科普-中华学生百科全书-第393部分

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数确定以后，就可以得知　1　公斤重的物体在地球上所受的引力。因此，卡文
迪许第一个算出了地球的质量约为　6×1021吨，与今天测得的地球质量　5．983
×1021　吨十分吻合。当时有一位科学家曾称誉卡文迪许是第一个给地球“过
磅”的人。
卡文迪许对电学的发展也做出了巨大的贡献。他提出静电电容、电容率、
电势等概念，揭示了静电荷聚集在导体表面上的事实，这是他在研究电荷间
作用力时得到的重要结论。卡文迪许对电磁理论的重要基础之一——库仑定
律的建立也做出了贡献，他独自做了许多实验，用数学方法证明了电荷之间
的作用力与距离的关系。
但是，卡文迪许当时所做的许多电学实验在半个世纪之后才在他的笔记
中发现。实际上，他和库仑同时得出了电相互作用和磁相互作用的全部定律。
同时，卡文迪许的电学实验也证明了他献身科学的超人精神。他没有创
制仪器的才能，他是以一种非常直接的方法——用电流或电荷来冲击自己的
身体，根据疼痛的程度来测量电流强度的。
在化学方面，卡文迪许同样取得了很大的成就。1766　年，他发现了化学
元素周期表上的第一号元素——氢。同一年，他把一些早期的研究成果写信
通知皇家学会，描述了他把酸和金属作用产生一种可燃性气体的研究工作。
这种气体以前已有人研究过，而卡文迪许是第一个系统地研究它的性质的
人。卡文迪许是最先用测定一定体积的不同气体的重量来确定气体密度的
人。他还发现氢气很轻而且易于燃烧。
他研究了二氧化碳的性质，指出腐烂和发酵产生的气体与大理石受酸作
用而产生的气体相同。他提出了一个十分重要的概念——当量。他还研究了
空气的组成，并在用电火花通过氧与普通空气的混合实验中，证明了空气中
有惰性气体的存在，并指出，惰性气体的体积不会超过空气中全部气体的

1／120，这个断言后来被证实了。
卡文迪许的另一贡献是发现了水的组成。1766　年，他通过氢、氧的火花
放电而得到水，查明水是由氢、氧组成的化合物，推翻了水、土、气、火的
四元素学说，为近代化学的创立做出了贡献。这一年，他又通过氧、氮的火
花放电制得了硝酸。
1760　年，卡文迪许被选为英国皇家学会会员。但是，卡文迪许素以“科
学怪人”著称。他一生总是独来独往，很少与人交往。尽管他很富有，但对
财产和荣耀看得很轻。在他漫长的一生中，只发表了为数不多的几篇论文。
他去世后，人们发现他有　100　万英镑存款和　20　捆笔记。1879　年，麦克斯韦
将这些笔记整理出版后，人们才了解到他对科学事业所做出的巨大贡献。
著名科学家爱因斯坦曾将研究人员分为　3　种：一种人从事科学工作是因
为科学工作给他们提供了施展特殊才能的机会；一种人把科学看成是谋生的
手段；最后一种人则是为数不多的真正献身者，他们对科学所做出的贡献最
大。卡文迪许是真正把自己的一生和所有的一切都献给了科学事业的科学
家，他不愧为献身科学的光辉典范。
卡文迪许去世后，物理学、化学事业突飞猛进地发展。为了纪念这位富
于献身精神的科学家，1871　年开始筹建以卡文迪许命名的实验室，并于　1872
年在剑桥大学破土动工，于　1873　年建成。
卡文迪许实验室的建立，是科学实验史上的一个里程碑，标志着科学研
究由个体、自由式研究的组织形式转变成集体的、合作式研究。
卡文迪许实验室不仅奠定了现代物理学的基础，而且对现代工业的发展
起了积极的促进作用。

