多普勒,一个“令人发指”的天才,却一生都忙着找工作……

百家 作者:大数据文摘 2022-02-19 13:13:57 阅读:394

大数据文摘授权转载自果壳

作者:炖着蘑菇的小鸡


你可能听过“多普勒效应”,却未必知道多普勒本人是个多“令人发指”的天才。22岁时,他花了短短4年,学了拉丁语、法语、意大利语、英语,还有哲学和会计,平时在大学教数学物理,闲了再写写文章作作诗。一切顺风顺水。直到找工作时——他竟然被拒了!


从多普勒效应讲起


1845年,荷兰乌特勒支省一条刚竣工两年的铁路旁,出现了一拨号手。其中一名号手在火车头里,其余的人分布在站台上。火车一边经过,他们一边演奏。


如此热闹的场景,实际上是荷兰科学家Buys Ballot在做实验,因为他对于3年前横空出世的多普勒效应表示不服!


实验结果则是:火车接近号手的时候,车上人听到的号声会高半个调;远离乐队时,又低了半个调。


他大费周章从政府那里借来了火车头,甚至亲自坐进了火车头里听声音,试图推翻这个所谓的多普勒效应。结果不出意外,Buys Ballot亲自体验并证实了多普勒效应确实存在……(来源:[3])


实验中用到的火车头的模型,名为“Hercules”。来源:AN HISTORICAL NOTE  DOPPLER RESEARCH IN THE NINETEENTH CENTURY


所谓多普勒效应,指的是如果信号源和接受者之间有相对运动,那么接收端接收到的信号频率将发生变化:相向运动则频率增加,反向运动则频率降低。我们每次听到救护车/警车呼啸而过的“呜啊呜啊”声,都有多普勒效应在起作用。


所以多普勒效应只能用来听个响儿吗?不!公路上的测速雷达,医学上的彩超用的都是这个原理。在宇宙学研究中,多普勒效应也大放异彩,研究遥远天体的运动不再是不可能的事情。它甚至还引出了颠覆人们世界观的理论:著名的“宇宙大爆炸理论”——星系都在互相远离,宇宙处于不断膨胀的状态。


虽然多普勒效应有着极大的知名度,但多普勒本人的经历却鲜有人知道——甚至他的全名都曾被谬传了许久,甚至他的大半生都是在被拒绝中度过的,甚至提出多普勒效应的当天,会场下面只坐了6个人。


多普勒肖像


身体虚弱、头脑发达


多普勒出生于一座极具人文艺术气息的城市——奥地利萨尔茨堡。每年都会有无数游客纷至沓来,漫步于萨尔茨堡的巴洛克式老城中。城堡、大教堂、音乐厅和博物馆一同构成了这个城市的迷人剪影。欧洲最伟大的古典主义音乐家之一莫扎特就是出生于此,因而他的故居也成为了游客们必刷的景点。


游客在参观莫扎特故居时,相当于也在不知不觉中参观了一位大科学家的故居:因为多普勒家就在莫扎特家的隔壁(虽然年代差了那么几十年吧)。


1803年11月29日,在莫扎特故居隔壁的石匠家里,又增添了一名成员——克里斯蒂安·安德烈亚斯·多普勒。


P.S. 在很多传记和记录当中,多普勒的名字都被谬传成了他哥哥的名字“克里斯蒂安·约翰·多普勒”。一传十十传百,就这么一直错了下去。



多普勒本人也不怎么用他自己的中间名,即使是在正式文件当中——比如布拉格的家庭登记表、结婚证等等上,他一般也只写“多普勒”或者“克里斯蒂安·多普勒”。


图源丨giphy


作为家中的次子,多普勒本应该接手祖传的石匠手艺,可惜他自幼体弱,并不适合石匠这种需要大量体力劳动的工作。于是父亲就让他在学习这条路上一直走了下去,说不定学成之后还能回来帮着照看下家里的业务。在数学老师极其热情的建议下,1822年多普勒被送到帝国皇家理工学院(即如今的维也纳科技大学),学习数学、力学、物理。


1820~1821年,多普勒在奥地利林兹市的这所学校上学。来源:[1]


在维也纳呆了两年多之后,他于1825年1月回到了萨尔茨堡,决定在学会继续完成正式的教育。多普勒开挂一般的才华和天分在这个阶段体现的淋漓尽致:


他只用了一半的时间就学完了6个学期的课程;随后又花了两年学完了哲学的必修课,还跟着当地商人学商贸和会计;同时他也在学拉丁语、法语、意大利语、英语,后来他的意大利语说得贼溜;他赚生活费的方式则是在圣鲁珀特大学教数学和物理;他还偶尔写诗写文章,拿去投稿发表。


1829年,完成了哲学学习之后,已(刚)然(刚)26岁的多普勒启程去了维也纳。


天才少年接连被拒


之前提过,多普勒在1825年1月回到了萨尔茨堡,住了4年。其实1825年,多普勒曾向维也纳的一位教授申请了高等数学的助理职务。1825年10月,教授在报告中高度评价了多普勒的数学成绩并指出:


“这段时间你一直在萨尔茨堡学别的东西,谁知道你现在数学水平啥样啊!”


