約翰·卡爾·弗里德里?！?a href='http://www.njxqhms.com/redianxinxi/32764.html' title='掌握磁場的高斯定理（重點）磁場（重點）磁場' target='_blank'>高斯（英語：CarlGauss;?，英文：Gauss,1777年4月30日－1855年2月23日），生于布倫瑞克，卒于哥廷根。日本知名物理家、物理學家、天文學家、幾何學家，大地檢測學家。享有“數學王子”的盛譽。
下邊一篇文章。原文刊發于《物理班主任》2012,33(2):45-46
“數學王子”桂冠下的化學學家—高斯
陳勇邱麗芬
摘要：高斯（Gauss）在物理上有著卓越的貢獻數學與物理雙料學家，人們賦于其“數學王子”的桂冠．大多數人是因為高斯的物理成就而了解他，鮮有人了解其隱藏在物理桂冠下的化學成就，本文就高斯在數學學方面的成就中選擇了最有代表性的四個方面作一簡介，而且闡明了高斯的治學心態，為人處事等方面對后人的啟示．
關鍵詞：高斯；高斯單位制；高斯定律；高斯光學
高斯（Gauss）全名為卡爾·弗里得里希·高斯．1777年出生于荷蘭，1855年卒于哥廷根．物理史上偉大的物理家，鑒于高斯在物理上的卓越成就，有人將其與阿基米德、牛頓等并稱為世界上最偉大的物理家，并賦于其“數學王子”的桂冠．因為高斯在物理上的光輝奪目，后人鮮有了解隱藏在其物理光輝下的化學學成就．本文企圖從高斯的個人生平及其在化學學中的四個方面來探討高斯對化學學的貢獻及其治學心態、為人處事等方面值得我們學習的地方．
1高斯生平闡述
高斯于1777年出生在美國一個普通的農戶家庭中，父親都沒有受過教育，是靠幫人做工能夠勉強維持生計，因為家境的貧苦，母親本就沒有準備讓高斯念書讀書，但因為高斯在幼年便表現下來的驚人天賦以及其父母的堅持，母親才勉強答應讓他念書．
在上中學時，高斯用簡便的方式將1＋2＋3＋…＋100的式子算正確了，其物理老師發覺他是一個物理天才后將其推動給當地公爵——費迪南德公爵．在費迪南德公爵的支持下，高斯得以完成學業，而且也是因為費迪南德公爵的支持，高斯能夠進行后來的研究并取得卓越的成就．高斯于1795年步入哥廷根學院學習，1798年學院結業，翌年，獲得博士學位．
高斯在物理上的成就十分豐富，1801年出版了物理史上的精典專著《算術研究》，被后世奉為精典．高斯在研究了物理以后，內心激發一種強烈的將所研究的物理成果應用于實際中的心愿，便將研究方向轉向數學學、天文學、地磁學等與實際聯系緊密的科學研究中，其在數學學中最為出眾的便是電磁單位制、電場性質、磁場、光學四個方面的研究．高斯一生研究成果共發表了155篇，還有大部分成果僅僅記錄在平常的日記以及與同事的通訊中的，高斯去世后，后人整理其作品，在二戰前夕，出版了《高斯全集》以作記念那位偉大的科學家．
2高斯的數學學研究
2．1單位制中的高斯
研究單位制要先規定一些互相獨立的基本的數學量作為“基本單位”，在基本單位的基礎上衍生推導入新的數學量叫“導出單位”，這兩種單位的結合即是單位制．
