物理化学学报

来源:建队日 时间:2018-10-12 18:00:06 阅读:

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物理化学学报(共10篇)

物理化学学报(一)

文章要被SCI、EI收录必须用英文写吗?

国内有很多是被SCI和EI收录的,象化学学报、高等学校化学学报、有机化学、物理化学学报等.

物理化学学报(二)

诺贝尔化学奖1952年科学家的成长历程是什么样的?

  1952年诺贝尔化学奖(系列一,1952年)
  获奖项目:发明分配色谱法
  获奖人:A.J.P.马丁
  R.L.M.辛格
  A.获奖人主要研究领域及学术成就
  1、A.J.P.马丁(A.J.P.Martin),英国生化与分析化学家,1910年3月1日生于伦敦,1929年入剑桥大学学习,1932年毕业,获学士学位,1936年获博士学位,在剑桥大学物理化学实验室工作一年后,进入邓恩营养学研究所,在L.J.哈里斯和C.马丁领导下做生物化学研究,1938年转入利兹羊毛绒工业研究所工作,1946-1948年任职于诺丁汉的布茨纯医药品公司研究部生化处,1948年进英国医学研究院,先供职于里斯特预防医学研究所,后在该院医学研究所做研究工作,1952年任该所物理化学部主任,1956-1959年任化学顾问,1959年后一直担任波茨伯利有限公司主任,1973年任舒塞克斯大学教授.
  在大学读书期间,马丁完成的第一项课题是检测金属板对浸渍于液态空气里的吸引力,研究热电效应.在剑桥大学任职期间,主要从事紫外吸收光谱分析.在营养研究所则研究维生素E的分离和维生素缺乏症的病理分析.由于后一项研究需要经常应用溶剂萃取和色谱分析,为色谱研究打下了坚实的基层.
  在羊毛绒工业研究所,他和R.L.M.辛格做氨基酸分析,并发明了分配色谱分析法,后又与A.T.詹姆斯发明气液色谱分析法.
  马丁是英国皇家学会会员(1950),被授予爵士荣誉称号(1960);他曾获瑞士医学学会伯泽里乌斯奖章(1951)、约翰斯可特奖(1958)J.P.韦士瑞尔奖章(1959)、福兰克林研究所福兰克林奖章(1959)和勒维尔胡密奖章(1963).
  A.J.P.马丁于2002年去世.
  2、 R.L.M.辛格
  辛格(R.L.M.Synge),英国生物化学家,1914年生于利物浦,1928年入温彻斯特学院学习文学和自然科学,1933年进剑桥大学特里尼特学院学物理、化学、心理学和生物化学,1936年毕业,1941年获剑桥大学博士学位,同年受聘于利兹的羊毛绒工业研究所,1043年到伦敦的里斯特预防医学研究所生化部跟随W.T.J.摩根做研究工作,1948年后,一再担任罗威特研究所蛋白质化学部主任.
  1945年以前,辛格致力于分配色谱及相关内容的研究,他和A.J.P.马丁共同发明分配色谱分析法,于1941年6月7日在国际医学研究所的会议上向生物化学与会者首次展示了分配色谱仪器及其应用,其研究论文发表于同年的生物化学学报上.1945年以后,辛格的主要兴趣转为研究酞、抗生素和蛋白质代谢的中间产物的分析和检测,1942—1948年研究短杆菌酞类抗菌素,1946—11947年在乌普萨拉大学与A.蒂塞利乌斯合作研究吸收分析法对该类化合物的应用.
  1948年以后,辛格在罗威特研究所研究反刍动物的蛋白质代谢、植物中酞蛋白质及其他化合物成分、蛋白质代谢的中间产物分离与纯化的物理化学方法.1950年与D.L.姆德和A.蒂塞利乌斯合作,根据多糖的动电超滤作用,发展了分子筛效应的多种应用,特别适用于氢键断裂研究.
  1958—1959年辛格在新西兰的哈米尔顿,与E.P.怀特合作分离有毒霉的菌毒素.
  辛格是英国皇家学会会员、皇家化学研究所研究员,美国生物化学学会荣誉会员.
  R.L.M.辛格于己于人994年去世.
  B、获奖项目的意义及影响(略)【物理化学学报】

物理化学学报(三)

中文核心期刊有哪些?

《中文核心期刊目录总览》由北京大学图书馆和北京高校图书馆期刊工作研究会主持.
第一编 哲学、社会学、政治、法律类
A/K综合性人文、社会科学 1.中国社会科学 2.北京大学学报.哲学社会科学版 3. 中国人民大学学报
4.学术月刊 5. 北京师范大学学报.社会科学版6. 文史哲7.学术研究 8.江海学刊 9. 复旦学报.社会科学版10. 吉林大学社会科学学报11. 社会科学12. 社会科学战线13. 江苏社会科学14.南京大学学报.哲学、人文科学、社会科学 15. 南开学报.哲学社会科学版16.河北学刊17. 厦门大学学报.哲学社会科学版18. 浙江学刊19. 浙江大学学报.人文社会科学版20. 浙江社会科学21. 天津社会科学22. 社会科学研究23. 中山大学学报.社会科学版24. 华中师范大学学报.人文社科版25. 求是学刊26. 人文杂志27. 江西社会科学28. 湖南师范大学社会科学学报 29. 四川大学学报.哲学社会科学版30.学习与探索31. 江汉论坛32. 华东师范大学学报.哲学社会科学版33南京师大学报.社会科学版. 34. 武汉大学学报. 哲学社会科学版35. 求索36. 郑州大学学报.哲学社会科学版37. 东北师大学报.哲学社会科学版38. 清华大学学报.哲学社会科学版 39.中州学刊 40. 南京社会科学41. 河南大学学报.社会科学版42.上海交通大学学报.哲学社会科学版43.甘肃社会科学 44. 思想战线 45.山东社会科学 46.西北师大学报.社会科学版 47.社会科学辑刊 48. 福建论坛.人文社会科学版49西南师范大学学报. 人文社科版(改名为:西南大学学报.社会科学版) 50.学术界51. 陕西师范大学学报.哲学社会科学版52. 广东社会科学 53.国外社会科学54.西安交通大学学报.哲学社会科学版 55. 河南师范大学学报.哲学社会科学版56.学术交流57. 东岳论丛58.东南学术59.学海 60学术论坛 61. 武汉大学学报.人文科学版62. 山东大学学报.哲学社会科学版63. 兰州大学学报.社会科学学报
64.探索65.西北大学学报.哲学社会科学版 66.安徽师范大学学报. 人文社会科学版67.齐鲁学刊68.天津师范大学学报.社会科学版 69.湖北社会科学 70.中国社会科学院研究生院学报71. 上海师范大学学报.哲学社会科学版72.深圳大学学报.人文社会科学版 73.广西社会科学74. 暨南学报. 哲学社会科学版75. 华南师范大学学报.社会科学版76.安徽大学学报. 哲学社会科学版 77.首都师范大学学报.社会科学版 78. 湘潭大学学报. 哲学社会科学版79.河南社会科学
80.湖南社会科学 81.学术探索82.探索与争鸣83. 杭州师范学院学报.社会科学版(改名为杭州师范大学学报.社会科学版) 84. 烟台大学学报.哲学社会科学版85.江苏大学学报.社会科学版.86.湖北大学学报. 哲学社会科学版87. 东南大学学报. 哲学社会科学版88.高校理论战线89.同济大学学报.社会科学版 90.山西大学学报. 哲学社会科学版91.福建师范大学学报. 哲学社会科学版92. 苏州大学学报.哲学社会科学版93. 河北大学学报.哲学社会科学版94. 武汉理工大学学报.社会科学版95.重庆大学学报.社会科学版 96. 山西师大学报.社会科学版97.河北师范大学学报. 哲学社会科学版98.云南大学学报.社会科学版 99.北方论丛100.云南社会科学101.社会科学家102.华中科技大学学报.社会科学版103.四川师范大学学报.社会科学版104.湖南大学学报.社会科学版105.广西师范大学学报.哲学社会科学版106.上海大学学报.社会科学版107.湖南科技大学学报.社会科学版108.吉首大学学报.社会科学版109.江淮论坛110.北京社会科学111.前沿112.南昌大学学报.人文社会科学版113.中国青年政治学院学报114. 内蒙古大学学报. 人文社会科学版(改名为内蒙古大学学报. 哲学社会科学版)115.中国地质大学学报.社会科学版116.扬州大学学报. 人文社会科学版117.宁夏社会科学118.徐州师范大学学报. 哲学社会科学版119内蒙古社会科学120东北大学学报. 社会科学版121.山东师范大学学报. 人文社会科学版
B(除B9) 哲学 l.哲学研究 2. 心理学报3. 心理科学4.哲学动态 5.世界哲学 6. 心理科学进展7. 中国哲学史 8.道德与文明9. 心理发展与教育10.现代哲学 11. 孔子研究 12.周易研究13.伦理学研究
B9 宗教 l.世界宗教研究 2、宗教学研究 3、敦煌学辑刊4、中国宗教5.西藏研究 6. 法音 7. 世界宗教文化8. 中国道教9.佛学研究10.中国穆斯林
C8 统计学 l. 统计研究2. 数理统计与管理3. 中国统计4. 统计与决策
C9l 社会学 1.社会学研究 2.社会 3.妇女研究论丛 4、青年研究
C92 人口学 l.人口研究 2. 中国人口科学 3.人口与经济 4.人口学刊 5、市场与人口分析(改名为:人口与发展)
C93 管理学 1. 管理科学学报 2.中国管理科学 3.管理工程学报4.领导科学.
C96 人才学 1.中国人才
C95 民族学 1.民族研究 2. 世界民族3、广西民族研究 4、广西民族学院学报.哲学社会科学版 (改名为:广西民族大学学报. 哲学社会科学版)5、中央民族大学学报.哲学社会科学版6.黑龙江民族从刊 7. 西北民族研究8. 中南民族大学学报.人文社会科学版9. 贵州民族研究10.回族研究11. 云南民族大学学报.哲学社会科学版12. 西南民族大学学报.人文社会科学版13. 青海民族研究.社会科学版 14.中国民族
D1,3,5,7,8国际政治 1.世界经济与政治 2. 现代国际关系 3. 欧洲研究 4. 国际问题研究 5. 当代世界与社会主义 6. 美国研究 7. 国际论坛8. 当代亚太9. 国际观察 10俄罗斯中亚东欧研究. 11. 国外理论动态12.国际政治研究13. 当代世界社会主义问题 14.世界知识15.外交评论 16. 当代世界17. 日本学刊18. 西亚非洲 19.太平洋学报20.俄罗斯研究
D0,2,4,6 ,A中国政治 1. 中国行政管理 2. 政治学研究3. 求是4. 马克思主义与现实 5. 教学与研究.6. 国家行政学院学报7. 马克思主义研究8. 社会主义研究9.半月谈10.上海行政学院学报 11.理论前沿12. 毛泽东邓小平理论研究13.了望14. 科学社会主义15.中共党史研究 16.中国人民公安大学学报.社会科学版17.毛泽东思想研究 18.思想理论教育导刊19. 中国党政干部论坛 20. 北京行政学院学报 21. 新视野 22.江苏行政学院学报23. 云南行政学院学报24. 中共中央党校学报25. 理论探讨26. 党的文献27. 理论与改革 28.中国劳动关系学院学报 29. 长白学刊30. 求实31. 理论探索32.学校党建与思想教育33.理论月刊 34.前线 35. 中国特色社会主义研究 36. 思想教育研究37.湖北行政学院学报38. 党建研究39. 行政论坛 40.理论学刊41. 中共福建省委党校学报 42.人民论坛43.中央社会主义学院学报44.中国青年研究45. 理论导刊46.南京政治学院学报47.红旗文稿
D9 法律 1. 法学研究2. 中国法学3.法学 4. 法商研究 5. 政法论坛6.现代法学 7. 中外法学8. 法学评论9. 法律科学10. 法制与社会发展11. 法学家 12. 比较法研究13. 环球法律评论14. 当代法学15. 法学论坛16. 政治与法律17.河北法学 18.法学杂志 19. 法律适用20.行政法学研究 21. 中国刑事法杂志22. 人民司法23.华东政法学院学报(改名为:华东政法大学学报)24.人民检察25.知识产权26.中国法医学杂志27.中国司法鉴定
第二编 经 济
F 综合性经济科学 1.经济研究 2. 经济学动态3. 经济学家4. 经济科学 5. 经济评论6. 南开经济研究 7. 当代经济科学8. 当代经济研究 9. 中南财经政法大学学报10. 经济纵横11.山西财经大学学报 12.经济问题 13.现代财经 14. 上海财经大学学报15. 经济经纬16.贵州财经学院学报17.首都经济贸易大学学报18. 江西财经大学学报19.河北经贸大学学报20.云南财贸学院学报(改名为:云南财经大学学报)
F11(除F12) 世界经济 1.世界经济 2. 经济社会体制比较3. 外国经济与管理4. 世界经济研究5. 国际经济评论 6. 世界经济文汇 7.东北亚论坛 8. 亚太经济9. 世界经济与政治论坛
F0,12,2(除F23,27) 中国经济,经济计划与管理 1. 管理世界2.数量经济技术经济研究 3.地域研究与开发4. 改革5.经济理论与经济管理6. 开发研究 7. 上海经济研究 8. 宏观经济研究 9.长江流域资源与环境10.经济研究参考 11.生产力研究12.城市问题 13.城市发展研究 14.中国经济史研究 15.资源科学 16.中国人力资源开发17.经济体制改革 18.经济问题探索19.资源、产业(改名为:资源与产业)20.中国经济问题21. 南方经济22.现代城市研究23.消费经济24.生态经济25.经济数学26.中国流通经济27.开放导报28. 特区经济29.现代经济探讨30.宏观经济管理31.运筹与管理32.改革与战略 33.技术经济与管理研究34.中国经贸导刊
F23 会计 1.会计研究 2.审计研究 3.审计与经济研究4.财务与会计 5.财会通讯.综合 6.会计之友 7. 财会月刊 .会计8.中国审计9.商业会计10.上海立信会计学院学报11.财会研究12.中国注册会计师13.事业财会
F3 农业经济 1.中国农村经济 2.农业经济问题 3.中国农村观察 4. 中国土地科学5. 农业现代化研究6. 农业技术经济 7. 调研世界8.中国农业资源与区划 9.农村经济 10.农业经济 11.世界农业12. 林业经济问题13.中国土地14.国土与自然资源研究 15.绿色中国.B版,理论版(改名为:林业经济)16.中国渔业经济
F4/6工业经济
(含F27,除F59) 1.中国工业经济 2.南开管理评论 3.经济管理 4.管理科学 5.工业工程与管理 6.管理评论7.企业经济8.预测9.软件学 10.工业工程11.企业管理 12.管理现代化 13.经济与管理研究
F59旅游经济 1.旅游学刊
F7 贸易经济 1.国际贸易问题 2. 国际贸易3. 财贸经济4.商业经济与管理 5.国际经贸探索 6. 商业研究7. 销售与市场8.广东商学院学报9.商业时代 10. 中国商贸11. 价格理论与实践12. 北京工商大学学报.社会科学版13. 国际经济合作14.对外经贸实务15.江苏商论 16. 国际商务研究17.中国物流与采购
F81 财政. 1.税务研究 2.财政研究 3. 涉外税务4. 税务与经济5. 中央财经大学学报6.财经论丛7. 当代财经8. 财经研究9. 财经问题研究10. 中国财政11. 财经科学 12.中国税务 13.财政监督
F82/84
货币/金融、银行/保险 1.金融研究 2.国际金融研究 3. 金融论坛4. 金融理论与实践 5. 保险研究 6. 证券市场导报7. 中国金融8.武汉金融 9.上海金融 10.金融与经济 11. 财经理论与实践12.财经 13. 投资研究14.新金融 15. 广东金融学院学报16. 浙江金融 17.河南金融管理干部学院学报18.经济导刊 19. 南方金融
第三编 文化、教育、历史