换个说法,多普勒被拒了。


这是有记录的多普勒收到的第一封拒信,但这只是他被拒生涯的开端。


1829年6月,多普勒不死心,又一次申请了帝国皇家理工学院高等数学的教授助理。在老师的青睐之下,这回多普勒成功上岗,后来还被允许教授基础数学课赚点外快。


1823年的维也纳帝国皇家理工学院。来源:Johann Pezzl's Neueste Beschreibung von Wien. Sechste Auflage, 1823.


然而到了1833年年初,多普勒眼瞅着就要奔30了,他的助教工期也马上就要结束。怎么办?接着投简历吧!


3月份的时候他就申请了布拉格皇家学校的教职,但后续的消息仿佛石沉大海……


刚好意大利东北部的帝国航海学院在招教授,面试笔试地点也正好就在维也纳理工学院。多普勒兴冲冲跑去参加了,然后6月份的时候又被拒了……


直到10月份离开维也纳,多普勒都没拿到一份offer。随后的1834年成为了他人生的低谷,他不断地申请,不断的被拒。最后不得不委身一家棉纺工厂当会计。


1833年左右,棉纺工厂里的场景。来源:[1]


1834年底,在经历了无数次失败后,多普勒动了去美国的心思。他和哥哥一起去了一趟慕尼黑,和美国领事讨论能不能在美国谋到一份工作。为了给美国之行凑钱,多普勒还变卖了自己的大部分财物,连书都卖掉了。


偏偏在最绝望的时候,工作又主动找上门了,而且还是双喜临门——一份是在瑞士伯尔尼的中学里当教授;另一份是布拉格州立中学的教授职位。


尽管瑞士的那份工作工资更高,但他出于对祖国的热爱还是选了布拉格(布拉格当时还属于奥地利帝国)。布拉格这份工作一共有14个人申请,他以全优的成绩通过了所有的考核。他尤其擅长数学问题,他的讲课也被评价为“好,易于理解”。


拿到了offer,多普勒也就放弃了去美国的想法,余生也没离开奥地利帝国。


1815年时奥地利帝国的版图


1835年,多普勒来到布拉格当上了正式的老师,工资也还算可以,第二年他就娶了媳妇儿生了娃。不过他们夫妻俩都不怎么喜欢布拉格,觉得“不太舒服”。更详细原因后文会提到。总之,多普勒一直在寻找跳槽的机会——他又要面临找工作了!


多普勒的妻子,萨尔茨堡一个金银匠的女儿Mathilde Sturm。来源:多普勒基金会


1837年5月,他参加了维也纳理工学院高等数学教授的面试和考试,失败;


在1836年4月到1837年8月期间,多普勒还申请了3次,均失败;


在别人的推荐下,多普勒申请成为波西米亚皇家科学学会的会员,差点被拒——但,他以7票赞成5票反对的结果涉险过关,成为了准会员。


为什么这么有才华的多普勒会不断被拒?他的孙子说,爷爷在这种需要竞争的氛围当中,总因缺乏勇气而落于下风。


直到1847年,多普勒盼了十年的离开布拉格的机会终于来了。现如今位于斯洛伐克的矿林大学的数理力学教授职位空缺了出来。当年12月,多普勒奔赴新职位。


艰难的布拉格岁月


在布拉格期间,对多普勒来说可能还有点慰藉的就是学生们送给他的礼物了:一幅平板印刷照片的原本。这就是多普勒流传最广的那张肖像画,上面写着:“布拉格理工学院1839-1840年班,出于感激和尊敬所赠”。


Austrian National Library, Vienna


上文提到,1835年时32岁的多普勒成为了布拉格州立中学的教授,这也是他的第一份正职工作;他还被委任为布拉格理工学院的候补教授;同年,他还发了3篇论文。


有妻儿陪伴,事业也终于有了起色,但是沉重的工作负担却让他根本开心不起来:他每周要给400名学生上8节课,还得自己批作业。


拉格期间的多普勒发表的第一篇文章。来源:[1]


多普勒还总是担心,自己没法养活一家子7口人。


在拥挤的小教室里给那么多人上课,他本就孱弱的身体一点点地被压垮了。从布拉格开始,多普勒就已肺病缠身,也或许,这要追溯到他年幼时就十分虚弱的体格——不仅将他送上了学术道路,也让他在这条道路上走不了太久。


1841年3月,多普勒被任命为布拉格理工学院的正式教授,他的工作负担进一步加重。


现在的布拉格理工学院。当年多普勒就是在二层楼给学生们上课。来源:[1]


日益虚弱的他要批阅800名学生的报告,此外在皇家科学学会那边他还有事要做。不过科研则是布拉格少有的能令他开心的事了。他强忍着疾病和疲劳,经常在深夜工作。


闪耀的多普勒效应


想象一下船只在河流中航行的场景:


和顺流的船相比,逆行的船会被浪打更多次。既然这个结论在水波里是成立的,那么为什么不试着把它套用到其他的波上呢?


