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羅塞塔石碑的破譯和托馬斯·楊

(2024-03-14 17:38:00) 下一個

羅塞塔石碑（Rosetta Stone）是大英博物館最著名的收藏品之一。碑身呈黑色，高112厘米，寬76厘米，外形不規則，顯然是一塊碑斷了後剩下的殘部。1798年拿破侖率艦隊遠征埃及，次年在築城堡時發現了這塊石碑，但後來法軍敗給英軍，石碑由英軍帶回英國，後由英王喬治三世贈給了大英博物館。

羅塞塔石碑

大英博物館導遊小冊子封麵，羅塞塔石碑被列為十件必看的展品之首

羅塞塔石碑上刻了三種不同的文字：古埃及的象形文字、埃及草書（demotic，又稱世俗體）和古希臘文。在石碑被發現的十八世紀末，古埃及的象形字已經失傳一千五百多年了，沒有人能識。但是石碑上的古希臘文當時有人可以解讀，而且碑上的古希臘文明確指出碑上的三段文字的內容是一樣的。因此，可以借助碑上的古希臘文來破譯、解讀碑上的古埃及象形文字。

但是實際上石碑在大英博物館放了二十年，碑上的古埃及文卻一直沒有被破譯。首先，石碑上的三組文字，都殘缺不全。其次，當時對古埃及文所知甚少，甚至不知道行文的方向是從左到右還是從右到左。直到一名叫托馬斯·楊（Thomas Young）的英國醫生在1814年開始研究石碑上的古埃及文字，破譯工作才邁出第一步。他最早的發現是古埃及文字裏有的符號是表音的（幫助發音的），很可能是表示人名的，可能是表示非埃及的統治者的，而且隻是出現在一種特殊的長環形的符號（cartouche）裏的。此後一位法國學者Antoine-Isaac Silvestre Silvestre de Sacy（1758-1838）繼續在這個領域裏探索，終於完全地破譯了古埃及文字。

看到這兒，想起材料力學裏有個物理量叫楊氏模量，英文是Young’s Modulus。

至於楊氏模量的定義，著名的《McGraw-Hill簡明科技百科全書》關於胡克定律是這樣說的：材料所受的應力（單位麵積所受的力）和材料在受力時所產生的應變（變形位移與材料長度之比）的比在彈性材料的彈性變形範圍內是一個定值，這個比值就稱為楊氏模量。楊氏模量可以用來衡量不同材料在受力情況下變形量的大小，在設計機械零件、建築構件時非常有用，所以在材料選擇、零件設計等等的工程設計手冊裏都可以找到不同工程材料的楊氏模量的值（在中文設計手冊裏被稱為抗拉彈性模量和剪切彈性模量）。

材料的應力-應變關係圖，曲線左端的直線部分的斜率即為楊氏模量

這裏所談到的楊氏跟前麵提到的破譯古埃及文字的托馬斯·楊是不是同一個人呢？畢竟當醫生、破譯古埃及文和在材料力學裏有一個以他的名字命名的物理量，好像是三個非常不同的領域。但是進一步查找之後我發現上麵所談到的三件事牽涉到的是同一個人，托馬斯·楊。他實在是一個非常不尋常的在許多領域都有建樹的人物，在英文出版物裏他被稱為polymath, 意思是博學多才的人。Andrew Robinson寫了一本書，“The Last Man Who Knew Everything”, 意思是”最後一個什麽都懂的人“，可見對他評價之高。

托馬斯·楊畫像

托馬斯·楊（Thomas Young, 1773-1829），生於英國Somerset 地方的Milverton, 是位於英國西南部的一個村莊。他是他家十個孩子裏最年長的。他聰明好學，十四歲時已經學會了希臘文、拉丁文、法文、意大利文和希伯來文等多種語言。他先進入愛丁堡大學醫學院，後轉入德國的哥廷根大學學習，並在1796年獲得醫學博士學位。1797年他進入劍橋大學，1799年在倫敦開辦了他自己的診所，開始行醫。為了維護他作為醫生的名聲，一部分他寫的非醫學方麵的學術論文都是匿名發表的。

