響尾蛇與紅外線
美國有一種紅外線追蹤導彈叫“響尾蛇導彈”，這樣的取名是有來曆的。
科學家們發現，有一些蛇如五步蛇、銅頭蛇，特別是響尾蛇，它們具有獨特而靈敏的紅外線定位本領。有人做過響尾蛇與紅外線的實驗：將響尾蛇的眼睛、耳朵、鼻子統統挖掉，等它蘇醒過來後放在一盞電燈附近。用黑紙將燈泡完全裹住，當燈泡不亮時，這條瞎眼響尾蛇一動不動；打開電燈後，可見光雖然透不出黑紙來，但是燈泡發出的熱（紅外線）卻透過黑紙，向四處輻射，這時響尾蛇竟警覺地昂起頭來。如果再把電燈移近它，它就立即撲向燈泡。此外，如果把一隻活老鼠放到離這條瞎眼蛇半米遠的地方，它也能引起抬頭反應。挖掉響尾蛇的眼、耳、鼻之後，它就喪失了視覺、聽覺和嗅覺，那麼它是靠什麼來感知紅外線並作出反應呢？
原來在響尾蛇的眼睛與鼻孔之間，有一個“紅外線定位器”，它是一個唇狀小窩，由一層布滿神經末梢的薄膜將其隔成內外兩個小室。外室像個漏鬥，大口對著外界，好像雷達天線對著目標一樣；內室有一根細管通到蛇頭的上部，細管的出口方向剛巧與外室相反。這樣，內外兩室的出口處所感受的溫度不一樣。內室細管出口所感受到的是蛇周圍空氣的溫度，外室漏鬥狀開口感覺到的是某個特定的方向裏的溫度。如果正巧在這個方向有目標（如老鼠），則外室出口感受到的溫度高於內室出口處的溫度，這就造成薄膜內外壁之間有了溫度差。由於薄膜上有豐富的神經末梢，所以蛇就有反應。響尾蛇頭部的兩側都有一個這樣的“紅外線定位器”，所以它就能夠測出目標的方向和距離。響尾蛇的紅外線定位器對溫度的感知，竟靈敏到千分之一攝氏度的變化。
保護維納斯
古希臘和古羅馬時代的許多巨大雕像，是人類文明的寶貴遺產。這些雕像大都在露天環境中，任憑風吹雨淋，很容易遭到破壞。他們一旦遭到破壞，憑什麼去加以修複呢？這是藝術家們為之發愁的一個難題。事先給各個細部拍照，作為今後修複的參考，由於雕像太大，應該拍多少照片，才能麵麵俱到呢？有了全息照相，這個難題就迎刃而解了。
人們從四、五個主要角度，攝製這些古代雕像的全息照相。隻要妥善保存為數不多的幾張全息照片，將來就可以根據全息照相提供的全部信息，對雕像的任何部位進行修複。全息照片比起普通照片來，在保存上也有很大的優越性。普通照片如果遇到不測事件被損壞了一部分，那麼這部分所記錄的事物就無法再現了。全息照片的每一部分都可以再現它所記錄的事物的全部信息。因此，如果保存的全息照片遇到不測事件，隻要留下一個角，也能根據它所提供的信息，進行雕像的修複工作。
全息照相是利用波的幹涉記錄波的振幅和相位的照相。這與普通照相不同，是利用光的幹涉原理，把一束相幹光（通常用激光）分解成兩束：一束照射到被攝物體上，從物體反射的光照射到感光片上；另一束則從不同的方向直接照射到感光片上，這束光稱為參考光。用感光片記錄下參考光和物體反射光互相幹涉形成的幹涉條紋，即記錄了反射光波的全部信息（振幅和相位）。這種照相稱為“全息圖”，全息圖沒有被攝物體的形象，用顯微鏡可以看出其上布滿了幹涉條紋。這種幹涉條紋十分細密，所以須用高分辨本領的感光材料作全息照相的記錄介質。如用與原來參考光相同的光束照射全息圖，則光束通過全息圖上的幹涉條紋（相當於衍射光柵）發生衍射，若對著原來的物體光波傳播的方向上觀察，可見物體的虛像，好像物體仍在原處。衍射後還有一會聚的光波，可在屏上形成物體的實像，稱為“共軛像”。這種重新構成原光波的效應稱為“波前重建”。全息照相再現的圖像具有三維立體感。這是因為在波前重建過程中再現了具有原來的三維空間特性的物光波。
空中懸人
看電視中“空中懸人”節目時，我們無不感到萬分驚奇和疑惑不解：女演員怎麼能無依無靠地懸在半空中，難道真的有什麼“魔法”嗎？實際上，女演員是躺在一塊很窄的透明的板上，由於燈光昏暗，背景顏色又深，透明板與背景色渾為一體，觀眾就無法辨認了。這塊板用很細的鋼絲吊住，再通過滑輪連到後台的操縱機構上，就可以牽引女演員上下浮動了。當然，鋼絲的顏色也設計得跟舞台背景一樣，加上昏暗的燈光使鋼絲不會反光，觀眾就認為女演員的四周是一無所有了。
出水芙蓉
彩色影片《追魚》中有這樣一個鏡頭：鯉魚精化成牡丹小姐，從碧波潭池深處悠然升出水麵。誰都知道，拍攝這樣的鏡頭不可能讓演員真的下到水池底部再慢慢升起，先不說演員會不會溺死，就是仙女的衣服也必須全濕透了。
拍攝的奧妙全在於一塊半透射半反射鏡。這是用真空鍍膜的方法在平板玻璃上鍍一層極薄的金屬鉻而做成的一種反射鏡，由於鍍上的薄膜極薄，因此，它除了能反射外還允許光線透射。將這塊玻璃與攝影機鏡頭的光軸成45°角安置在前麵。這樣，它既能讓鏡頭前麵的景物透射到攝影機中，又可以讓鏡頭右側的鯉魚精的動態反射到攝影機中去，從而合成一個畫麵。拍攝時，鏡間前方是一個布景，它的下麵是一個水池，水池底下裝有能冒水泡的空氣壓縮泵。鏡頭右側挖一個深坑，裏麵裝有簡易升降機，演員就站在升降機的底板上，背景是黑色的布，開拍時，演員徐徐上升，壓縮泵不斷打出水泡，兩個場景通過反射和透射被攝入鏡頭並在底片上合成。
光控小狗
某次展覽會上，展出過一個有趣的玩具，那是一隻木製的小狗。假如誰用手電筒朝著它的兩眼照去的話，這隻小狗就會發出“汪”、“汪”的叫聲，並搖著尾巴向你慢慢地走過來；要是你轉向左麵，它也跟著向左轉彎，直到你關了電筒，它才安靜地停止下來。
這是怎麼一回事呢？
話得從頭說起。那是19世紀80年代的事了，科學家們在實驗中發現，當光照在某些金屬板上時，金屬板就會呈現帶電的現象。後來經過了一係列研究，人們才知道任何物質都是由原子組成的，而原子又包含著原子核和核外電子兩大部分。某些金屬的核外電子特別活躍，很容易在外界的作用（如熱和光）下，脫離原子核的束縛，跳出金屬板的表麵，使金屬呈帶電現象。如果用光照射一塊金屬板，同時用另外一塊帶正電的金屬板，來吸收這些跳出來的電子，並且用導線把它們聯接起來，那麼電子就會源源不絕地循環起來，這樣就形成了由光而發生的電流。
小狗的兩隻眼睛正是根據這個原理製成的“光電管”，兩隻前腳上各有一個電動機，當兩隻眼睛中的光電管同時受到激發的時候，左腳和右腳的電動機同時轉動，小狗就向你直奔而來，如果隻有左麵的眼睛受光，那麼就隻有右腳的電動機被開動起來，小狗就向左轉彎了。
這種由光產生電流的光電裝置已被廣泛地應用到日常生活和工業生產上來了。現代化的車站往往會在旅客走到門前的時候，不必旅客放下手裏的行李，門就自動打開了，這就是因旅客走到門口，截斷了一條不受人注意的光束，而帶動了電門啟閉開關的緣故。在工廠裏，為了保障操作的安全，萬一工人偶而疏忽把手伸進機床危險區域的時候，機床就會自動停住，也就是這個道理。
光電裝置還可以用來代替人擔任警衛，譬如勘探隊員和野外工作人員，隻要在帳蓬四周布下可見或不可見的光線，並把它們與報警訊號聯係起來，就會在野獸闖入營地的時候，因為截斷光線而發出警鈴聲。光電裝置也常常用來擔負倉庫中自動滅火的任務，哪怕隻是十分微小的一粒火星，靈敏的光電裝置就會在不到十分之一秒的時間內，啟動自動救火設備，撲熄火災，不使人民的財產受到損失。
用冰取火
乍一想，水火不相容，冰遇火會熔化，用冰取火簡直是天方夜譚。但如果你懂得一些光學道理就知道，將冰製作成的冰透鏡，完全可以用來取火。
儒勒·凡爾納在他的科幻小說《荒涼的冰原》裏，就曾對製作冰透鏡的想法作過出色描繪。一場叛亂把去北極探險的船長和他的追隨者們丟棄在茫茫無邊的冰原上，身旁僅有一條破損的船。他們從船上取來一些木柴和食品，並用僅剩的隧石和打火鐮在冰原上生起了火。就在他們追殺一頭北極熊的時候，火熄滅了，燧石和打火鐮也不見了。在冰原上，沒有火，就意味著被凍死、餓死。
怎麼辦？船長絕望地望著天空。陽光是那麼的明媚，要是有一塊放大鏡就好了。用放大鏡可以將光線聚焦，用來取火。可是，這裏除了冰還是冰，哪兒去找放大鏡。對了，就用冰，用冰來製作冰透鏡。
他們挑選了一塊直徑約30厘米的潔淨的冰塊。先用小斧劈成形，再用小刀削光，然後用手小心翼翼地把它的表麵擦亮。終於，一塊像水晶般晶瑩透明的冰透鏡做好了。
有了冰透鏡，用冰透鏡取火，就不是一件困難的事了。隻要將冰透鏡對著陽光，讓光線透過冰透鏡聚焦，並在焦點處放些紙、木屑等易燃物品，一會兒，透過冰透鏡聚焦的光線，就可以將這些易燃物品點燃。
鏡子發明趣話
16世紀初，法國國王大婚，意大利國王派出專使，送給法國王後德美第西斯一件禮物——一麵小小的鏡子。王後把鏡子拿到手中一看，自己美麗的容顏立刻出現在鏡子裏。於是她欣喜若狂，到處炫耀她這件寶物。原來這是法國唯一的一麵玻璃水銀鏡子，據說它可值15萬法郎！此後，王後常拿著鏡子顯示自己的高貴，於是，法國貴族們都效仿起他們的王後，千方百計地為得到一麵鏡子而奮鬥。於是，意大利那些謀取高利的威尼斯商人，把玻璃鏡子大量運入法國境內。法國便出現了一股鏡子風潮，從王後到貴族，從貴族到普通百姓，愛好鏡子成了一時風氣。人們用鏡子裝飾房間、櫃櫥、桌椅，甚至連禮服、車馬都用小鏡子裝飾。而法國的大量法郎卻像流水一樣流入威尼斯人的錢袋。
為了挽救法國的經濟危機，國王召集大臣商量對策。一位大臣說：“陛下，為了防止金錢大量外流，最好的辦法就是自己創辦鏡子工廠。”
國王搖搖頭說：“可我們不懂得鏡子是怎麼造的呀。”
聽了此話，眾大臣頓時啞言。過了一會兒，一位老臣伏在國王耳邊輕輕地說了幾句話，隻見國王的愁容立刻變成了笑臉。這位大臣出了一個搶劫意大利工匠的辦法，原因是這個世界上，隻有意大利的少數幾個人會造鏡子。
說起鏡子的發明卻有四五千年的曆史了，但古時候的鏡子都是用銅磨製的。大約在公元前三千年，埃及和亞洲西部一帶的人們，已經掌握了銅鋁合金的生產技術。埃及人把青銅板打光磨光後，可以照出人影，但銅鏡照出的人像不是太理想。
大約在公元7世紀，地中海沿岸的意大利逐漸成為歐洲的文化中心。意大利的玻璃工業格外發達，特別是威尼斯城出產的玻璃尤為馳名世界。1291年，意大利借口保護玻璃生產的安全，強令全國的所有玻璃工匠全部集中在穆拉洛島從事生產。實際上這是防止生產技術被別的國家學去。
意大利政府給予遷入島上的工匠們以極優厚的待遇，並出高價鼓勵他們發明創造。但有一條規定：凡泄露生產技術的，都要處以死刑。
1317年，他們首創了平板玻璃。
1508年，在高利的刺激下，達爾卡羅兄弟倆研製成功了鍍銀的玻璃鏡子。這種鏡子是把水銀倒在製成的錫箔鏡上，水銀能夠慢慢地溶解錫，同時也就形成了一層薄薄的錫與水銀的合金（稱為“錫汞齊”）。錫汞齊比錫箔層更致密，反光能力強，照人時形象逼真，與真人無二，人們稱為“威尼斯鏡子”。它開創了用化學方法製鏡的新紀元。這種鏡子一經露麵便聞名全球，暢銷各國，當然價格也就驚人了。
法國國王聽了大臣的密計，派了一名親信來到意大利。口諭法國駐意大利的大使，要千方百計、不惜代價地從穆拉洛島偷渡來一兩個工匠回國。“萬能的金錢”起了決定性的作用，大使通過秘密渠道，終於用大量的金錢，買通了該島上一個小雜貨店的老板。
一個漆黑的夜晚，一條小木船偷偷地駛進穆拉洛島的礁石叢中，有三個威尼斯工匠偷偷地鑽進了小船。幾分鍾後，這條小船向遙遠的彼岸駛去。就這樣，那三個工匠連同鏡子的秘密一同被運到了法國。
幾個月後，法國也有了一座生產玻璃鏡子的工廠，大量的玻璃鏡子源源不斷地從工廠生產出來。從此，法國人再也不受威尼斯商人的勒索了。
法國製造的鏡子式樣，比威尼斯的更加美麗精巧，新穎大方。它們迅速成為凡爾賽宮、芳丹白露宮、盧浮宮和貴族府邸的裝飾品。同時，鏡子生產的秘密再也不是秘密了，很快傳出法國。到了19世紀，人們又發明了“鍍銀法”，再次改進生產技術，使鏡子的質量又上了一層樓。
光學工業的雙星
光是一種重要的自然現象，與人類的生活密切相關，因此，無論是我國還是西方，早在2000多年前就已開始對光學有所研究，人類製造光學儀器的曆史也可以從這時記起。11世紀時，人們發明了透鏡。到16世紀末17世紀初時，歐洲人發明了顯微鏡和望遠鏡，後經牛頓、惠更斯等人的改進，使它在實際應用方麵得到了發展，但這時人們還未從基本原理上解決顯微鏡和望遠鏡的研究和製造問題，隻是盲目地摸索。
19世紀40年代，隨著細胞生物學的蓬勃興起，生物學家們迫切需要放大倍數高的優良的顯微鏡，一位名叫卡爾·蔡斯的德國人看準了這個方興未艾的行業，加入了顯微鏡製造行列。
蔡斯出生於德國的魏瑪，30歲那年，他在耶拿大學取得了機械士職位，主要從事光學儀器的製造，鑒於顯微鏡在科學研究中的重要性與日俱增，他便離開了大學，集資創立了一個製造顯微鏡的小廠。
起初，蔡斯及工友們仍然沿襲當時常用的反複試驗的舊方法。主要是依靠經驗，采用不斷摸索的方式來生產出均勻的顯微鏡頭。但很快他發現這種舊方法存在一個致命的缺點，就是沒有一種客觀的標準，無法衡量顯微鏡鏡頭質量的好壞。為了提高顯微鏡的性能，蔡斯多方尋求幫助，最後，終於在1866年開始了和德國物理學家阿貝的合作，他們二人，一個具有光學和數學的專門知識，另一個卻具有豐富的實踐經驗，相互合作，相得益彰。這樣，阿貝在1866—1876年的10年間，成為蔡斯光學工廠的合股人，同時出任耶拿大學教授。10年間一個規模不大的蔡斯廠一躍成為國際聞名的光學企業公司，阿貝在擴大改進蔡斯工廠的過程中立下了汗馬功勞。
阿貝在檢查了當時憑經驗製造出來的顯微鏡之後，發現那些質量好的物鏡，其工作位置都是符合正弦條件的，這樣就揭示了製造優良物鏡的秘密。
1873年，阿貝在顯微鏡成像理論中首次引入頻譜概念和二次成像概念，他還從他的成像理論推導出了眾所周知的關於顯微鏡分辨距離的公式。這樣，理論與實踐相結合，阿貝先後發明了焦距儀，阿貝折射計，球徑儀等多種光學儀器，付諸使用後，大大提高了光學儀器的產品質量。
在17世紀胡克曾注意到，當觀察水中生物時，如果物鏡的前透鏡與水相接觸以致於在透鏡和標本之間沒有空氣時，觀察到的圖像特別清晰。阿貝參看了前人對此問題的研究成果，又對大約300種液體進行試驗，最後選擇了香柏油做為浸沒液體。在1878年設計成功了浸沒物鏡，這是阿貝對顯微鏡事業的重要貢獻之一。
