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科学家的故事

发布时间:2020-03-04 01:20:30 来源:范文大全 收藏本文 下载本文 手机版

科学家的故事

牛顿成长故事

被誉为近代科学的开创者牛顿,在科学上作出了巨大贡献。他的三大成就——光的分析、万有引力定律和微积分学,对现代 科学的发展奠定了基础。

牛顿为什么能在科学上获得巨大成就?他怎样由一个平常的人成为一个伟大的科学家?要回答这些问题,我们不禁要联想到 他刻苦学习和勤奋工作的几个故事。

“我一定要超过他!”

一谈到牛顿,人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力。其实不然,牛顿童年身体瘦弱,头脑 并不聪明。在家乡读书的时候,很不用功,在班里的学习成绩属于次等。但他的兴趣却是广泛的,游戏的本领也比一般儿童高。

平时他爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等。他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许。

有时,他玩的方法也很奇特。一天,他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中 。发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星。尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视。 当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学。有一次课间游戏,大家正玩得兴 高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋。牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了。他想,我俩都是学生 ,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书。他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思。

经过刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅。

篱笆下的乐趣

世界上有许多著名的科学家的家境是清贫的。他们在通往成功的道路上,都曾与困苦的境遇作过顽强的斗争。牛顿少年时代的境遇也是十分令人同情的。

牛顿一二年出生在英国一个普通农民的家里。在牛顿出生前不久,他的父亲就去世了。母亲在他两岁那年改嫁了。当牛 顿十四岁的时候,他的继父不幸故去了,母亲回到家乡,牛顿被迫休学回家,帮助母亲种田过日子。母亲想培养他独立谋生,要 他经营农产品的买卖。

一个勤奋好学的孩子多么不愿意离开心爱的学校啊!他伤心地哭闹了几次,母亲始终没有回心转意,最后只得违心地按母亲的意愿去学习经商。每天一早,他跟一个老仆人到十几里外的大镇子去做买卖。牛顿非常不喜欢经商,把一切事务都交托老仆人经办,自己却偷偷跑到一个地方去读书。

时光渐渐流逝,牛顿越发对经商感到厌恶,心里所喜欢的只是读书。后来,牛顿索性不去镇里营商了,仅嘱老仆人独去。怕 家里人发觉,他每天与老仆人一同出去,到半路停下,在一个篱笆下读书。每当下午老仆人归来时,再一同回家。

这样,日复一日,篱笆下的读书生活倒也其乐无穷。一天,他正在篱笆下兴致勃勃地读书,赶巧被过路的舅舅看见。舅舅一 看这个情景,很是生气,大声责骂他不务正业;把牛顿的书抢了过来。舅舅一看他所读的是数学书,上面画着种种记号,心里受 到感动。舅舅一把抱住牛顿,激动地说:“孩子,就按你的志向发展吧,你的正道应该是读书。”

回到家里后,舅舅竭力劝说牛顿的母亲,让牛顿弃商就学。在舅舅的帮助下,牛顿如愿以偿地复学了。

在暴风中研究和计算风力

时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用不同,而所得的知识也大不一样。

牛顿十六岁时数学知识还很肤浅,对高深的数学知识甚至可以说是不懂。“知识在于积累,聪明来自学习”。牛顿下决心靠 自己的努力攀上数学的高峰。在基础差的不利条件下,牛顿能正确认识自己,知难而进。他从基础知识、基本公式重新学起,扎 扎实实、步步推进。他研究完了欧几里德几何学后,又研究笛卡儿几何学,对比之下觉得欧几里德几何学肤浅,便悉心钻研笛氏几何学,直到掌握要领、融会贯通。遂之发明了代数二项式定理。传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话,可为牛顿身体力学的佐证。有一天,天刮着大风暴。风撒野地呼号着,尘土飞扬,迷迷漫漫,使人难以睁眼。牛顿认为这是个准确地研究和计算风力 的好机会。于是,便拿着用具,独自在暴风中来回奔走。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次沙尘迷了眼睛,几次风吹走了算纸,几次风使他不得不暂停工作,但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍,终于求得了正确的数据。他快乐极了,急忙跑回家去 ,继续进行研究。有志者事竟成。经过勤奋学习,牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础。不久,牛顿的数学高塔就建成了,

