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Explore every episode of the podcast 科学在身边:未来科学家|粤语

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TitlePub. DateDuration
粤语|张浩然博士:谁是未来科学家?16 May 202100:11:42

科学在身边未来科学家专题在2019年9月推出,距今超过了一年半的时间。在这个专题之初,张老师提出了两条问题。第一条问题是:人类对大自然的认知,是怎样从神话传说,演变成现代科学的呢?而第二条问题就是:科学家究竟是什么人,他们平时都做些什么,他们都有那些共同的特点的呢?


为了找到这两条问题的答案,这个专辑从上古讲到近代,透过介绍科学家的奋斗故事,把人类科学发展的历史进程都梳理了一遍。那么我们对两条问题的结论是什么呢?今天是这个专辑的尾声,张老师为会为你总结一下他的看法。


当然我们也不要忘记,未来科学家讲的不是那些历史人物,而是我们的下一代。我们阅读过去科学家的故事,不只是因为这些故事很有趣,更是因为我们想把这些故事作为案例,学习怎样培育出未来的科学家。希望这个专题,能够给你一个不一样的角度和高度,重新认识科学家,重新认识科学,也重新认识世界。


科学在身边未来科学家专题到这里完满结束,希望你享受我们的节目,也希望你可以有所收获。感谢你过去一段时间的支持与鼓励,我们后会有期。再见。

【主播简介】

张浩然,香港科技大学理论物理学学士及物理学哲学硕士,英国布里斯托大学教育博士。

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粤语|张浩然博士:黑洞和宇宙大爆炸09 May 202100:12:19

霍金的学术成就有两个主要方面:科研与科普。


霍金的主要研究是属于宇宙论的范围。物理学家毕生追求的,就是回答宇宙从哪里来、宇宙将往何处去这两个基本问题。霍金研究宇宙,也是要回答这两个问题。而他的切入点,就是黑洞和宇宙大爆炸理论。

至于霍金的科普事业,则开始于1982年。当时他希望写一本畅销书,向公众解释科学家到目前为止对宇宙有多少理解。霍金希望这本书可以传播给尽可能多的人,因此尽量写得深入浅出,写出来的这本书就是著名的《时间简史》。之后,霍金还写了《黑洞和婴儿宇宙》、《果壳中的宇宙》、《大设计》、《霍金大见解》等等科普书籍。


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粤语|张浩然博士:霍金的人生故事02 May 202100:11:31

1963年,霍金确诊了一种运动神经元疾病,俗称渐冻人症。当时霍金才21岁,刚刚展开了他在剑桥大学的研究生涯,前途无可限量。就在他踌躇满志,正在选定博士研究题目的时候,却患上这种罕见的疾病。当时医生估计,霍金剩下来日子大概只有两年左右。而且在这两年里面,霍金的状况还会继续恶化。不单行动越来越笨拙,说话也会越来越困难,最后就连呼吸、心跳这些维持生命的基本功能都会慢慢停止,病人就会死亡。


在失去肌肉控制的同时,大脑的思维能力却不受影响。也就是说,病人基本上是清醒的,可以正常思考,到了最后却再也无法把自己的想法告诉别人。文学一点的讲法就是,病人的灵魂被囚禁在一具瘫痪的身体里面,一直到死为止。从这个描述你可以想象,这种病确实是非常可怕。尤其像霍金这种知识分子,思维活跃却无法与人沟通,无疑是比死还要可怕的事情。


幸好,就在霍金万念俱灰的时候,出现了一个对霍金一生非常重要的人,她就是霍金的第一任妻子Jane。今天,张老师会为你介绍霍金的人生故事。

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粤语|张浩然博士:霍金的求学生涯25 Apr 202100:10:28

很多成名的科学家都在他们年幼的时候就展现出过人的才华,学习成绩也非常好。但霍金似乎是一个例外。按照霍金在自传里面的描述,受到父亲的熏陶,他自幼就充满好奇心,也很喜欢科学,喜欢研究事物运行的原理。但是这些好奇心与兴趣主要是体现在玩乐方面。相反,霍金在学校里面的成绩不算太好。虽然他在中学的时候被分配到A组,也就是所谓的精英班,但是霍金在精英班里面的成绩只是中下游水平。不要说名列前茅,就连名列前面一半都没有试过。在第一个学年结束的时候,他还差点因为成绩不达标,而被踢到B组去。


上大学之后的霍金也没有特别努力。按照他自己的说法,在牛津的三年时间里,他总共只用功了1000个小时左右,平均每天大概一个小时。他也不是特别要懒惰,可是这就是大部分人所形成的一种氛围。今天,张老师会为你讲一下霍金的求学生涯。


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粤语|张浩然博士:宇宙之王霍金18 Apr 202100:08:31

相对论与量子力学,是20世纪初发展出来的两套理论。它们推翻了牛顿力学,把科学带进了全新的世界,是现代物理学的中流砥柱。不过现代物理学的奋斗目标,已经不再是研究怎样从牛顿力学脱离出来,而是研究如何利用相对论与量子力学,探求宇宙的最基本规律,找到可以解释万物的终极理论。


终极理论的其中一个难处,就是相对论与量子力学并不完全兼容。自然界有四种基本力:重力是相对论的范畴,而强力、弱力、电磁力都是量子力学的范畴。问题是世界上有一种东西,它的质量很大,引发的重力也非常大,但是它的体积又很小,这个东西就是黑洞。研究重力需要相对论,但是黑洞奇点附近的体积又很小,属于微观世界,需要量子力学。很不幸,由于两个理论并不兼容,要研究这个领域亦非常困难。


不过有一个人研究黑洞非常在行,那就是被誉为宇宙之王的英国物理学家霍金。今天开始,张老师为你讲述霍金的故事。

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粤语|张浩然博士:华人的第一个诺贝尔奖11 Apr 202100:11:22

杨振宁与李政道是第一批获得诺贝尔奖的华人科学家。李政道比杨振宁小四岁,1943年考入浙江大学物理系,然后因为战乱,第二年转入西南联合大学。两人分属同门师兄弟,都是吴大猷的学生。李政道来的时候,杨振宁已经差不多毕业,并且取得了留学资格。所以在西南联大的时候,两个人的接触不是太多。


1945年日本投降,当时的国民政府希望派更多的学生出国留学。当时李政道还只是本科二年级,但是因为他实在是太过优秀,所以导师吴大猷决定破格把出国留学的名额给了他。第二年,李政道就来到美国芝加哥大学,并且经由杨振宁介绍,成为了费米的学生。1951年,杨振宁又把李政道介绍给奥本海默,让他过来普林斯顿高等研究所做博士后研究。从此,他们两个人经常一起讨论问题,又一起发表论文。这一集,张老师会为你讲述杨李二人一起赢得诺贝尔奖的故事。


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粤语|张浩然博士:初试啼声杨振宁04 Apr 202100:09:10

