那銀河係又相對於什麼運動呢？
根據經典物理學的解釋，除去相對運動外，還有絕對運動，即相對於絕對空間的運動。牛頓把它解釋為：“是和外界任何事物無關，而永遠是相同的和不動的。”
既然絕對空間和外界毫無關係，那它又是如何存在和被人所了解的呢?
對於這個問題，愛因斯坦決定從“以太之謎”入手進行研究。
“以太”這個詞，是古希臘人的創造。他們認為空氣中充滿著以太這種物質，它是肉眼看不見的，但無處不在。
牛頓借用以太一詞，把它作為萬有引力的傳播媒介。
但光的“波動說”卻認為以太是光波的傳播媒介，就像空氣是聲波的媒介一樣。
“波動說”還認為，以太無所不在，不但充滿宇宙空間，而且滲透於氣體、水和一切物體之中。它沒有一點摩擦阻力，不影響一切物體的運動。
１９世紀末，以太又被人們說成是電磁場的承擔者和電磁波的傳播者。還有人幹脆把這樣看不見摸不著、說不清道不明的以太，說成是牛頓的絕對空間！
這種說法可靠嗎?“難道光隻有借助傳播媒介才能傳播嗎？而這種傳播媒介又隻能是以太嗎？”
“既然沒有任何東西，能夠證明絕對空間和絕對時間的存在，那麼，它們就是不存在的。”
在狹義相對論中，愛因斯坦提出了兩個基本原理：
一、光的速度是不變的。
二、當物體運動的速度接近或達到光速時，相對該物體來說，時間將減慢。即所謂狹義相對論原理。
愛因斯坦又根據狹義相對論原理，推導出了物體的質量也與運動密切相關，運動速度增加，質量也隨之增加，並得出了質能關係式：Ｅ＝mc2，即物體轉化為能量時，能量的總值相當於它的質量與光速的平方的乘積，從而揭示了原子內部蘊藏著巨大能量的秘密！
對於相對論原理，愛因斯坦自己曾經做過簡明扼要的說明：
“要點是這樣的：早先人們認為，假如由於某種奇跡，一切有形體的事物突然一下子消失了，那麼空間和時間仍會留下來。照相對論來說，空間和時間是和一切事物一起消失的。”
時間、長度和質量是力學研究中的三個基本量。在牛頓的力學中，它們是絕對的、不變的。但在相對論中，它們卻又變成了和測量者所在的坐標係有關的量。
此外，在牛頓的力學中，質量和能量二者分明，互不相關，各自守恒。而在相對論中，牛頓的守恒定律就變成了質能守恒定律，即Ｅ＝mc2。
於是，空間和時間統一起來了，物質和運動統一起來了，質量和能量統一起來了。
這是一場真正的物理科學的革命！
愛因斯坦由平常乘坐的馬車引發聯想，通過豐富的想像力，開創了他終生事業標誌的相對論，證明了“任何事都不是絕對的，而是相對的”。愛因斯坦之所以成為20世紀最偉大的科學家，與他留心生活點滴事情和鍥而不舍的探索精神是分不開的。他總結出了一條自己成功的公式：成功＝艱苦的勞動+正確的方法+少說空話。愛迪生
?——從揉搓煙煤到發明電燈
托馬斯·阿爾瓦·愛迪生(1847～1931)出生於美國。他是人類曆史上最偉大的發明家。愛迪生自小就具備了一個天才發明家所特有的好奇心理，他憑著超人的研究精神、恒心與不屈的努力，成功地完成了電話、留聲機、電燈、發電設施、電影、電車、打字機、X光機等1000多種發明和改造工作，其中，電燈的發明是他最傑出的成就。愛迪生對人類的文明和進步做出了巨大的貢獻。
在電燈問世以前，人們普遍使用的照明工具是煤油燈或煤氣燈，這種燈燃燒時有濃烈的黑煙和刺鼻的臭味，而且很容易引起火災，釀成大禍。多少年來，很多科學家絞盡腦汁，想發明一種既安全又方便的電燈。
