马克思说：“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。”一些科学家在攀登顶点的征途上不畏艰险，他们久久为功的坚持获得了重要科学发现。

拉姆塞坚持不懈“捕捉”惰性元素

1892年英国物理学家瑞利在测定氮的密度时发现，从大气中除去氧、碳酸气和水蒸气所得的氮气的密度为1.257 2克/升，而由亚硝酸氨制得的氮的密度却是1.250 8克/升，两者相差为0.006 4克/升，他没有放过这细小的误差。他和年轻的化学家拉姆塞（W. Ramsay，1852—1916）一起探究，发现从空气中制得的氮不是纯氮，含有较重的新气体，他们用分光镜对新气体进行光谱分析，发现有橙色和绿色的各组明线，这有别于已知气体元素的光谱。他们很快确证了新气体是一种新的元素，把它命名为氩（Argon，意为“懒惰者”）。

在氩发现后，拉姆塞并没有停下脚步，他想，元素周期表最末一行的位置还空着，是不是专为类似氩的气体留的?

1895年2月，拉姆塞从朋友的来信中得知有人把钇铀矿在硫酸中加热时，得到了一种氩和铀的化合物。拉姆塞把伦敦所有的钇铀矿都买来做实验，得到了5立方厘米气体。他花了4天的工夫提纯了这些气体，放在分光计上测定，果然出现了一条新谱线，这谱线跟27年前天文学家观察日食时，在日冕中发现的太阳元素一样。拉姆塞把气体样品送到光谱学权威克鲁克斯那里，请他做进一步的鉴定。克鲁克斯用最先进的分光仪进行观察，验证了果然是氦。就这样，这个号称只有太阳上才有的元素，在地球上被拉姆塞“捕捉”到。

氦被“捉住”后，拉姆塞对填补周期表的空白更有信心了。以后在空气中也发现了氦，这启发他把注意力集中到空气上来。这些“懒惰”的家伙会不会隐藏在空气中呢？1895年5月，他从朋友汉普松那里搞到了750毫升液态空气，他想从液态空气中找出新的元素。

拉姆塞和学生特拉弗斯用红热铜屑除去其中的氧气，再用镁除去氮气，只剩下10毫升氩气，把氩气体封入放电管，在分光计下，又显出—条新谱线，又一个新元素被发现!拉姆齐把它取名为氪（Krypton，“隐藏”的意思）。此时是1898年5月30日深夜，师生俩欣喜若狂。

拉姆塞坚信空气中还隐藏着其他惰性气体。他改进了分离空气法，在减压下蒸发液态空气和反复分次萃取。1898年6月他从汉普松那里又求得上百升液态空气，从中能得到1.5升氩气，这真是如虎添翼。他和特拉弗斯巧妙地把液态空气蒸发、降温，使氩气凝成液体，得到13毫升气体，依样画葫芦，他们又发现了一种新元素氙（Xenon，“陌生”的意思）。

发现氙后，拉姆塞他们再接再厉，在液态氩挥发后的微量气体中，又发现了一种新的惰性气体。此时拉姆塞的小儿子在实验室看父亲做实验，看见新气体在放电管内放出美丽的红光，感到十分新奇，便向父亲建议取名氖（Neon，“新奇”的意思）。不久，用氖气制成的霓虹灯出现在伦敦街头。

至此，在周期表零族元素中，只剩下一个空格了，这意味着，还存在一种未知的惰性气体。拉姆塞又花了几年时间想在空气中找到它，但一无所获。直到1900年，幸运儿才向他招手。这一年英国物理学家卢瑟福发现钍元素会放射出一种气体，收集起来只有0.11毫升，把它送给拉姆塞鉴定，很快证实了这是一种能发光的放射性惰性元素，并给它取名Niton（“发光”的意思）。拉姆塞设计出一台灵敏度高达0.5微克的精密天平，要用放大镜来观察指针。他利用这台太平，对微量的氡气称量，计算出它的原子量为222。1923年国际化学会改名为氡（Radon，“镭放射出来的气体”的意思）。

拉姆塞因发现气态惰性元素荣获1904年的诺贝尔化学奖。

魏格纳终生不渝确立“大陆漂移说”

1910年初，德国气象学家魏格纳（A. L. Wegener，1880—1930）在看世界地图时发现，大西洋两岸大陆的轮廓有惊人的对应性，南美洲巴西的海岸线以直角的形态向大西洋突出，与此相对应的是非洲西海岸呈直角凹进的几内亚湾。直觉告诉他：或许地球上的各大洲原本是一整块陆地，后来破裂成几块，慢慢漂移成现在的样子。1911年，他在文集中读到“根据古生物学的证据，巴西与非洲间有过陆地相连”的记载，这促使他进一步去证实“直觉的闪光”。

