书城童书青少年应该知道的百部世界名著
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第39章 科学学与未来学世界名著(2)

3.社会评价

1916年,广义相对论的总结性论文及著作相继发表,但只有少数科学家才能理解其中深刻的意义。1919年,广义相对论所预言的光线经越太阳表面时要弯曲偏转1.7弧秒,被日全食的观测数值所证实,广义相对论立即引起了社会的轰动。随后,许多实验相继证实了广义相对论的推测结果,把广义相对论的声誉推向了高峰。著名物理学家朗之万在1931年就作出了这样的评价:“在我们这一时代的物理学史中,爱因斯旦的地位将在最前列。他现在是并且将来也还是人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星。……他的伟大是可以同牛顿比拟的。按我的意见,他也许比牛顿更伟大一些,因为他对于科学的贡献更深入到人类思想基本概念的结构中。”相对论这座丰碑随着时间的推移越发显得高大雄伟。当代著名物理学家德布罗依万分感慨:“在这短短的岁月里,人类的科学已建立起两座屹立在未来历史中的丰碑:相对论和量子论。第一座丰碑的出现完全是由于爱因斯坦的创造性的智慧,……人们不能不为在这短短的岁月里完成如此深邃又如此富有独创性的工作而感到惊奇和赞叹。”

的确,如果没有爱因斯坦这些建立了狭义与广义相对论的文章以及著作,物理学家恐怕还在20世纪世纪初的物理学困境中徘徊不前。爱因斯坦的著作是突破性的洞明,是人类思想史上的飞跃。

《大陆和海洋的形成》[德国]魏格纳著

大陆漂移理论的基础之作

1.作者简介

魏格纳本是一位气象学家,他1880年11月1日诞生于德国柏林。大学时代专攻天文学和气象学,25岁获天文学博士学位。毕业后加人丹麦探险队,赴格陵兰岛考察冰地的气象情况。1908年回来后,担任马尔堡大学的天文学与气象学讲师,从此开始他的科研高峰期,在气象学方面发表了《大气的热动力学》一书。

1910年魏格纳在阅读世界地图时偶然发现大西洋两岸轮廓极其相似,如:“圣罗克角附近巴西海岸的大直角突出和喀麦隆附近非洲海岸线的凹进完全吻合……”这个现象使他怦然心动。他毅然放弃气象专业,从此投入地质学研究。他以非凡的毅力穷搜博览,从洲间及全球范围的联系中进行考察和追索,终于在浩繁的地学资料的整理和对比中发现了一系列说明海陆漂移的重要证据。他广泛地总结地球物理学、地质学、古生物与生物学以及古气候学等方面的成就,用以全面论证他的发现,从而建立了系统的大陆漂移理论。

魏格纳于1912年1月先后在法兰克福地质协会和马尔堡科学协会作了题为《大陆和海洋的生成》及《大陆的水平移动》的报告,初步阐明他的观点。1915年对大陆漂移问题又进行系统、详尽的论述,写成了他的著名代表作——《大陆和海洋的形成》。此书迅速被翻译成英、法、俄、日等多种文字,多次出版发行。

大陆漂移说从此风靡全球,并引起激烈的争论。

1930年10月30日,魏格纳在格陵兰冰雪地的考察路途中,不幸遇难,为科学研究献出了他伟大的生命。

2.内容梗概

魏格纳最后修订的《大陆和海洋的形成》第四版总分11章。第一章“历史的回顾”。第二章“大陆移动论的性质及它与以前关于地质时期中地表变化的流行观念的关系”。第三章“大地测量论据”。第四章“地球物理论据”。第五章“地质论据”。第六章“古生物和生物论据”。第七章“古气候论据”。第八章“关于大陆移动和地极漂移的基本问题”。第九章“移动的动力”。第十章“关于硅铝层的补充说明”。第十一章“关于深海底的补充说明”。

《大陆和海洋的形成》作出的大陆漂移说主要结论是:大陆系由较轻的刚性的硅铝质组成,它漂浮在较重的粘滞性的硅镁质大洋壳之上,全球大陆在晚古生代石炭纪以前是连接一起的原始泛大陆或称世界洲,可能由于潮力和地球自转时的离心力作用,原始大陆在中生代末期分裂成几块,在硅镁层上分离,产生了离极漂移和向西漂移。南美洲和非洲是在白垩纪开始分离的,北大西洋的裂开到第四纪才全部形成,印度洋裂开始于侏罗纪。在始新世时,澳大利亚一新几内亚与南极大陆分离并向北移动,深入到太平洋,经过班达弧,止于它的东端。这些移动就逐渐造成了世界诸大洋、诸大洲今日的面貌。魏格纳的理论成功地解释了今日大西洋两岸的轮廓、地形、地质构造与古生物群落的相似性,阐明了长期令人困惑不解的南半球各大陆古生代后期冰碛层的分布、流徙问题,澄清了诸大洋的起源、演变以及环太平洋山系、岛弧带及其他褶皱山系的分布与成因。

大陆漂移说的提出引起强烈的反响,支持者欢欣鼓舞,反对者则给予种种责难和抨击。当时,传统的海陆固定学派根深蒂固,势力异常强大,他们抓住魏格纳学说中某些不充分的证据,特别是对漂移动力的错误解释大作文章,肆意攻击。1928年11月在纽约召开的大陆漂移讨论会上,一些著名的固定论派学者,肢解、歪曲、抹杀魏格纳从地质学方面提出的一系列有力证据,而从当时地球物理学提出的事实和理论计算结果,全盘否定了大陆漂移论。囿于当时地球内部构造和动力学的知识水平,魏格纳及其支持者都未能从物理学上令人满意地阐明大陆移动的原因,漂移学说便在保守派的反对声浪中逐渐被埋没。

权威可以一度扼杀新生力量,但科学真理终究不会永远被尘埃所掩埋。20世纪50年代英国古地磁学的大发展,又使大陆漂移说得以复兴。英国地球物理学家布莱克特等人通过对北美、西欧古地磁极游动轨迹的分析,意外地发现中生代以前大西洋并不存在,两岸大陆是拼合一起的,这一独立证据的提出,使地学界为之震惊。而后印度、澳大利亚等地的古地磁移动轨迹也神奇般地再现了魏格纳40年前的描绘图,为漂移说提供了强有力的证据。

1960年,海底扩张说的提出终于圆满地解释了大陆移动的动因,使漂移学说不可动摇地确立了它应有的地位。从20世纪50年代开始,英美等国对海洋洋底进行了大规模的探测,发现海洋中部并不是最深的地方,最深的海沟反而在洋底的两边,而洋底中部竟然高高地隆起了一条海中山脉——洋中脊,洋中脊的地质年龄又比其他洋壳的年龄小。于是,赫斯提出的海底扩张说便作出了合理的解释:深部地幔物质通过大洋中脊不断上升,形成新生洋壳,徐缓而连续地(2~6厘米/年)向两侧推移,到达大陆边缘海沟或岛弧带,就顺着倾向大陆方向的俯冲带插到地壳下,最后又下沉到地幔,于是再度进入新的循环。这种地幔物质软流层的循环流动,就起到传送带的作用,使上浮于硅镁层的大陆块背离洋脊而向两侧漂移运动。这样,大陆漂移的驱动力问题迎刃而解。

1969年,在大陆漂移说与海底扩张说的基础上建立了板块构造理论,把整个地球岩石圈划分为6大板块(欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋构块和南极板块),板块问的相互运动便可合理地阐明世界地热、地震及火山岩浆活动现象、地壳变质变形作用、大洋的演化、造山带形成的作用机理等等一系列重大的地质事实。板块构造理论把大陆与海洋作整体研究,进行全球规模的观察与探索,所以又称“新全球构造理论”。

3.社会评价

由大陆漂移说、海底扩张说到新全球构造理论是地学的第二次革命,它使描述地质学转变为动力地质学,进一步解决了许多重大的地质问题;它在根本上改变了海陆永恒的自然观,这在人类认识史上是划时代的。魏格纳因此堪称地球科学领域中的哥白尼。他的学说与他的著作至今备受科学家的称颂。如地学家伏格尔所说:“魏格纳的著作,确实是对我们地球的历史所作的引人人胜和扣人心弦的描述,而且是一个伟大学者怀着火热的激情和发现者的喜悦写下的”,“即使科学的进步还会改变其中许多细节,但也丝毫不减魏格纳著作的伟大。”

自20世纪20年代至30年代初几乎所有的地学会议、杂志刊物中都在议论这一学说。它的划时代意义在当时也已被一些学者所认识,有人正确地指出:“这一理论一经证实,它在思想上引起的革命堪与哥白尼时代天文学中的变革相比拟。”其时魏格纳才35岁,他已受到了全世界许多学者的敬仰,他在汉堡附近的简陋木屋,“成为当时许多地球物理学家、生态学家朝圣的地方”。

《时间简史一一从大爆炸到黑洞》[英国]霍金著

讲述宇宙奥秘的科普读物

1.作者简介

爱因斯坦去世后,宇宙学研究的重任就落在了史蒂芬·霍金身上。霍金的生活极为不幸,他上大学的时候就患了卢伽雷氏症,永远成为轮椅的囚徒。他不能发声,只能靠一种语音合成器以正常人十分之一的速度与人“交谈”,看书必须依赖于一种翻书页的机器。然而庆幸的是,他的脆弱的脖颈正好能够支持起他的天才的头脑。生理上他寸步难行,智慧上却一跃千年,跑到几十亿光年之外,那宇宙的边缘。鉴于他取得的成就,剑桥大学授予他卢卡逊数学教授一职。在300年的时间里,只有牛顿和狄拉克曾享此殊荣。

2.核心思想

霍金关心的是人类最古老也是最基本的问题:时间有始有终吗?宇宙是无限的还是有限的?问题似乎简单,却伤透了人类一代代最杰出科学家的脑筋。霍金试图把相对论和量子力学结合起来,展示给人类一幅新的宇宙图像。首先,在经典物理学的框架内,它证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性;而在量子物理学的框架内,他研究的黑洞辐射理论证明大爆炸的奇点不但被量子效应所抹平,而且整个宇宙正是起始于此。因此,霍金当之无愧地被赞誉为20世纪最重要的广义相对论学者和宇宙学家。