早在19世紀70年代初，阿貝就用計算方式獲得了最優化的消色差透鏡方法。但由於當時光學玻璃材料的製造工藝未能達到理論要求，所以阿貝一直沒有製出消色差的透鏡。1884年，蔡斯和阿貝說服化學家肖特，在肖特的耶拿玻璃廠內精煉出一批高質量的新牌號的光學玻璃。阿貝利用這些玻璃並首次使用螢石，於1886年設計成功了複消色差物鏡，使顯微鏡達到了它的理論上的分辨極限。這是光學顯微鏡發展中的又一個巨大進步。
在19世紀和20世紀，蔡斯光學工廠的產品質量，在世界範圍內處於絕對第一流的狀況。這一切是和蔡斯與阿貝親密無間的合作分不開的，他們的合作是科學和技術的完善結合，被後人譽為“光學工業的雙星”。阿貝的一係列技術發明，不僅推動了蔡斯產品走向世界，而且也推動了光學理論的自身發展。蔡斯和阿貝的合作，揭開了近代光學工業的序幕。
揭示光的本質
在物理學史上，對於光的本質的爭論持續了200多年的時間，產生了兩種水火不容的學說，一種是微粒說，認為光是由無數微粒構成的粒子流；一種是波動說，認為光是一種波。這兩種學說互不相讓，光如果是波，就不是微粒；如果是微粒，就不是波；不可能既是波，又是微粒。直到1905年愛因斯坦提出了光量子理論，認為光既是波又是微粒，這種看法才被打破。正是從愛因斯坦的光量子假設中得到啟發，法國著名物理學家德布羅意提出了關於波粒二象性的假設。
路易·德布羅意1892年8月15日生於法國望族，他的家族長期為法蘭西王朝效勞，功勳卓著，17世紀40年代，法國國王路易十四封德布羅意家族為世襲公爵。數百年來，這個家族出了許多高級政治家、外交家、軍事家和科學家。路易·德布羅意和他的大哥莫利斯·德布羅意則以他們的科學成就而聞名於世。
德布羅意初上大學時，對自然科學並不感興趣而專攻曆史，他大哥莫利斯是著名的實驗物理學家，家裏有設備精良的實驗室，路易在這個實驗室裏接觸到許多新的物理問題，在大哥的影響下，路易才決定放棄曆史，轉而學習物理，成了一位半路出家的理論物理學家。
德布羅意善於直接從曆史的觀點去分析問題，物質波的思想正是從光學研究史和物理學其它領域的研究史的對比中產生的，他善於用簡明的語言，而不用深奧的公式去闡述問題在曆史上的聯係。可以說，德布羅意假設是物理學和物理學研究史結合的產物，這種結合產生了重大的科學效果。
德布羅意對愛因斯坦的光量子概念特別讚賞。1921年，他借用光量子假說，發表了一篇關於黑體輻射的論文。第二年，他又在一篇論文中用光子概念導出維恩輻射定律，他把光子看成“光的微粒”，具有質量和動量。這一時期，他對光時而呈現波動性，時而呈現粒子性這種奇特性質發生了濃厚的興趣，從而想把這兩者統一起來。
1924年，德布羅意在《關於量子理論的研究》這篇博士論文中精辟地闡述了他的這種思想，1925年在法國《物理學年鑒》上發表這篇長達100頁的論文。他認為，不僅在光的理論中，而且在物質理論中必須利用波動概念和粒子概念。每個粒子都伴隨一定的波，而每個波都與一個或多個粒子運動相聯係。他假設一個電子和一個“物質波”的係統聯係在一起，這些物質波具有不同的傳播速度，但相差不大。在它們傳播的路上，這些波將合成為“波包”，這個“波包”將以一定的速度移動，這種速度稱為“群速”，這“群速”就是粒子的運動速度，仿效愛因斯坦關於光子波長的表達式，德布羅意得出物質波的計算公式是λ＝h／mv，h是普朗克常數，mv是粒子的動量。
德布羅意的論文發表後，得到法國著名科學家朗之萬的賞識，他迫不及待地建議愛因斯坦務必讀一讀這篇文章，愛因斯坦看後，驚歎不已地稱讚說：“瞧瞧吧，看來瘋狂，可真是站得住腳呢！”他看出德布羅意的工作具有重大意義，譽之為“揭開了巨大帷幕的一角”。
德布羅意物質波的假設提出後，人們雖然覺得這種想法既大膽又新穎，但如何去檢驗這種想法的正確性？是否真能測出電子波的波長？這一波長能否與德布羅意公式算出的結果相符合？這一係列問題自然是大家最關心的。人們開始通過實驗去檢驗這一假設，但毫無效果。直到1927年，才偶然從美國物理學家戴維遜和革末的實驗中獲得證實。同年，蘇格蘭的物理學家湯姆遜從另一種辦法中證實了德布羅意假設，獲得了異曲同工之效。
由於德布羅意關於波粒二象性的發現，而榮獲了1929年的諾貝爾物理學獎，成為以博士學位論文直接獲得諾貝爾獎的第一位科學家。
德布羅意的假說為後來薛定諤波動力學的建立提供了最重要的理論基礎。薛定諤把德布羅意的物質波概念應用於原子結構學說，創立了量子力學的另一種新形式——波動力學，使德布羅意的貢獻聞名於世。
藍色大海帶來的啟示
1921年的一天，在風平浪靜的地中海上，一艘客輪正平穩地向印度駛去，一位年輕的印度母親領著一個八九歲的小男孩在光潔如鏡的甲板上散步，孩子倚在欄杆旁，望著蔚藍的大海不停地發問：
“媽媽，這是什麼海呀？”
“這是地中海。”
“為什麼海水是藍色的？”
“這個……媽媽也不知道。”
母子的談話吸引了一位年輕的印度人，他走了過來，撫摸著男孩子的頭說道：
“大海之所以是藍色，是因為它反射了天空的顏色。”
男孩眨著聰慧的眼睛，不再發問了。而這個簡單的問題卻象一塊大石頭壓在了這個年輕人的心頭，他下決心要解決這個問題。這個年輕人就是印度著名物理學家錢德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼。
1888年11月7日，拉曼出生在印度南部的蒂魯吉拉伯利，他的家庭屬於印度婆羅門教。他自幼聰明好學，16歲時就獲得了理學學士學位，1907年，他19歲時獲得了碩士學位。本來他打算赴英留學，但因身體不好而未能前往。這樣，他來到了當時印度政治、經濟、文化的中心加爾各答，在印度財政部任總會計助理，在這裏，他整整工作了10年。
在加爾各答期間，拉曼一麵工作，一麵從事業餘科學研究，這時他主要研究聲學和振動理論。1917年的一天，一個偶然的機會，拉曼結識了加爾各答大學的副校長穆柯伊爵士。這位副校長十分賞識拉曼的才華，便邀請他到加爾各答大學任教。拉曼欣然接受了邀請，被加爾各答大學理學院聘請為物理學教授，拉曼的事業從此掀開了嶄新的一頁。
在這裏，拉曼全身心地投入科學研究中，很快就取得了出色的研究成果，引起了英國科學界的注意。1921年，拉曼代表加爾各答大學，出席了在牛津召開的英帝國大學會議，他在會上所作的科研報告，受到了聽眾們的一致好評。在回國的途中，他邂逅了那對印度母子，小男孩提出的簡單問題又把拉曼引到了另一條研究道路上。
回到加爾各答後，拉曼開始研究海水呈現藍色的課題。他首先翻閱了大量資料，發現他對小男孩做出的解釋是由英國科學家瑞利勳爵提出的。拉曼認為瑞利勳爵的提法不可信，他決定自已研究這個問題。
拉曼從瑞利勳爵的理論中得到啟發，既然瑞利勳爵能用太陽光被大氣分子散射的理論解釋了天空的顏色，那麼，水分子對太陽光是否也會產生散射呢？拉曼以此為突破口，通過大量的實驗，運用細致的分析，證明了水分子對光線的散射使海水呈現顏色，拉曼的這一研究成果發表在1922年的《英國皇家學會會報》上。
此後，拉曼的研究深入到了分子和光線散射相互作用的前沿。他觀察光線穿過淨水、冰塊及其它材料時的散射現象，取得了充分的實驗數據。1923年，他又和助手一起在研究光被其它物質散射時，發現無論在固體、液體還是汽體中，都有一種普遍存在的光散射效應，即單色光被分子散射後頻率將發生改變的現象，這種效應被稱為並合散射效應或拉曼效應。
1928年2月，拉曼把這一研究成果發表在英國《自然》雜誌上。拉曼效應對於研究分子結構和化學分析都是非常重要的。為此，拉曼獲1930年度諾貝爾物理學獎金。這是印度人，也是亞洲人第一次被授予這項科學獎金。
1933年，拉曼離開加爾各答，來到印度南部重鎮班加羅爾，擔任印度科學學院院長兼物理部主任。他發起創建了印度科學院，創立了“印度科學會議”製度，創辦了印度第一份物理專業學刊《印度物理雜誌》，建立了拉曼科學研究所。為在落後的祖國綻開科學之花，拉曼耗費了大量的時間和精力。他還十分重視人才的培養，在他的指導和幫助下，一大批印度物理學家迅速成長起來，成為國際物理學界一支不可忽視的力量。
1970年10日，這位偉大的印度科學家與世長辭，終年82歲。
“炮彈被紙片彈了回來”
自從英國物理學家JJ湯姆生在研究陰極射線時發現了電子後，人們開始認識到原子中包含有電子。不過，電子是帶負電的粒子，而原子是帶中性的，所以，原子中一定還存在著帶正電的粒子，這個帶正電的粒子到底是什麼東西呢？
1906年，英國物理學家盧瑟福，做了一個著名的實驗。他用一種比原子小，但速度很高的帶正電的粒子作為“炮彈”去射擊原子，以探測原子內的虛實。這種粒子“炮彈”就是天然放射性元素放射出來的α粒子。實驗中，他讓α粒子流打在一塊熒光屏上，根據屏上的閃光點來判斷α粒子打在什麼地方。然後，他又在α粒子到熒光屏途中放上一片非常薄的金箔，看它對α粒子的飛行有什麼影響。結果盧瑟福發現，在穿過金箔時，絕大多數α粒子暢通無阻，如入“無人之境”，走的是一條直線；可是也有少數α粒子拐了彎，打到旁邊去了，極個別的粒子，竟像是碰到很硬的東西一樣，又彈了回來。這件事使盧瑟福大吃一驚，他感到“那真是我一生遇到的最難以置信的事了。它幾乎就像你用15英寸（合381厘米）的炮彈來射擊一張薄紙，而炮彈返回來擊中了你那樣地令人難以置信。”的確，α粒子比電子重七千多倍，它碰到電子就像炮彈碰到灰塵一樣，運動方向不會改變，因此可以推斷，α粒子一定是碰到了原子中帶正電的粒子才拐彎的，而這種帶正電的粒子一定是重而堅實的，否則就不會有一些α粒子拐大彎；它又一定很小，不容易被α粒子碰到，不然，絕大多數的α粒子不會毫無阻擋地筆直穿過射到熒光屏上。
原子中這個帶正電的粒子，盧瑟福稱它為原子核。
從實驗測量知道，各種原子的原子核的半徑，大都在一萬億分之一厘米到一千億分之一厘米之間，就是說，它隻有原子半徑的十萬分之一左右。難怪在盧瑟福的實驗中，很少有α粒子能僥幸碰上原子核。
原子核雖然很小，但它卻幾乎集中了整個原子的質量，因此，它的密度極大。根據計算，核內物質的密度大約為一萬萬噸每立方厘米！假如把原子核一個個排起來，裝滿一隻火柴盒，那麼，這隻火柴盒的質量抵得上整個喜馬拉雅山。這樣超高密度的物質，人們在地球上從未碰到過。然而近年來，天文學家在廣闊的宇宙中，卻發現了這樣超高密度的天體。這說明，在星際空間中，有些天體完全是由原子核組成的。另有一種說法認為，這種超高密度天體的形成，是由於這些天體內部存在著超高壓強作用，因而把原子中的電子也壓到核裏麵去了。
古字帖的鑒定
《上虞帖》是東晉書法家王羲之的一件信劄，真跡已失。傳世的僅是後人的摹本，曆來為人們所珍重，其上就蓋有宋代趙佶（宋徽宗）的收藏印章和明代王府的收藏印章。一般認為，該摹本是唐摹本，但也有不同看法，因為《上虞帖》在宋時有過刻本，刻本與摹本的字形有不一致的地方。所以，對摹本的鑒定，一直懸而未決，爭論頗多。
以往，文物工作者通過對書法風格的比較分析，特別是將《上虞帖》與其他經趙佶收藏過的書畫比較，發現趙佶收藏印章和蓋印的格式相同。由於此印章比較清楚，在鑒定中沒有遇到什麼特殊的困難，認定該摹本存在於宋徽宗之前沒有疑問。不過，摹本的確實年代，仍然沒有解決。要知道，從東晉到宋徽宗，其間有七八百年的時間！
怎麼辦？文物工作者發現，該摹本上還有一方朱印，但已完全看不清，以致在它的位置上，重疊蓋有另一方小印。看來，要搞清《上虞帖》的年代，這方幾乎看不見的朱印，是希望之所在。
為了弄清這方印章，文物工作者使用了軟X射線攝影術，從而使《上虞帖》左下方的一顆“內合同印”清晰地顯示出來。“內合同印”是五代唐後主（李煜）宮廷的收藏印。在國內現存的書畫中，從未見過其廬山真麵目，印文僅散見於有關記載。現在，竟然在《上虞帖》中找到了它，不僅使我們第一次見到南唐王室收藏印的真容，而且為《上虞帖》的鑒定提供了重要的線索，它向人們指出，該摹本南唐時已藏入宮廷，遠遠早於北宋，則《上虞帖》當是唐代摹本，基本上可以肯定下來了。
軟X射線技術是80年代發展起來的新技術。所謂軟X射線，其射線的波長比通常所說的X射線長，約在06×10-10～09×10-10米之間。X射線的波長愈短，其穿透能力越強。軟X射線的波長較長，對於重金屬來說，它無力穿透，但對於低原子序數的非金屬、輕金屬、動植物以及人體軟組織等，就比較容易穿透。《上虞帖》上的“內合同印”，雖經曆久遠的年代，早已模糊不清，但它是蓋在紙上的，總會有部分印泥（氧化汞）滲透入紙層內部。所以，根據軟X射線能穿透紙張而對重金屬汞元素不易穿透的道理，就不難理解所拍攝得的照片為什麼能使原來模糊的印章清晰地顯現出來。
米格倫疑案
第二次世界大戰結束後，荷蘭三流畫家米格倫，因將17世紀荷蘭著名畫家弗美爾的畫賣給德國而被捕入獄。米格倫爭辯說他賣出的弗美爾的名畫都是他自己仿造的。為了證實自己的仿造能力，他開始在獄中複製費美爾的一幅油畫。但是，當他將完成仿造工作時，傳來他即將被判犯有通敵罪的消息，於是就失望地放棄了使仿製品能以假亂真的最後一道“老化”工作。不久，米格倫因心髒病發作死於獄中。米格倫死後，這樁疑案並未了結，流傳在世界各地的弗美爾的名畫一下子陷進了真假難分的境地，藝術界要求對此作出全麵的科學分析。
1968年，美國科學家用測量天然α放射性衰變確定文物年代的新技術，終於使積壓了二十多年的米格倫疑案得以揭曉。油畫繪製時總是用礦物顏料，其中鉛是重要組成部分。在自然界裏鉛有幾種同位素，其中最普通的是鉛210，它的半衰期隻有22年，即每經過22年它的數量就會減少為原先的一半，如果得不到任何補充，它就會衰變完。不過，鉛210是由它的“母親”鐳226衰變（半衰期為1620年）而來。當鉛210還處於自然的礦石狀態時，它總是與其他礦物混雜在一起。由於長期得到鐳226的補充，使它們能達到放射平衡，即單位時間內鐳226衰變成鉛210的數量，等於鉛210衰變掉的數量。所以自然礦物中鉛210的濃度（即含量）將維持不變。
