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托马斯·杨——最终一个什么都懂的人

来源:凤凰彩票在线登录发布时间:2020-03-24 16:04:41

原创 陈关荣 返朴

...a man alike eminent in almost every department of human learning

...一个在人类求知的简直每个范畴中都享有崇高位置的人

——托马斯·杨的墓志铭

撰文|陈关荣(香港城市大学)

2007年英国出书了一本题为The Last Man Who Knew Everything(终究一个什么都懂的人)的书[1],写的是托马斯·杨(Thomas Young,1773-1829)。

Oneworld Publications, UK

假如一个人被称为“什么都懂”,那么他一定是全才。假如他还被以为是“终究一个”,那么便是“后无来者”了。中国人一贯谦善,乃至连圣人都不会称之为什么都懂。不过,仿照西方人的口吻,我最近也把中国人顾毓琇如此这般地称誉了一回[2]。

托马斯·杨是英国的一名医师、物理学家,是光波学说奠基人之一。其实他涉猎甚广,在力学、数学、光学、声学、言语学、动物学、考古学等方面都有杰出奉献。他还对艺术、美术、音乐饶有兴趣,能演奏多种乐器,并且会制作地理器件,还研讨过稳妥和经济问题。听说他还拿手骑马并会耍杂技和走钢丝呢。否则人家怎样会说他是“一个什么都懂的人”?他的确是一位百科全书式的学者。但是,他不是那种苦行僧式的科学家。他休闲时喜欢唱歌跳舞,传说有一次他竟然步行了170英里去看一个艺术展览。

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托马斯·杨1773年6月13日出生于英国一个名叫Milverton小村落的一个殷实贵格会 教徒家,在十个孩子中最小。他是个神童,2岁便会阅览,4岁能背诵英文和拉丁文诗篇,6岁把圣经读了两遍,9岁克己出简略物理仪器,14岁把握了包含希腊语、拉丁语、意大利语、法语等多门言语,能用这些言语做读书笔记,之后还学习了希伯来语、波斯语和阿拉伯语。在中学时期,托马斯·杨最喜欢生物学,一起自学了微积分并克己出显微镜和望远镜,还读过牛顿的《自然哲学的数学原理》和拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier)的《化学大纲》以及其他一些科学作品。他在作业开展方面受到了医师叔父的决定性影响。叔父逝世时给他留下了一大笔遗产,包含房子、藏书、艺术精品和上万英镑现款。托马斯·杨19岁时到了伦敦学医,21岁时转学到爱丁堡医学院,其时已因眼睛调理机理研讨的科学奉献而出名,成为了皇家学会会员。他22岁时来到德国格廷根大学学医,第二年便取得了哲学博士学位。但他的医学学习一向持续到27岁,即1799 年在剑桥大学完成了医学学位。随后,他开端在伦敦行医,在圣·乔治医院作业了几年。托马斯·杨的医学奉献首要在血流动力学方面,出书过《对视觉进程的观测》(1973年)、《医学文献介绍及有用疾病分类学》(1813年)、《实践鼻科》(1813年)、《虚损类病的前史和医治》(1815年)等作品。虽然出生于一个贵格会教徒家庭,他成人后加入了基督教,成为英国国教会 的一员。

1799年,法国拿破仑戎行在埃及el-Rashid镇邻近进行要塞地基扩展工程时发现了闻名的罗塞塔石碑(Rosetta Stone)。石碑是在公元前332年矗立的,上部刻有14行埃及象形文字,中部有32行埃及草书,下部有54行古希腊文字,是古埃及法老托勒密五世的诏书。但是这些文字早被抛弃,碑铭内容其时无人知晓。后来,法国学者商博良(Jean-Fran?ois Champollion)首要阐释了碑铭上部的象形文字,接下来托马斯·杨把碑铭完好译出并成书宣布,其间他解读了碑铭中下部的86行文字,破译了13位王室成员中的9个姓名,一起还指出碑铭上部象形文字符号的正确读法。事实上,托马斯·杨曾对近400种言语做过比较,并在1813年提出了“印欧语系”的分类。托马斯·杨逝世后,人们在他的石碑上刻上悼文:“他最早破译了数千年来无人可以解读的古埃及文字”。至于那块极具前史意义的罗塞塔石碑,则于1802年运抵英国后以英王乔治三世的名义捐赠给了大英博物馆,放置在埃及厅,成为镇馆之宝。

