1、第三章世界科技發展史3-3-1 1前言科技發展史是用科學發展歷程中真實的歷史事實教育人的哲學。每一個科技工作者都必須熟悉科學技術的發展歷史，掌握本學科發展的來龍去脈，這樣才能有所發現，有所突破，有所創新本課程的目標是培養學生具有科學的世界觀和完美的人生觀，增強學生的科學素質。瞭解科技發展史，熟悉科學家研究科學的心路歷程，學習科學家的思維方式，培養科學現象的洞察力，以及增強分析問題和解決問題的能力像牛頓那樣站在科學巨人的肩膀上開拓創新像愛因斯坦那樣追求真理超凡脫俗像居里夫人那樣堅定執著無私奉獻像霍金那樣挑戰自我挑戰生命挑戰宇宙。3-3-2 23.1 公元前的科技發展在公元前的科學研究，對後世影響
2、深遠的應屬亞里斯多德(Aristotle)、歐幾里德(Euclid)及阿基米德(Archimedes)。亞里斯多德發表動物自然史、動物結構學、動物發生學及論靈魂等書。記載了五百多種動物。現代科學可說是建立於阿基米德的研究之上。阿基米德是歷史上的一位工程師與偉大的數學家，也是對力學有著明顯、直接貢獻的唯一古代希臘人。今日科學是建立在阿基米德對科學之鍾愛以及對基礎理論的認知，這些基礎理論可以直接用數學或是一種物理現象描述。歷史上的一些知名科學家，如牛頓、伽利略等等都是強烈受到阿基米德及歐幾里德等人的影響。3-3-3 33.1.1 歐幾里德和數學基礎歐幾里德的生活幾乎不為人所知，僅知活於希臘時代末期
3、，比亞里斯多德(Aristotle)年輕一代，和阿基米德同一時期。他於柏拉圖學院上過課，此學院創立於一世紀前，是當時最重要的數學學校。在亞力山大帝死亡後，普駝列邁一世於埃及掌權的時代，歐幾里德於亞力山大城成立他自己的學校。在西方文化的發展中，歐幾里德的幾何在物理世界的重要性，可說是非常特別難以估計的。歐幾里德幾何只有在非常大的量及距離，才會感到誤差，它是一種普通感覺世界的數學，而其限制也是近兩個世紀以來才明顯的。愛因斯坦是從歐幾里德概念以開始探討眾所周知的相對論。3-3-4 43.1.2 阿基米德與科學的興起阿基米德(公元前287-212)生長於西西里島的西那庫斯城市，這是一個位於愛奧尼亞海濱
4、的城市，他在這城市度過大半輩子。直到今日仍有機會在那裡見到城牆、防禦工事與溝渠等的古代都市遺跡。阿基米德約出生於紀元前287年，他的父親菲狄亞斯是一位天文學家，而阿基米德是當時國王亥厄洛II世的朋友，他們之間很有可能是親屬。阿基米德曾經遊歷埃及並求學於當時希臘的文化及學術中心-亞歷山大城。3-3-5 5阿基米德之浮體一書記載他最著名有關浮力的阿基米德定律，此定律敘述當一物體浸入水中時，此物體所受之浮力等於物體排開水的重量。石頭比水重，所以當石頭浸入水中後，雖然受到浮力，但仍然下沉，但大艘船浸在水面下之船身排開水的重量等於整艘大船的重量，所以船會浮在水上。阿基米德敘述了浮力的原理，同時也是後來流
5、體靜力學的基礎。3-3-6 6亥厄洛國王花圈有關阿基米德定律，但典據無法考證軼事，就是亥厄洛國王花圈(一般資料均誤載為王冠)的故事，一個並非完全純金的花圈，其中成分含有部份的銀。亥厄洛國王希望在不破壞這花圈的情況下查證花圈的成份，因為這是褻瀆神聖的行為。在阿基米德死後二百多年，羅馬建築師馬克斯記載如下，當阿基米德坐在公共澡堂浴盆內洗澡時，注意到浴盆內水位上升的幅度等於他身體浸在水下的體積，因此他找到了解答！阿基米德馬上從浴盆中跳出，裸身衝回家中並高興的大喊大叫！據說從此以後，阿基米德的妻子不許他在於公共澡堂洗澡！阿基米德因此發現了一種可以輕易的算出任何不規則形狀物體的體積的方法。他將國王的花圈