鉛一旦從礦物中提煉出來製成顏料後，這種平衡就被破壞。鉛在化學分離過程中不可能變得很純，含鉛的顏料中難免帶有少量殘存的鐳。但鉛和鐳在顏料中含量相差很多，就說明這種顏料是近年來配製的。由於鐳226的半衰期很長，在短時期內鐳226的衰變物很少，鉛210得不到鐳226的足夠補充，在一段時期內鉛210衰變掉較多，但其含量仍然多於鐳226。經過相當長的時間（200～300年），這種鉛－鐳的平衡關係才能重新形成。因此，如果我們知道這種顏料中鉛和鐳的含量差不多，就說明這幅畫的年代久遠。
美國科學家就是利用顏料中的鉛－鐳的這種平衡關係來判斷畫的真偽。如果鉛－鐳含量相差懸殊，說明這畫是近年來製作，肯定是贗品，如果鉛－鐳含量基本相等，說明這畫的創作年代距今有200年以上了，它是真品。
核冬天
20世紀70年代的若幹研究斷定，平流層中防止生物受太陽有害紫外線輻射的臭氧層，可能被核爆炸所產生的大量氧化氮耗盡。進一步的研究還推測，核爆炸所產生的大量塵埃漏進大氣，可能阻斷太陽光照射地球表麵，導致空氣的暫時冷卻，似乎是到了冬天。
1983年一項規模龐大的TTAPS研究（以發起人特科、圖恩、阿克曼、波拉克和薩根等姓氏的首字母命名），對核毀壞城市的因素加以考慮，並創造了“核冬天”這個術語，其有關核戰爭環境效應的先兆性假說，受到美國、蘇聯科學界的重視並對之作了深入的研究。
根據該假說，核彈頭爆炸產生的無數巨大火球為形成核冬天的基本原因。這些火球會引燃無法控製的大火（火風暴），這些大火所揚起的巨大煙塵柱升到高處漂流數周，數億噸煙和煙灰被強勁的西風吹走，最後，在北緯30°～60°間形成環繞北半球的黑雲，它們遮住陽光，結果使地麵溫度驟降11°～22°，這樣，黑暗、寒冷與高輻射結合起來，將阻礙植物的光合作用而毀滅地球上的動物、植物，由此引起的饑荒、無衣、無住和疾病，導致大量死亡而使地球人口劇減。
啤酒瓶的啟示
美國物理學家格拉塞在開啤酒瓶時，注意到酒瓶玻璃上一些粗糙突起處的周圍特別容易產生氣泡，在對這個現象的深入研究中，他發現在過熱的液體中，如果存在帶電離子，它周圍的液體將氣化，在粒子經過的路上將顯示出一串看得見的氣泡，這就是粒子的徑跡。守候在旁邊的照相機及時拍下這曇花一現的情景，那就記錄了粒子運動的軌跡。他的這一想法導致發明氣泡室。
基本粒子實驗用的氣泡室裏裝的當然不是啤酒，而是零下二百多攝氏度的液態氫、重水或氮。通常作研究時，需要在氣泡室中放進由被研究物質製成的靶。但是，在研究質子或中子的性質時，氣泡室內的液態氫或重水既是一種顯示的介質，又是一種很理想的靶。因為前者的原子核是一個質子，後者的原子核則由一個質子和一個中子組成。這是氣泡室最受人歡迎的地方。
為了實現液體的過熱狀態，人們利用機械係統移動活塞，從而使氣泡室內的壓強突然降低，幾毫秒之後它又恢複到正常狀態。氣泡室對外來的帶電粒子是敏感的，就在幾毫秒的短暫的瞬時，由加速器所產生的粒子恰好準點到來（即加速器與氣泡室“同步”），這時，氣泡室用閃光燈照明，並和立體照相設備自動攝影記錄。在拍得的照片上，我們能夠清楚地看到粒子的產生和湮滅過程。不過，真要發現一張有價值的照片也不是件輕鬆的工作，因為世界各國的大型氣泡室每年攝製的照片有幾千萬張，圖像識別及數值分析的工作相當複雜，一般都用計算機來處理。
考古學家的“時鍾”
1958年，在我國的古老地層中發現一顆古代蓮子。經考古學家采用“碳14方法”測定，它已有1000多年的曆史。後來，經過北京植物專家的精心培育，這顆古蓮子竟然萌發新芽，並開花結果。這件事在考古界引起轟動，並引起了人們對“碳14方法”測定古代植物年齡的興趣。
植物的呼吸循環是吸進二氧化碳，呼出氧氣。大氣二氧化碳中的碳主要是碳12。但也有極少量（大約隻有碳12含量的1萬億分之12）的碳14。這是一種放射性同位素，它的半衰期為5570年，也就是說每過5570年碳14的原子總數的一半，衰變成其他原子。除了具有放射性外，碳14的各種物理或化學性質同碳12沒有任何不同。由於植物不斷吸進二氧化碳，因此，植物的體內部存在極微量的碳14。當然，由於碳14的不斷衰變，會使它在植物中的含量不斷減少。但是，植物在同大氣交換二氧化碳過程中，又會不斷地把碳14補充進來。理論計算指出，在地球上這樣的過程隻要持續幾萬年以上，就會達到動態平衡，從而使植物中碳14的含量保持恒定。
但是，某種植物一但中止了與大氣的二氧化碳的交換，例如，某種植物死亡了，則其中的碳14的含量會因為“入不敷出”而減少。交換中止的時間越久，則該植物中的碳14含量就越少。這樣，人們隻要測量這種植物中碳14和碳12的含量之比，再同測量時空氣中的碳14的含量進行比較，就可以算出該植物生存的年代。這就是用“碳14方法”測定植物年代的基本道理。
考古工作者應用這種方法解決了許多考古中未能解決的難題。例如，在新石器時代仰韶文化的遺址——西安半坡遺址中，發現了大量古代小米，經測定知道它們的存在距今已有6500年。這說明六千多年前，中國就有了相當發達的農業。又例如，據曆史記載，公元79年由於著名的維蘇威火山爆發，意大利龐培城被“活埋”了。這記載可靠嗎？當龐培城被考古學家完整地發掘出來後，對出土的一塊燒焦的麵包（它也是用古代植物製成的），用“碳14方法”進行測量，結果發現其“年齡”與曆史資料吻合。這說明那段曆史記載是對的。碳14真不愧是考古學家的“時鍾”。
陰雨天的意外發現
倫琴發現X射線之後，在歐洲掀起了一股X射線熱，許多科學家都改行搞起這項熱門的研究來了，其中有一位法國物理學家貝克勒耳。
他研究的是一種礦廠，這種礦石在陽光照射下，除了發射熒光之外，還會不會發出X射線來?
貝克勒耳想了一個簡單而巧妙的辦法：他在礦石下放一張用黑紙包著的照相底片，太陽光和礦石發出的熒光都不能穿透黑紙使底片感光，隻有X射線能穿透黑紙使底片感光。因此，隻要檢查底片是否被感光，就能知道這種礦石會不會發射X射線了。
1896年春天，他開始做實驗，不巧得很，那幾天連續陰雨，沒有太陽光，實驗無法進行。他隻得把黑紙包著的一疊底片放進抽屜裏，等待天晴。他順手就把那塊礦石壓在黑紙包上麵。
幾天之後天氣轉晴，貝克勒耳開始準備做實驗。這位細心的科學家想，黑紙包是否漏光?要是漏光的話，那麼，底片是就感光了，實驗不是白做了嗎?想到這裏，他就從放在抽屜裏的那疊底片中，抽了幾張，拿去衝洗。
看了衝洗出來的照片，貝克勒耳大吃一驚。原來，那幾張底片由於受到強烈的照射而感光了，感光部分的形狀正好與那塊礦石的形狀相一致。激動萬分的貝克勒耳，又把其餘的底片全部拿去衝洗。結果，每張底片上都留下了那塊礦石的影子。
這不可能是漏光造成的，必定有另一種因素在起作用。經過連續幾天的反複實驗和深入分析，貝克勒耳斷定，使底片感光的是礦石中的鈾元素放出的一種射線。根據底片被感光的強烈程度看，這不可能是X射線造成的，普通的可見光更做不到這一點。
鈾本是一種不為人們所重視的金屬，因為它沒有多大實用價值。玻璃工人隻把它當作著色劑用，在熔煉彩色玻璃時，摻進一點鈾鹽，就能使玻璃顯出鮮豔的色彩來。由於貝克勒耳的發現，鈾受到科學家前所未有的重視，身價百倍。後來，當鈾能被用來製造原子彈時，它的地位更上升到了“戰略物資”的高度。
紫外光的災難
人們早就知道，物體被加熱後會發現光來。開始時呈暗紅色，隨著溫度上升，物體發光的顏色由紅變黃，並向藍白色過渡。當物體的溫度達到上千攝氏度時，就會發出耀眼的白熾光。由於物體的溫度和它發光的顏色之間有一定的聯係，所以有經驗的煉鋼工人能根據鋼水的顏色(也就是鋼水所發出的光的顏色)來判斷鋼水的溫度。物體因溫度升高而發光的現象，在物理學上稱作“熱輻射”。
科學家是喜歡追根究底的。物體因加熱發光時，它的溫度和所發光的顏色(或者說是波長)之間究竟存在著什麼樣的關係呢?
19世紀後期，德國的維恩、英國的瑞利和金斯推導出有關熱輻射規律的兩個公式。利用這兩個公式，人們可以求出熱輻射物體發出某一波長的光的能量是多少。這種關係在物理學上稱作能量按發光波長的分布。
但是，這兩個公式都隻符合實驗結果的一部分：物體發光的波長較長(即發紅光或黃光)時，瑞利-金斯公式和實驗結果相一致；波長較短(發綠光或藍光)時，維恩公式與實驗相符合。當物體發光的波長更短，就成眼睛看不見的紫外光時，這兩個公式都不能解釋實驗結果。紫外光給熱輻射公式帶來的災難，使物理學家們傷透了腦筋。不管他們作出多大的努力，理論總是不能完全符合實驗結果，不是在長波方麵不符合，就是在短波上不符合。真是顧了“頭”顧不上“尾”，保住“尾”又丟了“頭”。
著名物理學家開耳文把這種情況稱作為“在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的小小的烏雲”。一朵就是關於熱輻射實驗的“紫外光的災難”，另一朵是為了驗證光傳播媒質存在而進行的邁克爾遜-莫雷實驗。開耳文很有眼力，就是這兩朵烏雲給物理學副業來一場大變革的暴風雨，在此基礎上，誕生了現代物理學的兩大支柱；量子論和相對論。
微觀世界的“腳手架”
1926年夏天，美國物理學家戴維孫到英國訪問，巧遇德國的玻恩教授。這個量子力學的祖師爺把德布羅意的一個有趣想法告訴了戴維孫：既然傳統上認為具有典型波動性的光，在某些場合下能顯示粒子性，那麼，傳統上是具有典型粒子性的電子，在某種場合下能不能顯示出波動性來呢?這是迄今尚無法驗證的一個“懸案”。
言者無意，聽者有心。聽得出神的戴維孫忽然想起了一件事：1925年4月的一天，他和同事革末像往常一樣在著名的貝爾電話實驗室裏做實驗，用一束電子去轟擊放在高真空的玻璃容器裏的一塊鎳片，期望能撞出一些新的電子來。那天做實驗時由於意外事故空氣進入容器，使裏麵的鎳片氧化。由於這項實驗需要很純的鎳片，所以他們不得不把氧化後的鎳片取出來，一麵加熱，一麵把上麵的氧化層洗刷掉。當他們用洗清的鎳片繼續做實驗時，卻得到一張奇怪的照片：一圈一圈的同心圓，明暗相間地排列著，很像光經過小孔衍射後的照片。
當初，他們麵對這張衍射照片百思不得其解。現在，玻恩教授介紹的德布羅意關於電子可能具有波動性的觀點，使戴維孫恍然大悟。原來他和革末拍到的這張奇怪的照片，竟然是發現電子具有波動性的重要證據。
地獄炸彈
1952年11月的頭一天，太平洋馬紹爾群島的一個珊瑚島上進行了地球上第一次熱核爆炸。這次爆炸的威力相當於1000萬噸TNT炸藥，是廣島爆炸的那顆原子彈爆炸力的500倍!這次爆炸是那樣厲害，竟把那個小島都炸個精光。所有不祥的預言都應驗了，人們擔心，有朝一日發生一場熱核戰爭的話，將把世界炸得像一座地獄。因此，有人把這種炸彈稱之為“地獄炸彈”。其實，這種炸彈的正式名稱叫“氫彈”。
地球上的氫有三種同位素。通常的氫的原子核，隻有單獨一個質子，這種氫叫氫-1，它占了氫元素的絕大部分，它就是通常所說的氫。大約每6000個氫原子中，有一個氫-2，它的原子核包括一個質子和一個中子，人們把這種氫稱作“氘”(讀作“刀”)，又叫“重氫”。氫-2比氫-1容易聚合，在其他條件都相同的情況下，氫-2聚變所需的溫度要低一些。
此外，還有一種氫-3，聚變進所需溫度更低，但它的數量實在太少了。這種氫叫“氚”(讀作“川”)，它的原子核有一個質子和兩個中子，因為它比重氫還重，所以又叫“超重氫”。
根據愛因斯坦的質能公式計算，如果設法使氘或氚的原子核，在高溫下通過激烈的碰撞合並成中等重量的原子核，在發生質量虧損的同時會釋放出巨大的能量。這樣一種核反應叫“熱核反應”，又叫“聚變反應”。
進行熱核反應道先要點火。這如同生爐子一樣，先得點燃柴禾。用火柴點火時溫度隻有上百攝氏度，可是，要實現聚變反應所需的點火溫度是這個溫度的幾十萬倍。根據費米的估算，要使氘和氚的混合氣體實現熱核反應，其點火溫度至少要達到5000萬攝氏度。而由純粹的氘來實現熱核反應，點火溫度高達四五億攝氏度。這麼高的溫度哪裏來?原子彈的問世為此創造了條件。原子彈爆炸時，其中心溫度高達幾千萬度至上億度。因此氫彈的“點火棍”正是原子彈。
一場誤會
在中子發現之後，科學家們提出了原子核是由質子和中子組成的假說，並很快得到了公認。不過，這個假說也麵臨一些棘手的問題。例如，原子核中的質子都帶正電，為什麼它們不因排斥而分散，反而能擁擠在原子核內相安無事呢?為了回答這個難題，科學家們又提出，在原子核內除質子之間的靜電斥力之外，在各核子之間一定還存在著一種巨大的引力，這種引力的強度遠遠超過了靜電斥力，從而使各個核子老老實實地呆在原子核內，這種巨大的引力就叫做“核力”。
那麼，核力是怎樣產生的?1935年，日本物理學家湯川秀樹提出“介子理論”，認為核力是核子之間不斷交換某種媒介粒子(被稱介子)的結果。根據量子電動力學理論，核子之間的相互作用的“力所能及”的距離(力距)，與被交換的介子的質量成反比。由於核力的力距很短，因而介了的質量很大，湯川秀樹從理論上估算出介子的質量大約為電子質量的200多倍。
1937年5月，美國物理學家安德森等在4300米高的山頂上，利用他設計的特別的磁雲室捕獲到一種新的未知粒子。根據測定的結果計算，這種新粒子的質量大約為電子質量的207倍。消息一經發表，立即引起了科學界強烈的反響，人們普遍認為，這就是湯川秀樹所預言的介子，並取名為μ介子。這件事似乎就至此為止了。
不久，更多的新實驗結果出來了，它們顯示μ介子可以自由地穿過原子核千百次而不同原子核發生作用。這使人們感到迷惑不解，作為傳遞核力的μ介子怎麼很難與原子核發生作用呢?最後，科學家得出結論：μ介子並不是湯川秀樹預言的那種介子。那麼，湯川預言的介子在哪裏呢?
