1、第四讲科学家人文精神与科学精神第四讲科学家人文精神与科学精神教师科学素养课程组1/18 伦琴于伦琴于18951895年发觉年发觉X X射线射线,他在汇报中还附他在汇报中还附有一张他夫人手骨骼照片有一张他夫人手骨骼照片.这为医疗疹断提供了这为医疗疹断提供了强有力新伎俩强有力新伎俩,藏匿着极大商机藏匿着极大商机.德国柏林通用德国柏林通用电气企业电气企业,提出用高价来换取伦琴提出用高价来换取伦琴X X光和末来一光和末来一切物剪发觉专利权切物剪发觉专利权 ,但遭到拒绝但遭到拒绝.伦琴说伦琴说:“:“专专利是什么利是什么?打算把打算把X X光一个人独占吗光一个人独占吗?,?,它它不是我创造不是我创造,我
2、仅仅是发觉了它我仅仅是发觉了它,它千古它千古以来就存在着以来就存在着.所以所以,X,X光是全人类财产光是全人类财产,不是我个人财产不是我个人财产,也不应该受任何集团也不应该受任何集团控制控制,这些发觉和创造绝不应该受专利这些发觉和创造绝不应该受专利.”.”一、科学家人文精神一、科学家人文精神为全人类谋福利为全人类谋福利-伦琴不为伦琴不为X射线申请专利射线申请专利2/18热爱祖国热爱祖国-钱学森等冲破重重阻力回国钱学森等冲破重重阻力回国 建国早期从海外归来科学家很多建国早期从海外归来科学家很多 如：李四光、张钰哲、童弟周、赵忠尧、萨本栋、周培源、余如：李四光、张钰哲、童弟周、赵忠尧、萨本栋、周培
3、源、余瑞璜、孟昭英、钱伟长、黄昆、谢希德、瑞璜、孟昭英、钱伟长、黄昆、谢希德、王淦昌、钱学森、钱三王淦昌、钱学森、钱三强、何泽慧、郭永怀、张文裕、王竹溪、王大珩、彭桓武、邓稼强、何泽慧、郭永怀、张文裕、王竹溪、王大珩、彭桓武、邓稼先先 他们为何要从条件优越海外归来？华罗庚于他们为何要从条件优越海外归来？华罗庚于1950年在归国途中年在归国途中致中国全体留美学生公开信致中国全体留美学生公开信回答了这个问题回答了这个问题：“为了选择真为了选择真理，我们应该回去；为了国家民族，我们应该回去；为了为人民理，我们应该回去；为了国家民族，我们应该回去；为了为人民服务，我们应该回去；就是为了个人，也应该早日
4、回去，建立我服务，我们应该回去；就是为了个人，也应该早日回去，建立我们工作基础，为我们伟大祖国建设和发展而奋斗！们工作基础，为我们伟大祖国建设和发展而奋斗！”现在有现在有“春晖计划春晖计划”。3/18为真理而斗争为真理而斗争 -伽利略为捍卫日心说不怕坐牢伽利略为捍卫日心说不怕坐牢 伽俐略(15641642年)意大利物理学家.他以极大勇气批判了亚里士多德错误观点开创了物理学新纪元,以后被牛顿称为“力学拓荒者”。伽俐略他还用自己创造望远镜观察天体，以所观察到事实证实日心说正确性。鉴于此，16，他被教会列入黑名单；16受到正式警告；16被传到罗马，教主当面下令，不准宣传日心说。但伽俐略，不顾这些，反
5、而写出了两大世界体系对话来大力宣传日心说。1633年，再次被传唤到罗马，受到连续四个月刑讯逼供，并被判刑终生监禁。监禁中，要他在三年内每七天都要背诵圣经中7首忏诲诗，要他公开收回日心说“邪说”。监禁中伽俐略坚持科学研究，又写出了两门新科学对话偷偷送到荷兰出版,书送到手中时，他已奄奄一息。300多年后1992年，罗马教会成立了一个由六位诺贝尔物理学奖得主组成专门委员会对伽俐略案进行重新审理，并宣告为伽俐略平反。4/18不向恶魔低头不向恶魔低头 -爱因斯坦勇于反对希特勒爱因斯坦勇于反对希特勒 19331933年年1 1月，希特勒上台后，狂热地推行反共和反犹政策，对一月，希特勒上台后，狂热地推行反共
