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《科学在身边》是一个以粤语为主的科普频道，旨在提供易学易懂但又殊不简单的科普内容，专为工作忙碌却又对科学有浓厚兴趣的你而设。未来科学家专题（逢星期一播出）《未来科学家》是《科学在身边》系列里面，由张浩然博士主讲的第二个专题。科学，是研究宇宙规律的学问。宇宙浩瀚，在宇宙的尺度里面，人类连一粒微尘都不如。但偏偏是这个卑微的物种，竟然会去探究宇宙的终极规律。科学家的这份智慧、这份魄力...
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...
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...
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...
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...
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...
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。...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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。...
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...
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...
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...
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...
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。 【主播简介】 张浩然，香...
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...
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...
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...
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。...
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...
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...
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...
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...
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...
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，...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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，...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...
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...