1953年,刚刚博士毕业几年的杨振宁,获邀到位于纽约长岛的布鲁克海文国家实验室,当一年的访问学者。这个实验室隶属于美国能源部,里面有几台粒子加速器,也有其它先进的实验设备。虽然杨振宁决定不再搞实验物理,但是理论物理总是离不开实验数据的支持。杨振宁就想,能够多跟搞实验的同行交流,对于理论研究也是一件好事。


结果,在布鲁克海文国家实验室,杨振宁遇到了另外一位年轻的物理学家、美国人米尔斯。他们坐在同一个办公室,经常一起探讨物理学问题,探讨的主要范畴叫做规范场理论。规范场理论在物理学界的地位,是可以跟牛顿力学、相对论与及麦克斯韦的电磁学理论相提并论的,可以说是现代物理学里面,其中一个最重要的理论。


不过当时杨振宁还不知道这个理论的重要性。事实上,当时物理学界对于规范场理论的共识是:不成熟,也没有用。因此,大部分的物理学家都对此兴趣缺缺,只有量子力学大师泡利例外。然而,杨振宁初次就着这套理论发表演讲,就受到泡利的批评。众所周知,泡利很喜欢批评别人,而且说话刻薄、不留情面,因此弄得场面非常尴尬。究竟当日发生了什么事呢?规范场理论最终又是怎样发表的呢?今集,张老师会为你讲述当年的故事。

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粤语|张浩然博士:哪里有爆炸,哪里便有杨振宁!21 Mar 202100:11:06

作为第一位获得诺贝尔奖的华人科学家,杨振宁一直备受关注,也有一些争议。上次简单提过,杨振宁的本科教育是在西南联合大学完成的。当时正值八年抗战,西南联大的物质条件非常差。比如所谓的教室,只不过是一栋栋简陋的平房。冬寒夏热,下雨时地上一片泥泞。当地亦经常受到日军空袭,连生命安全都无法保障。


西南联大的物质条件恶劣,师资却非常优良。杨振宁亦非常勤奋,于1945年以优异的成绩取得硕士毕业,并且考取了公费留学美国的资格。


杨振宁到美国之后,辗转投考芝加哥大学,跟费米、泰勒和艾理逊学习,他们都是世界上首屈一指的物理学家。有趣的是,杨振宁是理论方面的强者,他最开始的时候却是想做实验的。不过他很快便遭到挫败,最终才回到理论研究的道路上。杨振宁在实验室里发生了什么事?他在美国的研究生涯又是如何?今集,张老师会与你分享杨振宁初到美国的故事。


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粤语|张浩然博士:杨振宁14 Mar 202100:08:23

杨振宁是这个专辑介绍的第一位华人科学家,亦是第一批获得诺贝尔奖的华人科学家。杨振宁获奖的年份是1957年,而与他一起获奖的,还有他的拍档李政道。


但是在听杨振宁的故事之前,大家可以先想一想以下问题:为什么这个专辑从古希腊的哲学家一直讲到近代,时间跨度长达2500年,到现在才第一次见到华人的身影?更直接讲,为什么中国古代没有发展出科学?为什么现代科学基本上只是西方文化的产物?这也是一个非常值得深究的问题。


今集,张老师会为你介绍杨振宁的家庭背景和求学经历,亦讲讲中国文化为什么会缺乏科学元素。

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粤语|张浩然博士:费曼的学术成就28 Feb 202100:11:27

费曼被称为科学顽童,不过这种表面上的顽童行为,完全是好奇心的体现。而作为科学家,好奇心当然是非常重要的。费曼曾经在访问里面提到,他之所以会研究科学,与其说是为了做出一些科学成果,不如说是纯粹为了享受探索与学习的乐趣。这种乐趣大于一切,就算是在逆境之中,费曼亦是靠不断探索来排解情绪。能够全心全意把所有的心力都放在一个地方,又怎么可能不成功呢?


费曼的成功,可以分为两方面。作为诺贝尔物理学奖得主,费曼在学术研究方面的成就无可置疑。但是费曼在世人眼中的形象,除了是杰出的科学家,亦是伟大的教育家。优秀的学者,不一定是优秀的老师,而费曼却是身兼优秀的学者与老师于一身。今天是费曼的最后一集,张老师会为你介绍费曼在学术研究与及教学方面的成就。


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粤语|张浩然博士:费曼的个人生活21 Feb 202100:08:38

在曼哈顿计划期间,费曼有过很多怪异的行为。比如上次提过,他去破解同事们的密码锁。目的不是真的要刺探什么机密,而只是因为好玩。这些行为,对于一个参与曼哈顿计划的科学家来说,难免会引起当局的一些误会。费曼亦曾经因为这样,引来了联邦调查局调查。


另外一件奇怪的行为就是,他差不多每个周末,都会借朋友富克斯的车,去新墨西哥州的阿尔伯克基。这个地方距离洛斯阿拉莫斯实验室有一个半小时的车程。究竟费曼去哪里是为什么呢?这就要从他的第一任妻子说起。今天,张老师会为你介绍一下费曼的个人生活。

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粤语|张浩然博士:费曼的「间谍」生涯14 Feb 202100:10:06

1939年,费曼在麻省理工大学取得了本科毕业,随即转到了普林斯顿大学继续进修。当时欧洲已经爆发了第2次世界大战,但是在大西洋彼岸的美国并未有直接参战,美国本土也没有受到战争的太大影响。


可是到了1941年的年尾,局势就急转直下。12月7日,日本偷袭珍珠港,并且向美国等西方国家宣战。当时费曼还只是是一名博士生,还没有毕业。但是因为美国急于研发原子弹,所以就在大学里面,招募那些学业能力比较出众的科学专业研究生。费曼就是这个时候被引进曼哈顿计划的。今集,张老师会讲讲费曼在参与曼哈顿计划时的经历。


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粤语|张浩然博士:科学顽童费曼07 Feb 202100:12:05

费曼在物理学上面有很多成就:他是量子力学大师,他是量子电动力学的其中一位创始人;他是纳米科技之父,而量子电脑亦是他提出来的概念。1942年费曼还没有博士毕业,就已经参与了曼哈顿计划。1986年美国挑战者号太空穿梭机爆炸,费曼在全国电视观众面前,用一个简单的实验就解释了事故的原因。当然不得不提,费曼也是1965年诺贝尔物理学奖的得主之一。


1999年,在一项访问了130位世界顶尖物理学家的调查当中,费曼获选为历史上最伟大的十位物理学家之一。他在那个调查当中排名第七,其他上榜的科学家包括:排第一位的爱因斯坦,第二位牛顿,第三位麦克斯韦(电磁学的大师),第四位波尔,第五位海森堡,第六位伽利略,第七位就是费曼,第八位狄拉克,第九位薛定谔,第十位卢瑟福。


