科学蒙难集 1106-第10章
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0年来法拉第所取得的成就，戴维一向引以自豪，他是法拉第的老师、恩人，法 拉第的一切光荣都应是他的光荣。但是，在戴维看来，现在就选法拉第当皇家学会 会员，还为时过早，法拉第还需要锻炼一阵子。他忘了自己24岁就当选为皇家学会 会员，忘了自己没有受过正规的高等教育，而与别人争论：说法拉第资历太浅，没 有受过什么教育，不诚实，……真是岂有此理！戴维怒冲冲地跑到皇家学院实验室， 命令法拉第：”撤回你的皇家学会会员候选人资格证书！“这些年来，法拉第一直 克制自己，告诫自己：忍耐，再忍耐！旅欧时，戴维让他当听差，他忍住了；戴维 含沙射影攻击他”剽窃“沃拉斯顿，他忍住了；氯气液化成功以后戴维抢功，他忍 住了；……但是，忍耐是有限度的。听到戴维的这种无理要求，他不能再忍耐下去 了，强压住愤怒，冷冷地说：”汉弗里爵士，我既没有提名自己当皇家学会会员候 选人也没有呈交什么证书，我有什么可撤回的呢？“”既然你自己不能撤回，法拉 第先生，那么我请你转告那些提名你当候选人的皇家学会会员，请他们撤回对你的 推荐“。戴维又下了第二道命令。法拉第一边实验，一边平静地说：”据我所知， 他们不会这样做的“。既然如此，身为皇家学会会的戴维，要亲自出马去撤消法拉 第候选人的资格。
不错，戴维完全可以行使会长的权力。但是法拉第的成就是不能磨灭的。征得 沃拉斯顿的同意，法拉第发表了一篇顾关于电磁转动问题的研究的全部历史的文章， 从而，关于“剽窃”的疑团就烟消云散了。原来反对法拉第进入皇家学会的沃拉斯 顿的朋友们，全都改变了态度。戴维成了孤家寡人，没有能够取消法拉第的候选人 资格。他只能采取拖延的办法，拖了半年，直到1824年1月8日才进行选举。终于法 拉第在只有一张反对票的情况下当选了。不言而喻，这张反对票，就是法拉第的老 师、皇家学会会长戴维投出的。这时，戴维的嫉妒已达到了极点。
嫉妒的恶果
科学发现的“蒙难”，有各种各样的类型，嫉妒则是其中之一。戴维对法拉第 的嫉妒，使法拉第的才华蒙受了灾难。如前所述，法拉第于1816年就开始发表文章， 显出了独立研究的才能。可是，戴维不能让他改变地位，甚至皇家学会那么多会员 推荐法拉第为会员候选人，还遭到了会长戴维的反对，下令撤消推荐，延宕选举时 间。直到1823年底，法拉第还是一个顺从的实验助手。这就必然妨碍了他首创精神 的发挥。
戴维的嫉妒，也使法拉第的积极性和探索精神受了难。如前所述，法拉第抱着 极大的热情，独立地实验研究了电磁转动问题。然而，他的成功不但没有受到赞赏、 提升，反而遭了横祸。戴维暗里散布法挟第是“剽窃”别人的，“不打招呼就闯入 了名人的地盘”，这“对法拉第是一次沉重的打击，使得他小心翼翼地发表进一步 的电学工作成果，而且”迫使法拉第不能立刻跟着他最初的成功，继续研究下去。 法拉第的自尊心受到了极大的挫伤，他的积极性受到了极大的压抑，不得不“放弃 了他的电学试验，转向研究用钢与其他金属做成合金，以改善钢的性能的问题”。 1825年又开始研究光学玻璃的制造问题。解决这些工程上的问题，浪费了他不少的 时间和精力，但并没一种收到多少经济效益。“法拉第的天才，在应用科学方面， 实在没有充分发展。他的特长要到了知的境界即是光明和黑暗接触着的地带，才能 充分表现现来，他长于发现而不是发明家”。然而，法拉第竟在这种既无特长，又 无兴趣的领域里干了近10年之久。当然，在这些年里，他也并不是完全没有收获的， 在其他方面也有不少的发现，如于1825年发现了碳氢化合物苯等。若是比他略为逊 色的人物，得到这些成绩，也就足以自豪了。
