第20章 家族型科学家.doc

第20章 家族型科学家 我们开始交谈，很快彼此觉得亲切而友好。刚开始时谈的是一些科学方面的事情，我很高兴能够听到他的一些观点。后来又谈了一些我们都感兴趣的社会及人道主义等方面的一些问题。虽然我们两人国籍不同，但彼此对事物的看法却非常相似。这的确令人惊奇。毫无疑问，这得归因于我们两人在家庭生活中所感受道德道德范围有某些相似之处。 玛丽居里居里传 中国有句俗话：打虎亲兄弟，上阵父子兵。无论是政治领域、产业部门还是在科学事业上，如果家族成员都表现一定的连续性和继承性，那么他们取得成功的机会就会比独立从事某项事业大一些。 以诺贝尔获奖者为例。在诺贝尔奖的得主中，父子得主有5对：1915年布拉格父子分享物理奖；1906年J.J.汤姆森独享物理奖，1937年他的儿子G.P.汤姆森与人分享物理奖，他们都曾在英国剑桥大学卡文迪什实验室工作过；1922年尼尔斯玻尔独享物理奖(玻尔的父亲克里斯蒂安是哥本哈根的生理学教授，他的弟弟哈拉尔德是著名的数学家)，1975年他的儿子奥格玻尔分享物理奖；1924年西格班(18861978)独享物理奖，他的儿子分享1981年物理奖，父子俩研究的都是光谱学；1929年奥依勒(18731964)获化学奖，1970年他的儿子分享1970年医学奖。夫妻得主有三对：1903年居里夫妇物理奖，1935年约里奥居里夫妇化学奖，1947年科里夫妇医学奖。 1、科学家的组合形式 周寄中认为，科学家之间的特殊组合组成了不同层次的科学共同体。科学家的组合有不同的形式和方式，组合的目的是为了结构的优化并使功能更具创造性。 从组合是否具有严谨的组织形式、规章制度和研究宗旨来看，可以分为“有形组合”和“无形组合”。在有形组合中，组合程度最高的是“核心式组合”，即以某个杰出科学家为核心的研究单位和实体；第二种组合形式是“学派式组合”，科学家们信奉共同的学说和崇尚共同的研究方法；第三种组合是“师徒式组合”，导师和学生、专家和助手等属于这种形式。 在无形组合中，有“聚会式组合”，即通过学术研讨会、学术少龙等形式不定期把科学家集合起来；“互补式组合”，即科学家自己选择合作者，合作者各有所长，借互补追求最佳的配合；“逍遥式组合”，在工作之余通过散步等自由无拘束的形式就学术问题进行漫谈、辩论、问答。 从科学家对组合的重要性的认识和态度来看，可以分为不愿组合、被动组合、主动组合和创造组合。在一些理论性强、逻辑抽象能力纵横驰骋的研究领域，独自沉思而不愿组合的科学家往往也能取得好成绩；在那些实践性强的实验科学、技术科学里，研究方式要求科学家组合，但也有主动和被动之分，取决于人的性格特征、心理素质。 2、家族科学家：特殊的微型共同体 家族科学家是一种特殊的组合，可能是有形的，也可能是无形的。它以学术交流和继承为核心、以亲情(如父子、夫妻、兄弟等)关系为纽带，把家庭中的成员组合起来。家族科学家的形成来自于智力遗传、家庭教育、学术环境和知识接力与竞争等几个方面的综合作用。 从智力结构上看，人的智力与先天因素有关。智力是能够遗传的，高智商、高素质的父母也相应地以直接的方式把高智商、高素质遗传给自己的后代。高尔顿对个体差异的研究表明，作为一名科学家的天才则必定出自其科学家的家庭和世系；而作为一名文学家的天才，则比出起文学家的家庭和世系；亲属关系越是接近，比如父与子的关系，父与子都是天才的机会较关系远的要更多。 