物理学是医科大学预科生的必修课。虽然这门课只开设一年，但却花去了学生们大部分的时间。一些介绍物理学的书籍为了吸引学生，专门写了物理学在医学上的应用，另一种提高学生兴趣的方法则是着重介绍历史上医学职业者在物理学的探索和发现中所做出的杰出贡献。
预科生们常常会感到物理学是最难学的。并且与他们自己的专业关系不大*向他们介绍医生在物理学发展的各个时期所做的贡献，确实能够激励学生的学习热情和阐明医学和物理学之间的关系，并同时揭示出医学教育以及医生职业本身在科学探索和发现时具有的优势和不足。
在物理学史册中至少载入了十几位重要的科学家，他们都进过医科学校，其中大部分人获得了医学博士学位，他们中的一半为17、18世纪的电学和光学的发展打下基础，而另一半则对18，19世纪热学的建立，能量概念和波动概念的完善做出了贡献。不幸的是，20世纪以来，医生们在这方面的建树日见其少，这可能与现代科学各个学科日益专业化有关。
1.早期的事例（16~17世纪）
科学革命的奠基人都受过医学训练，这是毫无疑问的，因为在17世纪以前在大学里可供学习的唯一能称得上是科学的课程是医学。在欧洲的巴黎、波伦亚以及牛津这些地方的医学教育始于12世纪。1224年罗马教皇弗莱德利克二世最早制定了医学教育法规，其中包括九年制学习课程、考试方法以及发放证书的规定，类似的法规1283年在西班牙、1347年在德国颁布。
哥白尼（N. Copernicus，1473~1543）和伽利略（G. Galilei，1564~1642）在意大利都学过医学，但他们都把数学作为个人的兴趣和毕生追求的事业。哥白尼一开始在克拉科夫学习数学，以后到了意大利，从1501年到1503年在帕多瓦大学里学医，在意大利的10年里，哥白尼得到了宗教法博士学位并开始了日心体系的数学研究。他返回波兰以后，在弗罗恩堡施教，其叔父是该地区的主教。作为他叔父的私人医生，他对科学的兴趣有增无减，一直坚持在天文学上的研究，这最终导致了科学革命的发生，这个革命需要全新的关于运动的物理学。
伽利略自1581年到1585年在比萨大学学习医学。他没能获得医学学位，兴趣就转到数学上来了，这使他父亲大失所望，因为在当时医生的收入是数学家的将近30倍。伽利略在科学上最早的发现是在他学医的第一年，他以自己的脉搏跳动测量了吊灯的摆动，发现摆的周期只与摆长有关。此外，他发明温度计可能也是与受过医学训练有关系的，这种训练培养了他对自然界的浓厚兴趣。他还发明了望远镜和观察昆虫的显微镜。伽利略对物体运动的研究为综合力学的成就奠定了基础。
2.电学和光学（17~18世纪）
在一些时候，医生职业者们率先闯入了物理学的新领域，物理学家们尚没进入这些领域，医生们研究的一些现象被认为是“正统的”物理学现象以外的，这就是17，18世纪的光学和电学现象，在当时“正统的”物理学的主要兴趣在于物质及其运动。在光学和电学领域里，医生们可能因为缺少物理学家的职业传统反倒具有优势。
吉尔伯特（W. Gilbert，1544~1603）可能是对物理学做出杰出贡献的最著名的医生了。他在1564年得到了医学学士学位，1569年得到了医学博士学位，两个学位都是在剑桥大学得到的。身为一名成功的医生，他曾经担任过医学院的院长，在1601年他成为伊丽莎白女王和詹姆士王子的御医。吉尔伯特是实验科学的先驱，尤其是电学和磁学的实验先驱，他又是在英国的第一位对哥白尼学说的支持者，1600年他发表了《磁学》一书。他通过罗盘磁针的倾斜发现了地球是一个大磁体。吉尔伯特发现许多物质，包括琥珀可以摩擦起电，他动手制成了测量申的相互作用的原始仪器。尽管他也开辟了电学研究的新领域，但在这方面的贡献不能与磁学相比拟，他最初区分了导体与绝缘体的这一贡献也没能得到广泛的承认。
丹麦医生巴托林纳斯（E. Bartholinus，1625~1698）1654年在帕多瓦大学获得医学博士学位，以后在哥本哈根大学教数学和物理学。他曾担任过医学系的主任并成了皇室御医。他发展了笛卡尔的数学和光学，而最著名的发现则是冰洲石的双折射。巴托林纳斯这样描述他这一发现的重要性：