二十二岁时发明了微分学,二十三岁时发明了积分学,为人类科学事业作出了巨大贡献。

万有引力和光的秘密

牛顿二十三岁时,鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受传染,通告学生休学回家避疫,学校暂时关闭。牛顿回到故乡林 肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里,他从没间断过学习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作,都是这个期 间完成的。

那时,乡下的孩子是常常用投石器打几个转转之后,把石抛得很远。他们还可以把一桶牛奶用力从头上转过,而牛奶不掉下 来。

这些事实使他怀疑起来:“什么力量使投石器里面的石头,以及水桶里的牛奶不掉下来呢?对于这个问题,他曾想到刻卜勒 和伽利略的思想。他从浩瀚的宇宙太空,周行不息的行星,广寒的月球,直至庞大的地球,进而想到这些庞然大物之间力的相互 作用。这时,牛顿一头扎进“引力”的计算和验证中了。牛顿计划用这个原理验证太阳系各行星的行动规律。他首先推求月球距 地球的距离,由于引用的资料数据不正确,计算的结果错了。因为依理推算月球围绕地球转,每分钟的向心加速度应是十六英尺 ,但据推算仅得十三点九英尺。在失败的困境中,牛顿毫不灰心和气馁,反而以更大的努力进行辛勤地研究。整整经过了七个春 秋寒暑,到三十岁时终于把举世闻名的“万有引力定律”全面证明出来,奠定了理论天文学、天体力学的基础。

这时期牛顿还对光学进行了研究,发现了颜色的根源。一次,他在用自制望远镜观察天体时,无论怎样调整镜片,视点总是 不清楚。他想,这可能与光线的折光有关。接着就实验起来。他在暗室的窗户上留一个小圆孔用来透光,在室内窗孔后放一个三 棱镜,在三棱镜后挂好白屏接受通过三棱镜折进的光。结果,大出意外,牛顿惊异地看到,白屏上所接受的折光呈椭圆形,两端 现出多彩的颜色来。对这个奇异的现象,牛顿进行了深入的思考。得知光受折射后,太阳的白光散为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。因此,白光(阳光)是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光线汇合而成。自然界雨后天晴,阳光经过天空中余 围的雨滴的折射、反射,形成五彩缤纷的虹霓,正是这个道理。

经过进一步研究,牛顿指出世界万物所以有颜色,并非其自身有颜色。太阳普照万物,各物体只吸收它所接受的颜色,而将 它所不能接受的颜色反射出来。这反射出来的颜色就是人们见到的各种物体的颜色。这一学说准确地道出颜色的根源,世界上自古以来所出现的各种颜色学说都被它所推翻。

牛顿所以能取得如此巨大的成就,早年苦学所打下的深厚数学基础起了重要作用。

进入忘我的境界

在一个崎岖的山路上,一位白发苍苍的老人牵着一匹马在缓缓登山。人在前面慢慢地走,马在后面一步步地跟,山谷中响着 单调的马蹄声。走啊,走啊,马突然脱缰而跑,老人由于沉浸在极度的思索之中,竟没有发觉。老人依然不畏艰难地登着山,手 里还牵着那根马缰绳。当他登到较平坦的地方想要骑马时 一拉缰绳,拽到面前的只是一根绳,回头一看马早已没有了。

牛顿每天除抽出少量的时间锻炼身体外,大部分时间是在书房里度过的。一次,在书房中,他一边思考着问题,一边在煮鸡 蛋。苦苦地思索,简直使他痴呆。突然,锅里的水沸腾了,赶忙掀锅一看,“啊!”他惊叫起来,锅里煮的却是一块怀表。原来 他考虑问题时竟心不在焉地随手把怀表当做鸡蛋放在锅里了。

