1.“第十一條誡律”
開爾文出身于一個由于宗教壓迫而離國逃遷的蘇格蘭誓約派教徒的家族。10歲時喪母。父親是格拉斯哥大學的自然哲學教授。他為他的6個子女,提供了一套旨在保護他們的心靈而磨礪他們智力的教育方式。他所設計的這個教育方式,既有廣度,又有深度。幾乎從嬰兒時期起,孩子們的成長就與思想的廣闊天地結成友誼。他們被地質學和天文學的原理所吸引,而植物則是他們游玩時的小伙伴。當他們圍坐在桌子四周時,他們驚奇地注視著桌上的玩具地球儀;他們夢想著到地球上最遙遠的地方去遨游。而后他們的眼睛又轉移到另外一個更大的球體上。這是他們的父親為他們購買的一個天球儀——它講出了天體的史詩,而地球只不過是這個偉大史詩中一個小小的音節(jié)而已。 威廉在弟兄中排行最小,但他的想象力卻是最敏捷的。他發(fā)現(xiàn)自己完全被這兩個球的故事迷住了。盡管年齡還小,他已決心接受挑戰(zhàn),把這個故事的神秘弄清楚。當他還只有16歲時,就在日記中寫下了第十一條誡律。正如十誡是宗教對他的良心的召喚一樣,這第十一條誡律則是心智對開爾文理性的召喚:
科學領路到哪里,就在哪里攀登不息;
前進吧,去測量大地,衡量空氣,記錄潮汐;
去指示行星在哪一條軌道上奔跑,去糾正老黃歷,叫太陽遵從你的規(guī)律。 2.第一所現(xiàn)代實驗室在酒窖里誕生
開爾文的智力成熟得很快。他17歲進入劍橋大學,18歲就寫出了一篇杰出的熱力學方面的論文,還在《劍橋數(shù)學學報》上發(fā)表了幾篇文章。畢業(yè)時,他認識了法國和英國一些第一流物理學家,并對他們提出頗有價值的研究建議。22歲時,他被任命為格拉斯哥大學教授。
大學里文質彬彬的蘇格蘭同事們,對于開爾文的血氣方剛的那種進取勁頭,頗有點受不了。開爾文剛剛被選拔到很多白發(fā)蒼蒼的對手們求之不得的光榮職位上,就決定在格拉斯哥的物理系來一場革命。他到幾個老前輩那里,申請撥給他一間房子,以便進行課堂以外的實驗。這種狂妄氣焰是他們前所未聞的。多年以來,節(jié)約成癖的蘇格蘭教授們滿足于把實驗統(tǒng)統(tǒng)擠到教室里去進行。這個剛被提升的小伙子竟然要求自己占一間房子,天下哪有這個道理?
然而,他們的好奇心戰(zhàn)勝了他們的反感。“假若你一定要的話,那么你可以把那間地窖拿去,我們把那些酒桶搬走就是了。”
這樣,英國的第一所現(xiàn)代實驗室,就在一個酒窖里誕生了。
3.用塔頂樓作思考的房屋
年輕的湯姆孫的工作勁頭,就像一股龍卷風。他就是他自己提出的動力學理論的化身。他從班級里的90個學生中,挑選了30人。組成了一個志愿隊伍,他促使他們飛快地工作。工作成果累積得如此之快,以致他發(fā)現(xiàn)他需要更多的空間——“再給我一間作思考的房屋?!?/span>
他的同事們又奇怪地看著他了。他們說:“你用那間塔頂樓好了?!?/span>
從早到晚,他鉆入深處,爬到高處,進行實驗活動或抽象的設想。晚上,他散步回家——只有50碼之遙—把一個技術專家的身軀和一個哲學家的心靈送進了睡鄉(xiāng)—一個身強力壯的人的休憩。
4.把證明“浸透”到學生心里
對于學生來說,這位冷熱無常的大教授是很令人興奮的。沒有人知道他下一步會干什么。有一天,他的朋友德國科學家 亥姆霍茲來到他的實驗室,參觀開爾文進行陀螺儀的實驗。一個厚的金屬圓盤正在快速旋轉。大教授打算證明,圓盤在旋轉中,應該是垂直不動的,從而可以用類比法來說明,地球就其軸心來說,也是垂直不動的。突然間,他抓起一個釘錘,對著圓盤猛擊了一下。金屬圓盤失去平衡,馬上向離心方向飛去,恰巧擊中了衣帽架上懸桂著的亥姆霍茲的帽子,并將帽子砸破了。學生們哄堂大學。亥姆霍茲無可奈何,只得也隨著大家笑了。開爾文倒是滿天真的,他輕描淡寫地說:“出了點毛病,我會賠你一頂新帽子的?!?/span> 他的話從不沉悶。他說:“我取消了上課宣讀發(fā)了霉的論文的辦法。”他的課堂和實驗室堆滿了各種各樣的儀器,真是五花八門,樣樣俱全。小配件堆積在桌上,有的吊在天花板上,有的還掛在墻上。至于大件,有一套三件的螺旋彈簧振蕩器;一座30英尺長的擺鐘,擺的尾巴上還懸掛著一個12磅重的炮彈;一部怪樣子的機器,里面裝著許多的彈子球,球不斷地向各個方向滾動,藉以揭示星云的動力學運動;此外還有成堆的陀螺儀。他把一個陀螺儀放在另一個陀螺儀上面旋轉,藉以研究行星的運動。他把這些陀螺儀用各種方式放到一起,扭來扭去。在課堂的一角,從天花板上吊下一件看上去平凡無奇的裝置——一個覆蓋著橡皮薄膜的金屬圈,是用來揭示露滴的性質的。有一天,他叫人弄了水來,把水澆在金屬圈上,使橡皮往下垂脹。加上更多的水。最后橡皮破裂,“像一個負載過重的露滴?!彼恢睗?a class="dict" href="/azsoft/x2761371.html">到了教室前排學生的頭上。教授笑了,“我向來喜歡把我的證明浸透到你們的心里去?!?/span> 5.“每個困難一定有解決的辦法”
