經過3年的試驗研究,莫爾斯不知失敗過多少次,但他仍不恢心,總結了以往失敗的原因:以前為了表達26個字母而設計的極為複雜的設備,製作起來是非常困難的。電流是神速的,如果它能不停頓地走10英裏,我就讓它走遍全世界。電流隻要截止片刻,就會出現火花;沒有火花是另一種符號;沒有火花的時間長些又是一種符號。這裏有3種符號可以組合起來,代表數字和字母。它們可以構成全部字母,文字就能夠通過導線傳遞了。那麼,在遠處能記錄消息的嶄新工具就能實現了!
“用什麼符號來代替26個英文字母呢?”莫爾斯陷入苦苦的思索之中。
莫爾斯每天都趴在桌上不停地畫著,他畫了許多符號:點、橫線、曲線、正方形、三角形……最後,他決定用點、橫線和空白共同承擔起發報機的信息傳遞任務。他為每一個英文字母和阿拉伯數字設計出代表符號,這些代表符號由不同的點、橫線和空白組成。
這是電信史上最早的編碼,後人稱它為“莫爾斯電碼”。
有了電碼,莫爾斯立刻著手研製電報。他在極度貧困的狀態下,進行研製工作。終於在1837年9月4日,首次製造出了一台電報機。它的發報裝置很簡單,是由電鍵和一組電池組成。按下電鍵,便有電流通過。按的時間短促表示點信號,按的時間長些表示橫線信號。它的收報機裝置較複雜,是由一隻電磁鐵及有關附件組成的。當有電流通過時,電磁鐵便產生磁性,這樣由電磁鐵控製的筆也就在紙上記錄下點或橫線。這台發報機的有效工作距離為500米。
莫爾斯認為這種發報機還有許多缺點,決心加以改進。不久改進工作完成了,餘下的工作就是檢驗發報機的性能了。莫爾斯計劃在華盛頓與巴爾的摩兩個城市之間,架設一條長約64公裏的線路。為此,他請求美國國會資助3萬美元,作為實驗經費。國會經過長時間的激烈辯論,終於在1843年,通過了資助莫爾斯實驗的議案。
1844年5月24日,在華盛頓國會大廈聯邦最高法院會議廳裏,開始進行電報發收試驗。年過半百的莫爾斯在預先約定的時間,興奮地向巴爾的摩發出人類曆史上第一份電報,從而揭開了電信史上新的一頁。
富蘭克林解開雷電之謎
本傑明·富蘭克林(1706~1790),出生於一個小商人家庭。由於經濟條件的限製,富蘭克林在正規學校讀書的時間隻有一年,但是他從未放棄過對知識的追求。最後成為十八世紀美國著名的科學家、文學家、政治家和外交家。尤其在十八世紀的電學史上,富蘭克林更是一位獨領風騷的人物,他不顧生命危險揭開了雷電之迷,並首次闡明了電的性質,為近代科學的發展奠定了基礎。
1745年的冬天,電學界傳出了一個令人振奮的消息:“德國科學家克萊斯發現了電震現象”。原來,克萊斯把一根鐵杆放入潮濕的玻璃瓶子裏,然後用金屬線把摩擦起電產生的電荷,引到鐵杆上,他本意是想看看,電荷是否能儲存到瓶子裏,可是當他無意碰了一下鐵杆時,竟被震昏在地。這一次實驗被人們稱為“萊頓瓶實驗”,人們也因此對電產生了全新的認識,使世人第一次知道了電的威力。
富蘭克林對此實驗非常感興趣,也開始作一些電學實驗。有一次,他把幾十隻萊頓瓶聯在一起想加大放電量,可是給他幫忙的妻子一不小心碰到了萊頓瓶的金屬杆,隻聽到“轟”的一聲響後,一大團火花閃過,妻子被電擊倒在地,這次意外使富蘭克林深深認識到了電的威力,當時的一幕,也常常顯現在他的眼前。經過查閱大量有關雷電的資料後,他心裏產生了一個大膽的想法,雷電絕對不是什麼氣體爆炸(在當時普遍認為雷電是一種氣體爆炸),一定是一種放電現象,隻是當時他沒有想出一個切實可行的辦法來證明這個推論。
