古希腊时期,有一个国王让工匠给他做了一顶纯金的王冠。但做好之后,这位国王却怀疑工匠私吞了黄金。于是,国王找了城中最聪明的人,要求他在不损坏王冠的前提下测量出这其中是否掺假。这位聪明的人,苦思冥想,终于有一天在洗澡的时候得到了灵感,那就是:用测量固体在水中排水量的办法,来确定金冠的密度。
这位聪明人,就是大名鼎鼎的古希腊哲学家阿基米德,而他在这个过程中意外发现了浮力定律。在这种生活小事中,都能发现真理,阿基米德浮力定律不是个例。在“对话最伟大的头脑”这套书中,100多位科学家就关乎人类命运的大问题进行了探讨,今天湛庐君带大家一起了解,那些让世界美妙而优雅运行的“地球密码”,他们被发现的故事。
1910年的一天,年轻的德国科学家魏格纳躺在病床上,他看到墙上贴着一副世界地图。魏格纳看着看着,突然发现非洲西海岸和南美洲东海岸的轮廓凹凸竟然完全吻合!为了解开迷惑,魏格纳开始查阅典籍,冥思苦想。不久他便萌生了“大陆漂移”的奇想。
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魏格纳认为:“就像撕开的报纸,如果我们把参差不齐的边缘拼接在一起,看到两边印刷的文字恰好可以衔接起来,那么应该足以证明这两张报纸残片原本就是一个整体。
按照这一思路,他开始寻找地质证据,即便是在应征参加第一次世界大战时,他也没有放弃研究。经过艰苦的考察,魏格纳提出了3个方面的证据:第一,大西洋两岸的岩石、地层和褶皱相吻合;第二,在古气候方面也有相对应关系;第三,大西洋两岸的许多生物有亲缘关系。
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魏格纳提出大陆漂移说之后,因为技术条件的限制,并没有得到学术界的肯定,而魏格纳也在1930年的一次野外考察中意外丧生。直到他去世30年后,板块构造机制才清晰地出现在人们眼前。
美国国家海洋和大气局的科学家,通过对海龟迁徙产卵的研究发现,它们在非洲西海岸交配后,会一路跨越南大西洋,最后在南美洲东岸产卵。而它们之所以有这样兴师动众的生殖计划,是因为当初有这样的行为的时候,冈瓦纳大陆才刚刚开始分裂,当时这些海龟仅仅需要游过狭窄的海峡,便可以产卵。后来,因为大陆板块移动,它们每一年会多游一点,或许就一英寸左右,这些距离差逐年累加,最终,一条狭窄的海峡变成了世界第二大洋,而海龟们为了繁衍竟要跨越整个大西洋。这也证明了“大陆漂移”假说的合理性。
埃拉托色尼是埃及托勒密王朝时期一位著名的学者,他在数学、天文学、地理和历史以及人文方面都做出了开创性的贡献。他最重要的成就,是在一次阴错阳差中意外测算出了地球的周长。
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埃拉托色尼当时亚历山大任图书馆馆长,他听人说,每年有一天正午的阳光会直射赛伊尼斯城中的一口深井,这表明太阳此时正在赛伊尼斯的天顶。埃拉托色尼知道,太阳离地球太远了,以致于射向地球的阳光几乎平行。
于是,他测量了这一天正午亚历山大城中石碑的阴影长度,从而确定了图中r2的角度为7.2度。这是利用这个角度,他才可以测出亚历山大与赛伊尼斯两地之间的地球曲度。由于7.2度是360度的1/50,埃拉托色尼便用这两城之间的距离乘以50,计算出地球的圆周是252000斯塔德(古希腊的长度单位),这个结果与现在精准测量的结果40008千米,只有1%的误差。
当时的学者对于地球圆周的计算结果各持己见,埃拉托色尼对此提出了挑战。他发现结果的差异在于学者们运用了不同的数学原理和工具,如何把复杂多样的观测数据转为切实的证据来运用才是问题的关键。他的目标是找到一个清晰且有说服力的解答。因此他思考的是一个简单的整体,避开复杂的内部因素,化繁为简,从整体出发。
香农是赫赫有名的信息论之父,不过在他开创信息论之前,香农还曾是一位著名的密码破译员。二战时期,他所在的破译团队主要是追踪德国飞机和火箭,当时克劳德·香农正着手处理防控目标的定位,雷达的定位信息并不准确,它只能提供飞机的近似位置,无法精准定位。这种局限性迫使香农在战争结束以后,继续思考滤波的本质和信息传播的动力。