托马斯·杨——天才的一生

托马斯杨天才的一生托马斯杨出生在英国萨默塞特郡密尔韦顿一个富裕的贵格会教徒的家庭。他是十个孩子中的老大，是一个天才儿童。杨两岁就学会了看书，十四岁时用拉丁文写过一篇自传，就在当时他已掌握了多种语言。在中学时期，他已能够阅读拉丁文和布腊文的经典著作以及意大利和法国作家的著作，并且能运用这些作者的语言对所读过的内容做笔记。他还把他的学习扩大到了东方语言希伯来语、波斯语、阿拉伯语等。他还学习过牛顿的原理、拉瓦锡的化学纲要以及其他的一些科学著作。在杨成年后，他对职业的选择受到了他叔父的影响，他的叔父是一位卓越的医生，杨在家庭同意下转到了医学方面。于是在十九岁时，他去伦敦学习医学。他在伦敦见到了许多地位高的人物。他经常拜访政治家伯克、画家雷诺兹以及贵族社会的一些成员，他开始成为见世面的人。杨研究了眼睛的调节机理，并在1794年，他二十一岁时，被选为皇家学会会员。之后他从伦敦前往爱丁堡和哥廷根继续研究医学。1797年回到英国，进入剑桥的伊曼纽尔学院继续攻读医学。当时他大学里的同学都叫他为“奇人杨”，兼有嘲弄和尊敬之意。进入伊曼纽尔学院后不久，杨曾去伦敦拜访他当医生的叔父，这位叔父去世时留给他一笔巨大遗产，包括房屋、书籍、艺术品和一万英镑现款。这笔巨大遗产使他在经济上完全独立，帮助他度过了一生。1799年杨在剑桥大学完成了学习。那时他已读过了一些著名数学家例如欧拉、伯努利家族和达朗贝尔关于振动弦的著作，并且对他们的著作进行了深入钻研。他在学习过程中提出了一些思想，只是后来他发现大陆数学家早在许多年前就已先于他而提出来了。1799年，杨开始在伦敦行医。当时的医学几乎没有什么疗效，诊断技术也极为落后。公众健康问题还有许多事情待做。杨的医学名声是好的，但并不杰出。他也许是科学家的气质太浓了，作为时行的医生还不够，因此不能成为医学界的领导人物。另一方面，他对眼睛生理学和解剖学写过不少论文，对颜色视觉的研究也获得了有长远学术价值的结果。到1803年，杨已是知名的物理学家了，被聘为伦敦皇家学院自然哲学教授。皇家学院是美国出生的汤普森、即后来的伦福德伯爵发起和出资创办的独特的学院。杨在皇家学院时间不长，仅仅三年。他缺乏教师所必需的讲课才能，他的讲课常常超出了学生的理解能力。后来他编著了一部重要作自然哲学和机械学讲义，一共两卷，就是以他在皇家学院的讲义为根据的。离开皇家学院后，杨把大部分时间致力于行医。1802年他被选为皇家学会的外事秘书，他担任这个职务一直到他去世。杨出版的著作涉及的课题惊人地广泛，有生理光学、虹的理论、流体动力学、毛细作用、造船工程、用摆测量引力、潮汐理论等，这些只是他涉足的物理学课题中一个不完全的目录。杨后来与英国百科全书合作，写过许多条目，例如有字母表、年金、吸力、毛细作用、内聚力、颜色、露、埃及、眼睛、焦点、摩擦、日月晕、象形文字、水力学、运动、阻力、船舶、声音、强度、潮汐、波动以及医学方面的所有他写过论文的课题。1814年，杨发现了另一方面的兴趣研究象形文字。在拿破仑远征埃及时期，1799年在埃及发现了著名的刻有两种文字的罗塞达碑。拿破仑被迫从埃及撤退时，石碑运动了伦敦。杨在1814年对碑文进行了研究。虽然在他之前，已有其他人研究过，但他取得了一个重大进展，他发现有些字是按语音写下的。这就成为解释碑文的钥匙。杨做了一部分解释工作，更全在的解释则是法国埃及学专家钱波利翁完成的。正如同在光学上一样，杨开辟了一个领域，然后由别人精心研究，终于取得成果。杨在晚年已成为世界上有成就的学者，他的彬彬有礼不只是表面上的。