第四章學生科技發明啟迪2
8.起電機和霓虹燈的發明
17世紀後半葉，科學家們在為一個科學之謎煩惱：真空管中的水銀為何會發光!
事情的簡單經過是這樣的。1675年的一天，法國天文學家讓·皮卡爾(1620~1682)同往常一樣，仍在巴黎天文台進行觀測、研究。但當他挪動一台水銀氣壓計要把它從天文台運走時，奇怪的事情發生了，在水銀上方玻璃管的真空裏，突然出現了微弱的閃光。他覺得很奇怪，又將水銀氣壓計搖了搖，證實了他剛才沒有看錯。後來，人們就將這種閃光現象稱為“托裏拆利發光”?
為什麼叫“托裏拆利發光”呢?意大利物理學家托裏拆利(1608~1647)是伽利略的學生。他聞名於世的成就是1643年和伽利略的另一位學生、物理學家維維亞尼(1622~1703)在佛羅倫薩作的“托裏拆利實驗”。這個著名的實驗用一根長約1米的玻璃管灌滿水銀後倒立在小銀槽內，結果發現管內水銀麵下降到高出槽內水銀麵76厘米時就不再下降了。這76厘米汞柱就是當時大氣壓的值，而管內水銀麵以上的“真空”就被稱為“托裏拆利真空”。由此可見，人們將前述水銀閃光稱為“托裏拆利發光”就很自然了。
那麼，為什麼會產生這種閃光呢?許多科學家都想揭開這個謎。
最終揭開這個謎的是英國(一說德國)物理學家佛朗西斯·豪克斯比(1688~1763)。他在1703年前後，經過一係列的實驗、觀察、研究、終於發現，這種閃光是由於挪動氣壓計時，水銀與玻璃管內壁摩擦生出的電激發水銀蒸氣產生的。
既然摩擦會生電，那麼不就可以由此製成起電機嗎?經過幾年研製，豪克斯比終於製造出又一種起電機：一個抽空空氣的玻璃球可繞軸轉動——人用手柄搖，用布帛等物品與這個轉動的玻璃球接觸，就“摩擦起電”了。他曾用它起電，演示出許多靜電現象。
不過，起電機最早卻是由德國物理學家格裏克(1602~1686)於1660年發明的。這種起電機與豪克斯比的起電機相比主要不同之處是，他用的是實心硫磺球，而不是空心玻璃球。在豪克斯比之後，又有許多科學家發明了各種各樣的起電機，例如18世紀上半葉，英國戈登用玻璃圓筒、瑞士普蘭達與英國詹斯登用圓玻璃板，分別代替玻璃球，使摩擦起電機更接近了現代形態。又如，德國特普勒(1836~1912)和霍爾茲(1836~1913)在1865年又發明了另一種形式的起電機——感應起電機。
既然水銀氣可以因電的激發而發光，那其他氣體又會不會在電激發下發光呢?又可不可以由此製成一種燈具呢?
1910年，法國發明家克勞德(1870~1960)終於作出了這種燈具——霓虹燈。他在一根抽空的玻璃細長管內充入氖氣，然後通電，燈管便發出美麗的紅光。人們先後發現，充入不同氣體，發光的顏色會不同。例如，充汞蒸氣，光呈藍綠色；充鈉蒸氣，光呈黃色；充氮氣，光呈金黃色；充氫氣，光呈粉紅色；充二氧化碳氣，光呈白色；充氬氣，光呈淡紫色；等等。
1910年12月3日，巴黎大宮殿首先點上了克勞德的氖霓虹燈。1912年，巴黎蒙馬特爾大街的一家理發館首先用這種霓虹燈作廣告，以招徠更多的顧客。當今世界，包括霓虹燈在內的各種燈具，已將一座座城鎮變成五光十色的“不夜城”。
9.“王水”中的秘密
1943年底的一個晚上，被德國鬼子占領的丹麥首都哥本哈根籠罩著一片恐怖氣氛，一隊隊摩托車和囚車亮起魔鬼般的“眼睛”向四麵八方散開，向它的目標竄去——法西斯匪徒的又一次大搜捕開始了。
著名的丹麥科學家尼爾斯·玻爾也被列入搜捕名單之中。他必須在德國鬼子到來之前收拾好要帶走的東西、藏好應藏的物品，逃到瑞典，再取道倫敦去美國。他把其他物品都收拾好了，最後，他的目光停留在實驗台上。除各種實驗儀器外，台上還放著一瓶重水和一枚熠熠閃光的諾貝爾金質獎章，它被放在一個小盒子裏。
看到這枚獎章，20年前的往事曆曆在目。1922年12月10日，在瑞典斯德哥爾摩金碧輝煌的大廳裏，他在莊嚴悅耳的樂曲聲中從瑞典國王手中接過諾貝爾物理學金質獎章，這是為了表彰他在原子結構和原子發射譜線方麵的研究成果。現在戴上它，或者即使藏在帶走的物品之中，如被發現，也會暴露自己的身份，後果不堪設想；留下嗎，又會落入敵人之手。正在左右為難的時候，他的目光落在實驗台上那瓶“王水”上。“咦，它不是溶解一切金屬吧?”於是他想出一個絕妙的主意，將獎章溶解在“王水”中。他迅速將獎章放進“王水”……獎章體積越來越小，最後消失得無影無蹤，而“王水”卻仍然晶瑩透明。這時玻爾長長地舒了一口氣，連忙拿起“重水瓶”，在茫茫的夜色中踏上了漫長的征途。