6、浸在水中並計算水面上升幅度，再將一塊等重的純金浸在水中，同樣計算水面上升幅度，發現二者上升幅度不一樣，因此清楚判定花圈的成份不是純金。3-3-7 7阿基米德之死亡阿基米德於紀元前212年被羅馬士兵所殺，根據歷史記載，阿基米德當時正在協助防禦城池，他發明一種彈道裝置可以將石頭拋向遠方並擊毀敵船。另一個故事是他發明一種裝置可將敵軍小船從水面上舉起。另外一個敘述阿基米德發明一種大鏡子可將陽光聚焦以燒毀敵船則是屬於誤傳，但是羅馬軍隊確實被阿基米德的發明所擊退，最後只好採取長期圍城的戰術。雖然羅馬大將馬賽羅斯希望不要殺死阿基米德，但是阿基米德仍然被其攻入城的士兵所殺害了，馬賽羅斯因此幾乎生氣的發狂3-3
7、-8 83.2 公元後至黑暗時代的科技發展中世紀（約4001500年），隨著羅馬帝國的衰落，西歐進入一個所謂的黑暗時代。這個名稱算是頗為貼切，因為大部份的羅馬文明在這段期間受到破壞，並且被所謂的蠻族文化所取代，造成隨後的十個世紀變成昏昏沉沉的時期。在這麼長時間內，西方文明的進展卻非常的少；反而在醫學方面有比較突出的研究成果，這是因為醫學是屬於實用的科學，統治者較不會去干預。這時候最為著名的醫學發展包括：公元二世紀，羅馬醫學家蓋侖在解剖、生理、胚胎、病理、醫療、藥物等領域均有新發現，著述也很多。3-3-9 93.3 文藝復興時代的科技發展(I)文藝復興是14世紀至16世紀在歐洲興起的一個思想文化
8、運動，帶來一段科學與藝術革命時期，揭開了現代歐洲歷史的序幕，被認為是中古時代和近代的分界。現在普遍認為文藝復興發端於14世紀的義大利，文藝復興一詞就源於義大利語Rinascimento，意為再生或復興，以後擴展到西歐各國，16世紀達到鼎盛。當時，以地球為宇宙中心的觀念，是源自於公元二世紀傑出的希臘天文學家托勒密的數學系統。托勒密的系統深具說服力而且持續了數百年之久，他的系統被用來解釋自由落體以及星和雲的移動，在神學上，托勒密系統則是用來闡述人類在宇宙中地位的中心理論。3-3-10103.3 文藝復興時代的科技發展(II)然而到了十六世紀，人類探索世界的發現之旅為多元的世界帶來更多的證據，而羅馬
9、教會的權威正日漸式微，使得托勒密的系統出現裂隙，1543年哥白尼的身後之作天體的革命，終於使托勒密的系統崩潰。哥白尼寫道：地球帶著月球循著周年的大軌道在群星之間繞著太陽旋轉。雖然這不完整的事實維持了將近一百年，但是哥白尼的革命已然開始，再加上伽利略及克卜勒等人的努力，帶動現代天文學的發展；牛頓的運動理論亦是根據他們的基礎之上。3-3-11113.3.1 哥白尼與太陽中心學說 尼古拉斯哥白尼(Nicolaus Copernicus)15世紀波蘭天文學家哥白尼在其70歲時發表其巨著天體運行論。書中記載日蝕、月蝕、火星衝日、木星衝日、土星衝日等27項實際觀測之數據，推論出地球繞太陽公轉之事實，並對教
10、會展開公開批判 哥白尼的舅舅是一位學者，後來受任為主教。他對哥白尼的教育非常關心 在那個時代，年青人通常只有兩條路可以走：一條是從軍，一條是當教士。哥白尼受到舅舅的影響，選擇傳教做他的終身職業哥白尼經過長期的觀察研究，最後完成了天體運行論3-3-1212哥白尼日心體系概略的要點地球不是宇宙的中心，而只是月球軌道的中心宇宙的中心在太陽附近，包括地球在內的行星都環繞著太陽轉動太陽與地球距離和眾星所在的天穹層高度相比是微不足道的每天看到的天穹周期性地轉動，是由於地球繞其自轉軸每天旋轉一周所造成的(地球自轉效應)每年看到的太陽在天球的周期性運動，並不是太陽本身在動，而是地球繞著太陽公轉所造成的(地球公