愛迪生時刻都在思考著怎樣以電力改變人類的生活條件，減輕人類的勞動負擔。１８７８年，他在《電與煤氣爭奪通用照明地位》的標題下寫道：目標——愛迪生要用電力照明取代煤氣照明，不僅要使電力照明具有煤氣照明的一切優點，而且還能給人們帶來熱能和動能。利用熱能，可以烘烤麵包、燒菜；利用動能，可以開動各種各樣的機械……
這種想法是全新的，但其他電學專家卻認為那是不能實現的。一些同行還說愛迪生的設想是“空談”。他們認為不論是誰，總不能超越那些公認的自然法則。要想從同一根電線上既給你送來電光，又給你送來電力和電熱，那決不能成為現實。至於用電熱來烹煮食物，則更是荒謬絕倫。
為了證實這種想法，愛迪生開始著手研究用電照明這一具有重大意義的課題。他們首先要尋找適於製作燈絲的材料。在試驗過的金屬中，鉑（也稱白金）似乎是最理想的一種。因為這種材料符合電阻高、散熱慢的要求。1878年１０月5日，愛迪生提出了一份關於鉑絲“電燈”的專利申請。這種燈泡的燈絲是用鉑絲繞成的雙螺旋，它們之間再加一支金屬棒，當燈絲熱度接近鉑絲的熔點時，金屬棒便膨脹造成短路，燈泡溫度降低，鉑絲冷卻的同時金屬棒也冷卻下來，於是電流再次通過。然而鉑的價格昂貴，不利於普及。不久，愛迪生就放棄了鉑絲的使用，轉而采用鉑箔。但成功總是顯得那麼遙遠。
愛迪生沒有放棄，他把能想到的耐熱材料全記到了紙上，經過統計，竟有１６００多種。難道這１６００多種耐熱材料中就沒有一種適用嗎?愛迪生思索著。他更換不同的材料，製成許多不同直徑、不同形狀的燈絲，一樣樣地試。
一天晚上，愛迪生在實驗室中一邊思考著問題，一邊心不在焉地把一塊壓縮的煙煤在手中揉搓著，不知不覺中，煙煤已被搓成了一根細線。他突然想試試手中的細線是否會對實驗有所幫助，於是將其截下一小段，放在爐中熏了大約１小時，又把它放進玻璃泡中，抽去部分空氣，然後把電流接上。隨即，脆弱的細線釋放出了耀目的亮光。細心的愛迪生發現，經過碳化後的細線變得異常堅硬。炭絲燈雖然隻亮了很短的時間，但卻給電燈的研究帶來了成功的希望。
經過深思熟慮，愛迪生發現燈絲過快地被燒壞可能是燈泡中留有過多的氧氣所致。於是，一天傍晚，在愛迪生和助手們成功地把炭絲裝進燈泡中之後，一位德國籍玻璃專家按照愛迪生的吩咐，將燈泡裏的空氣抽到隻剩下一個氣壓的百分之一後封上了口。這為愛迪生提供了一個高度真空的條件。當電流接通後，燈絲在真空狀態下發出了金色的亮光！並且持續了45小時之後才被燒斷。這正是他們日夜盼望的情景。這一天也被曆史永久地記載了下來——１８７９年１０月２１日。
11月初，愛迪生提出了炭絲電燈的專利申請。以後的幾星期裏，工作小組全力投入了製造燈泡的工作中。他們將一些燈泡成品掛在實驗室和愛迪生的家中，另一些懸於街道的上空。從而，門羅公園將以這神奇的“未來之光”迎接１８８０年的新年。
伽利略曾經說過：“光是惟一的來自其他星球的信使。”但是在１８８０年這個不平凡的夜晚，愛迪生卻用他所造出的一種神奇的發光體照亮了整個門羅。賓夕法尼亞鐵路公司載了３０００多人來到門羅。當火車在這個漆黑的冬夜到達時，愛迪生開動機器，４０盞白熾燈全部點亮，就好像朵朵金花，腳下的雪地被照得通明。人們一個個目瞪口呆，忘記了寒冷。這裏簡直就像另一個世界。