事隔十年之後，1947年英國物理學家鮑威爾利用原子核乳膠在宇宙射線中發現π介子，這才是湯川秀樹預言過的那種傳遞核力的介子。何以見得?理由有二條：一是π介子同原子核有強烈的相互作用，二是高能核子發生相互作用時會產生π介子。這樣看來，安德森發現的μ介子是關於核力介子的一場誤會。不過，安德森他們的工作也沒白做，因為μ介子的發現有著特殊的科學價值，它使科學家認識到另一種衰變：基本粒子的衰變。原子核由於天然或人工的放射性，會衰變成另一種原子核。而作為一種基本粒子的μ介子，也會因天然或人工的因素，衰變成電子和中微子。
黑夜，應該是白夜
天空為什麼是黑的?
太陽落山了唄。夜晚，太陽公公睡覺去了，天就黑了。3歲的兒童會這麼回答。
是的，天上沒有太陽，好像天就必然會是黑的。可是，沒有了太陽，還有星星，絕大多數星星都是恒星，都會發光，為什麼沒把夜晚的天空照亮?
所有的星星都在發光，夜晚的天空不應該是黑的，本應該像白天那麼亮。
這是19世紀的天文學家奧伯斯提出的問題。奧伯斯是德國人，原來是內科醫生，酷愛天文，白天行醫，晚上就在自己的住所上層觀測星空，發現過5顆彗星，研究過小行星。觀測的年頭多了，就提出了上述這個問題。
要說清這個問題，還得從天上有多少星星說起。奧伯斯是從天上有多少星，想到了宇宙有多大，是不是無邊無際。這不是3歲兒童回答得了的，涉及一些大問題。
在沒有望遠鏡以前，全憑肉眼看天，眼力再好，也隻能看到6000多顆星。發明望遠鏡以後，眼界突然開闊，看到了5萬多顆星。後來，天文學家赫歇爾一家，赫歇爾和他的妹妹、兒子對天空劃分區域，係統觀測，作了統計，統計出北半球天空有11萬顆星，南半球天空有70萬顆星。
人類的視野開闊了，從太陽係擴展到了銀河係，看到了10萬光年以外的星空。當年赫歇爾一家觀測星空，使用的是自製望遠鏡。時代進步了，製造望遠鏡的技術越來越高，人的視野一再擴大，原以為看到了天邊，誰知道真是天外還有天。天在擴展，誰也說不清天到底有多大，於是形成了一個觀念：宇宙是無邊無際的，宇宙是無限的。
這時候，奧伯斯出來說話了。他說，宇宙是無限的說法不科學，不信的話，我給計算一下。宇宙中應該均勻地分布著許多發光的恒星，雖然有的亮些，有的暗些，不妨假定它們都按一個平均亮度發光。還要考慮，離地球近的星，照到地球上的光要強一些，遠一些就弱一些，把距離的因素也考慮進去。如果宇宙是無限的，恒星和恒星之間不會有暗區，地球的上空不會是黑的，而且比白天亮得多，大約相當天空中布滿了太陽那麼亮！
奧伯斯的理論告訴我們，夜晚的星空是亮的，是白夜；而人們的實際觀察，夜晚的星空是黑的，是黑夜、理論和實際發生了矛盾。
提出這個矛盾，奧伯斯不是第一人。1610年，天文學家開普勒就反對過宇宙無限的說法，他認為，如果天空的星星無限多，夜晚的星空就應該是亮的。
理論和實際發生矛盾，其中必定有原因，隻是一下子還不知道問題出在哪裏。從奧伯斯開始，不斷地有人探討矛盾的根源，推動了學術的發展，促使人們去思考宇宙到底是什麼樣的。為了解決矛盾，曾經出現過許多說法。
有人說，星空中存在著吸光物質，比如塵埃之類的物質，吸光物質吸收了星光，使得天空黑了下來。
有人說，奧伯斯的理論，是根據恒星均勻地分布在空中計算的，而實際的恒星分布並不均勻，有的星區恒星多，有的星區恒星少，宇宙中有亮區和暗區，地球的位置在於暗區。
有的人倒是讚同奧伯斯的理論，隻是說，奧伯斯假定了恒星永遠在那兒發光，要考慮到恒星也有個壽命問題，要是恒星的平均壽命很短，那麼遙遠的恒星在“死亡”以前發出的光到不了地球。
還有一種理論，認為宇宙起源於原始火球的大爆炸，大爆炸以後，出現了許多星雲，逐漸凝聚成各種天體。大爆炸以後，宇宙膨脹開來，大量恒星遠離我們而去。這樣，這些恒星的光也不能到達地球。
也還有這樣的推論，如果宇宙存在的時間太短，而那些距離我們十分遙遠的星光，還沒有射到地球上來呢。
也許還會出現一些新的解釋，總之，白夜和黑夜的問題已打開了人們的思路。隻要無法推翻奧伯斯的理論，那就得找出原因來說明這個相互矛盾的事實。
從未聽說過的超流
冷，冷，冷！哪兒最冷？
在地球上，最冷的地方在南極，曾記錄到－88℃的低溫。科學家卻說，這隻是“普冷”，普普通通的冷，還有更冷的地方，那就是實驗室。
物理學家為了把氣體變成液體，在實驗室製造出比南極更冷的環境，冷到零下200℃。冷到這個地步，好多氣體，包括氮和氧都成了液體；冷到這個地步，出現了好多怪現象，橡皮球失去了彈性，扔到地上不會彈跳，而脆得像玻璃，碎了。還有，會流動的水銀變得梆梆硬，能拿來當錘子使……
這還不算冷，在實驗室裏又製造出比－200℃更冷的環境，在－253℃的時候，氫氣變成了液體。最難液化的氦氣，經過艱辛的努力，終於在－269℃的時候，也成為了液體。到此為止，所有的氣體都被液化了。
在這麼冷的環境裏，怪現象更為奇特。第一個現象是超導現象，導體的電阻消失了，電流在導體裏永遠流動著；磁鐵不再吸鐵，而懸浮在空中。超導的宣傳很多，大家也許已知道了；而第二個現象——超流，卻很少有人知道，也許從未聽說過。
超流特別怪：液體都有流動性，而且都是向下流；可是真怪，在超低溫的實驗室裏，液體不僅往低處流，居然也會往高處走，盛在杯子裏的液體，會沿著杯子內壁向上走，又從杯子外壁流下來，好像給杯子內外壁貼上了一層薄膜。把杯子蓋上蓋子，也很容易“流”出來。
這是一種從未見過的液體，從未見過的怪現象，首先發現這一怪現象的人是物理學家卡皮察。卡皮察是前蘇聯人，1921年赴英國留學，學成後便居住在英國從事科學研究，研究工作很出色。英國皇家學會打破了200多年來從不吸收外國人為會員的規矩，破例吸收了卡皮察。
1934年，為探望母親，卡皮察返回前蘇聯，再沒到英國去。前蘇聯政府把卡皮察使用過的全套設備從英國買了回來，建立了一個物理研究所。
1938年，卡皮察發現，當溫度從－269℃下降到－271℃（僅僅下降2℃）的時候，液態氦突然變成了一種從未見過的液體。他把這種液化氦叫作“氦Ⅱ”。
為了測量氦Ⅱ的粘滯性，卡皮察用一種方法強迫氦Ⅱ從兩塊平滑的光學玻璃片通過，兩塊玻璃片之間縫隙極其微小，氦Ⅱ竟以無法測定的速度通過了縫隙。後來，其他科學家也發現氦Ⅱ很容易流過直徑隻有幾分之一微米的毛細管。氦Ⅱ的粘滯性隻是水的十億分之一，幾乎等於零。
這種超流動性，就簡稱超流。
在－271℃和－272℃的時候，氦Ⅱ沒有摩擦力，沒有粘滯性，也沒有表麵張力，能順暢地通過微孔——萬分之一厘米的微孔。千萬不能把氦Ⅱ裝在沒上釉的陶罐裏、陶壺裏，這樣它會從那些看不見的微孔中流走。這時的陶罐、陶壺，不再是容器，而成了“過濾網”，大漏特漏。因此，最好把氦Ⅱ裝在玻璃容器裏，不過，它又會沿著容器的壁向上爬，像剛才說的，從內壁爬向外壁。
氦Ⅱ的超流現象還有奇怪的哩。一般的液體，比如一桶水，手提水桶，轉動水桶，桶中的水會隨著桶轉動。而氦Ⅱ卻不，慢慢地轉動容器，氦Ⅱ不隨著容器轉，而是靜止不動。如果液麵上放一根指針，讓指針指向北極星，無論怎麼轉動，指針始終指向北極星。這就是說，桶動它不動，而且是相對恒星靜止不動。許多科學家的試驗，證實了這一怪現象。
超流最奇特的現象是噴泉效應。這個實驗請看參考圖，圖中容器中盛著一些氦Ⅱ，其中放著一個類似眼藥瓶的管子，管口很細，管內裝滿了黑色的金剛砂粒，金剛砂很細，用棉花塞堵緊。用手電筒的光（並不強的光）照射時，黑色金剛砂吸收了熱，溫度稍稍提高，氦Ⅱ就湧入“眼藥瓶”，從管口向高處噴射出來。這個小噴泉可噴到30厘米高，與小容器相比，可稱得上壯觀了。
為什麼液氦的個性那麼特別？
至今仍是一個沒有結論的秘密。有人認為，液氦雖然是液體，但具備氣體的特點。液體密度比氣體大得多，原子之間的間距小，而液氦的密度並不大，很小，隻是水的008～014倍，原子之間的間距大。看起來，液氦很像氣體，但卻又不是氣體，氣體會充滿整個容器。
在這篇短文裏，我們很難把這個問題說清。它仍然是一個需要深入研究的問題，超流現象中提出的為什麼，包含著許多個不知道，僅僅用經典物理學已無法解釋這些怪現象。科學家們早已看出來，是量子力學在起作用，這正是超流現象吸引人的地方，吸引著當代的科學家，必然也會吸引著未來的科學家。
說不定哪一天，通過超流現象的研究，基礎理論會有所突破；說不定哪一天，超流現象會啟示人們搞出個新發明來。
自殺，還是他殺
火車有汽笛，輪船也有汽笛。火車的汽笛聲調高，發出尖銳的嘯聲，提醒人們趕快閃開；輪船的汽笛聲調低，低沉得顯出緩慢，意在提醒遠處的船隻，注意小心。人們並沒有在意到，輪船汽笛聲，可以傳到16千米以外的海麵上。
這時候，汽笛聲的頻率為26赫茲。如果聲音的頻率再低，降到20赫茲以下，人的耳朵就聽不見了。這種聲音叫“次聲”。
在大自然中，地震和火山爆發的時候，會出現次聲；海浪衝擊，海上出現風暴的時候，也會出現次聲。次聲是人耳聽不見的聲音，於是就引出了一些不知道的故事。
在這些不知道的故事中，有說到百慕大三角的，說那麼多海船在這個魔鬼三角遇難，都是次聲造成的。有說鯨的集體自殺不是自殺，而是他殺，禍首就是次聲。
這裏，先說說鯨的集體自殺。關於鯨的集體自殺事件，報道很多很多。這裏列舉幾件：
1970年1月11日，美國佛羅裏達州附近的海麵上，150多頭小逆戟鯨突然衝上沙灘，人們試著把它們拖回大海，可是鯨一次一次衝向沙灘，全部死亡。
1979年7月17日，加拿大歐斯峽角海灣也發現鯨衝上海灘，135頭巨頭鯨躺在沙灘上，漁民們開足水龍頭，企圖把鯨趕回大海，可硬趕不回去，所有的鯨“自殺”而死。
在我國，在澳大利亞的海灘上，也出現過鯨的集體自殺事件，場麵十分悲壯。
鯨的逃生本領十分高強，曾經有一頭長達6米的白鯨，誤入萊茵河，遊到了德國的波恩，德國人起了活捉白鯨的念頭，發射了麻醉彈，阻截捕撈，到頭來也沒捕到，白鯨又從萊茵河遊回大海去了。
鯨的集體自殺，的確令人難以理解，有人說是鯨的神經錯亂了。可是，說一頭鯨神經錯亂還馬馬虎虎，說上百頭鯨同時神經錯亂，就說不過去了。還有人說是誤入淺灘，既是“誤入”，為什麼不退回去，還大批大批衝上沙灘，拒絕解救？
生物學家對鯨的自殺之謎做了分析，研究了133件自殺事件，發現參與自殺的鯨有26種。鯨的自殺沒有特定的地域，世界上任何一個海灘都可能是它們自殺的地點。自殺的場地大多是水下有淤泥或是有砂石的海灘，時間大多在風暴來臨以前。
原來鯨在水中遊，測方向，了解周圍的情況，主要不靠眼睛，也不靠耳朵，而是靠向海底發出聲音信號，根據回聲來測定方向、位置和深淺。在回聲測位係統受到幹擾，無法判斷方向時，就會亂遊，誤以為遊過淺灘就是大海，誰知竟擱淺了。
一頭鯨擱淺了，它還會發出遇難信號。鯨具有保護同類的本能，接到信號就會趕來救助。1955年，就有人觀察到這種現象，有一頭雄鯨受了傷，陷在礁石上，鯨群都在附近遊動，不肯離去，有幾頭鯨遊到了岸邊。暴風雨降臨了，66頭鯨衝上了海灘，陷入驚慌和混亂，最後慘死在海灘。
這類事件，引起生物學家的思考，到底鯨是自殺，還是他殺？
這就引起許多推論。有許多報道，主要集中宣傳：可能是一頭鯨遇難，遇難信號召來了一群鯨，擱淺以後窒息而死。還有一種說法是次聲造成的災難。
次聲確實是與海洋風暴聯係在一起的，次聲給鯨的傷害，是次聲破壞了鯨的回聲測位係統呢？還是直接損害了鯨的軀體？這也還是不知道答案的疑問。
不過，次聲對人會造成傷害倒是確實的。1968年的一天，在法國的馬賽，有幾十個人在田間勞動，突然間莫名其妙地失去了知覺，有的軀體散了架，有的血肉模糊了……後來，才知道這是一次事故。在16千米以外，法國國際部曾進行了一場次聲武器試驗，由於防範不嚴次聲泄漏，波及16千米以外的人。
次聲造成的事故，早在20世紀30年代還有過一次，美國一位物理學家把次聲發生器帶入劇場，結果，周圍的觀眾遭受到次聲帶來的災難，表現出驚慌不安，迷惑不解的神情，最後，所有觀眾都受到了影響。
次聲能對人體造成傷害，間接證明了鯨的自殺，並非是自己想死，而是被次聲殺死的。次聲，為解開鯨自殺之謎增添了一個可選擇的答案，同時也使人增添了一種憂患：次聲，會不會成為殺人武器？
納米——1米的十億分之一
古代有個傳說，昆侖山的頂峰上有棵參天大樹，不知有幾千丈高，樹頂直插藍天，誰要是能夠沿著這棵大樹向上爬，爬到樹頂，就能進入天庭。這棵樹就是上天的天梯。
古人想上天，卻不知道怎麼上天，這才想出天梯這個主意。現代人對天梯做了分析，1982年，科普作家朱毅麟在《我們愛科學》雜誌上說，上天的天梯應該有35800千米高，誰要是爬到了梯子頂上，就再也不會墜落。這個人就成為一顆地球同步衛星，呆在天上了。
朱毅麟又說，幾萬千米高的梯子底部必須是直徑358千米粗的柱子，才能支撐得住，才不會被自己的重量壓彎。天哪，底座那麼粗，竟相當一個江蘇省的麵積。
