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。
由治療痛風病到證明生物電的存在,是一個質的飛越,這與卡文迪許科學家的敏感以及他廣博的知識是分不開的。卡文迪許等科學家們一個共同的重要特征是:每個人都有專門的研究方向,同時又有廣泛的交叉。盡管並非各方麵都成績卓著,但卻留下了許多精辟的見解和珍貴的數據,大大促進了同代人和後代人在這些方向上取得重大的突破。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。
由洗澡到得出浮力定律,阿基米德首先解決了王冠真偽的問題,當他解決了這一問題後,科學家的使命又使他得出了進一步結論。阿基米德就是這樣一個善於觀察生活的人,他往往能從極普通的日常現象中發現科學真理。在科學研究中,他的思維導向總是側重於一些不為人所注意的細致之處。這是他的一大優點,他也由此取得了巨大的成就。舍勒
?——由研究“黑苦土”到發現氧
卡爾·舍勒,瑞典著名的化學家,突出的成就是揭開了燃燒的真象,打破了化學界的“燃素”說,發現了氧。1777年出版了一本關於氧氣的專著——《論火與空氣》。
為生活所迫,舍勒13歲時就去哥德堡一家大藥店當了學徒。
如果隻想當一名合格的學徒倒也簡單,可舍勒偏偏要在平凡的製藥工作裏有新的發現、新的創造,當一名出色的藥劑師兼化學家。
於是,舍勒在向藥店主人包赫學習實際操作技術時,還精心鑽研當時最有名的化學家的著作。這樣,他很快就能夠獨立思考,甚至發現包赫先生的錯誤。
一天,包赫先生囑咐舍勒:“在取用藥品時,千萬不能讓液體的‘鹽精’跟那種特殊的‘黑苦土’藥混合,否則兩種藥都會失效。”
舍勒聽到後答應了一聲,可心裏麵卻在想:“為什麼會失效呢?”
晚上,舍勒偷偷來到實驗室,想用實驗證明包赫先生說的話。可是,當他從兩個注明是“黑苦土”的器皿裏各取出一份跟“鹽精”混合時,卻發現其中一份根本沒發生變化。
舍勒研究了大半個夜晚,終於發現了包赫先生的錯誤所在:這位資深的藥劑師把石墨和另一種外貌相似的黑色礦石都叫作“黑苦土”,而“石墨”跟“鹽精”混合是不會發生什麼變化的。
很快,舍勒成為年輕出色的藥劑師,他先後在設備優良的斯哥爾摩沙倫貝格大藥房和烏普薩拉大學實驗室工作過。
在實驗室,舍勒發現銀鹽被光照射後會還原出黑色銀粒,這為以後照相底片的發明奠定了基礎。
接著,舍勒對各類有機酸產生了興趣,並親手提煉出乳酸、草酸、蘋果酸、沒食子酸,成為這一方麵的專家。
一天,舍勒在去實驗室的路上,看到一排從意大利來的酒桶裏邊有一層紅色硬殼,便敲下一塊帶回去研究。結果發現,這種硬如石塊的凝結物能溶於硫酸,變成晶體狀的透明物,這種透明晶體能溶於水,且有一股酸味,能作治病的藥。他把這種藥叫作“酒石酸”,並因此名氣大振,成為了一名化學家。那時他隻有25歲。
舍勒並不滿足於此時的成就,轉向研究當學徒時非常熟悉的“黑苦土”,想知道它到底是什麼物質。
舍勒先把“黑苦土”和鹽酸混合在一起加熱,隻見從混合物中冒出一陣刺鼻的氣味,這種氣體略呈綠色,他便稱這種氣體為“氯氣”。這時候“黑苦土”已經變成了白色的物體。
後來人們在發現金屬錳之後,才知道“黑苦土”原來是二氧化錳,白色的物體是氯化錳。
舍勒又把“黑苦土”和更強的酸硫酸混合再加熱,結果冒出的是一種無色的氣體。這種氣體很活潑,能使火燃燒得更旺。於是舍勒把這種氣體收集在豬尿泡裏,以便日後繼續研究。