这个发现及其对它的解释使我思考了很长时间，以致我忽视了其他一切事情，我认为我已涉及到了反射的最关键的问题。
巴托林纳斯对冰洲石的发现使得惠更斯（C. Huygens，1629~1695，荷兰物理学家）在以后发现了光的偏振，但他的最重要的贡献恐怕是培养出了著名的丹麦物理学家罗默（O. Roemer，1644~1710）。
罗默在哥本哈根一开始从师巴托林纳斯的兄长T. 巴托林纳斯（Thomas Bartholinus），以后他的兴趣转到天文学和数学上来了，这是他受巴托林纳斯的影响并专门向他学习的结果，巴托林纳斯把自己的女儿嫁给了他，罗默帮助巴托林纳斯出版了天文学家弟谷 · 布拉赫（Tycho Brahe）的手稿。罗默因观察木星的卫星蚀测得光速而出名，他在1676年向法兰西科学院报告了观察的结果。温度计的发明者华伦海特（G. Fahrenheit）认为罗默对于发明有两个固定点的温度计是有贡献的，他在1708年与华伦海特同时提出要有两个固定点，不同的是罗默以冰点和沸点作为固定点，后为摄尔修斯（A. Celsius）所采纳。罗默是丹麦皇家天文台天文学家，1705年还担任了哥本哈根大学校长职务。
伽伐尼（L. Galvani，1737~1798）是意大利波伦亚大学的动物学教授，1759年他获得医学和哲学学位。在行医的同时他一直坚持讲课和进行动物学的研究。将近20年的时间里，他研究了青蛙的神经和肌肉，发现当青蛙的脊髓与放电机接触时，肌肉会发生收缩。他观察了用铜钩悬挂在铁丝上的青蛙在打雷时肌肉也发生收缩的现象，最终发现了，在任何场合下只要把青蛙与两种金属接触，不需要放电就可引起肌肉收缩：
但是，当我将动物移到一个关闭的房间里，放在铁板上，并开始用手按那放在靠铁板上的穿过脊髓的吊钩时，你看吧，同样的紧缩，同样的运动！我也在其他地方，其他时刻和日子重复这实验，结果仍一样，只是在用不同金属时该紧缩现象有所不同，有的较为活跃，有的较为缓慢。……这当然激起了我们的好奇心，并使我们认为动物本身就有电。
伽伐尼作为一位医生注重的只是生理过程，他因此得出了电流来自肌肉本身而不是金属的错误假设，直到1794年伏打（Volta）指出其错误时，他还坚持这一假设。伽伐尼在世时没能看到1800年电堆的发明，但他所得到的电流被称为伽伐尼电以区别静电。
另一位对物理学有贡献，但在一些问题的解释上有误的医生是沃拉斯顿（W. Wollaston，1766~1828）。1793年他在剑桥得到了医学学位，从医7年以后，他把所有的时间都花在物理学的研究上来了，除发现了新元素钯和铑以外，他第一个发现了紫外线，然而这通常归功于李特尔（J. Ritter），后者作了更为透彻的研究，1802年，沃拉斯顿首先在太阳的光谱里发现了暗线，但他却错误地把这解释为光谱颜色的自然分界线，把太阳光谱里的暗线与钠元素的亮线看成是一回事的是傅科（J. Foucault，1819~1868），傅科这个观点以后由基尔霍夫发展和完善。傅科早年在巴黎学医，但他对继续行医兴趣不大，在当了几年显微镜课程的助理员以后，他走到探索物理科学的路途上来了。傅科凭借他使用仪器的熟练技巧，测出了光在水中的传播速度，借助于波动理论，他第一个论证了来自太阳的热辐射线具有波动性，他还发明了陀螺仪，他闻名于世是因为用傅科摆证实了地球的转动。
3.热、能量和波动（18~19世纪）
医生的广泛兴趣和他们在医学上的训练有素，使他们在温度概念的确立和热学的建立上作出了杰出的贡献。医生所从事的职业使得他们相信自然力的统一性这一富有浪漫色彩的信条，他们从而使能量的概念和波动的概念在19世纪得以复苏。医生们特别热衷于能量以各种形式、包括生命和化学形式的转换，非常遗憾的是他们以隐晦的方式来研究，这使他们的影响和得以承认受到了限制。
