第7章 努力篇——博学多才是怎样炼成的(1)

　　骐骥一跃，不能十步；驽马十驾，功在不舍。锲而舍之，朽木不折；锲而不舍，金石可镂。——荀况

　　勇于探索的富兰克林

　　佚名

　　富兰克林，电学的先驱者。人们心目之中电的化身，因为“从天空夺得了闪电”而震动世界。

　　1706后1月17日，富兰克林出生在美国一个贫困的家庭。富兰克林的父亲以制造蜡烛和肥皂为职业。富兰克林从小聪明好学，八岁时进学校读书，门门功课都名列前茅。由于家中兄弟姊妹多，家庭经济困难，他只上了两年公学、一年私塾就辍学了。十一岁的富兰克林整天在父亲的店铺里打杂。

　　十二岁时，富兰克林到大哥开的印书店去当学徒。做一名印刷工人。虽然工作繁重，但他还是抓紧一切机会读了大量的书籍，开阔了自己的眼界，这对他以后的一生都有很大的影响。

　　1723年，十七岁的富兰克林告别了故乡波士顿，踏上了人生新的征途，自己去闯天下了。二十五岁那年，富兰克林创办了美国历史上的第一个图书馆——费城图书馆。他是那么喜欢读书，他曾经说过：“读书是我唯一的娱乐。”

　　富兰克林勤奋好学，二十七岁时开始学习外文。不到三个月的时间，他就能看法文书了。他又用了半年的时间学会了意大利文，接着又学会了西班牙文和拉丁文。在他四十岁左右，才开始致力于科学技术研究。

　　1745年冬天，电学界传出了一个惊人的消息。德国的科学家克莱斯特和荷兰的科学家马森布罗克几乎同时发现了电震现象和制作了莱顿瓶。电是什么呢？看不见、摸不着、稍纵即逝、一瞬而过，所以人们无法保存，用起来很不方便。莱顿瓶就是为电而造的一座“仓库”。莱顿瓶因诞生在莱顿城而得名。它的构造是在玻璃瓶的内外表面都贴上锡箔，电荷经由一根黄铜链穿过瓶塞进入瓶内，积累在锡箔上。当人接触到带电的莱顿瓶时，就会受到强烈的电击。同时它还会产生出电火花和“噼噼啪啪”的爆裂声。莱顿瓶第一次实现了使电可以人工控制的梦想，为人们进行电学研究创造了条件。

　　当时很多科学家都用莱顿瓶做过实验，富兰克林也是其中之一。他注意到电火花发出的光和爆裂声，心想，这或许可能是一种非常微小的闪电和雷鸣。要不然，从另一个角度来看，天上威严的雷鸣电闪，恐怕就是由地球和天空这整个行星所构成的巨大莱顿瓶中电的相互作用呢。

　　因此，富兰克林决定做一个实验。

　　1752年7月的一天，天气闷热，天色很暗，富兰克林和他的儿子一起，来到渺无人迹的旷野里。他们准备了一个大风筝，这个风筝是用丝绸做的，风筝的顶端安有一段长长的铁丝，牵引风筝的是一根麻绳，绳的末端系着一块绸带，在绸带和麻绳之间还挂了一把钥匙。他们还带来了一个莱顿瓶。突然间天空乌云滚滚，雷声隆隆，捕捉天电的好时机到来了。他们立即行动起来，风筝迅速地被放入高空。

　　随着风云积集，一道耀眼的闪电划破长空。一块雨云从风筝上空迅速地滚了过去，倾盆大雨自天而降。富兰克林站在屋檐下仔细地观察着风筝的每一个细节。他发现牵引风筝的绳索上毛茸茸的纤维一下子竖立了起来，就像实验室中毛皮带电的情形一模一样。富兰克林小心地用手触了触钥匙，只听“噼啪”一响，一个蓝色的电火花跳了出来，他的手腕一阵发麻。这说明，风筝上的铁丝传导了雷电，被淋湿了的牵引线绳又把雷电传到了下面的金属钥匙上。接着，富兰克林再把风筝升高一些，把钥匙接在莱顿瓶上，开始将雷电储存起来。富兰克林的预言被证实了。闪电确实是一种放电现象，它和实验室里的电火花完全一样。电闪雷鸣就是天空中的莱顿瓶在放电，雷雨云是一个电极，大地是另一个电极。举世闻名的电风筝“费城实验”，打破了天电的“圣火”之类的神话，科学地说明：雷的原因是电造成的。