G0 / G21信息与传播,新闻学、新闻事业 1. 新闻与传播研究 2. 国际新闻界3. 现代传播4. 新闻记者5. 新闻大学6. 当代传播7. 中国记者8.新闻界 9. 新闻战线10.传媒11. 传媒观察12.中国报业 13. 新闻与写作14.新闻爱好者15.新闻知识
G22广播、电视事业 1.中国广播电视学刊 2.电视研究
G23出版事业 1.编辑学报 2.中国科技期刊研究 3. 编辑之友4. 出版发行研究5. 中国出版 6. 科技与出版7. 编辑学刊8. 出版广角9. 中国编辑10. 中国图书评论11. 读书
G25,35 图书馆学,情报学 1.中国图书馆学报 2.图书情报工作 3. 情报学报4. 大学图书馆学报 5.图书馆杂志 6. 图书馆论坛 7. 图书馆8. 情报科学 9. 图书馆建设10. 现代图书情报技术11. 图书情报知识12.情报资料工作 13.情报理论与实践 14. 情报杂志15. 图书馆工作与研究 16. 图书馆理论与实践17.图书馆学研究18.图书与情报19.国家图书馆学刊
G27 档案学 1.档案学通讯 2. 档案学研究3. 中国档案 4.档案与建设 5.浙江档案 6. 山西档案7. 北京档案8. 档案管理 9.档案 10. 兰台世界
G3 科学,科学研究 1. 科学学研究 2.科研管理 3.科学学与科学技术管理 4. 研究与发展管理 5. 中国软科学 6. 中国科技论坛 7. 科技进步与对策8.科学管理研究 9. 科技管理研究10. 科技导报
G4教育综合、教育事业 1.教育研究 2. 比较教育研究3. 全球教育展望4.北京大学教育评论 5. 教育理论与实践 6. 教师教育研究7.外国教育研究 8.清华大学教育研究9.华东师范大学学报.教育科学版10. 教育与经济 11.中国教育学刊12.教育科学 13. 当代教育科学14.中国电化教育15.教育学报16.电化教育科研 17. 教育探索 18.中国远程教育 19. 教育评论20.河北师范大学学报.教育科学版21.开放教育研究 22.教育导刊 23.国家教育行政学院学报23.国家教育行政学院学报24.江西教育科研(改名为:教育学术月刊)
G61 学前教育、幼儿教育 1.学前教育研究
G62/63 初等/中等教育 1.课程、教材、教法 2. 人民教育3.教学与管理4.上海教育科研5.教育科学研究 6.教育研究与实验.理论版(改名为:教育研究与实验)7.教学月刊.中学版 8.外国中小教育 9. 中小学管理
G623.2/633.3初等/中等教育(语文) 1.中学语文教学2.中学语文教学参考
G623.3/633.4初等/中等教育(外语) 1.中小学英语教学与研究2.中小学外语教学
G623.4/633.5初等/中等教育(历史地理) 1.历史教学2.中学地理教学参考
G623.5/633.6初等/中等教育(数学) 1.数学教育学报2.数学通报
633.2初等/中等教育(政治) 1.中学政治教学参考2.思想政治课教学
633.7初等/中等教育(物理) 1.物理教学2.中学物理
633.8初等/中等教育(化学) 1.中学化学教学参考2.化学教育
633.91初等/中等教育(生物) 1.生物学教学
G64 高等教育 1.高等教育研究(武汉) 2. 教育发展研究 3.中国高等教育 4.学位与研究生教育 5. 江苏高教6. 中国高教研究 7. 现代大学教育 8. 高等工程教育研究9.高教探索 10.黑龙江高教研究 11.复旦教育论坛12.中国大学教学13.辽宁教育研究 14.现代教育科学.高教研究
G7各类教育 1. 中国特殊教育2. 民族教育研究3.职业技术教育 4. 中国成人教育5. 教育与职业6.职教论坛 7.成人教育 8. 中国职业技术教育9.继续教育研究
G8 体育 1.体育科学 2. 中国体育科技3. 体育与科学4. 北京体育大学学报5. 体育学刊6. 成都体育学院学报 7. 上海体育学院学报 8. 体育文化导刊9. 武汉体育学院学报10. 天津体育学院学报11. 西安体育学院学报 12.广州体育学院学报 13.山东体育学院学报 14.首都体育学院学报15. 沈阳体育学院学报16. 南京体育学院学报.社会科学版
H0/2 语言学/汉语/中国少数民族语言 1.中国语文 2. 当代语言学3. 中国翻译4. 语言教学与研究5. 语言研究 6. 世界汉语教学7. 语言文字应用8. 汉语学习9. 方言 10. 语文研究 11. 古汉语研究12. 民族语文13. 语言科学14.修辞学习 15.上海翻译 16.辞书研究 17.中国科技翻译18.语文建设
H3/9 外国语 1.外语教学与研究 2.外国语 3.外语与外语教学 4. 现代外语5. 外语界6. 外语学刊7.外语教学 8.解放军外国语学院学报9.外语研究 10.四川外语学院学报 11.山东外语教学 12国外外语教学(改名为:外语教学理论与实践)13中国俄语教学
I1,I3/7 世界文学 1.外国文学评论 2.外国文学研究 3. 外国文学4. 国外文学5. 当代外国文学 6. 世界文学7. 俄罗斯文艺8.译林
I0,20,210 文学理论 1.文学评论 2. 文学遗产3. 文艺研究 4. 当代作家评论 5. 文艺争鸣6. 中国现代文学研究丛刊7. 文艺理论研究8. 鲁迅研究月刊9.南方文坛10. 红楼梦学刊11. 小说评论12. 中国比较文学 13.文艺理论与批评 14. 民族文学研究15. 中国文学研究16.当代文坛17. 明清小说研究18.新文学史料19. 文艺评论20. 名作欣赏
I21/29(除I210) 文学作品 1.人民文学 2. 当代3. 收获4. 十月 5.上海文学 6.中国作家 7.钟山 8. 作家杂志(改名为:作家) 9. 花城10. 长城11. 大家12. 山花 13. 天涯14. 解放军文艺15.清明16. 芙蓉17. 北京文学.原创版 18. 诗刊19. 青年文学 20. 莽原21.飞天 22. 剧本23.小说界 24. 时代文学25. 民族文学
J0/1艺术综合 1.艺术评论 2.解放军艺术学院学报 3.云南艺术学院学报4.民族艺术
J2,3,5 绘画,书法,工艺美术 1.新美术2. 装饰3. 美术研究4. 美术观察5. 美术6.南京艺术学院学报.美术与设计版 7.世界美术 8.美苑9.书法10.中国书法
J4 摄影艺术 1.中国摄影
J6 音乐类 1.中国音乐学 2. 中央音乐学院学报3. 音乐研究4. 中国音乐 5.人民音乐 6. 音乐艺术7. 黄钟8.音乐创作
J7 舞蹈 1.舞蹈 2.北京舞蹈学院学报
J8 戏剧艺术 1. 戏剧2. 戏剧艺术3. 中国戏剧4.艺术百家 5.戏曲艺术 6.戏剧文学 7. 上海戏剧 8. 当代戏剧9. 中国京剧10. 四川戏剧
J9 电影,电视艺术 1.电影艺术 2.当代电影 3.世界电影 4. 北京电影学院学报5. 电影新作6. 中国电视7.中国电影市场 8. 电影文学9.当代电视
K(除K35/87/9) 历史(除文物考古) 1.历史研究 2. 近代史研究3. 中国史研究4. 史学月刊 5. 史学理论研究6. 世界历史7. 史学集刊8.中国文化研究 9. 清史研究10. 史林11. 安徽史学12.抗日战争研究 13.史学史研究 14. 民国档案15.中华文化论坛 16.文献17. 古籍整理研究学刊18. 当代中国史研究 19. 历史档案20. 中国农史21.中国边疆史地研究 22. 中国史研究动态
23. 中国典籍与文化24.西域研究25.中国藏学
K85 /87文物考古 1.文物 2.考古 3.考古学报 4.考古与文物 5. 中原文物 6. 华夏考古7. 东南文化8. 敦煌研究9. 中国历史文物10.四川文物 11. 江汉考古12. 农业考古13. 故宫博物院院刊14. 北方文物

物理化学学报(四)

牛顿成功的秘诀是什么?

一谈到近代科学开创者牛顿,人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力.其实不然,牛顿童年身体瘦弱,头脑并不聪明.在家乡读书的时候,很不用功,在班里的学习成绩属于次等.但他的兴趣却是广泛的,游戏的本领也比一般儿童高.
牛顿爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等.他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许.有时,他玩的方法也很奇特.一天,他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上.当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中.发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星.尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视.
当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学.有一次课间游戏,大家正玩得兴高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋.牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了.他想,我俩都是学生,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书.他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思. 过刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅.
时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用不同,而所得的知识也大不一样.
牛顿十六岁时数学知识还很肤浅,对高深的数学知识甚至可以说是不懂.“知识在于积累,聪明来自学习”.牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰.在基础差的不利条件下,牛顿能正确认识自己,知难而进.他从基础知识、基本公式重新学起,扎扎实实、步步推进.他研究完了欧几里德几何学后,又研究笛卡儿几何学,对比之下觉得欧几里德几何学肤浅,便悉心钻研笛氏几何学,直到掌握要领、融会贯通.遂之发明了代数二项式定理.传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话,可为牛顿身体力学的佐证.有一天,天刮着大风暴.风撒野地呼号着,尘土飞扬,迷迷漫漫,使人难以睁眼.牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会.于是,便拿着用具,独自在暴风中来回奔走.他踉踉跄跄、吃力地测量着.几次沙尘迷了眼睛,几次风吹走了算纸,几次风使他不得不暂停工作,但都没有动摇他求知的欲望.他一遍又一遍,终于求得了正确的数据.他快乐极了,急忙跑回家去,继续进行研究.
有志者事竟成.经过勤奋学习,牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础.不久,牛顿的数学高塔就建成了,二十二岁时发明了微分学,二十三岁时发明了积分学,为人类科学事业作出了巨大贡献.
牛顿是个十分谦虚的人,从不自高自大.曾经有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微小成就的话,没有其它秘诀,唯有勤奋而已.”
少年牛顿
1643年1月4日,在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,牛顿诞生了.牛顿是一个早产儿,出生时只有三磅重,接生婆和他的亲人都担心他能否活下来.谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且竟活到了85岁的高龄.
牛顿出生前三个月父亲便去世了.在他两岁时,母亲改嫁给一个牧师,把牛顿留在外祖母身边抚养.11岁时,母亲的后夫去世,母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边.牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自它的家庭处境.
大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书.少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等.
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置.老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟.每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床.他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动.
牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学.牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书.随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验.他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶.
牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象由好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等.他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验.
当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活.从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童.
后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭.但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活.每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书.有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题.牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书.牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养.
求学岁月
1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位.
17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,哪里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等.两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程.
讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家.这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力.于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域.
在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等.
牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期.巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才超过自己.后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题.”
当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学.他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作.其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分.1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定.
1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡.
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔.1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩.
1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分).这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去.他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比.牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事.
总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题.他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的.可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图.
1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委).1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授.巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上.巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话.