不过,费曼最为人所熟知的一个外号,跟这些成就都没有关系。这个外号,就是“科学顽童”。没错,不是神童,是顽童。虽然费曼这个人也很神,但是要总结他的一生,还是顽童两个字比较贴切。今天开始,张老师会为你讲述这位科学顽童的故事。

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粤语|张浩然博士:费米与外星人31 Jan 202100:15:13

费米在1942年参与了芝加哥1号核反应堆的建设。这个反应堆,为曼哈顿计划奠定了重要的基础。但是1945年战争结束后,美国与前苏联又随即陷入了冷战。当时的苏联,在科研和技术方面都紧贴着美国。1949年8月,苏联更加成功进行了第一次核试,成为第二个拥有核武的国家。


美国人很怕有一天原子弹会打到自己头上。每次天上有奇怪的飞行器或闪光,都会引起恐慌。可能因为大家都要看天做人,所以这时美国的天空上就特别多奇怪的东西。特别是1947年6月24日,发生了非常轰动的飞碟事件。一个月之后,又发生了令无数美国人震惊的罗斯威尔事件。一时之间,有关外星人与飞碟的传闻甚嚣尘上,全国各地掀起了外星人狂热。这就是40年代末50年代初美国的情况。


1950年夏天,费米正在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室工作,这里距离声称有飞碟坠毁的罗斯威尔沙漠只有230公里。地点那么近,费米又是科学家,于是外星人自然也成为费米与同事们茶余饭后的话题,并由此展开了一段关于外星人的讨论,这就是费米悖论的由来。外星人跟费米有什么关系?今集,张老师会为你细细道来。


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粤语|张浩然博士:费米与原子弹24 Jan 202100:11:29

由费米的团队所搭建出来的芝加哥1号反应堆,是人类历史上第一个核裂变反应堆,亦是曼哈顿计划的重要组成部份。1938年,德国的科学家发现核裂变反应,这个消息辗转传到了美国。当时很多原本在欧洲的顶尖科学家,因为政治的原因逃亡到美国,当中有很多是量子力学与原子物理学方面的专家。他们听到有关德国的这个发现,首先是觉得非常兴奋,但同时又很担忧。因为发现了核裂变反应,就意味着德国有可能利用当中所释放的巨大能量,制造杀人武器。于是,有一些科学家就决定对美国政府提出警告。其中最著名的,是1939年以爱因斯坦为首的科学家写给美国总统罗斯福的那封信。美国政府采纳了这些科学家的建议,于是开始研究原子弹。


负责领导曼哈顿计划的,是核子物理学家、美国人奥本海默,后人把他称为原子弹之父。虽然领导的是奥本海默,但是费米在当中扮演了非常重要的角色。其实在曼哈顿计划之前,费米已经在研究核裂变。后来这项研究就被纳入曼哈顿计划,费米的团队获得了一笔巨量的资金,目标是搭建出人类历史上第一座核裂变反应堆。今集,张老师会为你讲述费米与芝加哥1号反应堆的故事。

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粤语|张浩然博士:费米的科学生涯17 Jan 202100:12:41

费米在1918年以入学考试第一名的成绩,进入了比萨高等师范学校学习。他一开始的专业是数学,但是后来发现自己在物理学方面的兴趣比较大,所以就在1920年转攻到物理学。


费米在大学里面有一位老师,这位老师是物理学实验室的主管。奇怪的是,这位老师认为自己实在没有什么东西可以教费米,反而他觉得费米的物理学知识已经超过了他,竟然反过来请费米安排一些量子力学方面的讲座。而费米也不负众望,为了应付这些讲座,也出于个人兴趣,费米自学了很多物理学的知识,其中包括量子力学方面的,也包括相对论与原子物理学等等的范畴。1921年,费米三年级的时候就开始发表科学论文,投稿到学术期刊里,这是费米第一次进行正式的科学研究。而且这些科学研究也不是一般的研究。比如说,这个时候广义相对论才发表不久,但是费米的研究已经是有关相对论方面的前沿研究。今天,张老师会为你介绍费米的科学生涯。


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粤语|张浩然博士:原子能之父费米10 Jan 202100:07:46

二战期间,爱因斯坦建议美国政府启动核武研究计划,他自己却没有直接参与。那么是谁参与了美国的这项划时代的计划呢?有很多,费米就是其中之一。


费米的主要研究范畴是量子力学、核子物理学、粒子物理、统计力学。1938年,费米因为他在核反应方面的研究成果,获得了当年的诺贝尔物理学奖。人类历史上第一个核反应堆芝加哥一号堆,也是由费米的团队在1942年制造出来的。这一次成功,为三年后美国研发出第一颗原子弹奠定了重要的基础。当然,核反应堆也是核能发电的基础,所以费米也被称为原子能之父。

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粤语|张浩然博士:爱因斯坦的成名作 - 相对论03 Jan 202100:13:52

相对论是爱因斯坦的成名作。相对论其实有两个版本:第一个版本是1905年发表的狭义相对论,第二个版本是1915年发表的广义相对论。你可以把狭义相对论,看成是相对论的一个初级版本,而广义相对论就是狭义相对论的延伸。今天,张老师会分别为你浅谈狭义与广义相对论。


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粤语|张浩然博士:和平主义者爱因斯坦20 Dec 202000:07:42

爱因斯坦除了是科学家,亦是一名和平主义者。第一次世界大战结束后,德国为自己的战争罪行付出了巨大的代价。由于经济及民族主义的原因,犹太人成为了德国人迁怒的对象,德国人与犹太人之间发生了很多矛盾。


爱因斯坦反对民族主义,也讨厌战争。第一次世界大战是当时人类有史以来最残酷的战争;相比于冷兵器时代,枪炮的发明,大大提高了武器的杀伤力。爱因斯坦经历过第一次世界大战,对于这些当时的大杀伤力武器感到非常不安。所以,在第一次世界大战结束之后,爱因斯坦四处奔走,希望运用自己在科学界的声望,呼吁欧洲各国裁减军队,限制武器,希望可以避免欧洲再一次陷入战争。


然而,历史并没有向着爱因斯坦所期望的方向发展。由于德国人对犹太人的仇恨,主张反犹太主义的希特勒与他的纳粹党,得到了广大德国选民的支持。1933年,希特勒当选为德国总理,随即展开了对犹太人的迫害。今集,张老师会讲述和平主义者爱因斯坦的故事,亦会讲讲爱因斯坦与美国原子弹计划的关系。

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粤语|张浩然博士:爱因斯坦的教授生涯13 Dec 202000:08:08

1910年,爱因斯坦离开工作多年的瑞士专利局,转到苏黎世大学当副教授,这是他第一次成为正式的大学学者。之后几年,爱因斯坦辗转在不同的大学任职。1914年,受到量子力学之父普朗克的邀请,爱因斯坦去了柏林洪堡大学,这里也是他后来写出广义相对论的地方。