11、轉效應)目視到的行星順行和逆行的現象，是地球和行星共同繞著太陽運動的結果3-3-1313天體運行論天體運行論的初稿大約在1530年就已經完成，但是哥白尼鑑於教會勢力龐大，貿然出版，只會徒然犧牲自己的生命，於是他將初稿藏於書齋裡，一直沒有公諸於世，只是將自己的見解，透過天文同好和其他的科學家傳播出去，所以越來越多的科學家知道哥白尼的理論一直到1539年，有位任教於威汀堡大學的數學教授雷替克斯，他閱讀哥白尼的短文後深受感動，親自到哥白尼住處拜訪，並以2年的時間整理出埋沒多年的稿子，改正其中的計算錯誤；並在1540年發行一本摘要來介紹哥白尼的學說，這本摘要並沒有引起教會太大的反彈，於是哥白尼才決定將
12、天體運行論出版3-3-1414天體運行論在出版前二個月，哥白尼身染重病，1543年5月24日，當這本書送到病榻前時，哥白尼的眼睛已經瞎了，只能用手撫摸這本改變後世天文學家觀念的偉大著作，當天哥白尼就與世長辭了，享年七十歲哥白尼過世後，他的論點引起極大的騷動，除了少數科學家之外，差不多所有的人都反對，包括羅馬天主教、馬丁路德、約翰喀爾文等宗教家都予以大力的抨擊，並將之列為邪說異端。但是，天文學的真理之火已被哥白尼燃起，擁護日心說的學者前仆後繼，第谷、克卜勒、布魯諾、伽利略、牛頓.，其中甚至有人犧牲自己的性命來維護真理3-3-15153.3.2 克卜勒在天文學上之貢獻 1572年，克卜勒發現一顆新
13、星，並連續記載其亮度變化達18個月之久。其一生觀察了719顆恆星，並記錄了太陽系中6大行星之運動狀況，而歸納出行星運動三大定律。並確定彗星是一種實際的天體 喬漢尼斯克卜勒(Johannes Kepler)在1571年12月27日生於威爾，是位於德國的渥太華的一個城鎮1591年，克卜勒從大學畢業後轉入神學院，準備當牧師。1594年，將從神學院畢業時，經人介紹到奧地利葛瑞茲地方教數學及天文學3-3-1616克卜勒的三大行星運動定律(續)橢圓軌道定律：行（衛）星運轉軌道為橢圓，而被繞行之天體之質量中心位在橢圓之某一焦點上。而圓可視作橢圓的一個特例等面積定律：相等的時間內，行（衛）星掃過相等的面積，所
14、以行（衛）星距離被繞行之天體較近時，其速率較快。而這個定律其實就是牛頓提出之角動量守恆定律 調和定律：繞行相同天體的任兩顆行（衛）星，其公轉週期(T)的平方與其軌道之半長軸（r）之立方成正比，即T2 r3。而這個定律可以由牛頓之萬有引力定律所推導出來3-3-17173.3.3 伽利略之貢獻 伽利略發明並改良望遠鏡，使之觀察天體更加方便。而他因為支持哥白尼的太陽中心之論點，而遭教會迫害，其一生最後9年均在牢中度過 伽利略(Galileo Galilei)在1564年2月15日出生於義大利的比薩 他在比薩大教堂發現單擺的長度改變，擺動的週期就不一樣；但是擺錘的重量、擺幅的大小和擺動的週期無關，這就
