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第一个发Nature的世界学者究竟是谁?

?尽管Nature论文仅仅一个缩影,但从笛子音谐和竹子开花,到X光散射和荧光基团,咱们能够看出世界科学的百年进程。

撰文 | 史文轩

曾有文章称世界近代闻名科学家徐寿先生是第一位宣布Nature论文的世界人。据称这篇“论文”评论的是乐器的声学问题,宣布在1881年3月10日的Nature。现实是否真的如此呢?咱们应读者的要求,对此予以考证,成果有许多有意思的发现。

徐寿的声学发现

在1881年3月10日的Nature,确实能够找到这篇“论文”,有相片为证,宣布在当期的448页,评论世界的声学问题:

但是问题来了,读者们不需求仔细就能够发现,这篇题为Acoustics in China的“论文”,修改在最初就注明晰,其实是一封读者来信,是晚清闻名传教士John Fryer在1880年6月1日由上海写给闻名的物理学家、英国皇家学会会员John Tyndall教授,一起投给Nature宣布的。而收到这封信的W.H. Stone博士,在1881年1月8号,还对这封信做了点评,附在信后同时宣布。以下是论文的接连相片:

可问题是,这篇“论文”涉及到三个人,初看形似和徐寿先生都没有什么联系。不过仔细阅读的话,信中评论的声学问题,确实是徐寿先生调查到的,并且徐寿的儿子和傅兰雅,也便是John Fryer,还一起将Tyndall教授的声学专著翻译成中文:

从信中能够看出,徐寿独爱傅兰雅,Tyndall教授的声学专著称开口或许沉默管里的振荡形式的个数与管子的长度成反比:

“in both stopped and open pipes the number of vibrations executed in a given time is inversely proportional to the length of the pipe”

但是他发现这个定论只适用于弦和沉默管,而并不适用于笛、箫等含有开口的管状体。徐寿经过试验发现:长度为9英寸的黄铜管,从其吹气口吹气,可宣布一个特定音符,但砍掉一半后,却不支撑该音符的八度音;只要将其长度再减去0.5英寸,仅仅剩余4英寸时,才能够支撑八度音。这个批改份额大概是4/9,与他所知的声学理论相悖。因此,徐寿期望能够解说为什么开口管与沉默管和弦的振荡特性不恪守相同规则,并想知道关于任何开口管的长度批改份额及核算方法。

在信后的点评中,Tyndall教授说到徐寿的这一调查是正确的,并指出其书上有注释阐明开口管一端关闭后其支撑的音符比两头开口管的八度音略小。Stone博士进一步指出徐寿期望知道的批改值是能够求解的。Mr. Bosanquet的试验研讨发现开口管的批改值约0.635r,吹气口的批改值约0.59r。Mr. Bosanquet还指出,抱负Bernouilli方程是假定气体在管中的状况是接连的;但笛子和箫有一系列的反射点和面,发生的反射信号会批改Bernouilli理论预言的共振频率。

因为回信点评的解说略显迷糊,咱们也讨教了世界科学院深圳先进技术研讨院声学专家蔡飞燕研讨员。蔡博士是武汉大学物理系结业,一向专心人工声场的理论及其在生物医学工程中的应用研讨。她解说道:

1. 抱负伯努利方程可描绘绝热可逆的可压缩气体的能量守恒,能够推导出抱负声波根本方程。经过声波的根本方程与抱负边界条件,能够解析核算出抱负弦和沉默管的共振形式、频率与长度的联系,并能够得出共振形式的个数与管子的长度成反比联系;

2. 但是笛子和箫,有两处并不满意抱负条件,即两头的开口和管上的小孔结构:a) 关于开口管,管中的流体 (波) 在管口处边界条件是骤变的,不满意数学中的完美软或硬边界条件,因此也不能够直接从方程中解析核算其共振形式。长度与共振形式的联系不再是线性的,因此其形式、共振频率与长度的联系需求进行批改。Harold Levine 和Julian Schwinger (1965年诺贝尔物理学奖取得者) 在1948年Physical Review文章上严厉求解了开口管批改值约0.6133a,且跟着频率增高 (ka 变大),批改值越来越小。如下图所示