6、和反犹政策，对一切犹太人、和平人士和共产党人进行镇压和屠杀。爱因斯坦即使是享切犹太人、和平人士和共产党人进行镇压和屠杀。爱因斯坦即使是享誉世界大物理学家，但他是犹太人、又是和平主义者，并经常在公众誉世界大物理学家，但他是犹太人、又是和平主义者，并经常在公众场所批评希特勒反动政策。于是希特勒发怒了，他狂叫：即是象爱因场所批评希特勒反动政策。于是希特勒发怒了，他狂叫：即是象爱因斯坦这么犹太人也要滚蛋！斯坦这么犹太人也要滚蛋！于是，于是，5 5月，纳粹冲锋队抄了爱因斯坦在柏林家，查封了他在卡月，纳粹冲锋队抄了爱因斯坦在柏林家，查封了他在卡普特别墅，公开烧毁爱因斯坦著作。但爱因斯坦没屈服，于普特别墅，
7、公开烧毁爱因斯坦著作。但爱因斯坦没屈服，于8 8月月3131日日公开发表揭露希特勒罪行褐皮书。希特勒再次发怒了，悬赏两万马克公开发表揭露希特勒罪行褐皮书。希特勒再次发怒了，悬赏两万马克提取爱因斯坦头颅。为了躲避纳粹迫害，爱因斯坦于提取爱因斯坦头颅。为了躲避纳粹迫害，爱因斯坦于9 9月月9 9日星夜渡海日星夜渡海抵达英国。纳粹特务穷追不舍。抵达英国。纳粹特务穷追不舍。1010月月1010日，他又远涉重洋来到美国，日，他又远涉重洋来到美国，才得以安身。才得以安身。5/18 以德报怨以德报怨 法拉弟善对老师法拉弟善对老师 戴维是法拉弟恩人和老师，法拉弟对老师非常尊重。但当法拉戴维是法拉弟恩人和老师，
8、法拉弟对老师非常尊重。但当法拉弟在科学研究上显露出才华并有可能超出自己时候，这位老师对法弟在科学研究上显露出才华并有可能超出自己时候，这位老师对法拉弟又尤其忌妒。拉弟又尤其忌妒。在发觉通电导体绕着磁体转动试验过程中，法拉弟取得了重大在发觉通电导体绕着磁体转动试验过程中，法拉弟取得了重大进展。可有些人在报刊上诬陷法拉弟瞟窃他人结果，对法拉弟声誉进展。可有些人在报刊上诬陷法拉弟瞟窃他人结果，对法拉弟声誉和人格造成极大损伤。戴维是知情人，完全能够站出来说公道话，和人格造成极大损伤。戴维是知情人，完全能够站出来说公道话，但他对此保持缄默。以后得知，这个诬陷者正是戴维。但他对此保持缄默。以后得知，这个诬
9、陷者正是戴维。在推选法拉弟进入英国皇家学会时候，作为皇家学会会长戴维在推选法拉弟进入英国皇家学会时候，作为皇家学会会长戴维是唯一投反对票会员。当然，这给戴维本人也带来是不幸，使他从是唯一投反对票会员。当然，这给戴维本人也带来是不幸，使他从此威信扫地。此威信扫地。但法拉弟并不所以记恨他，以高姿态一如既往地对待自己老师。但法拉弟并不所以记恨他，以高姿态一如既往地对待自己老师。这被传为佳话。这被传为佳话。6/18二二 科学家文学艺术涵养科学家文学艺术涵养钱学森论科学与艺术关系钱学森论科学与艺术关系:“从思维科学角度看从思维科学角度看,科学工作总是从一个猜测开始科学工作总是从一个猜测开始,然然后才是科
