“物理学的大厦已经建成,剩下的工作都是些修修补补,20世纪的物理学天空只飘着两朵乌云。”这句话是20世纪初的一段经典语录,如果是学习过物理教材的人,都耳熟能详。
而敢放出这豪言的人,十七岁进剑桥,22岁当大学教授,24岁提出绝对目标,领导建立第一条大西洋海底电缆,一生成就无数,这就是开尔文,原名威廉·汤姆森。
(一)天才少年的“开挂”求学之路1824年,开尔文出生于北爱尔兰,在六个兄弟姐妹中排行最小,父亲詹姆斯·汤姆森是农民,但是经过自己的努力,成为一名大学自然哲学教授,所以父亲总是会将保护他们的心灵,而磨砺他们的智力这种独特方法,运用到开尔文和哥哥姐姐的学习上,更多的是培养他们对世界的好奇心和探索欲,而不是灌输知识。
在生活中碰到什么问题,父亲都会要他们思考其中的原理,这个时候,孩子们都会争先恐后地发表自己的观点。比如他们的书桌上一直摆放着地球仪和一个更大的天球仪,开尔文从小就从父亲口中明白,宇宙有太多奥秘值得探索,地球相对于宇宙只是其中的一个音节。
就这样,开尔文在父亲的耳濡目染下,小小年纪就知识渊博,远超同龄人,但为什么八岁的开尔文就已经在格拉斯哥大学求学了呢?
原来,开尔文的家庭是极其不幸的,由于宗教纷争压迫,只能逃国搬迁,六个孩子的家庭过了短暂幸福的生活,母亲是典型的贤妻良母,但在开尔文六岁那年不幸去世,父亲只能又当爹又当妈。作为大学老师,再抚养六个孩子,想想就不可能。
1832年,父亲被聘请为格拉斯哥大学的数学系教授,全家又搬到格拉斯哥城,父亲只能将最小的两个孩子带到大学课堂,以免年幼发生意外。
新学期,父亲作为一个刚来的数学系教授,讲话有条不紊,上课生动有趣。很快就赢得了同学们的尊敬,但是也让他们好奇,为什么老师的身边总是跟着两个可爱的小家伙,如果仔细观察的话,他们上课竟然在认真听讲和做笔记!询问之下才发现大的有十岁,而汤姆森只有八岁,且不管听不听得懂,那种对知识渴望的眼神,就太不可思议了!
人才的培养本来就该不局限年龄,何况开尔文是天才,这也是一个高等学府能允许八岁的小孩作为旁听生的理由。
第一次进入课堂的开尔文兄弟也很争气,旁听了两年受益匪浅,还积极地参与了各种实验。有一次在学校里完成了电气实验的他们,非常感兴趣,准备在家里试一试,两个小实验家准备了莱顿瓶和伏打电堆,用电堆给莱顿瓶充上电,然后骗小妹妹维莉来摸,结果“啪啦”一声,把她吓得大哭一场。
1834年,年仅十岁的开尔文高中毕业,与哥哥一起,正式进入格拉斯哥大学预科班,那么小的年纪能在大学里干什么呢?
进入班级后,毫无疑问地成为了班上的焦点人物,因为最大的学生比他大了14岁。当一些纨绔子弟还在沉迷于西方神学和宗教时,开尔文已经开始专研物理学,数学,热力学了,通过几年的努力研究,在15岁获得国家物理学奖,并在16岁发表自己独立完成的论文《地球的图形》,获得金牌。
父亲得知后热泪盈眶,但他也懂得行万里路的重要性,于是在1840年的春天,带着孩子们渡过多佛尔海峡,顺着莱茵河南下,主要在德国境里旅游。父亲选取这条路线,主要是想让孩子们练习德语会话。为了避免分散精力,他事先规定谁也不准携带书籍。
但开尔文还是偷偷将自己的导师教授推荐的一本傅立叶的著作,放进了书包。那本法国数学大师的著作,一直受到爱丁堡大学的凯伦特教授的质疑,为了查出凯伦特教授的纰漏,开尔文在旅游之余就仔细研读傅立叶的书和凯伦特的驳论文,发现其实是驳论文有问题,于是又写下一篇反驳凯伦特的论文,寄到了爱丁堡大学,起初凯伦特教授看见署名是16岁的少年,不以为然,后来拿起来一读,发现居然是自己的演算出了错,被那个十六岁的小孩查出问题来了,顿时自愧不如,后来这篇论文在剑桥大学发表,开尔文再次名声大噪。
他深知,他需要一个更大的舞台,于是毅然前往剑桥大学深造,十七岁那年,他把电力线和磁力线同热力线加以类比;十八岁研究热传播的时候,发现热量总是从高温物体传到低温物体,不能反向传递。1845年,20岁的他以优异的成绩顺利毕业。
深造的这几年,他涉猎以太学,电学,电磁学,物理学,为西方热力学奠基,发表的论文目不暇接,用他的话来说,就是科学领路到哪里,他就会在哪里攀登不息,去测量大地,衡量空气,记录潮汐;去指示行星在哪一条轨道上奔跑,去纠正老黄历,叫太阳遵从他的规律。
因对建立第一条大西洋海底电缆做出卓越贡献,维多利亚女王在1866年,封他为开尔文男爵后,又晋升为开尔文勋爵,他也成为第一位进入英国上议院的科学家,人们开始以他的爵位称呼他,久而久之,开尔文的名气就超过了本来的名字。
(二)天妒英才,亡妻成心病我们不得不佩服开尔文的天赋异禀,更不能低估勤奋的作用。他的学术研究路途的确惊艳,但幼年丧母的开尔文在感情方面表现如何呢?