1829年，沃拉斯顿和戴维这两位电磁学权威相继去世。这似乎为法拉第重新进 入电磁学领域扫清了障碍，再也不会有人攻击他侵入别人的地盘而避嫌了。于是， 他于7月4日正式致函皇家学院，要求自由，希望顺从他内在的光明，发挥自己的特 长，实现自己的理想。直到1831年，他才又回到了最先发生兴趣，并已做出了开创 性工作的电磁学领域。他这时已40岁了，才开始他真正伟大的工作。就在这一年的 10月17日，他实现了9年前记下的“变磁为电”的理想，发现了具有划时代意义的 电磁感应。从此开始撰写他那凝聚着毕生心血的巨著《电学实验研究》。可以想见， 如果不是戴维的妒忌，法拉第紧接着他1821年的发现探索下去，电磁感应定律的诞 生或许会提早许多年。可见，戴维的嫉妒，还使电磁学的发现蒙受了灾难。
深刻的教训
戴维是一位伟大的科学家。虽然他仅活了50岁，但生命的节奏非常快，他发现 了钠、钾、氯、氟、碘……，发明了安全灯、制取电弧的方法……，他所做过的事 情，一个寻常的人活上100岁也做不完。然而，他获爵士称号以后，开始自觉、不 自觉地追求和自己身份相符的财产。他与一位富商的女儿、俊俏的小寡妇结了婚。 可是，婚后的生活并不美满，因为他的妻子只是为了激起别人对她的爱，而从不准 备爱别人。他被他那只求虚荣的娇妻推上了虚荣的道路。他好强争胜，凡事都要争 第一。在科学上一旦有了突破，新的问题摆在面前，他就不顾一切地拚命干，向前 冲。然而，到歌剧院听意大利歌剧，到乡下钓鱼、打猎、去朋友家吃饭，在自己家 里请客，这类贵族社会阶层的时髦享受和交际应酬，他也不避讳。在他当了皇家学 会会长以后，就更是成了贵族阶层的活跃人物，封建的等级思想开始加深，资产阶 级的个人主义开始膨胀。正是由于这些原因，当他看到他的学生在他失败的领域取 和成功的时候，当他看到他的学生将超过自己的时候，嫉火燃烧，再加上娇妻的煽 风点火，便越烧越旺了！
戴维给我们留下的教训是深刻的。一个科学工作者，在向科学领域进军的同时， 也要不断进行主观世界的改造，特别是在有了名誉、地位以后，则更应如此。自然 界是发展着的，科学是发展着的，人也是发展着的。学生终究要超过老师，这是历 史的必然，否则科学就不会发展，社会就不会前进。同时，也应该看到，识别人才 是对科学的贡献，为人才开路也是对科学的贡献，鼓励并创造条件让更多的人，包 括自己的下属和学生，超过自己，更是对科学的贡献。一切从事科学研究的人们， 请记住这一深刻的教训吧，切莫让虚荣缠身，切莫让嫉妒蒙住眼眼！在科学的征途 上不断前进，力求更多的科学发现和识拔更多的人才。
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第九章 曲高和寡乎？
——卡诺热机理论为什么长期被忽视
今天，“卡诺热机”、“卡诺循环”和“卡诺定理”，已是大家所熟悉的科学 名词了。法国物理学家萨迪。卡诺（N。L。Sadi Carnot，1796－1832）创立的理 想热机理论，现在不仅在热机工程界受到普遍重视，而且被列为物理学领域的一项 重大发现。然而，卡诺的理论在创立后长期都未能得到应有的重视。他在1824年发 表的《关于火的动力和适合产生这种力的机器的考虑》（以下简称为《关于火的动 力》）一书的原版直到1835年才销售完；关于他的理论的评论也只有过两次，一次 是1824年的书评，另一次则出现在他弟弟为他所写的悼词中。只是到了1848年开耳 芬（Lord Kelvin，1824－1907）根据卡诺定理提出绝对温标概念后，卡诺的理论 才稍微引起了科学界的注意。