當德國鬼子竄進他的實驗室時，他已經在丹麥抗敵組織的幫助下通過厄勒海峽的一條秘密通道，漂泊在波羅的海的小船上了。接著，他和家人到達瑞典，最終逃離虎口，到達美國。
那麼，德國鬼子為什麼要搜捕玻爾呢?原來，玻爾堅決反對納粹分子的觀點世人皆知，作為反法西斯專製的不屈戰士，理所當然地被德軍視為最危險的敵人。加之他的母親是猶太人，因此玻爾也成為“半個猶太人”，而德國法西斯迫害猶太人是人所共知的。因此，從1940年德國占領丹麥後，玻爾的處境就十分危險。但玻爾仍堅守在自己的祖國，直到上述1943年底他得到德軍準備將他劫往德國的準確情報後，才毅然逃出虎口。此外，他還幫助過許多丹麥籍猶太人潛逃出境，否則他們也會死在希特勒的煤氣爐上。
玻爾一生中有許多趣聞軼事，以下再記敘幾件。
第一件——忙中出錯。玻爾在瑞典到英國途中，被安置在一架“蚊”式飛機的彈艙裏。飛機被氣浪顛簸，也可能遭遇德機，情況很危急。雖然環境如此險惡，但蜷縮在彈艙裏的玻爾仍然在全神貫注地思考他要解決的科學問題。以致沒有戴上飛機上必備的聯絡耳機，因此沒能聽到飛行員讓他戴上氧氣麵罩的通知。當飛機升到空氣稀薄的高空時，他已經因缺氧昏過去了。在倫敦機場上，歡迎他的人們發現他已奄奄一息。但更使玻爾懊惱的是，在匆忙出逃時帶走的、在生死攸關的航程中豁出命來保護的“重水瓶”，竟是一瓶地地道道的丹麥啤酒!原來，裝重水的瓶子是一隻啤酒瓶——他也會忙中出錯。
第二件——還原獎章。1945年德國投降後，玻爾又回到哥本哈根的實驗室。那瓶王水依然清澈如故，他打開瓶蓋小心翼翼地放入一塊銅。銅逐漸消失，瓶中出現了一塊黃金，這是兩年前溶入其中的那枚獎章的全部金子。他將金子取出，重新鑄成了與原來一樣的獎章。原來，黃金與王水發生了如下的化學反應：
Au+HNO3+3HCl=AuCl3+2H2O+NO↑
AuCl3+HCl=HAuCl4。
這HAuCl4是氯金酸。他把銅放入其中後，銅把金從氯金酸中置換出來，得到黃金。這就是玻爾智取獎章的故事。
第三件——兩位不同的老師。玻爾在哥本哈根大學完成全部學業後，便直奔英國卡文迪許實驗室，拜該室第三任主任——以發現電子聞名於世的英國物理學家JJ湯姆遜為師。個性直爽的玻爾覺得老師的原子結構模型——“麵包夾葡萄幹”有些缺陷，便對湯姆遜談了自己的不同看法。不料這竟得罪了老師：初投門下的無名小卒竟敢向我的原子模型開火!這樣，玻爾的論文也未能在英國發表。不到幾個月，玻爾便悄然離開了湯姆遜。
這場風波對玻爾是一個打擊，但事物總是一分為二的。後來的事實表明，這對玻爾一生的轉折以致對物理學的發展，倒成了一件好事。
他離開湯姆遜後不久，從朋友口中得知英國物理學家盧瑟福一向關心青年，於是他轉而投向曼徹斯特大學，在盧瑟福的實驗室裏工作。在此這前幾個月，盧瑟福也發表了他不同於湯姆遜的模型——核式結構模型。玻爾也發現湯姆遜的模型有缺陷，但不敢貿然向盧瑟福攤開看法，因為他怕再遇到湯姆遜式的怒火。但在經過一段時間激烈的思想鬥爭之後，他終於懷著惴惴不安的心情敲響了盧瑟福書房的大門。盧瑟福熱情地接待了他，仔細地傾聽他的看法。盧瑟福讚賞學生的勤奮與創造精神，鼓勵他把研究成果整理成論文。論文初稿出來後，又提出重要修改意見，經過師生倆一連幾個長夜的傾談和逐字逐句的推敲，改定了這篇論文。盧瑟福將它和玻爾回國後又寫出的另外兩篇論文推薦給英國《哲學雜誌》，其中一篇名為《原子和分子結構》。這些論文於1913年發表在該雜誌後，在國際物理學界引起極大的轟動。玻爾在論文中提出的原子結構的“玻爾模型”使他榮獲1922年諾貝爾物理學獎，也因此被譽為“原子結構學說”之父。他的成就，有一半應歸功於湯姆遜對待新生事物態度截然相反的、德行高尚的老師——盧瑟福。