後來,富蘭克林特意把這個想法寫成了一篇論文,寄給倫敦的科學家——自己的好友科林遜。科林遜在為他的研究成果高興的同時,特意向英國最高科學機構——皇家學會推薦了這篇文章。可惜的是,由於當時的富蘭克林在電學界名不見經傳,他的這篇論文並沒有引起學術權威的注意。
但是,富蘭克林毫不氣餒,在科林遜的幫助下,他常常把自己在實驗中的新發現告訴科林遜,兩個人總是互相交流。在1751年,他還與科林遜一起出版了論文集《電學實驗集》,這是近代科學史上第一本係統的電學理論著作,出版後很是暢銷,富蘭克林的名字也逐漸被人們所熟悉。
富蘭克林知道,要想證明自己的理論,最有力度的就是用事實說話,可是怎樣才能證實閃電就是電的本質呢?有一天,他看到孩子們在風中放飛的風箏,忽然想到,如果在雨天用風箏來作一個實驗,大概會有所發現吧。
於是,在一個陰雲密布的夏日,眼看暴風雨即將來臨了,富蘭克林和兒子威廉一起用一大塊絲綢手帕做了一隻大風箏。風箏是菱形的,風箏的十字骨架上綁了金屬絲,便於導電。父子兩個人帶上風箏和一隻萊頓瓶,準時向野外走去,富蘭克林的妻子再三叮囑兩個人要小心,早去早回。
父子兩個人很快來到了野外,父親拿著風箏,兒子拿著線,還不住地問父親:
“爸爸,可以放了吧!”
“孩子,別著急啊,得等到雷電再響些才能效果好些!”富蘭克林鎮靜地告訴兒子。
過了一會兒,狂風大作,雷聲隆隆,團團烏雲壓向天邊,富蘭克林趕緊把風箏擲向天空,大聲喊到:“兒子,快跑起來。”
威廉在曠野中拚命地奔跑起來,狂風卷起風箏,飄飄起伏,升到空中,緊接著大雨傾盆,雷雨交加,父子兩個人很快就淋透了。富蘭克林很是興奮,他追上兒子,接過風箏線,拉著他躲進一座廢棄的破房子裏避雨,然後又掏出一把銅鑰匙,係在了風箏線的末端。
兒子很是不解,問道:“爸爸,這是幹什麼啊?”
“這個銅鑰匙嗎?是用來阻擋上麵流下來的電,用它可以把電流導到瓶子裏去。”
說完,富蘭克林又往裝有水的萊頓瓶中插入一條銅線,浸入水中一半,又留在瓶子外麵一半。
然後,富蘭克林興奮地說:“孩子,一會兒我們就能把電導入瓶子中帶回家去了。”
說完,父子倆抬頭望去,隻見風箏已穿進了雲層,閃電雷鳴陣陣,但是風箏卻什麼反應也沒有。
兒子禁不住很失望地說:“爸爸,恐怕我們這次又白費工夫了吧?”
“別擔心,孩子,我們再等等看吧!”
突然,一道劇烈的閃電劃過,風箏線仿佛被什麼拉動了一下,富蘭克林的手中也有了一絲麻的感覺,他輕輕地去觸摸了一下銅鑰匙,傾刻之間,鑰匙上閃現了一串火花。
“哎呀!”富蘭克林忍不住叫了起來,“太好了,兒子,我被電擊了,雷電就是電啊!”
父子兩個人忘記了渾身上下已被雨淋透了,高興地歡呼起來。
雨過天晴後,太陽高照,父子兩個人帶著他們的戰利品,急忙回家了。
回到家裏後,富蘭克林立即走進了實驗室,把萊頓瓶和他已設計好的電鈴連結起來,他高興地對威廉說:
“快去把媽媽喊來,讓她也來分享我們的喜悅吧!”
一家三口焦急地等在實驗台旁,當富蘭克林按動電鈴的開關後,一陣悅耳的鈴聲響了起來。威廉拉住媽媽的手,高興地說:
“媽媽,爸爸的研究終於成功了!”