魏格纳的老师柯彭教授劝他打消离奇的猜想，安心气象学的研究。柯彭知道，在地质学界信奉的是海陆固定说：地壳运动以垂直升降为主，各地带可以上升为陆，下降为海，但基本位置不变，没有大规模的水平运动。但柯彭的劝告反而激励魏格纳积极投身到陌生的地质学领域。自1911年起，他广泛收集资料，对各大洲之间的联系进行考察与追索，寻找大陆漂移的证据。

1912年1月，在法兰克福的地质学年会上，魏格纳在报告中提出了大陆漂移说：在古生代的地球表面，只有一个大陆，叫泛大陆，在它周围是泛大洋，自2.25亿年前中生代以来，在太阳月亮的引力和地球自转产生的离心力的作用下，泛大陆分成几块，并做水平运动，形成了今天的海陆地貌。对魏格纳的“活动论”新假说，有人赞成，但更多人怀疑和反对。

魏格纳为了给大陆漂移说提供更充分的证据，在1912—1913年，第二次横跨格陵兰岛去探险，并在理论上做更深入的思考。

1915年，魏格纳出版了《海陆的起源》一书，综合了地貌学、地质学、古生物学和古气象学的知识和事实，系统论述了大陆漂移说，形成了比较完整的理论体系。

在书中他列举了地质学的证据。如格陵兰岛与欧洲大陆之间的距离在逐渐加大。又如南美和非洲两块大陆在地质构造上有一致性：在非洲南部有自东向西延伸的二叠纪山系——兹瓦特山，相对应的南美洲布宜诺斯艾利斯以南的地段也分布着一条山系，它们的构造和岩层都非常相似。这说明这两块大陆曾经是一块大陆，后来才漂移分开。

魏格纳论述较多的是古气候方面的证据。广泛分布于南美、非洲、印度和澳大利亚大陆的石炭、二叠纪古冰川遗迹，说明这几块陆地原是连在一起的，它们以南非为中心位于极地和寒冷地带。在石炭、二叠纪地质史上，地球正处于寒冷时期，在这里形成了一个广布的冰盖。后来这块大陆分崩离析成几块，各自向四面漂移，在其地层中就留下了古冰川的遗迹。

《海陆的起源》震惊了整个地质学界，从根本上冲击了长期以来人们对于地表海陆分布与起源的认识，在学术界引起了轩然大波。一些明智的学者洞察到了它的意义，认为大陆漂移说一经证实，将引起思想上的革命。

然而持传统地质学观点的学者表示反对，他们认为，魏格纳采用的方法是不科学的，他只选取了那些与自己观点一致的论据，而忽略了相对立的事实。一些地球物理学家认为，魏格纳提出的促使大陆漂移的原动力没有说服力，无论是地球自转所引起的离心力，还是太阳和月球的吸引力，都不足以推动大陆漂移。魏格纳本人也承认在这方面存在很大困难。

大陆漂移说的支持者和反对者展开了长期的激烈争论。1926年在纽约举行的一次美国石油地质学家协会的年会上，出席会议的14人中，有5人支持大陆漂移说，2人保留地支持，7人反对，两派打了个平手。

魏格纳不折不挠地坚持自己的信念，他一再修改原著，进行再版。1930年，他第三次踏上格陵兰岛进行探测。是年9月，他不顾暴风雪的袭击，冒着零下65℃的严寒，由海岸基地向中部的爱斯密特基地艰难跋涉100多英里，不少追随者在险恶环境下纷纷退缩。在中部基地逗留不久， 他在10月30日顶风冒雪返回海岸基地，却不料过度疲惫诱发心力衰竭，于11月2日去世，时年50周岁，他为自己的学说献出了宝贵的生命。

魏格纳的学说在以后一段时间里销声匿迹。但他的“活动论”新思想的火种并没有熄灭，20世纪50年代，古地磁学等地球物理学上的新发现以及海洋底部研究的新进展，促使沉寂多时的大陆漂移说开始复苏。1961年提出的海底扩张说，解决了大陆漂移说最令人困惑的原动力问题。地质学家继大陆漂移说、海底扩张说之后，又提出了“板块构造说”，从此“活动论”思想成为地学界的主宰，掀起了轰轰烈烈的地学革命。

爱因斯坦百折不挠构建统一场论

1916年，爱因斯坦（1879—1955）创立了广义相对论。在这以后，他致力于统一场论的研究。他认为，建立统一场论是发展相对论，特别广义相对论的必然要求。在广义相对论创立之后，人们熟知的电磁场和引力场仍然统一不起来，既然广义相对论用黎曼几何描述引力场取得了惊人成就，那就一定能用一种新的几何把引力场和电磁场统一成一个整体。如果能做到的话，这将是巨大进步。爱因斯坦充满了坚定信念，以致在后来把统一场论看成是继狭义相对论、广义相对论之后发展的第三阶段。