　　在这次实验中，富兰克林真是侥幸，他深知这次实验有多危险，它可致人于死命。但是，为了探求真理，他将个人的安危置之度外。

　　富兰克林的实验和观察导致了避雷针的发明。这是电学的首次重要应用，也是当时唯一的应用。富兰克林建议在建筑物屋顶设置尖头金属杆，并把与多属杆相连接的导线引到地面，这种避雷针能使云层安全放电，因而能保护建筑物本身。1782年，仅费城一地采用的避雷针就有四百根。富兰克林抵挡住了天神宙斯的大炮。二百多年过去了，避雷针仍然忠实地屹立在世界各地的高大建筑物上。

　　富兰克林在电学理论方面也做出了不可估量的贡献。富兰克林创造了许多电学用语，这些词汇在现代电学中仍然使用，例如：正电、负电、电池、电容器、充电、放电、电击、电工、电枢、电刷、导体等等。

　　他根据实验提出了著名的“电荷守恒”概念，并用数学上的正负概念来表示两种电荷的性质。他说明了电的来源和在物质中存在的现象，以及某些电介质的特性。

　　富兰克林对科学的贡献远不止这些，他还有许许多多的发明创造，尤其著名的是改进了火炉，发明了老年人戴的双焦距眼镜。他设计了一种结构合理，既可节省燃料又容易散热的新式火炉，后来被命名为“富兰克林式”火炉。火炉发明后，有人曾建议他申请专利权，并说：“您为人类造了福，所以您应该拥有专利权，作为我们对您的发明的酬谢。”富兰克林却说：“不，该受我酬谢的人可多着呢，难道我们在日常生活中享受别人的发明还少吗？我觉得，要是我做出了一点小小的发明，我应该把这个发明慷慨地献给大家，作为我享受别人发明的酬谢。”

　　富兰克林不仅是美国历史上的第一位科学巨人，他还是美国人民的伟大儿子。在北美人民争取独立的斗争中，他不止一次出使伦敦，代表北美人民的利益与英国殖民当局进行面对面的斗争，迫使英国废除强加在北美人民头上的不合理条款。在美国独立战争期间，老年的富兰克林代表初建的美国出使法国，为赢得法国的同情与支持取得了圆满的成功。因为人类已经进入了理性的时代，有知识有觉悟的法国人完全拜倒在这位曾经驯服了空中闪电并将它引到地面的伟人的脚下。美国的胜利诞生，大可归功于那只飞翔在雷雨中的风筝！

　　1790年4月17日，富兰克林与世长辞，终年八十四岁。美国人民怀着深切的悼念之情，为他致哀一个月。富兰克林一生中曾担任过许多高级职位，但是在自撰的墓志铭里，却自称“印刷工富兰克林”。

　　在晚年，他还对科学充满了希望，他曾这样写道：“科学的迅速发展使我有时感到遗憾，我出生的太早了。”

　　阅读点睛：尽管富兰克林在临终时谦逊地称自己是一名“印刷工”，但是，他在世人的心目中仍是最伟大的科学家之一。富兰克林用自己的勤奋和付出，为人类要来了电。一个人可以从天空夺得闪电，就能向勤奋索取果实，向耕耘索取收获，向时间索取成功。

　　时空巨人爱因斯坦

　　佚名

　　爱因斯坦，科学巨匠。相对论的提出者，现代物理学的奠基人。

　　1879年3月14日爱因斯坦出生在德国的一个犹太人家庭。他的父亲和叔叔一起开了一家制造电器设备的小工厂，母亲是个颇有造诣的钢琴家。

　　小时候的爱因斯坦一点也看不出来有什么天才，到三岁的时候，还不会讲话。爱因斯坦六岁上的学，但是，在学校里他的成绩非常差，一上课就是被批评的对象，老师还说他永远也不会有什么大出息。大家一致认为他是一个天生的笨蛋。

　　小阿尔伯特1岁后，全家迁到了慕尼黑，以后又有了小妹妹玛雅。阿尔伯特四五岁了，棕色的大眼睛闪着智慧的光，小脑袋一歪，不知有多少鬼主意，但就是不大会说话，父母很着急，请了医生来看，可医生说他什么病也没有。

　　一天，父亲拿了个小罗盘给他玩儿，阿尔伯特把盘子转来转去，盘中的那根针永远指着北边。他把罗盘捧在胸前，扭转身子，再猛转过去，可是那根针又回来了，还是指着北边。阿尔伯特惊讶了，他睁大眼睛，盯着玻璃下面那根红色的小针，“是什么东西使它总是指向北边呢？”他想问父亲，可又说不出来。小小的罗盘，唤起了这位未来的科学家的好奇心。

　　5岁以后，阿尔伯特进了一所离家很近的天主教会办的小学。圣经故事、教堂的庄严气氛、荡漾在空中的钟声、唱诗班的歌声，使阿尔伯特敏感的内心产生出一种神秘而崇高的感情。6岁时开始学习小提琴，小提琴成了他终身的伴侣，成了他心灵的天堂。

　　阿尔伯特10岁的时候，进了路提波德中学。这所学校的宗旨就是把学生训练成机器。阿尔伯特只对数学、物理和哲学感兴趣。他在叔叔的指导下自学了高等数学，连学校的数学老师都不是他的对手。

　　他的叔叔雅各布是工程师，也是数学爱好者。在爱因斯坦学习几何前，雅各布叔叔就让他证明毕达哥拉斯定理——直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方，也就是我们平常说的勾股定理。爱因斯坦被这个定理的证明给迷住了。他苦苦思索了3个星期，终于找到了证明的方法。他12岁那年，又被一本小小的几何书给迷住了，就像以前那个小指南针迷住他那样。几何定理的证明，严密得不能使人有半点怀疑。他惊奇了，原来人的思维是那样明晰，那样可靠。他后来写过这样一段话：“就像三角形的，三条顶垂线相交于一点这个定理，完全可以肯定地加以证明，根本就没有任何可疑之点。这样清楚明确，这样肯定，给我留下了极为深刻的印象。”

　　1895年秋天，阿尔伯特·爱因斯坦登上开往苏黎世的列车。由于年龄不够，他通过母亲的关系才获准参加联邦工业大学的入学考试，结果没考上。原来，需要记忆的那些功课——德文、法文、动植物学都考得不好。幸好，他物理、数学成绩非常好，韦伯教授派人通知他，他可以破例来旁听自己的物理课。

　　老师亲切，学生可以自由地研究学问，爱因斯坦第一次享受到这样的民主和自由。他的青春朝气和活力迸发出来了。路提波德中学里那个怯生生、不多说话的少年变成笑声爽朗、步子坚定、情绪激昂的年轻人了。他蔑视权威，他们的浅薄和装腔作势常常是他抨击的对象。但是他依旧惊讶，在好奇心的驱使下，他仍然避开众人去思索这世界伟大而永恒的谜。他在山间漫步，在水边徘徊。他想，如果一个人以光的速度跟着一道光线跑，他将看到什么呢？

　　没有人能回答。爱因斯坦也不能回答。这是同相对论有关的一个假想的实验，爱因斯坦已经在朝着相对论的路上走。他依旧走自己的路，做自己的梦。

　　但是父亲的经济情况越来越槽，爱因斯坦不得不靠几个舅父的接济生活。每月1万法郎的生活费还要省下20法郎，因为他已经脱离了德国国籍，而要成为他所希望的瑞士公民，还要勤紧裤带，凑出1000法郎的入籍费。

　　像许多取得伟大成就的科学家们一样，爱因斯坦的青年时代也是在勤奋学习中过着一种艰苦卓绝、英雄主义的生活。他租的那间斗室，书桌上、椅子上、床上，到处摊满了书，房东太太看了直摇头。书，书，到处是书！读书，读书，直读到眼睛发花头发昏，直读到肚子叽哩咕噜叫，才到小巷里的那几家小饭馆、小咖啡馆去胡乱吃点东西。有时候，干脆三顿并作两顿，因为头脑比肚子更饥饿。

