俄羅斯科技史（俄羅斯科學的曙光）

2023-09-20 08:33:16

奇怪的是，在西方默默無聞的羅蒙諾索夫在物理學、化學和天文學方面取得了突破。同時，他還贏得了詩人和歷史學家的讚譽，並且是俄羅斯啟蒙運動的關鍵人物。

-- Vladimir Shiltsev 費米實驗室加速器物理中心的主任

莫斯科國立大學前的羅蒙諾索夫雕像

大事記：羅蒙諾索夫

1711 年 11 月 19 日：羅蒙諾索夫出生於俄羅斯北方的一個農民家庭

1724 年：彼得大帝成立俄羅斯聖彼得堡科學院

1730 年 12 月 7 日：前往莫斯科求學

1736 年：前往德國馬爾堡大學學習自然科學和數學

1739 年：前往德國弗賴貝格學習礦物學和冶金學

1741 年，回到俄羅斯，擔任俄羅斯科學院的兼職物理學教授

1755 年 1 月 25 日：莫斯科國立大學成立，羅蒙諾索夫為創建和管理莫斯科大學開發了實際程序

1765 年 4 月 4 日：羅蒙諾索夫去世

1940 年：莫斯科國立大學「以羅蒙諾索夫」命名

2011 年：俄羅斯總統下令在全國慶祝羅蒙諾索夫誕辰 300 周年。

俄羅斯科學的曙光：逃離北方

1730 年 12 月 7 日，一個身材高大、體格健壯的 19 歲男孩，從他的家鄉--俄羅斯北部城市阿爾漢格爾附近的一個村莊--逃跑了。他從鄰居那裡借了三個盧布和一件暖和的外套，隨身攜帶了他最珍貴的兩本書《語法》和《算術》。他說服了載有冷凍魚的雪橇車隊的船長帶他去莫斯科，在那裡他將實現他學習「科學」的夢想。

羅蒙諾索夫的車隊

這個年輕人的名字叫米哈伊爾·羅蒙諾索夫。

他認為在他面前有一個長達一個月的長途跋涉 -- 這是一條 800 英裡的白雪皚皚的路線。

事實上，這僅僅是他一段漫長人生旅程的開始，它將迎來俄羅斯科學的現代時代 -- 年輕的羅蒙諾索夫不可能知道，經過多年的艱辛努力和數十年的科學訓練，他會成為聖彼得堡科學院的第一位俄羅斯出生的成員、貴族和俄羅斯最有成就的博學家。

Mikhail Vasilevich Lomonosov， 1711-65 （來自彼得大帝人類學和民族志博物館）

俄羅斯土生土長的兒子

羅蒙諾索夫離開後不久，他的父親在莫斯科斯帕斯基修道院的寄宿學校找到了他，並要求他回家，但羅蒙諾索夫選擇繼續他的學業 -- 儘管這意味著每天三戈比的津貼，大約相當於今天的 4 美元 -- 幾乎挨餓。

在莫斯科的四年時間裡，他幾乎完成了通常需要八年才完成的拉丁語、希臘語、教會斯拉夫語、地理、歷史和哲學課程，並在 1736 年作為 12 名優等生之一被錄取到聖彼得堡科學院繼續他的學業。

羅蒙諾索夫的才華也很快得到了學院的認可，1736 年，他被送往德國馬爾堡大學學習。在德國的三年時間裡，他跟隨著名的百科全書科學家、哲學家和萊布尼茨的追隨者克裡斯蒂安·沃爾夫學習自然科學和數學。從那裡，他獲得了一種合乎邏輯的、圖解式的科學思想風格，這影響了他的一生。

1739 年夏天，羅蒙諾索夫前往德國弗賴貝格，跟隨約翰·亨克爾學習實用採礦。一年之內，積累了豐富的礦物學和冶金學知識。

羅蒙諾索夫在德國：科學辯論

1741 年，羅蒙諾索夫回到俄羅斯，並被任命為俄羅斯聖彼得堡科學院的兼職物理學教授，他在此終身任職，直到 1765 年 4 月 4 日去世。

聖彼得堡科學院於 1724 年根據彼得大帝的法令成立。早期，它由十幾名院士和數量相近的副教授組成，教授學生自然科學、修辭學、歷史和法律。它由國家資助，其自由的科學環境和豐厚的薪水導致最優秀的學者湧入。丹尼爾·伯努利、萊昂哈德·歐拉是第一批教員中最引人注目的。學院的最終目標是培養俄羅斯科學家並建立該國的科學和教育體系。