15、是擺錘等時性原理。這發現在當時是一項創舉，那時伽利略還不滿20歲，是一位醫學院的學生比薩斜塔的落體實驗：證明古希臘最著名的哲學家亞里斯多德的學說是錯誤的，當時伽利略為26歲3-3-1818伽利略的觀察伽利略用望遠鏡看見金星也跟月亮一樣有盈虧，證實了哥白尼的見解是正確的顯然金星是繞著太陽轉的，而不是繞著地球轉的 看見太陽的表面有黑點，而且這些黑點不停的在移動、在改變，漸漸的又消失了。這發現擊碎了天體是完美的臆測，而且證明太陽本身在旋轉1622年伽利略的好朋友烏魯班八世即位，成為羅馬新教皇。伽利略心想機會來了，於是他開始撰寫關於托勒密和哥白尼宇宙論的對話，這本書在1632年出版，表面上是以對話的形
16、式，來解說兩種宇宙論的觀點，實際上則是宣揚哥白尼的地動說3-3-1919伽利略所受到的迫害這書完成的隔年，伽利略就被押到羅馬宗教法庭總部，並被指控為反對教皇、宣傳異端的罪名，可憐的伽利略在布魯諾被燒死的陰影、和不堪身心折磨的情況下，終於口頭上承認自己學說的錯誤，並接受無限期在家監禁的處罰，直到教會滿意為止儘管遭到軟禁，伽利略研究的精神依然旺盛，他在家開始撰寫新科學對話這本書，書中將自己年輕時的研究詳細寫下，成為後世研究科學的寶典，這時他已經是74歲的老人了，雙眼也完全失明。1642年伽利略永遠閉上眼睛，離開人世。但是同一年，牛頓在英國誕生，牛頓說他是站在巨人的肩膀上，才有如此偉大的成就。而伽利
17、略就是這巨人的其中之一3-3-20203.3.4牛頓與運動定律小孩時候的牛頓充滿好奇心，並展現數學與機械能力，顯然的他不是想成為農夫。在1661年他就進入劍橋的三一學院。在1664年那一年他就被選為三一學院的學者，使他在獲得學士學位後一年就可以自由從事自己喜歡的研究工作，但是當年的大瘟疫阻止了他的機會，該大學竟然於1665年關閉，使他不得不回家和他再度成為寡婦的母親同住了兩年。1667年牛頓回到三一學院被選為劍橋大學的院士，在1669年，他的天才被肯定，而任職數學教授，他創造首座反射望遠鏡而轟動當時社會，並於1672年他被推選入皇家社團。3-3-2121劍橋牛頓的蘋果樹牛頓的運動定律牛頓於16
18、84年出版了他的De motus Corporum，隨即數年後完成了更複雜的著作Philosophiae natural is principia mathematica。在此著作，牛頓依據更多的觀察建立了三個運動定律及宇宙引力定律，分別是慣性定律：運動體除非受外力影響保持其等速；靜止體也保持靜止除非受到外力。加速定律：力量等於質量乘以加速度。反作用力定律：作用力等於反作用力，或每一個力都會引發其反作用力。牛頓最得意的著作Principia於1687年由哈雷出版，代表牛頓科學成就的最高峰，也是他科學改革的最終點。3-3-2222牛頓去世時，留下了一大堆未出版的文章，包括數萬字有關神秘煉金術的研
19、究，他深入研究了數年，他的煉金術與他的物理學不甚符合，因此困擾很多學者。牛頓從未結婚，主要是劍橋的院士禁止結婚，因此他的一生中幾乎均與男人為伴，很少展現笑容。如達爾文引述：牛頓揭發了自然現象的發生與結果，而且完全解開了自然界的潛在的定律。牛頓死後由亞歷山大銘刻在教宗曼諾房間上的題字：自然與自然法規全歸於他的光，上帝說，讓牛頓一身是光。3-3-2323牛頓的墓碑3.4 工業革命時期的科技發展瓦特發明的蒸氣機後，造就了工業革命。亦即是資本主義工業化的早期歷程，即資本主義生產完成了從工廠手工業向機器大工業過渡的階段。是以機器取代人力，以大規模工廠化生產取代個體工廠手工生產的一場生產與科技革命。一般認
