原子理论，在古希腊只是哲学问题，在19世纪的欧洲变成数学与化学问题，到20世纪才成为物理学问题。从十九世纪初道尔顿的倍比定律，到二十世纪的现代原子理论，中间还出现过几位很重要的科学家。其中一位，便是今日要介绍的俄国科学家门捷列夫。

门捷列夫这个名字你不一定知道，但是他对于科学所作出的那个贡献，你一定会听过，甚至可能还附带一些惨痛的回忆。这个贡献，就是元素周期表。今天，张老师会先简单讲一下元素周期表，下次再讲门捷列夫发明元素周期表的故事。

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张浩然，科技大学理论物理学学士及物理学哲学硕士，英国布里斯托大学教育博士。

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古希腊的哲学家，除了研究日月星辰，对于构成我们世界的基本物质，也是充满好奇。公元前4世纪的古希腊哲学家德谟克利特 (Democritus) 认为，世界上所有的物质都是由一种不可分割的微粒组成。中文说的原子，是英文atom的翻译，而atom这个字，在古希腊语的意思就是不可分割。

研究日月星辰的轨迹，可以用肉眼观察。研究原子，当然就不能用肉眼观察了。古希腊哲学家探究原子的问题，只能靠思考。到了近代，人类拥有更加先进的实验手段，可以用电子显微镜看到原子，甚至可以用粒子加速器打散原子。在原子理论上面，人类花了2500年的时间，终于有了一点点的进展，从哲学迈向物理学。

但是在18、19世纪，在哲学与物理学之间，原来也曾经有过一段时间，科学家是利用化学和数学来研究原子的。原子理论，首先是一个哲学问题，然后是化学和数学问题，最后才是物理学问题。

那么，当时的欧洲科学家是怎样研究原子的呢？有哪一些著名的科学家呢？今集开始，张老师会为你介绍这方面的故事。

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通过考察来研究演化理论，达尔文可能是最著名的一位。但是论花最多时间与努力，排第一的其实是另有其人。

这个人是华莱士，英文是Alfred Russel Wallace。华莱士跟达尔文、牛顿一样，也是英国人。他在1823年出生，比起达尔文年轻了14岁。对于华莱士来讲，达尔文是他的前辈，也是他的偶像。

华莱士出生于中产家庭。他的生活不算太过富裕，但是也不算是贫困。1840年，17岁的华莱士找到一份工作，内容是到野外进行测量。长时间在野外，有些人可能会觉得很辛苦，但是华莱士却非常喜欢，而且培养出收集昆虫标本的兴趣，进而对于博物学也产生了兴趣。

华莱士受到达尔文与其他博物学家的启发，很希望可以到南美洲收集动物标本进行研究。特别是，他当时已经相信，生物是可以由一个物种变成另外一个物种的，也就是所谓的变种。他很希望可以透过考察，找到生物变种的证据。

今集，张老师会为你讲述华莱士的故事，与及他在演化理论之中的贡献。

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相比于牛顿与伽里略那些以实验和数学为主要研究手段的物体运动问题，演化理论更像是科学里面的考古学。只不过我们看的并不是历史文化遗迹，而是古代生物留下来的演化痕迹。由于生物的基因是一代一代流传下来的，所以我们从今天的生物身上，是可以看到这些痕迹的。除此之外，也可以直接去看古代生物化石。

说起来简单，那是因为我们现在已经知道演化和基因的关系。但是在达尔文的年代，人们并不知道基因，更加不知道DNA的双螺旋结构。甚至当时的人，在谈到生命的来源与生物演化问题的时候，仍然很大程度上受到宗教的影响。正如日心说受到教会的猛烈批评，任何一种生物演化理论，如果跟宗教观念相违背的话，也都会受到教会以致广大民众的的排斥。

不过，在达尔文踏上英国军舰小猎犬号展开他的环球之旅的时候，他也没有想到这些。事实上，大学毕业之后的达尔文，本来的打算是去当一名牧师。登上小猎犬号的达尔文，只不过是想在成为牧师之前，可以去热带雨林看看。他断断没有想到，这一次的旅程，竟然会让他思考有关生物演化的问题，甚至推导出一个不需要依赖神迹的生物演化理论。这个发现，不单止改变了达尔文的一生，也加深了宗教与科学的分歧。今集，张老师会为你讲述达尔文的小猎犬号环球考察之旅。

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达尔文是现代演化理论之父。他跟牛顿一样是英国人，1809年出生，1882年去世，他的时代比牛顿晚了一个世纪。达尔文死后，也是被安葬在英国伦敦的西敏寺，以表彰他对科学的贡献。
但是达尔文的研究范畴，又跟牛顿的有很大分别。用今天的分类来讲，牛顿是数学家与物理学家，而达尔文则是生物学家，当时称为博物学家。由于学科不同，研究方法亦有异。对于牛顿和伽里略来讲，实验是重要的研究手段。但是达尔文所研究的演化理论，却是一个不能做实验的题目。

演化理论的核心问题是：不同物种之间，究竟有什么关系呢？为什么有些生物之间那么相似，但是相似之中又有一些细微的分别呢？一个物种会不会变成另外一个物种？怎样个变法？这样的题目，是无论如何都不能够做实验的。