不过,正如之前多次提到,1914年对欧洲人来说,是不平凡的一年。这一年,德国政府要求国内的知识分子表态,支持发动对外战争。身处德国的爱因斯坦不但只坚决不签,而且还签署了另外一份反对战争的联署,并且加入反战组织。幸好,爱因斯坦现在已经是一名外国人,因为他早于1894年就放弃了德国国籍,1901年又取得了瑞士国籍。凭着这一层身份,爱因斯坦才得以免于牢狱之灾,更加可以继续在德国做研究。今集,张老师会为你讲述爱因斯坦的教授生涯。


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粤语|张浩然博士:文员?学者?爱因斯坦的传奇人生06 Dec 202000:08:35

爱因斯坦是德国籍的犹太人,1879年3月14日生于德国,1955年在美国普林斯顿逝世。他在1905年提出了狭义相对论,然后在1915年又提出了广义相对论。量子力学与相对论,是20世纪物理学两个最重要的发展方向。不过量子力学是很多科学家合作建立起来的,而相对论则基本上是由爱因斯坦一个人发展出来的。虽然如此,但是爱因斯坦在1921年获得的诺贝尔物理学奖,得奖原因却跟相对论没有关系,而是因为一个名叫光电效应的发现。这个光电效应,是今天太阳能电池的基本原理。


坊间流传着很多有关爱因斯坦的传奇故事。比如很多人说,爱因斯坦自幼的学习成绩不好,数学不合格,更加没有上过大学。离开学校之后,他在专利局当一名文员。然而正正就是这一名文员,透过自学成材,提出了相对论。这些故事虽然很有戏剧性,亦很励志,但其实大部分都不是真的,或者至少是不准确的。


那么,爱因斯坦真实的一生是怎样的呢?一连数周,张老师会为你讲述爱因斯坦的故事,让你认识这位传奇的科学家。

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张浩然,香港科技大学理论物理学学士及物理学哲学硕士,英国布里斯托大学教育博士。

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粤语|张浩然博士:风流成性的薛定谔22 Nov 202000:08:17

薛定谔不但有钱又聪明,对学问亦充满兴趣。年轻的薛定谔就已经博览群书,不只是物理学,还有很多其他的范畴,比如是哲学、生物学、宗教等等,他都有所涉猎。而薛定谔最出色的地方是:他不只能读书,亦能实践。比如有一本书叫做《生命是什么》,是1943年薛定谔的讲学内容,1944年结集成书出版。这本书的内容不是物理学,而是从物理学、化学甚至哲学的角度,解释生命的现象。这本书在分子生物学范畴非常出名,对后来DNA双螺旋结构的发现亦起到重要的启导作用。


薛定谔的学术成就,为他赢得了崇高的荣誉与地位。但是另一方面,他的个人生活作风,就很难令人认同了。薛定谔这个人,可以说是风流成性,是一名花花公子。他在结婚之前,就已经谈过很多个女朋友,结婚之后又有好多个情人。终其一生,薛定谔的妻子没有为他生过子女,但是薛定谔众多情人,就总共为他生了三名私生女。这种生活作风,放在今天亦是难容与世。就连爱因斯坦等等的物理学家,都因此而刻意疏远他。

今集,张老师会为你总结薛定谔的传奇一生。


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粤语|张浩然博士:薛定谔与薛定谔的猫15 Nov 202000:12:05

薛定谔方程是量子力学里面最重要的方程之一,其地位大约相当于经典力学里面的牛顿定律。牛顿定律是经典力学里面,用来描述这个世界的方程。曾经有很多科学家认为,牛顿定律就是这个世界的万有理论,也就是可以用来解释世界外务所有事情的一个理论。


但是量子力学的出现,让我们知道微观世界的物理法则跟宏观世界不同,因此我们需要新的方程来描述微观世界,这条方程便是薛定谔方程。薛定谔方程的主角是波函数,这个波函数包含了微观粒子全部状态的资料。例如,从这个波函数我们可以推导出粒子的位置与速度。不过我们得到的并不是位置和速度的确定值,而只是一个概率。直到我们量度这个粒子的位置或速度,波函数便会发生塌缩,塌缩到我们所量度到的那个特定的点上面。


所以,很多科普书说,量子力学跟经典力学的最大分别,就是它的不确定性。但是,波函数的塌缩,只是一个数学的概念,它在现实之中又对应着什么呢?这个问题,不只是现代人觉得一头雾水,当年研究量子力学的科学家也是一头雾水。不过,科学家始终是充满好奇心的;20世纪初的科学家就非常努力,希望可以拨开这些云雾,找到那个隐藏在云雾深处的答案。今天,张老师会为你讲述,二十世界初的科学家,怎样思考这个问题。

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粤语|张浩然博士:薛定谔波动方程08 Nov 202000:10:53

富二代学霸薛定谔于1926年提出的薛定谔方程,是量子力学里面最基本最重要的方程之一。它在量子力学里面的地位,相当于经典物理学里面的牛顿定律。在量子力学之前,科学家用牛顿定律来解释物体的运动。牛顿力学,曾经被认为是宇宙中最终极的规律。知道牛顿力学,就能够解释一切,预测一切。而且牛顿力学的数学结构是那么简单,只要三条定律就可以解释到宇宙。既简单但又包罗万有,可以说是非常优美。


但是量子力学的出现,令到科学家发现,牛顿定律只适用于宏观世界,对于微观世界里面的现象,牛顿定律就无能为力了。科学家需要一套全新的理论,用来解释量子力学所描述的微观世界的现象。而薛定谔方程,可以说是量子力学的核心。


薛定谔方程是一条所谓偏微分方程,而方程的主角,是一个名叫波函数的数学函数。求解薛定谔方程,便可以得出粒子的波函数,从中知道粒子的位置和速度,就正如在牛顿力学当中,我们可以从方程里面计算到粒子的位置与速度。但是跟牛顿定律不同,波函数不能告诉你粒子的确实位置与速度,而只能告诉你它的位置与速度的概率。量子力学里面的不确定性,透过这个波函数所给出来的概率,深深的植根在薛定谔方程里面。


今集,张老师会为你简单介绍一下,富二代学霸薛定谔的这一组成名之作。


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粤语|张浩然博士:富二代学霸薛定谔01 Nov 202000:08:35

20世纪20年代,是量子力学丰收的年代。泡利在1925年提出「不相容原理」,而海森堡就在1927年提出「测不准原理」。这两条理论,带领人类打开了微观世界的大门,让人类可以窥探微观世界里面那些匪夷所思的规律,并且推翻了主宰物理学数百年的牛顿力学。


但是在量子力学里面相当于牛顿力学的理论,并不是「泡利不相容原理」,也不是「海森堡测不准原理」,而是量子力学波动方程。量子力学波动方程,是由奥地利科学家薛定谔在1926年提出来的,所以又被称为「薛定谔方程」。