20、為，蒸汽機、焦炭、鐵和鋼是促成工業革命技術加速發展的四項主要因素。此時期西方科技快速進步，也使得歐洲國家侵略及殖民其他國家。3-3-24243.4.1 瓦特與蒸汽機瓦特(James Watt)在1736年1月19日生於蘇格蘭西部的格里諾克一個工人家庭，從小飽受貧窮和疾病的折磨，十幾歲即到來倫敦當學徒，學習機械製造。1756年，瓦特回到蘇格蘭的格拉斯哥，在格拉斯哥大學謀得了一個機修工的職位。在大學裡，他認識了著名的物理學家布萊克，從他那裡學到了許多熱學知識。與此同時，他在思考如何改進紐可門蒸汽機。3-3-2525蒸汽機的改良-冷凝器的發明1763年，他受命修理格拉斯哥大學的一臺紐可門蒸汽機，得以
21、仔細研究紐可門(Newcomen)機的結構。1765年，瓦特終於想出了在汽缸之後再加一個冷凝器的主意。冷凝器與汽缸之間用一個可調節閥門相連，高溫蒸汽注入汽缸時閥門關上，作功後打開閥門，蒸汽則馬上被引入冷凝器冷卻，此冷凝器已事先用一臺抽氣機抽成真空，之後在冷凝器和汽缸內均形成真空。活塞在大氣壓力下作功，然後關上閥門，重新將冷凝器抽成真空，重複前一過程。3-3-2626蒸汽機的改良-離心調節器的發明到1790年，瓦特機幾乎全部取代了老式的紐可門機，瓦特開始作為蒸汽機的發明人而受到尊崇。瓦特機的廣泛利用使工業革命進入新的高潮，古老的人力、畜力和水力被蒸汽動力所代替，工廠不必再建在水流湍急的地方。紡織
22、業、採礦業和冶金業在瓦特機的帶動下迅速發展，而為了製造瓦特機又使機械製造業繁榮起來1800年，瓦特被選人皇家學會，他曾就職的格拉斯哥大學授予他名譽博士學位。瓦特於1819.8.25在伯明罕逝世3-3-27273.4.2 達爾文與進化論查爾斯羅柏特達爾文(Charles Robert Darwin)出生於1809年2月12日，達爾文在 1825年進入愛丁堡大學之初想學醫，之後幾年他加入普林尼博物學會並受到著名的醫生及動物學家羅柏特格蘭特的影響。當達爾文的父親得知他將暫停醫科的學業時，建議他去當牧師，而達爾文也聽從建議在1827年進入劍橋大學的基督學院就讀。他後來說，在那裡是浪費時間，不過，他跟著
23、植物學家約翰史蒂芬韓斯洛求學，收集甲蟲類之昆蟲，並且在1831年畢業。3-3-2828達爾文與小獵犬號小獵犬號(Beagle)的年輕船長羅柏特費茲羅伊徵求一位年輕、具有良好教養並能承受寂寞與沉悶旅程的同伴。這趟旅行的目的在測量智利和祕魯的海岸，以及探訪南太平洋諸島與西印度群島。獵犬號在1836.10.2返回英格蘭。1837年，在對旅程仍記憶猶新之時，達爾文開始由大量的紀錄中描述出理論性的部分，並在1838年，當他讀到馬爾薩斯的學說時，開始有了他對天擇說，也就是生物為了活命而只留下有益生存的特色的想法。3-3-2929達爾文的著作他後來出版了三部有關他觀察珊瑚礁、火山島及其他地質現象的作品，這些
24、作品更確立了達爾文的專業聲望。接下來的幾年，達爾文陸續出版了他的物種原始、適者生存。出版物種原始之後，達爾文就跟著出版了數本和天擇有關的書，包括1871年的進化論，1872年出版的人類、動物的情感表達，以及1880年的植物變動力量。達爾文死於1882.4.19，享年73歲。他的遺骸葬於牛頓、法拉第等英國偉人長眠的西敏寺寺院。3-3-30303.4.3 葛內格孟德爾及遺傳定律葛內格孟德爾(Gregor Mendel)生於1822年7月22日，孟德爾生下來時的名字是喬安(Johann)，他的父母親是來自西里西亞的海任都夫的富農，該地是奧匈帝國的一部份，後成為捷克斯拉夫的一部份，現在捷克共和國境內。
