對於科學真理矢志不渝的追求,是千千萬萬科學家的共同精神。秉承這種精神,人類經歷了一次又一次科學革命,從而促進了科學的飛速發展。關於世界歷史上最偉大的十位物理學家排名,這個問題並沒有確切的答案,人類有史以來最偉大的10位物理學家的排列順序是帶有主觀性的,但排名前三的物理學家基本上是受到廣泛認可的。
英國的物理網曾經搞過一個歷史上最偉大物理學家的投票活動,評選結果依次為:牛頓、愛因斯坦、麥克斯韋、伽利略、狄拉克、波爾、普朗克、費曼、法拉第、薛丁格。下面對於他們的生平經歷及主要貢獻分別進行介紹。
1、牛頓
艾薩克▪牛頓爵士(Sir Isaac Newton FRS,1643年1月4日—1727年3月31日),物理學家、數學家、科學家和哲學家,同時是英國當時鍊金術熱衷者。他在1687年7月5日發表的《自然哲學的數學原理》裡提出的萬有引力定律以及他的牛頓運動定律是經典力學的基石。牛頓還和萊布尼茨各自獨立地發明了微積分。他總共留下了50多萬字的鍊金術手稿和100多萬字的神學手稿。他被公認為人類歷史上最偉大,最有影響力的科學家。
1679年,牛頓重新回到力學的研究中:引力及其對行星軌道的作用、克卜勒的行星運動定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學上的討論。他將自己的成果歸結在《物體在軌道中之運動》(1684年)一書中,該書中包含有初步的、後來在《原理》中形成的運動定律。
《自然哲學的數學原理》(現常簡稱作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓勵和支持下出版於1687年7月5日。該書中牛頓闡述了其後兩百年間都被視作真理的三大運動定律。牛頓使用拉丁單詞「gravitas」(沉重)來為現今的引力(gravity)命名,並定義了萬有引力定律。在這本書中,他還基于波義耳定律提出了首個分析測定空氣中音速的方法。
牛頓
由於《原理》的成就,牛頓得到了國際性的認可,並為他贏得了一大群支持者:牛頓與其中的瑞士數學家尼古拉·法蒂奧·丟勒建立了非常親密的關係,直到1693年他們的友誼破裂。這場友誼的結束讓牛頓患上了神經衰弱。
牛頓在伽利略等人工作的基礎上進行深入研究,總結出了物體運動的三個基本定律(牛頓三定律)。
2、愛因斯坦
阿爾伯特·愛因斯坦(德語/英語:Albert Einstein,1879年3月14日—1955年4月18日),出生於德國巴登-符騰堡州烏爾姆市,畢業於蘇黎世聯邦理工學院,物理學家。
1905年,愛因斯坦獲蘇黎世大學物理學博士學位,並提出光子假設、成功解釋了光電效應(因此獲得1921年諾貝爾物理獎) ;同年創立狹義相對論,狹義相對論中,愛因斯坦提出了著名的質能公式:E=mc^2(這裡的E代表能量,m代表多少質量,c代表光的速度,近似值為3×10^8m/s,這說明能量可以用減少質量的方法創造)。1915年創立廣義相對論,1933年移居美國、在普林斯頓高等研究院任職,1940年加入美國國籍同時保留瑞士國籍 。1955年4月18日,愛因斯坦於美國新澤西州普林斯頓逝世,享年76歲 。1999年12月,愛因斯坦被美國《時代周刊》評選為20世紀的「世紀偉人(Person of the Century)」。
愛因斯坦
愛因斯坦的理論為核能的開發奠定了理論基礎,為幫助對抗納粹,他曾在利奧·西拉德等人的協助下曾致信美國總統富蘭克林·羅斯福、直接促成了曼哈頓計劃的啟動,而二戰後他積極倡導和平、反對使用核武器,並籤署了《羅素—愛因斯坦宣言》 。愛因斯坦開創了現代科學技術新紀元,被公認為是繼伽利略、牛頓之後最偉大的物理學家。