薛定谔是富二代,同时又是学霸。他读大学只花了四年,就拿到了博士学位。之后他以奥地利一名炮兵的身份,参与了一次世界大战。1933年,薛定谔获得了诺贝尔物理学奖得主,但随即又因为个人生活作风问题,受到了别人的排挤。可以说,薛定谔的人生经历相当丰富,亦是一位相当传奇的人物。今集开始,张老师会带你认识薛定谔的人生和科研历程。

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粤语|张浩然博士:海森堡测不准原理25 Oct 202000:10:49

按照「测不准原理」,我们不能够同时准确地测量微观粒子的位置与速度。如果你准确知道粒子的位置,你对它的速度就一无所知。相反,如果你准确知道粒子的速度,你对它的位置也会一无所知。又或者,位置与速度,你各自都知道一点,但是两个都测不准。「测不准原理」最奇妙的地方就是,测不准并不是因为量度工具不精确,也不是量度的技巧有问题,而是微观世界的物理法则所导致的。这个物理法则,叫做「波粒二象性」。


「测不准原理」与「波粒二象性」意味着,我们所看到的宏观世界,都只是表象。微观世界里面隐藏着另外一种规律,另外一层现实。二十世纪初的科学家首次认识到,20世纪前人们所知道的所有科学,甚至对这个世界的认知,原来都是假的,我们需要一门全新的学科来研究这些现象。而这一门学科,就是量子力学。


1874年,普朗克到慕尼黑大学读物理。他的老师跟他说,物理学这个范畴,已经没有什么未知道的原理了。现在研究物理学,只是拾遗补缺而已。我们现在却知道,普朗克所面对的,不是物理学的终结。相反,二十世纪的物理,是从经典物理学走入现代物理学的开端。二十世纪的物理,不是拾遗补缺,而是带领科学家走进了一个全新的世界。


今集,张老师会为你介绍海森堡的这个「测不准原理」。

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粤语|张浩然博士:海森堡18 Oct 202000:14:18

上回介绍过科学神童泡利,与及他在1925年提出的「泡利不相容原理」。这个原理,后来成为了量子力学的重要理论。


另一个同样重要的理论是「测不准原理」。这个理论是由德国科学家海森堡在1927年提出的。海森堡与泡利背景相近,二人的关系亦很密切。他们是同门师兄弟,亦同样是量子力学的宗师级人物,并分别因为量子力学而获得诺贝尔物理学奖。两人的时代背景也很相近:泡利是1900年在奥地利出生,那一年亦是量子力学的诞生年。而海森堡则比泡利年轻一点,1901年于德国出生。虽然国籍不同,但是德国与奥地利是关系密切的邻国,两国都是以德文作为官方语言之一。而在更早之前,两国也是同样属于神圣罗马帝国的领土。


今集,张老师会为你介绍海森堡的一生,讲述他在科研路上的奋斗故事,与及他如何跟那个时代的其他德国科学家一样,饱受政治和战争的困扰。


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粤语|张浩然博士:泡利不相容原理11 Oct 202000:15:26

1923年到1928年期间,泡利在德国的汉堡大学当讲师。在这里,泡利专门研究量子力学,并且提出了一个非常重要的理论,就是「泡利不相容原理」。


这个原理跟原子结构有关系。量子力学是研究微观世界的学问,而原子结构则是其中科学家最关心的课题之一。不过,当时的科学家对于原子结构认识有限,很多现象都是知其然而不知其所以然。而泡利不相容原理,就提出了原子里面电子的排列规律,解释了当时一些很重要的实验结果。后来,泡利不相容原理的应用范围,亦被扩展到电子以外的其它粒子,成为了量子力学里面最重要的理论之一。由于这项贡献,泡利获得了1945年的诺贝尔物理学奖。


今集,张老师会为你介绍这个原理及泡利的一些其它故事。

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粤语|张浩然博士:科学神童泡利04 Oct 202000:07:17

1900年,普朗克提出了黑体辐射理论,开启了量子力学的大门。1900年也被称为量子力学的诞生年。同样在1900年诞生的是奥地利科学家泡利,他后来也为量子力学做出了重要的贡献,并且获得了1945年的诺贝尔物理学奖。得奖原因是泡利不相容原理,这是量子力学里面非常重要的一个理论。今天开始,张老师会为你介绍这位科学家。


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粤语|张浩然博士:动荡的时代 - 普朗克的后半生27 Sep 202000:08:04

普朗克生活在一个动荡的时代。工业革命以来,科学与技术的突破性发展,一方面改善的人类的生活,但是另一方面,也大大提高了武器的杀伤力。


普朗克与居里夫人都是伟大的科学家,也同样经历了时代的动荡。1914年,第一次世界大战爆发。当时已入籍法国的居里夫人走到前线去医治伤兵。而普朗克是德国人,可以说是法国的敌国。他虽然没有上战场,但是他同样的饱受了战争带来的苦难。今集,张老师会为你介绍普朗克在两次世界大战中的经历。

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粤语|张浩然博士:量子力学的诞生20 Sep 202000:12:14

上回介绍了德国科学家普朗克,他是量子力学的奠基人之一,也是1918年诺贝尔物理学奖的得主。普朗克在19世纪末、20世纪初研究量子力学。这些研究,标志着科学从经典走向现代,更标志着一场伟大的科学革命。


但是普朗克在大学的研究课题并不是微观世界。他不像贝克勒、居里夫妇那样研究原子的放射性,也不像汤姆森、卢瑟福那样研究原子结构。相反,普朗克在大学里面研究的题目是热力学,他的毕业论文题目是《热力学第二定律》。这个题目,至少从表面来看,跟量子力学所研究的微观世界没有什么关系。那么普朗克究竟是怎样从热力学走进量子力学的呢?今天,张老师会为你解释其中的缘由。


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粤语|张浩然博士:量子力学的奠基人之一 - 普朗克13 Sep 202000:14:28

经典物理学与现代物理学有两个最重要的分别。首先,从古希腊到19世纪之前,人类的所谓科学,都只是集中在肉眼可以见到的东西。这也很正常,因为人类观察大自然,最主要是靠肉眼。只有肉眼能够看得到的,才能观察,才能研究。


这个情况一直维持到19世纪的上半叶。但是到了19世纪下半叶,科学家就透过当时最先进的实验手段,一步一步地揭开了微观世界的神秘面纱。从宏观到微观,是经典物理学过渡至现代物理学的其中一项重要转变。二十世纪的量子力学,就是由于这个转变而发展出来的一套理论。二十世纪初最伟大的物理学家,有很多都是研究量子力学的。