10、学论证。换言之，科学工作是源于形象思维，终后才是科学论证。换言之，科学工作是源于形象思维，终于逻辑思维。形象思维源于艺术，所以科学工作先是艺术，于逻辑思维。形象思维源于艺术，所以科学工作先是艺术，后是科学。相反，艺术工作必须对事物先有个科学认识，后是科学。相反，艺术工作必须对事物先有个科学认识，然后才是艺术创作。在过去，人们总只看到后二分之一，然后才是艺术创作。在过去，人们总只看到后二分之一，所以把科学与艺术分家，而其实是分不了家，科学需要艺所以把科学与艺术分家，而其实是分不了家，科学需要艺术，艺术也需要科学。术，艺术也需要科学。”科学是准确化艺术；艺术是感情化科学。科学是准确化艺术；艺术是感
11、情化科学。7/18 达达芬奇与物理学芬奇与物理学-他率先提出永动机不能造成他率先提出永动机不能造成 恩格斯对达恩格斯对达芬奇评价：文艺复兴芬奇评价：文艺复兴“是一次人类从来没有经历是一次人类从来没有经历过最伟大、进步变革，是一个需要巨人而且产生了巨人时代。过最伟大、进步变革，是一个需要巨人而且产生了巨人时代。”其中最具代表性巨人就是达其中最具代表性巨人就是达芬奇。他芬奇。他“不但是大画家，而且是大不但是大画家，而且是大数学家、力学家和工程师，他在物理学各种不一样部门都有主要数学家、力学家和工程师，他在物理学各种不一样部门都有主要发觉。发觉。”光学上他首先提出光波动说、光传输机制和光强度与距离成
12、反光学上他首先提出光波动说、光传输机制和光强度与距离成反比思想。力学方面，他指出：比思想。力学方面，他指出：“物体对空气阻力和空气对物理力物体对空气阻力和空气对物理力一样大一样大”；“重力是沿着物体到世界中心线作用。重力是沿着物体到世界中心线作用。”在均匀密度在均匀密度空气中空气中“重物下落时每一份时间要比前一份时间增加一份运动，重物下落时每一份时间要比前一份时间增加一份运动，成算术序列。成算术序列。”最主要是他率先指出：永动机探索者们！你们在最主要是他率先指出：永动机探索者们！你们在这些探索中白白浪费了多少时间！这些探索中白白浪费了多少时间！”“不可能重物下降后又回到不可能重物下降后又回到原
13、来高度，不论用多少时间。原来高度，不论用多少时间。”8/18 爱因斯坦与音乐爱因斯坦与音乐-音乐使他思想插上了想象翅膀音乐使他思想插上了想象翅膀 音乐，不但对科学研究有直接音乐，不但对科学研究有直接“诱发诱发”作用和起美学标准作用，作用和起美学标准作用，而且还有丰富了科学家科学思想中浪漫主义成份而且还有丰富了科学家科学思想中浪漫主义成份即科学研究中即科学研究中非逻辑思维非逻辑思维作用。爱因斯坦便是这方面经典。他在创建当代物作用。爱因斯坦便是这方面经典。他在创建当代物理学过程中，非逻辑科研方法发挥了其它方法无法替换作用，而这理学过程中，非逻辑科研方法发挥了其它方法无法替换作用，而这种方法形成又与
14、他热爱音乐有亲密关系。种方法形成又与他热爱音乐有亲密关系。“独立独立”不但是爱因斯坦在人权上追求，也是他科学思想中最具不但是爱因斯坦在人权上追求，也是他科学思想中最具特色东西。他年青时就构想出了神奇特色东西。他年青时就构想出了神奇“追光试验追光试验”和和“升降机试验升降机试验”，那让人难以接收，那让人难以接收“狭义相对论狭义相对论”和跑得更远和跑得更远“广义相对论广义相对论”就就是在此基础上创建起来。是在此基础上创建起来。9/18伏尔泰与法国启蒙运动伏尔泰与法国启蒙运动 -他热情宣传牛顿他热情宣传牛顿原理原理 18世纪，继意大利文艺复兴运动之后、英国先进思想传入了法国，在法世纪，继意大利文艺复
