第四章學生科技發明啟迪1
1.紅外線的發現
黑暗的地方怎麼會比明亮的地方“熱”呢?這得從兩個世紀前說起。
在19世紀1800年以前，人們都知道太陽的“白”光可以通過三棱鏡被分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色光。這最早由大名鼎鼎的年頓在1666年實驗成功。100多年過去，人們再也沒有想過，太陽光除這七色光外還有，或沒有什麼了。
可是，出生在德國的英國物理學、天文學家赫謝耳(1738~1822)卻突發奇想，在這七種可見光的“外”麵，即看不見的區域，還有什麼“東西”呢?於是他在1800年做了下麵的實驗。
他讓陽光通過三棱鏡後折射到後麵的白色紙屏上，當然也和牛頓一樣，得到了七色彩帶，所不同的是，這次他還將9支完全相同的溫度計在每種色區內放1支，最後兩支則分別放在紅光以“外”和紫光以“外”附近區域。在陽光折射的七彩光照射下，七個可見光區內的溫度計溫度都升高了，例如紅、綠、紫光區各升高5℃、3℃和2℃；但紫光外區域的溫度卻未升高。他同時還發現，紅光外區域溫度不但升高了，而且比紅光區升得還高，升高達到7℃!這使他大吃一驚——那裏並沒有光線照射啊!
那是不是離紅光區更遠的區域溫度會升得更高呢?於是他又將溫度計移到離紅光區更遠的區域，但這時溫度卻不再增加，反而降到室溫。經過反複實驗研究，他終於判定，紅光外附近區域存在“紅外線”或“紅外輻射”。他還用實驗證明，紅外線不管來自地球、太陽或其他何處，都和可見光一樣遵守著折射、反射定律。但比可見光更容易被空氣吸收。由於它“不可見”，因此在剛發現時被稱為“不可見輻射”。
紅外線按波長不同還可分為近(波長075～3微米)、中(波長3～30微米)、遠(波長30～1000微米)三種。任何物體在任何溫度下都要不停地向外輻射紅外線。
一般來說，物體溫度越高，輻射紅外線的能力就越強，物體在單位表麵積輻射紅外線能量的總功率與它自身熱力學溫度的4次方成正比。利用這一規律可製成紅外測溫儀器。當一些氣體分子的運動頻率與紅外線的頻率相當時，這些氣體——例如空氣中的二氧化碳、水汽，便會把紅外線的能量吸收掉。因而，來自太陽的某些紅外線便會被這些氣體吸收；而未被氣體吸收透過大氣的紅外線波段便稱為“大氣紅外窗”或“紅外大氣窗”。在大氣吸收紅外線這一原理的啟發下，人們得到了紅外線應用的又一成果——紅外氣體分析。用這一技術可測出空氣中的一氧化碳、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷、乙烯等氣體。這在工業、農業、環境監測、醫學檢驗和其他科研中都有重要作用。紅外線還有熱效應強、易透過雲霧煙塵的特點。所以加熱、烘幹、遙測、遙感、金屬探傷、熱像儀診病、導彈、夜視、尋找地熱和水源、監視森林火情、估計農作物長勢和收成、氣象預報、“紅外顯微鏡”(用於測量溫度)等都是它的應用實例。除太陽外，宇宙中許多天體都輻射出大量的紅外線，科學家們把“紅外望遠鏡”發射到外層空間，避免了大氣對紅外線的吸收，更能準確地探測到這些天體發出的紅外線。
赫謝耳發現紅外線後，引起了人們進一步的思考：為什麼紫光以外區域溫度計的示值不升高呢?是不是這裏沒有不可見光呢?如果有，又是什麼呢?又能用什麼方法探測呢?
德國物理學家裏特爾(1776或1778~1810)是其中別具慧眼的一個。他意識到，用物理方法不能探測紫光外區域的情況，那就用化學方法。1810年，他將一張浸有氯化銀溶液的紙片，放在前述七色彩帶紫光區域以外附近的區域，經過一段時間後，發現紙片上的物質明顯地變黑了。他研究後指出，這是由於紙片受到一種看不見的射線照射的結果。並把它稱為“去氧射線”，即現在人所共知的“紫外線”。他還正確地確認了各種輻射對氯化銀分解作用的大小實際上就是能量的大小，從而判斷出紫外線的能量比紫光的能量要大。
一切高溫物體都發出紫外線。它的主要作用是化學作用。紫外線照射能辨出細微的差別，例如可清晰地分辨出留在紙上的指紋。它的熒光效應可用於照明的日光燈和殺蟲的黑光燈。其殺菌作用可見於消毒和治病。不過，過多的紫外線有害於人體——照射強的日光，不穿戴防護用品進行電弧焊接操作，都應避免。
通過發現紅外線的故事，和對比紅外線、紫外線不同的發現方式，我們可得到以下知識或啟示。
首先，“光”和“熱”是兩個不同的概念。“光”強不一定“熱”大；正因為如此，我們在研究光源時，要的是“熱”不大的冷“光”源。“熱”大，不一定“光”強；我們使用的紅外線取暖器就是如此。
其次，科學發明發現有不同的模式和方法。如果裏特爾也按赫謝耳探測紫外線那樣，用物理方法來探測紫外線的話，那他將那樣一無所獲——赫謝耳未能發現紫外線的遺憾就在這兒。對於懶人來說，常常希望別人告訴他一種“萬能”的靈丹妙藥，以便敲開科技發明發現或致富之門。我們隻能遺憾地告訴他：通向這個門的道路有很多條，但要您自己去走，靈丹妙藥要自己去尋!這正如一條西班牙諺語所說：“‘上帝’說，你要什麼便取什麼，隻是要付出相當的代價。”
