高斯(Johann Carl Gauss,1777~1855,德国数学家、物理学家)。[百度百科;维基百科] “数学王子”从小就展露出他神奇的数学天赋,尽管贫寒的工匠家庭,但因他聪敏过人的头脑而得到了一些贵族的资助进了学校受教育。高斯先后在Carolinum学院和哥廷根大学学习,在他20岁以前就有了许多令人惊叹的数学成就。高斯的母亲是个文盲,父亲只是个小工匠,据说三岁的高斯就能帮助父亲纠正一些账目的错误。还有个故事是说在高斯9岁的时候,老师出了一道自然数从1到100的求和题,高斯用极短的时间就给出了正确的结果5050。根据史书记载,实际上那个求和的等差数列要更为复杂,是81297+81495+......+100899(公差198,项数100),这恐怕是中学生都要为此抓耳挠腮半天的题目,而高斯则能够在头脑中进行快速复杂的运算得出正确结论。高斯在数学上的贡献有很多:15岁的高斯独立发现了二项式定理的一般形式和数论上的“二次互反律”;18岁的高斯发现了质数分布定理和最小二乘法;针对多次测量的数据结果分布,高斯得到一个概率性质分布函数——标准正态分布也称“高斯分布”;19岁的高斯仅用直尺和圆规便做出了规则的正十七边形,超越了阿基米德和牛顿。5年后,高斯又证明了形如"Fermat素数"边数的正多边形可以由尺规作图完成;他证明了n阶的代数方程必有n个复数解(即代数基本定理或“高斯定理”),导出了三角形全等定理的概念。在天体物理研究上,为了计算谷神星的轨道,他引进或证明了诸多数学定理,天文学家在他预测的轨道上发现了这颗小行星,从此高斯声名鹊起。1818年至1826年,高斯主导了汉诺威公国的大地测量工作。通过他发明的以最小二乘法为基础的测量平差的方法和求解线性方程组的方法,显著的提高了测量的精度,并因此还发明了日光反射仪,可以将光束反射至大约450公里外的地方。为了用椭圆在球面上的正形投影理论以解决大地测量中出现的问题,高斯发展了曲面和投影的理论,并因此他成为了微分几何的重要始祖人物之一。他还独立地提出了不能证明欧氏几何的平行公设具有“物理的”必然性,但他的非欧几何理论并未发表。19世纪初的电磁学热潮也吸引了这位数学天才,50多岁的高斯发明的磁强计,现在被称为“高斯计”。他和比他小27岁的韦伯一起进行电磁学的研究,他们制作了第一个电话电报系统,从理论上画出了第一张地磁场图并给出了地磁南极和地磁北极的位置,在次年被美国科学家实验观测证实。63岁高龄的高斯甚至决定开始学习俄语,并且他迅速掌握了这门外语。高斯喜欢随时做笔记,但他只把成熟的理论付诸发表,在他去世后人们发现了20多部笔记,据说这也只是高斯笔记的一部分而已。1855年2月23日清晨,一代数学巨星高斯陨落。为了纪念高斯在科学上的贡献,人们取磁感应强度单位为高斯,符号为G。在电磁学单位制中,形成了一套标准单位制称为“高斯制”(CGS制),它和国际标准单位制(SI制)的换算关系比较复杂,其中磁感应强度的换算关系是:10000 高斯=1特斯拉,磁场强度换算关系是1000 安培/米=4π奥斯特。
欧姆(Georg Simon Ohm,1787~1854,德国物理学家)。[百度百科;维基百科] 欧姆的父亲是一个自学数学物理知识的锁匠,这位父亲教育出了一名著名物理学家乔治.欧姆和一名著名数学家马丁.欧姆。16岁的欧姆便到埃尔兰根大学,然而却因为家庭困难而辍学,一直到他26岁才完成博士学业。欧姆的职业生涯有很长的一段都是中学教师,缺乏实验仪器设备,但这并不磨灭他对科学的热情,为了进行电学实验他经常亲手制作仪器。根据奥斯特发现的电流磁效应和库仑发明的静电扭秤,他制作了一个电流扭秤用以测量电流大小。为了避免伏特电堆的电动势不稳定性,他采用温差电池做电源,测量了不同长度导线在相同电压下的导电电流大小,得出了欧姆定律(具体故事请参考[水煮物理] (21):电荷的“买路财”)。欧姆定律及其公式的发现,给电学的计算带来了很大的方便。人们为纪念他,将电阻的单位定为欧姆,简称“欧”,符号为Ω(欧米伽)。
韦伯(Wilhelm Eduard Weber,1804~1891,德国物理学家)。[百度百科;维基百科] 韦伯出生于知识分子家庭,他在哈雷大学主要研究的是声学并撰写了关于簧风琴管的理论。1831年起,韦伯任哥廷根大学教授并和高斯成为挚友,两人在有线电报、地磁场测量等多个方面开展了广泛的合作,且因此发展出了多种灵敏的磁强计和其他磁学仪器,并电磁学的单位制——高斯制。韦伯测定了电量的电磁单位和静电单位的比值接近于光速,这是麦克斯韦认为光也是电磁波的重要实验依据。韦伯最重要的物理学贡献在于提出了电作用的基本定律,基于运动电荷之间的基本相互作用力决定了各种电的和磁的作用这个物理思想,他将库仑静电定律、安培电动力定律和法拉第电磁感应力统一在了一个公式中。韦伯还用电流体和电粒子模型试图解释电阻和电导率,这为德鲁特和洛伦兹发展电子论提供了理论基础,而后者则是爱因斯坦狭义相对论的摇篮。为了纪念韦伯对电磁学的贡献,人们取国际单位制中磁通量单位为韦伯,符号为Wb。
赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857~1894,德国物理学家)。[百度百科;维基百科] 赫兹对电磁学的主要贡献在于用实验证实电磁波的存在,从而使得麦克斯韦理论得到大家的认可,完善了电磁学大厦。赫兹在柏林大学师从著名的亥姆霍兹教授,28岁的他就担任卡尔鲁厄大学物理学教授,并在四年后接替克劳修斯任波恩大学物理学教授。1886年至1888年,赫兹试验验证了无线电輻射具有波的所有特性,并发现电磁场方程可以用偏微分方程形式的波动方程来表达,进一步完善了麦克斯韦方程组,得出了更加优美、对称的麦克斯韦方程组现代形式。他发现电磁波与光有相同的速度,同时有反射、折射等现象,而且对电磁波的波长、频率做了定量的测定。这些实验结果,引发了关于光的本质的新一轮大讨论。赫兹还通过研究紫外光对火花放电的影响,发现了光电效应,这一效应直到爱因斯坦才给出理论解释,也因此孕育了量子力学。赫兹也同时发展出电磁波发射、接收的方法,可谓是无线通讯的始祖。无线电的推广和应用使得十九世纪人们的生活起了翻天覆地的变化,无线电调音调频广播、雷达通讯、卫星电话、调幅调频电视、卫星导航、微波加热、射电天文学等等都是无线电的用武之地。赫兹一家可谓科学家家族,除物理学家海因里希•赫兹以外,他的侄子古斯塔夫•赫兹是诺贝尔奖获得者, 而古斯塔夫的儿子卡尔•赫兹则发明了超声影像医学(如B超等)。1894年,年仅37岁的赫兹因为败血症英年早逝。为了纪念赫兹的科学贡献,人们取频率的单位为赫兹,1赫兹=1/秒,符号为Hz。