物理化学学报(五)

科学家牛顿有哪些发明

1-3 牛顿运动学三定律
4 万有引力定律
5 发明反射望远镜
6 动量守恒定律
7 角动量守恒定律
8 二项式定理
9 牛顿恒等式
10 微积分
11 光的色散
(1)牛顿的数学成就
17世纪以来,原有的几何和代数已难以解决当时生产和自然科学所提出的许多新问题,例如:如何求出物体的瞬时速度与加速度?如何求曲线的切线及曲线长度(行星路程)、矢径扫过的面积、极大极小值(如近日点、远日点、最大射程等)、体积、重心、引力等等;尽管牛顿以前已有对数、解析几何、无穷级数等成就,但还不能圆满或普遍地解决这些问题.当时笛卡儿的《几何学》和瓦里斯的《无穷算术》对牛顿的影响最大.牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法:正流数术(微分)和反流数术(积分),反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书中,以及被保存下来的1666年10月他写的在朋友们中间传阅的一篇手稿《论流数》中.所谓“流量”就是随时间而变化的自变量如x、y、s、u等,“流数”就是流量的改变速度即变化率,写作等.他说的“差率”“变率”就是微分.与此同时,他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理.牛顿利甩它还发现了其他无穷级数,并用来计算面积、积分、解方程等等.1684年莱布尼兹从对曲线的切线研究中引入了和拉长的S作为微积分符号,从此牛顿创立的微积分学在大陆各国迅速推广.
微积分的出现,成了数学发展中除几何与代数以外的另一重要分支——数学分析(牛顿称之为“借助于无限多项方程的分析”),并进一步进进发展为微分几何、微分方程、变分法等等,这些又反过来促进了理论物理学的发展.例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲线的解答,这是变分法的最初始问题,半年内全欧数学家无人能解答.1697年,一天牛顿偶然听说此事,当天晚上一举解出,并匿名刊登在《哲学学报》上.伯努利惊异地说:“从这锋利的爪中我认出了雄狮”.
(2)牛顿在光学上的成就
牛顿的《光学》是他的另一本科学经典著作(1704年).该书用标副标题是“关于光的反射、折射、拐折和颜色的论文”,集中反映了他的光学成就.
第一篇是几何光学和颜色理论(棱镜光谱实验).从1663年起,他开始磨制透镜和自制望远镜.在他送交皇家学会的信中报告说:“我在1666年初做了一个三角形的玻璃棱镜,以便试验那著名的颜色现象.为此,我弄暗我的房间……”接着详细叙述了他开小孔、引阳光进行的棱镜色散实验.关于光的颜色理论从亚里士多德到笛卡儿都认为白光纯洁均匀,乃是光的本色.“色光乃是白光的变种.牛顿细致地注意到阳光不是像过去人们所说的五色而是在红、黄、绿、蓝、紫色之间还有橙、靛青等中间色共七色.奇怪的还有棱镜分光后形成的不是圆形而是长条椭圆形,接着他又试验“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“将棱镜放在外边”再通过孔、“玻璃的不平或偶然不规则”等的影响;用两个棱镜正倒放置以“消除第一棱镜的效应”;取“来自太阳不同部分的光线,看其不同的入射方向会产生什么样的影响”;并“计算各色光线的折射率”,“观察光线经棱镜后会不会沿曲线运动”;最后才做了“判决性试验”:在棱镜所形成的彩色带中通过屏幕上的小孔取出单色光,再投射到第二棱镜后,得出核色光的折射率(当时叫“折射程度”),这样就得出“白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非匀匀的混合体”.这个惊人的结论推翻了前人的学说,是牛顿细致观察和多项反复实验与思考的结果.
在研究这个问题的过程中,牛顿还肯定:不管是伽利略望远镜(凹、凸)还是开普勒望远镜(两个凸透镜),其结构本身都无法避免物镜色散引起起的色差.他发现经过仔细研磨后的金属反射镜面作为物镜可放大30~40倍.1671年他将此镜送皇家学会保存,至今的巨型天文望远镜仍用牛顿式的基本结构.牛顿磨制及抛光精密光学镜面的方法,至今仍是不少工厂光学加工的主要手段.
《光学》第二篇描述了光照射到叠放的凸透镜和平面玻璃上的“牛顿环”现象的各种实验.除产生环的原因他没有涉及外,他作了现代实验所能想到的一切实验,并作了精确测量.他把干涉现象解释为光行进中的“突发”或“切合”,即周期性的时而突然“易于反射”,时而“易于透射”,他甚至测出这种等间隔的大小,如黄橙色之间有一种色光的突发间隔为1/89000英寸(即现今2854×10-10米),正好与现代波长值5710×10-10米相差一半!
《光学》第三篇是“拐折”(他认为光线被吸收)即衍射、双折射实验和他的31个疑问.这些衍射实验包括头发丝、刀片、尖劈形单缝形成的单色窄光束“光带”(今称衍射图样)等10多个实验.牛顿已经走到了重大发现的大门口却失之交臂.他的31个疑问极具启发性,说明牛顿在实验事实和物理思想成熟前并不先作绝对的肯定.牛顿在《光学》一、二篇中视光为物质流,即由光源发出的速度、大小不同的一群粒子,在双折射中他假设这些光粒子有方向性且各向异性.由于当时波动说还解释不了光的直进,他是倾向于粒子说的,但他认为粒子与波都是假定.他甚至认为以太的存在也是没有根据的.
在流体力学方面,牛顿指出流体粘性阻力与剪切率成正比,这种阻力与液体各部分之间的分离速度成正比,符合这种规律的(如、空气与水)称为牛顿流体.
在热学方面,牛顿的冷却定律为:当物体表面与周围形成温差时,单位时间单位面积上散失的热量与这一温差成正比.
在声学方面,他指出声速与大气压强平方根成正比,与密度平方根成反比.他原来把声传播作为等温过程对待,后来P.S.拉普拉斯纠正为绝热过程.
(3)牛顿的哲学思想和科学方法
牛顿在科学上的巨大成就连同他的朴素的唯物主义哲学观点和一套初具规模的物理学方法论体系,给物理学及整个自然科学的发展,给18世纪的工业革命、社会经济变革及机械唯物论思潮的发展以巨大影响.这里只简略勾画一些轮廓.
牛顿的哲学观点与他在力学上的奠基性成就是分不开的,一切自然现象他都力图力学观点加以解释,这就形成了牛顿哲学上的自发的唯物主义,同时也导致了机械论的盛行.事实上,牛顿把一切化学、热、电等现象都看作“与吸引或排斥力有关的事物”.例如他最早阐述了化学亲和力,把化学置换反应描述为两种吸引作用的相互竞争;认为“通过运动或发酵而发热”;火药爆炸也是硫磺、炭等粒子相互猛烈撞击、分解、放热、膨胀的过程,等等.
这种机械观,即把一切的物质运动形式都归为机械运动的观点,把解释机械运动问题所必需的绝对时空观、原子论、由初始条件可以决定以后任何时刻运动状态的机械决定论、事物发展的因果律等等,作为整个物理学的通用思考模式.可以认为,牛顿是开始比较完整地建立物理因果关系体系的第一人,而因果关系正是经典物理学的基石.
牛顿在科学方法论上的贡献正如他在物理学特别是力学中的贡献一样,不只是创立了某一种或两种新方法,而是形成了一套研究事物的方法论体系,提出了几条方法论原理.在牛顿《原理》一书中集中体现了以下几种科学方法:
①实验——理论——应用的方法.牛顿在《原理》序言中说:“哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力,而后用这些方去论证其他的现象.”科学史家I.B.Cohen正确地指出,牛顿“主要是将实际世界与其简化数学表示反复加以比较”.牛顿是从事实验和归纳实际材料的巨匠,也是将其理论应用于天体、流体、引力等实际问题的能手.
②分析——综合方法.分析是从整体到部分(如微分、原子观点),综合是从部分到整体(如积分,也包括天与地的综合、三条运动定律的建立等).牛顿在《原理》中说过:“在自然科学里,应该像在数学里一样,在研究困难的事物时,总是应当先用分析的方法,然后才用综合的方法…….一般地说,从结果到原因,从特殊原因到普遍原因,一直论证到最普遍的原因为止,这就是分析的方法;而综合的方法则假定原因已找到,并且已经把它们定为原理,再用这些原理去解释由它们发生的现象,并证明这些解释的正确性”.
③归纳——演绎方法.上述分析一综合法与归纳一演绎法是相互结合的.牛顿从观察和实验出发.“用归纳法去从中作出普通的结论”,即得到概念和规律,然后用演绎法推演出种种结论,再通过实验加以检验、解释和预测,这些预言的大部分都在后来得到证实.当时牛顿表述的定律他称为公理,即表明由归纳法得出的普遍结论,又可用演绎法去推演出其他结论.
④物理——数学方法.牛顿将物理学范围中的概念和定律都“尽量用数学演出”.爱因斯坦说:“牛顿才第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础,从这个基础出发他用数学的思维,逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合”,“只有微分定律的形式才能完全满足近代物理学家对因果性的要求,微分定律的明晰概念是牛顿最伟大的理智成就之一”.牛顿把他的书称为《自然哲学的数学原理》正好说明这一点.
牛顿的方法论原理集中表述在《原理》第三篇“哲学中的推理法则”中的四条法则中,此处不再转引.概括起来,可以称之为简单性原理(法则1),因果性原理(法则2),普遍性原理(法则3),否证法原理(法则4,无反例证明者即成立).有人还主张把牛顿在下一段话的思想称之为结构性原理:“自然哲学的目的在于发现自然界的结构的作用,并且尽可能把它们归结为一些普遍的法规和一般的定律——用观察和实验来建立这些法则,从而导出事物的原因和结果”.
牛顿的哲学思想和方法论体系被爱因斯坦赞为“理论物理学领域中每一工作者的纲领”.这是一个指引着一代一代科学工作者前进的开放的纲领.但牛顿的哲学思想和方法论不可避免地有着明显的时代局限性和不彻底性,这是科学处于幼年时代的最高成就.牛顿当时只对物质最简单的机械运动作了初步系统研究,并且把时空、物质绝对化,企图把粒子说外推到一切领域(如连他自己也不能解释他所发现的“牛顿环”),这些都是他的致命伤.牛顿在看到事物的“第一原因”“不一定是机械的”时,提出了“这些事情都是这样地井井有条……是否好像有一位……无所不在的上帝”的问题,(《光学》,疑问29),并长期转到神学的“科学”研究中,费了大量精力.但是,牛顿的历史局限性和他的历史成就一样,都是启迪后人不断前进的教材.

物理化学学报(六)