3、麥克斯韋
詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831年6月13日〜1879年11月5日),出生於蘇格蘭愛丁堡,英國物理學家、數學家。經典電動力學的創始人,統計物理學的奠基人之一。1831年6月13日生於蘇格蘭愛丁堡,1879年11月5日卒於劍橋。
1847年進入愛丁堡大學學習數學和物理,畢業於劍橋大學。他成年時期的大部分時光是在大學裡當教授,最後是在劍橋大學任教。1873年出版的《論電和磁》,也被尊為繼牛頓《自然哲學的數學原理》之後的一部最重要的物理學經典。麥克斯韋被普遍認為是對物理學最有影響力的物理學家之一。沒有電磁學就沒有現代電工學,也就不可能有現代文明。
麥克斯韋主要從事電磁理論、分子物理學、統計物理學、光學、力學、彈性理論方面的研究。尤其是他建立的電磁場理論,將電學、磁學、光學統一起來,是19世紀物理學發展的最光輝的成果,是科學史上最偉大的綜合之一。
麥克斯韋
他預言了電磁波的存在。這種理論預見後來得到了充分的實驗驗證。他為物理學樹起了一座豐碑。造福於人類的無線電技術,就是以電磁場理論為基礎發展起來的。麥克斯韋大約於1855年開始研究電磁學,在潛心研究了法拉第關於電磁學方面的新理論和思想之後,堅信法拉第的新理論包含著真理。於是他抱著給法拉第的理論「提供數學方法基礎」的願望,決心把法拉第的天才思想以清晰準確的數學形式表示出來。
麥克斯韋的主要貢獻是建立了麥克斯韋方程組,創立了經典電動力學,並且預言了電磁波的存在,提出了光的電磁說。麥克斯韋是電磁學理論的集大成者。他出生於電磁學理論奠基人法拉第提出電磁感應定理的1831年,後來又與法拉第結成忘年之交,共同構築了電磁學理論的科學體系。物理學歷史上認為牛頓的經典力學打開了機械時代的大門,而麥克斯韋電磁學理論則為電氣時代奠定了基石。
4、伽利略
伽利略·伽利雷(Galileo Galilei,1564年2月15日~1642年1月8日)是義大利天文學家,物理學家和工程師。伽利略被稱為「觀測天文學之父」,被稱為「現代物理學之父」、「科學方法之父」、「現代科學之父 」。
伽利略研究了速度和加速度,重力和自由落體,相對論,慣性,彈丸運動原理,並從事應用科學和技術的研究,描述了擺的性質和「 靜水平衡」,發明了溫度計和各種軍事羅盤,並使用用於天體科學觀測的望遠鏡。他對觀測天文學的貢獻包括對金星相的望遠鏡確認,對金星的觀測。木星的四顆最大衛星,土星環的觀測和黑子的分析。
伽利略
伽利略(Galileo)提倡日心說和哥白尼主義在他的一生中一直是有爭議的,當時大多數人都贊成地心模型(如Tychonic系統)。他遇到了天文學家的反對,他們由於缺乏恆星視差而懷疑日心論。此事由羅馬宗教裁判所在1615年調查,得出的結論是日心論「在哲學上是愚蠢而荒謬的,由於在許多地方與聖經的意義明顯矛盾,因此形式上是異端的」。
伽利略後來在「關於兩個主要世界體系的對話」(1632年)中捍衛了他的觀點,該對話似乎攻擊了教皇烏爾班八世,從而疏遠了他和耶穌會士,後者一直支持伽利略。他被宗教裁判所審判,被發現「強烈懷疑異端」,並被迫退縮。他在軟禁中度過了餘生。在軟禁期間,他寫了《兩門新科學》,其中總結了他四十年前在現在被稱為運動學和材料強度的兩門科學上所做工作。
5、狄拉克
保羅·狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902年8月8日-1984年10月20日),男,英國理論物理學家,量子力學的奠基者之一,並對量子電動力學早期的發展作出重要貢獻。曾經主持劍橋大學的盧卡斯數學教授席位,並在佛羅裡達州立大學度過他人生的最後十四個年頭。1984年,狄拉克在佛羅裡達州塔拉哈西過世。他給出的狄拉克方程可以描述費米子的物理行為,並且預測了反物質的存在。