还有一次,牛顿邀请一位朋友到他家吃午饭。他研究科学入了迷,把这件事忘掉了。他的佣人照例只准备了牛顿个人吃的午饭。临近中午,客人应邀而来。客人看见牛顿正在埋头计算问题,桌上、床上摆着稿纸、书籍。看到这种情形,客人没有打搅牛顿,见桌上摆着饭菜,以为是给他准备的,便坐下吃了起来。吃完后就悄悄地走了。当牛顿把题计算完了,走到餐桌旁准备吃午 饭时,看见盘子里吃过的鸡骨头,恍然大悟地说:“我以为我没有吃饭呢,我还是吃了。”

这些故事究竟是真是假,并不关重要,不过表明了牛顿是一个怎样沉思默想,不修边幅,虚己敛容的人,他对科学极度的专 心,总是想着星辰的旋转,宇宙的变化,而进入了忘我的境界。

谦虚谨慎、一丝不苟的学风

“宽阔的河流平静,学识渊博的人谦虚。”凡是对人类发展作出巨大贡献的伟大人物,都有谦虚的美德。牛顿每当在科学上 获得伟大成就时,从不沾沾自喜,自以为很了不起,急忙出版著作,以扬名于世。

当牛顿费尽心血算出“万有引力定律”后,没有急于发表。而是继续孜孜不倦地深思了数年,研究了数年,埋头于数字计算 之中,从未对任何人讲过一句。后来,牛顿的朋友,大天文学家哈雷(彗星的发现者),在证明一个关于行星轨道的规律遇到困 难时,专程登门请教牛顿。牛顿把自己关于计算“万有引力”的书稿交给哈雷看。哈雷看后才知道他所要请教的问题,正是牛顿 早已解决、早已算好了的问题,心里钦羡不已。

在一六八四年十一月某一天,哈雷又到牛顿的寓所拜访。当谈到有关天文学的学术问题时,牛顿拿出写好的关于论证“万有 引力”的论文,请哈雷提意见。哈雷看后,对这一巨著感到非常惊讶。他欣喜地对牛顿说:“这真是伟大的论证、伟大的著作! ”他再三奉劝牛顿尽快发表这部伟大著作,以造福于人类。可是牛顿没有听信朋友的好意劝告,轻易地发表自己的著作。而是经 过长时间的一丝不苟的反复验证和计算,确认正确无误后,才于一六八七年七月将《自然哲学的数学原理》发表于世。

牛顿是个十分谦虚的人,从不自高自大。曾经有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微 小成就的话,没有其它秘诀,唯有勤奋而已。”他又说:“假如我看得远些,那是因为我站在巨人们的肩上。”这些话多么意味 深长啊!它生动地道出牛顿获得巨大成就的奥妙所在,这就是在前人研究成果的基础上,以献身的精神,勤奋地创造,开辟出科学的新天地。

天才少年伽罗华

1832年5月30日清晨,在巴黎的葛拉塞尔湖附近躺着一个昏迷的年轻人,过路的农民从枪伤判断他是决斗后受了重伤,就把这个不知名的青年抬到医院。第二天早晨十点,这个可怜的年轻人离开了人世,数学史上最年轻、最富有创造性的头脑停止了思考。后来的一些著名数学家们说,他的死使数学的发展被推迟了几十年,他就是伽罗华。

天才的童年

1811年10月25日,伽罗华出生于法国巴黎郊区拉赖因堡伽罗瓦街的第54号房屋内。现在这所房屋的正面有一块纪念牌,上面写着:“法国著名数学家埃瓦里斯特·伽罗瓦生于此,卒年20岁,1811~1832年”。纪念牌是小镇的居民为了对全世界学者迄今公认的、曾有特殊功绩的、卓越的数学家——伽罗瓦表示敬意,于1909年6月设置的。