科学世家
1796年6月1日，萨迪。卡诺在巴黎小卢森堡宫降生，时值法国资产阶级大革命 之后和拿破仑夺取法国政权之前的动乱年月。
卡诺的父亲拉扎尔。卡诺（Lazare Carnot）在法国大革命和拿破仑第一帝国 时代担任要职。他先后是罗伯斯庇尔（Robe…spierre）的十二人公安委员会的成 员之一、拿破仑第一执政手下的战争部长及滑铁卢战争前百日政权的内政部长。当 拿破仑帝国在1815年被倾覆后，拉扎尔被流放国外，直至1823年病死于马格德堡。 拉扎尔的民主共和的思想给卡诺打上了深刻的烙印，他后来遭受的厄运给卡诺造成 了巨大的精神创伤，并导致了社会对卡诺的歧视。
拉扎尔不仅是一位政治家，而且也是一位科学家。他于1782年、1787年和1803 年先后发表过《通用机器》、《拉扎尔。卡诺数学全休》、《运动和平衡的基本原 理》；在热学及能量守恒与转化定律的发现上，均有所贡献。1807年，他辞去战争 部长的职务，专事对卡诺和卡诺的弟弟伊波利特。卡诺（Hippolyte Carnot）进行 科学教育。
1812年，萨迪。卡诺考入巴黎理工学院，在那里受教于泊松。盖－吕萨克、安 培和阿喇戈（D。F。Arago）这样一批卓有成就的老师。他主要攻读了分析数学、 分析力学、画法几何和化学。
1819年，他考上了巴黎总参谋军团。该军团处于初创期，组织还十分松散，卡 诺借此机会一边进行科学研究，一边在法兰西学院听一些新课程。这时他对工业经 济产生了浓厚兴趣，他走访了许多工厂，研究了政治经济学的最新理论。他发现， 热机效率低是当时工业的一个难题。这个问题此导他走上了热机理论研究的道路。
破土而出
由于蒸汽机的发明，工业革命在欧洲逐步兴起来了。蒸汽机正在使法国和蒸汽 机的故乡——英国日益工业化，为它们增加了国力和财力。作为法国人的卡诺亲身 经历了这场蒸汽机革命的冲击，亲眼看到了蒸汽机是怎样促进人类文明向前发展的。 然而，他也看到：人们是知道怎样制造和使用蒸汽机，而对蒸汽机的理论却了解不 够。
当时的热机工程界对这样两个问题进行着热烈的讨论：（1）热机效率是否有 一极限？（2）什么样的热机工作物质是最理想的？
在对热机效应缺乏理论认识的情况下，工程师只能就事论事，从热机的适用性 、安全性和燃料的经济性几个方面来改进热机。他们曾盲目采用空气、二氧化碳， 甚至采用酒精来代替蒸汽，试图找到一种最佳的工作物质。这种研究只具有针对性， 而不具备普遍性；从某一热机上获得的最佳数据不能套用于另一热机。这就是当时 热机理论研究的状况。卡诺采用了截然不同的途径，他不是研究个别热机，而是要 寻一种可以作为一般热机的比较标准的理想热机。
当拉扎尔在1823年8月病故后，卡诺的弟弟回到巴黎，协助卡诺完成了《关于 火的动力》一书的写作，使它在1824年6月12日发表出来。卡诺在这部著作中提出 了“卡诺热机”和“卡诺循环”的概念及“卡诺原理”（现在称为“卡诺定理”）。
根据卡诺热机理论，“卡诺热机”是一切工作于相同高温热源和低温热源之间 的热机中效率最高的热机，是一种理想热机：“卡诺循环”是一种可逆循环，按照 现在的术语来说，是熵保持不变的循环。“卡诺原理”是说：“热动力与用来产生 它的工作物质无关，它的量唯一地由在它们之间产生效力的物体（热源）的温度来 确定，最后还与热质的输运量有关”。