Rosetta Stone

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其实托马斯·杨更喜欢的是自然科学特别是物理,并一向进行独立研讨。1801年,28岁的他在皇家学院任自然哲学教授,在那里他教授机械力学、水力学、物理和数学。值得一提的是,众所周知的“能量”(energy)一词,便是他在1807年出书的《自然哲学讲义》[3]中引入的,他初次给出了能量的物理学解说。学术社会作业方面,他后来曾任过一段时间的伦敦皇家学会秘书职务。

托马斯·杨科学研讨方面最大的成就在物理光学范畴,其奉献是多方面的。他被誉为生理光学的创始人,在1793年就发现了人眼球里的晶状领会主动调理以辨认所见物体的远近。他也是第一个研讨散光的医师。他初次丈量七种光的波长,并最早建立了三原色理论:指出全部颜色都可以由红、绿、蓝这三种原色叠加得到。这一原理,后因由亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)进行了改善,并在1959年由现代光学试验得以证明。1801年,托马斯·杨在皇家学院闻名的Bakerian讲座上作了题为“光和色的理论”的演说,该论文一年后在《皇家学会哲学会刊》上宣布,其间初次提出了声波的叠加原理。

托马斯·杨在光学范畴最巨大的奉献,当数其光波理论和双缝干与试验。牛顿在1704年出书的论著《光学》中断语,光是由微粒(corpuscles)组成的。之后近百年时间里这一理论毋庸置疑,虽然罗伯特·胡克(Robert Hooke)早在1672年就曾提出过光是一种横波,乃至惠更斯(Christiaan Huyhens)在1678年的作品《光论》里也曾有过光是一种机械波的说法。由于托马斯·杨了解音乐并能演奏乐器,他揣摩光会不会也和声响相同是一种波?所以他做了一个双缝干与试验。

这个闻名的试验让一束光先经过一个小针孔,然后再经过两个小针孔而变成两束光。由于两束光来自同一光源,它们是相干的。结果在光屏上公然看见了明暗相间的干与图画。之后,他又以狭缝替代针孔,进行了相同的试验,得到了更亮堂的干与条纹。这种现象只能用动摇而不能用粒子来解说。但是,这个新理论在其时彻底不能为学术界接收。托马斯·杨的论文《物理光学的相关试验与核算》无处宣布,只好自己把它印成小册子,取名为《声和光的试验和探究大纲》(1801年)。托马斯·杨在文中说:“虽然我敬慕牛顿的台甫,但是我并不因此而以为他是满有把握的。我惋惜地看到,他也会弄错,而他的威望有时乃至或许阻止科学的前进。”1803年,托马斯·杨再次在皇家学院Bakerian讲座上作了关于光波学说的演说。但是托马斯·杨的光波学说依据试验观测,没有严厉的数学理论支撑,也没能给出清晰的数学公式。

1815年,法国物理学家菲涅尔(Augustin Jean Fresnel)向法国科学院递交了一份有关光波学说的论文,论述了和托马斯·杨的观测相仿的现象。当年科学院的院士们都不清楚杨的作业,见到他的姓名较为吃惊,所以组织了包含闻名天体物理学家阿拉戈(Francois Arago)在内的一组科学家去查询菲涅尔的研讨效果。他们会见了杨,但却偏袒于菲涅尔的论文奉献。杨则坚持说他早在多年曾经就得出了相同的定论,并陈述了伦敦皇家学会。但是法国科学家小组对此表明置疑。幸而杨的妻子Eliza Maxwell参加了那次会议并携带了已出书的论文集,其间一卷印有杨几年前的陈述。所以首要效果判给了托马斯·杨。不过三年之后,菲涅尔又宣布了一篇更紧密和完好的论文,对杨的光波学说给出了充沛的理论剖析。该论文使光波学说终究在学术界站稳了脚跟。后来,如所周知,还有麦克斯韦(James Clerk Maxwell)的电磁波理论诠释。

