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理化通吃的天才、量子力学的祖父——基尔霍夫

2022/11/21 10:05:13  阅读:2016 发布者:

如果你是电学出身,一定对基尔霍夫定律印象深刻,天呐,稳恒电路网络中电流、电压、电阻的关系,解决了多少电气工程师本来面对的难题。

除了电路,以他名字命名的Kirchoff's law,还有包括但不仅限于热化学、热辐射、光学积分、光谱相关的定理和定律,一大堆呢。

本期,就让我们一同走进本生的“好基友”,德国物理学家、天文学家、化学家,辐射元素铯和铷的共同发现者——

古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫

Gustav Robert Kirchhoff

18241887

科学大牛就长这样

   从电学开始   

1824312日,基尔霍夫出生于德国东普鲁士-首府柯尼斯堡(今俄罗斯加里宁格勒)一个律师家庭。

作为知名的数学之城,这个俄罗斯“飞地”可不一般(二战后德国战败,这里被苏联占领,随后改名)。地方倒没多大,但还出了不少名人,比如大哲学家康德、大数学家哥德巴赫等。

著名的“柯尼斯堡七桥问题”了解一下?

这么好的学术历史,加上父母的重视和引导,都为小霍夫早早成才做了重要铺垫。性格文静内敛、成绩名列前茅,是基尔霍夫的特性。

这孩子一门心思都在学习上,绝对的“心无旁骛一身素,情有独钟满室幽”,随后顺利地考入德国著名的文化中心——柯尼斯堡大学,攻读物理。

加里宁格勒河畔

彼时正是电气技术迅速发展的时代,科学家们围绕着复杂电路的各式课题,苦研多年,十分伤脑筋。

谅谁也没料到,这活儿竟能被一个毛头小伙砸攻克。

1845年,年仅21岁,还是大学生的基尔霍夫在法国数学-物理学派思想(代表人物欧姆)的影响下,发表了他人生中第一篇论文,提出并建立了物理学上意义重大的两大电路定律:基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。

两大定律是基于电路中电的流动和分布的研究,解决了电器设计中电路方面的难题,具有广泛意义,至今仍应用于电路的分析和设计上。

这也成为他之后博士论文的主要组成部分。

基尔霍夫由此被称为

“电路求解大师”

“仗”告捷,小荷已露尖尖角,不少关注和赞许的目光就来了~面对这些,咱们的霍夫兄丝毫没有骄傲,跟没事儿人似的,旁人都比他激动多了

。当然,这中间有的是惊讶之余的不服气哈哈,也有的是真心爱才识才呢~

这不,柏林物理学会向他提供了一笔赠款,帮助他去巴黎深造一年。但生性怯懦又谦虚谨慎的基尔霍夫,害怕法国革命的政治形势,拒绝了这份邀请……

额,这个理由,好像,也没毛病?(那些年法国发生了啥,去查“七月王朝”吧~

1847年,大学毕业的基尔霍夫,前往柏林大学,担任无薪讲师,一直干了3年。

咱就是说,这老实巴交的霍夫兄绝对爱惨了科学,毕竟他也不是很有钱

,这份投入和魄力值得钦佩!

1850年,又转到布雷斯劳大学(今波兰弗罗茨瓦夫大学),担任临时教授。就是在这儿,他结识了一生挚友,堪称完美的合作伙伴罗伯特·威廉·本生。【为科学事业赴汤蹈火的时代大咖——罗伯特·威廉·本生】

打那以后,他俩各自或共同的辉煌人生,逐渐拉开了帷幕。

他俩可是科学史上最有名的好基友了

   与本生同行   

如上图,右边身材高大、体态魁梧的这位,是本生;而左边的矮小“柔弱”的这位,则是基尔霍夫。

没错,这是俩大男人的合照哈哈~

看起来本生应该是活泼外向的,霍夫偏文静内敛,也许对外确实如此。但这两位私下相处起来却恰恰相反。本生是那个沉默寡言、闷不作响的直男,而叽叽喳喳像个女孩子的反而是霍夫。