到了90年代中，一位外國科學家也談到了天梯。他說，從同步衛星上，扔下一副繩梯來，一直垂到地球表麵，人就可以順著繩梯爬上天去。他說的繩梯，不是麻繩，也不是尼龍繩，普通的繩子都很重，支持不住自身的重量——35800千米長的重量。采用碳納米管來作繩梯，就能支持得住自身的重量。
碳納米管，是一個十分新鮮的名詞。碳，你是熟悉的，做鉛筆芯的石墨就是碳，很純的碳。碳納米管，是指用碳做成的細管，這種管子很細很細，細到不能用普通的尺子來度量，必須使用精確到納米的尺子。
納米，是1米的十億分之一。十億分之一，沒有一個形象的概念，不妨算算看：一個身高1米的兒童，假如身高縮小到千分之一，也就是1毫米的時候就隻能與一個句號（。）比高矮了；再縮小千分之一，成為1微米，就沒有頭發絲粗了，一根頭發絲還有70微米粗哩；再縮小千分之一，那麼這個兒童就小得用電子顯微鏡都看不見了。
納米的尺度的確很小很小，人眼是看不清的。最近一二十年，隨著新型顯微鏡的出現，人們看得清隻有1納米大的物質了，看得見原子了，於是就出現了一門新技術：納米技術，或者是毫微技術。
碳納米管，就是用納米技術造出來的新材料，了解它們特性的專家說，它們可能成為未來理想的超級纖維。
1985年，美國科學家克勞特和斯莫利等用激光束去轟擊石墨表麵，意外地發現了碳60。他們分析，它是一個由60個碳原子構成的空心大分子。對不對呢？
當時還不能十分肯定。
1990年，科學家用最新的顯微鏡——掃描隧道顯微鏡進行了觀察，看到了碳60的直觀形象。碳60的外形，特別像一個足球，中心是空的，外邊圍繞著60個碳原子，碳原子組成了12個五邊形和20個正六邊形。碳60有一個別名：巴基球，一個巴基球的直徑是07納米。
科技人員很快就發現，碳60可能是實現超導的好材料。我國北京大學對碳60進行研究，把實現超導的溫度提高了將近一倍。
人們對巴基球給予了更大的期望，並且以極大的興趣發現，巴基球還可以做得更大，再增加10個碳原子，還可以做成碳70。有人認為，如果不是隻用60個碳原子，而是用9×60個碳原子製成碳540，那麼，在室溫條件下就可以實現超導！
能不能實現？怎麼實現？請把這個問題記在心中。
碳60的發現已經獲得了諾貝爾化學獎。科學家們又在想，碳原子不僅可以排列成足球的形狀，而且可以排列成圓筒形。球形隻能擴大，成為越來越大的球；圓筒形卻可以加長，越加越長，成為一根纖維。
現在，碳納米管已經製成，它的直徑是14納米，每一圈是由10個六邊形組成的。要進一步增強它的強度，需要做到長度跟直徑之比達到20：1。
碳納米管的出現，為製造天梯帶來了希望。不過，眼前的碳納米管的數量少得可憐，在實驗室裏，一次隻能製造幾克。而當作材料來使用的話，碳納米管必須每次能製造出幾噸或幾十噸。這就意味著必須找到大量生產的新方法。
科學家預言會找到新方法，不過，他們又坦率地說，現在還不知道新方法是一個什麼樣的過程。請把這個問題記在你的心中。
碳納米管是靠納米技術製造出來的新材料，它的特點是基本顆粒特別細微。我們現在使用的常規材料的基本顆粒，看起來很細，實際上很粗。說細，也許它的直徑可以細到幾毫米幾微米；說粗，是說它含幾十億個原子。而納米技術生產的材料，顆粒非常細微，隻含幾十個到幾萬個原子。
超細微的顆粒，組成了納米材料，立即展現出種種奇異的性能：
納米鐵的斷裂應力比常規鐵一下子提高了12倍；
納米鋼的強度比常規銅高5倍；
納米陶瓷是摔不碎的；
用納米級微粉製出來的錄像帶真正地實現了高保真，圖像清晰，噪音少；
常規材料的曆史是幾千年、幾百年，而現在的納米材料，曆史隻有幾年、十幾年。對常規材料，我們已很熟悉，知道的比不知道的多；對納米材料，我們非常陌生，不知道的比知道的多。
雞毛比鐵球先落地
雞毛輕，鐵球重，從同樣的高度向下落，是雞毛先落地，還是鐵球先落地？
答案有3個：一、鐵球先落地；二、同時落到地上；三、雞毛先落地。
讀者請先想一想，然後再做出選擇。這裏先說一下，這是一個古老的問題，提出問題的人是大名鼎鼎的古希臘哲學家亞裏士多德。
公元前300多年的時候，亞裏士多德說，物體下落的快慢與它的重量成正比，重的物體落得快。這樣，鐵球比雞毛重，自然是先落地的了。這是第一種答案。
由於亞裏士多德被西方人尊奉為科學權威，在長達1900多年的時間裏，沒有人懷疑過亞裏士多德的說法，直到16世紀，才有人出來推翻亞裏士多德的答案。
這個人是大家熟悉的伽利略。伽利略在《兩種新科學的對話》中，用兩個人對話的形式，做了一段精彩的推理，推翻了亞裏士多德的答案。這段對話，用現代語言簡化得通俗一些，大約是這樣的：
甲：物體A比物體B重得多，哪個先落地？
乙：按亞裏士多德的說法，物體A先落地。
甲：現在把A和B捆在一起，成為A+B呢?
乙：A+B比A重，應該比物體A先落地。
甲：請注意，B比A輕，按亞裏士多德的說法，B下落比A慢，A+B以後，B抱著A，下落速度減慢了。A+B應該比物體A後落地。
乙：啊呀，得出了兩個相反的結論，亞裏士多德的話不能再相信了。
就這樣，伽利略巧妙地否定了對亞裏士多德的迷信。第一個答案不對了，伽利略提出了第二個答案：同時落到地上。
伽利略說，輕重不同的物體從同一高度下落，應當同時落地。當時，伽利略是個二十五六歲的青年，別人都懷疑他的說法，伽利略決心登上比薩斜塔，當著眾人進行一次實驗。他一手拿著1磅重的鐵球，另一手拿著10磅重的鐵球，放開雙手，兩個鐵球同時落到了地上。來觀看的學者和民眾信服了。
這個著名的實驗同時使比薩斜塔出了名，代代相傳，成為人們熟知的故事。這個古老的故事並沒有到此完結，在往下說以前，先做一點補充。
在比薩斜塔實驗的前幾年，比伽利略年紀大得多的斯台文曾經做過一個實驗。他用荷蘭文寫道：“我們拿兩隻鉛球，其中一隻比另一隻重10倍，把它們從30英尺的高度同時丟下來，落在一塊木板或者什麼可以發出清晰響聲的東西上麵，那麼，我們會發現輕球並不需要10倍的時間，而是同時落在木板上。因為它們發出的聲音像是一個聲音一樣。”這段話說明，當時不止伽利略，而是一批人發現了我們說的第二個答案：同時落在地上。
傳說，伽利略做完比薩斜塔實驗以後，仍然有人不服氣，提出一個尖銳的問題：雞毛和鐵球，哪個落得快？
伽利略認為，在生活中，的確是雞毛落得慢，這是雞毛受到的空氣浮力大的緣故。在真空裏，雞毛和鐵球應該落得一樣快。伽利略沒有能完成這個實驗。後來，真空技術有了提高，才有人進行了實驗。辦法是：把雞毛、木塊、鐵球放到一個玻璃管內，抽去空氣，形成真空，就會看到雞毛、木塊、鐵球同時落到管底。
按說，雞毛和鐵球哪個先落地的答案清楚明白，應該到此為止。進入20世紀，事情發生了變化。1922年，匈牙利的富佛斯在一次實驗中發現，不同重量的物質並不是同時落地，先後略有不同，大約相差1％左右。
這一發現並未引起人們的注意，過了60多年，直到1986年，才受到了重視。不少物理學家對富佛斯的實驗重新進行了分析，得出了令人吃驚的結論：雞毛和鐵球下落的快慢確實有差別，不是同時落到地上。一句話，否定了伽利略的答案。
第三個答案露麵了：雞毛下落的速度比鐵球稍快一點，雞毛先落地。
大物理學家們說出這個答案，不由你不信，不由你不嚇一跳。真怪，這個答案竟與我們的生活常識不一樣！
物理學家們說出這番話來，總是有點原因，他們一要做實驗——非常精細的實驗，二要做理論探討，然後才會寫論文。
他們說，在真空中，雞毛比鐵球落得快，是因為在下落過程中，不僅是重力起作用，還有一個較小的排斥力在起作用，它的方向與引力相反，影響了下落的速度。
這個排斥力，起初叫做“超電荷力”，後來叫做超負載力。這是新認識的一種力，也叫第五種力。
在此以前，人們認為在自然界存在的力有4種。最早認識的是引力，地球繞著太陽轉、蘋果落到地上都是引力在起作用；後來認識的是電磁力，存在於電磁場中。這兩種力都好理解。第三、第四種力存在於原子核內部，主宰各種粒子的相互作用，叫強相互作用力和弱相互作用力。
如今，從雞毛與鐵球下落的問題中，又引出了一個排斥力，就成了物理學中的一件大事。是不是真的存在第五種力，大量的實驗，結果不完全一致，還很難說死，下不了結論。因此，關於它的性質，也隻能說，還不十分清楚。
2000多年的公案尚未了結。
我國古建築避雷之謎
提起富蘭克林，人們就會聯想到雷電，想到他發明了避雷針。大約250年前，他提出了避雷針的設想：在建築物的高處，安裝一根尖銳的金屬杆，沿著牆壁引到地下，深埋以後，就能防止雷擊。
現在看來，富蘭克林的避雷針並不是那麼完美，英國的避雷裝置，頂部不是一根針，而是一個球，法國人也不用針，而是一個圓錐體。唯有美國人，堅持使用富蘭克林最初的設計，仍然使用頂部尖銳的鐵杆。
1997年7月13日，美國紐約市遭雷擊，5條高壓線路被切斷，停電一整天。美國人這才想到避雷針不可靠，於是新設計的避雷裝置不再是孤零零的一根針，而是2000多條細細的導線，裝在一根空心管子上，看上去好像一個雞毛撣子。
近年來，還出現過一些新型的避雷裝置，比如，在金屬杆上裝一個放射源，或裝一個半導體消雷器等等。不過，令人驚奇的是我國古代也有避雷裝置，我們先引用一位法國旅行家戴馬甘蘭的記述；“中國屋宇的屋脊兩頭，有一個仰起的龍頭，龍口吐出曲折的金屬舌頭伸向天空。舌根連著一根金屬絲連通地下。這種奇妙的裝置，在發生雷電的時候，電就會從龍舌沿鐵絲跑到地下，不會毀壞建築物。”
這段記述來自《中國劄記》，是這位法國人1688年寫成的。1688年，比富蘭克林發明避雷針的1750年早60多年哩！由此可見，我國早就有了避雷裝置。這位法國人說的“龍頭”，在我國叫作“鴟（chī）尾”。相傳，漢代的時候，未央宮遭雷擊失火，就有人向漢武帝建議，在宮殿的尾脊上安裝能消滅火災的鴟魚。於是，後來的宮殿和民房的屋脊兩頭都有了叫做“鴟吻”或“鴟尾”的金屬飾物，形狀有龍、魚和雄雞等。遺憾的是，這些鴟尾並沒有金屬線連接大地，而這位法國人卻根據自己的觀察，描述了這是避雷針似的裝置。因此，這件事就成了一個不解之謎。
後來有人分析，鴟尾雖然沒有金屬線連接大地，暴風雨襲來的時候，淋濕了屋頂和牆壁，也起到了接地的作用。
可是，我國有許多古塔，塔頂尖尖，突出於地麵，最容易引雷，最容易遭雷擊，卻保存完好。不是雷電未曾降臨，而是雷電來臨時，被消除了。
1960年，浙江杭州的六和塔，在一個雷聲隆隆的夜晚，人們看到塔頂尖端連續放光。這是放電現象，放電以後，雷災消失了。
曆史上也有過類似的記載。1611年一個夏夜，浙江嘉興的東塔放金光，像流星四散。山西河津縣城東覺成寺內有一座寶塔，到了風雨夜，塔頂常常會放光。
這些古塔頂部都有一個金屬塔刹，目前發現，最古老的金屬塔刹出現在三國時代。公元229年建成的保聖寺塔（位於江蘇高淳縣），塔高31米，塔頂有一裝飾，由覆缽、相輪和寶葫蘆等組成，大約4米多高。人們常把這鐵刹叫做“葫蘆串”，這就是一個避雷裝置。由於有了它，一兩千年內，高塔未遭受雷擊。
這樣的例子還可列舉一些，明代的北京曾有一個廣寒殿，建在今天的北海公園內，殿旁豎立著一根鐵杆，有數丈高，頂部是3個金葫蘆，同時引一根鐵鏈連接大地。雖然文獻說，這是為了鎮龍，鎮北海之龍，而真正的作用卻是避雷。
看來，上麵介紹的這些古建築，雖然沒有避雷針，卻都設有消雷、防雷的設備。這是不是古代工匠有意的安排？如果是，那麼發明避雷針的年代就會大大推前；如果不是，為什麼類似的裝置卻不止一兩處，許多地方都有發現？
除了金屬塔刹是一個謎，磚石結構和木塔也是一個謎。山西應縣的木塔，全部是木結構，塔高51米，這是很容易招雷的高建築，然而，它從建成到今天，已經曆了900多個春秋，至今仍高高地聳立著。
有人說，這是木塔，不導電，塔身不導電，地麵又幹燥，木塔就有了避雷的性能。而另一些人卻說，雷電襲來，電壓極高，高達幾百萬伏，電流又特別大，木結構的塔也會成為導體，怎麼說能避雷呢？
這也是不清楚的事。
太空中最大的光學儀器
對於天文觀測來說，大氣是令人討厭的，它限製了人們的眼界。
人造地球衛星上天以後，天文學家和物理學家第一次看到了天文觀測的新希望。因為人們把天文望遠鏡搬到地球大氣之外的地球軌道上窺測天涯宇角，是完全可能的了。美國國家宇航局研製的空間望遠鏡是人類送上太空的最大的光學儀器。
空間望遠鏡全係統主要由望遠鏡、觀測儀器和輔助係統三部分組成。觀測儀器有天體微光照相機、廣角照相機、天體攝譜儀等。望遠鏡所獲得的圖像、測量數據、光譜分析資料都可以在空間望遠鏡上直接轉換成數字形式，經衛星再傳送到地麵的宇宙控製中心。