从家庭教育来看，父母职业和受教育程度构成家庭智力环境的基本因素，它们通过潜移默化、家庭教育以及智力投资等简介方式影响后代。科学家的家庭一般都属于中小产阶级，能够给了孩子更多的受教育的机会，也愿意更多地在智力投资上下功夫。 从学术环境来看，父辈以及他们交往的科学家们的治学态度、研究方法乃至思维习惯都可能成为晚辈的学习榜样。科学家的形成不只是依靠智力因素，还依靠非智力因素，包括正确的思维方法、勤奋和人身的治学态度、学术观点的自由交流、和谐的人际交流关系等。 从知识积累来看，家族科学家往往在相同或者相似的领域里共同奋斗，具有相似的学术观点和研究风格。不同辈分之间的家庭成员的知识是一个接力过程，下一个成员以上一个成员的知识为起点；同一辈分之间的家庭成员则相互促进与竞争。家族科学家通过接力或者竞争逐渐达到科学的高峰。 3、伯努利家族 近代科学史上，最著名的科学家家族可能要算伯努利家族了。伯努利家庭是瑞士一个曾产生过11位科学家的家族。其中著名的有雅可比伯努利、雅可比的弟弟约翰伯努利、约翰的次子丹尼尔伯努利等。 雅可比伯努利(16541705)是伯努利家族中重要的一员，卓越的数学家。青年时曾学习过神学，1676年开始到荷兰、德国、法国旅行，对数学有了深入的研究。回国后于1687年到1705年在巴塞尔大学任教，此后在数学方面取得了许多重大研究成果。 雅可比同莱布尼兹共同协作，对于微积分的发展作出了出色贡献，为常微分方程的积分法奠定了充分的理论基础。在研究曲线问题时他提出了一系列的概念，如对数螺线、双纽线、悬链线等。他继承和深入地研究并发展了微积分学，创立了变分法，提出并部分地解决了等同问题及捷线问题。雅可比还是概率论的早期研究者，许多概率论方面的术语都是以他的名字命名的。对于物理学方面，雅可比也有一定贡献。 约翰伯努利(16671748)青年时曾经商，后研究数学和医学。曾在巴黎留学，1695年任荷兰格罗宁根大学教授，1705年任巴塞尔大学教授。1699年被选为法国科学院院士，1712年被选为英国皇家学会会员，他还是彼得堡科学院和柏林科学院的名誉院士。 约翰伯努利也是变分法的重要创始人之一。他提出的关于捷线问题对变分学的发展起到了重要的推动作用。1696年约翰提出捷线问题后开始钻研几何问题，并取得了巨大成功。约翰在物理学发展中同样作出了出色贡献。他所发现的虚功原理对物理学的发展产生了重大的推动作用。这一原理也称虚位移原理，是约翰于1717年发现的。它的发现对于分析力学的发展具有重要理论价值。 丹尼尔伯努利(17001782)由于受家庭的影响，从小就对自然科学的各个领域都有着极大的兴趣。17161717年在巴塞尔大学学医；17181719年在海德堡大学学习哲学；17191720年又在斯特拉斯堡大学学习伦理学。此后专攻数学。1721年他获得医学大学学位。17251732年丹尼尔伯努利在圣彼得堡科学院工作，并担任数学教师；17331750年他担任了巴塞尔大学的解剖学、植物学教授。1750年丹尼尔又任物理学教授和哲学教授，同年被选为英国皇家学会会员。1782年3月17日逝世于巴塞尔，终年82岁。 丹尼尔是伯努利家庭中成就最大的科学家，他在数学和物理学等多方面都作出了卓越的贡献，仅在1725年到1749年间就曾10次获得法国科学院年度资助，还被聘为圣彼得堡科学院的名誉院士。 