在《从阿基米德到霍金(科学定律及其背后的伟大智者)》这部妙趣横生的著作中，克利福德·A·皮克奥弗邀请我们同那些非凡而又充满激情的人们(本书中的定律就是以他们的名字命名的)一起完成那令人陶醉的探索之旅。你会发现，这些科学定律的发现者原来是如此有魅力。他们中的许多人都是多才多艺的博学之人——他们精力充沛，似乎有着取之不竭的能量和层出不穷的好奇心。他们大多从事过众多不同科学领域的研究工作。还有一些人接受的是非传统教育，他们从小就展现了非同寻常的天赋。其中有些人的观点受到了抵制，这让他们倍感痛苦。皮克奥弗在本书中详解了40多条伟大定律，简短而明晰地介绍了这些定律背后的科学，以及与这些定律有关的科学家，如牛顿、法拉第、欧姆、居里和普朗克等的精彩人生。本书自始至终都点缀着有关定律和定律发现者的故事，这些故事引人入胜、鲜为人知。此外，本书还提供了所提及的其他定律或方程作为参考。在几个小节中，皮克奥弗引入了简单的数值例子，介绍了已经解决的难题，使读者可以亲身了解有关定律的应用。

《从阿基米德到霍金(科学定律及其背后的伟大智者)》将带领读者踏上穿越几个世纪的旅程。它探讨了以人名命名的众多物理学定律——从阿基米德浮力定律和开普勒行星运动定律，到海森伯不确定性原理和哈勃宇宙膨胀定律。这些定律已经深刻地改变了我们的日常生活以及我们对宇宙的认识。

在这部妙趣横生的著作中，克利福德·A·皮克奥弗邀请我们同那些非凡而又充满激情的人们(本书中的定律就是以他们的名字命名的)一起完成那令人陶醉的探索之旅。皮克奥弗在本书中详解了40多条伟大定律，简短而明晰地介绍了这些定律背后的科学，描绘了历史上一些最伟大智者的有趣肖像，将使每一位读者对于科学和物理世界以及那些杰出思想家的惊人创造力赞叹不已。

致谢

关于术语和符号的说明

引言与背景

 自然律

 定律发现者

 用个人的名字给定律命名是否公正？

 理论与定律

 我们发现了定律，还是发明了定律？

 数学的简明性与实在

 究竟何为实在？

 本书的结构与目的

 发现定律的时间分布

 发现者在何处

 终极定律何时将被发现？

公元前250—1700年

 阿基米德浮力定律，约公元前250年

 开普勒行星运动定律，1609年和1618年

 斯涅耳折射定律，1621年

 胡克弹性定律，1660年

 玻意耳气体定律，1662年

 牛顿运动定律、万有引力定律和冷却定律，1687年和1701年

1700—1800年

 伯努利流体动力学定律，1738年

 朗伯辐射定律，1760年

 波得行星距离定则，1766年

 库仑静电定律，1785年

 查理气体定律，1787年

1800—1900年

 道尔顿分压定律，1801年

 亨利气体定律，1802年

 盖-吕萨克气体化合体积定律，1808年

 阿伏伽德罗气体定律，1811年

 布儒斯特光偏振定律，1815年

 杜隆-珀蒂比热容定律，1819年

 毕奥-萨伐尔磁力定律，1820年

 傅里叶导热定律，1822年

 安培电磁环路定律，1825年

 欧姆电流定律，1827年

 格雷姆气体泻流定律，1829年

 法拉第电磁感应定律和电解定律，1831年和1833年

 高斯电磁定律，1835年

 泊肃叶流体流动定律，1840年

 焦耳电热定律，1840年

 基尔霍夫电路定律和热辐射定律，1845年和1859年

 克劳修斯热力学定律，1850年

 斯托克斯黏度定律，1851年

 比尔吸收定律，1852年

 维德曼—弗兰兹传导率定律，1853年

 菲克扩散定律，1855年

 白贝罗风压定律，1857年

 厄缶毛细定律，1866年

 科尔劳施电导率定律，1874年和1875年

 居里磁性定律和居里—外斯定律，1895年，总结概括于1907年

1900年及以后

 普朗克辐射定律，1900年

 布拉格晶体衍射定律，1913年

 海森伯不确定性原理，1927年

 哈勃宇宙膨胀定律，1929年

伟大的竞争者

 1600—1700年

 1700—1800年

 1800—1900年

 1900年及之后

终评：科学中的数学之美

 数学之美

 科学中的伟大方程

 人类成就表

 “史上最伟大的方程”

 尼加拉瓜邮票列表

 物理学和宗教

参考文献

据美国社会学家默顿(Robelt K．Merton，1910—2003)研究发现，这种命名方式——用发现者的名字命名定律、理论以及发现——可以追溯到伽利略时代。科学界经常奖励这样的科学家，他们要么首次发现了什么，要么提出了一条自然律，也可能仅仅是在正确的时间、正确的地点，得到了一个实验发现。

因为本书主要关注以发现者的名字命名的定律，所以在搜索想要的定律或方程时一定要善于使用索引，你想要的定律或方程可能会在你没有料到的条目中有所探讨。我从不将自己局限于那些影响当今科学状况的定律——影响了过去几代人的定律也在我的考虑范围之内。如果你对空间感兴趣，科学中有些最著名的“方程”——由于历史的或其他的原因，人们并不称之为“定律”——可以在本书最后部分“终评”中找到。

