环球物理冬令营之阿基米德篇：工匠有没有捣鬼？

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阿基米德（约公元前287-212年）是古希腊物理学家、数学家，也是静力学和流体静力学的创始人。

除了伟大的牛顿和伟大的爱因斯坦之外，没有人像阿基米德那样为人类的进步做出如此巨大的贡献。甚至牛顿和爱因斯坦也从他那里汲取了智慧和灵感。他是“理论天才和实验天才的理想化身”。文艺复兴时期的达芬奇和伽利略都以他为榜样。

从洗澡的故事开始

关于阿基米德有这样一个有趣的故事。相传，锡拉丘兹国王赫农 (Hernon) 请工匠为他制作一顶纯金王冠。完成后，国王怀疑工匠在金冠上掺假，但金冠确实和最初送给金匠的纯金一样重。，是不是工匠惹麻烦了？想要在不毁掉王冠的情况下检验真伪，这个问题不仅难倒了国王，也让大臣们面面相觑。

后来国王请阿基米德检查。起初，阿基米德也苦苦思索却想不出来。有一天，他去澡堂洗澡。当他坐在浴缸里时，他看到水溢出来，感觉自己的身体被轻轻地拉了起来。他突然意识到，可以通过测量固体在水中的位移来确定金王冠的比重。他兴奋地从浴缸里跳起来，连衣服都顾不上就跑了出去，大喊“尤里卡！尤里卡！”。（Fureka，意思是“我知道”）。

经过进一步的实验，他来到了皇宫。他把王冠和等重的纯金放在两个盛满水的盆里。他对比了两个盆地溢出的水，发现有冠的盆地溢出的水比盆地溢出的水要大。另一个锅还有更多。这说明王冠的体积比同重量的纯金还要大，因此证明王冠中混有其他金属。

这个实验的意义远远大于发现金匠欺骗了国王。阿基米德发现了浮力定律：物体在液体中的浮力等于他排开液体的重量。直到现代，人们仍在利用这一原理来计算物体的比重，确定船舶的载重能力。

“如果给我一个支点，我就能撬动地球。”

阿基米德不仅是一位理论家，也是一位实践家，他一生将科学发现应用于实践，将两者结合起来。在公元前1500年左右的埃及，人们就使用杠杆来举起重物，但人们并不知道其中的原因。阿基米德认真研究了这一现象，发现了杠杆原理。阿基米德曾说过：“给我一个支点，我就能撬动地球”。

当时，赫农国王为埃及国王建造了一艘船。它又大又重。由于无法移动，它在海岸搁浅了多日。阿基米德设计了一套复杂的杠杆和滑轮系统，安装在船上并将绳索的一端交给赫农国王。赫农国王轻轻一拉绳子，奇迹发生了。船缓缓移动，最终沉入大海。国王很惊讶，也很佩服阿基米德，派人贴出告示：“从现在起，无论阿基米德说什么，你都必须相信他。”

牛顿

年轻时，他曾牵牛上山读书。当他回到家时，他发现自己手里只有一根绳子。他一边读书，一边定期煮鸡蛋，把手表和鸡蛋一起放在锅里煮。有一次，他邀请朋友到他家吃饭。但他在实验室废寝忘食地工作，在再三催促下仍无法出来。当他的朋友吃完一只鸡，盘子里留下了一堆骨头时，牛顿想起了这件事，但他看到了盘子里的鸡肉。骨头吃完后，他恍然大悟，说道：“我以为我没吃，原来我已经吃了。”

牛顿不仅在力学上而且在其他方面都做出了巨大的贡献。在数学方面，他发现了二项式定理并创立了微积分；在光学方面，他对太阳光的色散进行了实验，证明白光是由单色光组成的。他研究了色彩理论并发明了反射望远镜。

爱因斯坦

爱因斯坦小时候，老师让同学们制作工艺品。每个人都做得很好，但爱因斯坦想出了一张丑陋的小板凳。老师和同学们都嘲笑他说，世界上还有比这更丑的板凳吗？爱因斯坦说是的，他实际上想出了两个更丑的。他说，第一张板凳虽然丑，但比后两张好很多。

除了爱因斯坦在光电效应和相对论方面举世闻名的杰出贡献外，他对布朗运动的研究成果，由于掌握了大量无序因素的规律性，成为当今最流行的金融数学的基础；他所提出的激光受激辐射的概念在几十年后的今天已经被广泛应用；他与玻尔争论中提出的EPR悖论至今仍是理论物理学界和科学哲学界不断讨论的话题。 ……

