生平
托馬斯·楊(Thomas Young,1773~1829 )英國醫(yī)生、物理學(xué)家,光的波動說的奠基人之一。他不僅在物理學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)袖群英、名享世界,而且涉獵甚廣,光波學(xué)、聲波學(xué)、流體動力學(xué)、造船工程、潮汐理論、毛細作用、用擺測量引力、虹的理論……力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、語言學(xué)、動物學(xué)、埃及學(xué)……他對藝術(shù)還頗有興趣,熱愛美術(shù),幾乎會演奏當(dāng)時的所有樂器,并且會制造天文器材,還研究了保險經(jīng)濟問題。而且托馬斯·楊擅長騎馬,并且會耍雜技走鋼絲。這是一個將科學(xué)和藝術(shù)并列研究、對生活充滿熱望的天才,我們幾乎可以這樣說:他生命中的每一天都沒有虛度。
天才兒童
1773年6月13日,托馬斯·楊出生于英國薩默塞特郡米爾弗頓一個富裕的貴格會教徒家庭,是10個孩子中的老大,他從小受到良好教育,天才稟賦自幼年起就大張旗鼓地顯露開來,是個不折不扣的神童。
楊2歲時學(xué)會閱讀,對書籍表現(xiàn)出強烈的興趣;4歲能將英國詩人的佳作和拉丁文詩歌背得滾瓜爛熟;不到6歲已經(jīng)把圣經(jīng)從頭到尾看過兩遍,還學(xué)會用拉丁文造句;9歲掌握車工工藝,能自己動手制作一些物理儀器;幾年后他學(xué)會微積分和制作顯微鏡與望遠鏡;14歲之前,他已經(jīng)掌握10多門語言,包括希臘語、意大利語、法語等等,不僅能夠熟練閱讀,還能用這些語言做讀書筆記;之后,他又把學(xué)習(xí)擴大到了東方語言——希伯來語、波斯語、阿拉伯語;他不僅閱讀了大量的古典書籍,在中學(xué)時期,就已經(jīng)讀完了牛頓的《原理》、拉瓦錫的《化學(xué)綱要》以及其他一些科學(xué)著作,才智超群。
楊長大后,在職業(yè)的選擇方面受到了叔父的影響(這位當(dāng)醫(yī)生的叔父幾年后去世,為楊留下了一筆巨大的遺產(chǎn),包括房屋、書籍、藝術(shù)收藏和1萬英鎊現(xiàn)款,這筆遺產(chǎn)使他后來在經(jīng)濟上完全獨立,能夠把他所有的才華都發(fā)揮在需要的地方)。
奇人楊
19歲時,楊來到倫敦學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué),和當(dāng)時所有的歐洲學(xué)子一樣,他極力打入上流社會,經(jīng)常拜訪政治家伯克、畫家雷諾茲以及貴族社會的一些成員。1794年,楊21歲,由于研究了眼睛的調(diào)節(jié)機理,他成為皇家學(xué)會會員。1795年,他來到德國的格丁根大學(xué)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué),一年后便取得了博士學(xué)位。
他對醫(yī)學(xué)的學(xué)習(xí)一直繼續(xù)到1797年,當(dāng)時在劍橋的伊曼紐爾學(xué)院,同學(xué)們都稱他為“奇人楊”,嘲弄之外還是能聽出敬畏之音。1799年完成學(xué)習(xí)的時候,他已經(jīng)讀完了一些著名數(shù)學(xué)家關(guān)于振動弦的著作,并進行了深入鉆研,提出了自己的一些理論,不過后來他發(fā)現(xiàn)他所提出的理論已經(jīng)有人提出過。這是楊在理論研究領(lǐng)域初次展露才華。
值得一提的是,盡管父母送他進過不少名校,但楊還是把自學(xué)當(dāng)作最主要的學(xué)習(xí)手段。
與牛頓為敵
楊熱愛物理學(xué),在行醫(yī)之余,他也花了許多時間研究物理。
牛頓曾在其《光學(xué)》的論著中提出光是由微粒組成的,在之后的近百年時間,人們對光學(xué)的認識幾乎停滯不前,直到托馬斯·楊的誕生,他成為開啟光學(xué)真理的一把鑰匙,為后來的研究者指明了方向。
楊愛好樂器,幾乎能演奏當(dāng)時的所有樂器,這種才能與他對聲振動的深入研究是分不開的。光會不會也和聲音一樣,是一種波?楊做了著名的楊氏干涉實驗,為光的波動說奠定了基礎(chǔ)。
這個著名的實驗如今已經(jīng)進入中學(xué)物理課本:讓通過一個小針孔S0的一束光,再通過兩個小針孔S1和S2,變成兩束光。這樣的兩束光來自同一光源,所以它們是相干的,結(jié)果表明,在光屏上果然看見了明暗相間的干涉圖樣;后來,又以狹縫代替針孔,進行了雙縫實驗,得到了更明亮的干涉條紋。
然而,這個理論在當(dāng)時并沒有受到應(yīng)有的重視,還被權(quán)威們譏為“荒唐”和“不合邏輯”,這個自牛頓以來在物理光學(xué)上最重要的研究成果,就這樣被缺乏科學(xué)討論氣氛的守舊的輿論壓制了近20年。
楊并沒有向權(quán)威低頭,而是為此撰寫了一篇論文,不過論文無處發(fā)表,只好印成小冊子,據(jù)說發(fā)行后“只印出了一本”。楊在論文中勇敢地反擊:“盡管我仰慕牛頓的大名,但是我并不因此而認為他是萬無一失的。我遺憾地看到,他也會弄錯,而他的權(quán)威有時甚至可能阻礙科學(xué)的進步!