1933年,因為「發現了在原子理論裡很有用的新形式」(即量子力學的基本方程——薛丁格方程和狄拉克方程),狄拉克和埃爾溫·薛丁格共同獲得了諾貝爾物理學獎。
狄拉克
總結起來,狄拉克對物理學的主要貢獻是:給出描述相對論性費米粒子的量子力學方程(狄拉克方程),給出反粒子解;預言磁單極;費米—狄拉克統計。另外在量子場論尤其是量子電動力學方面也作出了奠基性的工作。在引力論和引力量子化方面也有傑出的工作。
6、波爾
尼爾斯·亨利克·戴維·玻爾,丹麥物理學家,哥本哈根大學碩士/博士,丹麥皇家科學院院士,曾獲丹麥皇家科學文學院金質獎章,英國曼徹斯特大學和劍橋大學名譽博士學位,1922年獲得諾貝爾物理學獎。
玻爾通過引入量子化條件,提出了玻爾模型來解釋氫原子光譜;提出互補原理和哥本哈根詮釋來解釋量子力學,他還是哥本哈根學派的創始人,對二十世紀物理學的發展有深遠的影響。
波爾
1922年,玻爾因對研究原子的結構和原子的輻射所做得重大貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。為此,整個丹麥都沉浸在喜悅之中,舉國上下都為之慶賀,玻爾成了最著名的丹麥公民。為了支持正義與和平,玻爾將自己的諾貝爾金質獎章捐給了芬蘭戰爭。後來,人們又為他募集黃金重鑄了一枚,永遠陳列在丹麥博物館裡。
1924年6月,玻爾被英國劍橋大學和曼徹斯特大學授予科學博士名譽學位,劍橋哲學學會接受他為正式會員,12月又被選為俄羅斯科學院的外國通訊院士。
1927年初,海森堡、玻爾、約爾丹、薛丁格、狄拉克等成功地創立了原子內部過程的全新理論量子力學,玻爾對量子力學的創立起了巨大的促進作用。
7、普朗克
馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克,(1858年4月23日~1947年10月4日),出生於德國荷爾施泰因,畢業於柏林大學,德國著名物理學家、量子力學的重要創始人之一。
普朗克和愛因斯坦並稱為二十世紀最重要的兩大物理學家。他因發現能量量子化而對物理學的又一次飛躍做出了重要貢獻,並在1918年榮獲諾貝爾物理學獎 。
1874年,普朗克進入慕尼黑大學攻讀數學專業,後改讀物理學專業。1877年轉入柏林大學,曾聆聽亥姆霍茲和基爾霍夫教授的講課,1879年獲得博士學位。1930年至1937年任德國威廉皇家學會的會長,該學會後為紀念普朗克而改名為馬克斯·普朗克學會 。
普朗克
從博士論文開始,普朗克一直關注並研究熱力學第二定律,發表諸多論文。大約1894年起,開始研究黑體輻射問題,發現普朗克輻射定律,並在論證過程中提出能量子概念和常數h(後稱為普朗克常數,也是國際單位制千克的標準定義 ),成為此後微觀物理學中最基本的概念和極為重要的普適常量。1900年12月14日,普朗克在德國物理學會上報告這一結果,成為量子論誕生和新物理學革命宣告開始的偉大時刻。由於這一發現,普朗克獲得了1918年諾貝爾物理學獎。
8、費曼
理察·菲利普斯·費曼(英文:Richard Phillips Feynman,1918年5月11日—1988年2月15日),美籍猶太裔物理學家,加州理工學院物理學教授,1965年諾貝爾物理獎得主 。