愛迪生並未滿足於當前的成就，他決定再進一步延長燈泡的壽命。他發現竹子纖維在碳化後做燈絲，壽命可長達１２００小時。幾年以後，他又發明了一種化學纖維替代竹絲。再往後，試驗重新轉向耐熱的金屬方麵，最後才改用鎢作燈絲。
愛迪生堅持不懈地研究終於獲得了最後的勝利。事實教育了一些人，改變了他們的偏見。1882年，愛迪生在紐約建成了一個當時世界上最大規模的電力係統，它的直流發電機功率已達到６００多千瓦，為幾千名用戶提供照明用電。此後，白熾燈的使用範圍空前地擴大，逐漸遍及全世界。
毫無疑義，愛迪生的這一偉大發明在科學史上開辟了一個新紀元，把人類從此帶進了一個嶄新的電光世界。人們最終感受到了光明、舒適、溫暖與快樂。愛迪生的功勳影響了千萬人的生活方式，也推動了人類文明的進程。
今天隨處可見、非常普通的電燈，是愛迪生經過無數次實驗，無數次失敗，最終靠持之以恒、契而不舍的精神成功發明的。他以親身經曆告訴大家：“失敗也是我所需要的，它和成功對我一樣有價值。隻有在我知道一切做不好的方法以後，我才知道做好一件工作的方法是什麼。不斷地尋找自然的秘密，利用它來造福人類，一切都當朝光明一麵邁進。”牛頓
?——由蘋果落地推出萬有引力定律
伊薩克·牛頓(1642～1737)生於英國。他早年生活很不幸，從小在艱難困苦的條件下長大。他從英國劍橋大學畢業後，就積極投身於科學事業，作出了許多偉大的貢獻。在幫助人們認識客觀世界方麵，他無愧為一位偉大的科學導師。他創立了微積分，發現了光色的秘密，總結出了機械運動的三大定律。特別是發現了著名的萬有引力定律，掀起了世界科學的革命。
牛頓從小對茫茫宇宙就非常感興趣，他在研究天體運動時，一直都在苦苦思索著，要找到使太陽係所有行星都圍繞太陽旋轉的神秘力量。有一天，一件突然發生的小事，促使牛頓找到了問題的答案。
那是１６６６年秋季的一天，天氣格外晴朗。牛頓和往常一樣，早早地就來到沃斯索斯普村莊園的小花園裏，一邊曬著暖和的太陽，一邊思索著天體運動法則的問題。他身後是一棵很大的蘋果樹，上麵結滿了紅彤彤的大蘋果，微風一吹，一陣陣沁人心脾的清香撲麵而過，十分誘人。可是，牛頓對眼前的美景無動於衷，他沒有去摘垂在眼前的大蘋果，陷入了深深的思考之中……
“月球是人類最為熟悉，也是離我們最近的一個星球。如果天體運動的法則對任何星球都適用的話，隻需弄明白地球和月球的運行關係，不就都明白了嗎？可是，這個關係又是怎樣的呢？
牛頓一麵專心致誌思考問題，一麵曬著暖洋洋的太陽，不知不覺地打起盹來。忽然一陣風吹過，一個大蘋果掉了下來，不偏不倚，恰好砸在牛頓的頭上。
“啊！誰在打我？”牛頓從睡夢中驚醒，嚇了一跳。他環顧四周，以為誰在打他，可是四周靜悄悄的，一個人影也沒有，隻有果樹的葉子在慢慢地晃著。於是牛頓沒作理會，又低頭思考起來。
“咦，一隻大蘋果。”
牛頓拾起腳邊的一隻大紅蘋果看了一會兒，又向上看著滿樹的蘋果。“哦，原來是你們在搗蛋！”牛頓笑嗬嗬的對著蘋果樹說。
突然，牛頓像是想起來什麼似的，愣愣地注視著手裏的這個“天外來客”，若有所悟，並自言自語道：
“為什麼蘋果不往天上掉，不向前後左右掉，而偏偏落在樹的正下方呢？”
這個時候，牛頓的妹妹哈娜走過來，看到他手裏的大蘋果，便說：
“哥哥真饞，竟偷吃蘋果！”
牛頓根本不理會哈娜的話，又繼續說著：
“這難道和星體運動有關係？”
哈娜見哥哥不理她，便生氣地說：
“怎麼啦？哥哥，蘋果可不會說話呀？”