空間望遠鏡進入地球軌道以後，可以通過磁力扭矩和反動輪控製它的方位。磁力扭矩一經接通電流便立即磁化，望遠鏡的方位就完全按照地球的磁場方向自動調整。每隔5年，空間望遠鏡就得進行一次大修，那時技術人員乘坐航天飛機，在軌道上把它裝進機內、帶回地麵；修好後，靠航天飛機再把它送回軌道。
空間望遠鏡的分辨本領要比地麵上同樣的望遠鏡強10倍以上，可以觀測到暗50倍、遠7倍的暗弱天體。無疑，太空中這台最大的望遠鏡用於天文觀測，將獲得更多的資料，對於研究恒星的誕生和死亡、星係的演化，以及揭示類星體、黑洞、宇宙射線大爆發等“宇宙之迷”的奧秘，將作出重大貢獻。
最大的望遠鏡
望遠鏡的大小，主要是用望遠鏡的口徑來衡量的。為了對天體作更仔細的研究和觀測，為了發現更暗弱的天體，多年來人們一直在增大望遠鏡的口徑上下功夫。但是，對不同的望遠鏡在口徑上有不同的要求。現在世界上最大的反射望遠鏡，是1975年蘇聯建成的一台6米望遠鏡。它超過了30年來一直稱為“世界之最”的美國帕洛馬山天文台的5米反射望遠鏡。它的轉動部分總重達800噸，也比美國的重200噸。
現在世界上最大的折射望遠鏡，是在德國陶登堡天文台安裝的施密特望遠鏡，改正口徑135米，主鏡口徑2米。德國這台折射鏡也超過了美國最大的施米特望遠鏡。美國在望遠鏡上的兩個“世界之最”被人相繼奪走了。1978年，美國一台組合後口徑相當於45米的多鏡麵望遠鏡試運轉。這台望遠鏡由6個相同的、口徑各為18米的卡塞格林望遠鏡組成。6個望遠鏡繞中心軸排成六角形，六束會聚光各經一塊平麵鏡射向一個六麵光束合成器，再把六束光聚在一個共同焦點上，多鏡麵望遠鏡的優點是：口徑大，鏡筒短，占地小，造價低。
最罕見的閃電
閃電是一種常見的自然現象，全世界每秒鍾約發生100次閃電。我們常見的閃電叫線狀閃電，明亮耀眼的閃電通道，猶如枝杈叢生的一根樹枝，婉蜒曲折，在隆隆的雷聲中從雲中伸向地麵。
除了線狀閃電之外，還有其他類型的閃電，例如帶狀閃電、球狀閃電和聯珠狀閃電。帶狀閃電與線狀閃電相似，隻是亮的通道比較寬，看上去好象一條較寬的亮帶。球狀閃電一般發生在線狀閃電之後。它是一個直徑為20厘米左右的火球，發出紅色或桔黃色的光，偶然發出美麗的綠色。球狀閃電一般維持幾秒鍾。火球在空中隨風飄移，喜歡沿物體邊緣滑行，還能穿過縫隙竄入室內。球狀閃電會發出嘶嘶的聲響，當它行將消失時會發出震耳的爆炸聲。1962年7月22日傍晚，幾位氣象工作者正在泰山頂上工作，突然一聲巨響，一個直徑約15厘米的殷紅色火球突然從窗戶中竄入西廂房內，在室內以2—3米／秒的速度輕盈飄移，幾秒鍾後經煙囪逸出。在它離開煙囪的一瞬間，發生了爆炸，使室內的油燈熄滅，暖水瓶膽被震為碎片。火球經過的床單上，留下了焦痕。煙囪也被擊壞。
各種閃電中，最罕見的閃電是聯珠狀閃電，世界上絕大多數人都未曾見過它。這種閃電形如一串發光的珍珠從雲底伸向地麵。1916年5月8日在德國德累斯頓城市的一所鍾樓上空，曾發生過一次聯珠狀閃電，不少人看到了它，並作了記載。人們首先看到了一個線狀閃電從雲底伸下來，擊中鍾樓；其後，人們看見線狀閃電的通道變寬，顏色也由白變為黃色。不久，閃電通道漸漸變暗，但整個通道不是在同時間均勻地變暗，因此明亮的通道變成了一串珍珠般的亮點，從雲底垂掛下來，美麗動人。人們估計亮珠有32顆，每顆的直徑有5米，亮珠之間的聯線隱約可見。之後，亮珠逐漸縮小，形狀變圓；最後，亮度愈來愈暗，終於完全熄滅。
由於聯珠狀閃電出現的機會極少，維持的時間也很短，因此，人們對這種閃電的成因研究得很少，形成的原因尚不清楚。
最大的粒子加速器
加速器是一種能人工把帶電粒子的束流加速到高能量的裝置。它是研究原子核和基本粒子的重要設備，近年來，在工農業和醫療衛生事業中的應用也日益廣泛。按粒子運動的軌道形狀，可分為直線型和圓型加速器兩大類，前者有高壓倍加器、靜電加速器和直線加速器，後者有電子感應加速器、回旋加速器、質子同步加速器等。
目前世界上最大的粒子加速器是美國費密國立加速器實驗室的一台質子同步加速器，它可以把質子加速到500GeV（1GeV代表10億電子狀）。束流強度已達2×1013質子／脈衝。實際上這台大加速器是由4台加速器組成：750keV的預注入器，200MeV的直線加速器，8GeV的快速增強器和500GeV的主加速器。預注入器也叫高壓倍加器，是用來產生質子束流的低能強流加速器。質子從這裏開始加速，把從離子源中引出的負氫離子加速到750keV；直線加速器，它由9節組成，總長約150米，安裝在地下隧道之中，它的作用是把預注入器中產生的束流加速到200MeV；束流從直線加速器出來，經中能輸運段，就來到快速增強器。這也是一個同步加速器，每秒鍾可加速15次。負離子注入時穿過一層薄膜，就剝去外層電子而成為質子。經多次加速後能量可達8GeV。然後引出束流向主加速器注入。主加速器直徑2千米，是截麵為馬蹄形的混凝土隧道，鋪設在深約7米的地下。它的作用是把質子加速到高能量，完成最後的加速。正常運行能量為400GeV，最高能量達500GeV。計劃在主加速器上再造一個超導主加速器環，預計能量可提高到1000GeV。
第一個現代物理實驗室
19世紀末葉，物理學進入了一個新的發展時期，推動物理學發展的物理實驗，同時從經典物理學發展時期以個人為主輔以簡單儀器進行研究的形式，發展到近代物理學研究中集體分工合作並配備高級精密儀器的形式。這種發展，導致現代物理實驗室的出現。
最早的現代物理實驗室是英國的卡文迪許實驗。不少人以為這個實驗室是著名的英國科學家、引力常數的測定者、確定水的組成並發現氫氣的亨利·卡文迪許建造的，其實不是這麼回事。當卡文迪許實驗室建成時，亨利·卡文迪許離開人間已有半個多世紀了。卡文迪許實驗室是在英國公爵德馮夏爾·卡文迪許的資助下建成的。這位同姓的公爵是亨利·卡文迪許的親戚。卡文迪許實驗室於1872年破土動工，兩年後就在劍橋自由學校巷裏建成。說也奇怪，這個物理實驗室竟是在一位著名的理論物理學家——麥克斯韋的領導下籌建的，他還是它的第一任主任。為了給實驗室增添儀器，麥克斯韋拿出了自己不多的積蓄。
卡文迪許實驗室它不僅出成果，而且出人才。許多有成就的物理學家都曾在這裏受到過現代物理學的熏陶。領導卡文迪許實驗室的都是成就輝煌、赫赫有名的現代物理學大師。繼麥克斯韋之後，任卡文迪許實驗室主任的有：現代聲學和光學的奠基人瑞利，電子的發現者J·J·湯姆遜（他在28歲時就當上了主任），現代原子核物理學之父盧瑟福，以科學研究組織工作見長的W·L·布拉格，現代固體物理的先驅莫特。除麥克斯韋之外，都是諾貝爾獎金獲得者。
最強的人工磁場
磁場有很大的用處，如儀表和喇叭裏需要永久磁鐵，高能加速器中帶電粒子需要靠磁場幫助加速，電動機和發電機需靠磁場才能轉動和發電……在多數情況下，人們希望磁場的強度越大越好。
過去，人工製造的永磁材料磁性都不太強。從60年代到70年代，人們相繼發現將釤、鐠等稀土元素與金屬鈷和鈦等稀土元素與金屬鐵合成的永磁材料磁性特別強。用這種稀土鈷和稀土鐵永磁材料做成的永久磁鐵是迄今為止磁性最強的永久磁鐵，已在工業、農業、宇航等部門得到了應用。
盡管如此，磁性最強的稀土鈷和稀土鐵永久磁鐵，即使磁路設計得相當合理，其磁極附近的表麵磁場強度也不過80萬安每米左右，遠遠不能滿足一些特殊的需要。
目前，人們應用的電磁鐵，可以獲得比永久磁鐵強得多的磁場強度，但要依靠電磁鐵卻很難獲得800萬安每米的磁場強度。1961年世界上第一台超導磁體誕生了。這種磁體主要是用超導材料做成的。在低於一定溫度時，超導材料會突然失去電阻，呈現超導狀態。利用超導材料這一性質，可以在超導體中產生很大的電流，從而產生很強的磁場，而消耗的電能卻很少。十幾年來，超導磁體越做越大，超導磁場越做越強。現在，1200萬安每米以上的超導磁體的製造技術已經相當成熟，1600萬安每米以上的超導磁體也已製成。這樣規模的超導磁場是迄今為止世界上能實用的最強的人工穩恒磁場了。隨著優質超導材料的出現，超導磁場的強度可望得到進一步提高。例如，1974年新發現了一種名叫鉛鉬硫化合物的第二類超導材料，它的上臨界磁場強度可達4800萬安每米。
1960年左右，意大利科學家用“爆聚法”獲得了非常強的脈衝磁場。到了70年代末，人們用這種方法已經得到了高達16000萬安每米的脈衝磁場。
能量最高的對撞機
現在，高能加速器的規模十分巨大，象費米實驗室的10，000億電子伏的質子同步加速器，其圓形軌道已達6000餘米。如要繼續提高能量，那加速器的占地麵積就勢必大大增加。譬如，能量達億億電子伏的加速器，就要做得象地球一般大了。當然，這是不可能的事。那怎麼辦呢？製造對撞機是個好辦法。
對撞機，顧名思義就是實現兩束高能粒子對頭碰撞的機器。我們知道，如用一束高能粒子去轟擊靜止靶，那麼高能粒子的能量隻有一小部分對於發生相互作用有效，即有效能量很低，而使兩束高能粒子對頭碰撞，其有效能量就會大得多。例如：兩束300億電子伏的質子對頭碰撞，其作用約相當於1束19萬億電子伏的質子去轟擊靜止的質子；兩束200億電子伏的電子對頭碰撞，其作用相當於一束1600萬億電子伏的電子去轟擊靜止的電子。顯然，從能量的角度來看，對撞機要比普通的高能加速器優越得多，所以對撞機是進行“超高能”實驗的主要手段之一。
目前，世界上能量最高的對撞機要算德國漢堡電子同步加速器中心的電子－正電子對撞機（PETRA）。它於1976年1月動工，1979年4月正式建成。目前能量已達19GeV×19GeV，約相當於普通高能加速器能量的1444萬億電子伏。
西歐核子研究中心的ISR是目前世界上最大的質子－質子對撞機。能量可達314GeV，約相當於普通高能加速器能量的21022億電子伏
正在建造、計劃和醞釀中的能量最高的對撞機有：西歐核子研究中心於1983年9月13日動工建造的電子－正電子對撞機（LEP），後期的估計能量可達200GeV×200GeV，它相當於能量為16億億電子伏的普通高能加速器。蘇聯計劃建造的UNK加速器的三期工程完成後，可進行能量為3000GeV×3000GeV的質子－質子對撞實驗，約相當於普通高能加速器能量的19億億電子伏。目前，美國高能物理界正在醞釀建造一台約20000GeV×20000GeV的質子－質子對撞機，它相當於普通高能加速器的能量，竟可高達85億億電子伏。
利用對撞機，能獲得極高的能量。可是，在對撞機上，進行的實驗畢竟有限，所以它和高能加速器應是相輔相成的。對撞機隻不過是高能加速器的補充而不是代替。
最小的電阻
各種材料都有電阻。如果將某材料做成長1厘米、截麵1平方厘米的樣品，則該樣品的電阻就叫這種材料的電阻率。平時常用電阻率來表征材料導電的難易。良絕緣體的電阻率比良導體的要大1025倍。良導體有鋁、銅、銀等。在常溫下銀的電阻率最小，為159×10-6歐姆·厘米。為了減少因電阻所損耗的電能，人們常用鋁、銅、銀這類電阻小的材料來做導線，以輸送電能，或傳遞聲音、圖象等信息的電信號。
材料的電阻還會隨著溫度而變化。一般說來，溫度越高，電阻越大；溫度越低，電阻越小。起初，人們以為溫度要降到絕對零度，電阻才會為零。後來才發現，不少材料的電阻在接近絕對零度的某個溫度上就會降到零，此時材料就變成了沒有電阻的超導體。第一次發現超導現象是在1911年。其時，翁納斯在作低溫條件下汞的電阻與溫度關係的實驗，他發現汞的電阻在略低於氦的沸點處，突然降至無可測量之值。後來，不少人重複了這類實驗。由於在低溫下導體失去電阻，撤去電源後，其中的電流仍可經久不衰。這種超導電流持續流動的最長記錄是2年，2年中雖無電源補充電流仍長流不息，毫無減弱的跡象，後來隻是由於運輸工人罷工，中斷了液氦的供應，無法保持所要的低溫，實驗方告結束。利用超導體沒有電阻的特點，可通以極大的電流，產生出極強磁場，以補常規磁鐵的不足。世界上第一個超導磁鐵，在超導現象發現的50年之後，於1963年方才問世，它可產生10萬奧斯特的磁場。
最厲害的噪聲
鼓瑟琴管，燕語鶯囀，聞之欣然色喜。當你坐在音樂廳裏欣賞悅耳的聲音時，你可曾想到還有一種殘酷的聲音，竟會置人於死地。
物體在媒質中振動，便發出聲音。振動有兩種：周期性的和非周期性的。各種樂器就是周期性振動的聲源，它們奏出悅耳動聽的樂音。與樂音相反的是噪音（或叫噪聲），那是由非周期性振動的聲源產生的。一般物體發出的大多是噪音，人們聞之總不免疾首蹙額。你看小孩一聽到隆隆雷鳴，就馬上捂住耳朵。噪音使人覺得很不愉快。