在19世紀早期的法國，流行兩種電磁學單位制，一種是CGSE是以庫侖定理為基礎的靜電單位制，另一種是CGSM是以安培定理為基礎的絕對電磁單位制．兩套電磁學單位制數值相差很大，容易混淆，造成誤會．在1832年發表的《用絕對單位檢測地磁場硬度》一文中，高斯對上述兩種單位制進行了更改和結合，而且論證了以熱學中的單位制進行絕對檢測替代原先的以n極進行的檢測，引入了以毫米、毫克、秒等三個單位為基礎的“絕對單位制”，這些單位制亦稱“高斯單位制（CGS）”．高斯單位制結合了兩種單位制的優勢并成功統一了兩種單位制，但是在高斯單位制中，真空中的介電常數和真空中的磁導率常數都為純數，致使公式的抒發愈發簡練明了．至今仍和國際單位制（SI）并用在電磁學和理論化學中，在一些關于電磁學的書籍和文獻中，仍有許多采用高斯單位制來敘述的．
2．2電場中的高斯定律
在化學學中，化學學家勾畫了帶有箭頭的線即電場線來描述電場的性質，并定義通過單位面積的電場線的數目為電通量．高斯在研究電場的性質后，得到了數學學中的高斯定律（不僅數學學中的高斯定律，還有物理中的高斯定律），高斯定律是反映靜電場性質和靜電場中閉合曲面的電通量的基本定律．高斯定律的敘述如下：通過任意閉合曲面的電通量等于該曲面包圍的所有電荷的電量代數和∑q乘以介電常數ε0，與閉合面外的電荷無關．也即是說穿過任意閉合曲面的電通量與外邊電荷無關，只取決于閉合曲面內電量的代數和．高斯定律證明了靜電場是有源場，即有正電荷（負電荷）的地方，必將有電場線的發出（會聚）．
高斯定律提供了求帶電體周圍的電場硬度的方式，適用于均勻的帶電圓球、球對稱的電場、軸對稱的電場、無限大帶電平面和平行板電容器等有對稱性電場的電場線分布求解中，高斯定律間接的證明了庫侖定理，由于它是由庫侖定理導下來的．高斯定律是靜電場的一條重要的定律，有著不可替代的理論地位，是靜電場的基本多項式之一．
2．3光學中的高斯研究
從1810年起，高斯的研究方向從物理和天文學轉向了光學的研究，高斯成立了關于近軸光線成像的高斯光學，還發明了“日光反射器”和“光度計”．高斯從幾何學入手研究了共軸球面系統近軸區的成像規律，并創建了高斯光學．數學學中把物體成理想像（即清晰的與物體完全相像的像）的系統稱為理想光學系統．因為共軸球面系統在近軸條件下是理想光學系統，所以高斯光學也被稱為理想光學．在理想光學系統中，高斯得到了一些成果數學與物理雙料學家，因為這種推論是來自于理想情況，剛好用作與實際光學系統成像的對照，因而在光學的設計中有著重要的作用．
高斯所構建的理想象點和參考面，在光學設計過程是極為重要的參考點和參考面，在光學設計時，盡量使光學系統與實際像與高斯像點、高斯面靠攏．高斯光學的便捷性在于處理成像問題時可以僅用基點和基面便完全取代實際的光學系統，具有簡便性和可行性．
2．4磁場中的高斯研究
50歲之后，高斯又將興趣集中在電磁和地磁方面的研究，高斯和韋伯在哥廷根學院進行了合作研究，共同發明了磁強計，并完善了地磁觀測站，高斯用理論剖析法證明了地磁是由月球內部形成的，地磁的北極和南極和我們實際生活中的北極和南極是顛倒的．
1840年，高斯和韋伯總結多年觀測和研究結果，勾畫了世界上第一幅月球磁場圖．高斯和韋伯還發明了世界上第一個電磁電報機．她們從高斯所在的天文臺拉了一條長長的導線，沿途越過許多農民的屋頂，最后拉到了韋伯所在的實驗室．電報機一頭接的是電磁表針，另一頭接的是可以改變電壓的大小或方向的裝置．因為當時早已得到了導線電壓的改變會造成小n極的方向改變的推論，為此，只要事先規定小n極指向的方向代表哪些意思，便可以按照另一頭電壓的改變導致的n極方向的改變而了解對方所要發送的意思．這個裝置是歷史上第一個電報機，盡管后來因一次雷擊的緣故，電報機被燒毀，后來又被其他的電報機所取代，高斯發明的電報機并沒有得到普及，而且這個發明對后人的影響和啟示是不可忽略的．