這以後,富蘭克林又多次冒著生命危險,多次收集雷電,並進行了一係列的實驗,結果都表明雷電同電機產生的電荷是完全相同的。富蘭克林沒有忘記把這個喜訊告訴給遠在倫敦的朋友科林遜。
沒過多久,風箏實驗的消息就傳遍了整個科學界。富蘭克林在電學方麵的理論,至此取得了決定性的勝利,他的有關電學方麵的著作引起了學術權威們的重視,被譯為法文、德文、意大利文等,在全歐洲得到了公認。
在真理麵前,英國皇家學會的權威們也作了躬身反省,他們對於以前不屑一顧的富蘭克林的論文重新評議,並進行了實驗,他們誠懇地邀請富蘭克林作為皇家學會會員,並給他頌發了代表著科學界崇高榮譽的金質獎章。1753年,富蘭克林的科學研究開始走上了巔峰。
電話的發明者貝爾
貝爾(1847~1922)生於蘇格蘭的愛堡市。貝爾的父親是著名的語言學家,是聾啞人手語的發明者。由於家庭的影響,他從小就對聲學和語言學產生了濃厚的興趣。他在大學所學專業和後來進行的研究都和聲學有關。1874年,貝爾研究出了電話的工作原理——變阻理論。1875年,貝爾和沃森利用電磁感應原理試製出了世界上第一部傳遞聲音的機器——磁性電話機,進而發明了電話。
貝爾永遠不會忘記童年時玩過的一個非常有趣的遊戲:他們把一根長長的線穿在兩隻空罐頭的底部,然後,一個人把空罐頭放在嘴邊說話,另一個人把空罐頭按在耳朵上,當拉緊那根線時,說話的聲音會清清楚楚通過直直的線,一直傳到另一端。他們把這種遊戲稱作“情侶電報”。
在貝爾出生時,一位由畫家成長為發明家的歐洲移民已經發明了有線電報。本來,出生在蘇格蘭的貝爾跟電報並沒有緣份。他的父親是一位糾正發聲的專家,擔任聾啞人發聲的指導工作,貝爾年輕時也跟父親一樣,當了聾啞人的發音私人教師,並且還跟一位聾啞少女結了婚。
可是,這位專門研究語言的青年學者卻對電磁發聲的原理產生了極大的興趣。當貝爾全家從蘇格蘭移民到美洲,他被波士頓大學聘請擔任語言教師後,便參加了莫爾斯電報機的改進工作。於是,他產生了一個念頭:能不能不用電碼,直接把人的聲音傳遞到接收者那裏去呢?這個把聲音和電結合起來的想法,使貝爾走上了發明家的道路。
自從萌生了讓電直接傳達聲音的念頭,貝爾便記起了這種遊戲。假如能把空的罐頭變成聲音,把聲音改換成電訊號。再把電訊號還原成聲音的裝置,中間用導線連接起來,這樣用電傳達聲音的目標不就能實現了嗎?關鍵在於如何實現聲音和電流的相互轉換,在這個尖端的物理學課題方麵,隻具備聲學知識和語言知識的貝爾顯然還稱不上專家,他需要學習,需要向內行請教。
貝爾開始深入地鑽研起電磁學原理來。他參加過電報的改良工作,所獲得的知識雖然不無幫助,但電報傳達的隻是十分單一的長短兩種信號,語音信號卻全然不同,要比電報信號複雜得多。他跟自己的助手華生合作,試製了一種金屬膜片,在膜片中心設置了磁性的簧片,這樣一來,人發出的聲波會引起它的震動,產生各種頻率的振蕩。但這種振蕩又如何變成可傳導的電磁波呢?貝爾一下子無法解決這個棘手問題,於是,他向各方麵的專家求教,希望能得到他們的指導。
就在這時,愛迪生給予了貝爾很大的幫助,他建議說:“碳粉的密度可以改變電阻,從而改變通過它的電流強度。何不試試碳粉的這一特性呢?”
按照這種正確的思路,貝爾和他的助手華生把自己的金屬膜片裝在了填充著碳粉的容器上,當人發出的聲音通過膜片作用到碳粉上時,碳粉便會因為音波的衝擊不斷改變密度,從而產生不同強度的電流。反過來,不同強度的電流使碳粉的密度改變,又會使膜片發生振蕩,產生出相應的聲波,這便產生了送話器和受話器,聲音由電流直接傳達的目標就能實現。
1876年2月,貝爾和華生終於造出了第一隻送話器和受話器,他們分別在自己的房間裏裝配上器械,並用電線連接起來,然後通上了電流。
就在這時候,貝爾不小心碰翻了自己的電池,蓄電池裏的稀硫酸潑到了桌子上。情急之中,貝爾喊道:“華生,快來幫忙,我這邊出事了。”他的話語,在遠處的華生通常是聽不到的。但是,華生卻萬分激動地飛跑過來,喊道:“你剛才在喊我,是不是?”無意之中,他們已經完成了通話,華生在受話器那一端,清清楚楚接收到了貝爾送話器傳遞過去的聲音。
電話研製成功了!
