2018年,十大值得关注的科学纪念日

科技资讯 TOM SIEGFRIED

每年都有许多值得关注的科学纪念日,比如科学家的诞辰和忌日,或者某个重大科学发现的百年纪念等,这些日子反映了科学的重要性和科学历史的丰富性。从量子隐形传态,到氢的发现,再到费恩曼的百年诞辰,这篇文章盘点了今年在数学、医学、天文学、和量子理论领域中值得被关注的那些纪念日。

○ 埃米·诺特(左)、理查德·费恩曼(中)、詹姆斯·焦耳(右)。| 图片来源:WIKIMEDIA COMMONS

10量子隐形传态(25周年)

1993年3月,在美国西雅图的举行的物理学年会上,来自IBM的研究人员 Charles Bennett 的演讲让全世界的科幻迷们为之疯狂,因为他提出了著名的量子隐形传态理论。相关研究的论文在几日后便发表于《物理评论快报》:

○ 1993年,C.H.Bennett等人在论文中提出了“量子隐形传态”。| 图片来源:C.H.Bennett et al.

在论文中,Bennett提出的量子隐形传态允许将任意未知量子态从一个发送者(Alice的实验室)传输到一个遥远空间的接收器(Bob的实验室),而不需要实际传输对象本身。这就好比是星际迷航中柯克船长在传送机中神秘般消失,而重现于其他的外星星球。

这其中的奥秘就在于量子纠缠,Alice和Bob需要共享一对纠缠的量子粒子(比如光子)。如果Alice想要传送一个量子粒子给Bob,她必须让它与她所拥有的纠缠粒子相互作用,并将结果通过邮件(或短信、电话等经典信道)告诉Bob。这种传输的相互作用会破坏Alice的粒子,但Bob可以在Alice邮件他之后,利用他的纠缠粒子来重建Alice的粒子的复制品。1993年,这种情境还仅是一个充满科幻气息的想法,但几年之后,科学家就让它在实验室中成为了现实。

9阿诺德·索末菲(150岁诞辰)

1868年12月5日,索末菲(Arnold Sommerfeld)出生于东普鲁士的柯尼斯堡,作为早期量子理论发展的主要推动者之一,他是那个时代最受人尊敬的物理学家之一。在玻尔(Neils Bohr)提出氢原子的量子模型之后,他展示了如何将量子理论,从圆形电子轨道扩展到椭圆形轨道。我们可以说,索末菲之于玻尔,就好比是开普勒之于哥白尼。

20世纪,有许多大名鼎鼎的物理学家都师从索末菲们门下,其中包括泡利(Wolfgang Pauli)、海森堡(Werner Heisenberg)和贝特(Hans Bethe)。天才物理学家泡利的傲慢故事想必许多人都听过,然而,他对索末菲却是毕恭毕敬。他曾在致索末菲的信中写道:“您紧皱的眉头总是让我深感敬畏。自从1918年我第一次见到您以来,一个深藏的秘密无疑就是,为什么只有您能成功地让我感到敬畏。这个秘密毫无疑问是很多人都想从您那儿细细挖掘的,尤其是我后来的老板,包括玻尔先生。”

8约瑟夫·傅里叶(250岁诞辰)

傅里叶(Jean Baptiste Joseph Fourier),出生于1768年3月21日,在法国大革命的多次逮捕中幸存下来,最终为拿破仑工作,并被授予男爵爵位。在拿破仑陨落之后,傅里叶想方设法重获政治支持,并重新进入学术界,最终取得成功。然而,政治与外交耗费了他太多的时间和精力,而他本应在数学领域有更大的作为。尽管如此,他对热传递的数学发展有着卓越的贡献,他也发展了许多解决方程式的有用技巧。在他所有的成就中,最知名的便是傅里叶定律,该定律将复杂的周期性过程分解为一系列简单的波动,在物理学和工程学领域都得到了广泛的应用。