然而，在其初期，該學院由外國出生的科學家主導，並且由於持續的預算問題，其教育活動受到限制。到羅蒙諾索夫到來時，由於財政問題、官僚內訌和歐拉、伯努利等名人的離開，學院正處於危機之中。教育俄羅斯學生的任務大多被忽視，到第二十周年時該學院只有三名俄羅斯人兼職。

此後，羅蒙諾索夫擔任主管期內進行改革，強調增加俄語的科學出版物和講座的數量，而不是拉丁語或德語；並為學院的體育館招收更多的俄羅斯實習生和學生；到 1765 年，俄羅斯出生的教師人數增加到 10 人，其中包括 7 名院士。

一個微粒世界：羅蒙諾索夫的物理化學思想

作為一名科學家，羅蒙諾索夫既是思想家又是實驗者。他用自己計劃和實施的實驗來檢驗他的理論和假設。雖然精通數學，但他從不使用微積分。他常常在一個研究課題上工作數年，甚至數十年，並始終著眼於將發現轉化為新的實踐或發明。

羅蒙諾索夫認為，物理和化學現象最好用微粒的機械相互作用來解釋 -- 「微小的、不敏感的粒子」，類似於我們現在所知的分子。他在 1752 年創造了「物理化學」一詞。

他最出名的可能是第一個通過實驗證實物質守恆定律的人。1673 年，英國化學家羅伯特·博伊爾觀察到金屬在加熱時會增加重量，他認為結果似乎暗示熱量本身就是一種物質 -- 現在這是眾所周知的氧化後果。 1756 年，羅蒙諾索夫反駁了這一觀點，他證明當鉛板在密閉容器內加熱時，容器及其內容物的總重量保持不變。在隨後給歐拉的一封信中，他提出了原始的物質守恆概念：

我們在自然界中遇到的所有變化都是這樣進行的：有多少物質被加到一個物體上，就會有多少物質被從另一個物體上帶走；

由於這是自然的一般規律，它也存在於運動規則中：一個物體失去的運動與它給予另一個物體的運動一樣多。

在 17 年後的類似實驗中，法國化學家安託萬·拉瓦錫取得了進一步的進展，表明金屬重量的增加正好被空氣中氧氣重量的減少所抵消。但與將熱量視為「微量熱量液體」的拉瓦錫相反，羅蒙諾索夫更準確地將其理解為衡量微粒線性和旋轉運動的量度。

1745 年，比開爾文引入絕對溫標早一個多世紀，羅蒙諾索夫便提出了「絕對零度」的概念，即微粒既不移動也不旋轉的溫度。

在 1759 年的嚴冬，羅蒙諾索夫和同事約瑟夫·亞當·布勞恩使用雪和硝酸的混合物將溫度計冷卻到 -38 °C，並且有史以來第一次獲得了固態水銀。在敲打冷凍的金屬球後，他們發現它「像鉛一樣」有彈性且堅硬。他證明了在當時被神秘籠罩的水銀，與常見的金屬並沒有什麼不同。這是歐洲討論最廣泛的發現之一。

空氣中的電：羅蒙諾索夫和電學起源

羅蒙諾索夫於 1744 年底開始與格奧爾格·威廉·裡奇曼一起研究電學。他們一起開創了一種定量方法：羅蒙諾索夫提出了一種技術，該技術要求根據物體在金屬尺度上施加的靜電力來測量物體的電荷。裡奇曼則發明了更簡單但更有效的方法，即利用連接到垂直金屬棒的絲線，通過測量螺紋傾斜的角度給出了杆電荷的量度 -- 這可能被認為是第一個靜電計。

