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长冈半太郎

长冈半太郎(1865年8月15日1950年12月10日),长冈市人,日本物理学家。提出了土星结构的原子模型。

长冈半太郎(Nagaoka Hantaro,1865-1950)是明治、大正和昭和时期的著名原子核物理学家、理学博士。日本物理学之父。他提出一种称之为“土星模型”的结构即围绕带正电的核心有电子环转动的原子模型。他证明了亚洲人在自然科学方面也是有天赋的。虽然他的努力被同时代的欧洲科学家有意的忽视了。

1865年8月19日生于长崎县大村市,是藩士长冈治三郎的独生子,其父是大村藩勤王派三十七武士之一,后成为政府官员。

1874年随父母一起进京,由于小学很顽皮,转入汤岛小学时留了一级,后因学校有英语课使他对学习产生了兴趣,1876年又考上了东京的英语学校。1882年于东京帝国大学预科毕业,升入理学院。1887年在理学院毕业,同时升入研究生院,当时物理学专业的学生个年级也只有一两名。他的研究课题是:《关于磁偏角的实验与研究》,这是外籍教师诺德在来日本之前就开始研究的课题。1887年,德国物理学家赫兹首先发表了电磁波的发生和接收的实验论文,这一成功的实验证明了电磁波的存在。长冈得知这一消息后,立即再重做实验,并在许多人面前进行介绍。1889年他所写的关于磁偏角的研究论文,在世界上受到普遍重视,一跃而成为世界物理学界的知名人物。

1890年长冈任东京帝国大学理学院的副教授,同时继续进行磁偏角方面的研究。 1891年10月28日在岐阜和爱知一带发生了大地震,即“浓尾地震”,七千多人死亡,岩层断裂,留下了相差六米的断层。长冈在这时根据“浓尾地震”来测定地磁的变化,开始对地震进行研究。

1893年因磁气歪现象的研究而获得理学博士的学位,同年到德国留学三年。1896年长冈回国后,成为东京帝国大学教授,他一方面担任应用数学和理论物理学的教学工作,另一方面继续进行他的研究,对磁偏角和岩石弹性波以及全国各地的重力进行测定工作,对地磁、海啸、地震和火山等现象也进行研究,在地震学分野也有很多业绩,这些研究工作使日本的物理学达到了世界的先进水平,也为日本的防震防灾工作提供了可靠的理论数据。1900年,在欧洲的国际物理学会议第一次发表关于磁偏角的论文。

1903年,长冈首先提出土星型有核原子结构模型的理论,这成为英国物理学家欧内斯特卢瑟福在1911年提出的“原子行星模型”的先导。这个理论的提出并预言质子的存在,在世界上引起很大的反响。为了更深入地研究原子的内部结构,他开始对光谱学进行细致地实验与研究。

1917年,日本创立物理化学研究所,长冈任理化学研究所所长和物理学部长。从此对于同生产相结合的科研工作产生兴趣,他则指导当时物理学之中主要课题《原子光谱的研究》,并继续在光谱实验研究的基础上,发展了自己的原子核结构的理论。在数学物理学的研究上也有不少贡献,他编辑整理了《椭圆积分表》等各种数值表和计算表。

1930年长冈被聘为苏联科学院名誉院士。1931年到1934年间,长冈担任了新建的大阪大学的第一任校长。1934年被选为贵族院议员,1939年又担任帝国学士院院长,兼任日本学术振兴会理事长。

1937年长冈接受第一届日本文化勋章,他所培养的学生,遍布物理学的各个学科领域,日本基本粒子论的创始人仁科芳雄是他的研究生;日本第一个诺贝尔物理学奖金的获得者汤川秀树,也是在他在大阪大学担任校长期间,不断的鼓励下获得成功的,可以说长冈是日本物理学几乎各个领域的奠基者和创始人。

长冈虽然处在日本学术界的最高地位,担任了学术行政的最高职务,但是他在晚年仍孜孜不倦地进行研究,1950年12月11日,已经85岁的长冈,在逝世前的一个小时,仍在自己的书房埋头于地球物理学的论文研究。