伽罗瓦的双亲都受过良好的教育。在父母的熏陶下,伽罗瓦童年时代就表现出有才能、认真、热心等良好的品格。其父尼古拉·加布里埃尔·伽罗瓦参与政界活动属自由党人,是拿破仑的积极支持者。主持过供少年就学的学校,任该校校长。又担任拉赖因堡15年常任市长,深受市民的拥戴。伽罗瓦曾向同监的难友勒斯拜——法国著名的政治家、化学家和医生说过:“父亲是他的一切”。可见父亲的政治态度和当时法国的革命热潮对伽罗瓦的成长和处事有较大的影响。

伽罗瓦的母亲玛利亚·阿代累达·伽罗瓦曾积极参与儿子的启蒙教育。作为古代文化的热烈爱好者,她把从拉丁和希腊文学中汲取来的英勇典范介绍给她儿子。1848年发表在《皮托雷斯克画报》上有关伽罗瓦的传记中,特别谈到“伽罗瓦的第一位教师是他的母亲,一个聪明兼有好教养的妇女,当他还在童稚时,她一直给他上课”。这就为伽罗瓦在中学阶段的学习和以后攀登数学高峰打下了坚实的基础。

1823年l0月伽罗瓦年满12岁时,离开了双亲,考入有名的路易·勒·格兰皇家中学。从他的老师们保存的有关他在中学生活的回忆录和笔记中,记载着伽罗瓦是位具有“杰出的才干”,“举止不凡”,但又“为人乖僻、古怪、过分多嘴”性格的人。我们认为这种性格说明他有个性,而且早已显露出强烈的求知欲的标志。

伽罗瓦在路易·勒·格兰皇家中学领奖学金,完全靠公费生活。在第

四、第三和第二年级时他都是优等生,在希腊语作文总比赛中也获得好评,并且在1826年l0月转到修辞班学习。 但是第二学季一开始(伽罗瓦这时刚满15岁),由于教师们认为他的体格不够强壮,校长认为他的判断力还有待“成熟”,他不得不回到二年级。重修二年级,使伽罗瓦有机会毫无阻碍地被批准去上初级数学的补充课程。自此他把大部分时间和主要精力用来研究、探讨数学课本以外的高等数学。

伽罗华经常到图书馆阅读数学专著,特别对一些数学大师,如勒让德的《几何原理》和拉格朗日的《代数方程的解法》、《解析函数论》、《微积分学教程》进行了认真分析和研究,但他并未失去对其他科目的兴趣。

因此,当1827年伽罗瓦回到修辞班时,他的全面发展甚至比他的数学的天分在同学之中更加出人头地了。但是他对其它科目的教科书的内容以及教师所采用的教学法之潦草马虎感到愤怒。所以有的教师认为他被数学的鬼魅迷住了心窍,有的教师用七个字“平静会使他激怒”来形容他的行为。

这时伽罗瓦已经熟悉欧拉、高斯、雅可比的著作,这更提高了他的信心,他认为他能够做到的,不会比这些大数学家们少。到了学年末,他不再去听任何专业课了,而在独立地准备参加取得升入综合技术学校资格的竞赛考试。结果尽管考试失败,但1828年10月,他仍然从中学初级数学班跳到里夏尔的数学专业班。

路易·勒·格兰中学的数学专业班教师里夏尔,在科学史上,他作为一个很有才华的教师使人追念。里夏尔不仅讲课风格优雅,而且善于发掘天才。他遗留下的笔记中记载着:“伽罗瓦只宜在数学的尖端领域中工作”,“他大大地超过了全体同学”。

里夏尔帮助伽罗瓦于1828年在法国第一个专业数学杂志《纯粹与应用数学年报》三月号上,发表了他的第一篇论文—《周期连分数一个定理的证明》,并说服伽罗瓦向科学院递送备忘录。1829年,伽罗瓦在他中学学年快要结束时,把他研究的初步结果的论文提交给法国科学院。