发酵行业废水处理综述
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随着国民经济的增长,我国的日用化工业、油脂加工业、合成脂肪酸工业、肉类加工业、乳制品工业等取得了突飞猛进的发展,生产规模也迅速扩大,相应的废水排放量亦急剧增加.这些工业废水中,含有大量的油、脂肪、脂肪酸等脂类物质.加剧了含脂类废水的泛滥,对环境和人类健康造成了严重的影响.在荷兰,含脂类废水的污染物排放量相当于全国14%的人口排放的生活废水的污染物总量.因此,对这些工业排放的含脂类废水的处理日益受到关注.1含脂类废水的水质特征脂类物质是废水中有机污染物的重要组分.城市污水中脂类物质的含量大约在40~100 mg/L,工业废水中屠宰厂、油脂加工精炼厂、食品加工厂、日用化工厂等排放的废水对环境水体中总脂类的贡献最大.含脂类废水成分复杂,以含动植物油脂为原料的工业废水含有的脂类物质主要是长链脂肪酸(LCFA)和直链的多元醇的脂(甘油三酸脂、磷脂等)以及它们的降解产物.这些脂类物质是可以生物降解的.纺织工业废水(以棉花为原料)则含有蜡以及环状醇与带有分支的链状脂肪酸所形成的酯,因此比较难以生物降解.表1给出了部分含脂类物质的工业废水的种类和水质特征[1].表1 含脂类废水及其水质特征废水种类COD/(g L-1)脂类/(g L-1)屠宰废水2.0~3.00.35~0.52乳品工业废水0.10~0.950.02~1.30食用油精炼废水4.3~8.90.55~1.00羊毛洗涤废水9.0~85.02.0~15.0脂肪提炼加工废水2.7~7.40.10~0.54日用化工废水3.0~5.00.15~0.202 含脂类废水的危害由于此类废水中含有大量的脂肪酸、甘油、表面活性物质、油脂等呈现出良好的乳化性和亲和性,少量能导致水体的COD、BOD迅速升高,更加剧了处理的难度.同时进入城市污水处理厂的含脂类有机废水中的中长链脂肪酸、油类物质包裹在填料外层阻碍氧的传质,导致好氧微生物代谢紊乱.如果这类物质未经处理直接进入江河湖海水体,则危害水体生态系统,严重污染周围环境.在污水排放系统中中长碳链脂肪酸及油脂的积累会导致排水管道的水力容量损失(或排水管道堵塞).在废水处理厂中油状的中碳链脂肪酸(MCFA)和固状的长链脂肪酸(LCFA)混和油脂阻塞格栅,在污泥泵中积成渣垢,影响设备的正常运行.且在好氧处理单元和最终沉淀池中,含脂肪酸的混合物会结成“脂球”连同粘附的污泥处于悬浮状态,随最终出水排出.一方面造成污泥流失,同时也影响出水水质.3含脂类废水处理面临的问题目前,对于含脂类废水处理存在的问题,主要体现在以下两个方面:①污泥常被漂浮的油脂包裹,从而引起污泥上浮和流失;②长链脂肪酸(特别是游离脂肪酸)有较强的毒性,常对微生物菌群引起抑制.这两个问题也是造成含脂类废水处理系统不稳定的主要原因.工业废水中的部分脂类物质可以比较容易地以物理方法除去,例如气浮、重力分离等.脂类一般在厌氧处理中降解很慢,因此需要相对长的保留时间,但它们在厌氧反应器(或其它生物处理系统)中,由于容易上浮而很难停留较长时间.因此,上浮问题成为脂类物质破坏厌氧或好氧处理的严重问题.在厌氧处理系统中,长链脂肪酸的降解是限速步骤,且受产气量和COD去除率的限制.在处理以植物油为原料的脂类废水时,必须考虑到长链脂肪酸的缓慢降解和毒性.因此,克服LCFA的抑制作用及污泥上浮和流失将是处理含脂类废水的关键.4 含脂类废水的处理方法研究4.1 含脂类废水处理现状及分析4.1.1 物理法处理隔油、气浮是含脂类废水常用的物理方法,主要去除废水中的浮油、乳化油和悬浮物等.一般作为预处理.(1)隔 油隔油主要是去除含脂类废水中的浮油和大部分悬浮物.隔油时常采用加入硫酸的方法,加入硫酸的目的是使皂脚水解成脂肪酸,同时使废水中的乳化油变成溶解油而利于去除[2].再经过酸化隔油处理后,废水中的油脚、皂脚等脂类物质及其他固体悬浮物都会被分解,油脂还可以回收,不仅提高了酸油得率,增加企业效益,而且可以降低废水中各种污染物的浓度,同时COD和BOD5的浓度也大大降低,为下一步的处理创造了条件.郑鹏等[3]采用隔油预处理油脂废水,有效降低了废水中油的含量,减轻了后续生物处理的负荷.(2)气浮法该法对于去除含脂类废水中的乳化油有特殊功效.通常先投加混凝剂,中和或改变胶体粒子表面电荷,破坏乳化油的稳定性并形成絮凝体,投加混凝剂可使气浮法的除油效率提高一倍.目前气浮法除油已广泛用于处理含脂类废水,且处理效果良好.刘义等[4]采用水解酸化-气浮-SBR工艺处理乳制品废水,COD和油的去除率分别为95%和93%,取得了很好的效果.梁松雪等[5]采用水解酸化-涡凹气浮-SBR处理屠宰废水,COD由2 824 mg/L降低至100 mg/L,出水达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》(GB 13457-92)中的一级标准.隔油、气浮是含脂类废水预处理工艺中较为成熟的技术.但在采用时,需根据处理水的水质和水量,对不同单元进行最佳组合,以达到既经济又获得良好的处理效果.4.1.2 化学法处理常用于处理含脂类废水的化学法主要有水解、化学沉淀等,主要是去除废水中的油,脂肪等脂类.此法一般也作为废水的预处理.(1)碱性水解和酶水解该法使用碱性物质或酶水解以减少废水中的脂肪颗粒,常作为含脂类废水的预处理.通常采用石灰、NaOH、胰脂肪酶、细菌酶等,其中石灰经济实用但是会产生大量的废渣.用NaOH进行预处理时,控制NaOH的质量浓度在150~300 mg/L,可使平均脂肪颗粒的粒径降到处理前脂肪颗粒粒径的73%±7%;用胰脂肪酶进行预处理效果最佳,胰脂肪酶PL-250可使脂肪颗粒粒径最大降到处理前废水中脂肪颗粒粒径的60%±3%,而且胰脂肪酶更适用于水解牛肉脂肪;用细菌酶处理,细菌酶的使用量较多时才能达到明显的水解效果[6].但是用碱性水解处理含脂类废水会导致废水的pH出现波动,难以控制,使后续处理工艺不易正常运行.(2)混凝处理常用的混凝剂有铝盐、铁盐等,其中聚合硫酸铁混凝处理含脂类废水效果较好.在聚合硫酸铁的合成中,加入任意比例的铝盐和一定比例的硅酸盐,以及少量的聚丙烯酰胺生成一种新混凝剂CPFA-CS.此复合无机高分子混凝剂具有较宽的pH和温度适用范围,用它作为混凝剂处理含脂类废水,COD和色度去除率分别可达75%和95%以上[7].单纯的混凝处理存在一个明显的问题,就是屠宰厂排放的含脂类废水中含有大量的血水,难以除去,并且同时产生大量的污泥和废渣.所以如果在使用混凝剂处理前,先对含脂类废水进行适当变性处理.王毅等[8]对屠宰废水变性预处理后,采用硫酸亚铁和氧化钙复合混凝剂进行絮凝处理,COD的去除率可达到90.7%,取得了较好的处理效果.混凝法处理废水成本低,低温下具有较好的处理效果.且此法简便、高效,有较好的环境效益.但是该法处理的废水限于COD小于l 000 mg/L的废水,对于高浓度废水,还需必要的后续处理.因此,此法多用于处理浓度较低的废水,或作为高浓度废水预处理,以降低后续的生物处理的负荷.4.1.3 生物处理4.1.3.1 好氧处理(1)活性污泥法传统的活性污泥法COD去除率一般为80%左右,BOD5约为90%[9],处理含脂类废水一般难以达到废水综合排放标准.主要原因是:第一、长碳链脂肪酸(LCFA)在水中溶解度很差.含酸废水酸化时,LCFA会形成粘滞的难以过滤的沉淀物,即使在相同pH的溶液中,滤液中仍含有极限溶解度所允许的粘质(LCFA等),给水处理带来很大的困难.第二、传统活性污泥法中,大部分微生物对中长碳链脂肪酸及油脂物质的直接分解能力低,对高浓度有机废水的抗冲击能力差,并且容易产生污泥膨胀等问题.采用序批式间歇活性污泥法(SBR法)可大大突破这一界限.SBR法用于肉类加工废水处理,COD去除率可达95%以上.在SBR法的基础进行改进后出现了二段SBR法,其特点是系统设两段SBR池串联,分别培养出适宜于不同有机物的专性菌,从而使不同种类的有机物在不同的生化条件下都得到充分降解.该法对水质水量的变化适应能力强,运行灵活,抗冲击能力强,出水水质稳定,易实现自动化控制[10].王建军[11]采用两段SBR法处理屠宰废水,COD和油的去除率分别达94.4%、93.6%.曹恩伟等[12]采用SBR工艺处理合成脂肪酸废水,运行结果表明,工艺简单,运行费用低,处理效果良好.SBR法处理含脂类废水是一种较为经济有效的方法,但由于肉类加工废水含有大量的油脂、血水,易产生油性泡沫而使污泥松散和指数增高,易出现高粘性膨胀而导致污泥流失问题,且不可避免存在污泥上浮现象;另外该方法对油、SS、色度的去除效果并不理想,必须辅以一定的前期预处理.(2)生物膜法目前国内含脂类废水好氧生物处理系统多采用生物膜工艺,现有的生物膜法工艺包括生物接触氧化、生物转盘和生物流化床等,其中生物接触氧化法应用得最为广泛.高广蕾[13]用二级好氧接触氧化工艺处理高浓度植物油脂废水,其对COD(进水1 200 mg/L)去除率达86.7%,对BOD(进水440 mg/L)的去除率为96.4%.李伟光等[14]采用序批式生物膜反应器处理屠宰废水,其COD、BOD和油脂去除率分别可达97%、99%和82%.生物膜法具有水力条件好,抗冲击负荷强,生物浓度高的特点.在相同运行条件下,生物膜系统处理效果优于活性污泥系统.出水水质可达废水综合排放二级标准,达到相同的污染物去除率时,生物膜系统的运行管理更方便,且克服了活性污泥系统存在的一些问题.例如,该方法不会存在污泥流失问题,且不存在污泥上浮现象.但生物膜法对油、SS、色度的去除有限,也需要前期预处理.主要适用于含脂类废水水量不大、场地较小的情况.4.1.3.2 厌氧生物处理厌氧工艺处理废水的优势在于它能处理较高浓度的有机废水而不必稀释进水浓度.目前厌氧处理工艺较多采用升流式厌氧污泥床(UASB),厌氧生物滤池(AF)和厌氧折流板反应器(ABR)等.贺延龄[1]采用预处理-UASB工艺处理福州市某油脂化工厂废水,UASB反应器容积为2 m3,反应温度30~35 ℃,COD容积负荷达8~10 kg/(m3•d),该工程对油脂废水COD去除率为85%~95%.生物水解(酸化)法是近年来出现的一种处理高浓度有机废水的厌氧预处理工艺,实质上是将废水厌氧处理控制在水解酸化阶段.该工艺因为能较好改进废水可生化性,同时可去除一定有机负荷而日渐受到重视,目前该工艺已成功地用于含脂类废水的处理.周万鹏等[15]采用水解酸化反应器作为预处理,处理油脂洗涤废水,COD和油均有较高的去除率.厌氧生物处理法主要用于处理高浓度有机废水,但厌氧反应器处理含脂类废水时受废水中悬浮固体及其油脂、脂肪等脂类浓度的影响较大,出水水质往往达不到排放标准,需与好氧处理相结合.河南双汇集团采用UASB-CASS工艺处理大豆蛋白和屠宰废水混合水,已取得了良好的效果,克服了单一厌氧处理不彻底的缺点,其COD、SS和油脂去除率分别可达95%、94%和99%[16].4.2 含脂类废水生物处理新技术除了对常规的生物处理工艺继续研究外,目前国内外对含脂类废水生物处理研究的重点已扩展到微生物选育技术(也称生物强化技术)、膜生物反应器等方面.4.2.1 微生物选育技术微生物选育技术是治理废水的一种高效生物技术,在含脂类废水处理中有广阔的应用前景.此技术也即是利用优势菌株处理废水.主要是针对含脂类废水处理系统的稳定问题,国外有研究提出利用专性降解脂类物质的微生物菌株处理含脂类废水.该方法的核心就是筛选出处理含脂类废水的高效优势微生物菌株,利用此优势菌株在适宜的条件下快速有效的降解脂类物质.因此与一般好氧法相比,它的专一性和有效性更加显著.目前的研究多集中在选种和育种,即应用各种筛选方法从自然界和工业生产中选择和培养符合要求的菌种.当前降解菌的筛选培养方法有两种:第一、污泥驯化(自然筛选).第二、筛选高效菌株(人工筛选).赖万东等从处理油脂废水的活性污泥中筛选出两株高效降细菌,分别属于芽孢杆菌和产碱杆菌[17].经对废水处理,实验表明:两种细菌适宜的降解条件为pH=5.5~7.0,T=25~35 ℃,DO=5.5~7.0 mg/L.在此范围内,氧传递速率与生化降解率相匹配,存在一个动态的平衡过程,此时COD的去除率达到一个较高值.慎义勇等[18]从4种不同活性污泥中驯化分离了12株优质菌,各菌种72 h内对COD超过10 000 mg/L模拟油脂废水的COD去除率都接近或超过80%,其中有3株细菌对废水中COD的去除率达到90%以上.用经筛选和培养后的优势菌处理含脂类废水需注意保持此菌种的固定而不流失,并要在与天然菌类竞争中保持优势,才能保证其正常发挥作用和系统顺利运行.目前用经筛选培养的优势菌群处理含脂类废水正处于实验室研究阶段,还未投入工程运行.今后随着这方面的实验更进一步完善,将会促进优势菌生物处理工艺在含脂类废水处理工程中的应用.4.2.2 膜生物反应器(MBR)MBR法处理废水技术是把传统的活性污泥法和膜分离技术组合在一起而形成的一种新型的污水处理工艺.该技术既克服了传统活性污泥法本身的一些不可避免的缺点,同时又具有膜分离占地少、高效和操作方便的优点.在工业废水处理方面,采用MBR处理含脂类废水获得了良好的处理效果.何义亮等[19]采用厌氧MBR工艺处理高浓度食品废水,当COD负荷为2~3 kg/(m3d)时,COD去除率可达80%~90%.鲍建国等[20]采用好氧MBR工艺处理油脂废水,COD、SS、油的去除率可稳定在85%以上,出水水质良好.MBR作为一种新型、高效的废水处理技术,具有广阔的应用前景.但因为膜生物处理存在的膜污染问题,该技术在实际处理中应用很少.因此研究膜污染的原因,寻求减少膜污染,快速恢复通量的方法和对策,是推广MBR法处理废水的关键所在.4.3 含脂类废水处理强化从含脂类废水处理面临的问题来看,要强化此种废水的处理,主要就是从克服油和脂肪酸的影响来着手.据此,认为可以从下几个方面强化.4.3.1 采用高效反应器,提高微生物的活性和数量HWUCS等[21]研究发现,颗粒污泥由于比表面积比悬浮和絮状污泥小,因而受到LCFA的毒性相对较小.因此,在对含脂类废水的处理中,可采用高效反应器,如升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、内循环反应器(IC)等,这些反应器主要利用上升水流和气流产生的剪切力,培养出具有优良理化和生物学特性,沉降性能好的颗粒污泥.这种颗粒污泥能在反应器中载流大量的微生物,保持反应器中微生物的数量;另外,污泥的颗粒化优化了反应器中菌群的组合,使产氢产乙酸菌有较好的共生关系,提高了微生物的活性.从而使种间代谢速率加快,提高脂肪酸的降解效率.4.3.2 提高传质,克服脂肪酸、油等的抑制因素4.3.2.1 改善进水布水方式设计出符合流体力学和生物反应的、合理的进水布水系统,也是改善含脂类废水处理效果的有效途径.陈明东[22]采用双向进水的纯水力搅拌方式对UASB布水系统优化,流向90 s切换1次,可提供柔和的水力搅拌效果,促进污泥和污水之间的良好接触,使污泥上附着的气泡有效分离,有利于“水力筛分”,提高反应器的负荷,加速污泥颗粒化的形成,提高了处理效率.4.3.2.2 除去废水中的油该废水中的油脂以两种方式存在:一种是游离态的油脂漂浮在水面上称浮油,这种油脂采用物理法较易从废水表面回收利用;另一种是乳化状态的油脂,此种状态下的油脂可采用物理和化学相结合的方法,即在废水中投加絮凝剂,使油脂与絮凝剂混凝,成为较大的油滴颗粒,将其除去,减缓其对后续生物处理的影响.4.3.2.3 在预处理中尽量去除更多的脂肪酸由于脂肪酸以分子态的形式存在时,对微生物的毒性更大,且影响传质效果.因此,在预处理中,可控制pH在7.4~8.2,投加CaCl2,与脂肪酸发生沉淀反应,减少脂肪酸,降低脂肪酸的抑制.另外,也可将pH控制在7以下,使脂肪酸以油状或固态的形式存在,采用气浮的方法去除.采用投加CaCl2的方法,去除含脂类废水中的脂肪酸,已在实验室进行研究,结果表明,投加CaCl2后,废水中油和脂肪酸的量明显降低,脂肪酸的投加量为废水中含油量的30%时,效果最好.4.3.3 采用生物乳化剂(BE)BE是一类由生物产生的表面活性剂,其分子结构由一个疏水部分和一个亲水部分构成,疏水部分为饱和、不饱和或羟化的烃链;亲水部分更加多样化,可简单如脂肪酸的羧基,也可复杂如糖脂的多聚糖基.具有低毒,易生物降解的特点.采BE强化含脂类废水是一种新的尝试,它可以使溶于水中的脂肪酸及油类物质乳化和产生中度泡沫的能力.王楼明[23]采用BE强化含油废水生物处理,经实验研究表明,采用BE可改善反应器的生物除油效果,改变反应器中微生物的性状,改善反应器的运行性能,从而提高油类物质与活性微生物的作用效率,达到强化废水生物处理的目的.4.3.4 采用物理强化技术,增强微生物活性,提高反应器效能4.3.4.1 磁分离技术磁分离技术是吸附除油脂等脂类方面的最新研究成果.即借助于磁性物质作为载体,利用油珠的磁化效应,将磁性颗粒与含脂类废水相结合,使废水中的油脂等分散在磁性颗粒上被吸附,再通过分离装置,将磁性物质及其吸附的脂类留在磁场,从而达到分离的目的.该法处理含脂类废水,引起了很多科研人员的重视.朱又春等[24]采用磁分离技术处理餐饮污水,取得了良好的效果,使废水中含油量由194 mg/L降至7 mg/L.另外,将磁分离技术和生物法相结合,即向生物反应器中投加磁粉,使细菌磁化,可加快絮凝速度,强化微生物的新陈代谢作用,增强微生物活性.张密林等[25]采用磁性细菌生物法处理屠宰废水,COD、SS、NH3-N的平均去除率分别可达96%、91%、86%.孙水裕等[26]采用磁活性污泥法处理餐饮废水,实验结果表明,采用磁活性污泥法处理效果优于普通活性污泥法.目前,磁分离技术在含脂类废水处理应用方面,仍处于实验室研究阶段.要应用于工程实践上,其技术还有待进一步完善和发展.但该技术可节省运行时间和费用,将有广阔的发展前景.4.3.4.2 超声波技术超声波是一种高频机械波,其频率一般2×104~5×108Hz,具有量集中、穿透力强、在水中可以发生凝聚效应、空穴或空化效应等特点.利用超声波技术,可以改善污泥的固-液界面、加强气体的传质和营养物传递,增强污泥活性提高废水的可生化性,从而强化废水的生物处理.SCHLAFER等[27]实验室小试发现, 将频率为25 kHz,声能密度为0.3 W/L的超声波直接作用于生物反应器可以有效改善污泥颗粒的固-液界面,促进氧气和营养物质的传递,增强污泥活性,从而提高反应器效率.根据超声波量集中、穿透力强的特点,在采用超声波技术强化处理含脂类废水时,必须以先通过实验,以确定最佳的超声频率,否则可能出现超声粉碎效应,影响处理效果.超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的特点.但超声波应用于强化含脂类废水生物处理,在理论和技术方面还存在着许多需要研究解决的问题:如废水中悬浮物对空化作用的影响;超声设备的可靠性和寿命;超声波技术用于大规模水处理中的经济可行性;超声波对生物反应器中生物的作用机理的进一步研究等.5 结语与展望在对含脂类废水进行处理的过程中,需要采用物理、化学和生物相结合的方法.例如,在生物法之前通常采用一些物理或化学法去除废水中的上浮油和部分乳化油,就可以在很大程度上缓解后面的生物处理法的压力.所以,物理法和化学法虽然不适宜作为主要的处理方法,但是,在含脂类废水的预处理中却是非常重要和不可缺少的.近几年来,含脂类废水处理的新技术也在不断地涌现、更新和发展.在主体处理单元中出现了各种各样的比较成熟的高效反应器如UASB、EGSB和IC等,同时也出现了多种生物反应器联合起来的趋势,并在工艺流程和生物活性上进行改善与提高,获得强化的目的.微生物选育技术、磁分离技术和超声波等新技术,虽然在实际工程开发应用等方面还存在很多还没有得到解决的技术问题,但不可否认的是,它们在强化含脂类废水的处理中将具有更加广阔的应用前景.参考文献[1] 贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社,1998.[2] 刘精今,陈竹新.植物油脂废水处理经济性分析[J].江苏环境科技,2001,14(2):21-22.[3] 郑鹏,王争春,王迎春,等.隔油-涡凹气浮-BAF工艺处理油脂废水[J].广东化工,2006,33(7):33-36.[4] 刘义,张兆昌.水解酸化-气浮-SBR工艺处理乳品废水的研究[J].环境工程,1998,16(5):19-21.[5] 梁松雪,李志祥,侯鹏飞,等.水解酸化-涡凹气浮-SBR处理屠宰废水[J].市政技术,2006,24(3):143-144.[6] MASSE L,KENNEDY K I,CHOU S.Testing of Alkaline and enzymatic hydrolysis pretreatments for fat particles wastewater[J].Bioresource Technology,200l,77(2):145-155.[7] 于传贵,马芳静,邵洪,等.中浓度屠宰废水处理试验[J].山东建材学院学报,2001,15(2):173-174.[8] 王毅.屠宰废水变性及絮凝处理[J].辽宁城乡环境科技,2000,20(6):21-22.[9] 赵庆良,李伟光.特种废水处理技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2003.[10] 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物理化学学报(七)