核算的尾端批改l/a与归一化频率ka之间的联系

b) 管上有声孔,也会批改管中的共振形式、频率与长度的联系。

总归,因为笛子和箫不满意动摇方程的完美体系,由动摇方程解析核算取得的形式或频率与长度的线性联系需求进行恰当批改。

经过文献调研,已有学者对这类问题做了体系的理论研讨,定性解说如下图所示:

世界第一篇Nature论文?

至此,这篇声学“论文”的来龙去脉应该适当清楚了。徐寿发现笛子和箫不满意声学方程的猜测,将此独爱他的朋友傅兰雅。傅兰雅给Tyndall教授写信讨教,并投给了Nature。Stone博士对信做了点评,并将其在Nature宣布了出来。

傅兰雅、徐寿与John Tyndall

一个有意思的点是,即便在100多年前,要宣布一篇Nature“论文”,也需求显赫的身份与位置的,即便是像读者来信这样的文字。徐寿自不用说,傅兰雅也是传奇人物,晚清闻名传教士和翻译大师,在华30余年的时间里,翻译或与别人合译的西方作品129部,并且和徐寿一起创建格致书院,出书科普杂志《格致汇编》。他后来去了美国,担任加州大学东方语言文学教授。1911年,傅兰雅还捐献6万两白银,在上海兴办盲童校园。而John Tyndall教授则是英国皇家学会会员。这篇文章当然源于徐寿的仔细调查与试验,与傅兰雅和Tyndall的位置也不无联系。但因此说徐寿宣布了一篇Nature论文,乃至是发Nature论文的第一个世界人,就有点牵强了。

那么,终究谁宣布了世界的第一篇Nature 呢?

带着这个问题,咱们在Web of Science以世界为地址做了检索。惋惜的是Web of Science 录入自1900年开端,此前无法查验。以下是咱们的发现:

第一篇来自世界的Nature“论文”呈现在1904年,作者是A. Tingle,也是一位老外。查找原文发现,这是一篇只要三段的读者来信,写的是竹子开花:

读下来能够发现,Tingle当年四月在山东阅历了他闻所未闻的竹子开花,当地老百姓视为不祥之兆,因此写信给Nature读者请教:

“Can your botanical readers give me any information about the flowering of the bamboo?”

此君落款是山东省济南府皇家省立书院,想必是一位外教或许传教士。从Web of Science能够发现,他还陆陆续续在Nature宣布过一些这样的豆腐干读者来信,但要说是世界第一位Nature作者,也是牵强了。Web of Science检索出来的前几位,都是老外,景象也和Tingle的读者来信迥然不同:

那么,第一位宣布Nature论文的世界人,到底是谁呢。

第一个宣布Nature论文的世界人

世界人在Nature宣布的第一篇严厉意义上的学术论文,呈现在1930年,作者是YH Woo。

这当然是大名鼎鼎的物理长辈吴有训先生了,时任清华大学物理系教授,以体系、精深的试验为康普顿效应确实立做出了重要贡献,却与诺贝尔奖擦肩而过。而这篇论文所研讨的,正是他以此知名的X光散射问题:

至此,第一位宣布Nature论文的世界学者,就真相大白了。不过已然现已走了这么远,无妨趁便再查一下解放后新世界宣布Nature的第一人:

这篇论文到1979年才呈现,来自邹承鲁先生。而这,是检索出来的自1900年以来来自世界的第24篇Nature论文,包含那些读者来信。而到2017年,以China为地址检索出来的Nature论文,现已有1231篇:

尽管说Nature论文仅仅一个缩影,从中也可看出咱们在科学范畴走过的百年进程。

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