托马斯·杨(英文:Thomas Young,1773年6月13日-1829年5月10日 ),是英国医生、物理学家,光的波动说的奠基人之一。

托马斯·杨自幼记忆力较好,9岁便能够自制一些简单的物理仪器,至14岁时已学会拉丁语、希腊语法语波斯语等语言。杨成年后选择学医,先后在伦敦圣巴塞罗缪医学院、爱丁堡医学院、哥廷根大学剑桥大学伊曼纽尔学院学医。期间,杨证明了眼睛适应不同距离的物体是靠改变眼球水晶体的曲度来实现,并成为伦敦皇家自然知识促进学会会员以及哲学博士。1800年,杨发表论文《在声和光方面的实验和问题》,并提出声和光都是波的传播等观点。次年,其被任命为皇家研究所的自然哲学教授。1801年到1804年,杨完成了对干涉现象的研究工作,还被任命为皇家学会的外事秘书。1807年,杨关于光的理论的研究结果发表在《自然哲学和力学技术》一书内,并引进材料的弹性模量。次年,其获得剑桥大学的医学博士学位。1813年,杨从事四大文明古国文字的破译工作,并取得一定成果,后于1814年宣布退出医务界,专心从事科研工作。1829年5月10日,杨因病逝世,享年56岁,后被葬于威斯敏斯特教堂

杨作为一位博学多才的人,他在力学、光学、语言学、医学等方面都有一定的成果。他还对艺术、美术、音乐饶有兴趣,能演奏多种乐器,而且会制造天文器材,还研究过保险和经济问题。而且杨的工作随后得到奥古斯丁-让·菲涅耳(Augustin-Jean 奥古斯丁·菲涅耳)的支持。其中,杨建立克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)的波动理论,与艾萨克·牛顿(Isaac Newton)的粒子理论相对立。此外,杨的工作还影响了威廉·赫歇尔(William Herschel)、赫尔曼·冯·亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)、詹姆斯·麦克斯韦( James Clerk Maxwell)和阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)等人的工作。现代英国作家安德鲁·罗宾森(Augustin-Jean Fresnel)誉他为“世界上最后一个什么都知道的人”。

人物生平

早年经历

1773年6月13日,杨出生于英国的米尔维顿,其出身于教友会会员的家庭。杨自幼记忆力较好,他2岁便会阅读,4岁能背诵英文和拉丁文诗歌,6岁把圣经读了两遍,9岁时已经能够自制一些简单的物理仪器。至14岁期间,杨在学校学习了拉丁语和希腊语的同时,又学了法语、古欧语、波斯语阿拉伯帝国等其他语言。中学时期,杨喜欢生物学,同时自学了微积分并自制出显微镜和望远镜,还读过艾萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》和安托万-洛朗·德·拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier)的《化学纲要》以及其他一些科学著作。

受到医生叔父的影响,杨成年后选择学医。其叔父去世时给他留下一大笔遗产,包括房子、藏书、艺术精品和上万英镑现款。19岁时,杨前往伦敦圣巴塞罗缪医学院学医,并跟随外科医生约翰·亨特(John Hunter)在伦敦研究生理光学的问题。1793年,其发表了论文《对视觉过程的观察》,并因此成为伦敦皇家自然知识促进学会会员。21岁时,杨转学到爱丁堡医学院,并证明了眼睛适应不同距离的物体是靠改变眼球水晶体的曲度来实现。

1795年,杨来到哥廷根大学学医,并取得哲学博士学位。1797年,杨回到英国,进入剑桥大学伊曼纽尔学院继续攻读医学。同年,他继承了曾祖父理查德·布洛克斯比的财产,使他经济独立。1799年,杨在剑桥大学完成了医学学位,并在伦敦威尔贝克街48号建立了自己的医生职业(现在有一块蓝色牌匾记录)。此外,杨还匿名发表了许多学术文章,以此保护他作为医生的声誉。

