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罗塞塔石碑的破译和托马斯·杨

(2024-03-14 17:38:00) 下一个

罗塞塔石碑（Rosetta Stone）是大英博物馆最著名的收藏品之一。碑身呈黑色，高112厘米，宽76厘米，外形不规则，显然是一块碑断了后剩下的残部。1798年拿破仑率舰队远征埃及，次年在筑城堡时发现了这块石碑，但后来法军败给英军，石碑由英军带回英国，后由英王乔治三世赠给了大英博物馆。

罗塞塔石碑

大英博物馆导游小册子封面，罗塞塔石碑被列为十件必看的展品之首

罗塞塔石碑上刻了三种不同的文字：古埃及的象形文字、埃及草书（demotic，又称世俗体）和古希腊文。在石碑被发现的十八世纪末，古埃及的象形字已经失传一千五百多年了，没有人能识。但是石碑上的古希腊文当时有人可以解读，而且碑上的古希腊文明确指出碑上的三段文字的内容是一样的。因此，可以借助碑上的古希腊文来破译、解读碑上的古埃及象形文字。

但是实际上石碑在大英博物馆放了二十年，碑上的古埃及文却一直没有被破译。首先，石碑上的三组文字，都残缺不全。其次，当时对古埃及文所知甚少，甚至不知道行文的方向是从左到右还是从右到左。直到一名叫托马斯·杨（Thomas Young）的英国医生在1814年开始研究石碑上的古埃及文字，破译工作才迈出第一步。他最早的发现是古埃及文字里有的符号是表音的（帮助发音的），很可能是表示人名的，可能是表示非埃及的统治者的，而且只是出现在一种特殊的长环形的符号（cartouche）里的。此后一位法国学者Antoine-Isaac Silvestre Silvestre de Sacy（1758-1838）继续在这个领域里探索，终于完全地破译了古埃及文字。

看到这儿，想起材料力学里有个物理量叫杨氏模量，英文是Young’s Modulus。

至于杨氏模量的定义，著名的《McGraw-Hill简明科技百科全书》关于胡克定律是这样说的：材料所受的应力（单位面积所受的力）和材料在受力时所产生的应变（变形位移与材料长度之比）的比在弹性材料的弹性变形范围内是一个定值，这个比值就称为杨氏模量。杨氏模量可以用来衡量不同材料在受力情况下变形量的大小，在设计机械零件、建筑构件时非常有用，所以在材料选择、零件设计等等的工程设计手册里都可以找到不同工程材料的杨氏模量的值（在中文设计手册里被称为抗拉弹性模量和剪切弹性模量）。

材料的应力-应变关系图，曲线左端的直线部分的斜率即为杨氏模量

这里所谈到的杨氏跟前面提到的破译古埃及文字的托马斯·杨是不是同一个人呢？毕竟当医生、破译古埃及文和在材料力学里有一个以他的名字命名的物理量，好像是三个非常不同的领域。但是进一步查找之后我发现上面所谈到的三件事牵涉到的是同一个人，托马斯·杨。他实在是一个非常不寻常的在许多领域都有建树的人物，在英文出版物里他被称为polymath, 意思是博学多才的人。Andrew Robinson写了一本书，“The Last Man Who Knew Everything”, 意思是”最后一个什么都懂的人“，可见对他评价之高。

托马斯·杨画像

托马斯·杨（Thomas Young, 1773-1829），生于英国Somerset 地方的Milverton, 是位于英国西南部的一个村庄。他是他家十个孩子里最年长的。他聪明好学，十四岁时已经学会了希腊文、拉丁文、法文、意大利文和希伯来文等多种语言。他先进入爱丁堡大学医学院，后转入德国的哥廷根大学学习，并在1796年获得医学博士学位。1797年他进入剑桥大学，1799年在伦敦开办了他自己的诊所，开始行医。为了维护他作为医生的名声，一部分他写的非医学方面的学术论文都是匿名发表的。