2.電影的發明
1895年3月22日，在巴黎“本國工業提倡會”上，公開放映了世界上“第一部”電影《工人放工回去》(又譯《盧米埃工廠下班時》)，它是由法國發明家路易·盧米埃和奧古斯都·盧米埃兄弟拍攝的。同年12月28日，他們還在巴黎卡普辛大道14號租了一間地下室，擺上100把椅子，使用由他們自己設計、別人為他製造的“活動電影機”公映這部電影和《嬰兒喝湯》、《火車進站》等簡短影片。這些影片采用了人們最熟悉的鏡頭：城市街道、海濱浴場、行進中的士兵、火車站、公園、工廠等。
《工人放工回去》片長70米，放映時間僅約1分鍾，內容是工人們離開工廠大門時的種種情景。盧米埃洗印這部影片用的設備也很簡單：用家裏一個普通水桶自己衝洗，其他幾部影片的情形也大致一樣。
然而，這些時間短、內容簡單的電影，卻像磁石般的吸引著成千上萬的觀眾。在觀看時也洋相百出，令人捧腹。例如一個女觀眾看到銀幕上一輛馬車被馬拉著迎麵跑來時，她害怕被軋著，便急忙突然離開座位躲避，直到“馬車”消失，她才坐回原位。一列火車駛來時，觀眾不由自主地驚惶失措，趕緊逃之夭夭。有的觀眾看到銀幕上下起瓢潑大雨，就趕緊撐起雨傘來，以免被“雨”淋壞。
今天看來，這些情景似乎太荒唐可笑了，因為我們已經司空見慣了。但在當時，人們第一次看到電影，這情景很容易被理解：人本能地保護自己，已來不及去思考“真假”的問題。不過，這種情景並非絕無僅有，戲劇動人之處，我們也曾為之下淚：中國解放初期演黃世仁欺壓楊白勞的劇時，一位解放軍戰士還拔槍怒向“黃世仁”呢!
最早的電影是無聲的，因此人們把它稱為“偉大的啞巴”，這一稱號反映出人們對電影發明的讚許。最早的電影也是黑白的，因此人們將它戲稱為“黑白世界”。
盧米埃兄弟“首創”用“活動放映機”放映電影，所以世界電影界都把1895年12月28日這一天，作為“電影時代”開始的日子。第一次放《工人回家去》的1895年3月22日，也被作為電影誕生之日。
盧米埃兄弟的前述幾部影片在1895年首映之後的短短兩年中，觀念已遍及五大洲，轟動了全世界。
不過，上述“第一”、“首創”的說法，在20世紀下半葉，經過美國和德國一些專家長期研究後提出了異議。他們認為電影誕生應推前至1890年，首創者不是盧米埃兄弟，而是一個被遺忘的天才——路易·艾梅·奧古斯坦·勒潘斯(1842~1890)。
他們的研究表明，出生在法國的勒潘斯，畢生大部分時間在美、英工作和生活。他44歲那年即1886年，就在美國申請了一項發明專利——他研製的16鏡立體攝、放電影機。1890年，他又對改進後的這項發明再次申請了美國專利，指定他的攝影機隻可以有一個鏡頭。同年10月，他用這種單鏡頭攝影機拍成3部電影史上已知最早的影片——《阿道夫拉手風琴，惠特萊一家在奧特伍德莊園跳圓舞曲》、《約克郡》和《北利茲》；不久後又拍了著名的《穿越利茲橋的車輛》(片斷)。1890年他曾多次公開放映過這個片斷，效果不俗。
1890年9月16日，勒潘斯從第戎登上火車前往巴黎，準備遠赴紐約展示他的發明成果。但是，他在火車上卻神秘地失蹤了：巴黎的朋友沒有接到他，其他人多方尋找也生不見人，死不見屍，甚至連他帶上火車的包括電影攝影機、放映機等行李也不見蹤影。後來人們推測，一代天才勒潘斯死於謀殺!謀殺動機極有可能是奪取他的電影發明專利。
英國作家克裏斯托夫·羅倫斯根據以上材料，寫成了《鮮為人知的故事——失蹤的電影發明家》。其後約1990年，他又主持拍攝了名為《勒潘斯之謎——電影史短缺的篇章》的影片。顯然，他的書和電影都是企圖力證勒潘斯才是真正的電影發明人。
其實，電影和其他許多發明一樣，也是經過許多人的努力才得以完成的，也是時代的產物。
18世紀末，人們已經知道人眼的“視覺暫留”現象。利用這一現象，發明家們製成了“驚盤”——用兩個相同的黑色圓盤，一個畫出人物的分解動作，另一個挖出對應的條形孔，然後把它們裝在同一根軸上，當有畫的盤轉動時，從不動盤的條形孔中就可看到活動的人影了。1829年，比利時物理學家普拉圖(1801—1883)，利用與“驚盤”類似的原理，搞出了一台“活動畫筒”。1830年，美國霍納則把“驚盤”裝進原來的幻燈機，從而製成了“活動幻燈機”。1845年，FV烏恰蒂也把“活動畫筒”和幻燈機搭配在一起，獲得了可放映的活動圖像。1860年，美國費城的工程師塞勒把攝影術用到“驚盤”上，讓貼有6幅聯結照片的小風車呈現出栩栩如生的人物。1872年，美國攝影師麥布裏奇為了解決加利福尼亞州斯坦福和科恩關於馬奔跑時“四蹄騰空”還是“始終有一蹄著地”的爭論，讓馬奔跑時絆斷24根細線，從而控製24架照相機的快門，這給電影機的發明者以新的啟示。