牛顿有什么兴趣?

大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书.少年时的牛顿并不是神童,他资质平常、成绩 童年的牛顿
一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等. 传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置.老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟.每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床.他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动. 牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学.牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书.随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验.他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶. 牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象有好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等.他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验. 当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活.从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童. 后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭.但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活.每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书.有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题.牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书.牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养.
求学岁月
1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位. 17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,那里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等.两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程. 讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家.这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力.于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域. 在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等. 牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期.巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才华超过自己.后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题.” 当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学.他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡尔的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作.其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分.1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定. 1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡. 由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔.1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩. 1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分).这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去.他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比.牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事. 总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题.他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的.可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图. 1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委).1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授.巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上.巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话.
建立微积分
在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位.他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理.据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》时,试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的. 笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应.牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡尔的解析几何的基础上,找到了新的出路.可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值,当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是这一点的准确值.这就是微分的概念. 微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就.牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术".它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了.但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的结论加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元. 牛顿没有及时发表微积分的研究成果,他研究微积分可能比莱布尼茨早一些,但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理,而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早. 在牛顿和莱布尼茨之间,为争论谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立.英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年. 1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》.他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用.书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如:他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”. 牛顿对解析几何与综合几何都有贡献.他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法.并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表.此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域.
晚年
对于牛顿的晚年,人们普遍存在一些误解.认为牛顿开始相信上帝.但事实并非如此.对于微积分的研究是牛顿晚年的研究重点.微积分可以在实验的基础上推导出物理量之间关系的函数形式,但具体函数物无从知晓(简单来说,就是知道谁和谁呈正比或反比关系,但作为初始条件的比例系数不知道),只能通过实验得知.所以,牛顿提出“上帝第一次推动”这一个概念,就是说,像密度等物质固有属性是大自然自己制定的,无法更改,也无从推导.而人们的误解普遍来源于“上帝第一次推动”,误解为“上帝第一次推动力”(牛顿生活的时代还没有力的物理概念,牛顿定律是牛顿通过动量形式表达出来的).

物理化学学报(八)