值得提及的是,上面说的那次争辩和判决,并没有形成两位科学家之间的个人抵触。相反,过后菲涅尔在写给杨的信中表明了对杨的敬重,而杨在1819年10月16日写的回信中说:“先生,我为您赠送我令人敬羡的论文表明万分感谢。在对光学开展最有奉献的许多论文中,您的论文的确有极高的位置。”爱因斯坦在1931年《牛顿光学》一书序文中高度赞扬了托马斯·杨和他的科学效果,并屡次在不同场合里评说:光波学说的成功,在牛顿物理学体系上打开了第一道缺口,揭开了现代场物理学的第一章。

光的双缝干与试验

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托马斯·杨对力学也深有研讨。1804年,他依据外表张力原理开展了毛细管现象理论。1805年,拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)发现了月形设备的半径与毛细效果有关。1830年,高斯(Carl Fridrich Gauss)一致了这两位科学家的作业,推导出Young-Laplace方程,用来描绘跨过两个分子之间的界面所接受的毛细管压差流体。此外,托马斯·杨推导出一个方程,后人称之为Young方程,用来描绘液滴在平面固体外表上的接触角与自在外表的能量、界面自在能和液体的外表张力之间的联系。该方程式后因由两位杜普雷(Anthanase Dupré and Paul Dupré)推行到热力学效应,开展成Young-Dupré方程。

托马斯·杨对弹性力学研讨更深有造旨。他在1807年引入了资料的弹性模量,便是现在通用的杨氏弹性模量(Young's modulus),用来表征在弹性极限内应力与应变的比值,它仅取决于资料自身的物理性质。托马斯·杨也认识到剪切是一种弹性变形,称之为横推量,并注意到资料对剪切的抗力不同于资料对拉伸或紧缩的抗力。惋惜他没有引入相应的刚度模量来测量资料对剪切的阻抗。托马斯·杨的首要力学作品有《自然哲学讲义》(1807年)和《自然哲学与机械工艺课程》(1807年)和《拉普拉斯天体力学原理说明》(1821年)。

此外,中年的托马斯·杨还为一家大稳妥公司担任过计算检察官,并被任命为《帆海地理历》的主持人,其间做了不少地理学和帆海帮助的研讨和管理作业。作为一位德高望重的学者,他还受邀为《大英百科全书》撰写过40多位科学家的列传及繁复的科学名词条目,触及比如桥梁、木匠、色料、埃及、言语、潮汐和度量衡等范畴。

1827年,托马斯·杨被法国科学院遴选为外籍院士。

1829年5月10日,56岁的托马斯·杨因心脏动脉硬化不治,中止了他从不疲倦的考虑,放下了手边正在编写的埃及字典作业,在伦敦悄然离世。他被安葬在崇高的威斯敏斯特教堂(Westminster Abbey),俗称西敏寺,是英国国王登基和皇室举办婚礼的当地;在那里长逝着许多巨大人物,包含牛顿、达尔文、丘吉尔、弥尔顿、狄更斯和简·奥斯汀。托马斯·杨的墓志铭上说他是 "... a man alike eminent in almost every department of human learning"(…一个在人类求知的简直每个范畴中都享有崇高位置的人) 。

参考文献

[1] Andrew Robinson, The Last Man Who Knew Everything: Thomas Young , New York: Pi Press, 2005; Oxford: Oneworld Publications, 2006.

[2] 陈关荣,顾毓琇:终究一位旷世通才,系统控制纵横,2019年第2期,31-36页。(点击可跳转)

[3] Thomas Young, Lectures on Natural Philosophy, London, vol.1, 1807, pp. 78-79.

原标题:《托马斯·杨——终究一个什么都懂的人》

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