15、兴运动之后、英国先进思想传入了法国，在法国掀起了一场为资产阶级革命鸣锣开道伟大国掀起了一场为资产阶级革命鸣锣开道伟大“启蒙运动启蒙运动”。“理性理性”是是“启启蒙蒙”关键，而牛顿关键，而牛顿原理原理是是“理性理性”基础。基础。伏尔泰是启蒙运动领袖人物。他有一段名言：伏尔泰是启蒙运动领袖人物。他有一段名言：“一些著名人士在讨论谁一些著名人士在讨论谁是最伟大人物，是凯撒、亚力山大、成吉思汗，还是克伦威尔？有些人说毫是最伟大人物，是凯撒、亚力山大、成吉思汗，还是克伦威尔？有些人说毫无疑问是艾萨克无疑问是艾萨克牛顿。这是非常正确。我们应该尊敬推崇用真理力量来征牛顿。这是非常正确。我们应该尊敬推崇用真理
16、力量来征服我们头脑人，而不是靠暴力奴役我们人；是认识宇宙人，而不是歪曲宇宙服我们头脑人，而不是靠暴力奴役我们人；是认识宇宙人，而不是歪曲宇宙人。人。”。1724年，访英回国后，他出版了访问录年，访英回国后，他出版了访问录哲学通信哲学通信。书中，以相。书中，以相当大篇幅介绍牛顿当大篇幅介绍牛顿原理原理，它是法国人了解牛顿入门书。以后，他还出版，它是法国人了解牛顿入门书。以后，他还出版了了牛顿形而上学牛顿形而上学和和牛顿哲学牛顿哲学等著作。等著作。在伏尔泰影响下，他朋友阿尔伽罗迪写了在伏尔泰影响下，他朋友阿尔伽罗迪写了牛顿主义妇女读物牛顿主义妇女读物，这是，这是宣传牛顿哲学普及读物中最流行一本。伏
17、尔泰女友沙特莱夫人，第一个将宣传牛顿哲学普及读物中最流行一本。伏尔泰女友沙特莱夫人，第一个将原理原理译成了法文，这对在法国传输牛顿学说起了非同小可作用。译成了法文，这对在法国传输牛顿学说起了非同小可作用。10/18学历史德布罗意学历史德布罗意 -提出了物质波新观点提出了物质波新观点 爱因斯坦建立光电效应方程时，提出爱因斯坦建立光电效应方程时，提出“光量子光量子”概念，它区分概念，它区分于波，但又绝不是牛顿粒子。实际上指出了光含有波粒二象性。于波，但又绝不是牛顿粒子。实际上指出了光含有波粒二象性。1923年法国德布洛意想到：大家都公认电子是粒子，那么电子是年法国德布洛意想到：大家都公认电子是粒子
18、，那么电子是否也有波动性呢否也有波动性呢?对称性表达在波方面对称性表达在波方面,也应表达在粒子方面也应表达在粒子方面.对电子对电子我们对它我们对它“把粒子图象想是太多把粒子图象想是太多,而过分地忽略了波图象而过分地忽略了波图象?”1925年年,美美国戴维逊用电子流得到了衍射图样国戴维逊用电子流得到了衍射图样,证实了德布洛意假说。从此，证实了德布洛意假说。从此，“光量子光量子”和和“电子波电子波”一起揭示了微观世界一幅完整图象。一起揭示了微观世界一幅完整图象。值得注意是，德布洛意是学历史，因为时代和他哥哥影响转搞物值得注意是，德布洛意是学历史，因为时代和他哥哥影响转搞物理。他提出理。他提出“物质
19、波物质波”新观点时，利用了新观点时，利用了“类比类比”方法，这种方法也方法，这种方法也就是历史研究中就是历史研究中“以史为鉴以史为鉴”方法。他以后成为研究科学史教授方法。他以后成为研究科学史教授.11/18 物理学家兼音乐家物理学家兼音乐家 赫姆霍兹提出赫姆霍兹提出“力守恒律力守恒律”亥姆霍兹从小就对音乐有锐敏鉴赏能力。当他成长为科学家后，就从亥姆霍兹从小就对音乐有锐敏鉴赏能力。当他成长为科学家后，就从物理学和生理学角度对音乐进行了深入研究。他研究单音时，就假定人体物理学和生理学角度对音乐进行了深入研究。他研究单音时，就假定人体内有许多不一样长度神经纤维，每根纤维对一定波长或音高能作出共呜反内
