2018年，十大科學紀念日！
每年都有許多值得關注的科學紀念日，比如科學家的誕辰和忌日，或者某個重大科學發現的百年紀念等，這些日子反映了科學的重要性和科學歷史的豐富性。從量子隱形傳態，到氫的發現，再到費恩曼的百年誕辰，這篇文章盤點了今年在數學、醫學、天文學、和量子理論領域中值得被關注的那些紀念日。
○ 埃米·諾特（左）、理查德·費恩曼（中）、詹姆斯·焦耳（右）。| 圖片來源：WIKIMEDIA COMMONS
10. 量子隱形傳態（25周年）
1993年3月，在美國西雅圖的舉行的物理學年會上，來自IBM的研究人員 Charles Bennett 的演講讓全世界的科幻迷們為之瘋狂，因為他提出了著名的量子隱形傳態理論。相關研究的論文在幾日後便發表於《物理評論快報》:
○ 1993年，C.H.Bennett等人在論文中提出了「量子隱形傳態」。| 圖片來源：C.H.Bennett et al.
在論文中，Bennett提出的量子隱形傳態允許將任意未知量子態從一個發送者（Alice的實驗室）傳輸到一個遙遠空間的接收器（Bob的實驗室），而不需要實際傳輸對象本身。這就好比是星際迷航中柯克船長在傳送機中神秘般消失，而重現於其他的外星星球。
這其中的奧秘就在於量子糾纏，Alice和Bob需要共享一對糾纏的量子粒子（比如光子）。如果Alice想要傳送一個量子粒子給Bob，她必須讓它與她所擁有的糾纏粒子相互作用，並將結果通過郵件（或簡訊、電話等經典信道）告訴Bob。這種傳輸的相互作用會破壞Alice的粒子，但Bob可以在Alice郵件他之後，利用他的糾纏粒子來重建Alice的粒子的複製品。1993年，這種情境還僅是一個充滿科幻氣息的想法，但幾年之後，科學家就讓它在實驗室中成為了現實。
9. 阿諾德·索末菲（150歲誕辰）
1868年12月5日，索末菲（Arnold Sommerfeld）出生於東普魯士的柯尼斯堡，作為早期量子理論發展的主要推動者之一，他是那個時代最受人尊敬的物理學家之一。在玻爾（Neils Bohr）提出氫原子的量子模型之後，他展示了如何將量子理論，從圓形電子軌道擴展到橢圓形軌道。我們可以說，索末菲之於玻爾，就好比是開普勒之於哥白尼。
20世紀，有許多大名鼎鼎的物理學家都師從索末菲們門下，其中包括泡利（Wolfgang Pauli）、海森堡（Werner Heisenberg）和貝特（Hans Bethe）。天才物理學家泡利的傲慢故事想必許多人都聽過，然而，他對索末菲卻是畢恭畢敬。他曾在致索末菲的信中寫道：「您緊皺的眉頭總是讓我深感敬畏。自從1918年我第一次見到您以來，一個深藏的秘密無疑就是，為什麼只有您能成功地讓我感到敬畏。這個秘密毫無疑問是很多人都想從您那兒細細挖掘的，尤其是我後來的老闆，包括玻爾先生。」
8. 約瑟夫·傅里葉（250歲誕辰）
傅里葉（Jean Baptiste Joseph Fourier），出生於1768年3月21日，在法國大革命的多次逮捕中倖存下來，最終為拿破崙工作，並被授予男爵爵位。在拿破崙隕落之後，傅里葉想方設法重獲政治支持，並重新進入學術界，最終取得成功。然而，政治與外交耗費了他太多的時間和精力，而他本應在數學領域有更大的作為。儘管如此，他對熱傳遞的數學發展有著卓越的貢獻，他也發展了許多解決方程式的有用技巧。在他所有的成就中，最知名的便是傅里葉定律，該定律將複雜的周期性過程分解為一系列簡單的波動，在物理學和工程學領域都得到了廣泛的應用。