1829年,中学学年结束后,伽罗瓦刚满18岁,他在报考巴黎综合技术学校时,由于在口试中主考的教授比内和勒费布雷·德·富尔西对伽罗瓦阐述的见解不理解,居然嘲笑他。伽罗瓦在提及这次考试时,曾写道,他不得不听“主考人的狂笑声”。据说“由于被狂笑声所激怒”,他把黑板擦布扔到主考人头上,或是因为他拒绝回答有关关于对数这样的过于简单的问题,所以再次遭到落选,伽罗瓦仍然是一个非正式的预备生。 1829年7月2日,正当伽罗瓦准备入学考试时,他的父亲由于受不了天主教牧师的攻击、诽谤而自杀了。这给了伽罗华很大的触动,他的思想开始倾向于共和主义。其后不久,伽罗华听从里夏尔的劝告决定进师范大学,这使他有可能继续深造,同时生活费用也有了着落。1829年10月25日伽罗华被作为预备生录取入学。

进入师范大学后的一年对伽罗瓦来说是最顺利的一年,1828年他的科学研究获得了初步成果。伽罗瓦写了几篇大文章,并提出自己的全部著作来应征科学院的数学特奖。但在这里,他又一次遭到了新挫折:伽罗瓦的手稿原来交给科学院常任秘书傅立叶,傅立叶收到手稿后不久就去世了。因而文章也被遗失了。这些著作的某些抄本落到数学杂志《费律萨克男爵通报》的杂志社手里,并在1830年的4月号和6月号上把它刊载了出来。

在师范大学学习的第一年,伽罗瓦结认了奥古斯特·舍瓦利叶,舍瓦利叶直到伽罗瓦临终前一直是他的唯一亲近的朋友。1830年7月,伽罗瓦将满19岁。他在师范大学的第一年功课行将结束。他这时写成的数学著作,已经使人有可能对他思想的独创性和敏锐性作出评价。

数学世界的顽强斗士

19世纪初,有一些数学问题一直困扰着当时的数学家们,而如何求解高次方程就是其中之一。

历史上人们很早就已经知道了一元一次和一元二次方程的求解方法。关于三次方程,我国在公元七世纪,也已经得到了一般的近似解法,这在唐朝数学家王孝通所编的《缉古算经》就有叙述。到了十三世纪,宋代数学家秦九韶在他所著的《数书九章》的“正负开方术”里,充分研究了数字高次方程的求正根法,也就是说,秦九韶那时候已得到了高次方程的一般解法。

在西方,直到十六世纪初的文艺复兴时期,才由意大利的数学家发现一元三次方程解的公式——卡当公式。

在数学史上,相传这个公式是意大利数学家塔塔里亚首先得到的,后来被米兰地区的数学家卡尔达诺(1501~1576)骗到了这个三次方程的解的公式,并发表在自己的著作里。所以现在人们还是叫这个公式为卡尔达诺公式(或称卡当公式),其实,它应该叫塔塔里亚公式。 三次方程被解出来后,一般的四次方程很快就被意大利的费拉里(1522~1560)解出。这就很自然的促使数学家们继续努力寻求五次及五次以上的高次方程的解法。遗憾的是这个问题虽然耗费了许多数学家的时间和精力,但一直持续了长达三个多世纪,都没有解决。法国数学家拉格朗日更是称这一问题是在“向人类的智慧挑战”。

1770年,拉格朗日精心分析了二次、三次、四次方程根式解的结构之后,提出了方程的预解式概念,并且还进一步看出预解式和方程的各个根在排列置换下的形式不变性有关,这时他认识到求解一般五次方程的代数方法可能不存在。此后,挪威数学家阿贝尔利用置换群的理论,给出了高于四次的一般代数方程不存在代数解的证明。

伽罗瓦通过改进数学大师拉格朗日的思想,即设法绕过拉氏预解式,但又从拉格朗日那里继承了问题转化的思想,即把预解式的构成同置换群联系起来的思想,并在阿贝尔研究的基础上,进一步发展了他的思想,把全部问题转化或归结为置换群及其子群结构的分析。

这个理论的大意是:每个方程对应于一个域,即含有方程全部根的域,称为这方程的伽罗华域,这个域对应一个群,即这个方程根的置换群,称为这方程的伽罗华群。伽罗华域的子域和伽罗华群的子群有一一对应关系;当且仅当一个方程的伽罗华群是可解群时,这方程是根式可解的。