豈止是不愉快而已，噪聲還危及人類的健康和生命。聲音有輕有響，人耳剛能聽出的聲音大約為1分貝（分貝為聲音響度單位），這叫聞閾；大於100分貝的噪音就會使耳朵發脹、疼痛，這樣的聲響叫痛閾。人們總是處在不同響度的噪聲的包圍之中。例如，熱鬧街上的吵鬧聲，響度達到70分貝；印刷車間的嘈雜聲，響度達到90分貝；舊式飛機的發動聲響，則超過115分貝。高響度的噪聲會使人感到乏力、疲倦、頭痛、失眠。痛閾以上的噪聲危害更大。試驗表明，超過115分貝，大腦皮層的功能便嚴重衰退；達到165分貝，動物死亡；及至超過175分貝，人也會喪命。
噪聲曾被用作刑罰。第二次世界大戰期間，某些國家用噪聲來折磨戰俘。他們用高音喇叭對準異國間諜“轟擊”。當聲響超過痛閾時，受刑者產生痛感、心情煩躁；接著思索困難、情緒低落，於是審訊者有可能從其口中套出真實情報。要是某些受刑者仍能控製意誌，則繼續增大響度，受刑者便汗流如雨、全身抽搐。當聲響超過130分貝後，受刑者則大聲呼叫、眼結膜充血，並竭力掙脫束縛以求撞牆自殺。在如此極高響度的噪聲的轟擊下，許多俘虜在耳鼓膜破裂兩小時後昏死。這是一種何等殘酷的刑罰！據幸存者申述，即使將他槍殺，也不願再受一次“噪聲刑”。
即使噪聲的響度不超過痛閾，長期受其騷擾，也是一種慢性中毒。它對人體的呼吸係統、神經係統、循環係統、消化係統等都有影響，特別是對神經係統的摧殘比對聽覺的損傷更為嚴重得多。所以，聯合國在1979年世界環境保護工作會議上，將噪聲列為當代人類最不可容忍的災難之一。目前，因工業和交通運輸業的發達，城市噪聲比30年代以前提高了幾十倍。目前，世界上城市最高噪聲響度竟達155分貝。1965年，美國國家航空和太空總署宣布，實驗室中製造的噪聲已達210分貝。此噪音足以在固體上穿個洞。因此，控製噪聲、降低響度，已成為世界科學界最關注的研究課題之一了。人們喜愛樂音，憎恨噪聲，正在為降低“分貝之最”而進行著艱苦卓絕的努力。
電磁波與航天
一提起航天，人們就自然而然地想到那個遙遠的神秘莫測的星空。其實，星空並不神秘，這個遠離人間的未知世界，已逐漸開始被人類所認識。無論是古代的神話傳說、近代的科學幻想，還是現代的科學探索，無一例外地總是以人為主題的。由於載人到太空中飛行最能激發人們的想像，也最能體現人類的智慧和奮鬥精神，因此在20世紀初，眾多火箭先驅者都將載人太空飛行作為最終的努力方向。就是在戰爭年代，不少專家們還在探討載人登月這個新的課題。
到了20世紀50年代和60年代，運載火箭有了發展，人造衛星飛上了天，高空生物實驗取得了成功，這就促使載人航天技術很快發展成熟。
第一個宇宙飛船是前蘇聯研製成功的“東方1號”。它由兩部分組成，上端是球形乘員艙，乘員艙外部有兩根遙控天線和頂端安裝的通信天線，通信天線下端是一個小型通信屯子設備艙。乘員艙側旁有一個觀察窗和一個彈射窗，內部除裝有生命保障物品及食物外，還有一台電視攝像機，一個光學定向裝置，一個宇航員觀察裝置和宇航員應答裝置。宇航員按照設計一直躺在彈射座椅上，生命保障係統可供宇航員生存10晝夜。“東方號”飛船下端是儀器艙。緊靠宇航員艙外有18個球形的高壓氮氣和氧氣瓶，用以為宇航員提供類似地麵的大氣環境。飛船的回收工作具有一定的冒險性，為了使第一個前蘇聯載人飛船的宇航員能返回到前蘇聯領土上，最後決定不回收艙體，隻回收宇航員，即在返回艙離地麵1萬米左右時，連同座椅一道彈射出去，並用降落傘將宇航員收回。
1961年4月12日，莫斯科時間上午9時零7分，一枚“東方號”運載火箭將加加林乘坐的載人飛船“東方1號”發射升空。這是人類第一次在太空中飛行，標誌著航天技術進入了二個新階段。顯然由於著陸過程比較複雜，最後宇航員加加林的落地點與預計點相差甚遠，但這次成功的飛行仍然具有極其偉大的意義。它實現了人類千萬年以來登天飛行的理想，把20世紀初偉大的航天先驅者的夢想變成了現實，是人類探索宇宙秘密的新的起點。
從1973年開始，美國航天飛機的研製工作開始全麵鋪開。1979年3月21日，哥倫比亞號航天飛機完成裝配，由波音747空運到肯尼迪航天中心。但由於出現了故障，沒有能按時發射。
1981年4月12日，正好是加加林首次進入太空20周年紀念日。在這一天，哥倫比亞號航天飛機發射升空，它曆時54小時23分，繞地球36圈兒，在加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地降落。大約有100萬人觀看了這次發射，包括英國女王伊麗莎白二世和首次登月的阿姆斯特朗。
1981年11月12～14日，哥倫比亞號進行了第二次軌道飛行。它在太空進行了地球礦藏探測、太空汙染測量、植物生長等科學實驗活動。
1992年6月25日至7月9日，在航天飛機第48次飛行中，哥倫比亞號創下了航天飛機飛行14天的紀錄，首次達到了設計的最長時間指標。哥倫比亞號航天飛機，真是“永葆青春”。
航天飛行已開始帶領我們去探索茫茫的宇宙，幫助我們去揭開宇宙新的奧秘，無邊無際的宇宙空間正等待著我們人類去遨遊!
激光炮
大家是否有過這樣的體會：在下雨的時候，即使是傾盆大雨，也不會給你的身體帶來損害。但如果換成一股像水槍那樣又細又猛的水流向你射來，就很容易把你擊傷。這是什麼道理呢?這個比喻吧，如果把前一種情況下的大雨比作“普通光”的話，後一種情況下的水槍式的水流就好比是“激光”了。現在，就讓我們從頭說起吧。
1960年，人們用紅寶石製成了一種特殊的儀器，發現在它周圍的閃光燈發出的強光通過這個儀器後，就被轉變成一束特別細、特別亮的光，這就是激光。這種儀器就叫激光器，後來人們又研製出了多種不同類型的激光器。
激光實際上就是受激輻射的光，它是一種特殊形式的電磁波。與普通光相比，激光有許多特點：第一，亮度特別高。有的激光亮度竟然比太陽的亮度還要高出很多倍。第二，激光方向性特別好，不易發散。激光在傳播過程中始終像一條筆直的細線。比如，一束激光射到距離地球38萬千米的月球上，光圈的直徑也隻不過是2千米；而探照燈的光束假如也能射到月球上的話，它的光圈直徑將是幾千千米或上萬千米。可見，激光的方向性特別好，因此能量也就特別集中。談到這裏，我們對上麵談到水槍的例子也就不難理解了。第三，激光顏色特別純。比我們通常看到的霓虹燈的顏色還要純得多。此外，把強激光彙聚起來，就可以在聚焦處產生幾千萬攝氏度的高溫，可以用來進行高難度焊接和高難度的醫療手術。由於激光有這麼多神奇的地方，所以很快就受到了人們的重視，並且很快得到了廣泛的應用。特別是在未來的星球大戰中，激光將扮演重要角色，被作為太空大戰中的“王牌”武器來使用。
1983年1月25日，美國空軍曾宣布，他們用強激光武器的空中實驗台——“飛機上的激光實驗室”，成功地攔擊了五枚向它打來的“響尾蛇”導彈。本來導彈是飛得很快的，1秒鍾就能飛行1000多米，但強激光器發射的“光彈”——激光束，是一種電磁波信號，每秒能走30萬千米。因此，用“激光彈”打落導彈是件輕而易舉的事情。在這次試驗中，還用激光束引爆了裝在一枚導彈頭部的炸藥。美國空軍認為，這次試驗的成功，是研究激光在軍事上應用的一個非常“重大的裏程碑”，是一次十分關鍵的實驗。
利用激光良好的方向性製成的一種“激光製導炸彈”，是從飛機上發射出來的一束激光，使它照射到要攻擊的目標上，再在炸彈頭部裝上一個用激光尋找目標的裝置，它能接收從目標反射回來的激光，並控製炸彈的尾部，引導炸彈飛向要攻擊的目標。激光的速度是每秒30萬千米，一旦目標被激光照射上，它絕對逃不脫被導彈摧毀的命運。
激光在軍事上的應用，確實使人震驚。1975年11月，美國兩顆新式衛星在前蘇聯境內進行偵察時，被前蘇聯試驗中的反衛星激光武器擊傷，變成了廢物。美國對此很是惱火，也積極地進行了用激光裝置擊落衛星的試驗，並用試驗用激光炮擊毀空間火箭彈和其他可用於空間大戰的武器。由此，人們預感到利用激光武器進行星球大戰的時間不會太遠了。同時，人們也清楚地看到，激光武器確實是星球大戰中的“王牌”武器。
激光武器包括低能激光武器和高能激光武器兩種。
低能激光武器是一種小型的激光發射裝置，發射的激光能量不很高，主要用於射擊單個敵人，使敵人失明、衣服著火或死亡等。此外，還可以使敵方的各種夜視儀器損傷、失靈等。這類激光武器有：激光槍、激光致盲武器等。
高能激光武器就是激光炮，它實際上就是能產生高能量激光束的激光發射裝置。激光器產生的高能激光輸出，由光束定向儀聚集形成了“炮彈”，再打到導彈或衛星等目標上。1976年10月，美國陸軍用裝在車上的激光炮，擊落了兩架無人駕駛的直升靶機。1978年11月，美國陸軍第一次試驗，用激光炮擊中了正在高速飛行的反坦克導彈。後來，美國空軍在飛機上發射了激光炮，第一次做了從空中攻擊目標的試驗。美國還研製了安裝在衛星上的激光炮，用以攔擊敵方衛星或其他航天器。可見，高能量的激光炮，確實是星球大戰中的“王牌”武器。美國和前蘇聯還都研製了安裝在地麵上或空間站上的激光炮，其功率很大，可進行遠距離射擊，從而能擊中偵察衛星和通信衛星。
激光武器所以被人們稱為是星球大戰中的“王牌”武器，主要是因為它有以下幾個方麵的特點：首先，火力強，可以直接摧毀目標。一般說來，強激光束有三種燈型：可以產生高溫的連續激光束；能產生強大衝擊作用的高頻脈衝激光束；同時產生連續激光束和脈衝激光束。當這些激光束作為“炮彈”打在目標上時，高溫和強大的衝擊作用，足以將目標熔毀，甚至氣化。其次，速度快，它的速度是每秒30萬千米，這大約是最快火箭飛行速度的40萬倍。可以說“激光炮”一閃，目標就被擊中了，幾乎沒有時間間隔。第三，無後坐力，因為激光束的質量極小極小，激光炮可以機動靈活地向任何一個方向發射“光彈”，而根本不會影響射擊的精度。
另外，激光武器是多次發射式武器。例如，脈衝式激光炮，可以輕而易舉地在1秒鍾內發射出1000發“光彈”。因此，美軍認為：“高能激光武器像原子彈一樣，具有使傳統的武器係統發生革命性變化的潛力，並可能改變戰爭的概念和戰術”。當然，要完全建立空間激光武器係統，絕不是一件容易的事情，還需要克服許多技術上的困難，並進行長期的努力。
用磁鐵生電
1820年，丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應以後，人們認識到電荷運動能生磁。於是有很多人在思考：能否想辦法讓磁電能生電呢?在這方麵首先做出成績的是英國科學家法拉第。
事情的經過是這樣的。1820的奧斯特實驗成功的消息很快就傳到了英國，作為最高學術機構的皇家研究院，其負責人戴維教授聽到這個消息之後，中斷了自己的研究課題，反複驗證奧斯特做過的實驗。有一天，年邁的威雷斯頓博士找到了戴維，說：“我想如果分布好電線和磁鐵的話，或許可以在磁鐵周圍使電線旋轉。”但他們兩個人所做的實驗沒有成功。當時作為戴維助手的法拉第沒有在場，但後來他聽到了這個消息。法拉第認為：這是個有趣的實驗，我也要試試。
法拉第把小磁鐵放在通有電流的鐵絲旁邊，想看看受到了什麼力。他果然發現：鐵絲有在磁鐵周圍維持圓周運動的跡象。通過這個實驗，法拉第樹立了信心，繼續進行了實驗。為了能讓鐵絲更好地旋轉，法拉第左思右想，終於研製出了更合理的裝置：在裝有水銀的杯子裏放人磁鐵，再將鐵絲放在磁鐵旁與水銀接觸，而使其自由轉動。當法拉第在鐵絲上通了電流之後，果然發現：鐵絲能繞著磁鐵周圍自由轉動。1821年9月，法拉第又連續三天做了讓磁鐵在通電鐵絲周圍旋轉的實驗。法拉第的實驗，不僅證實了奧斯特實驗的結果：“電流有能使磁鐵運動的力”；而且還證實了“電和磁通過相互作用，可以使某物體運轉”的道理。法拉第在把電力轉化為機械力方麵，首先取得了成功，為後來給機器提供新的動力創造了條件。法拉第的實驗裝置雖然簡單，但它正是後來廣為使用的電動機的前身，正是法拉第第一個發現了電動機的原理。
法拉第又在進行著進一步的思考：“如果說電力可以轉化為能使磁鐵運轉的力，那麼為什麼不能用磁力產生電流而發電呢?”自從他發現電動機原理以後，更加有了信心，抽出了很多時間做用磁鐵產生電流的實驗。雖然他經過了不知多少次的失敗，但他始終沒有放棄繼續探索的決心。法拉第是一個特別擅長做實驗的人，也是一個在失敗麵前不灰心的人，他不會放棄自己已認定的奮鬥目標。
1831年8月29日，法拉第又製作了一套新的裝置準備進行實驗。這套新裝置就是：在直徑15厘米的兩個圓鐵圈兒上各繞上電線，並在其中一個圓鐵圈兒的電線上接入電流表。法拉第思考著：“這樣布置以後，在一個電線中通上電流的話，這個圓鐵圈兒就會成為強磁鐵，這回肯定能看到在那另一個圓鐵圈兒的電線上有電流產生。”法拉第一邊想著，一邊給電線接上電池，目不轉睛地盯著電流表。就在這接通電池的一瞬間，法拉第叫了起來：“哇，成功了!”因為他看到了電流表指針的擺動。可是僅僅是一瞬間，指針又馬上恢複了原位。在法拉第認為成功的一瞬間，立刻又嚐到了失敗的滋味，法拉第無奈地把電池從電線上拿下來。就在拿下電池的這一瞬間，電流表的指針又擺動了一下，法拉第陷入了深思。他又重複地進行了多次相同的實驗，結果都是一樣：電流表的指針隻在電池裝上或拿下的那一瞬間才發生擺動。於是法拉第得出結論：“這麼說，隻有在通電或斷電的瞬間才能產生電流。真是不可思議!”後來，法拉第終於弄懂了：不是強磁鐵產生電流，而是磁場對一個麵積的通量變化時才能產生電流。