7詹姆斯·焦耳(200岁诞辰)

1818年12月24日,焦耳(James Joule)出生于一个啤酒制造商的家庭。他将啤酒厂变为自己的实验室,锻炼出非凡的实验技能。尽管没有受过正规的科研训练,也没有学术职位,他依然成为了英国最顶尖的科学家之一。他的实验技巧使他能够准确地判断出产生大量热量所需的功,并确立了热电关系。

他最著名的成就是论证了能量守恒定律。该定律揭示了机械能、电能、化学能相互之间的转换,在进行物质测量后,能量与热量的总和保持不变。换句话说,能量是守恒的,这个定律现在被称为热力学第一定律。为了纪念他的成就,科学家将标准能量单位命名为焦耳。

6亨丽爱塔·勒维特(150岁诞辰)

1868年7月4日,勒维特(Henrietta Swan Leavitt)出生于马萨诸塞州,就读于俄亥俄州欧柏林大学,之后进入拉德克利夫学院专研天文学。她出色的学术表现令哈佛天文台的主任皮克林(Edward Pickering)印象深刻,因此成为了他的助理研究员,并很快得到了永久的工作。她用最先进的摄影和分光镜技术来绘制星图,最终测量了上千颗恒星的亮度。这些恒星中,有一些亮度会随着时间变化(这类恒星被称为为造父变星)。勒维特比前辈们更深入地分析了造父变星,并且注意到恒星亮度变化的规律取决于其内在亮度。勒维特在1908年间计算出了“周光关系”,这为天文学家测量恒星和其它天体间的距离提供了强有力的工具。

○ 勒维特。| 图片来源:Harvard College Observatory

多年后,基于勒维特的工作,哈勃(Edward Hubble)发现了银河系只不过众多星系中的一员。正是因为她的发现,我们才真正的开始探索宇宙,而不仅限于研究银河系内的恒星和星云。瑞典科学院的数学家列夫勒在得知她的工作后认为她值得获得诺贝尔奖。可惜的是,他写信给勒维特的时候是在1925年,而勒维特在四年前就已离世。她还没来得及得知自己的发现帮助解决了当时困惑着所有天文学家的螺旋星云之谜。

5非,自然发生(350周年)

古人对自然的观察使他们相信,生命有时是从腐败的有机物中产生的(如腐肉生蛆的现象)。对于这一结论,来自意大利大蛇毒研究专家雷迪(Francesco Redi)并不认同。雷迪毕业于比萨大学,后就读于佛罗伦萨大学医学院。雷迪在进行了各类蛇毒影响的实验后意识到,蛇毒的危险在于毒液进入血液。1668年,他出版了代表作《昆虫繁殖的实验》。在进行了一系列设计巧妙的实验后,他发现只有苍蝇接触到肉并产卵,才会孵化出蛆。尽管没完全地否定自然发生说,但他的工作是消除生物学中的教条主义的重要一步,取而代之的是实验和理性。

4氦的发现(150周年)

1868年8月18日,法国天文学家皮埃尔·让森(Pierre Janssen)在印度贡土尔目睹了日全食,并记录了日珥光谱中的颜色。之后他意识到即使在没有日全食的情况下,他也能记录这些颜色。在接下来的几天中,他观测到了一条奇妙的亮黄线,并将观察结果写入论文寄给法国科学院。同年晚些时候,英国天文学家Norman Lockyer也观测到同样的现象,也写了一篇论文寄给法国科学院。据说这两篇论文仅相隔几分钟到达,但无论如何,Janssen和Lockyer共享了该发现的成果。