1829年,伽罗华在他中学最后一年快要结束时,把关于群论初步研究结果的论文提交给法国科学院,科学院委托当时法国最杰出的数学家柯西作为这些论文的鉴定人。在1830年1月18日柯西曾计划对伽罗华的研究成果在科学院举行一次全面的意见听取会。他在一封信中写道:“今天我应当向科学院提交一份关于年轻的伽罗华的工作报告……但因病在家,我很遗憾未能出席今天的会议,希望你安排我参加下次会议,讨论已指明的议题。”然而,第二周当柯西向科学院宣读他自己的一篇论文时,并未介绍伽罗华的著作,这是一个非常微妙的“事故”。

1830年2月,伽罗华将他的研究成果比较详细地写成论文交上去了,以参加科学院的数学大奖评选,希望能够获奖。论文寄给当时科学院终身秘书傅立叶,但傅立叶在当年5月去世了,在他的遗物中未能发现伽罗华的手稿。就这样,伽罗华递交的两次数学论文都被遗失了。 1831年1月,伽罗华在寻求确定方程的可解性这个问题上,又得到一个结论,他写成论文提交给法国科学院。这篇论文是伽罗华关于群论的重要著作,当时负责审查的数学家泊阿松为理解这篇论文绞尽脑汁。传说泊阿松将这篇论文看了四个月,最后结论居然是“完全不能理解”。尽管借助于拉格朗日已证明的一个结果可以表明伽罗华所要证明的论断是正确的,但最后他还是建议科学院否定它。

对事业必胜的信念激励着年轻的伽罗华。虽然他的论文一再被丢失,得不到应有的支持,但他并没有灰心,他坚持他的科研成果,不仅一次又一次地想办法传播出去,还进一步向更广的领域探索。

天才的陨落

伽罗华诞生在拿破仑帝国时代,经历了波旁王朝的复辟时期,又赶上路易·腓力浦朝代初期,他是当时最先进的革命政治集团——共和派的秘密组织“人民之友”的成员,并发誓:“如果为了唤起人民需要我死,我愿意牺牲自己的生命”。

伽罗瓦敢于对政治上的动摇分子和两面派进行顽强的斗争,年轻热情的伽罗华对师范大学教育组织极为不满。由于他揭发了校长吉尼奥对法国七月革命政变的两面派行为,被吉尼奥的忠实朋友,皇家国民教育委员会顾问库申起草报告,皇家国民教育委员会1831年1月8日批准立即将伽罗瓦开除出师范大学。

之后,他进一步积极参加政治活动。1831年5月l0日,伽罗华以“企图暗杀国王”的罪名被捕。在6月155日陪审法庭上,由于共和党人的律师窦本的努力,伽罗瓦被宣告无罪当场获释。七月,被反动王朝视为危险分子的伽罗华在国庆节示威时再次被抓,被关在圣佩拉吉监狱,在这里庆祝过他的20岁生日,渡过了他生命的最后一年的大部分时间。

在监狱中伽罗华一方面与官方进行不妥协的斗争,另一面他还抓紧时间刻苦钻研数学。尽管牢房里条件很差,生活艰苦,他仍能静下心来在数学王国里思考。

伽罗瓦在圣佩拉吉监狱中写成的研究报告中写道:“把数学运算归类,学会按照难易程度,而不是按照它们的外部特征加以分类,这就是我所理解的未来数学家的任务,这就是我所要走的道路。”请注意到“把数学运算归类”这句话,道出了他的理想、他的道路。毋庸置疑,这句话系指点目前所称的群论。由于其后好几代数学家的工作,最终才实现了伽罗瓦的理想。正是他的著作,标志着旧数学史的结束和新数学史的开始。

l832年3月16日伽罗华获释后不久,年轻气盛的伽罗华为了一个舞女,卷入了一场他所谓的“爱情与荣誉”的决斗。伽罗华非常清楚对手的枪法很好,自己难以摆脱死亡的命运,所以连夜给朋友写信,仓促地把自己生平的数学研究心得扼要写出,并附以论文手稿。