玩主
楊在物理光學(xué)領(lǐng)域的研究是具有開拓意義的,他第一個測量了7種光的波長,最先建立了三原色原理:指出一切色彩都可以從紅、綠、藍這三種原色中得到。楊對彈性力學(xué)也很有研究,后人為了紀念他的貢獻,把縱向彈性模量稱為楊氏模量。
1814年,41歲的時候,楊對象形文字產(chǎn)生了興趣。拿破侖遠征埃及時,發(fā)現(xiàn)了刻有兩種文字的著名的羅塞達碑,這塊碑后來被運到了倫敦。羅塞達碑據(jù)說是公元前2世紀埃及為國王祭祀時所豎,上部有14行象形文字,中部有32行世俗體文字,下部有54行古希臘文字。之前已經(jīng)有人研究過,但并未取得突破性進展。楊解讀了中下部的86行字,破譯了王室成員13位中的9個人名,根據(jù)碑文中鳥和動物的朝向,發(fā)現(xiàn)了象形文字符號的讀法。
這大約是在1816年前后的事。當(dāng)時楊對光學(xué)研究失去了信心,甚至有人譏諷他為瘋子,以致他十分沮喪。他便利用其豐富的語言學(xué)知識,轉(zhuǎn)向考古學(xué)研究。由于楊的這一成果,誕生了一門研究古埃及文明的新學(xué)科。1829年托馬斯·楊去世時,人們在他的墓碑上刻上這樣的文字——“他最先破譯了數(shù)千年來無人能解讀的古埃及象形文字”。
晚年的楊已經(jīng)成為舉世聞名的學(xué)者,為大英百科全書撰寫過40多位科學(xué)家傳記以及無數(shù)條目,包羅萬象。同時他還為一家重要的保險公司擔(dān)任過統(tǒng)計檢查官,并被任命為《航海天文歷》的主持人,做了不少工作以改進實用天文學(xué)和航海援助。
除了科學(xué),他還浸淫藝術(shù),過著多姿多彩的生活:音樂、美術(shù)甚至雜技一直滋養(yǎng)著他的生命。他經(jīng)歷旺盛的一生于1829年結(jié)束,終年56歲。就在他去世前還在編寫一本埃及字典。
主要貢獻
楊氏雙縫實驗
托馬斯·楊在物理學(xué)上作出的最大貢獻是關(guān)于光學(xué),特別是光的波動性質(zhì)的研究。1801年他進行了著名的楊氏雙縫實驗,證明光以波動形式存在,而不是牛頓所想象的光顆粒(Corpuscles)。二十世紀初物理學(xué)家將楊的雙縫實驗結(jié)果和愛因斯坦的光量子假說結(jié)合起來,提出了光的波粒二象性,后來又被德布羅意利用量子力學(xué)引申到所有粒子上。
楊氏模量
楊氏模量是材料力學(xué)中的名詞,用來測量一個物體的彈性。
視覺和顏色
托馬斯·楊曾被譽為是生理光學(xué)的創(chuàng)始人。他在1793年提出人眼里的晶狀體會自動調(diào)節(jié)以適應(yīng)所見的物體的遠近。他也是第一個研究散光的醫(yī)生(1801年)。后來,他提出色覺取決于眼睛里的三種不同的神經(jīng),分別感覺紅色,綠色,和紫色。后來亥姆霍茲對此理論進行了改進。此理論在1959年由實驗證明。
醫(yī)學(xué)
托馬斯·楊對血流動力學(xué)的貢獻包括:在英國皇家醫(yī)學(xué)院所作的報告,題為“心臟和血管的功能”(1808年);《醫(yī)學(xué)文學(xué)的介紹》(1813年);《實踐鼻科》(1813年);《虛損類病的歷史和治療》(1815年);等等。
語言
托馬斯·楊曾對400種語言做了比較,并在1813年提出“印歐語系”。此語系曾在165年前由荷蘭語言學(xué)家凡·伯克斯和恩第一次提出(1647年)。
埃及象形字
托馬斯·楊也是最先嘗試翻譯埃及象形文的歐洲人之一(另外兩人分別是法國人德·薩西和瑞典人阿克布拉德)。
作品
1、《自然哲學(xué)與機械工藝課程》(1807年)
2、《醫(yī)學(xué)文獻介紹及實用疾病分類學(xué)》(1813年)
3、《拉普拉斯天體力學(xué)原理闡明》(1821年)
4、《聲和光的實驗和探索綱要》(1801年)
5、《對視覺過程的觀察》(1973年)
6、《自然哲學(xué)講義》(1807年)
榮譽
1、1794年被選為英國皇家學(xué)會會員。2、當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。