第八十八部分
黑洞
由黑洞這兩個字,我們就會聯想到這個神秘天體的特點:不會發光,是黑洞洞的。其實,黑洞不是通常意義下的星體,而是空間的一個區域,一種特殊的天體。它具有強大的引力場,以致任何東西,甚至連光都不能從中逃逸,成為宇宙中一個吞食物質和能量的“陷阱”。
最初指出黑洞存在,開假設為一個質量很大的神秘天體,是在1798年,當時法國的拉普拉斯利用牛頓萬有引力和光的微粒說提出這一見解。他說:“一個密度如地球而直徑為250個太陽的發光恒星,由於其引力的作用,將不允許任何光線離開它。由於這個原因,宇宙間最大的發光天體,對於我們卻是不可見的。”他稱這種天體為“黑暗的一團”,並猜測宇宙太空中可能有很多這樣的暗天體。這樣的暗天體就類似於我們今天所說的黑洞。
1916年,愛因斯坦發表廣義相對論,不久,德國物理學家史瓦西得到了廣義相對論方程的一個精確解。他預言存在5種不旋轉、不帶電的黑洞。當時就已算出,若要成為黑洞,一個質量如太陽的星體,其半徑必須縮到296千米,而地球則需壓縮到半程為089厘米。
然而,史瓦西提出的黑洞概念在當時並沒有受到人們的普遍重視。直到20世紀70年代,世界著名的物理學家霍金才把量子力學與廣義相對論結合起來,進行黑洞表麵量子效應的研究,最終才使得黑洞理論的研究向前推進了一大步。
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溫度計
1592年,伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質,製造了一個空氣溫度計。
華倫海特設計的溫度計伽利略設計的溫度計他將一根細長的玻璃管,一端拉製成雞蛋一樣大小的空心玻璃球,一端敞口,並且事先在玻璃管內裝一些帶顏色的水,然後將開口一端倒插入一隻裝有水的瓶子裏。當外界溫度升高時,玻璃球內的空氣受熱膨脹,玻璃管裏的水位就會下降;當外界溫度降低時,玻璃球內的空氣就要收縮,而玻璃管中的水位就會上升。伽利略在玻璃管上標上刻度,就可以利用它測量氣溫了。
意大利托斯卡納的大公斐迪南對液體溫度計的發展起了很大的推動作用。
為了使溫度計不受大氣壓力的影響,斐迪南用各種不同的液體進行試驗,發現酒精在受熱以後,體積的變化比較顯著。1654年,斐迪南製出了世界上第一支酒精溫度計。斐迪南往一端帶有空心玻璃球的管裏注入適量帶顏色的酒精,再把玻璃球加熱,用酒精趕跑玻璃管中的空氣,然後將螺旋狀的玻璃管密封,並在玻璃管上標上刻度。於是,第一個不受大氣壓力影響的真正的溫度計就這樣誕生了。
酒精溫度計構造簡單,製作方便,準確度高,一經問世就得到了廣泛應用。今天,我們在家庭中通常用的溫度計都是酒精溫度計。
華倫海特是德籍荷蘭物理學家,他發明了水銀溫度計,並且是華氏溫標的確立者。
由於酒精溫度計受酒精沸點的限製而不適於較高溫度的測量,1714年,華倫海特用水銀代替酒精,從而取得了關鍵性的進展。他發現了一種純化水銀的方法,解決了以前由於水銀中常混有氧化物,使水銀容易附著於玻璃管壁上,影響準確讀取刻度的難題。於是,第一個真正精確的溫度計誕生了。1724年,華倫海特所做的關於溫度計的報告,使其得到迅速推廣。目前,英國、美國、加拿大、南非等國仍在使用華氏溫度計,而我們量體溫時用的也是水銀溫度計。
血壓計
人們測量血壓最先是在動物身上做試驗的,英國醫生哈爾斯可以說是研製血壓計的第一人。1733年,哈爾斯把自己家裏飼養的一匹最心愛的高頭大馬作為測試血壓的對象。他將一根27米長的玻璃管與一根銅管的一端相連接,接著,他又將銅管的另一端插入馬頸部的動脈血管內,然後使玻璃管豎直,讓血順著玻璃管上升,這樣測得馬的血壓為21米高。哈爾斯注意到,隨著心髒的跳動,血柱上升和下降5~10厘米。但是很明顯,這樣測量血壓既不安全,也不方便,而且對血管的破壞非常嚴重,根本不適宜用於人類。
1854年,德國一位生理學家提出了可以通過體外測量阻止血流壓力來代替直接從血管內測量血壓的觀點,並據此設計出了一種帶杠杆的測量血壓裝置,但是這種裝置相當笨重,而且使用起來也很不方便。