卡文迪許證明生物電
卡文迪許(1731~1810)生於法國尼斯的一個貴族家庭。富足的生活對他的科學研究非常有利。他建造了卡文迪許實驗室,測定了物質的電容;設計了卡文迪許扭秤,驗證了萬有引力定律;確定了引力常數和地球的平均密度;成為第一個測量地球的人。在化學方麵也取得了偉大成就,著有《人造氣體》一文,解釋了一些氣體的特性。其中,證明生物電的存在是由治療痛風病引起的。
2000多年前,古羅馬帝國流行著一種奇怪的治療頭疼、痛風等病證的方法。
有一天,一個病人痛苦地對醫生說:“大夫,我的腿痛風病又發作了。你給我開點藥吧。”大夫仔細地看了看病人的腿,搖搖頭說:“用不著吃藥。不過,你需要花一筆錢,去海邊休養一段時間就會好的。”病人疑惑地看著大夫,不解地問:“什麼?去海邊休養就行了?”
大夫開了張單子,遞給病人說:“你按這個地址,到海灘邊找到這個漁夫,他會讓你明白的。放心,你的痛風病一定會好的。”病人聽了大夫的話,半信半疑地來到海邊。那漁夫接過醫生寫的單子,便把病人帶到了海邊潮濕的沙灘上,並在他腳底上放了一條大黑魚。“哎唷!”病人猛地一竄,隻覺得腳底一陣發麻。不過,麻過之後,他覺得舒服多了。
“這樣就能治好痛風病嗎?”病人問道。
漁夫點點頭說:“不錯,你隻需要在這兒呆上幾天,每天都到海灘上和這條大黑魚在一起,包你能好。”
病人好奇地問:“為什麼這樣就能治好痛風病呢?”
漁夫聳聳肩說:“我也說不清楚。反正,這法子挺有效的。”
古羅馬流行的這種治病方法,確實很奇怪。但是,長期以來,誰也沒有去深究這裏麵到底有什麼奧秘。
1758年的一天,忙了整天的卡文迪許獨自呆在書房裏,他拿起一本書翻閱起來。書的內容是關於古羅馬時代科學文化的,書中記載了2000多年前風行一時的用大黑魚治病的方法。看到這裏,卡文迪許覺得非常奇怪:為什麼當病人的腿觸到大黑魚時,會有發麻的感覺呢?
卡文迪許知道人體隻有碰到電時,才會產生發麻的感覺。這兩者有聯係嗎?這時,他心裏忽然閃過一個念頭:難道這大黑魚身上帶電?想到這裏,卡文迪許興奮起來。可是,他轉念一想,要是大黑魚本身帶電,那它自己受得了嗎?再說,還從未聽說過動物能帶電呀!
要是換成別人,恐怕早就把書擱到一邊,不再細想下去了。可卡文迪許不一樣,凡是有疑問的,他必定要設法找到答案。那些在別人眼裏離奇荒誕的想法,恰恰最能激起他的興趣。
卡文迪許設法弄到了這種大黑魚,把它埋在潮濕的沙灘裏。然後,他在這條魚上麵接上一個萊頓瓶。果然,萊頓瓶冒出了火花!卡文迪許大為驚訝:“這麼說,大黑魚身上的確帶電!”就這樣,卡文迪許第一個用科學的方法證明了生物電的存在。
阿基米德由洗澡得出浮力定律
阿基米德(公元前287~公元前212),是希臘最具有現代精神的偉大的數學家和物理學家。他把數學推理和科學實驗結合起來,不僅發現了浮力定律,還完善了杠杆原理。他對科學真理孜孜以求,在自己的生命安全受到嚴重威脅的時候仍然專心科學研究,置生死於度外,他的這種精神一直為後人所敬仰。其中浮力定律的發現卻是由一件趣事引起的。
傳說敘拉古國王亥厄洛,因為打了幾次勝仗就有點飄飄然,命金匠打製一頂純金的王冠。新王冠做得十分精巧,纖細的金絲密密地織成了各種花樣,大小也正合適,國王十分高興。但轉念一想:我給了工匠15兩黃金,會不會被他們私吞了幾兩呢?因此,馬上叫人拿秤來稱,結果不多不少正好15兩。但這時一個大臣出來說:“重量一樣不等於黃金沒有少,萬一金匠在黃金中摻進了銀子或其他東西,重量可以不變,但王冠已不是純金的了。”國王聽後覺得很有道理,但有什麼辦法能既不損壞王冠又知道其中是否摻了銀子呢?國王把這個難題交給了阿基米德。
阿基米德欣然領命,因為解決種種難題正是他的誌趣所在,越是難題,才越有滋味。