牛顿是哪国的?【物理化学学报】

  牛顿
  牛顿可以指:
  人物
  艾萨克·牛顿,英国著名科学家.
  (详见艾萨克·牛顿)
  艾萨克·牛顿爵士,FRS(Sir Isaac Newton,1643年1月4日-1727年3月31日)是一位英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士.他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述.这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础.他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑,并推动了科学革命.
  约翰·牛顿,英国牧师.
  约翰·牛顿(John Newton,1725年7月24日–1807年12月21日),英国牧师.之前从事大西洋上的贩奴生意,在皈依基督教并放弃其生意之后,写出了著名的赞美诗《奇异恩典》(Amazing Grace).
  1725年7月24日,约翰·牛顿出生于英国伦敦,是一个从事地中海贸易的船长的儿子.牛顿曾和他父亲共同出海6次直到1742年他父亲去世.在1743年他应征进入海军,在皇家海军“哈维奇”号上作为海军少尉替补军官服役.
  物理与数学
  牛顿 (国际单位),一种衡量受力大小的国际单位.
  在物理中牛顿(Newton,符号为N)是力的公制单位.它是以发现经典力学的伊萨克·牛顿(Sir Isaac Newton)命名.
  牛顿是一个国际单位制导出单位,它是由kg·m·s−2的国际单位制基本单位导出.
  牛顿运动定律
  牛顿运动定律是伊萨克·牛顿提出了物理学的三个运动定律的总称,被誉为是经典物理学的基础.
  牛顿法
  牛顿法(Newton"s method)又称为牛顿-拉夫逊方法(Newton-Raphson method),它是一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法. 方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根.
  其它
  Apple Newton,由苹果电脑公司制造的掌上电脑.
  Newton世界上第一款掌上电脑,由苹果电脑公司于1993年开始制造,但是因为newton在市场上找不到其定位而需求量低而停止发展,1997年停止了生产.
  艾萨克·牛顿的生平
  我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现.
  ——牛顿
  牛顿的勤奋学习
  一谈到近代科学开创者牛顿,人们可能认为他小时候一定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力.其实不然,牛顿童年身体瘦弱,头脑并不聪明.在家乡读书的时候,很不用功,在班里的学习成绩属于次等.但他的兴趣却是广泛的,游戏的本领也比一般儿童高.
  牛顿爱好制作机械模型一类的玩艺儿,如风车、水车、日晷等等.他精心制作的一只水钟,计时较准确,得到了人们的赞许.有时,他玩的方法也很奇特.一天,他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上.当夜幕降临时,点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中.发光的灯笼在空中流动,人们大惊,以为是出现了彗星.尽管如此,因为他学习成绩不好,还是经常受到歧视.
  当时,封建社会的英国等级制度很严重,中小学里学习好的学生,可以歧视学习差的同学.有一次课间游戏,大家正玩得兴高采烈的时候,一个学习好的学生借故踢了牛顿一脚,并骂他笨蛋.牛顿的心灵受到这种刺激,愤怒极了.他想,我俩都是学生,我为什么受他的欺侮?我一定要超过他!从此,牛顿下定决心,发奋读书.他早起晚睡,抓紧分秒、勤学勤思. 过刻苦钻研,牛顿的学习成绩不断提高,不久就超过了曾欺侮过他的那个同学,名列班级前茅.
  时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用不同,而所得的知识也大不一样.
  牛顿十六岁时数学知识还很肤浅,对高深的数学知识甚至可以说是不懂.“知识在于积累,聪明来自学习”.牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰.在基础差的不利条件下,牛顿能正确认识自己,知难而进.他从基础知识、基本公式重新学起,扎扎实实、步步推进.他研究完了欧几里德几何学后,又研究笛卡儿几何学,对比之下觉得欧几里德几何学肤浅,便悉心钻研笛氏几何学,直到掌握要领、融会贯通.遂之发明了代数二项式定理.传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话,可为牛顿身体力学的佐证.有一天,天刮着大风暴.风撒野地呼号着,尘土飞扬,迷迷漫漫,使人难以睁眼.牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会.于是,便拿着用具,独自在暴风中来回奔走.他踉踉跄跄、吃力地测量着.几次沙尘迷了眼睛,几次风吹走了算纸,几次风使他不得不暂停工作,但都没有动摇他求知的欲望.他一遍又一遍,终于求得了正确的数据.他快乐极了,急忙跑回家去,继续进行研究.
  有志者事竟成.经过勤奋学习,牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础.不久,牛顿的数学高塔就建成了,二十二岁时发明了微分学,二十三岁时发明了积分学,为人类科学事业作出了巨大贡献.
  牛顿是个十分谦虚的人,从不自高自大.曾经有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微小成就的话,没有其它秘诀,唯有勤奋而已.”
  少年牛顿
  1643年1月4日,在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,牛顿诞生了.牛顿是一个早产儿,出生时只有三磅重,接生婆和他的亲人都担心他能否活下来.谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且竟活到了85岁的高龄.
  牛顿出生前三个月父亲便去世了.在他两岁时,母亲改嫁给一个牧师,把牛顿留在外祖母身边抚养.11岁时,母亲的后夫去世,母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边.牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自它的家庭处境.
  大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书.少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等.
  传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置.老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟.每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床.他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动.
  牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学.牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书.随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验.他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶.
  牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象由好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等.他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验.
  当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活.从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童.
  后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭.但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活.每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书.有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题.牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书.牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养.有一次,他去郊外游玩,之后靠在一棵苹果树下休息,忽然,一个苹果从树上掉下来.他觉得很奇怪,为什么苹果会从上往下掉而不是从下往上掉?他带着这个疑问回到了家里研究,后来他发现原来地球是有引力的能把物体吸住.随后,就出现了《牛顿物理引力学》.
  求学岁月
  1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位.
  17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,哪里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等.两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程.
  讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家.这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力.于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域.
  在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等.
  牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期.巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才超过自己.后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题.”
  当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学.他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作.其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分.1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定.
  1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡.
  由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔.1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩.
  1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分).这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去.他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比.牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事.
  总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题.他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的.可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图.
  1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委).1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授.巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上.巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话.
  伟大的成就~建立微积分
  在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位.他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理.据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》时,试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的.
  笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应.牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡尔的解析几何的基础上,找到了新的出路.可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值,当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是这一点的准确值.这就是微分的概念.
  求微分相当于求时间和路程关系得在某点的切线斜率.一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程,可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和,这就是积分的概念.求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积.牛顿从这些基本概念出发,建立了微积分.
  微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就.牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术".它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了.但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的努力加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元.
  牛顿没有及时发表微积分的研究成果,他研究微积分可能比莱布尼茨早一些,但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理,而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早.
  在牛顿和莱布尼茨之间,为争论谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立.英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年.
  应该说,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,它必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的.微积分也是这样,是牛顿和莱布尼茨在前人的基础上各自独立的建立起来的.
  1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》.他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用.书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如,他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”.
  牛顿对解析几何与综合几何都有贡献.他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法.并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表.此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域.
  伟大的成就~对光学的三大贡献
  在牛顿以前,墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象.反射定律是人们很早就认识的光学定律之一.近代科学兴起的时候,伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”,震惊了世界.荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律.笛卡尔提出了光的微粒说……
  牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人,也象伽利略、笛卡尔等前辈一样,用极大的兴趣和热情对光学进行研究.1666年,牛顿在家休假期间,得到了三棱镜,他用来进行了著名的色散试验.一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,牛顿用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光.这样,他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的,这是第一大贡献.
  牛顿为了验证这个发现,设法把几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象.揭开了物质的颜色之谜,原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的.公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上,这是他第一次公开发表的论文.
  许多人研究光学是为了改进折射望远镜.牛顿由于发现了白光的组成,认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象),就设计和制造了反射望远镜.
  牛顿不但擅长数学计算,而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验.为了制造望远镜,他自己设计了研磨抛光机,实验各种研磨材料.公元1668年,他制成了第一架反射望远镜样机,这是第二大贡献.公元1671年,牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会,牛顿名声大震,并被选为皇家学会会员.反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础.
  同时,牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算,比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象,胡克发现的肥皂泡的色彩现象,“牛顿环”的光学现象等等.
  牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径.他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论.此外,他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器.
  伟大的成就~构筑力学大厦
  牛顿是经典力学理论的集大成者.他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律.
  在牛顿以前,天文学是最显赫的学科.但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这个问题.万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配.
  早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题.比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样.1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力.胡克等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系.
  1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比.
  牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题.最有名的一个说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻.有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来……
  一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着.终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力.
  牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题.1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动.牛顿没有回答这个问题.1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比.
  当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用.牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律.
  在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书.皇家学会经费不足,出不了这本书,后来靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版.
  牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合.
  站在巨人的肩上
  牛顿的研究领域非常广泛,他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外,他还花费大量精力进行化学实验.他常常六个星期一直留在实验室里,不分昼夜的工作.他在化学上花费的时间并不少,却几乎没有取得什么显著的成就.为什么同样一个伟大的牛顿,在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢?
  其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段.在力学和天文学方面,有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力,牛顿有可能用已经准备好的材料,建立起一座宏伟壮丽的力学大厦.正象他自己所说的那样“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上”.而在化学方面,因为正确的道路还没有开辟出来,牛顿没法走到可以砍伐材料的地方.
  牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的:“我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现.”
  这当然是牛顿的谦逊.
  怪异的牛顿
  牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时,学生都接受不了.但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人.还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法.他用这个秘密的方法,算出了双曲面积到二百五十位数.他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光.
  开始,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷,他独自遨游于自己所创造的超级世界里.后来,在好友哈雷的竭力劝说下,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世.
  作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅.有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理.他抓住姑娘的手指,错误的把它当成通烟斗的通条,硬往烟斗里塞,痛得姑娘大叫,离他而去.牛顿也因此终生未娶.
  牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现.他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话.一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表.还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了.等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题.
  牛顿晚年
  但是由于受时代的限制,牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者.他认为运动只是机械力学的运动,是空间位置的变化;宇宙和太阳一样是没有发展变化的;靠了万有引力的作用,恒星永远在一个固定不变的位置上……
  随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升.1689年,他被当选为国会中的大学代表.作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学.他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶.同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上.
  晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族.此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家.他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会.没有他的同意,任何人都不能被选举.
  晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作.当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论.他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”.
  1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世.同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂.他的墓碑上镌刻着:
  让人们欢呼这样一位多么伟大的
  人类荣耀曾经在世界上存在.

物理化学学报(九)

著名物理学家牛顿简介

我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现.
——牛顿
少年牛顿
1643年1月4日,在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里,牛顿诞生了.牛顿是一个早产儿,出生时只有三磅重,接生婆和他的亲人都担心他能否活下来.谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且竟活到了85岁的高龄.
牛顿出生前三个月父亲便去世了.在他两岁时,母亲改嫁给一个牧师,把牛顿留在外祖母身边抚养.11岁时,母亲的后夫去世,母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边.牛顿自幼沉默寡言,性格倔强,这种习性可能来自它的家庭处境.
大约从五岁开始,牛顿被送到公立学校读书.少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等.
传说小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己制造了一架磨坊的模型,他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置.老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动;又一次他放风筝时,在绳子上悬挂着小灯,夜间村人看去惊疑是彗星出现;他还制造了一个小水钟.每天早晨,小水钟会自动滴水到他的脸上,催他起床.他还喜欢绘画、雕刻,尤其喜欢刻日晷,家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷,用以验看日影的移动.
牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学.牛顿的母亲原希望他成为一个农民,但牛顿本人却无意于此,而酷爱读书.随着年岁的增大,牛顿越发爱好读书,喜欢沉思,做科学小实验.他在格兰瑟姆中学读书时,曾经寄宿在一位药剂师家里,使他受到了化学试验的熏陶.
牛顿在中学时代学习成绩并不出众,只是爱好读书,对自然现象由好奇心,例如颜色、日影四季的移动,尤其是几何学、哥白尼的日心说等等.他还分门别类的记读书笔记,又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验.
当时英国社会渗透基督教新思想,牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚,这可能影响牛顿晚年的宗教生活.从这些平凡的环境和活动中,还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童.
后来迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农,赡养家庭.但牛顿一有机会便埋首书卷,以至经常忘了干活.每次,母亲叫他同佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书.有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题.牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学,并鼓励牛顿上大学读书.牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养.
求学岁月
1661年,19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院,靠为学院做杂务的收入支付学费,1664年成为奖学金获得者,1665年获学士学位.
17世纪中叶,剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味,当牛顿进入剑桥时,哪里还在传授一些经院式课程,如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等.两年后三一学院出现了新气象,卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座,规定讲授自然科学知识,如地理、物理、天文和数学课程.
讲座的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学的科学家.这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力.于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域.
在这段学习过程中,牛顿掌握了算术、三角,读了开普勒的《光学》,笛卡尔的《几何学》和《哲学原理》,伽利略的《两大世界体系的对话》,胡克的《显微图集》,还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等.
牛顿在巴罗门下的这段时间,是他学习的关键时期.巴罗比牛顿大12岁,精于数学和光学,他对牛顿的才华极为赞赏,认为牛顿的数学才超过自己.后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题.”
当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学.他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作.其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿~解析几何与微积分.1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定.
1665~1666年严重的鼠疫席卷了伦敦,剑桥离伦敦不远,为恐波及,学校因此而停课,牛顿于1665年6月离校返乡.
由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养,对探索自然现象产生浓厚的兴趣,家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔.1665~1666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他在自然科学领域内思潮奔腾,才华迸发,思考前人从未思考过的问题,踏进了前人没有涉及的领域,创建了前所未有的惊人业绩.
1665年初,牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规则;同年11月,创立正流数法(微分);次年1月,用三棱镜研究颜色理论;5月,开始研究反流数法(积分).这一年内,牛顿开始想到研究重力问题,并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去.他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比.牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说,说的也是此时发生的轶事.
总之,在家乡居住的两年中,牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造,并关心自然哲学问题.他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的.可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图.
1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委),翌年3月16日获得硕士学位,同时成为正院侣(高级院委).1669年10月27日,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授,并担任卢卡斯讲座的教授.巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路,如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助,牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上.巴罗让贤,这在科学史上一直被传为佳话.
伟大的成就~建立微积分
在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位.他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理.据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》时,试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的.
笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应.牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡尔的解析几何的基础上,找到了新的出路.可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值,当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是这一点的准确值.这就是微分的概念.
求微分相当于求时间和路程关系得在某点的切线斜率.一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程,可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和,这就是积分的概念.求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积.牛顿从这些基本概念出发,建立了微积分.
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就.牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术".它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了.但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的努力加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元.
牛顿没有及时发表微积分的研究成果,他研究微积分可能比莱布尼茨早一些,但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理,而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早.
在牛顿和莱布尼茨之间,为争论谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立.英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年.
应该说,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,它必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的.微积分也是这样,是牛顿和莱布尼茨在前人的基础上各自独立的建立起来的.
1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》.他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用.书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如,他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”.
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献.他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法.并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表.此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域.
伟大的成就~对光学的三大贡献
在牛顿以前,墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象.反射定律是人们很早就认识的光学定律之一.近代科学兴起的时候,伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”,震惊了世界.荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律.笛卡尔提出了光的微粒说……
牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人,也象伽利略、笛卡尔等前辈一样,用极大的兴趣和热情对光学进行研究.1666年,牛顿在家休假期间,得到了三棱镜,他用来进行了著名的色散试验.一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光.这样,他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的,这是第一大贡献.
牛顿为了验证这个发现,设法把几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象.揭开了物质的颜色之谜,原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的.公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上,这是他第一次公开发表的论文.
许多人研究光学是为了改进折射望远镜.牛顿由于发现了白光的组成,认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象),就设计和制造了反射望远镜.
牛顿不但擅长数学计算,而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验.为了制造望远镜,他自己设计了研磨抛光机,实验各种研磨材料.公元1668年,他制成了第一架反射望远镜样机,这是第二大贡献.公元1671年,牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会,牛顿名声大震,并被选为皇家学会会员.反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础.
同时,牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算,比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象,胡克发现的肥皂泡的色彩现象,“牛顿环”的光学现象等等.
牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径.他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论.此外,他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器.
伟大的成就~构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者.他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律.
在牛顿以前,天文学是最显赫的学科.但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这个问题.万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配.
早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题.比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样.1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力.胡克等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系.
1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比.
牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题.最有名的一个说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻.有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着.终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力.
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题.1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动.牛顿没有回答这个问题.1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比.
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用.牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律.
在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书.皇家学会经费不足,出不了这本书,后来靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版.
牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合.
站在巨人的肩上
牛顿的研究领域非常广泛,他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外,他还花费大量精力进行化学实验.他常常六个星期一直留在实验室里,不分昼夜的工作.他在化学上花费的时间并不少,却几乎没有取得什么显著的成就.为什么同样一个伟大的牛顿,在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢?
其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段.在力学和天文学方面,有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力,牛顿有可能用已经准备好的材料,建立起一座宏伟壮丽的力学大厦.正象他自己所说的那样“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上”.而在化学方面,因为正确的道路还没有开辟出来,牛顿没法走到可以砍伐材料的地方.
牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的:“我不知道在别人看来,我是么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现.”
这当然是牛顿的谦逊.
怪异的牛顿
牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时,学生都接受不了.但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人.还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法.他用这个秘密的方法,算出了双曲面积到二百五十位数.他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光.
开始,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷,他独自遨游于自己所创造的超级世界里.后来,在好友哈雷的竭力劝说下,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世.
作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅.有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理.他抓住姑娘的手指,错误的把它当成通烟斗的通条,硬往烟斗里塞,痛得姑娘大叫,离他而去.牛顿也因此终生未娶.
牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现.他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话.一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表.还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了.等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题.
牛顿晚年
但是由于受时代的限制,牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者.他认为运动只是机械力学的运动,是空间位置的变化;宇宙和太阳一样是没有发展变化的;靠了万有引力的作用,恒星永远在一个固定不变的位置上……
随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升.1689年,他被当选为国会中的大学代表.作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学.他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶.同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上.
晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族.此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家.他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会.没有他的同意,任何人都不能被选举.
晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作.当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论.他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”.
1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世.同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂.