第二个方面的变化,是关于万有引力的强度和物体的速度。十九世纪或之前的科学研究,都是速度很低,引力也不是很强的条件下进行的。但是后来有科学家发现,如果速度很高,引力很强,那么物体的物理学特性亦会有一些意想不到的变化。从低速至高速,从弱引力到强引力,是经典物理学过渡至现代物理学的第二个重要转变。而促成这个转变的主要是一个人,就是爱因斯坦,他的理论就是大家耳熟而不能详的相对论。


一连数集,张老师会介绍现代物理学里面一些最重要的科学家。今天会先由一位德国科学家开始,他就是量子力学的奠基者之一 - 普朗克 (Max Planck)。


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粤语|张浩然博士:从经典科学到现代科学06 Sep 202000:15:02

物理学里面有一种讲法:牛顿那个年代一直到19世纪的物理学,称为经典物理学。而20世纪出现的相对论与量子力学,则称为现代物理学。所以,19世纪末20世纪初的这一段时间,可以说是从经典科学到现代科学的一个分水岭。


今天,张老师会为你重温从上古到19世纪的西方科学发展,下一集再讲现代科学。

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粤语|张浩然博士:优秀的科学家、高尚的人30 Aug 202000:12:08

1914年上半年,经过数年的筹组,居里夫人的放射性实验室终于在巴黎开幕。不幸地,仅仅几个月之后,欧洲就爆发了第一次世界大战。居里夫人是女性,不用上战场,但是她实验室里面的研究人员,差不多都被征召入伍。人都没有了,研究自然也做不下去了。


居里夫人在战争的这几年又是怎样过的呢?这里就要讲讲居里夫人在科学家之外的另一面,就是一位爱国者,也是一位人道主义者。第一次世界大战是近代规模最大、过程最残酷的战争之一,因为这是人类第一次广泛使用现代科技作为武器的大规模战争。而法国作为德国的邻国,自然是首当其冲,伤亡相当惨重。居里夫人实在是看不下去了,她希望可以贡献自己的一份力量。于是,在战争的第一年,居里夫人就组建了一支医疗队,到前线提供医疗服务。有一个统计数字说,居里夫人的这支医疗队,在第一次世界大战期间,挽救了100万名法国士兵的性命。此外,居里夫人亦将自己的私人财产,包括诺贝尔奖的奖金,都用来购买法国的战争债券。可以说,法国虽然不是居里夫人的祖国,但是为了支持法国,居里夫人实在是出钱出力。


可惜,由于长时间曝露在辐射之中,居里夫人的下半生都在疾病之中度过,最终在1934年死于白血病。而居里夫人的大女儿和女婿,同样进行放射性研究,同样获得诺贝尔奖,亦同样因为跟辐射相关的疾病而死亡。


今集,张老师会为你继续介绍这个专奇的居里家族。


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粤语|张浩然博士:两个诺贝尔奖23 Aug 202000:10:18

上次介绍过居里夫人的成长经历,介绍过她如何邂逅居里先生,也讲过他们两个人如何研究物质的放射性现象。他们确定了这些神秘射线是铀元素的一种本质,跟其他物质无关。而且铀越多,射线越强。由于这些研究,居里夫妇获得了1903年的诺贝尔物理学奖。


但是如果你以前听过居里夫人的故事,你可能会记得居里夫人最重要的成就并不是这个,而是她发现了一些新放射性元素,并且因此获得了诺贝尔奖。其实你也没有记错,因为居里夫人获得诺贝尔奖不止一次。除了1903年的物理学奖之外,她在1911年也获得了化学奖。而第2次的获奖原因,就是发现了钋和镭两种新的放射性元素。今天,张老师会为你继续讲述居里夫人的研究和人生故事。

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粤语|张浩然博士:居里夫人16 Aug 202000:07:47

法国科学家贝克勒于1896年意外地发现物质的天然放射性,这是人类第一次观察到从原子核分裂出来的粒子。贝克勒因此获得了1903年的诺贝尔物理学奖。


同样在1903年获奖的还有居里夫人和她的丈夫居里,他们研究的同样是放射性现象。其中,居里夫人是历史上第一位获得诺贝尔奖的女性科学家,而且她获奖两次:分别是1903年的物理学奖,还有1911年的化学奖。她亦是巴黎大学历史上首位女教授。居里夫妇的一个女儿,亦都获得了1935年的诺贝尔化学奖。今天开始,张老师会为你介绍这个传奇的居里家族。


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粤语|张浩然博士:破解原子核09 Aug 202000:11:29

前几集讲到,汤姆森发现了电子,他的学生卢瑟福则是找到了原子核存在的证据。相比起门捷列夫的元素周期表,20世纪初的科学家,已经不再满足于从化学反应而来的数学规律,而是切切实实地进行一些针对原子甚至是原子核的实验。可以说,20世纪初,原子理论终于都从化学与数学问题,变成了真正的物理学问题。


但是如果说,要进一步研究原子核里面究竟有什么,这个问题又比之前的困难。要发现电子是相对简单的,因为电子本来就很容易从原子脱离出来。但是要把原子核打散,找到组成原子核的基本粒子,就困难得多了。人类真正能够人为地把原子核打散,要等到1932年卢瑟福团队发明粒子加速器之后才能做到。


幸好,大自然里面有一些原子核,就算没有人为的干扰,也会自己分裂。这个现象,就是物质的天然放射性现象。而发现这个现象的,就是法国科学家贝克勒,他是1903年诺贝尔物理学奖的得主之一。今集,张老师会为你讲述贝克勒意外地发现物质放射现象的故事。


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粤语|张浩然博士:发现原子核02 Aug 202000:14:31

上回讲过汤姆森发现了电子。从此人类知道,原子并不是最基本的粒子。原子是由电子等更小的粒子组成的。


汤姆森提出,电子是带负电苛的,但是原子没有电荷。因此,原子里面除了电子,应该还有相应的正电荷物质,如此才能抵消电子的负电荷。汤姆森提出一个提子布丁模型。他认为原子里面的正电荷,充斥着整个原子空间,而电子则是平均分布在这个空间里,就好像提子布丁上面的提子。


不过,这只是汤姆森的假设。在科学里面,我们经常会提出各种各样的理论模型(theoretical model),来解释实验或者观察结果。但是这些模型只是假设,必须通过验证才能变成理论。这是科学方法的原则。


汤姆森没有成功证明他的提子布丁模型。历史上第一个经过实验验证的原子结构模型,是由汤姆森的学生卢瑟福(Rutherford)完成的。卢瑟福跟汤姆森一样,都是成功的科学家。他是1908年诺贝尔化学奖的得主,被后人尊称为「核子物理学之父」。


今集,张老师会介绍卢瑟福如何利用实验,推翻了他老师汤姆森的提子布丁模型,并且提出了自己的原子模型。

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粤语|张浩然博士:发现电子26 Jul 202000:11:45

元素周期表点出了元素之间的关系,而20世纪初发展出来的量子力学,则带领我们进入多姿多彩的微观世界。从元素周期表到量子力学,中间只差了半个世纪。在这短短半个世纪之中,人类对于微观世界的认识,就从古典科学一下子进入了现代科学。如此重要的突破,究竟是怎么发生的呢?