果然在不同关系的人面前

我们是有不同面孔的耶

说回来,1854年,经本生的协助和举荐,基尔霍夫来到海德堡大学,就任教授,这回可是正式的哈哈~自然,他俩也成了同事。

海德堡大学不用小编多说了吧,霍夫兄在这里的科研成就蹭蹭上涨~

1857年,基尔霍夫计算出电子信号在无阻抗旅电线中的传播速度等于光速。

P.S.这一年霍夫兄也结婚了,妻子是数学教授里什洛的女儿克拉拉·里什洛Clara Richelot,一生共育有五位儿女

恭喜恭喜~

1859年,基尔霍夫提出他的热辐射定律,指出:任何物体对电磁辐射的发射本领和吸收本领的比值与物体特性无关,是波长和温度的普适函数,即与吸收系数成正比。这条定律在两年后予以证明并广泛公布。

当然,在研究物理学的同时,霍夫还和本生一起,开展了他们伟大的光谱学研究(大约从1859年开始),随后一系列的发现与发展如雨后春笋般冒了出来:

先是DIY能力超强的基尔霍夫,利用三菱镜+烟盒+望远镜,制成了世界上第一台分光镜,也即光谱仪;

接着二人通过这种“光谱分析法”逐个开展研究,记录下各个元素的光谱线,将它们分门别类之余,又顺理成章地发现了铯和铷这俩新元素,拉姆福德奖章就是这么赢来的;

随后基尔霍夫又画出了太阳光谱,解释了困扰人类已久的夫琅和费线,他提出的天体光谱分析法,带领天体物理学进入一个新纪元。

太阳光谱

两个新元素的发现小编就不赘述了,戳这里去回顾吧~

身披美衣的致命诱惑——铯元素

我跳水了!我爆炸了!——铷元素

另外,1990年设立的本生-基尔霍夫奖, 纪念二人的同时,也为奖励在分析光谱学领域做出贡献的科学家。

他俩在研究中有个小故事

本生想:“如果能通过本生灯就能看出这里面有哪些物质,这就省事多了。”但事实是残酷的,一般来说,物体里都不会只含有一种元素,如果几种颜色混在一起,就什么也分不清了。本生曾想用滤色镜来过滤光线,但对于太多种物质的混合物,还是过于麻烦。

困惑中,本生向基尔霍夫求助时,得到了他的回答:“作为一名物理学家,我认为更应该观察火焰的光谱,这样所有的颜色都会清楚多了。”本生顿时茅塞顿开。

海德堡大学耀眼的双子星

1862 年,基尔霍夫发表的“黑体”概念,更为20世纪的量子物理发展奠定了重要基础,成为一代先驱。

毕竟数十年后,引爆量子力学的“小乌云”就来自对黑体辐射的研究,而咱们的霍夫兄就是这朵乌云的始作俑者吖!

这份壮举可比他的学生诺贝尔物理学奖得主、拥有神仙颜值的“量子之父”马克斯·普朗克,早多啦,叫一声祖父不过分

1875年,霍夫兄因病结束了他的科研生涯,转投教育工作。他留在柏林大学,担任理论物理学的教研室主任,倾力培养年轻一代,直到逝世。

在此期间,他著成四卷教科书《数学物理学讲义》(1876-1894),成为当时德国众多大学的经典教材。在他的指导和带领下,走出了一批批知名科学家,影响深远。

1877年,在亥姆霍兹的基础上,基尔霍夫利用施瓦兹定理计算了边缘效应并测定了圆板式电容器的电容。

关于其它奖项和名誉:

1861年,当选为柏林科学院通讯院士;

1862年,当选为彼得堡科学院通讯院士;

1870年,成为巴黎科学院通讯院士;

1877年,因为对光谱的分析和发现与本生同时获得第一届戴维奖章;

1884年,成为荷兰皇家艺术与科学学院外籍成员

……成绩斐然,不胜枚举……

这是个乐观积极的学者,和本生一样,除了科学,他们可说是没别的爱好。在基尔霍夫最后的几年里,他靠着轮椅或拐杖行走,饱受疾病的折磨,但依然面不改色,专心科研,坚强地面对生活。

1887 10 17日,基尔霍夫卒于柏林,享年63岁。

他看起来,显得矮小,做事却麻利精干。面对旁人,有些羞涩,面对科学,和同仁,却能敞开心扉地“喋喋不休”,讲义和笔记随身携带,废寝忘食地投身实验中。

他的一生,在光学、电学、化学、天文学等各方面都贡献诸多。在海德堡,他贡献了大半岁月,用严谨和细心、精密和爱心,充实了科学之路,为后人书写最好的表率。

转自:“建强伟业科研服务”微信公众号

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