1831年10月17日，法拉第重複了7年前做過但沒有成功的一個實驗，而這次成功了。這個實驗就是：把磁鐵放入螺旋狀的線圈裏，當改變磁場強度或磁鐵與線圈有相對運動時，在線圈中就能產生電流。這是法拉第的又一個新發現。但法拉第又陷入了新的困境。因為在實驗中得到的電流是瞬間電流，沒有實際的使用價值。如何能得到持續不斷的電流以滿足實驗需要呢?法拉第繼續進行著思考和研究。
1831年10月28日，法拉第在實驗中先在磁鐵的兩極間裝上了兩片黃銅半圓盤，然後分別在兩個半圓盤邊上接上了銅線。當半圓盤轉動時，銅線中就產生了持續不斷的電流。法拉第成功了，他終於發明了能持續產生電流的方法。這就是世界上最早的發電機。
由於條件的限製，法拉第的發電機也同他的電動機一樣，當時沒有得到普及。但他為後來的發明家指出了發明實用的電動機和發電機的具體原理，為人類文明做出了卓越的貢獻，他的功績已銘記史冊，後人是永遠不會忘記他的。
用電傳信
使用電流把信號傳送到很遠的地方，很早就有人產生過這樣的想法。比如，在1750年至1774年，就有人做過這方麵的嚐試，但是使用的是靜電起電器或萊頓瓶，所收集到的電加到電線上，不僅非常麻煩，而且也不實用。1809年，德國人喬梅林利用伏打電池提供電流進行了世界上最初的有線電報機實驗，但是沒有得到普及。隨著電的諸多性質被人們所認識，電報機也得到了不斷的改進。
1820年，丹麥科學家奧斯特發現電流磁效應後，1821年法國人安培和1829年德國人費希尼，都將這一原理應用於電報機。但因用了數十根指針和數十根電線，使裝置太複雜，也沒有能得到普及。
1832年俄國人希林，1834年德國人高斯和韋伯，對電報機又做了重大改進，使電線根數減少到兩根，這是個相當大的進步。但是他們的電報機準確程度較差，比如發出一個C信號，則有可能收到一個D信號，這當然是不行的。
1838年高斯的學生斯坦懷因，對高斯的電報機進行了改進。斯坦懷因發現利用地線可以代替高斯電報機中的一根線，因此，從發送係統到接收係統，隻需一根電線就可以了，這又是一個了不起的進步。同時，斯坦懷因還製成了用墨針在紙張上點點，以傳送信號的印刷式電報機。但此時的電報機仍不太精確，科學家們為了克服這些缺點，繼續進行著多方麵的努力。
後來在改進電報機方麵做出突出貢獻的是美國人。在美國有一個畫家叫莫爾斯，在一次偶然的機會中，他對電發生了興趣，並產生了利用電來傳送信息的想法。後來他認識了紐約大學的物理學教授蓋爾，他從蓋爾處學到了很多電氣學知識，還得到了不少實驗器材。通過蓋爾的介紹，莫爾斯認識了當時在美國很有名氣的一位電氣學家亨利。亨利樂於助人，當莫爾斯找到他時，他毫無保留地把自己的研究成果告訴給了莫爾斯，其中也包括在改進電報機方麵的研究成果。
在亨利的指導和幫助下，莫爾斯製作了一種叫做繼電器的裝置。繼電器能把送往接收器的電流放大，這樣就可以把信息傳送得更遠。
1838年莫爾斯又研製出了傳送信息的新方法，在改進電報機方麵取得了成功。他在電報機中，用電磁鐵代替了指針，發出電報時，就在紙帶上依靠電磁鐵的作用，形成“·”、“—”等一係列符號，接收器如果得到了這些符號，就能知道收到了什麼信息。這就是著名的莫爾斯電碼。莫爾斯在他的電報機中使用了繼電器，這樣可以將弱小的電流信號放大，所以不管有多遠，都能傳送信號。
莫爾斯由一個不懂電氣知識的畫家，經過6年時間的努力，成了一個電報機發明家。他有過數不盡的磨難，但經過他不懈的奮鬥，終於獲得了成功，莫爾斯的這兩項發明，在當時是絕無僅有的好方法。他是自學成才的典範。
發明完成以後，莫爾斯立即向有關部門申報並取得了專利。在此之後，由於經費上的困難，他的研究工作進展緩慢。1843年，在亨利等人的幫助下，他得到了實驗援助費3萬美元，莫爾斯的發明又逐漸見到了新的光明。1844年的一天，在巴爾的摩到華盛頓之間60千米的距離上，接上了電線，兩地之間可以互通電報了。但是，這具有曆史意義的電報的開通，並沒有引起人們的注意。倒是兩天之後的一個偶然的事情，才使有線電報通信被世人所關注。
當時巴爾的摩正在進行民主黨的會議，大會決定推薦萊特為副總統候選人。當人們正準備把這件事通知在華盛頓的萊特時，突然傳來了令人感動驚奇的消息：“本人謝絕民主黨副總統的推薦。”這就是從萊特先生那裏來的回信。怎麼會這麼快呢?誰也沒有想到，這正是因為莫爾斯利用電報，把大會決議傳到了華盛頓，而在華盛頓的電報接收員把這一內容告訴給了萊特，又把萊特的回信以電報形式傳回到了巴爾的摩。當人們知道這件事果真是事實後，都驚呆了!從此，關於莫爾斯電報機的新聞，立即占滿了各大報紙的頭條，莫爾斯一舉成名。
莫爾斯漸漸地得到了發明的報酬。雖然美國政府沒有買他的專利，但對這項發明感興趣的富翁們卻提供了不少資金。因此，莫爾斯才有條件於1857年建立了自己的電報公司，而且公司日益昌盛。莫爾斯從1832年開始對電產生了興趣並有一些設想，到1857年建立了自己的電報公司，經過了整整25年的努力，他終於獲得了成功。莫爾斯對亨利和蓋爾的指教具有良好接受能力，以及在實驗及實用階段所展示的偉大發明才能，是他獲得成功的保證。莫爾斯由一個普通畫家轉變成了一個偉大的發明家，在此轉變過程中，他為人類的電報通信事業做出了曆史性的偉大貢獻。
“人造光”
大家都知道，在白天有太陽光的照射，我們可以看到各種東西。要是在晚上看東西，就必須打開電燈，人們把電燈照的光叫做“人造光”。
人類最早在夜間照明是用篝火。經過了漫長的時間之後，人們用油燈和蠟燭代替了篝火。到18世紀，在美國發明了更為先進的天然氣燈，但是使用天然氣燈必須安裝管道才能供氣，所以隻能用於城市，在美國的大部分地區則無法使用。
第一個研究用電來照明的是英國人戴維。1808年，戴維為了做一個實驗連接了2000節電池，並在電池兩極伸出來的鐵絲上綁上了炭條。在炭條接觸鐵絲的一刹那，發生了一個奇怪的現象：兩塊炭條間產生了強烈的光。這光特別亮，是油燈和天然氣燈都無法比擬的。於是戴維想到了將電用於照明，並很快投入到實際的研究工作中。經過了長期的努力，他終於發明了照明燈，叫做弧光燈。這種燈發出的光強度很大，特別適合用於劇場等大場所。但是弧光燈很粗糙，炭條也極易損耗，使用也不方便，無法普及到家庭。不過弧光燈的發明給了人們一個重要的啟示：發明更為方便和實用的電燈是有可能的。於是，人們就以弧光燈為契機，開始了適合家庭使用的電燈的研究工作。正在人們的研究工作遲遲沒有出現結果的時候，被稱為“魔術師”的發明大王愛迪生也開始加入了研製電燈的行列之中。
1878年9月，愛迪生找到了已對改進弧光燈研究有一定經驗的科學家威力斯先生。威力斯先生是個很慷慨的人，就把自己的發電機和弧光燈贈送給了愛迪生研究所。
愛迪生認為：用於家庭照明的話，像天然氣燈的光亮度就夠了；而孤光燈的光亮度太強，不適合家庭用，而且費用又高，無法普及。為了解決這個問題，愛迪生進一步提出：隻用一個電源供電，如果不對電流進行分流，那麼電燈的普及是很困難的。而在當時的條件下，科學界認為電的分流是不可能的。但是，發明大王愛迪生偏偏不信這個“邪”，開始了電流分流的研究工作，並取得了成功。同時還進行著白熾燈泡結構的構想。
不久，愛迪生發明了真空閥，他發現白金線在真空中有耐高溫的特點。經過愛迪生的精心研究，終於在1879年研製成功了使用白金線的25瓦真空燈泡，並於1879年4月獲得了專利。
由於白金線價格太貴，不利於普及，於是愛迪生就又回到了以前曾經進行過的對炭線的研究之中。但是用炭製出具有很大電阻的燈芯是很不容易的，愛迪生絞盡了腦汁，但一直沒有什麼好辦法。
有一天，他看到了掉在地上的一根尼龍線，這時他似乎突然間明白了什麼：“啊呀!怎麼沒想到它呢?”於是愛迪生又開始了新的實驗：將尼龍線剪成一定長度，並往上塗上一層煤焦油和炭粉，然後將它放進鎳製的馬蹄型模具裏烘烤，果然不出所料，產生了細細的炭線。接著他又用了整整兩天時間，將炭線彎曲並放進玻璃燈泡中，然後小心翼翼地抽掉了裏麵的空氣。這個時候，當他再一通電，突然高聲喊叫起來：“啊，成功了!成功了!”
愛迪生心潮難平，對圍上來觀看的同事們說：“瞧，我們成功了，讓我們再看看它的光芒吧!”大家屏住了呼吸，看著愛迪生用顫抖的手接上了導線，接著合上了開關。就在這一瞬間，電燈啪地亮了，研究所裏立刻響起了掌聲和吹呼聲。這是個無比緊張而莊嚴的時刻，就是在這一天——1879年10月21日，人們期待已久的電燈，開始照亮了人們的生活，這就是世界上最初的白熾燈泡。
就在愛迪生發明的第一個白熾燈、第一次照亮人們的這一時刻，愛迪生一下子哽噎了，他太激動了，有許多無法言語的情感都停在胸口而難以表達。愛迪生和他的助手們，都靜靜地圍在電燈周圍，全神貫注地凝視著電燈。電燈整整發光達45個小時，他們也興奮地在燈光下沉靜了45個小時之後，才如夢初醒般地慢慢活躍起來。
電燈是愛迪生一生中最重要且對人類貢獻最大的一項發明。愛迪生能成為發明大王，除了有超乎常人的智力以外，更因有不懈的努力和堅定的信念。
愛迪生發明屯燈的消息很快就震驚了世界，給全世界帶來了喜悅。但愛迪生並沒有止步，他繼續致力於對電燈的改進。愛迪生在思考著：“第一個電燈亮了45個小時，這無疑是個進步，是個成果，但這樣的壽命難以讓它普及，必須研製出一種更為耐用的電燈。”為此，愛迪生試用了幾千種植物纖維；並且變換了烤、燒、壓縮等各種加工方法，但仍未見到功效。
靈感之神總是降落在有心人的身上。一天，愛迪生無意地擺弄著一把竹扇，忽然他想起這竹還沒有試驗過，這一想法像流星似地閃過他的腦際。於是他馬上跳了起來，從竹扇上的竹條中抽出一根纖維。一烤，製成了一根結實的燈芯，然後將它密封在燈泡裏，並抽成了真空通上了電流。結果光亮度比第一個燈泡還亮，而且壽命也延長了好幾天。在這又一次成功中，愛迪生也又一次獲得了新的力量。他為了製出更為耐用的燈芯，幾乎試遍了各種竹子。到了1900年，炭化竹絲燈芯白熾燈泡的壽命，第一次突破了600個小時，即25個晝夜。
愛迪生發明電燈的消息傳遍了世界各國，人們都紛紛要求使用這一成果。但是當時還沒有發電廠，隻能用伏打電池供電。每一個伏打電池就像枕頭那麼大，點亮電燈需要100節這樣的電池，顯然，這在家庭中使用是很不方便的。
為了解決這些新的問題，愛迪生將研究燈泡的研究所改成了研究發電和輸電的電力研究所，於1882年在紐約成立了世界上第一家中央發電所。在這個發電所裏，有經過愛迪生進一步改進的發電設備和輸變電設備。這個發電所裏發出的電，經過電線可給附近的800多個電燈供電，一年後，可供的電量能滿足1700多個燈泡使用。
世界的夜晚由於電燈的發明變得越來越光明了，這標誌著人類進入了電氣時代。
在電的曆史上，愛迪生的貢獻實在是太多了，僅僅1880年這一年內，他獲得的發明專利就有47項，其中電燈方麵37項，發電方麵3項，輸配電方麵7項。他差不多每個月就有4項專利，因此被人們稱為“魔術師”、“發明大王”。
愛迪生發明的炭化竹絲燈芯，直到1908年威廉·克裏奇發明了鎢絲燈芯以後，才逐漸被淘汰。
威廉·克裏奇是1892年成立的“愛迪生電氣公司”的技術員，他出身農民，但從小對發明情有獨鍾。他對白熾燈的改進十分感興趣，他不怕艱辛，用了長達4年的時間，於1908年研製成功了鎢絲燈芯。
這時，愛迪生已是一個61歲的老人了，他到研究室看望了威廉。此時，兩個人都心潮澎湃、感慨萬千。威廉說：“愛迪生老師，謝謝您!我的鎢絲燈芯所以能研製成功，全靠了您的研究成果的指引。”愛迪生說：“別這麼說，我在鎢絲燈芯麵前止住了腳步，而你卻將它發揚光大了，真是後生可畏呀!”愛迪生還稱讚威廉：“你有著超常的耐性，真令人佩服!”他們在鎢絲燈下促膝長談，這就是創造人工太陽的人。
還有一位發明家我們不應忘記，他叫蘭謬爾，也在愛迪生電氣公司任職。他的主要貢獻是往燈泡內加了氬氣，避免了在真空狀態下鎢的蒸發，從此燈泡玻璃不再變黑了。壽命也明顯地延長了，這是一個偉大的成功。
電燈就是這樣由愛迪生發明，並經過威廉、蘭謬爾的改進後發展而成的。
偉大的發明家愛迪生，在發明電燈以後，繼續他的發明事業：電車、攝影機、蓄電池、電信機等等。他的發明專利達到1300多項，是世界上獲得專利最多的發明家。“為人類的幸福生活而發明”，這就是愛迪生一生的信念。