数学王子——高斯

19　世纪前期，德国数学家高斯在近代科学研究领域里，以其数学研究的
辉煌成果，被世人公认为继牛顿之后的最伟大的数学家，被人们誉为“数学
王子”。
1777　年　4　月　30　日，高斯出生在德国布劳恩什维格城郊的一个小村。他
爷爷是个农民，父亲是个短工，母亲是石匠的女儿。在高斯的家族中没有一
个读书人。高斯小的时候，家里非常贫困，连油灯都买不起，高斯只好把一
个大萝卜挖去了心，塞进一块油脂，插上一根灯芯，做成一盏灯用来读书。
高斯天资聪明。在还没上学的时候，一天夜晚，他站在一旁观看父亲算
帐。父亲算来算去，好不容易才算出了总和。可小高斯在一旁却说：“爸爸，
你算错了，总数应该是……”父亲连忙重算了两遍，果然是小高斯说对了。
在读小学的时候，有一位城里来的老师很看不起他们这些穷孩子，动不
动就出一些难题，让学生们算上一堂课。有一天，这位老师上课时又出了一
道难题：“今天，你们都给我算　1　加　2　加　3……加　100　的和。谁算不出来，
就别想回家吃饭！”他话音刚落，高斯站起来答道：“老师，我算出来了，
等于　5050。”老师怀疑地问：“你是不是算过这道题？”高斯答道：“我没
算过。”于是高斯就把他算的过程说了一遍：“听完题后我就想，　1　加　100
等于　101，2　加　99　也等于　101，直到50　加　51　都是　101，即每两个头和尾挨着
数相加，和数都是一样的。这样就总共有　50　个　101，用　101　乘　50　不就等于
5050　吧！”这个老师听了高斯的回答，深受震动，他改变了对这群穷学生的
鄙视态度。原来高斯用的方法是古代数学家经过长期努力才找到的求等差级
数和的方法。
高斯的勤奋学习精神和出类拔萃的才华，感动了校长，他向当地权威韦
尔特公爵报告发现了“神童”。韦尔特立即接见了小高斯。并慷慨解囊资助
高斯上学读书。高斯顺利地读完了小学和中学，15　岁进入卡罗林学院，后又
进入哥廷根大学深造。
1799　年，高斯从哥廷根大学毕业，回到他的故乡。他在家乡写下了一系
列光辉的科学论文，使他　1807　年先后获得了哥廷根大学天文学教授和哥廷根
台台长的职位。从此，他就迁到哥廷根定居，直到逝世。
高斯在数学领域为人类做出了卓越的贡献，当时是没有人能够超过他
的。那么让我们看一下他在数学领域的功绩。
1788　年，在他年仅　11　岁的时候，就发现了二项式定理。1794　年开始从
事研究测量误差，提出了最小二乘法，在　1826　年前后，连续出版了三部关于
最小二乘法的著作。在　1799　年，他证明了代数学的一个基本定理：实系数代
数方程必有根。1801　年，出版了《算术研究》一书，开创了近代数论。1818
年，他提出了关于非欧几里德可能性的思想，虽然在生前没有发表，可实际
上他已经是非欧几里德几何学的创始人之一。1827　年，他又建立了微分几何
中关于曲面的系统理论——这是微分几何的开端，著有《曲面的一般研究》
一书。1831　年，他建立了复数的代数学，用平面上的点来表示复数，破除了
复数的神秘性。另外，他沿着拉普拉斯的思想，继续发展了概率论。此外，
他还研究了向量分析，关于正态分布的正规曲线、质数定理的验算等。在数
学的许多方面都取得了出色的成果。
高斯还是一个多才多艺的人，他不仅在数学上无人可比，同时在天文学、

物理学直至测地学等方面也都有较深的造诣。
在天文学方面，高斯研究了月球的运转规律；还创立了一种可以计算星
球椭圆轨道的方法，可以极准确地预测出行星的位置。他利用这种计算和最
小二乘法，算出了意大利天文学家皮亚齐发现的谷神星的轨道，并于　1802
年发现了智神星的位置。他在　1809　年出版了《天体运动论》，阐述了星球的
摄动理论。
在物理学方面，高斯与德国物理学家韦伯合作，一道建立了电磁学中的
单位制，并于　1833　年首创了电磁铁电报机。高斯还在库仑定律的基础上，提
出了高斯定律，它是静电作用的基本定律之一。库仑定律只能描述点电荷的
场，而高斯定律把库仑定律推广到连续分布的电荷所产生的场。库仑定律告
诉我们电荷已知时如何求场，而用高斯定律则可以在电场已知时确定这一区
域有多少电荷。
在测地学方面，高斯发明了“日光反射器”，并写出了《对高等大地测
量学对象的研究》一书。为了研究地球表面，1822　年他在地图投影中采用了
等角法，1827　年写出了《曲面的一般研究》一书。
高斯还发表了地磁理论，绘出了世界上第一张地球磁场图，写出了磁南
极和磁北极的位置。
高斯在如此众多领域，取得了如此重大的成果。可是他从不把自己看成
只配做大事的伟人，而每一项研究都自己亲手从最基础的事情做起。
更值得一提的是，高斯还具有认真严谨的治学精神。他　不管做什么工作，
都力求认真，反复琢磨，以达到尽善尽美。所以高斯有许多伟大的发现，是
在他逝世后，人们在他的日记遗稿中才得知的。
高斯　1855　年　2　月　23　与世长辞了，他以其对数学和其他领域的卓越贡献，
赢得了同代人的广泛尊敬。一位数学家用这样的语言赞誉高斯的地位：“如
果我们把　18　世纪的数学家想象为一系列的高山峻岭，那么最后一个使人肃然
起敬的峰巅便是高斯。”