20、有许多不一样长度神经纤维，每根纤维对一定波长或音高能作出共呜反应，认为它正象乐器不一样长度弦与音高对应一样。他还以试验确定了人应，认为它正象乐器不一样长度弦与音高对应一样。他还以试验确定了人耳能够听到最高音和最低音以及介于二者间能够辩别音调数。其研究结果耳能够听到最高音和最低音以及介于二者间能够辩别音调数。其研究结果至今还没过时。由此，他开辟了当代生理声学领域至今还没过时。由此，他开辟了当代生理声学领域,也丰富了当代物理声学也丰富了当代物理声学内容。内容。同时，他在提琴科学研究方面也取得突出成就。另外，他还对音乐同时，他在提琴科学研究方面也取得突出成就。另外，他还对音乐史进行了研究，说明了音乐
21、发展基本趋势。因为他在音乐上特殊贡献，当史进行了研究，说明了音乐发展基本趋势。因为他在音乐上特殊贡献，当代音乐家词典中都有亥姆霍兹大名。代音乐家词典中都有亥姆霍兹大名。在物理学方面，他成绩卓著，最著名就是用公理化方法提出了在物理学方面，他成绩卓著，最著名就是用公理化方法提出了“力守力守恒定律恒定律”（即能量转化和守恒定律）、电磁学亥姆霍兹线圈等。（即能量转化和守恒定律）、电磁学亥姆霍兹线圈等。12/18三三、科学家、科学家 科学精神与科学精神与科学发觉 严谨求实严谨求实-玛丽居里夫妇花玛丽居里夫妇花4年时间提炼镭年时间提炼镭 1898年年12月，居里夫妇发觉了比铀放射性强月，居里夫妇发觉了比铀
22、放射性强200倍新元素镭，倍新元素镭，轰动了世界。但有化学家提出疑问：轰动了世界。但有化学家提出疑问：“没有原子量就没有镭，把没有原子量就没有镭，把镭拿出来看看。镭拿出来看看。”为了把镭分离出来，居里夫妇在试验棚里花了为了把镭分离出来，居里夫妇在试验棚里花了45个月时间，不畏严寒不畏酷暑，经历个月时间，不畏严寒不畏酷暑，经历5677次试验，次试验，458次分离失败，次分离失败，用原始试验伎俩，从用原始试验伎俩，从8吨沥青矿碴中提炼出了吨沥青矿碴中提炼出了0.1 克镭，测得了它原克镭，测得了它原子量。所以，居里夫妇取得了诺贝尔化学奖。子量。所以，居里夫妇取得了诺贝尔化学奖。13/18 信念执着信
23、念执着-法拉弟用十年探索电磁感应定律法拉弟用十年探索电磁感应定律 人们接触电和磁现象历史很久远，直到16世纪，英国吉尔伯特才对这两种现象进行了系统研究，但他最终结论是：电和磁互不相关。这种观点影响物理学界近两百年，直到18，丹麦奥斯特在发觉了电流磁效应，才使电和磁联络起来了。电能生磁，那么磁也应该能生电，这是物理学家惯用对称思维方法，于是他们开始了艰难探索，其代表人物就是法拉弟。探索过程娄娄受挫，但法拉弟坚信“自然是统一”，他经过千百次失败也不气馁，终于在1831年10月17日发觉了电磁感应定律。14/18 勇于创新勇于创新-爱因斯坦建立相对论新概念爱因斯坦建立相对论新概念 伽利略建立他力学理