25、當他的才智被發現後，他被送到車帕高校，之後他就讀於歐慕茲大學。21歲時進入於布諾的奧各斯汀尼修道院，這個生涯上的決定也許沒有什麼宗教上特別意義。在1844年及1848年間學完神學、農業及植物後，他被安排神職，並取名為葛內格。1851至1853孟德爾在維也納大學 學數學和物理科學，回到修道院後，自1854年開始，他在那裡教了14年。3-3-3131孟德爾遺傳定律1856年孟德爾開始用菜豆做一連串的時驗。約兩年的期間內，他培植豆子以產生有七種特性的純種，這些特性是選取看得見的性質，如大小、顏色、形狀、及結構等，歸納出 獨立分離定律、獨立支配定律及顯性定律等三大遺傳定律。1865年孟德爾把他實驗的結
26、果送至布諾自然歷史學會，並於次年出版，這篇論文沒引起注意。孟德爾於1884.1.6過世。3-3-3232孟德爾用來進行豌豆實驗的空地，就在修道院後面1900年，在孟德爾死後16年，他的論文被3位植物學家荷蘭德弗裡斯、德國柯倫斯及奧地利丘歇馬克重新發現。這件事之後，創造基因名稱的劍橋科學家貝替森，把孟德爾的定律引用到他的遺傳研究方面，貝替森捨棄達爾文的逐漸形成品種的學說，而孟德爾的實驗可用來解釋他的突變設計。1930年代，新一代的基因科學家的研究，有關孟德爾的貢獻的困擾得以進一步釐清。結果孟德爾的理論被認為解釋了特性遺傳的基本過程，它現成為自然選擇理論的一部份，並因染色體遺傳的發現而更受到支持。
27、3-3-33333.5 近現代的科技發展現代科技的發展在二十世紀以後即突飛猛進，兩次世界大戰的軍事科技需求，再加上近代電腦科技的輔助，科技的發展已達到日新月異、突飛猛進的程度。奧地利蘭斯坦納發現人類的A、B、O血型，建立了血液分類學的基礎。英國薩頓確立了孟德爾法則的細胞學基礎。波蘭居禮夫人發現放射性物質。愛因斯坦提出相對論造成後來核能科技的發展。威格納提出地殼板塊移動的理論說明地質及生物的分布關聯。且在現代，科技的研究已經是群體的工作，大規模的人力及物力投入及分工得精細，使得科技的發展更加快速。在這個時期的幾位重要科學家敘述於後。3-3-34343.5.1 瑪麗居禮和放射性物質瑪麗居禮(Mar
28、ie Curie)於1867年11月7日生於華沙的瑪亞。瑪麗居禮的教育過程可說是一個用意志力克服各種困難的故事，當時波蘭不是獨立國家而是帝俄的一省，帝俄要壓制波蘭文化。瑪麗居禮就是在這種環境中成長，在念高校時也受到壓制，雖然她的學業成績相當優秀，但仍不允許受更高的教育，結果在1883年高校畢業後她參與了一個具有反抗性密祕的女性流動大學。1891年她搬到法國並在巴黎大學修學位，1893年她是索邦大學第一個女性拿到物理學位並以傑出成就畢業，一年後她又取得數學的學位。3-3-3535她計劃測量鈾的物性及各種不同含鈾之礦物，一個在德國傑契斯札地區已開採一世紀的鈾礦樣本，經證實意外的比貝爾革勒的鈾活性更