1811年他成为圣乔治医院的医生。该医院建立于1733年，至今仍是英国最大的教学医院之一。

托马斯·杨在科学方面的发现最值得记载的是他对光的本质的研究。

人类很早就对光的本质进行了探讨，在近代更有了很深入的研究。荷兰物理学家惠更斯在十七世纪后期提出了光的本质是波。生于1635年的英国物理学家胡克（即本文提到的提出有关材料变形的胡克定理的那位胡克）也赞成光的本质是波。而英国科学家牛顿（1642-1727）则认为光是一种粒子。由于牛顿在英国科学界的地位，粒子学说在十八世纪占据了主导地位。托马斯·杨开始对牛顿的粒子理论产生疑问，并于1801年进行了双缝干涉实验。

实验是这样做的：把一个光源的光线射向一个有两条窄缝的平面，分成两束光，照到一屏幕上，显示出了光的干涉现象，即在相位相同的地方，光是相互叠加的；在相位相反的地方，光是相互抵消的，因此才会出现明暗相间的条纹。

物理学里关于干涉是这样说的，“如果两列频率相同、振动方向相同并且相位差恒定的波相遇，在交叠区域的某些位置上，振动始终加强，而在另一些位置上，振动始终减弱或抵消，这种现象称为波的干涉。” 托马斯·杨由此证明光是一种波。

双缝实验示意图

现在的说法是“光具有双重性质，既有波动性，又有粒子性，称为光的波粒二象性“。

托马斯·杨在其他领域也作出了贡献。

1804年托马斯·杨用表面张力解释了毛细现象。1805年法国数学家拉普拉斯（拉普拉斯变换就是以他的名字命名的）也提出了有关毛细现象的理论。1830年，德国数学家高斯将两人的发现归纳成了杨-拉普拉斯方程。

托马斯·杨被称为生理光学的创始人。他提出人眼的晶状体可以由肌肉调节其曲率以对焦物体；视网膜上有三种神经纤维，分别对红、黄、蓝三种颜色敏感。医学方面，他对血液流动的动力学有研究。另外，他认为儿童用药剂量跟成人的剂量不一样，还提出了一个计算公式·。

英文里energy这个词的本意是活力，精力。英国物理学家麦克斯韦（麦克斯韦方程组）指出，托马斯·杨第一个赋予这个词物理学上的意义，定义为“作功的能力“ (the ability to do work)。我们的物理教科书里就称之为”能“或”能量“。

1771年出版的大英百科全书（Encyclopaedia Britannica）至今仍是世界上最权威的百科全书。自1816年至1825年托马斯·杨为这套百科全书的第6版撰写了63条目，内容涵盖了桥梁、木匠工艺、语言、潮汐、重量与度量、凝聚现象、埃及等各种内容，以及23条人物传记。

当时托马斯·杨已经在行医了。为了避免他的病人对他产生误解，一部分他写的百科全书条目和非医学方面的学术论文都是匿名发表的。

1818年，托马斯·杨担任了一个叫纬度测量委员会的机构的秘书和它下属的航海年鉴的主管。纬度测量委员会的任务是鼓励寻找一种有效的在海上测量船只所在位置的有效方法。自1767年出版的航海年鉴则包括了大量的天文表格和航海使用的数据，是天文学家和航海的人必备的工具书。

作为一个医生和科学家，托马斯·杨还积极参与了各种科学社团活动。

英国皇家学会成立于1660年，是世界上历史最悠久而至今一直在活动的学术团体。1794年托马斯·杨被选为其会员；1802年他被任命为皇家学会的外事秘书（foreign secretary）。

此外，托马斯·杨还是一些国外的科学社团的成员：

1822年，美国艺术与科学院外籍荣誉院士；

1827年，法国科学院外籍合作院士，荷兰皇家艺术与科学院海外通讯院士；

1828年，瑞典皇家科学院外籍院士。

1801年托马斯·杨被任命为皇家研究院的自然哲学教授（主要是物理方面）。皇家研究院，英文名称Royal Institution，也有译成英国科学知识普及会，在普及科学知识方面起了很大作用。1802年起他开始举办讲座，两年间他在那儿作了91次演讲，讲座的题目包括了力学、制图、建筑、木工、音乐、数学、气体和液体的属性、光学、热、电、重力、光，等等。

Royal Institution的建筑

托马斯·杨讲稿里的彩色插页

此后，托马斯·杨花了四年时间将演讲稿整理成书，在1807年出版了“A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts”一书。直到现在这本书还被许多大型图书馆收藏，并被多次再版。书中提出的许多观点，如动能、杨氏模量等，至今也没有过时。