不幸的是，裡奇曼在 1753 年的一次強雷暴中進行實驗時被閃電球擊中去世。

羅蒙諾索夫寫了關於大氣中出現電荷的論文：他認為閃電是向上流動的暖空氣和向下流動的冷空氣之間的摩擦產生的電能，電荷積聚在「油性」微粒上。他將垂直氣流描述為空氣密度梯度的結果，他可以根據溫度和壓力分布進行估計。

推測像1753年草圖中描繪的那樣，溫暖的上升氣流和涼爽的下降氣流之間的摩擦導致電荷積聚在微小的大氣粒子上

為了將氣象儀器和靜電計升空，羅蒙諾索夫設計並製造了「雙旋翼無人機」。作為直升機的前身，它擁有兩個由時鐘彈簧驅動的螺旋槳，它們以相反的方向旋轉以平衡扭矩。在 1754 年 7 月向學院展示期間，該模型設法稍微抬起了自己，但沒有出現實用的裝置。

他希望用它來將氣象儀器送上天空。在 1754 年的一次演示中，裝置獲得了大約 0.1 N 的升力，但從未離地太遠

1756 年，羅蒙諾索夫編寫了 127 份關於光和電理論的筆記，提出了電的數學理論，並在學院的一次公開會議上宣讀了他關於光的波動性和關於構成光的顏色的新理論的論文。

金星的大氣層：羅蒙諾索夫的天文學成就

1761 年 6 月 6 日金星凌日穿過太陽圓盤提供了一個難得的測量地球到太陽距離的機會。羅蒙諾索夫組織了一項全球觀測工作，其中包括 170 多個天文學家派往 117 個站點，其中 4 個在俄羅斯。然而，只有他一個人意識到，如果金星大氣層存在稠密的大氣層，那麼它會在太陽光線進出金星期間彎曲太陽光線，並產生可見的光環或光暈。

由於預計光環會很微弱，他只使用了一個微弱的濾光片來觀察入口和出口；令他興奮的是，在進入結束和離開開始時，他觀察到金星的陰影中有一道光弧。後來，其他幾個天文學家確認看到弧線，但只有羅蒙諾索夫認識到它的重要性。在一個月內，他發表了一份報告，總結了觀察結果，並解釋了大氣如何折射光線以產生他所說的光環或「凸起」。他宣稱「金星周圍環繞著獨特的大氣，與地球周圍的大氣相似。

2004 年，科學家用現代望遠鏡拍下了金星穿越太陽的早期階段出現的光環。

羅蒙諾索夫關於 1761 年金星太陽凌日的報告包含描繪光環或光球的草圖（左圖），以及現代望遠鏡的圖像（右圖）

一個罕見的博學家

身體強壯的羅蒙諾索夫讓許多人想起了他的偶像彼得大帝。羅蒙諾索夫的脾氣暴躁和叛逆性格是他成為傳奇人物不可或缺的一部分，而他巨大的自尊和尊嚴也是俄羅斯帝國罕見的特質。

他曾告誡他的贊助人伊萬·舒瓦洛夫伯爵說：

「我不僅不想在貴族和這些世俗統治者的餐桌上成為宮廷傻瓜，甚至在上帝本人面前，他給了我智慧，直到他看到適合時帶走。」

然而，開明的舒瓦洛夫仍然是他終生的朋友。正是他接受了羅蒙諾索夫關於第一所俄羅斯大學的憲章，並說服伊莉莎白女皇在 1755 年 1 月 25 日籤署了一項建立莫斯科大學的法令，這一天仍然在俄羅斯每年慶祝為學生節。該大學為俄羅斯社會的廣泛階層提供教育，是俄羅斯知識進步的關鍵。1940 年，這所大學「以羅蒙諾索夫」命名。

最初，羅蒙諾索夫主要被認為是歷史學家、俄語語法改革者、修辭學家和詩人。在他去世後的近一個世紀，他的科學未能產生影響，甚至在俄羅斯也是如此。

直到 19 世紀中葉，他的科學成就才開始在俄羅斯和國外得到充分的認可。羅蒙諾索夫重新成為俄羅斯科學界最著名的人物，以他名字命名的包括一座城市、一座北極山脊、月球和火星隕石坑、一家瓷器廠和一個礦產。