1811年他成為聖喬治醫院的醫生。該醫院建立於1733年，至今仍是英國最大的教學醫院之一。

托馬斯·楊在科學方麵的發現最值得記載的是他對光的本質的研究。

人類很早就對光的本質進行了探討，在近代更有了很深入的研究。荷蘭物理學家惠更斯在十七世紀後期提出了光的本質是波。生於1635年的英國物理學家胡克（即本文提到的提出有關材料變形的胡克定理的那位胡克）也讚成光的本質是波。而英國科學家牛頓（1642-1727）則認為光是一種粒子。由於牛頓在英國科學界的地位，粒子學說在十八世紀占據了主導地位。托馬斯·楊開始對牛頓的粒子理論產生疑問，並於1801年進行了雙縫幹涉實驗。

實驗是這樣做的：把一個光源的光線射向一個有兩條窄縫的平麵，分成兩束光，照到一屏幕上，顯示出了光的幹涉現象，即在相位相同的地方，光是相互疊加的；在相位相反的地方，光是相互抵消的，因此才會出現明暗相間的條紋。

物理學裏關於幹涉是這樣說的，“如果兩列頻率相同、振動方向相同並且相位差恒定的波相遇，在交疊區域的某些位置上，振動始終加強，而在另一些位置上，振動始終減弱或抵消，這種現象稱為波的幹涉。” 托馬斯·楊由此證明光是一種波。

雙縫實驗示意圖

現在的說法是“光具有雙重性質，既有波動性，又有粒子性，稱為光的波粒二象性“。

托馬斯·楊在其他領域也作出了貢獻。

1804年托馬斯·楊用表麵張力解釋了毛細現象。1805年法國數學家拉普拉斯（拉普拉斯變換就是以他的名字命名的）也提出了有關毛細現象的理論。1830年，德國數學家高斯將兩人的發現歸納成了楊-拉普拉斯方程。

托馬斯·楊被稱為生理光學的創始人。他提出人眼的晶狀體可以由肌肉調節其曲率以對焦物體；視網膜上有三種神經纖維，分別對紅、黃、藍三種顏色敏感。醫學方麵，他對血液流動的動力學有研究。另外，他認為兒童用藥劑量跟成人的劑量不一樣，還提出了一個計算公式·。

英文裏energy這個詞的本意是活力，精力。英國物理學家麥克斯韋（麥克斯韋方程組）指出，托馬斯·楊第一個賦予這個詞物理學上的意義，定義為“作功的能力“ (the ability to do work)。我們的物理教科書裏就稱之為”能“或”能量“。

1771年出版的大英百科全書（Encyclopaedia Britannica）至今仍是世界上最權威的百科全書。自1816年至1825年托馬斯·楊為這套百科全書的第6版撰寫了63條目，內容涵蓋了橋梁、木匠工藝、語言、潮汐、重量與度量、凝聚現象、埃及等各種內容，以及23條人物傳記。

當時托馬斯·楊已經在行醫了。為了避免他的病人對他產生誤解，一部分他寫的百科全書條目和非醫學方麵的學術論文都是匿名發表的。

1818年，托馬斯·楊擔任了一個叫緯度測量委員會的機構的秘書和它下屬的航海年鑒的主管。緯度測量委員會的任務是鼓勵尋找一種有效的在海上測量船隻所在位置的有效方法。自1767年出版的航海年鑒則包括了大量的天文表格和航海使用的數據，是天文學家和航海的人必備的工具書。

作為一個醫生和科學家，托馬斯·楊還積極參與了各種科學社團活動。

英國皇家學會成立於1660年，是世界上曆史最悠久而至今一直在活動的學術團體。1794年托馬斯·楊被選為其會員；1802年他被任命為皇家學會的外事秘書（foreign secretary）。

此外，托馬斯·楊還是一些國外的科學社團的成員：

1822年，美國藝術與科學院外籍榮譽院士；

1827年，法國科學院外籍合作院士，荷蘭皇家藝術與科學院海外通訊院士；

1828年，瑞典皇家科學院外籍院士。

1801年托馬斯·楊被任命為皇家研究院的自然哲學教授（主要是物理方麵）。皇家研究院，英文名稱Royal Institution，也有譯成英國科學知識普及會，在普及科學知識方麵起了很大作用。1802年起他開始舉辦講座，兩年間他在那兒作了91次演講，講座的題目包括了力學、製圖、建築、木工、音樂、數學、氣體和液體的屬性、光學、熱、電、重力、光，等等。

Royal Institution的建築

托馬斯·楊講稿裏的彩色插頁

此後，托馬斯·楊花了四年時間將演講稿整理成書，在1807年出版了“A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts”一書。直到現在這本書還被許多大型圖書館收藏，並被多次再版。書中提出的許多觀點，如動能、楊氏模量等，至今也沒有過時。