布莱克（J. Black，1728~1799）曾在格拉斯哥和爱丁堡两地学习医学，1764年在爱丁堡获医学博士学位，他的博士论文是研究臂结石的，这使他以后发现了二氧化碳，他称之为“凝固空气”，是从碳酸钙里制得的。布莱克在1760年做了热学方面的实验，把热和温度的概念区分开来。他发现了冰在熔化和热水沸腾时需要供给所谓的“潜热”，他假定不同温度物质在混合时有热质的转移，从而确定了物质的“比热”的概念，并测定了不同物质的“比热”。布莱克是格拉斯哥和爱丁堡大学的化学教授，他忙于授课，有时间还行医，他在热学上的研究成果生前未能发表，只是在他去世以后，人们在他的演讲稿里才发现。
杨（T. Young，1773~1829）是一位儿科医生，他暂在伦敦、爱丁堡、哥廷根学医，1796年他获得第一个医学博士学位，在爱丁堡他成了布莱克的学生，1808年，杨在剑桥获得第二个医学博士学位。这以后几年里，杨对行医并不热衷，他把越来越多的时间花在对其他领域的研究之上。在哥廷根的学习使他对莱布尼茨（G. Leibniz）和惠更斯有关活力和光的波动的概念深感兴趣，他以伦福特（C. Rumford）的实验为依据反对“热质说”，并引入“能量”一词取代“活力”（mv2），在1807年出版的杨的《自然哲学和机械技术讲义》里引入了能量和动能的概念。杨最先对眼睛的屈光和散光现象进行了研究，对视觉的三色理论进行了探讨。
杨最重要的工作是建立起光的波动理论，这个理论把光看成是能量的传播而不是粒子的运动，他第一次以干涉的方法测量了光的波长，他的工作没能达到完善的地步，波动理论及其数学描述直到1818年才由菲涅耳（A. Fresnel）最终完成。杨兴趣广泛，建树颇多，可惜他的科学论文因缺少文采，数学方法不适当以及分析之不透彻而大为逊色，他率先做出的重要发现并没引起广泛的注意，直到其他人完善以后，人们才记起了他的富有开创性的工作。
布莱克对二氧化碳和相变的研究在一个多世纪以后由安德鲁斯（T. Andrews，1813~1885）更深入地展开了。安德鲁斯也在爱丁堡学医，并于1835年得到医学博士学位，像布莱克一样，他也是一位化学教授，他把医学实践和化学教学溶于一身。1861年，他发现增加液态二氧化碳的温度和压力，当温度达到31℃时，液体与气体的分界面消失，在这个温度下，无论加二大压力，气体都不能液化。安德鲁斯由此推断，任何气体都有一临界温度，在此温度下，外来的压力都不能使其液化。这一结论由俄国的门捷列夫（D. Mendeleev）早在两年前就已得到，但当时没人注意。
第一位清楚地表达出能量转换关系的是迈尔（R. Mayer，1814~1878），但他要得到这个发现的优先权却非常困难。迈尔1838年在德国获医学博士学位，以后从医10年，其中有两年在开往东印度的荷兰商船上当医生。在商船行驶到赤道附近，他注意到水手的静脉血要比通常的红，这使他意识到食物里的化学能可以转化为机械能和热能，而能量可以通过各种形式包括生理形式转换，他因此向当时流行的活力论提出了勇敢的挑战。1841年他向《物理学年刊》提交论文，但不予发表，这可能是由于缺少数学推导和引入了令人费解的术语。在作了一些修改，包括把对运动的质的描述的mv换成mv2，终于在1842年的《化学和药学年刊》上得以发表。在这篇论文里，他所说的“力”也就是今天的“能量”概念：
在无数的情况下，我们看到运动中止，而不致使运动发生或另一重物上升。但是，力一旦存在，它是不能消灭的，它只能改变它的形式。
就这样，迈尔比焦耳（J. Joule）和亥姆霍兹早5年得出了能量转换关系，并且还得到了热功当量（365公斤米/千卡，或3580焦耳/千卡），这是根据当时尽可能精确的比热数据测得的。遗憾的是，迈尔的文章并没能引起人们多大的兴趣，对热功当量更精确的测量归功于焦耳，对能量转换更系统和完整的表述则归功于亥姆霍兹。迈尔在1845年又把能量转换推广到电和磁的形式，他的关于太阳的热能来自太阳上气流的膨胀和收缩的理论要比亥姆霍兹提出早6年，但这一荣誉却又属于后者。屡遭挫折和不幸使迈尔在1849年企图自杀，医院里的隔离生活使他神经错乱。他的工作只是在将近10年以后才得到人们的承认。