日本的第一代物理学家都是在江户时代封建儒教传统影响下接受的启蒙教育,然后转向现代物理学的教育和研究。他们当中的许多人在决定抛弃传统文化,投入完全陌生的新领域时,都难免会产生疑问、会犹豫不决。长冈半太郎的故事几乎众所周知。

在进入东京大学物理系之前,长冈半太郎研究了古代中国的科学史,目的是要弄清东亚人是否也有能力在科学上做出原创性贡献。对于一个生活在明治时代早期的年轻的中学毕业生来说,他即将要投身于其中的自然科学是彻头彻尾的西方的东西。如果他(作为东亚人)注定无法完成原创性工作,长冈半太郎不会愿意把生命耗费在此。

但是仔细研究中国的经典著作之后,长冈半太郎确信亚洲人在自然科学方面也是有天赋的。古代的中国人研究过北极光,精确记录了天体的运动,还发明了指南针,这些都使得长冈半太郎自信自己也能在自然科学领域内有所突破。此外,长冈半太郎已经意识到,自然科学是衡量文化的标准,东西方可以共用;或者是一组竞赛规则,亚洲人和欧洲人在同一竞技场上竞争。很明显,长冈半太郎把中国人视为共同拥有东亚传统的文化同胞,而非西方人那样的竞争对手。

在1888年6月7日给他的学长田中馆爱橘的一封信中,长冈半太郎要与西方人一比高低的想法表露无疑:“在工作中,我们一定要有广阔的视野、敏锐的判断力和对事物的透彻理解,不能屈服,不能有一丝的松懈。那些看似专心工作,实则心不在焉,任何小事情都会让他们停下来去看、去听、去议论,甚至跑出去买东西的人,不要让他们在我们的工作间打扰我们的工作。没有理由让白人在每个方面都如此超前,如你所说,我希望我们能在10或20年之内打败那些白人:我才不想在地狱里用望远镜去看我们后代的胜利”。

田中馆爱橘和长冈半太郎都相信亚洲人在道德操守上胜于西方人,尽管他们的国家在物质上仍然贫弱。他们互相鼓励,决心无论在国内还是国外都要努力工作,希望有一天他们真的能够在知识上击败“白人”。

如果科学是竞争,其规则又形成于欧洲,那么,这一仗,就很有可能是西方的科学家打得比日本科学家好。要参与竞争,成为训练有素的运动员,日本科学家们就必须掌握西方的规则和策略。第一代日本科学家们狂热地学习欧洲语言,长冈半太郎的信就都是用英语写成。但是要想掌握技巧赢得胜利,只学习语言恐怕是不够的,为了深入理解西方的文化,一些人开始信仰基督教。另外一些人则建议日本男人娶白种女人为妻。

但是西方科学家却并未太在意日本人所投入的热情和精力。长冈半太郎和田中馆爱橘都发现他们的研究没有引起西方科学家的注意。长冈半太郎最著名的工作可能是他的土星型原子模型,这个系统包括“大量相同质量的以等角度间隔排在圆周内的粒子,这些粒子之间的斥力与它们之间距离的平方成反比”,以及“以相同平方反比定律吸引着周围其他粒子的一个大质量粒子”。在1904年的《哲学杂志》上,长冈半太郎公布了他的模型。7年以后,卢瑟福公布了他更为著名的原子模型,其核心理论与长冈半太郎的极为相似。但是在卢瑟福关于他原子模型的首次报告中对长冈半太郎却只字未提。

1911年,在给长冈半太郎的信中(1911年3月20日), 卢瑟福说他早就知道有这么一个土星模型:“你将会看到我所采纳的原子模型结构与你在几年前的一篇论文里提到的结构有些相似。虽然那个时候我还没有查阅到你的文章,但是我记得你确实写过这方面的文章。” 也是这一年,卢瑟福在他《哲学杂志》上的专论里第一次提到了长冈半太郎的早期工作。直到40年以后,在庆祝日本获得第一个诺贝尔奖的时候,长冈半太郎还很奇怪为什么在论文发表之后长达7年的时间里,卢瑟福都没有看到他关于土星模型的专论呢? 实际上,剑桥附近的许多科学家都没有对长冈半太郎模型给予重视。1911年3月11 日的信里,布拉格曾要卢瑟福查阅长冈半太郎的论文,但是卢瑟福认为不过是一个“小日本”的工作,忽略掉了。


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