在数学方面，丹尼尔的研究涉及代数、概率论、微积分、级数理论、微分方程等多学科的内容，取得了重大成就； 在物理学方面，丹尼尔所取得的成功是比较惊人的。其中对流体力学和气体动力学的研究尤为突出。1738年出版的流体力学是他的代表著作，书中根据能量守恒定律解决了流体的流动理论，提出了著名的伯努利定理，这是流体力学的重要基本定理之一； 丹尼尔在气体动力学方面的贡献，主要是用气体分子运动论解释了气体对容器壁的压力的由来。他认为，由于大量气体分子的高速规则运动造成了对器壁的压力，压缩气体产生较大的作用力是由于气体分子数增多，并且相互碰撞更加频繁所致。丹尼尔将级数理论运用于有关力学方面的研究之中，这对于力学发展具用重要的意义。 很明显，伯努利家族的特点是数学基础好，具有严密的逻辑推理能力。而且能从数学出发，对数学变量赋予物理概念，从而揭示出物理学规律。 4、居里夫人一家 现代科学史上最著名的家族应该算是居里夫人一家了，居里夫人和居里先生、约里奥居里和约里奥居里夫人共4人5次获得诺贝尔奖。 皮埃尔居里(18591906)小时候是个资质迟钝的学生，是在家里接受的启蒙教育，后来在索邦学院读书。1875年获学士学位，1877年获硕士学位。自1878年起，他在索邦学院物理实验室任助教。1880年他和他的兄弟观察到在向石英晶体上施加压力时，在两者之间出现一个电势，这个电势直接随压力而变化。兄弟两人引用“压”这个希腊字给这种现象起名叫压电现象。反过来，如果给这样的晶体通过一个迅速变化的电势，晶体面就能迅速振动。用这种方法就能让晶体发出超声波来，频率高到超出听觉的声波。具有压电性能的晶体构成声电装置的主要部分，如留声机和麦克风。为了撰写1895年的博士论文，居里研究了磁力现象的热效应。他指出磁性有某个临界温度(迄今仍称为居里点)，超过它磁性就会消失。 玛丽亚皮埃尔居里夫人是原子能时代的开创者之一，是世界上第一个两次诺贝尔奖获得者。居里夫人出生于一个被沙俄占领的波兰教师家庭。民族的压迫、社会的冷遇以及生活的贫困，激发了她的爱国热情和发奋精神。1891年，她靠自己当家庭教师积攒下的钱，从华沙到法国巴黎大学求学，三年中她先后获得了物理和数学两个学士学位，并取得进研究室工作的机会。1894年，她结识了居里先生。 他们生活清贫，工作、学习却十分紧张。在1896年，法国人亨利贝克勒尔发现铀的放射性。居里夫人在分娩大女儿依莱娜期间，对当时已知的种元素一一进行了测试，发现了两个比铀的放射性更强的新元素，并用波兰(Poland)命名第一个新发现的元素为“钋”(Polonium)，另一个新元素为“镭”。 他们的研究工作是在自己修整的简陋实验室里进行的，经过整整四年的辛勤劳动，终于第一次提炼出了十分之一克多一点的纯氯化镭，并测定了镭的原子量，后来还第一次获得了金属镭。1903年，巴黎大学授予居里夫人国家理学博士学位，她和居里先生、贝克勒耳一起获得了这一年的诺贝尔物理奖。 1906年，居里先生因车祸不幸逝世。居里夫人仍然以坚强的意志生活着、工作着，她继任了居里先生在巴黎大学的讲座，指导实验室工作，潜心研究各种放射性元素；同时，她还全部担负起供养老居里先生和教育两个女儿的责任。 居里夫人成了世界公认的卓越科学家以后，还不断受到科学界顽固保守势力的冷遇和压抑。1911年，他接受朋友的劝说，参加了法国科学院院士的竞选，结果却以一票之差落选。反对者所持理由之一是，女人不能成为科学院院士。然而公正的人们敬仰她，就在同年12月，她第二次获得了诺贝尔化学奖；不久，法国医学科学院选她为院士。 在发现镭后，为了使镭能尽快地服务于人民，居里夫妇拒绝申请专利权，立即公开了提取镭的方法。在第一次世界大战期间，为了救护伤员，居里夫人把射线设备安装到汽车上，奔走于战场各处进行轮回医疗，挽救了大批受弹伤士兵的生命。 后来，巴黎大学为她盖起了镭学研究所，东边是居里实验室，西边是研究射线对生物的作用的巴斯德实验室。在居里实验室这个名副其实的国际科学机构里，她每天指导各种有关物理与化学的研究工作。在她的指导下，居里实验室完成了有关放射性研究的论文达500篇以上，其中有许多是开创性的研究成果；最为突出，同时也是她最高兴的，是1934年她的长女依莱娜和女婿约里奥发现了人工放射现象，并于1935年获得了诺贝尔化学奖。她的实验室培养了一批优秀的法国和外国的科学家。 在她刚开始从事放射性研究时，由于不了解射线对人体的破坏作用，没有采取必要的防护措施，后来又长期在条件很差的环境里工作，致使有害物质严重危害了她的身体，得了恶性贫血病。1934年7月4日，居里夫人在法国阿尔卑斯山疗养院去世。 弗列德里克约里奥居里1900年3月19日生于巴黎。1925年，他引起了朗之万的注意，便被推荐给居里夫人，成为她的特别助手，并于1926年与她的女儿伊伦居里结婚。弗里德里克约里奥居里原姓约里奥，结婚后就把妻子的姓加在自己的姓上。因为居里夫妇没有儿子，这样使居里这个著名的姓氏能够世代相传。其后，约里奥居里夫妇就象当时居里夫妇那样一起工作，并且也致力于居里夫妇所从事的放射性研究。 弗雷德里克从化学角度着手(1930年获得化学博士学位)，而伊伦则从事物理学方面的工作。他们两次失去了伟大发现的机会，虽然情况不同，但都仅仅是毫厘之差。一次是在1932年，正当他们将要把握住中子时，被查德威克捷足先登。另一次在1933年，正电子即将被他们把握住时，安德森又抢了先。1934年，他们正在研究 粒子对轻元素(例如铝)的作用时，发现在轰击过程中能把质子从铝核中轰击出来；中断 粒子轰击后，靶上也不再发射出质子，而另一种辐射却还在继续进行。约里奥居里夫妇断定，这是对铝的轰击使铝变成了磷的缘故，而且，这还不是一般的磷。他们推论这是一种磷的同位素，它具有放射性，但不会天然存在。在他们停止轰击以后，新形成的放射性磷同位素仍在继续分裂，这就是持续辐射的原因。 这样，约里奥居里夫妇便发现了“人工放射性”。由此人们认识到，放射性并不只局限于一些铀、钍之类的很重的元素，任何元素，只要能制出适当的同位素，都会有放射性。现在已经证明，这些人工放射性同位素在医药、工业和科研方面远比天然放射性物质有用得多。约里奥居里夫妇荣获1935年诺贝尔化学奖。这是居里家庭获得的第三次诺贝尔奖。可惜居里夫人早逝一年，未能见到自己的女儿和女婿获此荣誉。 约里奥居里夫妇的女儿艾莱娜嫁给了居里夫人的朋友朗之万的儿子，夫妇俩都是著名的物理学家；约里奥居里夫妇的儿子保罗也是著名物理学家。 居里夫人家族的特点是：他们都是伟大的实验家，坚忍不拔，专心致志，富有献身精神，对重要而乏味的实验长年紧追不舍，并且善于配合，优势互补。 5、贝克勒尔家族 贝克勒尔家族的科学家包括安东尼凯撒贝克勒尔、亚历山大埃德蒙贝克勒尔、安东尼亨利贝克勒尔、让贝克勒尔和鲍尔贝克勒尔等，当然最著名的是因为发现天然发射性与居里夫妇分享1903年诺贝尔物理学奖的安东尼亨利贝克勒尔。 安东尼凯撒贝克勒尔1788年出生，1829年当选法国科学院院士，1838年法国自然史博物馆设立物理学教席，他成为首任教授，后又任该馆馆长。安东尼凯撒贝克勒尔的主要研究领域为矿物学、结晶学、电磁学和光学。他撰有大量科学著作，计有529篇论文和6种教科书，其中最重要的是电与磁的实验研究，及其相关自然现象报告。他的主要合作者是他的次子亚历山大埃德蒙贝克勒尔，但也包括著名的安培、毕奥等人。他曾与法拉第通信讨论抗磁性现象，还发明了静电天平和差分检流计。他研究过磷光现象并在其著作中祥加讨论，这后来成为贝克勒尔家族的传统研究领域，并导致他的孙子安东尼亨利贝克勒尔发现天然反射性。 亚历山大埃德蒙贝克勒尔出生于1820年，1878年父亲去世后接任法国自然史博物馆物理学教授和馆长职位。他的主要成就在电学、磁学和光学领域。他研究过电流的特性及其产生条件，在抗磁性研究中试图提出一种与法拉第不同的解释观点，在光学研究中他设计了曝光计并用此测定光的强度。 亚历山大埃德蒙贝克勒尔的最主要的成就集中在家族传统的磷光领域。19世纪中期，实际上是他一个人垄断了磷光领域研究的所有重要发现。他研究过磷光辐射的热效应问题，证实了不同物质的磷光受激于不同频率的入射光，发明了磷光计并用此鉴定了许多新的磷光物质，改进了磷光计用于观察辉光物质的光谱。 安东尼亨利贝克勒尔生于1852年，这时他的父亲亚历山大埃德蒙贝克勒尔已是物理学教授。安东尼亨利贝克勒尔的研究生涯始于光学，先后考察过磁场中的极化光特性，红外激发荧光现象及光在晶体中的吸收与传播方向与极化面的关系。 在伦琴发现X射线之后的次年，亨利贝克勒尔开始检验荧光物质是否会放出X射线。1896年3月他发现某种铀化物盐会自动发射出一种性质不明的、性质特殊的不可见的射线，他把射线的产生归因于铀，但认为这是某种特殊的荧光。这种现象引起了居里夫妇的注意，他们在发现钍的类似射线后，认识到这是一种新的物质特性，并把这种现象命名为放射性。安东尼亨利贝克勒尔是发现天然放射性的先驱，居里夫妇证实和拓展了他的发现并揭示出其重要意义，他们因此共享了1903年的诺贝尔物理学奖。 安东尼亨利贝克勒尔的儿子让贝克勒尔后来继任了父亲的自然史博物馆物理学教授职位，安东尼亨利贝克勒尔的侄子鲍尔贝克勒尔则成为了植物学教授。 贝克勒尔家族的研究传统是：机敏、审慎、注重实验细节，但相对忽视了对现象的理论解释，不善于归纳出现象所遵从的规律。 6、达尔文家族 达尔文家族比较著名的四个科学家是伊拉司马斯达尔文、查尔斯达尔文和乔治达尔文和高尔顿。查尔斯达尔文是伊拉司马斯达尔文的孙子，乔治达尔文是查尔斯达尔文的儿子，高尔顿是查尔斯达尔文的表弟。关于伊拉司马斯达尔文将在艺术家型科学家的章节中介绍。 在达尔文家族中，当然最著名的还是提出自然选择的进化论的那个达尔文查尔斯达尔文。尽管达尔文的父亲希望他继承父业当医生，但达尔文从小就热爱大自然，尤其喜欢打猎、采集矿物和动植物标本。进到医学院后，他仍然经常到野外采集动植物标本。父亲认为他游手好闲，不务正业，于1828年又送他到剑桥大学，改学神学。