他不时的中断,在纸边空白处写上“我没有时间,我没有时间”,然后又接着写下一个极其潦草的大纲。他在天亮之前那最后几个小时写出的东西,为一个折磨了数学家们几个世纪的问题找到了真正的答案,并且开创了数学的一片新的天地。

伽罗华对自己的成果充满自信,他在给朋友舍瓦利叶的信中说:“我在分析方面做出了一些新发现。有些是关于方程论的;有些是关于整函数的……。公开请求雅可比或高斯,不是对这些定理的正确性,而是对这些定理的重要性发表意见。我希望将来有人发现,这些对于消除所有有关的混乱是有益的。”

第二天上午,在决斗场上,伽罗华被打穿了肠子。死之前,他对在他身边哭泣的弟弟说:“不要哭,我需要足够的勇气在20岁的时候死去”。他被埋葬在公墓的普通壕沟内,所以今天他的坟墓已无踪迹可寻。他不朽的纪念碑就是他的著作,由两篇被拒绝的论文和他在死前那个不眠之夜写下的潦草手稿组成。

历史学家们曾争论过这场决斗是一个悲惨遭的爱情事件的结局,还是出于政治动机造成的,但无论是哪一种,一位世界上最杰出的数学家在他20岁时被杀死了,他研究数学才只有五年。

群论——跨越时代的创造

伽罗华死后,按照他的遗愿,舍瓦利叶把他的信发表在《百科评论》中。他的论文手稿过了十四年后,也就是1846年,才由法国数学家刘维尔领悟到这些演算中迸发出的天才思想,他花了几个月的时间试图解释它的意义。刘维尔最后将这些论文编辑发表在他的极有影响的《纯粹与应用数学杂志》上,并向数学界推荐。1870年法国数学家约当根据伽罗华的思想,写了《论置换与代数方程》一书,在这本书里伽罗华的思想得到了进一步的阐述。 伽罗华最主要的成就是提出了群的概念,并用群论彻底解决了根式求解代数方程的问题,而且由此发展了一整套关于群和域的理论,为了纪念他,人们称之为伽罗华理论。正是这套理论创立了抽象代数学,把代数学的研究推向了一个新的里程。正是这套理论为数学研究工作提供了新的数学工具—群论。它对数学分析、几何学的发展有很大影响,并标志着数学发展现代阶段的开始。

伽罗瓦非常彻底地把全部代数方程可解性问题,转化或归结为置换群及其子群结构分析的问题。这是伽罗瓦工作中的第一个“突破”,他犹如划破黑夜长空的一颗瞬间即逝的慧星,开创了置换群论的研究,确立了代数方程的可解性理论,即后来称为的“伽罗瓦理论”,从而彻底解决了一般方程的根式解难题。

作为这个理论的推论,可以得出五次以上一般代数方程根式不可解,以及用圆规、直尺(无刻度的尺)三等分任意角和作倍立方体不可能等结论。

对伽罗华来说,他所提出并为之坚持的理论是一场对权威、对时代的挑战,他的“群”完全超越了当时数学界能理解的观念。也许正是由于年轻,他才敢于并能够以崭新的方式去思考,去描述他的数学世界。也正因如此,他才受到了冷遇。

在这里,我们后人感受到的是一种孤独与悲哀,一种来自智慧的孤独与悲哀。但是,历史的曲折并不能埋没真理的光辉。今天由伽罗华开始的群论,不仅对近代数学的各个方向,而且对物理学、化学的许多分支都产生了重大的影响。

一生都在探索和追求——伽利略的故事

伽利略1564年生于意大利的比萨城,就在著名的比萨斜塔旁边。他的父亲是个破产贵族。当伽利略来到人世时,他的家庭已经很穷了。17岁那一年,伽利略考进了比萨大学。在大学里,伽利略不仅努力学习,而且喜欢向老师提出问题。哪怕是人们司空见惯、习以为常的一些现象,他也要打破砂锅问(纹)到底,弄个一清二楚。