其中一位重要的功臣,是发现电子的英国人汤姆森 (J. J. Thomson)。汤姆森于1856年出生, 1940年逝世。跟以前介绍过的科学家一样,汤姆森亦是一位天才。他是1906年诺贝尔物理学奖得主;他的学生和助手之中,后来有六个人亦获得诺贝尔物理学奖,另外两个人获得诺贝尔化学奖。他的儿子亦是诺贝尔物理学奖得主,获奖的研究也是跟量子力学有关。可以说,汤姆森的研究团队,都是科学界的超级大牛,亦是现代原子理论的奠基者。今集,张老师会为你讲述汤姆森发现电子的故事。




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粤语|张浩然博士:门捷列夫的拼图游戏19 Jul 202000:10:37

元素周期表的发明者是俄国人门捷列夫。他生于1834年,死于1907年,这段时间是在牛顿之后,而跟道尔顿、达尔文有重叠。牛顿、达尔文、道尔顿,都是英国人。当时的大英帝国,无论在军事、商业、还是科学技术上,都是世界上首屈一指的强国。相比之下,俄国虽然幅员广阔,但是在各方面的实力就比英国差远了。而门捷列夫长大的地方,是在西伯利亚的托博尔斯克(Tobolsk)。在当时欧洲人的世界观里面,托博尔斯克实在是位于世界的边缘地带。


门捷列夫的出身,亦比前面介绍过的科学家平淡得多。他不像达芬奇、哥白尼那样多才多艺。他只有一项长处,就是化学。他的家境不富裕,身体不太好,成长经历也像牛顿一样坎坷。他14岁丧父,读大学期间又丧母。他搬了两次家才找到大学取录,毕业后却又找不到稳定的工作,还染上了肺痨。


但是,偏偏就是这样的一位人物,最终排除万难,发明了元素周期表,为化学带来了翻天覆地的贡献。他是怎样做到的呢?今天,张老师会为你讲述门捷列夫发明元素周期表的故事。


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粤语|张浩然博士:从原子到元素12 Jul 202000:11:34

原子理论,在古希腊只是哲学问题,在19世纪的欧洲变成数学与化学问题,到20世纪才成为物理学问题。从十九世纪初道尔顿的倍比定律,到二十世纪的现代原子理论,中间还出现过几位很重要的科学家。其中一位,便是今日要介绍的俄国科学家门捷列夫。


门捷列夫这个名字你不一定知道,但是他对于科学所作出的那个贡献,你一定会听过,甚至可能还附带一些惨痛的回忆。这个贡献,就是元素周期表。今天,张老师会先简单讲一下元素周期表,下次再讲门捷列夫发明元素周期表的故事。

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粤语|张浩然博士:发现原子理论05 Jul 202000:09:13

古希腊的哲学家,除了研究日月星辰,对于构成我们世界的基本物质,也是充满好奇。公元前4世纪的古希腊哲学家德谟克利特 (Democritus) 认为,世界上所有的物质都是由一种不可分割的微粒组成。中文说的原子,是英文atom的翻译,而atom这个字,在古希腊语的意思就是不可分割。


研究日月星辰的轨迹,可以用肉眼观察。研究原子,当然就不能用肉眼观察了。古希腊哲学家探究原子的问题,只能靠思考。到了近代,人类拥有更加先进的实验手段,可以用电子显微镜看到原子,甚至可以用粒子加速器打散原子。在原子理论上面,人类花了2500年的时间,终于有了一点点的进展,从哲学迈向物理学。


但是在18、19世纪,在哲学与物理学之间,原来也曾经有过一段时间,科学家是利用化学和数学来研究原子的。原子理论,首先是一个哲学问题,然后是化学和数学问题,最后才是物理学问题。


那么,当时的欧洲科学家是怎样研究原子的呢?有哪一些著名的科学家呢?今集开始,张老师会为你介绍这方面的故事。

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粤语|张浩然博士:达尔文的粉丝 - 华莱士28 Jun 202000:13:24

通过考察来研究演化理论,达尔文可能是最著名的一位。但是论花最多时间与努力,排第一的其实是另有其人。


这个人是华莱士,英文是Alfred Russel Wallace。华莱士跟达尔文、牛顿一样,也是英国人。他在1823年出生,比起达尔文年轻了14岁。对于华莱士来讲,达尔文是他的前辈,也是他的偶像。


华莱士出生于中产家庭。他的生活不算太过富裕,但是也不算是贫困。1840年,17岁的华莱士找到一份工作,内容是到野外进行测量。长时间在野外,有些人可能会觉得很辛苦,但是华莱士却非常喜欢,而且培养出收集昆虫标本的兴趣,进而对于博物学也产生了兴趣。


华莱士受到达尔文与其他博物学家的启发,很希望可以到南美洲收集动物标本进行研究。特别是,他当时已经相信,生物是可以由一个物种变成另外一个物种的,也就是所谓的变种。他很希望可以透过考察,找到生物变种的证据。


今集,张老师会为你讲述华莱士的故事,与及他在演化理论之中的贡献。


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粤语|张浩然博士:达尔文的小猎犬号之旅21 Jun 202000:11:41

相比于牛顿与伽里略那些以实验和数学为主要研究手段的物体运动问题,演化理论更像是科学里面的考古学。只不过我们看的并不是历史文化遗迹,而是古代生物留下来的演化痕迹。由于生物的基因是一代一代流传下来的,所以我们从今天的生物身上,是可以看到这些痕迹的。除此之外,也可以直接去看古代生物化石。


说起来简单,那是因为我们现在已经知道演化和基因的关系。但是在达尔文的年代,人们并不知道基因,更加不知道DNA的双螺旋结构。甚至当时的人,在谈到生命的来源与生物演化问题的时候,仍然很大程度上受到宗教的影响。正如日心说受到教会的猛烈批评,任何一种生物演化理论,如果跟宗教观念相违背的话,也都会受到教会以致广大民众的的排斥。


不过,在达尔文踏上英国军舰小猎犬号展开他的环球之旅的时候,他也没有想到这些。事实上,大学毕业之后的达尔文,本来的打算是去当一名牧师。登上小猎犬号的达尔文,只不过是想在成为牧师之前,可以去热带雨林看看。他断断没有想到,这一次的旅程,竟然会让他思考有关生物演化的问题,甚至推导出一个不需要依赖神迹的生物演化理论。这个发现,不单止改变了达尔文的一生,也加深了宗教与科学的分歧。今集,张老师会为你讲述达尔文的小猎犬号环球考察之旅。

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粤语|张浩然博士:达尔文 - 现代演化理论第一人14 Jun 202000:08:22