　　爱因斯坦在十二岁的时候，就已经决定献身于解决“那广漠无垠的宇宙”之谜。十五岁那年，爱因斯坦被学校开除。由于没有拿到毕业证书他进不了大学。十七岁时，在一位亲戚的资助下，爱因斯坦才考进苏黎世工业专门学校。在这所学校里，他把自己全部的时间和精力都用于物理实验，研究理论物理学和哲学问题。即使是学习物理学，他也是走自己的路，进行自己的思考，而从不盲从，这为他日后从事理论物理研究打下了坚实的基础。

　　可是，对于爱因斯坦来说，残酷的现实却是毕业就等于失业，正像他自己所说的那样：“突然被所有的人遗弃了，手足无措地面临着人生。”没有人愿意给他一份工作做。为了能够活下去，他艰苦奔波忙碌着，代课、给人家做家教。

　　贫穷只能使人饿死，却不能把人吓死，他没有中断自己心爱的物理学研究活动。

　　1905年初，爱因斯坦在《物理学》杂志上连续发表了五篇论文，这些论文中所提出来的观点彻底改变了人类的宇宙观。爱因斯坦始终没有停止自己对事业的执着追求，每天下班一回到自己住在顶楼的家，就立即坐在桌边。他面前放着一堆乱纸，右手拿着一本书，左手耐心地摇着一辆童车——那时，他的儿子已经来到这个令人欢喜令人忧的世界了。

　　爱因斯坦的狭义相对论从根本上改变了作为人类思考基本要素的时间和空间的陈旧概念。他认为，如果对于一切参照系，光速是不变的，而且一切自然规律都是相同的，那么可以发现，时间和空间都是相对于观察者的。

　　对牛顿的经典物理学进行了全盘否定之后，爱因斯坦提出了全新的时间空间和运动概念，并经过复杂的数学推导和运算，最终导出了一系列重要的狭义相对论结论。当爱因斯坦发表狭义相对论的观点时，年仅二十六岁。一个毛头小伙子，竟然把支配物理科学二百年之久的牛顿物理学大厦给彻底摧毁了，整个世界为之哗然、愕然！

　　爱因斯坦始终没有忘记自己肩上所担负的神圣使命，更加全神贯注地去完成他的广义相对论。为了研究广义相对论，爱因斯坦多年以来没有规律的生活，给他的身体造成了巨大伤害，肝炎和胃病几乎要把他给摧垮了。

　　爱因斯坦以为自己得了癌症，于是，他更加自觉地抓紧一切时间，真是达到了不吃饭不睡觉的地步。为了研究，他把自己关在一间小阁楼里，把门从里面反锁着，不让任何人打扰，只是到了黄昏时分，他才出去放放风。两个星期之后，爱因斯坦面无血色地从小阁楼里走了出来，手里抱着一叠厚厚的文稿，大声地向世界宣布：我研究出来了！就这样，广义相对论诞生了。

　　1916年，在《物理学》杂志上，爱因斯坦发表了《广义相对论的基础》一文。

　　诺贝尔物理奖金获得者马克斯·玻恩把广义相对论看做是“人类关于大自然的思想的最伟大的成就，是哲学的深度、物理学的直觉和数学的技巧的最惊人的结合”。相对论不仅仅是一条物理学理论，引发了古老物理学的一场大地震，而且改变了人们认识赖以生存的这个世界的思想观念和思维方式，对开创物理学乃至整个人类文明的新纪元都产生了巨大的影响。

　　爱因斯坦从广义相对论出发，作了一些伟大的科学预言，有的已经被观测所证实，比如水星近日星的进行，光谱线的引力红移和引力场中光的弯曲。水星是我们所知道的离太阳最近的行星，它每绕太阳公转一周，离太阳最近那一点的位置就有些改变，这种现象称做水星近日星的进动。爱因斯坦根据广义相对论解释了当时人们不能圆满解释的这种现象。