物理化学学报(十)

人类在微生物界的科研成果

神奇微生物吃铁为生
它们食入铁锈,清理污染的下水道,并同时产生电能,这些微小的生物中可能包含着原始生命的线索.自从Derek Lovley发现一种神奇的泥土细菌以来,这个微生物家族真的带给我们许多惊奇.
Lovley早就知道,如果有一些必需的原料,比如硫酸盐、沼气等,一些微生物可以在无氧环境下生存,因此,他推测,这些微生物也可能利用铁来生存.因此,从1987年起,Lovley开始研究泥浆里的微生物,并最终从里面发现了这种“吃”金属的细菌.他从美国华盛顿附近波拖马可河中挖取富含金属的泥浆,回到实验室后,在试管里加入泥浆,放进一些醋酸盐——微生物最喜欢的食物——然后观察.最后,他注意到微小的黑色的矿物质聚集于试管的底部,存在于毛茸茸的红色的氧化铁(即铁锈)的包围当中.如果把磁石放在试管的一边,所有的铁质小片都流向磁石的那一边.这些黑色的矿物质就是磁铁矿.
这种可以降解铁锈的泥土菌,通过向铁传递电子而获得生存的能量.在这个过程中,它们把铁锈变成了磁铁矿.这种生物的代谢方式是独一无二的:它们利用食物中的金属来获得能量,就像人类利用氧气一样.磁铁矿在2百万年前是地球上储存的主要磁性矿物,因此,Lovley推测这种微生物可能是早期磁铁矿产生的主要来源.
从那以后的17年里,Lovley发现了这个细菌家族超过30多种类型,并且测出了一些基因序列.最近他又测出了这个细菌家族中一种更加神奇的细菌的基因,这种细菌能够产生电能,并且可以净化被铀污染的下水道.
“不要小瞧微生物世界的能力,”科学家们相信,自1987年Lovley的发现以来,这一系列泥浆细菌家族的发现以及其他可降解金属的细菌被不断的发现,是通向一个全新、具有独特生物代谢方式的微生物世界的开始.
“我们越来越明朗的看到,这些微生物在地球的微生物总量中占有很大的比例,他们是维护地球环境和生态进步的巨大推动力量.
自从嗜金属的泥土菌被发现以来,Lovley和他的同事们就在设想利用这种特殊的微生物来保护地下水,解决水污染的问题.因此,科学家们呼吁人们保护这些神奇的嗜铁锈微生物.
电子牧羊犬“牧放”微生物
作者:亦云
人类放牧的历史已有数千年,比如牧放山羊、绵羊、牛等.但是人类最初放牧并不是件很容易的事.后来,人们开始利用牧羊犬把牧场里的牲畜集中在一起.例如,一种叫作“博德”的牧羊犬(Border Collie)就具有独特的本领,可以很轻松地把牛羊集中起来.
那么能否找到一种很简单的方法集中微生物?其实找到微生物世界的“牧羊犬”,其意义非常重大.比如,在宇宙飞船或国际空间站上,饮用水系统如果被病菌污染将是一件很可怕的事.同样,地球上的城市供水系统也至关重要.在暴发重大疫情或有恐怖分子对供水系统进行破坏时,迅速把水里的微生物集中起来,然后进行有效处理就显得尤为重要.
“电子博德牧羊犬”初露锋芒
由美国航空航天局资助的科学家小组,正在位于美国得克萨斯州的A&M大学里,开发一种能集中微生物的装置,他们称这种装置为“电子博德牧羊犬”.电子牧羊犬的工作原理其实很简单:一些微生物的细胞膜带电,如果在这些微生物存在的环境中加一个电场,微生物就会定向移动并最终被吸附,从而达到将微生物集中的目的.
单细胞微生物的细胞膜,把细菌和外部的微环境隔离开.目前的观点认为,细胞膜主要是由脂类分子构成的双分子膜,在这层双分子膜中镶嵌着多种糖类和蛋白质分子,这些分子共同承担着微生物细胞和外界的多种交互作用(包括能量和信息传递等).镶嵌在脂类分子层上的各种分子的表面,都聚集着数量不尽相同的电荷,有的分子带正电荷,有的带负电荷.虽然细胞膜的酸碱度和一般的饮用水差不多,但是这些镶嵌在脂类分子层上的分子,总体上呈现出微电负性的特征,即负电荷多.因此,这些微生物必然会被正电极所吸引.
传统的微生物探测器在工作时用来盛放微生物样品的是一个容积很小的水槽,水槽的体积大概只有1升水的千万分之一.这使样品检测面临一个问题:由于所采集的样本量非常少,因此,若致病微生物已经在供水系统中广泛扩散,那么很有可能待测样本中根本没有包含致病微生物.这样,检测的结果就有可能误导人们.
苏瑞舍·佩莱教授等人设计的这种装置,每小时可以对5升循环水进行处理,这些水在被处理时要经过数百根并联的管子,每一根管子的直径大约只有1/4毫米.这些纤细的管子里设置有电极,当这些电极带正电并且有水流过时,水中的微生物很容易被吸附到管壁上.当把这些电极转换成负电极时,吸附在管壁上的大量微生物就会瞬间从管壁脱落.这样一来,便可以把需要检测的水样中的微生物聚集起来.
待检测的水经过这种装置反复循环几次后,水样中大多数细菌和病毒就能够被吸附.利用这种装置,十几升水中的微生物可以被收集在一个只有千分之一毫升的装置里,在那里自动检测装置可以对水样中微生物的数量和种类进行分析.如此一来,确定水样中是否含有病原微生物就变得轻而易举.
佩莱教授介绍说,该装置可以把水样中90%的微生物收集起来.接下来他的工作是,和同事拜斯柯克确定电极的工作强度.也就是说,多大的电场强度吸附微生物最适合.同时,用来吸附微生物的纤细管子的直径和数量也要确定.并且他们计划在1年内确定实验用的原型机.
新发现极热生命形态:在沸腾中旺盛的微生物
科学家日前发现了一种深海微生物,这种微生物比其它生物都更能耐热,它在121摄氏度的高压下仍能继续生长和繁殖.科学家将其非正式的命名为Strain 121,它是在海面以下几英里的喷涌浓缩矿物和高温海水的热液出口处发现的.目前科学家正着手探究它最大限度能承受的热量.
这个生产Strain 121微生物的出口地位于芬兰以南大约400公里的地方,这种微生物是首次发现的能在121摄氏度的高温下生长的生物有机体.
去年,马萨诸塞州大学的生物学教授德里克-拉夫力和研究者克兹姆-凯斯福从一块海底的热液出口附近采集来的植物中分离出了 Strain 121.当研究员把Strain 121放入121摄氏度高温的高压灭菌锅(这是一种以高温消毒的医疗器械)中,而令人惊奇的现象出现了,在如此高温下,Strain 121竟能继续生长和繁殖.
拉夫力说:“这个温度能够杀死所有的已知生命,而Strain 121却存活了下来,这刷新了生物可以承受的最高温度的新记录.”以前所知的生物所能承受的极限温度是113摄氏度,这个记录是由一种名为Pyrolobus fumarii的微生物创下的.
特拉华州大学的耐高温微生物研究专家克雷格-凯瑞表示, Strain 121的发现是一个令人难以置信的事情,不过他还表示,也许存在在121摄氏度以上仍能存活的微生物.
拉夫力和凯斯福所研究的Strain 121标本采集自太平洋以下2.4 公里的一个海底热液出口.起初,标本被送到拉夫力的实验室是为了离析生长在铁上的微生物,但是,他们却意外的发现了Strain 121.Strain 121并不是一个异常的生物有机体,它获取能量的方式与人类一样,人类利用氧从食物中获取能量,而它利用铁从它的食物中获取能量.
从化学角度来分析,Strain 121的呼吸作用在简化三价铁到亚铁的过程中,形成了磁铁矿,这也是大约20亿年前地球上沉积的大部分含磁矿物的来源.
尽管拉夫力是分离和培养这种喜铁微生物方面的专家,但是凯瑞说,这个任务是极难完成的,而且很少有人能达到拉夫力的技术水平.
Strain 121是太古代的单细胞微生物,它与细菌相似但并不完全等同.“太古代”顾名思义是“远古”的意思,之所以如此命名是因为太古代生物几乎是处于生命之树的根部,它们一般生活在极端环境中,比如说极热、极冷、极咸或极酸等.
目前,拉夫力和他的同事正努力找出Strain 121 的基因组的排列顺序,并试图以此弄清楚这种微生物何以能耐如此高温.不过,拉夫力说:“一般来说,支持有机体在高温下生长的因素是比较难理解的.”
华盛顿大学的微生物地球化学家简-艾米德表示,Strain 121 只是众多能耐高温微生物中的一种,他并不认为Strain 121 的耐高温能力是超常的,他说:“与现存的所有有机体一样,它需要碳、能量、水和其它的所有生物所需要的一切东西,与众不同的是,它能适应高温和含铁能量物.”
凯瑞说:“让人吃惊的是,在导致大部分已知生物死亡的高温中,Strain 121的DNA仍然结合在一起,进行复制,而其它器官仍能保持正常的运行.”按照凯瑞的说法,像Strain 121这样的微生物在遗传基因上极可能有一套适热机制,他最后说:“这些东西在地球上已经有35亿年的历史了,它们有足够长的时间去解决这些问题.”
日发现人体结石中藏有微生物
日本冈山大学泌尿科教授公文裕巳等人最近发现,人体肾结石中潜藏着带有碳灰石外壳的微生物,这种微生物制造结石核,了解这种微生物的生态情况,对查明肾结石的原因,探索新的治疗方法大有帮助.
公文教授在研究中先把肾结石粉碎,然后用过滤器排除其他细菌,用经过放射线杀菌处理的牛胎血清培养,最后从中分离微生物.到目前为止,公文教授等人已经确认了42个这种微生物特定形状的粒子,分离出来的微生物直径为万分之二毫米,大小和最大的病毒差不多.继续培养这种微生物,它们就会被直径为千分之几毫米的外壳包裹.这种微生物汲取的营养和病毒所需的营养不同,汲取营养之后能够自我增殖.
公文教授认为,各地研究机构都没有从肾结石中成功分离出这种微生物,是因为它们增殖需要的时间长,培养困难.他说,人体含有这种微生物加上生活习惯不良等复杂原因导致形成肾结石,如果查清结石形成的机理,不仅可以开发治疗结石的新方法,而且还可以开发制造牙齿或促使骨头再生的新技术.