牛頓轉過頭，一本正經地說：
“我在想，蘋果和月球有什麼關係呢？”
哈娜聽後，哈哈大笑，說：
“這有什麼好想的？本來就沒有什麼關係嘛，你可真是想呆了。”
牛頓卻沒有笑。
“他們的確不一樣，我剛才在這裏睡著了，這個蘋果掉下來，把我嚇醒了。”
哈娜神秘的一笑，說：
“是不是想吃蘋果，不好意思呀？”
牛頓突然問哈娜：
“哈娜，你說，蘋果從樹上掉下來的時候，為什麼掉在地上，而不會飛上天空呢？”
哈娜很驚訝地說：
“這有什麼好奇怪的，蘋果熟了當然會往地下掉呀！你瞧，那又掉了一個蘋果呢！”
牛頓朝她手指的方向一看，果然又有一隻熟蘋果掉了下來。
這一現象使牛頓陷入沉思：
“這究竟是什麼原因？”
牛頓看著蘋果，不斷地思考著這個問題。思緒越來越遠，飛到了月亮，飛到了茫茫的宇宙……他手中的蘋果，也已經變成了月球，變成了行星，變成了茫茫太空中的一個個天體。
牛頓坐在樹下，對著蘋果沉思了許久，突然，他悟出了一個道理：
“蘋果從樹上掉下來，隻因為地球在用力往下拽它，在吸引著它。”
“可是，蘋果是因地球的引力而掉在地上的，為什麼月球就不會受地球引力的影響而掉下來呢？”
“又是什麼樣的力使它們始終保持著一定距離運轉呢？難道是因為月球和地球的距離比蘋果和地麵的距離大的緣故嗎？”
牛頓百思不得其解。
“地球的力量到底有多大？這種力量有沒有極限呢？”
一個又一個疑問困擾著牛頓。
忽然，牛頓想到了小時候玩過的一種遊戲：
首先把一塊石頭用一根繩子綁住，然後把繩子的另一頭係在手上，再用力使勁地甩，石頭就會繞著圓圈打轉。
牛頓想：
“如果把人看成是地球，而石頭就是月球，石頭繞著人轉，那麼繩子也就相當於地球引力，石頭越大，轉起來越費力。”
“這樣，就可以了解到月球為什麼保持一定的距離，環繞地球轉，而不會飛走或掉到地球上來了。同樣的道理，太陽與地球之間，也存在著這種引力。而宇宙中的其它星體之間，也被這種引力吸引著，有規律地運動著。”
牛頓一下子開了竅似的，悟透了宇宙運動規律，於是萬有引力就這樣被發現了。牛頓悟出了這個道理，心中有說不出的喜悅，可是思考並未因此而止步，他仍在思考著地球、月球、太陽之間存在的這種力會不會改變。
牛頓又想到了開普勒的第二法則：假如有一個行星，它環繞地球一周用27年，那麼它和地球的距離就是太陽距離的九倍。
牛頓運用這個法則反推回去，結果發現了有名的“逆二乘法則”。運用這個法則，可以推算出地球和月球之間的引力。後來，科學家運用這個定律，測算出了彗星出沒的時間，並相繼發現了海王星和冥王星等。
這就是萬有引力和蘋果落地的故事。不管是真是假，牛頓老家園子裏的蘋果樹被賦予了非凡的意義，成為後人瞻仰牛頓故居時讚歎牛頓偉大過人之處的活典型。
牛頓從蘋果落地的小事，發現了偉大的萬有引力定律，這看似偶然的事件，其實蘊藏著深刻的哲理和啟迪。牛頓的成就是偉大的，但在回答成就是怎麼得來的時候，他卻說：“我並沒有什麼方法，隻不過對於一件事情，總是花很長時間很熱心地去思考罷了。”諾貝爾
?——由意外傷手到發明膠炸藥
阿爾弗雷德·諾貝爾(1833～1896)生於瑞典。他是全世界家喻戶曉的科學家、發明家，享譽“炸藥之父”的美名。諾貝爾在世界各地設立了多家工廠，是一個相當有實力的企業家。他在1895年立下遺囑，設立諾貝爾獎，獎勵在各項事業中做出特別貢獻的人。這些成就的取得源於膠炸藥研製的成功。