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孟德尔

孟德尔 Gustav Kirchhoff

德国物理学家
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对比

人物简介

古斯塔夫·基尔霍夫(Gustav Kirchhoff,1824-1887),德国物理学家,光谱学和电路理论的奠基人之一。他提出了著名的基尔霍夫电路定律(电流定律KCL和电压定律KVL),是电路分析的基础;与本生共同发明光谱分析法,发现了铯和铷两种元素;提出基尔霍夫热辐射定律,是黑体辐射研究的开端,为普朗克量子假说的诞生铺平了道路。他的工作横跨电路理论、光学、热力学、光谱学多个领域,是19世纪最杰出的物理学家之一。

主要成就

光谱学创立;铯铷发现;基尔霍夫定律

详细介绍

古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫1824年3月12日出生于普鲁士柯尼斯堡(今俄罗斯加里宁格勒),父亲是一名律师。1847年在柯尼斯堡大学获物理学博士学位,先后在布雷斯劳大学、海德堡大学、柏林大学任物理学教授。 1845年,还是学生的基尔霍夫就提出了电路分析的两条基本定律:基尔霍夫电流定律(节点电流守恒)和基尔霍夫电压定律(回路电压守恒)。这两个定律加上欧姆定律构成了电路分析的完整基础,至今仍是电气工程教育的核心内容。 1854年基尔霍夫到海德堡大学任教,与化学家罗伯特·本生开始了著名的合作。他们在研究金属盐在本生灯火焰中的发光现象时发现,每种元素都有独特的光谱线,可以像指纹一样识别元素。1859年他们发明了光谱分析仪,并在此后几年用这一方法发现了铯(1860年)和铷(1861年)两种新元素。光谱分析法开创了天体化学的新纪元——人类首次可以通过分析星光确定遥远恒星的化学成分。 同年(1859年),基尔霍夫提出了热辐射的基尔霍夫定律:在热平衡状态下,任何物体的发射率等于其吸收率。他进一步引入了黑体概念——完全吸收入射辐射的理想物体,并证明黑体辐射谱仅取决于温度,与材料无关。这一定律是理解热辐射的关键,直接引导了普朗克1900年提出量子假说解决黑体辐射问题,标志着量子论的诞生。 基尔霍夫还在弹性力学(基尔霍夫板理论)、光学衍射等领域有重要贡献。他的四卷本《数学物理讲义》是19世纪物理学的经典教材。由于长期残疾(1860年代后他必须靠拐杖或轮椅行动),1887年10月17日在柏林去世,享年63岁。

人物启示

孟德尔揭示遗传基本规律的过程表明,任何一项科学研究成果的取得,不仅需要坚韧的意志和持之以恒的探索精神,还需要严谨求实的科学态度和正确的研究方法。

人物生平

1822年7月20日,孟德尔出生在奥地利帝国西里西亚(现属捷克)海因策道夫村的一个贫寒的农民家庭里,父亲和母亲都是园艺家(外祖父是园艺工人)。孟德尔的父亲曾参加过几次对抗拿破仑的战役,战事结束后回到故乡务农,经营果园。孟德尔童年时受到园艺学和农学知识的熏陶,对植物的生长和开花非常感兴趣。孟德尔常在园中帮忙父亲,培养了对植物的兴趣和后来探索遗传法则的动机。孟德尔在父亲的鼓励下,从小就表现出过人的资质,成绩也一直名列前茅。孟德尔半身像

1840年他考入奥尔米茨大学哲学院,主攻古典哲学,但他还学习了数学。

1843年因家贫而辍学,同年10月年方21岁的孟德尔进了布隆城奥古斯汀修道院,并在当地教会办的一所中学教书,教的是自然科学。他由于能专心备课,认真教课,所以很受学生的欢迎。但在1850年的教师资格考试中,因生物学和地质学的知识过少,孟德尔被教会派到维也纳大学深造,受到相当系统和严格的科学教育和训练,也受到杰出科学家们的影响,如多普勒,孟德尔为他当物理学演示助手;又如依汀豪生,他是一位数学家和物理学家;还有恩格尔,他是细胞理论发展中的一位重要人物,但是由于否定植物物种的稳定性而受到教士们的攻击。这些为他后来的科学实践打下了坚实的基础。孟德尔经过长期思索认识到,理解那些使遗传性状代代恒定的机制更为重要。

1856年,从维也纳大学回到布鲁恩不久,孟德尔就开始了长达8年的豌豆实验。孟德尔首先从许多种子商那里弄来了34个品种的豌豆,从中挑选出22个品种用于实验。它们都具有某种可以相互区分的稳定性状,例如高茎或矮茎、圆粒或皱粒、灰色种皮或白色种皮等。

孟德尔通过人工培植这些豌豆,对不同代的豌豆的性状和数目进行细致入微的观察、计数和分析。运用这样的实验方法需要极大的耐心和严谨的态度。他酷爱自己的研究工作,经常向前来参观的客人指着豌豆十分自豪地说:“这些都是我的儿女!”