研究经历

1800年,杨继续进行生理光学的研究,并进行相应的实验。同年,杨发表了论文《在声和光方面的实验和问题》,他认为,声和光都是波的传播,光是发光以太中类似于声波的纵振动;颜色和不同频率的声音是一样的。1801年,杨被任命为皇家研究所的自然哲学教授,其在皇家学院的Bakerian讲座上作了题为“光和色的理论”的讲演,其中首次提出了声波的叠加原理。1801年到1804年,杨完成了对干涉现象的研究工作。其于1801年提出他所发现的干涉现象的定律,即凡是同一光线的两部分沿不同路径行进,而且方向准确地或接近于平行,那末当光线的路程差等于波长的整数倍时,光线互相加强,而在相干部分的中间态上,光线为最强;这波长对各种不同颜色的光是各不相同的。同时,杨还完成了知名的杨氏干涉实验,该实验至今仍是演示光的干涉现象的经典实验。1802年,杨被任命为皇家学会的外事秘书。次年,杨因担心教授的职责会影响自己的医疗实践,便辞去了皇家研究所的教授职务。

1803年,杨在《物理光学的实验和计算》一文中把干涉原理应用于解释衍射现象。他认为衍射条纹是直接通过衍射缝的光和边界波之间的干涉产生的。在这篇论文中,杨阐述他所发现的紫外光的干涉现象,并作出了一个重要的新结论:光从更密的媒质反射时,它的波相改变半波长(即半波损失)。同年,杨再次在皇家学院Bakerian讲座上作了关于光波学说的讲演。但杨的光波学说基于实验观测,没有严格的数学理论支持,也没能给出明确的数学公式。

1807年,杨关于光的理论的研究结果发表在《自然哲学和力学技术》一书内。同年,杨在能量原理的研究中,创造了“能”这个词,用以表示戈特弗里德·莱布尼茨所述的“活力”(动量)。此外,杨引进了材料的弹性模量,即现在通用的杨氏弹性模量(Young's modulus),用来表征在弹性限度内应力与应变的比值,它仅取决于材料本身的物理性质。1808年,杨接受剑桥大学的医学博士学位。1811年,杨成为圣乔治医院的医生,并于1814年参加了一个委员会。自1813年起,杨开始了对罗塞塔石碑上古埃及文字的破译工作,并取一定成果,例如他根据碑文中鸟和动物的朝向,发现了象形文字符号的读法。由于杨在破解埃及文字这方面的成果,诞生了一门研究古埃及的新学科。次年,杨退出医务界,专心从事他的科研工作。1816年,杨成为委员会的秘书,负责确认秒摆的精确长度(一个摆动周期正好为2秒的摆的长度),并于1818年成为经度委员会的秘书和英王皇帝航海年历的办公室的主管。

中年的杨曾为一家大保险公司担任过统计检察官,并被任命为《航海天文历》的主持人,其间做了不少天文学和航海援助的研究和管理工作。作为一位学者,他受邀为《不列颠百科全书》撰写过40多位科学家的传记及繁多的科学名词条目,涉及诸如桥梁、木工、色料、埃及、语言、潮汐和度量衡等领域。1822年,杨被选为美国艺术与科学院的外籍荣誉会员,而且在他临近去世前的几年里,他对人寿保险产生兴趣。1827年,杨当选为法国科学院外籍院士。同年,他又当选为荷兰皇家学会的一等通讯会员。1828年,杨成功被选为瑞典皇家科学院的外籍会员。

逝世

1829年5月10日,托马斯·杨因心脏动脉硬化不治,在伦敦离世,享年56岁,后被安葬在威斯敏斯特教堂

主要成就

托马斯·杨研究过力学、数学、光学、声学热学、生理光学、医学、船舶工程天文学地球物理学、语言学、动物界埃及学等,还精通绘画和音乐,主要成就如下:

光的波动理论

杨受水波中干涉现象的启发,通过著名的杨氏双缝干涉实验,成功演示了光的干涉现象,并在干涉的基础上解释了光的衍射的现象,杨氏干涉实验为光的波动说奠定基础。杨用这个实验首先引入干涉概念论证了波动说,又利用波动说解释了牛顿环的成因和薄膜的彩色。1801年他引入叠加原理,把克里斯蒂安·惠更斯的波动理论和艾萨克·牛顿的色彩理论结合起来,成功地解释了规则光栅产生的色彩现象。1803年,他又用波动理论解释了障碍物影子具有彩色毛边的现象。

杨在论文《相对于物理光学的实验和计算》中描述了这样一个实验:将一张尺寸约为0.85毫米的卡片放在来自单个开口窗户的光束中,并观察阴影和卡片侧面的颜色边缘,他发现将另一张卡片放在窄条的前面或后面,以防止光束照射到其边缘之一,会导致条纹消失,这支持了光是由波组成的论点。1820年他用比较完善的波动理论对光的偏振作出了比较满意的解释,认为只要承认光波是横波,必然会产生偏振现象。

杨氏模量

杨对弹性力学有深入研究。他在1807年引进了材料的弹性模量,就是现在通用的杨氏弹性模量(Young's modulus),用来表征在弹性限度内应力与应变的比值,它仅取决于材料本身的物理性质。杨也认识到剪力是一种弹性变形,称之为横推量,并注意到材料对剪切的抗力不同于材料对拉伸或压缩的抗力。

杨氏模量就是一种最常见的弹性模量,其建立在胡克定律基础上。它表征了材料的物理性质,其大小标志了材料的刚性:杨氏模量越大,越不容易发生形变。杨的主要力学著作有《自然哲学讲义》《自然哲学与机械工艺课程》《拉普拉斯天体力学原理阐明》。

视觉和色彩理论

杨奠定了生理光学的基础,提出了眼睛观察不同距离的物体是靠改变眼球水晶体的曲度来调节的观点,这是最早的眼睛光学原理的解释。他还提出人们对于颜色的辨别是由于视网膜上有几种不同结构,分别感受红、蓝、黄光线的设想。他建立了三原色原理,认为一切色彩都是由红、绿、蓝三种原色按不同比例混合而成的,该原理已成为现代颜色理论的基础。

杨-拉普拉斯方程

1804年,杨根据表面张力原理发展了毛细管现象理论。次年,物理学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)发现了月形装置的半径与毛细作用有关。一直到1830年,约翰·卡尔·弗里德里希·高斯(Carl Fridrich Gauss)在这两人研究的基础上,推导出杨-拉普拉斯(Young-Laplace)方程,用来描述跨越两个分子之间的界面所承受的毛细管压差流体

杨氏方程和杨-杜普雷方程

杨推导出一个方程,即杨氏方程(Young方程),该方程可以用来描述液滴在平面固体表面上的接触角自由表面的能量、界面自由能和液体的表面张力之间的关系。该方程式后来由两位杜普雷(Anthanase Dupré and Paul Dupré)推广到热力学效应,发展成杜普雷方程(Young-Dupré方程)。

语言文字

杨·杨曾对近400种语言做过比较,并在1813年提出了“印欧语系”的分类。此外,杨还研究罗塞塔石碑上的古埃及文字,他解读了碑文中下部的86行文字,破译了13位王室成员中的9个名字,同时还指出碑文上部象形文字符号的正确读法。他的墓碑上还刻有“他最先破译了数千年来无人能够解读的四大文明古国文字”的碑文。

医学

杨的医学贡献主要在血流动力学方面,先后出版了多部著作。其于1973年出版了《对视觉过程的观测》、1813年出版《医学文献介绍及实用疾病分类学》《实践鼻科》、1815年出版了《虚损类病的历史和治疗》等著作。

学术论著

论文

著作

个人生活

婚姻状况

1804年,杨与伊丽莎·麦克斯韦结婚,虽然两人没有孩子,但婚姻幸福美满。

宗教观点

关于杨的宗教观点有很多说法,例如英国数学家乔治·皮科克(George Peacock)称杨从未和他谈论过关于道德、形而上学或宗教的事情;杨的妻子称其曾表明“他的贵格会教养强烈影响了他的宗教实践”。但是杨在去世的前一天,他参加了宗教圣礼。苏格兰科学家大卫·布鲁斯特(David Brewster)在《爱丁堡科学杂志》中报道称其在了解了一些有关杨的信息以及有关他手中的圣象文件的一些指示后,他发现杨本人声称他的宗教感情是自由的,尽管他广泛研究圣经,但其中的戒律早就深深地印在了他的脑海中,并且他以坚定的态度证明了他的信仰。