法拉第

法拉第于　1791　年　9　月　23　日出生于英国一个铁匠家庭，家境非常贫困，
他们兄弟姐妹总共有　10　人。当他读到小学二年级的时候，就因生活贫困而被
迫停学了。12　岁的法拉第为了生活所迫上街卖报；13　岁时，又到一家印书作
坊当了订书童工。
这个印书作坊为法拉第提供了一个很好的学习场所。他的学习热情非常
高。白天，他拼死拼活抓紧时间干完大大超过他劳动能力的装订任务；夜晚
他躺在简陋的童工屋里，拼命读书。他当了　7　年的装订工，学到了丰富的文
化科学知识。他特别喜欢读《大英百科全书》中的电学文章。就这样法拉第
靠自己的力量迈入了科学的大门。
有一天，一位顾客来作坊办事，听说他酷爱科学技术，就把自己的一张
皇家研究所教授戴维举办的通俗化学讲座入场券给了他。他听后深受教益。
他整理了笔记，又给笔记精心加进彩色插图，接着用自己高超的装订技术装
订成一本很漂亮的书。他忘掉了自己的地位和处境，忘掉了与戴维素昧平生，
他渴望得到戴维的指导。他写了一份要求给戴维当助手的申请书，把书和信
一并寄给了戴维。这一举动不仅使戴维感动，而且还使戴维惊讶。于是戴维
满腔热忱地写了回信，1　个月以后戴维又同意让他做了自己的助手。有人向
戴维建议说：“让他刷洗瓶子好了，如果他是个好样儿的，就会干这份工作，
假如他拒绝，那就是个无用之人。”戴维采纳了这一建议。
于是，22　岁的法拉第接受了刷洗瓶子的差事。这个工作的工资比当装订
工时还低。实际上是当一名“杂工”。
戴维是博学多识的科学家，在当时已经很有名气。在戴维的一生中，更
被人们称道的是他发现和培养法拉第的“伯乐”精神。
法拉第在工作中任劳任怨，干好戴维交给他的一切工作，并且虚心地向
戴维学习科学知识。戴维为了进行科学调查，与夫人一同去欧洲旅行。法拉
第作为“仆人”随同前往。法拉第通过这为期一年半的长途旅行，掌握了科
学研究方法，增长了见识，开阔了眼界。从此他真正开始了他的科学研究工
作。
人类对磁的认识，已有很悠久的历史，但一直没有把它和电联系起来。
中国古代，人们很早就发现了磁石吸铁现象，所以把它叫做“慈石”，意思
是它像慈母一样，能把周围的铁吸到身边。战国末期，中国人又利用磁石的
指南特性，制成了指南针，为人类文明做出了贡献。但是那时人们对磁现象
迷惑不解。直到　1820　年，丹麦物理学家奥斯特研究了电流在导线中的流动情
况，发现了电与磁的关系，从而启发了人们开始对电磁关系的研究。奥斯特
发现，通电的导线能够扰乱罗盘中的磁针。法国物理学家阿喇果发现电能生
磁。
这时的法拉第对电磁产生了更加浓厚的兴趣。他想：既然电能生磁，那
么磁也一定能生电。于是他在笔记本中豪迈地写下了“用磁生电”的誓言。
经过　10　年不懈的探索，法拉第终于发现了电磁感应原理，在这　10　年中
他做了各式各样的实验。
他在一张纸上撒上一层极细的铁屑，在纸下面放一块磁铁，然后轻轻地
敲这张纸。这时，受到震动的铁屑沿着一条条磁线从磁体的北极到南极整齐
地排列了起来。法拉第断定这是人眼看不见的“磁力线”。

通过实践法拉第发现了磁生电的瞬间电流。他要寻求的是更大的目标。
接着他又做了一项非常著名的实验。他用一个永磁体相当于线圈做一出一进
的连续运动，这时虽然没有任何电源，但只要有永磁体相对线圈的运动，也
就是说只要有磁力线切割过线圈，电流计上就标示出了线圈中电流的发生。
这一实验导致了　1831　年历史上独一无二的最伟大的电学发明，第一台发电机
问世了。发电机的发明奠定了电磁学的实验基础，把人类带到了光明的电力
时代，再次引发了工业革命。
很遗憾的是，由于法拉第没有上过学，非常缺乏数学知识。他可以算是
历史上最伟大的不懂数学的科学家。因此，他不能说明这些发现的本质，然
而，他所完成的关于磁力线的研究具有充分的数学内容。他不得不运用自己
的直观能力，以图示来弥补这一不足。法拉第的这一能力也许又是科学史上
无人可及的。他写了三大卷千万余言的《电学的实验研究》一书，记录了他
一生从事电磁学研究的实验结果，作为素材提供给读者。麦克斯韦认识到这
一点，在法拉第奠定的巨大基础上建立起完整的理论。这就是被称为法拉第
一麦克斯韦电磁理论的理论体系。
法拉第所取得的成就举不胜举。他还发现