7. 詹姆斯·焦耳（200歲誕辰）
1818年12月24日，焦耳（James Joule）出生於一個啤酒製造商的家庭。他將啤酒廠變為自己的實驗室，鍛鍊出非凡的實驗技能。儘管沒有受過正規的科研訓練，也沒有學術職位，他依然成為了英國最頂尖的科學家之一。他的實驗技巧使他能夠準確地判斷出產生大量熱量所需的功，並確立了熱電關係。
他最著名的成就是論證了能量守恆定律。該定律揭示了機械能、電能、化學能相互之間的轉換，在進行物質測量後，能量與熱量的總和保持不變。換句話說，能量是守恆的，這個定律現在被稱為熱力學第一定律。為了紀念他的成就，科學家將標準能量單位命名為焦耳。
6. 亨麗愛塔·勒維特（150歲誕辰）
1868年7月4日，勒維特（Henrietta Swan Leavitt）出生於馬薩諸塞州，就讀於俄亥俄州歐柏林大學，之後進入拉德克利夫學院專研天文學。她出色的學術表現令哈佛天文台的主任皮克林（Edward Pickering）印象深刻，因此成為了他的助理研究員，並很快得到了永久的工作。她用最先進的攝影和分光鏡技術來繪製星圖，最終測量了上千顆恆星的亮度。這些恆星中，有一些亮度會隨著時間變化（這類恆星被稱為為造父變星）。勒維特比前輩們更深入地分析了造父變星，並且注意到恆星亮度變化的規律取決於其內在亮度。勒維特在1908年間計算出了「周光關係」，這為天文學家測量恆星和其它天體間的距離提供了強有力的工具。
○ 勒維特。| 圖片來源：Harvard College Observatory
多年後，基於勒維特的工作，哈勃（Edward Hubble）發現了銀河系只不過眾多星系中的一員。正是因為她的發現，我們才真正的開始探索宇宙，而不僅限於研究銀河系內的恆星和星雲。瑞典科學院的數學家列夫勒在得知她的工作後認為她值得獲得諾貝爾獎。可惜的是，他寫信給勒維特的時候是在1925年，而勒維特在四年前就已離世。她還沒來得及得知自己的發現幫助解決了當時困惑著所有天文學家的螺旋星雲之謎。
5. 非，自然發生（350周年）
古人對自然的觀察使他們相信，生命有時是從腐敗的有機物中產生的（如腐肉生蛆的現象）。對於這一結論，來自義大利大蛇毒研究專家雷迪（Francesco Redi）並不認同。雷迪畢業於比薩大學，後就讀於佛羅倫薩大學醫學院。雷迪在進行了各類蛇毒影響的實驗後意識到，蛇毒的危險在於毒液進入血液。1668年，他出版了代表作《昆蟲繁殖的實驗》。在進行了一系列設計巧妙的實驗後，他發現只有蒼蠅接觸到肉併產卵，才會孵化出蛆。儘管沒完全地否定自然發生說，但他的工作是消除生物學中的教條主義的重要一步，取而代之的是實驗和理性。
4. 氦的發現（150周年）
1868年8月18日，法國天文學家皮埃爾·讓森（Pierre Janssen）在印度貢土爾目睹了日全食，並記錄了日珥光譜中的顏色。之後他意識到即使在沒有日全食的情況下，他也能記錄這些顏色。在接下來的幾天中，他觀測到了一條奇妙的亮黃線，並將觀察結果寫入論文寄給法國科學院。同年晚些時候，英國天文學家Norman Lockyer也觀測到同樣的現象，也寫了一篇論文寄給法國科學院。據說這兩篇論文僅相隔幾分鐘到達，但無論如何，Janssen和Lockyer共享了該發現的成果。
○ 圖片來源：Wikipedia