亥姆霍兹（H. von. Helmholtz，1821~1894）可能是最后一位对物理学有贡献的医生。1842年，他在柏林的弗里德利希学院获得博士学位，从师于穆勒（Müller），穆勒在生理学上赞同活力论反对机械论的解释。亥姆霍兹作为随军外科医生在普鲁士军队里服役6年，在1871年他被任命为柏林物理学会主席以前，在生理学方面已得到了许多学术头衔。他研究的兴趣之广泛与杨一样，但学术造诣比杨高。亥姆霍兹对肌肉运动的研究证实了肌肉收缩产生热量，并得出了人体的热量和肌肉的力量来自化学氧化作用，这使他独立于迈尔和焦耳得到了能量守恒定律，1847年他向德国物理学会提交了论文《论力的守恒》，文章对守恒定律作了完整和精辟的论述，其中包括以永恒的运动的不可能驳斥了活力论，他的工作得到了广泛的承认。
亥姆霍兹还第一个测定了神经脉动的速度，他复苏了杨的视觉的三色理论并加以发展，1851年他发明了检眼镜。作为一名有造诣的音乐家，他指出音质取决于谐波的数目和相对强度。他发展了关于听觉通过耳蜗运动的说法，在电磁学上他也做了一系列重要的研究，这对他的学生留下了深刻的印象，他的学生赫兹（H. Hertz）以实验证实了电磁波的存在，亥姆霍兹改变了德国大学单纯教学的传统，他为组织大学的科研，并使大学成为德国科学研究最重要的力量做出了贡献。但是在今天科学日益分化、医学院日益强调临床经验的趋向下，要出现像亥姆霍兹这样成功的人物是日见困难了，缺少像亥姆霍兹所经受过的多种训练和探索是今天的正规医学教育的特点。
4.简短的结论
历史记载有力地证明了医生职业者们对于物理学的发展做出过杰出的贡献。当然，他们在物理学的研究上所具有的优势和不足也让人看得很清楚。医学教育使他们所具有的最大的优势可能是广泛的训练相对统一性的洞察力，16世纪哥白尼和伽利略的研究工作是最好的明证，他们俩都具有极其广泛的兴趣，这从他们研究的现象的多样性和建立日心宇宙体系的努力中得到了充分的表现；19世纪的杨、迈尔和亥姆霍兹为建立起能量概念所做的努力，以及他们在能量守恒定律里对各种形式的能量具有的统一性所作的论述，也是一个证明。医生们对生理过程的兴趣，以及想通过物理学定律搞懂生物学过程的努力使他们在统一自然界的多种现象上取得了成功。
值得一提的是医生们在作物理学的探索时，他们研究的方向深入到了处在物理学前沿的边缘区域，他们想在这些区域里寻求物理学发展的新的可能性。吉尔伯特和伽伐尼在作电学探索时，许多物理学家正热衷研究力学；而杨提出的能量概念和波动概念则与当时流行的微粒说针锋相对；杨和亥姆霍兹对于感觉和知觉的研究恰好处于物理学和生理学的交界处。
诚然，医生们在作这些探索时，也存在许多不足，这使他们的影响和得以承认受到了限制。他们在深入某些领域时，表现出术语使用不规范，缺少数学方法，他们的论文因而使物理学家难以信服和接受，况且这些文章零星地发表在物理学家不易看到的刊物上，这更削弱了他们的影响。例如杨和迈尔，由于缺少学术上的交往，他们的研究被认为是业余性质的，而在专业化程度日益提高的时代，他们的成果最终归于那些研究得更为全面和透彻的学者是很自然的了。类似的不足之处还有，例如他们有时会错误地解释一些重要的发现，如伽伐尼称的“生物电”以及沃拉斯顿的光谱中的“颜色界限”等等。
不管怎么说，医生们对物理学的发展还是做出了许多值得称道的贡献，一些贡献得到了物理学家们的广泛接受和承认。最成功的例子要数亥姆霍兹，他把物理学和生理学以巧妙的方式结合起来，并成了他那个时代新的科学方向的领路人，在以后，随着科学的日益专门化和医学教育过分强调临床经验，受过正规医学训练的医生要想以亥姆霍兹为榜样是越来越困难了——唯有受过广泛的教育和由医生职业培养起来的广泛兴趣才能使医生们越过医学的界限作出对科学的贡献。
[Am. J. Phys. Vol. 57，No. 11. 1989]