可是,不損傷王冠就不能取樣跟純金比較,也不能用試金石查檢金的純度。從表麵看,是無法看出金子純度的,該怎樣判定王冠的黃金純度呢?阿基米德思來想去,一直想不出正確的判定方法來。一連幾個星期,他茶飯不思,簡直被這個難題迷住了。
但是,有問題總得解決呀,阿基米德心力交瘁,覺得總這樣也不是辦法,還是先調節一下身心,再繼續研究吧。於是,他叫來仆人,吩咐給自己準備洗澡水,洗上一個澡。
大概是阿基米德好久沒招呼仆人替他準備洗澡水了,仆人這一次把浴盆裏的水加得太滿了。阿基米德一條腿剛伸進去,水便溢出盆來,再伸進一條腿,水又漫出來一點,等到洗好澡,盆裏的水已經淺了一層。這時候,再把腿伸進盆去,那水卻不再溢出來,即使全身都浸泡在盆裏,水也沒有溢出一點兒。
看到這種現象,阿基米德思索了這麼多日子的問題突然明朗起來。看樣子,物體進入水中,一定會排出與體積相等的水,那麼,體積越大排開的水一定就越多了。如果把與王冠等重的純金浸入水中,它排出的水是一定的,如果王冠裏摻了別的金屬,那些金屬的體積一定比純金大,那麼肯定會多排出一些水,兩相對比,王冠裏有沒有假,不就很清楚了嗎?
想到這裏,阿基米德一陣欣喜,跳出浴盆開始檢驗自己的設想,他用各種金屬放進水盆,計算溢出的水。得出的結論跟自己的想法完全相同,這時,他覺得解決王冠的問題已經成熟,便帶著必要的儀器進了王宮,準備測試一下王冠是否真由純金所製。
宮殿裏,阿基米德請亥厄洛取來純金,稱出跟王冠等重的一塊,放進滿滿一盆水中,這時候,盆中的水開始溢出盆外,阿基米德小心將這些水放進杯中,然後放在天平的一端。接著又把王冠也用同樣方法浸出水來,放到天平的另一端,這時候,全體在場的人都清清楚楚看到,王冠所排出的水顯然比純金的多,天平公正地傾向了一方。
阿基米德向亥厄洛國王稟報:“金匠一定在純金裏摻了比金輕的金屬,因此王冠的體積會比純金大一點,因此排出的水便比同樣重量的純金多。”在事實麵前,金匠隻得承認自己確實是偷了國王的純金。
稱王冠的案子結束了,阿基米德完成了作為一名宮廷顧問必須完成的任務,但是,作為一名科學家,他覺得還沒有盡自己應盡的職責。沿著用排出液體多少稱量物體這條思路,他繼續研究下去,終於總結出了有關浮力的原理:浸在液體中的物體會受到向上的浮力,這種浮力的大小等於物體排開的液體的重量。這就是著名的浮力定律。
發現X射線的倫琴
倫琴(1845~1923)生於德國的呂內堡。1869年,他在蘇黎士大學獲得哲學博士學位。在以後的19年裏,他在一些大學任教,逐漸取得了著名科學家的聲望。1888年,他被任命維爾茨學物理學教授和物理研究所所長。就是在這裏,倫琴取得了非凡的成就,成為X射線發明者。
1888年,威廉·倫琴當上了維爾茨堡大學的校長。這個頭銜使倫琴感到煩惱,他覺得自己本質上隻是一位學者,隻熟悉實驗室,隻想去探尋大自然的奧秘。他的天職是豐富人類的知識寶庫,而不是在行政事務裏荒廢光陰。於是,威廉把一切惱人的事務都委派給自己的副手,讓校務委員會去決定一切,請他們在必要的時候才找自己,完成校長名義上必須完成的任務——在文件上簽上自己的姓名,而把屬於自己的時間全都用到了科學研究上。他覺得隻有這樣,才恢複了自我,生活也更加有意義。
1895年11月8日,這時的德國,天氣已經很冷了,倫琴在實驗室泡了一整天,研究的是陰極射線。為了使射線集中向一個方向集射,他在發射管外包了一張黑色的硬紙筒,這樣,除了一個方向,其他方向不會有射線溢出。
回家的路上,倫琴突然記不得自己是不是關上了電源。燈關了,電源不切斷,發射管便會損壞。這種馬馬虎虎的事已發生過好多次,他寧願再回實驗室一趟,也不願自己寶貴的實驗設備出毛病。
打開實驗室大門,倫琴立即看到,陰極發射管附近有微光。好險,幸虧自己決定回來,否則又得申請更換設備了。他正要去切斷電源,突然發覺那微光不正常,他已經能辨別室內部位,那種熒綠色的微光不僅不在安放發射管的地方,而且光色也不對。