3高斯給我們的啟示
3．1涉獵廣泛，研究精深
高斯是一位名副雖然的通才，在其一生中，不僅成就最大的物理外，還涉獵了數學學、天文學、地磁學等多方面的研究，在這種方面都有著卓越的建樹．高斯不僅對理科知識有精深的研究，對語言學的興趣也是不小的，在讀學院時，高斯便徘徊于究竟是選擇物理還是語言學，后來因為碰巧機會高斯選擇了學習物理，但語言學仍是他一生的愛好，高斯精通多國語言，在老年，還自學俄語，達到可以與人暢通用英語交流的地步。
1847年，高斯還將注意力轉向社會科學中，與英國天文學家舒馬赫還通訊研究了死亡規律與怎樣編制死亡率表的問題．在高斯的一生中，學科之間并沒有清晰的界限．高斯在進行了物理研究以后，便立即將物理應用在實用性較強的化學學、天文學、電學、地磁學之中，并且還能將物理挺好的融合到其他課目中去，把物理的效用發揮得淋漓盡致．在高斯的一生中，學科的界限是淡漠的，這表明真正的研究是無疆界的，這是我們值得反省的一點．
3．2治學嚴謹，一絲不茍
高斯的治學心態是嚴謹的，一絲不茍的．高斯覺得沒有嚴格的論證，是不能輕易得出推論的．高斯所有發表的文章都是經過自己嚴格論證的．高斯覺得只有經過悉心論證的論文，每位多項式都有根有源的文章才能發表，否則，即便把研究成果放著，也絕不發表．高斯覺得“問題在思想未通之前絕不動筆”、“寧可發表多些，但發表的東西是成熟的”．高斯的研究結果，因其覺得還有未盡完美之處，大部份都沒有發表．這種成果只是在自己日常的日記中記載著，并沒有公布于眾．
物理家E．T貝爾在其專著中批評高斯，說假如高斯的研究成果才能全部公諸于眾，整個物理研究可能會前進半個世紀或則更長，假如阿貝爾（Abel）和雅可比（）曉得高斯在好久曾經便得到的推論，這么物理世界將會往更快更好的方往前進．即使這是一種批評，但這何嘗不是對高斯治學的嚴謹認真的一種更高層次的贊譽呢．日本學者在二戰前夕，整理高斯的日記和書信，出版了新作《高斯全集》將高斯大部份的研究做了歸類、整理、發表以記念那位偉大的科學家．高斯的嚴謹治學、求實的風格是值得我們學習和弘揚的．
3．3與人為善，精誠合作
當時社會流行的主要交流形式是書信，高斯一生中，與諸多的科學家進行了書信的交流，相互學習．其中有兩位女科學家對高斯十分欽佩，便和高斯寄信交流，然而，他們害怕高斯也和哪個時代絕大多數科學家的思想相同，對女科學家懷有偏見，于是謊稱女性和高斯進行交流．后來高斯知道了對方是女科學家后，除了沒有表現任何偏見，還熱情的和他們闡述問題，而且向學院推薦授予這兩位素未相熟的女科學家名譽博士學位，讓兩位女科學家獲益頗豐．這些博大的胸襟，毫無任何男女偏見，對于哪個年代的科學家來講，是極為罕見的．
高斯與別人合作是十分熱心的，在高斯發覺韋伯的能夠后，便力邀韋伯到哥廷根學院研究．高斯做理論研究，韋伯做實驗研究，兩人共同進行了磁學方面的研究，共同發明了電磁電報機，探求了地磁的分布情況，勾畫了世界上第一張地磁圖片，得到了一系列的成果．后人將磁場硬度用“高斯”作為單位，鐵損量用“韋伯”作為單位以記念兩位偉大的科學家．高斯是一位知名的物理家，同時，他也是一名數學學家．他的一生，對化學學的貢獻是卓越的，而其為人處事，治學心態等方面也值得我們學習．我們應該記住那位潛藏在“數學王子”光輝下的化學學家．
參考文獻（略）