那么，达尔文是怎样做研究的呢？原来靠的是环游世界。今集开始，张老师会为你讲述达尔文一边环游世界一边研究演化理论的故事。

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牛顿的童年并不愉快，或多或少影响性格。有人分析牛顿的性格，认为他的自我保护意识强，自信心低，很怕受到批评。他们认为，牛顿为了逃避批评，有很多研究都是拖了很多年之后才发表。而如果别人批评他的研究，他就会非常气愤，并且运用一切手段反击。

比如说，牛顿首先研究微积分，但是他没有正式发表。很多年后，德国数学家莱布尼兹(Leibniz)自己独立发明了微积分，并且抢在牛顿之前发表。那么究竟是牛顿抄袭莱布尼兹，还是莱布尼兹抄袭牛顿？这件事情引起了当时英国与欧洲大陆两派科学家之间的热烈争论。1712年，英国皇家学会介入调查了这一宗抄袭争议，调查结果是莱布尼兹抄袭了牛顿的微积分。但是后来又发现，这个结论竟然是牛顿在背后主导的。他作为英国皇家学会的会长，没有避嫌，反而暗中主导了这个调查的结果。

类似的学术争议，也发生在牛顿与另外两位科学家佛兰斯蒂德(Flamsteed)与及胡克 (Hooke)之间，最后都是不欢而散。今集，张老师会为你讲述牛顿跟这些仇家们的故事，揭开科学大师光环底下鲜为人知的一面。

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很多人都知道牛顿三大定律和牛顿万有引力定律。但是大家未必知道，牛顿原来亦是光学研究的先驱。

牛顿1665年躲避疫情期间的三大研究，第一是微积分，第二是物体运动定律，第三便是光学。牛顿成为剑桥大学教授之后，最初几年也是主力教授光学。1704年，牛顿把他的光学研究成果出版成书，这本书的名字也叫《光学》。这本书出版之后，很快就成为了18世纪光学方面的权威著作，甚至比起1687年出版的《自然哲学中的数学原理》更加广为人知，因为《原理》是用拉丁文写成的，而且需要理解艰深的数学才能阅读。而《光学》是用英文写成的，内容也比起《原理》容易理解。

那么牛顿究竟研究了什么光学问题呢？他又得到了什么成果呢？今集，张老师为你讲述牛顿研究光学的故事。

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1665年，在家乡躲避疫情的牛顿，以伽利略的研究为基础，思考物体运动定律的问题。他建构出有关物体运动的数学关系，最终推导出牛顿三大定律。伽利略把惯性原理留给牛顿，而牛顿就用数学把惯性原理发扬光大。

苹果树和万有引力又是什么回事呢？牛顿看见苹果从树上掉下来，他知道那是重力的作用。但是牛顿除即又想到一个问题：这个重力的适用范围究竟有多远呢？重力能够作用于苹果，能不能同时作用于月球、作用于其他天体呢？如果能够的话，这又意味着什么呢？

这是科学史上又一激动人心的时刻。从苹果想到太空中的其他天体，牛顿把他的物体运动定律延伸到天上的世界。牛顿提出，所谓的重力不止存在于地球，亦存在于宇宙万物之间。所以在中文翻译里面，重力也可以翻译为万有引力，也就是所有有质量的物体之间都存在的一个吸引力。

牛顿定律和万有引力定律，何以被后世的科学家推崇备至？这些定律跟伽里略、开普勒等前人的理论又有什么本质上的分别呢？今集，张老师会为你讲述牛顿研究物体运动定律的故事。

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牛顿是剑桥大学的数学教授，但是他的三项主要学术成就（微积分、光学、运动定律）之中，有两项竟然都属于科学范畴。而微积分虽然是数学，但是牛顿当年研究微积分，亦都是从物理学问题出发的。他的目的并不是探究数学，而是要把数学作为一种工具，帮助他研究物体运动定律。

在现代的学校里面，数学与科学是两门不同的学科。为什么牛顿明明是数学教授，却跑去研究科学呢？数学与科学究竟有什么关系呢？今天，张老师会借着讲牛顿的故事，为你解答这个问题，并且讲述牛顿与德国数学家莱布尼兹在「谁发明了微积分？」这个问题上的争论。

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牛顿是近代科学的殿堂级人物。他发明了微积分，写下了万有引力定律与牛顿三大定律，在光学研究方面亦有一定的贡献。由于他的科学成就，牛顿于1705年获得当时的英国安妮女王授予爵士衔头，他亦是英国历史上首位死后被安葬在西敏寺的科学家。

作为这样一位殿堂级的人物，牛顿的生平记载自然也就特别丰富，而关于牛顿的一些小故事亦是家传户晓。比如说，牛顿因为看见苹果掉到地上，而想出万有引力定律。又比如，牛顿因为太过专心思考，而不小心把坨表当做鸡蛋来煮。这些故事，就跟伽里略在比萨斜塔上面高空掷物的故事一样，有真实的一面，但是也有夸张失实的地方。

牛顿亦有很多鲜为人知的经历。例如，牛顿的童年生活并不愉快。他是一名遗腹子和早产儿，差点夭折。他三岁时被改嫁的母亲抛弃，十二岁时又差点在母亲安排下成为一名农夫。牛顿不善交际，他的人生也相当孤独，不但终身未娶，也没有什么朋友，反而树立了不少敌人。有一种理论认为，牛顿可能是亚斯伯格症患者，这个病导致他的古怪性格。

一连几个星期，张老师会为你介绍这位科学大师的故事与科学研究，让你对牛顿有比较全面的认识，了解他的性格，也了解他的科学成就对后世的影响。

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