不久後，Lockyer就認為這是地球上的一種未知新化學元素，他將其命名為氦，取自希臘神話中的太陽神。另一些專家對他的主張持懷疑態度，有一些人認為這條線並不一定就是新元素，而另一些人則認為該元素只存在於太陽，對於地球毫無用處。但他們鼓吹的言論在1895年破裂了，因為來自倫敦的拉姆塞（William Ramsay ）在含鈾的礦物中發現了氦氣。（瑞典的一些科學家也幾乎同時發現了氦氣。）鈾會輻射α粒子，即氦原子核，因此α粒子所要做的是找到圍繞在周圍的電子，使其成為氦原子。不過當時並沒有人理解這一點，因為那時放射性還未被發現。
3.伊格納茲·塞麥爾維斯（200歲誕辰）
塞麥爾維斯（Ignaz Semmelweis）出生於1818年7月1日的匈牙利，他憑一己之力向公眾宣傳洗手的重要性，一下子把公共衛生從黑暗時代帶入現代水平。他在維也納醫學院的求學期間，掌握了助產、外科以及統計學相關知識。接著他進入一家醫學院的附屬醫院工作，在那裡，他注意到兩個臨床接診的產婦或他們的嬰兒，死於產褥熱的數量（統計學上的疑點）存在巨大差異。經過細緻觀察，他發現是其中一個醫生，在屍檢完畢後，在沒有清理的狀況下直接將污染帶進了分娩室。
○ 圖片來源： Elke R. Steiner
於是塞麥爾維斯大力推行屍檢之後進行手部清潔的舉措，使產褥熱導致的死亡率顯著減少。不幸的是，他的倡議遭到了醫療機構的廣泛抵制。直到很久之後，巴斯德（Louis Pasteur）證明了細菌在疾病傳播中的重要性，塞麥爾維斯的方法才得以成功被解釋和採用。
2.理查德·費恩曼（100歲誕辰）
費恩曼（Richard Feynman，生於1918年5月11日）是最不墨守成規的理論物理學家，他作為調查挑戰者號太空梭爆炸事件委員會的成員而名聲大振。他不僅是一位出色的斑戈鼓鼓手，也是量子電動力學（QED）——描述了光與物質之間的相互作用——的創始人。他提出的費恩曼圖、費恩曼規則和重整化計算方法是研究量子電動力學和粒子物理學的重要工具。
○ 科學頑童費恩曼。
1981年，他在《利用計算機模擬物理學》一文中還首次提到了量子計算的概念，可用於模擬量子系統，比如化學家可以準確地模擬藥物間的相互作用，生物學家可以研究蛋白質摺疊的所有可能方式，以及它們之間的作用等。1984年，他在一次演講中對納米技術的發展也做出了具有前瞻性的預言（詳見：《世界上最小的機器》）。另一位諾貝爾物理學獎獲得者貝特評價費恩曼是一位舉世無雙的天才。貝特說：「他就是個魔術師，毫無疑問費恩曼是我一生中見過的最獨特的物理學家。」
1.諾特定理（百年紀念）
在任何權威的的榜單中，只要編寫者不拘於性別和其他的因素，埃米·諾特（Emmy Noether）都會被列入歷史上最偉大的數學家名單中。生於德國的諾特是數學和物理學的先驅，是抽象代數的創始人之一。因為性別原因，她曾被拒於學術界之外，但她拒絕只乖乖地坐在場邊的冷板凳，仍堅持完成了博士學位。儘管受到了許多不公的對待，她依舊成為了德國首屈一指的數學家。
1918年，她發表了著名的諾特定理，將自然界中的對稱性和守恆定律聯繫了起來。例如，焦耳發現的能量守恆定律和時間對稱性被聯繫在一起。同樣地，一個系統對於空間平移的不變性（物理定律不隨空間中的位置而變化）給出了動量的守恆定律。如果空間的所有方向等效，即旋轉對稱，那麼角動量守恆定律就得到保障。她深刻的洞見是現代物理學的重要基石。愛因斯坦曾這樣描述她：「她是從女性接受高等教育後出現的最重要的數學天才。」
編譯：原原
原文鏈接：
https://www.sciencenews.org/blog/context/2018-top-10-science-anniversaries
TAG:原理 |