爱因斯坦小时候：

爱因斯坦小时候非常贪玩。母亲多次警告他：“不能再这样下去了。” 爱因斯坦总是不以为然地回答：“看看我的朋友们，他们不都和我一样吗？” 有一天，父亲给爱因斯坦斯坦讲了一个有趣的故事。爸爸说：“昨天，我和邻居杰克叔叔去南方工厂清理一个大烟囱，烟囱必须踩钢梯才能爬上去。你，杰克叔叔在前面，我在后面。我们扶着扶手，我终于一步一步爬了上去。下来的时候，你杰克叔叔还在前面走，我跟在后面。当我从烟囱里出来时，我看到你杰克叔叔的样子，心想我一定和他一样，脸脏兮兮的，小丑，于是我就到附近的小溪里洗了一遍又一遍。至于你杰克叔叔，他看到我洗的时候就干净了。从烟囱里出来了，他以为自己和我一样干净，所以他就匆匆洗完手，就大摇大摆地出去上街了，结果街上的人都笑得他们都笑了。肚子疼，他们认为你的杰克叔叔是个疯子。” 他的父亲郑重地对爱因斯坦说：“其实，你所做的事，没有人能做到。镜子，只有你自己才是你自己的镜子。如果你用别人作为镜子，一个白痴可能会把自己看成天才。” 爱因斯坦听后顿时感到羞愧，离开了这群调皮的孩子。他总是以自己为镜子来审视、反思自己，最终折射出自己人生的辉煌……

麦克斯韦

麦克斯韦从小就有强烈的求知欲和想象力，喜欢思考和提问。据说，在他两岁多的时候，父亲有一次带他到街上，看到路边停着一辆马车。他问道：“爸爸，马车怎么还不走？” 父亲说：“它在休息。”麦克斯韦又问：“它为什么要休息呢？” 父亲漫不经心地说：“也许他累了？” “不，”麦克斯韦认真地说，“它肚子疼！” 还有一次，姨妈给麦克斯韦带来了一篮子苹果，他不停地问：“为什么这些苹果是红色的？” 阿姨不知道怎么回答，就让他玩吹肥皂泡的游戏。没想到，当他吹肥皂泡时，他看到了肥皂泡上五颜六色的颜色，并提出了更多的问题。上中学时，他还问过诸如“死甲虫为什么不导电？”之类的问题。以及“活猫和活狗摩擦会发电吗？” 麦克斯韦的父亲在他很小的时候就教他几何和代数。进入中学后，麦克斯韦几乎掌握了课本上所有的数学知识，因此父亲经常给他布置“小任务”，要求他带一些难题到学校去解决。每当同学们玩得开心的时候，麦克斯韦就进入了数学的天堂。他常常独自躲在教室的角落里，或者独自坐在树荫下，着迷于思考和解决数学问题。

麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理、统计物理、光学、力学和弹性理论的研究。特别是他建立了电、磁、光统一的电磁场理论。这是19世纪物理学发展最辉煌的成就，也是科学史上最伟大的综合成果之一。

焦耳

英国著名科学家焦耳自幼热爱物理学。他经常自己做一些关于电和热的实验。

有一年假期，焦耳和弟弟一起去乡下旅行。聪明好学的焦耳即使在玩耍的时候也不忘记做物理实验。

他找到一匹跛马，被他的兄弟牵着，悄悄地躲在它后面。他用沃达电池给马传递电流，希望测试动物受到电流刺激后的反应。结果，他想看到的反应出现了。马受到电击后，狂跳起来，差点踢到弟弟。

虽然危险出现了，但这丝毫没有影响肖焦尔热爱实验的心情。他和朱莉娅划着船来到了一个四面环山的湖边，焦耳想测试一下回声有多大。他们给步枪装满火药并扣动扳机。不料，“轰”的一声，枪口喷出长长的火焰，烧焦了焦耳的眉毛，差点把他的兄弟吓得掉进湖里。

此时，天空乌云密布，电闪雷鸣。焦耳正准备上岸避雨，却发现闪电过后过了好久，才听到隆隆的雷声。发生了什么事？

焦耳顾不得躲雨，拉着弟弟上了山，用怀表仔细记录着每一次闪电和雷声之间的时间。

开学后，焦耳迫不及待地把自己做的所有实验都告诉了老师，并向老师征求意见。

老师看着好学好问的焦耳，微笑着，耐心地给他解释：“光和声的传播速度是不同的，光速快，声速慢，所以人们总是想看到闪电。”然后听到雷声，但事实上闪电和雷声是同时发生的。”

焦耳突然明白了。从此，他更加痴迷于学习科学知识。通过不断学习和仔细观察计算，他终于发现了热功当量和能量守恒定律，成为一名杰出的科学家。

焦耳一生从事实验研究，在电磁学、热科学、气体分子动力学理论等方面做出了杰出贡献。他成为一名自学成才的物理学家。