29、強，當居禮發現釷元素也具放射性，更加深其神秘性，1898年4月居禮首次提出她的研究報告，接著7月發表另一篇論文，居禮夫婦報告新發現的元素，他們建議稱之為釙，貝爾革勒的放射線由某些物質產生，顯然具有深一層的意義，是一種廣泛自然界現象之一，居禮夫婦稱之為放射性。3-3-3636瑪麗攝於1878年由於他們的研究，居禮夫婦和貝爾革勒共同分享1903年的諾貝爾獎，這也歸功於皮爾積極替他太太遊說，本來他單獨被考慮得此獎，夫婦兩人一夜之間成為名人，但是3年之後，1906年，皮爾於巴黎一次意外事件中死亡，在一個下雨午後，他被一隻烈馬踢倒在地，頭被馬車左後輪碾過，頭顱當場破裂，遭此重擊，瑪麗還是繼任皮爾在索邦大
30、學的教職，成為該大學第一位女性教授。3-3-3737在居禮夫婦進行他們的研究時，尚不知放射線的危險性，因此他們並未小心處理他們發現的新元素，皮爾曾把含有鐳之溶液的試管放在口袋，接觸部份受到灼傷，他注意到復原得很慢，瑪麗把放射性物質放在床邊發亮光，兩人得到的症狀即今日所知的輻射症，瑪麗晚年受到健康問題的困擾，但她將之保密，她的實驗室的記事本，到今天仍具有高度的放射性。1934年7月4日瑪麗居禮死於和放射線中毒有關的白血球症，她被葬於使西斯(Sceaux)墳場，和皮爾同一墓穴。3-3-38381896年居里夫婦於實驗室3.5.2 愛因斯坦與相對論亞伯愛因斯坦(Albert Einstein)生於1
31、879年3月14日德國的烏姆，是哈爾門愛因斯坦及保琳柯基之子，出生後隔年全家搬至慕尼黑，幼時的愛因斯坦沉默寡言，被認為是不尋常而並不天才，他不喜歡德國嚴厲教條也不熱衷拉丁文與希臘文。他從數學開始進入科學領域主要是受其叔父工程師傑考柏愛因斯坦的激發。十二歲時愛因斯坦就自學幾何學，他少年時不尋常的夢想就決心要揭發宇宙奧妙之迷。3-3-39391902年愛因斯坦在瑞士專利公司當一名初級專利員，工作中他細審清理各種申請專利的經驗，激發他對太空及時間之想法。這對時間之想法這段時間他雖然與物理學界孤立，卻也使他發覺物理界現代思想發展的一段重要時期。愛因斯坦在1905年於物理期刊中發表三篇重要文章。愛因斯坦
32、提出光是可以用蒲朗克常數(h)計算出來的一串能量分子來表達（photon一詞後來被定為光子）。10年內的實驗確定可見光及光子的存在，由此論文使他得到1921年諾貝爾獎。3-3-4040相對理論之所以成功之重要理由是因1900年發表量子理論學。特殊相對理論可以被使用於預測次原子的某些作用，而牛頓物理法則卻無法做到。量子理論創始人之一的馬克斯蒲朗克(Max Planck)很快的認同相對論。愛因斯坦解釋相對論中個體質量可由它測出所含之能量，他隨後發表更詳細解說，而提出有名之方程式E=mc2，能量等於質量乘光速平方。當他1905年的文章傳開在物理界被認知後，於1909年轉入祖力克大學教學。1914年轉
33、任教柏林大學。從那以後，愛因斯坦有更多時間效力於研究。3-3-41411933年愛因斯坦的書籍被德國納粹燒掉，他的財產也被沒收。愛因斯坦當時在美國任教，未再回去德國。他接受普林斯頓高等研究院之終生職位。他曾受希特勒主義的影響激發而放棄和平主義的信念，於1939年他勉強參加簽署寄一封信給羅斯福總統建議發展原子彈。他並不進一步參與原子彈發展工作，部分理由是因他被認為同情左派而被懷疑有安全問題所致。戰爭後，愛因斯坦成為一位主張解除原子武器的抗議者。他並未被公認為美國愛國者，他反對國會審問1950年代所謂非美國人運動。於1952年他拒絕受邀當以色列總統一個形式之職位。愛因斯坦於1955.4.18平安的