他同他思想的伟大继承者菲涅耳（创建连接到:科学人：菲涅耳）和钱波利翁的关系，整个说来是光明正大的，甚至也是慷慨大方的，只是有时偶然表现出傲慢的态度。他与钱波利翁发生过争论，主要原因在于钱波利翁，而不在于他。他与菲涅耳的关系一直是亲切的。 从大约1815年起，杨完全埋头于公务之中。当时英国政府对长度和质量单位制的混乱状态很不满意，有必要予以改进。但由于民族傲慢和狭隘的民族利益的阻挠，使得英国人很难接受法国人在革命时期所做的令人赞赏的工作。于是，他们力图把英寸的定义与秒摆长度联系起来。杨参加了这项工作。结论是不值得赞赏的，然而英国议会却在1824年立法通过了它。其次，杨还研究了生命保险问题。他是一家重要的保险公司的统计检查官，即统计主任，待遇十分优厚。1818年他被任命为航海天文历的主持人，做了不少工作以改进实用天文学和航海援助工作。他的精力非常旺盛的一生于1829年结束，终年五十六岁。杨的科学成就托马斯杨在物理学上最杰出的贡献是在光学和声学领域。在1973年发表的关于生理光学的论文对视觉过程的观察中，他研究了眼睛对距离的调节问题，并证明眼睛适应不同距离，是靠改变眼球水晶体的曲度来进行的。1800年，在继续进行这方面的实验中，形成了他对光的本质的看法，这一年他向皇家学会提出了在声和光方面的实验和问题的报告。他认为，声和光都是波的传播，光是在充满整个空间的以太流体中传播的弹性振动，由于以太极稀薄，所以光是以纵波形式传播的，光的颜色和不同频率的声音是类似的。他指了，在解释强光源和弱光源发出的光以同样的速度传播的问题上，用波动说比粒子说更容易，因为，光粒子为什么只以一个不变的速度运动，这是很难理解的。 论文中关于声学的一部分特别重要。托马斯杨在这部分分析了水波的干涉现象后指出，在声波迭加的情况下，会产生声音的加强和减弱、复合的声调和拍频。“干涉”这个术语，就是他最先提出的。在1801年发表的一篇报告中，托马斯杨发展了惠更斯的光学理论，形成了波动光学的基本原理。他提出了光波的频率和波长的概念，并解释了牛顿环现象。在这篇论文中，他叙述了他所发现的“简单而普遍的规律”：“同一束光的两个不同部分，以不同的路径要末完全一样地，要末在方向上十分接近地进入眼睛，在光线的路程差是某个长度的整数倍的地方，光就增强，而在干涉区域的中间部分，光将最强。对于不同颜色的光束来说，这个长度是不同的。” 他指出，牛顿环的明暗条纹，就是由不同界面反射出的光互相重合产生“干涉”的结果。位相相反的振动迭加起来就互相抵消，位相相同的则互相加强。他用实验的办法确证了他所提出的这一假设。他用紫外光投射到薄层上，使紫外光从上下两个界面反射产生干涉。由于紫外光是人眼所看不见的，他就让反射光落在涂有氯化银溶液的纸上，结果出现了黑环，从而证明了他的干涉原理。他精确地确定了各种色光的波长值。他指出：“根据各种实验的比较，组成极端红光的波的宽度，在空气中，似应假定约为三万六千分之一英寸，极端紫光的约为六万分之一英寸。” 在1803年11月24日的报告中，托马斯杨把干涉原理应用于解释衍射现象。他知道，光能绕过不透明物体的边缘产生有色的影子，并认为这种衍射条纹是直接通过衍射缝的光和边界波的干涉产生的。在这篇论文中，他用光从较密介质反射时的半波损失，补充了他关于薄板颜色的理论。 上述这些实验和理论的研究，被托马斯杨综合入1807年出版的自然哲学讲义中。在这本书中，他描述了现在众所周知的双缝干涉的基本实验：点光源的光通过两个相邻的平行狭缝，当这两速光相遇时，就在屏幕上形成一系列明暗干涉条纹。但是，他的理论却没有立即得到重视，而且由于认为光是纵波，这给他的理论带来了很大的弱点。他的理论受到了英国政治家布鲁厄姆（LordBrougha