最后一个知道一切的人——托马斯·杨

作者:杨朋飞来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-06-12

这是一个达芬奇式的“通才”,被后人誉为“最后一个知道一切的人”。

大学物理这门课讲到光的干涉这个知识点时,一般都会介绍杨氏双缝干涉实验。这个经典的实验有力地证明了光具有波动性,该实验最早是由英国著名物理学家托马斯•杨设计并进行研究的。

托马斯·杨

托马斯·杨(来源:搜狐网)

1773年,托马斯·杨出生于英国萨默塞特郡的一个富裕家庭,从小和外祖父一起生活。他很早就表现出了自己天才的一面:6岁时就通读《圣经》,并开始用拉丁文写作;14岁时已经掌握了希腊语、拉丁语、法语、意大利语等十几种语言。

在舅舅理查德·布罗克莱斯比的鼓励下,杨于1792年开始在伦敦圣巴塞洛缪医院学医,两年后转到了爱丁堡大学医学院,之后又前往德国的哥廷根大学进行深造。最终获得了哥廷根大学医学博士学位。

值得一提的是,杨在学习医学的同时还“不务正业”——经常搞一些自己感兴趣的研究,比如生物学、语言学、考古学等。尽管这些“不务正业”的研究分散了不少精力,但他仍然在医学上取得了不小的成就。在进入圣巴塞洛缪医院的第二年,杨把自己的第一篇论文自荐给伦敦皇家学会,因此被评为“一周科学人物”,时年20岁。这篇论文阐述了眼睛的调节机制,关于眼睛如何聚焦在不同距离的物体上,杨认为是通过改变晶状体的曲率来实现的。

1797年,杨进入了剑桥大学的伊曼纽尔学院继续深造。同年,舅舅理查德·布罗克莱斯比去世了,留下一了大笔财产,让他安心做研究。

翻年,杨在伦敦开始行医。求学时,他就把精力分散到自己喜欢的研究上面来了。在成为一名医生后,愈发“不务正业”,更积极地投入到自己感兴趣的领域。

相对于医学研究,杨更加喜欢研究“光”。除了研究眼睛对焦之外,他也对散光进行了研究,并给出了散光的原因。还在牛顿色散理论的基础上进行了进一步的研究:发现了几乎所有颜色的光都可以通过红、绿、蓝三种色光按照不同的比例合成。基于这些成果,进行了大胆的假设:人的视神经只有感红、感绿、感蓝三种基本视神经。后来经过德国科学家亥姆霍尔兹的补充、验证,最终形成了三色学说。正是由于杨在色觉、眼睛对焦、散光等方面的卓越贡献,他被后世称为“生理光学的创始人”。

1801年,杨成为了伦敦皇家学会的自然哲学教授,每年在那里举办60多次讲座。后来又升职为伦敦皇家学会的秘书,并一直担任这个职务直到去世。

话题倒回杨对光研究,他那时对物理学权威牛顿的“光的微粒说”产生了怀疑。牛顿环是牛顿发现的一种物理现象,是光的波动性的有力证据之一,但是牛顿却从自己信奉的微粒说出发来解释牛顿环的形成,提出了“一阵容易反射,一阵容易透射”的复杂理论来解释牛顿环的成因,但是这个理论并不完美,存在一些模糊点。出于牛顿在物理学界超然的地位,很长时间内没有人对此提出质疑。在研究光的过程中,杨的渐渐有了一个大胆的想法,并假设进行了一系列实验来进行验证,最后发表论文,通过光波的干涉解释了牛顿环和衍射现象的成因。

1807年,杨出版了自己的著作《自然哲学讲义》,书中首次描述了那个名扬千古的实验——杨氏双缝干涉实验。

杨氏双缝干涉实验

杨氏双缝干涉实验(来源:百度百科)

《自然哲学讲义》掀起了物理学史上的“第二次波粒战争”,它的作者杨也饱受信奉微粒说的学者们的攻讦。当时学界主流是信奉牛顿的微粒说,所以杨承受了巨大的压力,最终只好选择退出,不再对光进行研究。但杨氏双缝干涉实验的实验现象却不以人的意志为转移。该实验展示出的现象无法通过微粒说来进行解释,但是通过波动说得出的理论结果和实验结果却吻合得很好,这是光具有波动性无可辩驳的证据。

杨氏双缝干涉实验:将一根蜡烛置于一个开有小孔的纸板前面,二者形成了一个点光源。再让点光源发出的光经过两条平行的狭缝,投射到光屏上即可。光屏上会出现一系列明暗相间的条纹,即干涉条纹。

这个经典实验虽然并不复杂,但在物理学史上的意义却十分重大。后世评选了“物理学史上最美的十个实验”,它名列第五。

1829年,托马斯•杨在伦敦与世长辞,享年56岁。被安葬于肯特郡法恩巴勒的圣吉尔斯教堂的墓地。安葬了牛顿的威斯敏斯特大教堂内则安放了一块大理石碑,来纪念他。

杨生前还为《大不列颠百科全书》撰写了63篇文章,其中包括人物传记和一些关于桥、色彩论、埃及、语言、潮汐等方面的论文。他的一生研究领域甚广:光学、生理光学、语言学、声学、船舶工程、潮汐理论、象形文字……这是一个达芬奇式的“通才”,被后人誉为“最后一个知道一切的人”。

托马斯•杨天资聪颖,但是并没有像很多少年天才那样不思进取长大后泯然众人矣。他没有以专业领域束缚自己,没有耽于享乐,而是一生孜孜不倦地追求科学真理。

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【参考资料】

1论文《The Last True Know-It-All》,作者Lauren Kassell,《American Scientist》2006年04期。

2图书《上帝掷骰子吗?量子力学史话》,作者曹天元,辽宁教育出版社2006年1月。

【科学家简介】

托马斯•杨(Thomas Young,1773年6月13日-1829年5月10日))英国物理学家、医生、语言学家,被誉为“最后一个知道一切的人”。

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