值科注意的是，卡诺在1824年论著中借用了“热质”的概念，这是他的理论在 当时受到怀疑的一个重要原因。卡诺之所以要借助于“热质”，是为了便于通过蒸 汽机和水轮机的形象类比来发现热机的规律。在卡诺看来，“热质”正如水从高水 位流下推动水轮机一样，它从高温热源流出以推动活塞，然后进入低温热源。在整 个过程中，推动水轮机的水没有量的损失；同样，推动活塞的“热质”也没有损失。 为了避免混乱，卡诺在谈到热量、或热与机械功的关系时，就不用“热质”一词， 而改用“热”；况且在他后来的研究记录中，他就彻底抛弃了“热质”一词。在一 个很长的时间内，不少人说卡诺是“热质”论者，其实是没有根据的。
新星陨落
在《关于火的动力》发表后，卡诺继续研究热机理论。由于巴黎总参谋军团的 改组，他被调回部队。他在部队的时间不到一年，就永远辞去了职务，加在到巴黎 在他父亲遗留下来的私寓里长期定居下来。卡诺性格孤僻而清高，他一生只有可数 的几位好友。在学派林立的巴黎学界，卡诺的厌世情绪越来越严重。
他父亲的革命思想对他的影响至深，以致使他不满时局而与时代格格不入，这 就更加恶化了他与社会的关系。七月革命爆发了，他一度表现积极，但很快又失望 了。由于他父亲的名气，七月革命党人提名他为巴黎内阁成员。他厌恶这种官衔世 袭的作法，而毅然拒绝了。最后他仍回到自己的书桌前从事科学研究。1831年，卡 诺开始研究气体和蒸汽的物理性质。4832年6月，他患了猩红热，不久后转为脑炎， 他的身体受了致命的打击。后来他又染上了流行性霍乱，竟于同年8月24日被夺去了 生命。
卡诺去世时年仅36岁，按照当明的防疫条例，霍乱病者的遗物应一律付之一炬。 卡诺生前所写的大量手稿被烧毁，幸得他的弟弟将他的小部分手稿保留了下来。这 部分手稿中有一篇是仅有21页纸的论文——《关于适合于表示水蒸汽的动力的公式 的研究》；其余内容是卡诺在1824－1826年间写下的23篇论文，它们的论题主要集 中在这样三个方面：（1）关于绝热过程的研究；（2）关于用磨擦产生热源；（3） 关于抛弃“热质”学说。卡诺这些遗作直到1878年才由他的弟弟整理发表出来。
卡诺抛弃“热质”学说的原因，首先是受菲涅耳（A。J。Fresnel，1788－ 1827）的影响。菲涅耳认为光和热是一组相似的现象，既然光是物质粒子振动的 结果，那么热也应当是物质粒子振动的结果，是物质的一种运动形式，而不是什么 虚无缥缈没有质量的东西。卡诺接受了菲涅耳的设想，他一方面运用热的动力学 新概念重新审度他在1824年提出的热机理论，发现只要用“热量”一词代替“热质” ，他的理论仍然成立。另一方面，他又深入研究伦福德伯爵（C。Rrmford）和戴维 （H。Davy）的磨擦生热的实验，并计划用实验来揭示在液体或气体中的磨擦热效 应的定量关系，他计算出热功当量为3。7焦耳／卡，比焦耳（JPJoule）的工作超 前将近20年。
在卡诺去世两年后，《关于火的动力》才获得了第一个认真的读者——克拉派 隆（Emile Claperon）。他是巴黎理工学院的毕业生，只比卡诺低几个年级。1834 年，他在学院出版的杂志上发表了题为《论热的动力》的论文，用P－V曲线翻译了 卡诺循环，但未引起学术界的注意。10年后，英国青年物理学家开耳芬在法国学习 时，偶尔读到克拉派隆的文章，才知道有卡诺的热机理论。然而，他找遍了各图书 馆和书店，都无法找到卡诺的1824年论著。实际上，他在1848年发表的《建立在卡 诺热动力理论基础上的绝对温标》一文，主要根据克拉派隆介绍的卡诺理论来写的。 1849年�
