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300多年前,牛顿认为:光是粒子流组成的。但是,荷兰物理学家惠更斯却不认同这一点,他表示:光是一种波!为此,双方争论多年。直到19世纪初,英国物理学家托马斯的实验证明,牛顿的理论是错的。托马斯的实验就是后来大名鼎鼎的双缝实验。理查德·费曼(Richard Feynman)更是认为:量子力学的一切都可以从这个简单的双缝实验中探索得出来!
Thomas Young, 250 years later | Science
1931年,阿尔伯特·爱因斯坦为艾萨克·牛顿(Isaac Newton)的1704年《Opticks》第四版写了序言,其中描述了牛顿对光相关现象的实验和解释,包括他对薄膜颜色的观察。爱因斯坦写道,这些观察是“下一个伟大理论进步的起源,它必须等待一百多年的托马斯·杨的到来。”
托马斯·杨在1807年发表的著名的双缝实验表明,光穿过两个相邻的狭缝,并产生了明亮和黑暗干涉条纹的衍射图案,只能通过假设光线是波,而不是牛顿所说的粒子流来解释。但在1905年,爱因斯坦的量子理论引入了波粒二象性的概念。光以某种方式表现为波和粒子,这取决于你如何测量它,双缝实验可以用来证明这两种行为。在1960年代,理查德·费曼(Richard Feynman)宣称该实验是“量子力学的核心”,也是“唯一的奥秘”。他的评论仍然很贴切。
托马斯·杨(Thomas Young,1773年-1829年 )在伦敦的房子上的标准遗产牌匾将他简单地标记为“科学人”。值得一提的是,他不仅是一位物理学家,而且是一位真正的博学者,作为医生、生理学家、语言学家、埃及学家和作家都做出了重大贡献。
托马斯·杨在1790年代接受过医生培训,他对眼睛的研究使他解释了眼睛聚焦在不同距离的物体上的方法,散光以及用三种类型的感光器对颜色的感知。物理学中的另一个重要发现,弹性是材料中应力和应变之间的比率,这在1807年被表述为杨氏模量。至于语言,杨从小就是一位杰出的语言学家,他比较了大约400种语言的词汇和语法,并在1813年创造了“印欧语系”一词。这导致了他破译罗塞塔石碑的两种古埃及文字的开创性尝试:1814-19 年的象形文字,触发了让-弗朗索瓦·商博良在 1822-24 年的全面破译,以及 1821-29 年的象形文字。杨关于上述所有主题的大量文章和书籍,以及许多其他主题,对《大英百科全书》的贡献比其历史上任何其他贡献者所写的都要多。
尽管取得了这些成就,杨对博学的感情却很复杂。这当然没有给他带来任何名誉,比如骑士头衔,无论是在他生前还是死后。尽管如此,在1829年55岁去世前不久,杨反思道:“对人类来说,一些研究者的研究应该在一个狭窄的指南针内构思,而另一些研究者则通过更广泛的研究领域更快地进行,这对人类来说可能是最好的。”
考虑一下杨时代后来的博学者:例如,查尔斯·达尔文、赫尔曼·冯·亥姆霍兹、弗洛伦斯·南丁格尔、阿尔弗雷德·魏格纳、欧文·薛定谔、艾伦·图灵、莱纳斯·鲍林和贝努瓦·曼德博,他们每个人都在几个不同的领域工作。达尔文对动物学、植物学、地质学、古生物学和哲学做出了贡献,更不用说文学了。如果他被要求完成藤壶生物学博士学位,然后加入一个学术生命科学系,而不是在1831-36年乘坐HMS Beagle环游地球,他将缺乏导致他发现自然选择的各种经验和对不同学科的接触。
今天的我们都很难再成为一名博学者,但近年来,学术机构越来越认识到跨学科的价值。例如,2006年,一个由伦敦顶尖大学组成的联盟联合起来成立了托马斯杨中心,这是一个由物理、材料、化学、地球科学、生物学和几个工程分支等学术部门的约100个研究小组组成的合作,旨在促进材料科学的跨学科研究。在最近给我的一份声明中,其联合创始人之一,帝国理工学院物理学家迈克尔·芬尼斯(Michael Finnis)观察到,“隔间”对研究没有帮助,并指出“托马斯·杨似乎代表了跨学科思维的缩影。
2023年,杨诞辰250周年,他一生中给科学家的主要教训无疑是杨如何做出他最伟大的发现,双缝实验。它不是来自任何正式的物理学培训。相反,它逐渐源于他作为医生对人类视觉的迷恋,这激起了他对光物理学的迷恋。博学通常是不可预测的,但好奇心和创造力是其标志之一。
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