达尔文是现代演化理论之父。他跟牛顿一样是英国人,1809年出生,1882年去世,他的时代比牛顿晚了一个世纪。达尔文死后,也是被安葬在英国伦敦的西敏寺,以表彰他对科学的贡献。
但是达尔文的研究范畴,又跟牛顿的有很大分别。用今天的分类来讲,牛顿是数学家与物理学家,而达尔文则是生物学家,当时称为博物学家。由于学科不同,研究方法亦有异。对于牛顿和伽里略来讲,实验是重要的研究手段。但是达尔文所研究的演化理论,却是一个不能做实验的题目。


演化理论的核心问题是:不同物种之间,究竟有什么关系呢?为什么有些生物之间那么相似,但是相似之中又有一些细微的分别呢?一个物种会不会变成另外一个物种?怎样个变法?这样的题目,是无论如何都不能够做实验的。


那么,达尔文是怎样做研究的呢?原来靠的是环游世界。今集开始,张老师会为你讲述达尔文一边环游世界一边研究演化理论的故事。


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粤语|张浩然博士:牛顿与他的仇家们07 Jun 202000:09:00

牛顿的童年并不愉快,或多或少影响性格。有人分析牛顿的性格,认为他的自我保护意识强,自信心低,很怕受到批评。他们认为,牛顿为了逃避批评,有很多研究都是拖了很多年之后才发表。而如果别人批评他的研究,他就会非常气愤,并且运用一切手段反击。


比如说,牛顿首先研究微积分,但是他没有正式发表。很多年后,德国数学家莱布尼兹(Leibniz)自己独立发明了微积分,并且抢在牛顿之前发表。那么究竟是牛顿抄袭莱布尼兹,还是莱布尼兹抄袭牛顿?这件事情引起了当时英国与欧洲大陆两派科学家之间的热烈争论。1712年,英国皇家学会介入调查了这一宗抄袭争议,调查结果是莱布尼兹抄袭了牛顿的微积分。但是后来又发现,这个结论竟然是牛顿在背后主导的。他作为英国皇家学会的会长,没有避嫌,反而暗中主导了这个调查的结果。


类似的学术争议,也发生在牛顿与另外两位科学家佛兰斯蒂德(Flamsteed)与及胡克 (Hooke)之间,最后都是不欢而散。今集,张老师会为你讲述牛顿跟这些仇家们的故事,揭开科学大师光环底下鲜为人知的一面。

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粤语|张浩然博士:光是波还是粒子?牛顿的三棱镜实验31 May 202000:10:56

很多人都知道牛顿三大定律和牛顿万有引力定律。但是大家未必知道,牛顿原来亦是光学研究的先驱。


牛顿1665年躲避疫情期间的三大研究,第一是微积分,第二是物体运动定律,第三便是光学。牛顿成为剑桥大学教授之后,最初几年也是主力教授光学。1704年,牛顿把他的光学研究成果出版成书,这本书的名字也叫《光学》。这本书出版之后,很快就成为了18世纪光学方面的权威著作,甚至比起1687年出版的《自然哲学中的数学原理》更加广为人知,因为《原理》是用拉丁文写成的,而且需要理解艰深的数学才能阅读。而《光学》是用英文写成的,内容也比起《原理》容易理解。


那么牛顿究竟研究了什么光学问题呢?他又得到了什么成果呢?今集,张老师为你讲述牛顿研究光学的故事。


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粤语|张浩然博士:牛顿的苹果树24 May 202000:13:17

1665年,在家乡躲避疫情的牛顿,以伽利略的研究为基础,思考物体运动定律的问题。他建构出有关物体运动的数学关系,最终推导出牛顿三大定律。伽利略把惯性原理留给牛顿,而牛顿就用数学把惯性原理发扬光大。


苹果树和万有引力又是什么回事呢?牛顿看见苹果从树上掉下来,他知道那是重力的作用。但是牛顿除即又想到一个问题:这个重力的适用范围究竟有多远呢?重力能够作用于苹果,能不能同时作用于月球、作用于其他天体呢?如果能够的话,这又意味着什么呢?


这是科学史上又一激动人心的时刻。从苹果想到太空中的其他天体,牛顿把他的物体运动定律延伸到天上的世界。牛顿提出,所谓的重力不止存在于地球,亦存在于宇宙万物之间。所以在中文翻译里面,重力也可以翻译为万有引力,也就是所有有质量的物体之间都存在的一个吸引力。


牛顿定律和万有引力定律,何以被后世的科学家推崇备至?这些定律跟伽里略、开普勒等前人的理论又有什么本质上的分别呢?今集,张老师会为你讲述牛顿研究物体运动定律的故事。

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粤语|张浩然博士:牛顿与微积分17 May 202000:11:12

牛顿是剑桥大学的数学教授,但是他的三项主要学术成就(微积分、光学、运动定律)之中,有两项竟然都属于科学范畴。而微积分虽然是数学,但是牛顿当年研究微积分,亦都是从物理学问题出发的。他的目的并不是探究数学,而是要把数学作为一种工具,帮助他研究物体运动定律。


在现代的学校里面,数学与科学是两门不同的学科。为什么牛顿明明是数学教授,却跑去研究科学呢?数学与科学究竟有什么关系呢?今天,张老师会借着讲牛顿的故事,为你解答这个问题,并且讲述牛顿与德国数学家莱布尼兹在「谁发明了微积分?」这个问题上的争论。


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粤语|张浩然博士:牛顿 - 近代科学的殿堂级人物10 May 202000:11:03

牛顿是近代科学的殿堂级人物。他发明了微积分,写下了万有引力定律与牛顿三大定律,在光学研究方面亦有一定的贡献。由于他的科学成就,牛顿于1705年获得当时的英国安妮女王授予爵士衔头,他亦是英国历史上首位死后被安葬在西敏寺的科学家。


作为这样一位殿堂级的人物,牛顿的生平记载自然也就特别丰富,而关于牛顿的一些小故事亦是家传户晓。比如说,牛顿因为看见苹果掉到地上,而想出万有引力定律。又比如,牛顿因为太过专心思考,而不小心把坨表当做鸡蛋来煮。这些故事,就跟伽里略在比萨斜塔上面高空掷物的故事一样,有真实的一面,但是也有夸张失实的地方。


牛顿亦有很多鲜为人知的经历。例如,牛顿的童年生活并不愉快。他是一名遗腹子和早产儿,差点夭折。他三岁时被改嫁的母亲抛弃,十二岁时又差点在母亲安排下成为一名农夫。牛顿不善交际,他的人生也相当孤独,不但终身未娶,也没有什么朋友,反而树立了不少敌人。有一种理论认为,牛顿可能是亚斯伯格症患者,这个病导致他的古怪性格。


一连几个星期,张老师会为你介绍这位科学大师的故事与科学研究,让你对牛顿有比较全面的认识,了解他的性格,也了解他的科学成就对后世的影响。

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