8个寒暑的辛勤劳作,孟德尔发现了生物遗传的基本规律,并得到了相应的数学关系式。人们分别称他的发现为“孟德尔第一定律”(即孟德尔遗传分离规律)和“孟德尔第二定律”(即基因自由组合规律),它们揭示了生物遗传奥秘的基本规律。

孟德尔开始进行豌豆实验时,达尔文进化论刚刚问世。他仔细研读了达尔文的著作,从中吸收丰富的营养。保存孟德尔遗物之中,就有好几本达尔文的著作,上面还留着孟德尔的手批,足见他对达尔文及其著作的关注。

起初,孟德尔豌豆实验并不是有意为探索遗传规律而进行的。他的初衷是希望获得优良品种,只是在试验的过程中,逐步把重点转向了探索遗传规律。除了豌豆以外,孟德尔还对其他植物作了大量的类似研究,其中包括玉米、紫罗兰和紫茉莉等,以期证明他发现的遗传规律对大多数植物都是适用的。

从生物的整体形式和行为中很难观察并发现遗传规律,而从个别性状中却容易观察,这也是科学界长期困惑的原因。孟德尔不仅考察生物的整体,更着眼于生物的个别性状,这是他与前辈生物学家的重要区别之一。孟德尔选择的实验材料也是非常科学的。因为豌豆属于具有稳定品种的自花授粉植物,容易栽种,容易逐一分离计数,这对于他发现遗传规律提供了有利的条件。

孟德尔清楚自己的发现所具有的划时代意义,但他还是慎重地重复实验了多年,以期更加臻于完善、1865年,孟德尔在布鲁恩科学协会的会议厅,将自己的研究成果分两次宣读。第一次,与会者礼貌而兴致勃勃地听完报告,孟德尔只简单地介绍了试验的目的、方法和过程,为时一小时的报告就使听众如坠入云雾中。

第二次,孟德尔着重根据实验数据进行了深入的理论证明。可是,伟大的孟德尔思维和实验太超前了。尽管与会者绝大多数是布鲁恩自然科学协会的会员,其中既有化学家、地质学家和生物学家,也有生物学专业的植物学家、藻类学家。然而,听众对连篇累牍的数字和繁复枯燥的论证毫无兴趣。他们实在跟不上孟德尔的思维。孟德尔用心血浇灌的豌豆所告诉他的秘密,时人不能与之共识,一直被埋没了35年之久!讨论孟德尔的遗传定律豌豆实验图解

豌豆的杂交实验从1856年至1864年共进行了8年。孟德尔将其研究的结果整理成论文《植物杂交试验》发表,但未能引起当时学术界的重视。其原因有三个。

第一,在孟德尔论文发表前7年(1859年),达尔文的名著《物种起源》出版了。这部著作引起了科学界的兴趣,几乎全部的生物学家转向生物进化的讨论。这一点也许对孟德尔论文的命运起了决定性的作用。孟德尔修士

第二,当时的科学界缺乏理解孟德尔定律的思想基础。首先那个时代的科学思想还没有包含孟德尔论文所提出的命题:遗传的不是一个个体的全貌,而是一个个性状。其次,孟德尔论文的表达方式是全新的,他把生物学和统计学、数学结合了起来,使得同时代的博物学家很难理解论文的真正含义。

第三,有的权威出于偏见或不理解,把孟德尔的研究视为一般的杂交实验,和别人做的没有多大差别。

孟德尔晚年曾经充满信心地对他的好友,布鲁恩高等技术学院大地测量学教授尼耶塞尔说:“看吧,我的时代来到了。”这句话成为伟大的预言。直到孟德尔逝世16年后,豌豆实验论文正式出版后34年,他从事豌豆试验后43年,预言才变成现实。

1900年,来自荷兰的德弗里斯、德国的科伦斯和奥地利的切尔马克同时独立地“重新发现”孟德尔遗传定律,该年因此成为遗传学史乃至生物科学史上划时代的一年。从此,遗传学进入了孟德尔时代。孟德尔的实验

通过摩尔根、艾弗里、赫尔希和沃森等数代科学家的研究,已经使生物遗传机制——这个使孟德尔魂牵梦绕的问题建立在遗传物质DNA的基础之上。

随着科学家破译了遗传密码,人们对遗传机制有了更深刻的认识。人们已经开始向控制遗传机制、防治遗传疾病、合成生命等更大的造福于人类的工作方向前进。然而,所有这一切都与圣托马斯修道院那个献身于科学的修道士的名字相连。

除了进行植物杂交实验之外,孟德尔还从事过植物嫁接和养蜂等方面的研究。此外,他还进行了长期的气象观测,他生前是维也纳动植物学会会员,并且是布吕恩自然科学研究协会和奥地利气象学会的创始人之一。

1.正确选用实验材料。豌豆是严格的闭花自花授粉植物,在花开之前即完成授粉过程,避免了外来花粉的干扰。豌豆具有一些稳定的、容易区分的性状,所获实验结果可靠。

2.应用统计学方法分析实验结果。

3.从单因子到多因子的研究方法。对生物性状进行分析时,孟德尔开始只对一对性状的遗传情况进行研究,暂时忽略其他性状,明确一对性状的遗传情况后再进行对2对、3对甚至更多对性状的研究。

4.合理设计实验程序。如设计测交实验来验证对性状分离的推测。

相关评论

孟德尔的研究为什么被忽视

孟德尔的文章明确流畅,他的学说简单质朴,而且发表的时间(1866)正是迫切需要这种学说的时候,因而他的工作为什么长期完全被忽视确实是一个费解的谜。说世界还没有作好接纳它的准备这种肤浅的答案根本就不是什么答案。如果孟德尔作好了准备,那么别的人又为什么没有。这个问题十分重要,它表明思想史中的某些基本原则应当更加仔细地进行研究。孟德尔的工作长期被忽略的可能原因是什么?

重大影响

这位生前默默无闻的先驱又重新获得了高度评价,他的论文也被公认为开辟了现代遗传学。孟德尔

基本信息

所属机构
海德堡大学
职务
教授
学历背景
哥尼斯堡大学
出生日期
1824年
国籍
德国
研究领域
光谱学

荣誉称号

英国皇家学会外籍院士光谱分析法发明者之一基尔霍夫电路定律基尔霍夫热辐射定律铯和铷元素发现者黑体概念引入者

知识图谱

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