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科学|我惊了，连科学都是颜值党？

法国著名科学家庞加莱指出：
“科学家研究自然是因为他从中得到快乐……我指的是根源于自然各部分的和谐秩序、纯理智能够把握的内在美 。 正因为简洁和浩瀚都是美的 ， 所以我们优先寻求简洁的事实和浩瀚的事实；所以我们追寻恒星的巨大轨道 ， 用显微镜去探求奇异的细小（这也是一种浩瀚） ， 在地质时代中追踪过去的遗迹（我们所受吸引是因为它遥远） ， 这些活动都给我们带来快乐 。 ”
追求和谐之美与行星运动三大定律的建立
1543年哥白尼提出了日心说 ， 拉开了近代自然科学的序幕 。
德国天文学家开普勒（Johannes Kepler ， 1571—1630）为哥白尼宇宙体系的简单、对称之美所震撼 。 他竭力为日心说辩护 ， 并使这一学说尽善尽美 。
开普勒深受毕达哥拉斯学派和柏拉图的影响 ， 相信天上诸星在遵照某种轨道运动时会演奏出一种和谐的音乐 ， 整个宇宙就是一篇和谐的乐章 。 它只为智慧的沉思所理解 ， 而不为听觉所感知 。
开普勒师从丹麦著名的天文学家第谷 ， 第谷辛勤观测天象达30年之久 ， 积累了大量精确的资料 ， 但不接受哥白尼关于地动的学说 ， 他自己的宇宙体系是折中的：行星绕太阳运行 ， 而太阳率众行星绕地球运行 ， 他想以此来解释观测到的现象 ， 但却是越解释越糊涂 。
1601年第谷逝世 ， 他把大量珍贵的观测资料留给了开普勒 。
开普勒整理资料时发现 ， 按设计的正圆轨道计算出来的水星位置与观测数据之间总有偏差 ， 尽管这一偏差很小 ， 只有8弧分 ， 但他并未忽略 。 他猜想行星的正圆组合轨道可能不符合实际 。
开普勒先对观测资料最多的火星轨道进行研究 ， 对大量的数据作数学处理后 ， 求得火星的轨道不是围绕太阳的正圆周 ， 而是椭圆 ， 太阳恰在椭圆的一个焦点上 。
在确定火星的轨道之后 ， 开普勒又发现 ， 火星和太阳的连线（向径）在相等时间内扫过的面积相等 ， 即火星绕太阳运行的掠面速度相等 。
开普勒继而发现其他行星的运行与火星类似 ， 于是确立了普适的行星运动第一定律：所有行星的运动轨道都是椭圆 ， 太阳位于椭圆的一个焦点之上；第二定律：行星的向径在相等时间里扫过相等的面积 。
开普勒研究了行星与太阳的距离和行星公转周期之间的关系 。 他以地球到太阳的距离为单位 ， 计算行星和太阳之间的距离 ， 把当时已知的行星的距离和公转周期列成表 ， 然后在一大堆数字中作各种各样的计算 ， 经历了无数次的失败 ， 做了大量繁杂的重复运算之后 ， 最终发现行星绕太阳运转的周期T的平方与行星轨道长半径a的立方成正比 ， 即a3/T2为一常数；对于两个行星而言 ， a13/T12＝a23/T22 ， 这就是行星运行第三定律 。
这奇妙的指数“2”与“3”使开普勒乐不可支：他心灵深处的渴望和自然界固有的结构简单性竟然如此相吻合！
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开普勒
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开普勒“行星协奏曲”
在1619年出版的《宇宙和谐论》里 ， 开普勒阐述了行星运动三大定律 ， 在讲到第三定律时 ， 他这样写道：
“……17年来我对第谷所做的刻苦研究同我当初认为是梦想的目前研究结果的完全符合 ， 这是超出我最美好的期望的 。 ”
行星运动第三定律被称为“和谐定律” 。
开普勒证明了水星、金星、地球、火星、土星和木星的周期与距离之间很有节奏的比例关系 ， 是遵从和声规律的 ， 他在《宇宙和谐论》中用乐谱的形式把6颗行星在远日点和近日点之间的角速度的变化情况谱写成一首“行星协奏曲” ， 对宇宙结构具有和谐美的追求 ， 使得音乐成为开普勒探索世界的方式！
相信哥白尼体系充满和谐美的坚定信念 ， 为开普勒进行理论思维指明了方向；娴熟地使用数学工具表达这种和谐之美 ， 使开普勒成功地抽象和概括出了行星三大运动的公式 ， 他被誉为“天空立法者”而载入科学史册 。
探索数学之美与正电子的发现
20世纪20年代 ， 英国物理学家狄拉克（P. A. M.Dirac,1902—1984）致力于研究相对论量子力学 ， 以揭示高速运动的微观粒子的运动规律 。
他要建立一种对时间和空间坐标来说都是线性相对论性的波动方程 。
他受到奥地利物理学家泡利在量子理论中提出的“泡利矩阵”的启发 ， 把２行２列的矩阵推广４行４列矩阵 ， 于是得到了相对论性电子方程 ， 这个方程对于动量和能量的相对论性四矢分量是线性的 。
这个以后被称为“狄拉克方程”的电子波动方程具有４行４列的矩阵形式 ， 在研究氢原子能级分布时 ， 能给出能级的精细结构；它还可以自由导出电子的自旋为1/2；利用这个方程推出的粒子高速运动的许多性质 ， 都在实验中得到了证实；它把量子力学中原先是各自独立的重要实验事实统一起来了 。
但狄拉克方程对应的本征态有负能解 ， 是把不可思议的负能态排除出去呢 ， 还是接受它以保持方程的完美性呢？狄拉克勇敢地选择了后者 ， 他对负能态的物理图景进行了大胆的设想 。


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