眼睛盯着天花板

有一次,他站在比萨的的天主教堂里,眼睛盯着天花板,一动也不动。他在干什么呢?原来,他用右手按左手的脉搏,看着天花板上来回摇摆的灯。他发现,这灯的摆动虽然是越来越弱,以至每一次摆动的距离渐渐缩短,但是,每一次摇摆需要的时间却是一样的。于是,伽利略做了一个适当长度的摆锤,测量了脉搏的速度和均匀度。从这里,他找到了摆的规律。钟就是根据他发现的这个规律制造出来的。

失学了就努力自学

家庭生活的贫困,使伽利略不得不提前离开大学。失学后,伽利略仍旧在家里刻苦钻研数学。由于他的不断努力,在数学的研究中取得了优异的成绩。同时,他还发明了一种比重秤,写了一篇论文,题目为《固体的重心》。此时,21岁的伽利略已经名闻全国,人们称他为“当代的阿基米德”。在他25岁那年,比萨大学破例聘他当了数学教授。

举世闻名的落体实验

在伽利略之前,古希腊的亚里士多德认为,物体下落的快慢是不一样的。它的下落速度和它的重量成正比,物体越重,下落的速度越快。比如说,10千克重的物体,下落的速度要比1千克重的物体快10倍。

1700多年前以来,人们一直把这个违背自然规律的学说当成不可怀疑的真理。年轻的伽利略根据自己的经验推理,大胆地对亚里士多德的学说提出了疑问。经过深思熟虑,他决定亲自动手做一次实验。他选择了比萨斜塔作实验场。这一天,他带了两个大小一样但重量不等的铁球,一个重100磅,是实心的;另一个重1磅,是空心的。伽利略站在比萨斜塔上面,望着塔下。塔下面站满了前来观看的人,大家议论纷纷。有人讽刺说:“这个小伙子的神经一定是有病了!亚里士多德的理论不会有错的!”实验开始了,伽利略两手各拿一个铁球,大声喊道:“下面的人们,你们看清楚,铁球就要落下去了。”说完,他把两手同时张开。人们看到,两个铁球平行下落,几乎同时落到了地面上。所有的人都目瞪口呆了。伽伸利略的试验,揭开了落体运动的秘密,推翻了亚里士多德的学说。这个实验在物理学的发展史上具有划时代的重要意义。

制成了第一架望远镜

哥白尼是波兰杰出的天文学家,他经过40年的天文观测,提出了“日心说”的理论。他认为宇宙的中心是太阳,而不是地球。地球是一个普通的行星,它在自转的同时还环绕太阳公转。伽利略很早就相信哥白尼的“日心说”。1608年6月的一天,伽利略找来一段空管子,一头嵌了一片凸面镜,另一头嵌了一片凹面镜,做成了世界上第一个小天文望远镜。实验证明,它可以把原来的物体放大3倍。伽利略没有满足,他进一步改进,又做了一个。他带着这个望远镜跑到海边,只见茫茫大海波涛翻滚,看不见一条船。可是,当他拿起望远镜往远处再看时,一条船正从远处向岸边驶来。实践证明,它可以放大8倍。伽利略不断地改进和制造着,最后,他的望远镜可以将原物放大32倍。

证实哥白尼的“日心说”

每天晚上,伽利略都有用自己的望远镜观看月亮。他看到了月亮上的高山、深谷,还有火山的裂痕。后来又开始观看太空,探索宇宙的奥秘。他发现,银河是由许多小星星汇集而成的。他还发现,太阳里面有黑斑,这些黑斑的位置在不断地变化。因此他断定,太阳本身也在自转。伽利略埋头观察,以无可辩驳的事实,证明地球在围着太阳转,而太阳不过是一个普通的恒星,从而证明了哥白尼学说的正确。1610年,伽利略出版了著名的《星空使者》。人们佩服地说:“哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙。”

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