○ 图片来源:Wikipedia

不久后,Lockyer就认为这是地球上的一种未知新化学元素,他将其命名为氦,取自希腊神话中的太阳神。另一些专家对他的主张持怀疑态度,有一些人认为这条线并不一定就是新元素,而另一些人则认为该元素只存在于太阳,对于地球毫无用处。但他们鼓吹的言论在1895年破裂了,因为来自伦敦的拉姆塞(William Ramsay )在含铀的矿物中发现了氦气。(瑞典的一些科学家也几乎同时发现了氦气。)铀会辐射α粒子,即氦原子核,因此α粒子所要做的是找到围绕在周围的电子,使其成为氦原子。不过当时并没有人理解这一点,因为那时放射性还未被发现。

3伊格纳兹·塞麦尔维斯(200岁诞辰)

塞麦尔维斯(Ignaz Semmelweis)出生于1818年7月1日的匈牙利,他凭一己之力向公众宣传洗手的重要性,一下子把公共卫生从黑暗时代带入现代水平。他在维也纳医学院的求学期间,掌握了助产、外科以及统计学相关知识。接着他进入一家医学院的附属医院工作,在那里,他注意到两个临床接诊的产妇或他们的婴儿,死于产褥热的数量(统计学上的疑点)存在巨大差异。经过细致观察,他发现是其中一个医生,在尸检完毕后,在没有清理的状况下直接将污染带进了分娩室。

○ 图片来源: Elke R. Steiner

于是塞麦尔维斯大力推行尸检之后进行手部清洁的举措,使产褥热导致的死亡率显著减少。不幸的是,他的倡议遭到了医疗机构的广泛抵制。直到很久之后,巴斯德(Louis Pasteur)证明了细菌在疾病传播中的重要性,塞麦尔维斯的方法才得以成功被解释和采用。

2理查德·费恩曼(100岁诞辰)

费恩曼(Richard Feynman,生于1918年5月11日)是最不墨守成规的理论物理学家,他作为调查挑战者号航天飞机爆炸事件委员会的成员而名声大振。他不仅是一位出色的斑戈鼓鼓手,也是量子电动力学(QED)——描述了光与物质之间的相互作用——的创始人。他提出的费恩曼图、费恩曼规则和重整化计算方法是研究量子电动力学和粒子物理学的重要工具。

○ 科学顽童费恩曼。

1981年,他在《利用计算机模拟物理学》一文中还首次提到了量子计算的概念,可用于模拟量子系统,比如化学家可以准确地模拟药物间的相互作用,生物学家可以研究蛋白质折叠的所有可能方式,以及它们之间的作用等。1984年,他在一次演讲中对纳米技术的发展也做出了具有前瞻性的预言(详见:《世界上最小的机器》)。另一位诺贝尔物理学奖获得者贝特评价费恩曼是一位举世无双的天才。贝特说:“他就是个魔术师,毫无疑问费恩曼是我一生中见过的最独特的物理学家。”

1诺特定理(百年纪念)

在任何权威的的榜单中,只要编写者不拘于性别和其他的因素,埃米·诺特(Emmy Noether)都会被列入历史上最伟大的数学家名单中。生于德国的诺特是数学和物理学的先驱,是抽象代数的创始人之一。因为性别原因,她曾被拒于学术界之外,但她拒绝只乖乖地坐在场边的冷板凳,仍坚持完成了博士学位。尽管受到了许多不公的对待,她依旧成为了德国首屈一指的数学家。

1918年,她发表了著名的诺特定理,将自然界中的对称性和守恒定律联系了起来。例如,焦耳发现的能量守恒定律和时间对称性被联系在一起。同样地,一个系统对于空间平移的不变性(物理定律不随空间中的位置而变化)给出了动量的守恒定律。如果空间的所有方向等效,即旋转对称,那么角动量守恒定律就得到保障。她深刻的洞见是现代物理学的重要基石。爱因斯坦曾这样描述她:“她是从女性接受高等教育后出现的最重要的数学天才。”

(摘自sciencenews。更多精彩文章请关注仪器+资讯平台:yqj.mumuxili.com!买耗材仪器,找木木西里:www.mumuxili.com!)

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