他仍然把大部分时间用在听自然科学讲座，自学大量的自然科学书籍。热心于收集甲虫等动植物标本，对神秘的大自然充满了浓厚的兴趣。 1831年，达尔文从剑桥大学毕业。他放弃了待遇丰厚的牧师职业，依然热衷于自己的自然科学研究。1831年12月，英国政府组织了“贝格尔号”军舰的环球考察，达尔文经人推荐，以“博物学家”的身份，自费搭船，开始了漫长而又艰苦的环球考察活动。在历时五年的环球考察中，达尔文积累了大量的资料。回国之后，他一面整理这些资料，一面又深入实践，同时查阅大量书籍，为他的生物进化理论寻找根据。1842年，他第一次写出物种起源的简要提纲。 1859年11月，达尔文经过20多年研究而写成的科学巨著物种起源出版了。在这部书里，达尔文接受了其祖父关于进化的早期思想，旗帜鲜明地提出了“进化论”的思想，说明物种是在不断的变化之中，是由低级到高级、由简单到复杂的演变过程。后来达尔文完成了第二部巨著动物和植物在家养下的变异，以不可争辩的事实和严谨的科学论断，进一步阐述他的进化论观点，提出物种的变异和遗传、生物的生存斗争和自然选择的重要论点。 高尔顿多才多艺，学术兴趣超过同年代的许多学者，包括人类学、地理学、数学、力学、气象学、心理学和统计学等。在心理学上，高尔顿是差别心理学的创始人，并创造了一整套心理测验的方法和仪器。在遗传学上，高尔顿第一个认识到双生子研究的意义。 高尔顿受表哥达尔文的进化论关于遗传、物竞天择、适者生存等进化观点的影响，直接把进化论应用于人类，将人类学、心理学、遗传学、统计学等多方面的知识结合起来，通过对人类智力和遗传的关系进行了大量工作，形成了所谓的优生学思想，并参与创建了英国优生学教育会。不过，优生学正在受到很多科学家和社会伦理学家的质疑。高尔顿的主要著作有遗传的天才、英国的科学家们：他们的秉赋和教养、人类才能及其发展的研究、自然的遗传等。 乔治达尔文是查尔斯达尔文的第二个儿子，不过他没有延续父亲的研究，而是在天文物理学和地球物理学领域里有所收获。他第一个用数学物理的原则对地月系统的演化进行了揭示，尽管这个理论有缺陷。 达尔文家族的传统是：家庭成员多具有博物学家善于观察的特点，并能够归纳总结出规律性的东西，而不是直接的理论演绎。 7、利基家族 利基家族是由两对夫妻组成的：路易斯利基(19031972)和玛丽利基(19131996)夫妇以及他们的儿子理查德利基和儿媳米薇利基夫妇。他们被称为“古人类学研究第一家族”。 路易斯出生于英国传教士家庭，很小的时候他的父母带他到了肯尼亚，在内罗毕附近的一个名叫基库峪的非洲人部落长大。他对那里的动植物和各种工具产生了浓厚的兴趣，并促使他把自己的毕生贡献给对人类史前远祖的发现与研究中。当很多人倾向于视亚洲为人类的起源地时，早年的路易斯以其罕见的勇气不断地用珍贵的实物来证明人类起源于非洲的论断。 1929年，一种特殊手斧的发现把非洲大峡谷的年代提前了，从而备受考古界的广泛关注。之后，他出版了第一部著作肯尼亚殖民地的石器时代文化。1931年，在欧杜威乔治(位于坦桑尼亚北部)发现的早期骨架使他断定这是非洲最早的近代人类，后来这个地方成了他们一家作发掘和研究的野外工作地。 玛丽利基是路易斯的第二个妻子。这位自小便喜欢考古和绘画的杰出女性很快就投入到艰苦的探险式发掘中。与路易斯冲动的骑士风格不同，她显得更加沉着、谨慎。1947年，他们