当年多普勒就是在论文中使用了这样形象的类比,从光的波动理论开始入手。


1842年,多普勒在皇家科学学会的自然科学会议上,公布了自己的著作《关于双星还有天上其他星体的色光问题》。文中提出了“多普勒效应”。随后,他名扬天下。但当时多普勒演讲时,台下只有6名观众,包括一名记录员。


当天的会议记录。记录员一开始还把月份错写成了6月,后来划掉改成了5月。来源:[2]


“多普勒理论”并不是靠实验观测得出的,他只做了理论工作。100多年前James Bradley的光行差畸变理论给了他很大的启发(Bradley把视差解释为由于地球上观测者的运动造成的),他在论文中也多次引用。


普勒赖以成名的论文


虽然多普勒的理论大体上是对的,对于声波的例证也是对的,但关于星星颜色的解释却并不那么正确。现在看来,多普勒效应对星体发光的影响极为微小,以当时的仪器根本无法测量。


接下来的这几年也是多普勒学术生涯最高产的阶段,而他的呼吸疾病也加重了。医生建议他,“要是不想因为过度消耗气管而挂掉的话,最好还是别讲课了。”但多普勒一直坚持,直到1845年严重的咽喉结核让他难以发声。


1844年夏天,为了能在6月赶去萨尔茨堡治疗自己日益恶化的病症,他的课程提早考试;而严苛的分数也让愤怒的家长们纷纷抗议。无奈之下,学校只能宣布考试成绩无效。


本来这不算多大个丑闻,但对于敏感而内向的多普勒来说,这件事促使他决定尽快离开布拉格。


安享余生?不存在的


1847年离开布拉格以后,多普勒前往矿林大学担任教授(当时属于奥地利帝国的匈牙利,现今属于斯洛伐克)。这次迎接他的不是被拒,而是1848年欧洲革命舞台的匈牙利分会场……


多普勒一入职、就感觉到了匈牙利紧张的政治局势。就在他打算夏天出去避一避的时候,匈牙利人民起义了!


1848年的革命形势 来源:thinglink.com


据多普勒的儿子所说,革命军的一位司令官Artur von Gargey在布拉格学化学的时候就听说过多普勒的大名,因而慕名邀请多普勒前去畅聊。不过多普勒本人显然不想被卷入政治风暴当中,坚持说会谈的话题必须限制在科学问题以内,绝不触及政治。多普勒还请了一位朋友当作见证人。


那天,三人在震耳的炮声中谈了一夜科学。(来源:[2])


匈牙利爱国诗人裴多菲·山多尔在广场上向群众们朗读《国民歌》。作者:Mihály Zichy


1848年12月,在革命的炮火声中,他被指任为维也纳理工学院的教授,成功躲了出去。1850年1月,维也纳帝国大学的物理所成立了,多普勒被推为第一任院长。在即将46岁之时,多普勒登上了学术生涯的巅峰。


物理所就安置在这所房子里。后面的花园用来做大型实验,多普勒一家子则住在顶层的公寓。  来源:Austrian National Library


难说学术与病痛,究竟哪个才是多普勒一生的主题。1852年11月,多普勒终于放下工作,到了威尼斯养病,然而为时已晚。


他人生的最后5个月,无人知晓。他的父亲和哥哥,也都死于肺病。


多普勒去世的地方。来源:[1]


多普勒无处不在


在多普勒生命的最后几年当中,皇家科学院有一部分人开始攻击多普勒的理论,还有他的名声。但实际上,反对者的猛烈抨击,最终看来反而是对于多普勒理论的最好数学证明。


如今:


多普勒超声检测可以得到人体许多部位的血流信息,如血流的方向、速度和状态等,这对诊断心血管疾病、头部及颈部血流疾病等有重要的临床价值;


激光多普勒测速也已经成为了一种实用技术,是研究流体流动的强力手段;


前些年马航MH370航班失联后的飞行方向,也是用此效应推测出来的。


宇宙中天体的运动状态,也可以用多普勒效应测出来。


1929年,著名天文学家哈勃依据多普勒效应,从星系光谱红移中总结出哈勃定律(但他不愿承认宇宙膨胀)。在哈勃提出哈勃定律后,勒梅特等人很快提出了宇宙应该存在一个开端。


1948年的愚人节,伽莫夫和他的同事们发表了标志着大爆炸宇宙模型的博士论文。20世纪60年代以来,大爆炸理论逐渐被广泛接受,以致被天文学家称为宇宙的“标准模型”。


《生活大爆炸》中谢耳朵的化妆舞会——多普勒效应的服装


其实多普勒效应还可以用来闯红灯:只要你的车开的足够快,红灯在你眼里就是绿灯!速度要多快呢?大概也就是十分之一个光速吧……


看,闪电侠朝我们跑了过来!啊,他变成了绿灯侠!


参考文献:

[1]Peter Maria Schuster Moving the stars : Christian Doppler, his life, his works and principle, and the world after.
[2]Eden A. The Search for Christian Doppler[J]. Isis, 1994(4):1-4.
[3]Jonkman E J. Doppler research in the nineteenth century[J]. Ultrasound in Medicine & Biology, 1980, 6(1):1-5.
[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Christian_Doppler
[5]http://www.visit-salzburg.net/sights/christiandoppler.htm



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