倫琴打開電燈,看到發光體居然是儀器旁邊桌上的一塊紙屏,紙屏上,倫琴曾鍍過發光晶體,這種晶體在高能粒子流的放射下,會發出瑩綠的光。
哪來的高能射線流?陰極射線管四周套著黑色硬紙板圈,它根本不可能射向紙屏。為了把這莫明其妙的情況弄個水落石出,倫琴決定留在實驗室。
倫琴沒有切斷電源,隻是把燈關了,紙屏上的微光又出現了。接著,他把電源切斷,陰極發射管停止工作,那團瑩光立即消失。看來,陰級發射管居然還發射一種人的肉眼無法感知的、能夠穿透黑色硬紙板的射線束。
此時,倫琴猛然想起那一包無人拆動卻毫無道理爆光的感光片,不正是放在與紙屏同一張桌子上的嗎?那時還以為是感光片的問題,但現在看來,作怪的是同一種射線,一種倫琴從未知道的射線。倫琴開始意識到,一次偶然的疏忽,讓他站到了一種新的物理現象發現的大門口。
倫琴在實驗室一連住了十幾天,測試這種射線的特征。穿透力是測試的重點,他找來種種能隔開射線穿透的材料,把感光片貼在它們後麵,照射後拿去衝洗。金箔、銀箔、鐵片、木板,都一一試過,這些材料都擋不住未知射線的穿透。
最後一次,倫琴取來一塊小鉛板,它沒能完全遮沒感光片,他隻得用手扶住它。誰知底片衝洗出來以後,倫琴又意外地發現,底片上鉛板部分沒被感光,而自己那隻手,也在底片上留下了痕跡,留下的是自己手的骨骼圖像。結論已經有了:神秘的射線不能穿透鉛板,也不能穿透人的骨骼,因為骨骼主要是由鈣構成的,射線穿不透鈣質。
倫琴立即舉行了實驗結果報告會,到會的科學家裏,最激動的當數大學裏的醫學專家。他們從倫琴的實驗結果裏找到了一種強有力的科學手段。憑借倫琴的射線,醫學家可以穿透人的皮肉看到骨骼的真相,確定與骨骼有關的病情。而以前,他們隻能憑經驗,或者動手術切開皮肉才能看到真相。醫生們建議,把這種新發現的射線稱作“倫琴射線”,但倫琴當場表示:新射線的許多性質還不清楚,還要對射線作進一步的性質測試,因此他決定把射線稱作“X”射線。
發明中子的費米
恩裏科·費米(1901~1954)生於意大利。他的一生主要從事理論物理、原子及核物理學、中子物理學的研究。因發現了中子輻射產生的新放射性元素以及慢中子產生的核反應而榮獲1938年度的諾貝爾物理學獎。第二次世大戰前夕,費米舉家遷往美國,並在參加美國研製第一顆原子彈的工作中發揮了巨大作用。
1932年,英國物理學家詹姆斯·查德威克爵士在劍橋大學發現了中子,並因此獲得1935年的諾貝爾獎。這個發現開辟了原子核研究的新紀元。後來查德威克參加了美國第一顆原子彈的研究和製造工作,成為洛斯—阿拉莫斯實驗室的重要成員之一。
1934年,著名物理學家,居裏夫人的女兒伊琳娜·約裏奧·居裏和女婿弗雷德裏克·約裏奧·居裏用X粒子轟擊鈹、鋰、硼等元素產生了人工放射性物質,發現了人工放射現象並被授予1935年的諾貝爾化學獎。
費米受到以上兩項發現的啟發,開始試著用中子來進行人工放射實驗。
1934年10月,費米和同事們對某些金屬進行人工放射性試驗。他們把中子源放入銀質圓筒內,再把圓筒放在一個鉛盒裏,發現了一個奇特現象:把銀圓筒放在鉛盒的中央和一角,它的放射性的強弱是不相同的。
麵對這種奇特現象,同事們疑惑不解,有人甚至懷疑是因統計的錯誤和測量的不精確造成的。但費米不同意這種看法,他敏銳地意識到這種現象的科學價值。聽了同事們的議論,他平靜地說:“這也許是一項重要的發現,讓我們多做一些各種情況的試驗。”
經過幾天的試驗,費米和同事們又發現了新的奇特現象:把中子源放到圓筒外麵,在筒和源之間插上一塊鉛板,圓筒的放射性竟然也增強了。
這是怎麼回事呢?費米還沒找到答案。他想鉛是一種重物質,石蠟是一種輕物質,何不用石蠟來試驗一下呢?