在爱因斯坦以前，就已经有人开始了建立统一场论的尝试。1923年前后，爱因斯坦对已有的统一场论的种种方案作了通盘考虑以后，认为英国天文学家爱丁顿的方案是可取的。爱丁顿的想法是在数学上把“场物理学”建立在仿射关系的理论之上，爱因斯坦想在此基础上进一步建立起统一场论。但在1925年以后，爱因斯坦觉得爱丁顿的方案在物理学上给不出更多的新东西，于是寻找另一条“有较好的物理学根据”的出路。经过几年的努力之后，他在1929年发表了“关于统一场论”的新论文，他曾经以兴奋的心情告诉朋友说“大功告成了”，但事实上情况并没有他想象的那样乐观，这一理论遇到了很大的麻烦。

以后爱因斯坦又致力于推广卡鲁查的理论。卡鲁查不是建立非黎曼几何，而是把黎曼几何从4维增加到5维。爱因斯坦认为卡鲁查的理论接近实在，专门写了文章评价这个理论。但卡鲁查的理论有困难，他增加的第5维没有物理意义，爱因斯坦想克服其困难加以推广。自1931年至1941年，爱因斯坦和他的合作者在这方面做了多次努力，但都未能取得成功。

在推广卡鲁查的理论的同时，爱因斯坦也尝试着向新的方向突破。他认为卡鲁查的理论没有考虑物质，因此需要面对“关于物质的场论”来表达这一问题。1936年，他与罗森一起提出了一个不带奇点解的场方程。他们认为这可能得到一个物质及其相互作用的统一场论，并且可以不用附加的假说，然而这一理论所面临的数学上的困难却无法解决。

到了20世纪40年代初，爱因斯坦近20年的探索全部失败，但他没有灰心，仍进行新的尝试。1945年他发表了题为“相对论性引力论的一种推广”的论文。一年后他指出，这尝试在逻辑上是令人满意的，但又存在着物理检验上的困难。1948年以后，他又连续发表了有关“广义引力论”的文章，然而正如他自己在1952年坦率承认的那样：“到目前为止，我的努力尚未成功。也没有任何别的人获得成功……所有这种情况，原因在于数学问题的复杂性。” 爱因斯坦一次又一次地奋起，一次又一次地失败，到1954年，他致力于探索统一场论已有30年之久。他写了最后一篇关于统一场论的论文“非对称场的相对性理论”作为《相对论的意义》一书第5版的“附录二”公布于世。由于这个统一场论模型中的场方程无法求解，爱因斯坦带着终生的遗憾在1955年离开了人世。

爱因斯坦的预言在今天已经开始得到证实。在20世纪60年代，美国物理学家温伯格和英国物理学家萨拉姆独自提出了电磁作用和弱作用统一的量子场理论，美国物理学家格拉肖又把他们的理论推广到所有的基本粒子。这个理论预言了一种弱相互作用，即所谓的中性流作用，1973年，在中微子实验中发现了这种相互作用。温伯格、萨拉姆和格拉肖提出的弱电统一理论引起了轰动。他们三人因对基本粒子之间弱作用和电磁作用的统一理论的贡献，尤其是对弱中性流的预言，获得1979年的诺贝尔物理学奖。

科学探究需要久久为功的精神

在科学史上，许多科学家坚持久久为功的科学探索。布拉德雷对恒星进行仔细观测20多年，发现了地球自转轴有微小的周期性摆动（章动）；牛顿受苹果掉地的启发思考引力问题，经历了近20年，建立万有引力定律；法拉第花了整整10年时间，经过无数次的实验，终于发现了电磁感应；居里夫妇经过3年9个月提炼数吨沥青残渣，才分离出微量（一分克）的氯化镭，证实了放射性元素镭的存在……

科学探索需要久久为功的精神。科学家探索自然界的奥秘，要找到自然现象的真相、本质和规律，然而自然界不轻易泄露自己的奥秘，只有持之以恒，锲而不舍，经过长期的努力，方能洞察自然界的奥秘。有许多奥秘，不是一代人，而是好几代人经过努力才能探究到。

探索自然界的奥秘，没有现成的道路可走，科学是在不断的摸索中艰难前进的，走错路，走弯路是经常的事情，科学研究中的重大成就，都是需要经过几十次、几百次，甚至上千次上万次的失败，才能取得的。对一个科学家来说，失败是经常的，而成功只是少量的，失败的教训是要比成功的经验丰富得多，他必须经得起失败和挫折的考验，具有百折不挠的韧劲。

古希腊哲学家柏拉图说：“耐心是一切聪明才智的基础。”居里夫人说：“一个人只有坚持不懈地追求，他才能达到目的。”我国著名的数学家华罗庚教导青年学者说，科学研究的过程，是曲折上升的过程，青年人不要光看到知名科学家取得的成就，更要知道他们取得成就付出的艰辛劳动和经历的失败。青年人在科学研究工作中，切忌图侥幸。任何科学研究成果都不是偶然出现的。科学上的发现如果有什么偶然机遇的话，那么这种“偶然机遇”只能给那些学有素养的人，给那些善于独立思考的人，给那些具有锲而不舍的精神的人，而不会给懒汉。

本文作者陈敬全是东华大学人文学院教授