美科学家发现具有成矿作用的新型微生物
美国科学家最近在威斯康星州西南部一处废弃铁矿床的深处,发现一种能够“制造”极为细长的纳米级晶体的新型微生物.这种微生物和细长微晶体的发现,为人们探索生物成矿作用的机制开启了一扇更广阔的窗口.
3月12日出版的《科学》杂志发表了这项研究成果:来自加州大学伯克利分校和威斯康星-麦迪逊大学的研究人员不仅描述了这种由微生物制造的细长晶体的结构,而且对“制造”过程进行了深入分析.
论文主要作者、加州大学伯克利分校地球与行星科学教授Jill Banfield介绍,这种晶体的独特性主要表现在它的直径/长度比非常大:直径仅有几个纳米而长度达到10微米,相差千倍以上,与人的发丝比例接近.
另一作者、威斯康星-麦迪逊大学物理学教授Gelsomina DeStasio表示,生物成矿作用广泛存在于自然界,骨骼、牙齿、贝壳以及一些坚硬的生物材料的形成都与此有关.微生物制造晶体有多种用途.一些细菌合成磁铁矿用于导航,另一些能够降解有毒金属.但这次发现的具有如此高直径/长度比的晶体结构以往从未出现过.研究人员推测产生细长结构的原因在于微生物体内长链聚合物的影响.
为辨明形成这种晶体的具体化学过程,研究小组运用了威斯康星-麦迪逊大学同步辐射研究中心的储存环产生的X射线以及一种新型显微镜,观察微生物聚合物和晶体间的化学作用,结果发现微生物聚合物确实是生成这种细长晶体的模板——由此也揭示出这种生物成矿作用的核心.
自然界中合成物质使用模板的现象比比皆是,但是动物和微生物如何在分子水平上应用模板却一直是个谜,因为同时考察柔软轻盈的聚合物模板和它异常坚硬的矿物生成品非常困难.这次美国科学家开创性地联合运用X射线光谱和显微镜的方法,为解开这个自然之谜提供了新手段.研究人员认为,这一进展将有助于人类模拟大自然创制的材料杰作,从而开辟仿生合成的新途径.
铁管道腐蚀之谜揭开 都是微生物在作怪
美国马萨诸塞大学的两位科学家近日发现了一种以糖为食物的微生物可以用作稳定的电能供应源,尽管其一次提供的电能不多,但足以为手机等小型电子设备持续供电.其中一位科学家德雷克-罗弗雷表示:“这种微生物实际上就是一种细菌电池.”
罗弗雷是在弗吉尼亚州一座蓄水池里发现上述微生物的,他将这一微生物泡在实验室的培养液里,然后将其置于燃料电池当中,随着微生物对摄入的糖进行代谢,这一过程当中产生的电子就会在燃料电池的一个电极集结从而形成微弱的电流.罗弗雷表示:“这一微生物可以使得糖代谢产生的 80%的电子形成电流,而此前大多数利用糖代谢形成电流的微生物燃料电池只能将代谢产生的10%的电子形成电流.”
上述细菌电池有一天也许会有很多应用,例如,其可以用于远程遥控的传感器或是家用电器的遥控装置.分析人士指出,罗弗雷发现的微生物最大的特点就是形成电流的效率极高.罗弗雷说,在实验当中,上述微生物已经可以产生稳定、长期的电能,电流尽管不是很强,但已经足够支持计算器和手机等小型电子设备.罗弗雷还表示,通过对相关设备进行微小的改进将可以大大提高上述微生物产生电能的数量,他说:“当我们使用石墨而不是电极棒时,我们注意到电流的强度大约增加了3倍.”
美国发现专吃氯乙烯的微生物 利于地下水清洁
美国科学家发现一种靠吞食有毒废弃物氯乙烯为生的地下微生物.科技日报报道称,这一发现为有效清除氯乙烯这种严重污染地下水源的化学物质提供了新的可能方式.
据称,美国微生物学家弗兰克·洛佛勒花了4年时间,从密执安州的地下土壤样本中找到了这种微生物,它就是人所周知的BAV1.过去,科学家已经在利用其他一些吞食有毒废弃物的微生物来治理环境污染,但靠吞食氯乙烯为生的微生物还是首次发现.
氯乙烯是一种最常见的有毒工业化学制品,能在土壤中存在好几百年,它通常以一种更复杂的化合物形式存在于干洗剂和金属清洁剂中.据介绍,短暂接触氯乙烯能引起头昏眼花、嗜睡和头痛.长时间接触则容易罹患一种罕见的肝癌.
现在,人们主要通过把受污染的水从地下泵吸出来,撒到空气中形成细密水雾,让阳光暴晒,使化合物自然分解来清除氯乙烯和其他有机化合物.但由于有毒化学制品能够黏附在地下土壤中,用这种方法既费时费事,也无法根除所有的污染物.
报道称,BAV1的发现将进一步加速科学家利用细菌清除有毒废弃物的步伐.这项发现将帮助科学家确定分解氯乙烯的酶,如果能够找到这种酶,科学家可能借助基因工程,培育出更多能在有氧条件下生存,或能比BAV1吞食速度更快的细菌来清洁地下水源.
美科学家发现新的微生物耐热“冠军” 130度还活着
美国科学家新近发现的一种微生物,在130摄氏度下仍能存活,打破了此前微生物的耐热记录,成为迄今已知微生物中的耐热“冠军”.
华盛顿大学的海洋学家们利用遥控操作的潜水艇,在太平洋海面以下2400多米深的胡安·德富卡海脊附近发现了这种微生物.它存在于含铁和硫等矿物的热泉水中.这些自海底喷涌而出的矿液呈黑色,能直立向上形成约3至4层楼房高的“黑烟囱”.
马萨诸塞大学卡谢菲等人随后利用高压灭菌器进行的实验显示,该微生物在加热至121摄氏度时仍具有繁殖能力,24小时内数量可翻一番.不仅如此,它在130摄氏度下存活两个小时后,再重新置于103摄氏度的环境下仍能继续生长.与之相比,前世界耐热“冠军”、1997年发现的一种最多可承受113摄氏度温度的微生物,在121摄氏度高压灭菌器中过了一个小时就热死了.
科学家们将新发现的微生物暂时命名为“菌株121”.他们介绍说,这是一种太古生物.太古生物是细菌以及包括人在内的真核生物之外的第三种生命形式,通常可在极热、极冷或压强极大的极端环境下生存.
这一研究成果发表在15日正式出版的美国《科学》杂志上.这一重要发现的意义在于,它更新了科学家们对生命所能承受的温度上限的认识,有助于更深入地研究地球生命的起源和演化,也为在其他星球上寻找生命存在的迹象提供了新线索.
新发现某种程度上也改写了微生物学的教科书.100多年来,微生物学家们一直认为,高压灭菌器在121摄氏度下能够杀死所有已知微生物,并以此作为医疗消毒等的标准.
另外,科学家们在新研究中还发现,与地球表面生存的微生物不同,“菌株121”不是用氧,而是用铁来进行能量转换.他们认为,这是以前不为人知的一种崭新的生物“呼吸”方式.地球早期在较高温度环境下产生的第一批生命,或许正是通过这种方式进行新陈代谢的.
没有厂房没有污染没有垃圾 法培育出微生物制药“工厂”
法国国家科研中心和阿旺蒂斯制药公司经过11年合作,用做面包的酵母为基础,成功培育出能合成氢化可的松的单细胞微生物“工厂”——转基因酵母,这种单细胞微生物就像一座生物制药厂,可按要求生产出氢化可的松.这是迄今完成的最大、最复杂的基因工程成果,《自然生物学》杂志认为,它具有重大的工业应用价值.
氢化可的松是人体主要的类固醇激素之一,主要作用是消炎,世界制药业每年需要生产几十吨这种激素以满足医疗需求.这项研究成果具有两方面的意义:一是从技术上实现了氢化可的松生产的飞跃.目前这种产品的生产过程很长,至少需要九道工序才能完成.如今,实现这些程序所必需的酶分子由15个来源不同的基因组成,其中9个是从人、动物或植物中提取,然后嵌入酵母的.这种转基因酵母组成了一个变化很大的单细胞有机体,与细菌的不同在于,它含有多个分隔开的小室,不同的合成程序将在不同的室内进行.二是该成果具有无可争议的工业、商业和环境效益.除生产程序的简化将大大降低成本外,还具有生产过程无污染、无附带垃圾,且药品纯度极高等特点.
主持研究工作的法国国家科研中心研究员德尼•篷篷认为,这项成果是更为环保的“绿色”化学的先驱,不仅其它类固醇可采用类似工艺,其它生物工程难以实现的、合成过程非常复杂的药物也可借鉴此法进行生产,这将大大节约药物生产所需的稀有植物或原材料.
南极冰湖中发现2800多岁的微生物
美国科学家们在南极一个冰湖中新发现了至少有2800岁的藻类和细菌,并成功使这些冰冻千年的微生物“苏醒”.这一研究为将来在火星等其他星球上寻找生命提供了重要借鉴.
伊利诺伊大学的多兰等研究人员16日在美国《国家科学院学报》网络版上报告说,他们是在南极维达湖钻孔提取出的冰芯中发现这些古老微生物的.利用碳14进行年代测定的结果显示,这些微生物至少有2800年的历史.而且,这些微生物体内的DNA保存完好,这将有助于更深入地研究微生物的演化历史.
维达湖长逾5公里,所处区域年平均气温在零下30摄氏度左右.早先的研究认为,维达湖整个儿就是一个大冰块,从湖面到湖底终年处于冰冻状态,并不适合生命寄居.但多兰等人的研究显示,即使冰湖也未必是生命的“荒漠”.研究人员推测,这些古老微生物的体内可能存在某些独特的抗冻物质,使它们冰封多年后遇到液态水便能复活.
多兰小组早在1996年就对维达湖展开了勘探.除了成功“复活”古老微生物外,他们在研究中还证实了维达湖并不像早先认为的那样,全部是冰冻状态,在厚厚的冰层下,维达湖底其实存在着一个低温、超咸的液态区域.
维达湖内的冰层厚达19米,其湖底新探测到的液体比普通海水含盐量高出7倍.在地球上没有完全封冻的湖泊中,维达湖是迄今已知冰层最厚的.类似维达湖这样的生态系统还是第一次发现.研究人员推测,该湖湖底的超咸液体中可能也有生命.
这一发现将来也许可以帮助科学家们在火星上与维达湖类似的环境中寻找生命存在的迹象.多兰说:“人们认为过去火星上曾存在大量液态水,如果生命真的在这个星球上诞生,那么在火星水完全成为冰冻状态前,类似维达湖的生态系统,也许是火星生命最后的栖身之地.”

用微生物造可降解塑料
也许不久的将来,无论是手提兜,还是装水果、蔬菜的塑料袋你都可以放心地扔进垃圾桶,不用再刻意进行分类,也不必担心它们对环境产生什么样的污染,因为这些提兜和塑料袋是用科学家新近开发出的新一代生物降解塑料制成的.
生物降解塑料是将微生物作为能量贮存体,存贮植物、动物脂肪或糖原.这种利用微生物生产的生物降解塑料实际上是一种聚酯化合物.德国明斯特大学微生物学家称,目前自然界只有少数几种微生物不能生产聚酯,绝大多数微生物可为人所用.能生产聚酯化合物的微生物到处都有,它们生活在土壤里,吸附在球状植物的根部、污水处理池及海洋里,它们犹如一座座“微型塑料加工厂”.
让微生物生产聚酯化合物的前提是要为它们提供足够多的有机物质.它们先将有机物质吃掉转变成微型球体,然后存入体内.研究人员从这些微生物身上取出微型球体,用溶剂溶解或用酶化解即可获得“生物塑料”.这种生物塑料的基本物质是天然脂肪酸.
通常,利用生物反应器生产的多聚物成本太高,无法用来生产酸奶盒、奶酪袋等日常包装材料.德国曾利用普通方法开发出可生物降解的化妆品瓶,但因成本过高而一直没有找到用户.现在,让微生物生产廉价的可生物降解塑料从技术上来讲已经获得成功,最急需解决的是产量问题.
用这种微生物获得天然脂肪酸的办法不仅能用来生产塑料袋,还能生产兼容性很好的生物制剂,尤其是脂肪酸聚合物.因为这种天然脂肪酸可在人体内缓慢释放,剩余部分也只是脂肪酸,不会产生副作用.从它的物理特性来说,它完全可以与人工合成材料相媲美.科学家已经对该材料进行了试验,用这种材料制成心脏瓣膜支架.他们认为,将来还可以用其制作骨钉及安全药剂.不过,迄今这种生物聚酯的临床应用之路尚未找到.
微生物的用途广泛.科学家相信,可利用这些微小的生物体产生各种聚合分子,也许能为人们提供自然界生物环境中所没有的基本物质.总之,用微生物生产生物降解塑料为人类解决全球白色污染问题找到了一条光明之路.
微生物解人类能源问题
美科学家以人造微生物制作高效氢燃料
美国科学家克雷格·文特尔和汉密尔顿·史密斯目前正率领一个研究小组利用人工方法制造微生物,并计划利用这种微生物作为高效的储氢材料.这种人造微生物的特别之处在于,它并不存在于目前的自然界中,科学家们仅仅在其体内植入了仅够维持其生命的必需基因,因而其体内的基因数目在已知生物中是最少的.
领导这项研究的文特尔和史密斯都是美国著名生物学家,前者因支持利用鸟枪测序法对人类基因组进行测序而蜚声全球,后者则是1978年诺贝尔生理学(或医学)奖得主.
在这项计划中,研究人员将利用基本化学物质来合成生殖支原体(Mycoplasma genitalium)细胞中唯一染色体的DNA,然后利用放射方法杀死其遗传物质,并利用人工制造的DNA来取代它.生殖支原体细胞的酶和RNA的功能将得到保留,但其整体的基因结构将是人工合成的.
这项研究与转基因技术有根本的区别.前者是用完全人工合成的基因组代替天然的基因组;而后者是从天然存在的基因组中剪切掉一个基因,或在其中移植入另一种生物的某个基因.
文特尔说,他们的计划只不过是他和其他科学家1995年在马里兰州罗克维尔进行的研究的继续.当时,科学家们为一种名为生殖支原体的细菌进行了测序.生殖支原体是已知的最简单、基因组最小的微生物,它只有一个染色体、517个基因,而人类的每个细胞中有23对染色体,约有3万个基因.在逐步确定生殖支原体内一些并非必需的基因后,科学家们开始系统地减少其体内的基因数目,并希望以此确定生殖支原体的生命存在究竟需要多少基因.1999年,科学家发表报告将数目限定在265至350之间.
文特尔表示,这项研究的目的是为了“构建”一种能够用来制作氢燃料的细菌,或者一种能够吸收和存储二氧化碳的微生物.他认为,他们的研究将使科学家能够在分子水平上了解到,单个细胞究竟最少需要多少基因才能完成生长和繁殖过程以及如何利用人工方式制造基因.文特尔和史密斯的研究得到了美国能源部提供的一笔总额为300万美元的资助.
文特尔承认,这项研究涉及的技术,从理论上来说有可能用于制造新的致病细菌,甚至用于研制生物武器.另外,人工制造新生物的研究是否符合科学伦理,在一些科学家中也引起争论.但文特尔声称,他们将慎重考虑该公布哪些研究细节,而且在实验中也会采取特定措施,例如去除与生殖支原体感染人类能力相关的基因,以确保研究的安全性.

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