理察·費曼,高中畢業之後進入麻省理工學院學習,最初主修數學和電力工程,後轉修物理學。1939年以優異成績畢業於麻省理工學院,1942年6月獲得普林斯頓大學理論物理學博士學位。同年與高中相識的戀人艾琳結婚。1942年,24歲的費曼加入美國原子彈研究項目小組,參與秘密研製原子彈項目「曼哈頓計劃」。1945年艾琳去世。「曼哈頓計劃」結束,費曼在康奈爾大學任教。1950年到加州理工學院擔任託爾曼物理學教授,直到去世。
費曼
提出了費曼圖、費曼規則和重正化的計算方法,這是研究量子電動力學和粒子物理學不可缺少的工具。費曼還發現了呼麥這一演唱技法,曾一直期待去呼麥的發源地——圖瓦,但是最終未能成行。 他被認為是愛因斯坦之後最睿智的理論物理學家,也是第一位提出納米概念的人。
9、法拉第
麥可·法拉第 (Michael Faraday,1791年9月22日~1867年8月25日),英國物理學家、化學家,也是著名的自學成才的科學家,出生於薩裡郡紐因頓一個貧苦鐵匠家庭,僅上過小學。1831年,他作出了關於電力場的關鍵性突破,永遠改變了人類文明。
麥可·法拉第是英國著名化學家戴維的學生和助手,他的發現奠定了電磁學的基礎,是麥克斯韋的先導。1831年10月17日,法拉第首次發現電磁感應現象,並進而得到產生交流電的方法。1831年10月28日法拉第發明了圓盤發電機,是人類創造出的第一個發電機。1867年8月25日,法拉第因病醫治無效逝世,享年76歲。由於他在電磁學方面做出了偉大貢獻,被稱為「電學之父」和「交流電之父」。
法拉第
法拉第把磁力線和電力線的重要概念引入了物理學,通過強調不是磁鐵本身而是它們之間的「場」,為當代物理學中的許多進法拉第展開拓了道路,其中包括麥克斯韋方程。法拉第還發現如果有偏振光通過磁場,其偏振作用 就會發生變化。這一發現具有特殊意義,首次表明了光與磁之間存在某種關係。
10、薛丁格
埃爾溫·薛丁格(Erwin Schrödinger,1887年8月12日—1961年1月4日),奧地利物理學家,量子力學奠基人之一,發展了分子生物學。維也納大學哲學博士。蘇黎世大學、柏林大學和格拉茨大學教授。在都柏林高級研究所理論物理學研究組中工作17年。因發展了原子理論,和狄拉克(Paul Dirac)共獲1933年諾貝爾物理學獎。又於1937年榮獲馬克斯·普朗克獎章。
物理學方面,在德布羅意物質波理論的基礎上,建立了波動力學。由他所建立的薛丁格方程是量子力學中描述微觀粒子運動狀態的基本定律,它在量子力學中的地位大致相似於牛頓運動定律在經典力學中的地位。 提出薛丁格貓思想實驗,試圖證明量子力學在宏觀條件下的不完備性。亦研究有關熱學的統計理論問題。在哲學上,確信主體與客體是不可分割的。主要著作有《波動力學四講》《統計熱力學》《生命是什麼?——活細胞的物理面貌》等。
薛丁格
1926年他提出著名的薛丁格方程,為量子力學奠定了堅實的基礎。方程的提出只是稍晚於沃納·海森堡的矩陣力學學說,此方程至今仍被認為是絕對的標準,它使用了物理學上所通用的語言即微分方程。這使薛丁格一舉成名,他還在同年證明了自己的波動力學是與海森堡和玻恩的矩陣力學在數學上是等價的。1933年納粹奪權後離開德國移居英國牛津,在馬格達倫學院擔任訪問學者,獲得諾貝爾物理學獎。
1944年薛丁格出版了《生命是什麼》,此書中提出了負熵(Negentropie)的概念。他自己發展了分子生物學奠定了分子系統發生學,成為現代進化論的基礎,想通過用物理的語言來描述生物學中的課題。他還發表了許多的科普論文,它們至今仍然是進入到廣義相對論和統計力學的世界的最好嚮導。
最著名的思想實驗是薛丁格的貓,在這個試驗中他把量子力學中的反直觀的效果轉嫁到日常生活中的事物上來,並想以此來表達他對想要用一般的統計學說來解釋量子物理的拒絕。