大无畏精神

十八世纪,大部分人都接受艾萨克·牛顿关于光是由一道直线运动的粒子组成的观点,杨在这种情况下,把克里斯蒂安·惠更斯的光的波动说重新提出来,是需要很大勇气的。他曾声称:“尽管我爱慕牛顿的大名,但我并不因此非得认为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错,而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”这段发言,充分显示了其藐视权威的大无畏精神。

人物争议

杨的成果曾经也受到了争议。其《自然哲学讲义》出版后,其中的理论没有立即得到科学界的承认,直到奥古斯丁·菲涅耳提出他的波动理论后,杨才获得应有的荣誉,物理学家丁铎尔后来议论说:这个有才干的人的才智,被他的同胞的评头评足而埋没了整整二十年,也许这正是波动光学迟迟才得到复兴的原因之一。此外,杨对于四大文明古国文字的研究也曾不被认可。其在研究古埃及文字时,因他所使用的对照材料有抄写错误,便中途放弃了研究。法国学者让-弗朗索瓦·商博良(Jean-François Champollion)在读到这些成果以后,抛弃了之前主张的世俗体是单纯象形文字的观点,吸收杨的成果,于1824年前后真正破解了古埃及的圣书体文字、世俗体文字,一举奠定了埃及学的基础。但商博良一直坚称他的研究是自己独立作出的,没有杨的功劳,引起了不小的争议。后来,学者们发现商博良于1819年写给哥哥的一封信中,他曾提醒其哥哥快去注意杨在《大不列颠百科全书》上发表的重要成果。自此,杨在破解古埃及文字过程中的关键性作用终于获得公认。

人物评价

托马斯·杨的墓志铭:“... a man alike eminent in almost every department of human learning”(译为:一个在人类求知的几乎每个领域中都享有崇高地位的人)。

英国皇家研究所的同事戴维爵士评:如果托马斯·杨专门从事无论哪一门研究,都必然会在这个分支中执牛耳,即使同时身为杰出的数学家、语言学家兼象形文字学家,也仍是卓越的。可以说他无所不知。

中国科学院半导体研究所评:托马斯·杨不仅是一个什么都知道的人,还是一个什么都会的人。

现代英国作家安德鲁·罗宾森评:托马斯·杨是世界上最后一个无所不知的人。

家庭关系

后世纪念

杨的名字被用作伦敦托马斯·杨中心的名字,这是一家由伦敦研究人员组成的跨学科联盟。该联盟主要通过材料理论和模拟来应对社会和工业的挑战。此外,英国探险家威廉·斯科尔斯比(William Scoresby)以托马斯·杨的名字命名了格陵兰东部的Young Sound(位于东格陵兰国王克里斯蒂安十世王地的具有峡湾结构的海洋通道)。

参考资料

托马斯·杨——最后一个什么都懂的人.微信公众平台.2024-04-30

Thomas Young.MacTutor.2024-05-22

托马斯·杨:一位全能型学者.知识分子.2024-04-30

The last man who knew everything : Thomas Young, the anonymous polymath who proved Newton wrong, explained how we see, cured the sick, and deciphered the Rosetta stone, among other feats of genius.archive.2024-05-22

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Thomas Young.amacad.2024-05-22

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Thomas Young (1773-1829).archive.2024-05-22

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Light – waves and photons.LEIDEN INSTITUTE OF PHYSICS.2024-05-22

托马斯·杨:无敌是多么寂寞.微信公众平台.2024-04-30

About TYC.THOMAS YOUNG CENTRE.2024-05-22

Place names, northern East Greenland.geus.2024-05-22