正是缺少母爱,开尔文从小就对待异性木讷,他的眼里似乎只有科学研究。但其实他也渴望被人爱。在别人看来他很无趣,但是表妹玛格丽不这么认为,也许没有甜言蜜语,也没有鲜花和惊喜,但她就喜欢看着开尔文认真做实验的样子,开尔文也会大方地向她分享每次的收获,不管有没有听懂,玛格丽的崇拜之情都油然而生,看着她眼里的光,虽然不知道如何和女孩子相处,开尔文还是意会到了表妹的爱慕之情。
两人迅速坠入爱河,玛格丽也全力支持开尔文的工作,这种陪伴似乎成了他前进的动力,期间,他与克劳修斯一起提出了热力学第二定律。不久,又和焦耳提出后来的“焦耳汤姆森效应”,被广泛应用于低温技术中。
上天总是爱嫉妒和捉弄天才,玛格丽的身体一直不好,开尔文到处寻医问药,但就是不见好,1870年,爱人还是离他远去,从此开尔文变得些许的意志消沉。
(三)晚年居功自傲,辞职再“出发”就算是天才,也不免会犯错。例如爱因斯坦,晚年他对自然科学不自信,但对神学的盲目相信,妄想将二者结合。开尔文也会有失误,他为什么会将自己的一生定义为“失败”,真的有那么不堪吗?
日益变老的开尔文的确在研究方面不如从前,他在测量地球年龄时,运用自以为绝妙的方法,那就是低温梯度和导热方程,最后得到地球年龄为九千八百万年,算完开尔文自己都难以相信,因为其中用了太多的粗略估计值,所以他又在论文加了一句:我们有大概率认为地球年龄在两千万年和四亿年之间。
他还尽力说服其他科学家相信他的答案,出于开尔文的名望,很多科学家都只是附和,也知道地球年龄远远不止他测算的结果,随着越来越多的人指出开尔文的漏洞,他只是不以为然,后来的几次预测也备受争议。
19世纪末,20世纪初的一场物理学术交流会,欧洲的著名科学家在英国伦敦聚集起来,当时德高望重的开尔文发表了演讲,他宣称物理学的大厦已经建成,后面只是缝缝补补,天空只有两片乌云了,他觉得物理学已经接近完美,只有迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾,黑体辐射中的“紫外灾难”,这两个问题值得研究。
可是打脸马上就来了,20世纪的科学界和开尔文想的两片乌云不同,相反百花齐放,人才辈出才是趋势:爱因斯坦提出相对论,薛定谔建立电子和其他亚原子的波动方程,普朗克研究黑体辐射,提出量子力学等等。
其实开尔文说那句话没有固步自封的意思,即承认了传统物理学的伟大,反而富有远见,指出来当时物理学有不能解决的问题即乌云。在那个年代,能意识到这一点已是不易了。
但一次又一次的科学革命,让年迈的开尔文羞愧不已,后来他在格拉斯哥大学的演讲中坦言,自己的一生只能用失败来定义,他还自嘲,不必感情用事,不用挽留,他会辞去教授一职,重新以研究生的身份加入格拉斯哥大学再次学习。
1907年,开尔文逝世,但他所有的研究成果如同宝贵的矿山,留在了世间。
在追求真理的道路上,没有谁能保证不犯错,开尔文之所以被称为天才,不仅因为突出的成就,更是其品格,深深影响着后来追求真理的人。