我要提醒读者的是，我关注以发现者的名字命名的定律，并不意味着这些定律就涵盖了物理学的所有重大发现——当然，现代发现的大部分定律和法则对于认识宇宙的本质来说是至关重要的，虽然这些定律和法则的命名方式通常都是描述性的。实际上，1900年之后以发现者名字命名的定律相对来说比较少，在本书的“终评”部分对其有详细的介绍，本书主要条目中没有探讨的那些重要物理概念，我也会在“终评”中举例说明。然而，我还是希望我详述的得名由来可以帮助大众读者感受一下那段隐藏在重要的定律和丰富多彩的人物背后的历史，这些人都亲身参与了几个世纪以来的发现。

本书介绍的这些以他们的名字来命名定律的科学家们都魅力四射、多姿多彩，有时还很古怪。他们中的许多人都是多才多艺的博学之人——他们精力充沛，似乎有着取之不竭的能量和层出不穷的好奇心，他们大多从事过许多不同科学领域的研究工作。例如，法国物理学家毕奥(Jean-Baptiste Biot，1774—1862)推动了应用数学、天文学、弹性力学、电学、磁学、光学和矿物学的进步。有一条磁力定律就是以他的名字命名的，不仅如此，闪亮的矿物黑云母也是以他的名字命名的。他的同伴萨伐尔(Felix Savart，1791—1841)一开始致力于医疗事业，但事业不顺时，他就拿小提琴做实验，并且投身于空气声学、鸟儿的歌声以及振动固体的研究。 许多科学家都未接受过正规教育。比如，德裔瑞士物理学家朗伯(Johann Lambert，1728—1777)曾在数学常数π以及光反射和吸收定律方面有所发现，然而他几乎完全是靠自学成才的。德国物理学家欧姆(Georg Ohm，1787—1854)主要是通过他的个人学习，通过阅读法国著名数学家的文献来发挥潜能的。英国物理学家法拉第(1791—1867)几乎从未接受过正规教育。他后来写道：“我所受的教育，用最简单的话来说，不过就是在一所普通的走读学校接受的基本的读、写和算术训练。”13岁时，法拉第刚刚勉强可以读写，他就退学开始工作。法国物理学家皮埃尔·居里(Pierre Curie，1859—1906)认为自己大脑迟钝，而且从未上过小学。后来，他和妻子玛丽(Marie)共同获得了诺贝尔奖。

尽管有着不同的教育背景，多数发现者在年幼时就表现出非同寻常的天赋。例如，德国数学家、物理学家高斯(Cad Friedrich Gauss，1777—1855)从小就是一个神童，他尚不会说话，就已经学会了计算。3岁时，他就能找出父亲工资计算中的错误。法国化学家珀蒂(Alexis Petit，1791—1820)在10岁半时就已经取得了巴黎高等理工学院的入学资格。珀蒂的入学考试分数在当时位居榜首。本书末尾的“伟大的竞争者”部分提到了爱尔兰数学家威廉·罗恩·汉密尔顿爵士(Sir William Rowan Hamihon，1805—1865)，他7岁时就会讲希伯来语，13岁时就已经掌握了许多古典的和现代的欧洲语言，例如波斯语、阿拉伯语、兴都斯坦语、梵语以及马来语。法国物理学家安培(Andre-Marie Ampere，1775—1836)尚未熟悉数字和数字名称，就能利用鹅卵石和饼干屑计算出很长的算术和。

描述这些富有创意的科学家的生活时，由于篇幅限制，我并未试图提供一篇篇综合性的传记。很多情况下，我都会提到他们生活中不同寻常的方面，这样做的同时也可以让读者更好地感知一下这些科学家生活的年代。例如，我描述了德国天文学家约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler，1571—1630)帮助母亲免于因巫术而被判有罪这件事。我也讲到了在普法战争中，德国数理物理学家克劳修斯(Rudolf Clausius，1822—1888)如何在领导一支学生救护队时受伤，这件事，连同他的妻子死于分娩，都阻碍了他科学生涯后期的事业发展。

事实上，本书中多数发现者的妻子都先于他们辞世。例如，法国化学家珀蒂的妻子在他们结婚后6个月就患病，并在此后不久的1817年去世，而他本人也在30岁之前就离开了这个世界。高斯、安培，还有法国物理学家外斯(Pierre Weiss，1865—1940)，他们的妻子都去世很早。开普勒的妻子芭芭拉(Barbara)于1611年死于斑疹伤寒。英国物理学家焦耳(James Joule)的妻子艾丽斯(Alice)也于1854年离开人世，留给他两个嗷嗷待哺的孩子。1869年，德国物理学家基尔霍夫(Gustav Kirchhoff，1824—1887)的妻子克拉拉(Clara)去世，抛下基尔霍夫独自抚养4个孩子。德国物理学家普朗克(Max Planck，1858—1947)的妻子玛丽(Marie)于1909年去世，同样也把4个孩子留给了他。

正如前文所述，宗教在许多发现者的生活中也扮演了极其重要的角色。爱尔兰自然哲学家和化学家罗伯特·玻意耳(Robert Boyle，1627—1691)十分虔诚地热爱《圣经》。他一直渴望能够理解上帝，这种渴望驱使他对发现自然律产生了兴趣。玻意耳明确提出，在他逝世后，他的钱财都要用于创办玻意耳讲座，以此来反驳无神论和那些反对基督教的宗教。安培坚信他已经证明了灵魂和上帝的存在。高斯在证明完一个定理时，有时会说，他的灵感并非来源于“艰辛的努力，但可以说是来自上帝的恩典”。

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