34、在紐澤西普林斯頓去世。3-3-42423.5.3 約翰巴登與超導現象約翰巴登(John Bardeen)在1908年5月23日出生於威斯康辛州的麥迪森。1923 年，15歲時便進入威斯康辛大學就讀。在那裡他受保羅狄拉克的影響，他變得對數學物理學感到興趣。在1928年他拿到了工程學士學位，更在1929年得到他的碩士學位。他在1936年數學物理學拿到了數學物理學的博士學位。巴登在1945年回到貝爾實驗室做固態物理研究。1948年，巴登和布萊登使用鍺結晶發明了能擴大音頻信號的點接觸 裝置。積體電路和矽晶片的發展，及它們對工業技術的重大影響都是基於這個工作。因此，在1956年巴登、夏克里和布萊登共同獲
35、得諾貝爾獎。3-3-4343超導理論荷蘭物理學家歐尼斯於1911年發現在很低的溫度下水銀突然失去對電流的阻力時，當時歐尼斯並不了解這是超導現象。然而，40年沒有進步了。巴登的同事赫林寫道：透過約翰充滿熱情刻意追求努力解釋超導電性的祕密。BCS理論於1950年開始進展，當巴登研究以不同溫度製造某些超導性的元素的同位素，或者不同形式者。巴登認為藉著它們的運動是電子與原子格子中的振動的唯一相互作用。巴登與一位巴登稱之為從東方來的機械士的紐約的科學家寇柏和研究生休里夫繼續研究早期出版的不完全理論。在1957年他們共同發表解釋超導電性的一般理論。3-3-4444因為BCS理論，在1972年使巴登，寇柏和
36、休里夫獲得諾貝爾物理獎，巴登成為第一位在相同的領域得到兩次諾貝爾獎的科學家。由於必需在低溫狀態下方能產生超導電性故不具立即之適用性。但是，發現高溫超導的材料成為一個實用的目標。約翰巴登從1959年一直到他1975年退休為止，都在伊利諾大學高級研究所任教。他是一位沈默但和藹可親的人。他與麥斯威爾珍妮結婚，他有兩個女兒和一個兒子，他兒子威廉後來成為基本粒子理論家。約翰巴登於1991.1.30死於心臟衰竭。3-3-4545超導體的磁浮現象3.5.4 詹姆士華生與去氧核醣核酸的結構詹姆士華生(James Watson)於1928年4月6日出生於伊利諾州的芝加哥。華生於1943年進入芝加哥大學主修動物學
37、，在1947年獲得學士學位。當他在高年級時，他開始對遺傳學感到興趣，且喜歡法蘭西斯克里克，他被薛丁格於1945年所著之何謂生命?一書深深打動。華生後來說：我變得很想去發現基因的秘密，甚至到了擊敗他的反抗意志去學習有機化學的程度。華生於1950年在印地安納州獲得他的博士頭銜，華生到哥本哈根在國際研究會議做他的博士後研究。3-3-4646在1951年義大利那普勒斯的一個會議，他參加維爾金斯(已經轉向生物學的核子物理學家)以X光結晶學研究DNA的複雜分子結構的一場演講，華生立刻對此感到興奮。當時已經有好幾個小組在做DNA研究的工作，一是英國的維爾金斯和生物物理學家弗蘭克林，他們已經拍下非常清晰的X射線干涉圖；一是美國著名化學家鮑林。這二個小組實際上已經搞清楚了DNA的螺旋結構。華生和克里克抓緊時間研究已經獲得的數據，於1951年底提出了第一個模型。3-3-47471953年4月，他們終於將新的DNA結構模型在自然雜誌上公諸於世。這是一個成功的DNA分子結構模型，它由二條右旋但反向的鍊繞同一個軸盤而成，向一個螺旋形的梯子，生命的遺傳密碼就刻在梯子的橫檔上。DNA雙螺旋結構模型的提出是生物學史上劃時代的事件，它宣告了分子生物學的誕生，生物學已經進入了分子水平。以此為開端，生物學各個領域均發生了巨大的變化。華生、克里克和維爾金斯因此獲得1962年的諾貝爾醫學與生理學獎。3-3-4848