10月22日上午,費米和同事們找來一大塊石蠟,在上麵掏個洞,把中子源放入洞內去輻照銀圓筒,然後再用蓋革計數器測量它的放射性。結果,計數器發瘋似地“喀、喀”響起來。石蠟竟把銀的人工放射性一下子提高了上百倍。
中午,費米躺在床上,上午實驗的每個細節一幕幕呈現在眼前。他思考著如何解釋石蠟奇特作用的理論。他想,石蠟含有大量的氫,氫核是質子,它的質量和中子幾乎相同,當中子源被封在石蠟塊裏時,中子到達銀原子核前,便會同石蠟中的質子相碰,碰一次便會失去一部分能量,正如一個台球在擊中另一個台球時,速度會慢下來一樣。一個中子從石蠟中出來以前,會連續同許多質子相碰而減速,從而變為慢中子。正是這種慢中子,將比快中子有更多的機會被銀原子俘獲。
費米再也躺不住了,他爬起來,快速來到實驗室,向同事們講述了自己的新想法,最後,他推測說:“如果我的想法是對的,那麼,任何含氫成分大的其他物質,比如水,也應該具有同石蠟相似的效果。”
水是不缺的,實驗室後麵花園裏有個金魚噴水池。他們說做就做,從實驗室把中子源和銀圓筒搬了出來,都放在噴水池的水下。開動計數器後,水真的把銀的人工放射性增強許多倍,費米的設想得到了實驗證實。
正是這次不尋常的實驗及以後的一係列實驗,使費米在中子轟擊方麵,尤其是熱中於轟擊方麵取得了引人注目的成績,1938年,他因此榮獲諾貝爾物理學獎。
9歲上小學的錢偉長
錢偉長,1912年9月出生,江蘇人,我國傑出的物理學家。
錢偉長的家鄉在江蘇省太湖岸邊的一個小村莊,舊中國的太湖湖畔,沒有豔麗的花朵,湖水中流淌著窮人的血淚。
錢偉長的祖父是私塾的教書先生,父親繼承了祖父的衣缽,在家鄉一所小學當教員。母親是一個善良而勤勞的農村婦女,整天靠挑花、糊火柴盒、養蠶來掙取微薄的收入,補貼家用。正應了當地那句諺語“十個黃狗九隻雄,十個先生九個窮”。
錢偉長的童年是沉重的,為了家中飯桌上能夠豐盛一些,他每天和村子裏的窮孩子們一起到田野裏去挑金花菜,到河溝裏去摸螺蚌,這是他家飯桌上的上品。
由於家中生活艱難,已到了上學年齡的錢偉長因付不起學費,一直拖到9歲才上小學。他一麵斷斷續續地念書,一麵幫母親挑花,掙一點上學的費用。
1927年,錢偉長的父親在貧病中去世了,家中的生活來源失去了大半,生活更加艱難了。失學在家的錢偉長,靠著叔父的資助進了蘇州高中,這是一所以成績優異而聞名的學校。
然而,錢偉長雖然上了幾年學,可為了家中生活,三天打魚兩天曬網,並沒有較為係統地學習各方麵知識。許多初中的課程他還沒有學習過,幾何、代數、三角、物理、化學和外語,對這個農村孩子來說,還是一些陌生的名詞。在這種情況下,他自然把興趣放到了文科上,他喜歡文學、曆史和地理,隻有這些課程才沒有成為他思想上的負擔。
他討厭那些死板的公式、枯燥的定律、令人頭痛的推理和演算,可是這些東西卻偏偏纏住他不放。
有一天,老師在講完數學課以後,又給同學們布置了幾道作業題。錢偉長花了好幾個小時,冥思苦想,總算做出來了。
沒想到,當他準備上床睡覺的時候,老師卻出現在他的麵前,並且和藹地對他說:
“你今天的作業有幾道題做錯了,我已經把錯了的地方給你指出來了,你自己再用用腦子,動手把錯誤改正過來。”
在老師的宿舍裏,錢偉長在老師的陪伴下,重新修改自己的作業。當他把錯誤一一改正過來後,時鍾已指向深夜11點。
他不僅沒有感到疲倦,反而第一次嚐到了學有所得的滋味。
從此以後,每天宿舍熄燈以後,錢偉長就到老師的房間裏去進行夜自修。他漸漸對枯燥的理科產生了興趣,後來還迷上了物理學。
4歲才會說話的伏特
伏特(1745~1827),意大利物理學家。1775年發明起電盤,1800年,發明電池。今天仍在使用的使電流動的運動驅動力的單位“伏特”就是以他的名字命的。
在意大利倫巴第住著一個沒落的貴族,伏特就是這家庭中的一員。除伏特外,他的7個兄弟姐妹長大後都參加了神職工作。
伏特並非神童。他4歲才會說話,甚至被家裏人認為智力低下。7歲時,他趕上了其他孩子,接著他的智力超過了他們。
伏特從小就對科學有遠大的抱負,14歲時便決心當一個物理學家。
一個偶然的機會,伏特讀到了英國科學家普利斯特利的一本電學著作,激起了他對以後占據當代科學舞台的電現象的濃厚興趣。當時,他甚至還寫了一首相當不錯的關於電學的拉丁文長詩。
1774年,伏特在科莫中學擔任物理教師。第二年,他發明了起電盤。他在給普利斯特利的信中描述了他的這個發明,這個裝置就是今天仍在使用的電容器的前身。
伏特的名聲因此傳播開去。1779年,他被聘為帕經亞大學的教授,並繼續從事電學研究。不久,他發明與靜電有關的設備。
1791年,由於以上成就,他獲得了英國皇家學會的科普利獎章,被選為該會會員。
解剖學家伽伐尼是伏特的好朋友,他有一次注意到,當電器開動時,若用金屬解剖刀觸一條蛙腿,就會猛然抽動。
於是他宣稱有“生物電”這樣一種東西,並寫在一篇論電流的文章裏給伏特看。
這個現象引起了伏特的重視。他反複進行這方麵的實驗,著手研究這樣一個問題:
肌肉接觸兩個不同的金屬時,所產生的電流究竟是由肌肉組織產生的,還是由金屬本身產生的。
為了驗證這一點,伏特於1794年決定隻用金屬而不用肌肉組織進行實驗。
他立刻發現,電流的產生和持續與肌肉組織並沒有關係。他又重複多次進行實驗,證明了自己得出的這個結論。
1800年,伏特經數年研究終於製成一種能產生很大電流的裝置。他用幾個盛有鹽溶液的碗,彼此之間用弓形金屬條連接。金屬條有兩類,一類為銅,另一類為錫或鋅,兩者間隔放置。這樣便產生出一股穩定的電流,這就是曆史上的第一組電池。
在此基礎上,伏特又大膽進行了改進。他用小圓銅板和小圓鋅板以及浸透了鹽溶液的硬紙板圓片,做成體積小含水少的裝置。從底部開始,往上依次為銅、鋅、硬紙板、銅、鋅、硬紙板……
如果將金屬線接到這個“伏特電池”的頂端和底部,電路閉合時就會有電流通過。
不久,英國科學家尼科爾森就把伏特電池付諸實際使用,用電流分解水分子。
伏特電池的發明,激發了英國化學家戴維的靈感,使驚人的研究成果不斷問世。
電池的發明令伏特的名聲達到了登峰造極的地步。