在以後的研究中,舍勒驚奇地發現:加熱硝酸鎂、碳酸銀或碳酸汞時,都會泄出同樣特點的無色氣體,而且這種氣體在空氣中也大量存在,是萬物賴以生存的“活命氣體”。得出這個結果後,舍勒正式把這種氣體命名為“氧”,並在1777年出版了一本關於氧氣的專著——《論人與空氣》。
由“黑苦土”到發現氧的過程同時也是舍勒由少年學徒成為出色的年輕化學家的成長過程。舍勒的成功,再次證明了科學是長年積累、契而不舍地執著追求的結果。倫琴
?——由一時疏忽到發現X射線
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。
由一時的疏忽使倫琴發現了一種全新的X射線。這不能不說是一種天然的巧合,但更為重要的是,倫琴並沒有漠視這種不正常現象,而是緊緊抓住了這種變化並取得了成功。從而再次證明了:機遇隻屬於那些有準備的頭腦。潘琴
?——由加熱黑色沉澱物到發明染料
潘琴是英國人,從小就對化學產生了濃厚的興趣。考入某著名大學化學係後,他幸運地師從著名化學家斯托曼爾教授。得遇名師,潘琴學習更為刻苦,很快成為老師的得意門生。發明了“阿尼林紫”的化學染料,成為化學染料的先驅。
一天,潘琴的老師霍夫曼沉思自語:能否用煤焦油化學藥品來合成奎寧?奎寧是抗瘧疾藥品,如果合成成功,必將使歐洲國家擺脫依賴遙遠的熱帶國家供應奎寧的局麵。
老師的想法使潘琴覺得很有意義,便在家開始做實驗,但他失敗了。當時還沒有人知道奎寧的結構,即使知道,憑當時僅知的幾種合成方法要製出奎寧來也十分困難。
18歲那年,潘琴大二了。暑假時,他想利用這段時間做一些研究。於是,斯托曼爾教授推薦他試試金雞納霜的化學合成。
潘琴知道已經有人在研究治療瘧疾用的金雞納霜了。“到目前為止還沒有人取得成功,你可以試一試呀。”斯托曼爾教授笑著拍了拍潘琴的肩頭。
潘琴點點頭,開始忙開了。一次次的試驗,一次次的失敗。眼看假期一天天地過去了,潘琴的實驗還是一無所獲。
一次,潘琴將重鉻酸鉀加入從煤焦油裏提煉出的苯胺裏,結果還是失敗了。潘琴氣急之下,正準備將試管扔了。突然,他發現試管底部有一些奇怪的黑色沉澱物。潘琴正打算把這團沉澱物倒掉,忽然心生一念:給沉澱物加熱,看它是否還原。他點然酒精燈,仔細觀察沉澱物的變化,結果驚奇地發現,黑色的沉澱物漸漸地變成紫色的液體。
這顏色太美麗了!潘琴馬上想到這東西或許可以作染料。他把一些紫色液體塗在白紙上,白紙立刻變成了紫色。他又將紫色液體塗在幾種絲織品上,效果非常理想。他看到了這種紫色液體的應用前景。當時的染料都是天然顏料,來源不廣,價格昂貴,而且隻有很少的染料可以牢固地附著在織物上。而他的染料的主要原料苯胺,是從煤焦油中提取的,來源充足,效果也很好。
潘琴把他的紫色化合物樣品寄給蘇格蘭的一家染坊。複信是令人振奮的,說經它染的絲非常漂亮,而且永不褪色,還問這種染料是否容易製取。
潘琴滿懷信心地作出了決定,他將這種染料的製作方法申請了專利,父親和哥哥鼎力支持他。1857年,潘琴一家辦了一座染料工廠,經過六個月的不懈努力,終於生產出了紫色染料,工藝技術也不斷提高。
1861年,潘琴在英國化學會上做報告,介紹煤焦油在工業上的用途。報告結束後,著名科學家法拉第向他表示祝賀,稱讚他在製取紫色染料方麵的成就,潘琴卻謙虛地說:“這沒有什麼,我是偶然碰到的。”
潘琴打算為抗瘧疾藥品找到更多廉價原料,卻在無意中研製成功了廉價的化學染料,這真是“有心栽花花不開,無心插柳柳成蔭”。因此,我們應該抱著積極樂觀的態度去麵對一切,相信隻要付出就會有收獲。