開爾文的思想很豐富,數(shù)學能力很強,在物理學的各個方面都開辟了許多新的道路。他在當時科學界享有極高的名望,受到英國本國和歐美各國科學家的推崇。他的科學觀點可以引用1800年5月他在倫敦皇家研究所關于大氣電學的講演中對現(xiàn)象與本質問題的話來說明: “常常提出這樣的問題,人們是否只管事實和現(xiàn)象,而放棄追究隱藏在現(xiàn)象后面的物質的最終性質呢?這是一個必然由純正哲學者回答的問題,它不屬于自然哲學的范圍。但是近許多年來世界上看到從這個屋子的實驗結果中所發(fā)生的,在實驗科學史上未曾有過的一連串的令人驚奇的發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)必然把人們的知識引導到這樣一個階段,將使無生物世界的規(guī)律表現(xiàn)出每一現(xiàn)象基本上與所有全體現(xiàn)象相連,而無窮無盡的多樣化的運用規(guī)律所達到的統(tǒng)一性將被認為是創(chuàng)造性智慧的產(chǎn)物?!?/span>
這一段話表達了開爾文的理想,他想像一個完善的統(tǒng)一的理論,能把世界的現(xiàn)象包羅無遺。他的意志是堅強的。他在1904年出版的《巴爾的摩講演集》的序言上關于如何對待困難有這幾句話:
“我們都感到,對困難必須正視,不能回避;應當把它放在心里,希望能夠解決它。無論如何,每個困難一定有解決的辦法,雖然我們可能一生沒有能找到?!?/span>
開爾文終生不懈地致力于科學事業(yè),他不怕失敗,永遠保持著樂觀的戰(zhàn)斗精神。1896年,在紀念他在格拉斯哥大學任教50年的會上,他說過:“我在過去55年里所極力追求的科學進展,可以有‘失敗'這個詞來標志。我現(xiàn)在不比50年以前當我開始擔任教授時知道更多關于電和磁的力,或者關于以太、電與有重物之間的關系,或者關于化學親合的性質。在失敗中必有一些悲傷;但是在科學的追求中,本身包含的必要努力帶來很多愉快的斗爭,這就使科學家避免了苦悶,而或許還會使他在日常工作中相當快樂?!遍_爾文的這段話,可以說是對自己的科學生涯的總結。
6.“開爾文勛爵,研究生”
他更老了。他抱怨光陰流逝得太快?!耙幻腌娛翘檀倭?,我們需要長一些的時間量度?!泵刻?,他口授幾個小時,身旁有兩名秘書,一左一右。兩名秘書各自記錄他分別口授的東西,題目各不相同。
而現(xiàn)在,他已經(jīng)快走到生命之路的盡頭了。用畢生時間搞出來的學說和發(fā)明,眼看就要被更新的一些學說和發(fā)明擠進陰暗的角落里。威廉·倫琴、亨利·貝克勒耳以及 瑪麗·居里等人,他們?yōu)閷黹_辟了多么豐富的研究園地!在科學的世界觀方面,他們又進行了一場什么樣的革命!比起他們來,他又顯得多么渺小和不足!在他擔任格拉斯哥大學教授五十周年紀念日時,他有點自嘲地笑了。 任職五十周年慶祝后又過了三年,他辭去了格拉斯哥大學教授的職務。董事會希望他不要退休,繼續(xù)工作。但是他搖搖頭。“請不必感情用事吧,我已經(jīng)沒有什么用處了?!?/span>
他最后一次看到了他的學生們?!拔易罱嘈?,當一個人老了的時候,他在家內爐邊最欣賞的,就是那些把他帶回到大學生活時代的照片……使你們的生活充滿光明和純潔的那些照片……”就這樣,他離開了他的教授崗位,可是并沒有離開格拉斯哥大學。只要一息尚存,他無法割斷他同格拉斯哥的紐帶。1899年,當學年開始時,這位76歲的年邁學者,同大學本科生一道,走進注冊室,也報了名:“開爾文勛爵,研究生?!彼K于懂得,他不能再教了;從現(xiàn)在起,他只是學。
7.預言20世紀初物理學的兩朵烏云
1900年4月27日,是特別的一天。英國的倫敦市,是特別的城市。阿爾伯馬爾街,是一個特別的地方。此時此刻歐洲著名科學家正匯聚一堂。此時這里正舉行一場世紀之交的物理學報告會。在雷動的掌聲中,白發(fā)蒼蒼、已是76歲高齡的德高望重的開爾文勛爵走上了講臺,發(fā)表了開幕祝詞——《在熱和光動力理論上空的19世紀烏云》的演講,他在回顧物理學所取得的偉大成就時說,物理大廈已經(jīng)落成,所剩的只是一些修飾工作.同時,他在展望20世紀物理學前景時講道:“動力學理論斷言,熱和光都是運動的形式。但是現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽而顯得黯然失色,第一朵烏云出現(xiàn)在黑體輻射實驗和理論的不一致(光的波動理論爭議上),第二朵烏云出現(xiàn)在關于能量均分的麥克斯韋一玻爾茲曼理論上(發(fā)現(xiàn)光速不隨運動參考系而變)。”…… 物理學后來發(fā)展的歷史表明,正是19世紀初的這兩朵小小的烏云,釀成了一場大風暴。
第二朵烏云導致相對論的爆發(fā)。