24、论时，伽利略建立他力学理论时，提出著名相对性原理：即力学规律在一切惯性系中等价。提出著名相对性原理：即力学规律在一切惯性系中等价。爱因斯坦在建立狭义相对论时，爱因斯坦在建立狭义相对论时，提出了狭义相对性原理：即物理规律在一切惯性系中等价；光传提出了狭义相对性原理：即物理规律在一切惯性系中等价；光传输速度与光源运动无关。输速度与光源运动无关。爱因斯坦在建立广义相对论时，爱因斯坦在建立广义相对论时，提出了广义相对性原理：即物理规律在一切参考系中等价；局部提出了广义相对性原理：即物理规律在一切参考系中等价；局部非惯性系与均匀引力场等效。非惯性系与均匀引力场等效。15/18 艰辛奋斗艰辛奋斗-开普勒在
25、困境中寻找行星运开普勒在困境中寻找行星运动定律动定律 开普勒是因发觉行星运动三定律闻名于世物理学家和数学家.而他成就是在极其艰难条件下取得.美国数学史家霍德华伊夫斯说:各种各样几乎难以忍受人间不幸伴随了他一生.”首先是家庭不幸:父亲早逝;母亲坐牢;婚姻不美;孩子夭折.第二是残废和疾病:他是7个月早产儿；幼年得了天花和猩红热导至双目击者高度近视，双手轻度残废而显得苯拙第三是他人嫉妒：他导师逝世前把自己长达天文观察资料没传给家人而传给了开普勒，于是他们联合起来找开普勒麻烦第四受教会歧视和迫害大学毕业后，他因宣传哥白尼学说而找不到工作，只好到奥地利谋生。他哥白尼天文概要被列为禁书。第五是宗教冲突。1
26、598年，在奥地利宗教冲突中被开除；1626年，险遭宗教狂热分子杀害。第六，终生贫困。因教会歧视，他工资一再被削减和拖欠，不得不靠算命争“外快”糊口。1630年10月，他带着“白条”赴京城讨要工资时，病死途中。16/18不迷信权威不迷信权威 莱特弟兄创造飞机莱特弟兄创造飞机 1865年，英国皇家协会主席，开尔文勋爵汤姆逊曾断言：“比重比空气还轻飞行器是不可想象。”同时代发出“飞机不可能”论调大科学家还有：法国数学家、天文学家勒让德、德国大创造家西门子、德国物理学家赫姆霍兹、美国天文学家纽康。但莱特弟兄不迷信这些权威“理论”，克服种种困难，终于在19造成出了世界上第一架飞机。第一次飞行留空时间很
27、短，只有12秒时间，飞了约36.6米，但这是一项伟大成就：它是人类历史上第一次有动力、载人、连续、稳定、可操纵重于空气飞行器首次成功飞行。这次飞行含有十分深远历史意义，为人类征服天空揭开了新一页，也标志着飞机时代降临。11时20分，威尔伯莱特又驾驶飞行者一号作了第二次飞行，也取得了成功，留空时间约11秒，飞行距离约60米。奥维尔作了第三次飞行，留空时间15秒，飞行距离61米。第四次也是当日最终一次飞行由威尔伯驾驶，取得了成功并到达当日最好成绩：留空时间59秒，飞行距离260米。17/18 甘当人梯甘当人梯 玻尔与哥本哈根学派玻尔与哥本哈根学派 玻尔因提出氢原子能级假说正确解释氢光谱而闻名于世，并获1922诺贝尔物理学奖。19哥本哈根成立理论物理学研究所，玻尔就任所长。玻尔平易近人，尤其是对年青一代倍加爱护，不遗余力地培养。于是,众多才华横溢青年科学家纷至沓来，使该所很快就成为世界上主要科研中心之一。由此形成了哥本哈根学派。致使十几个世界一流物理学家在2030岁左右就脱颖而出了。玻恩、海森堡、约尔丹、泡利、罗森菲耳德以及前苏联福克和朗道等人，这些诺贝尔奖金取得者都出自玻尔门下。还有一大批物理学家也是吸吮着哥本哈根学派乳汁而成长，如狄拉克、德布罗依、德拜、考斯特等人。18/18
