| 第二章 乌云(2) | ||||
| http://book.sina.com.cn 2006年01月09日 12:32 新浪读书 | ||||
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连载:上帝投掷骰子吗 作者:曹天元 出版社:辽宁教育出版社 | ||||
| 年迈的开尔文站在讲台上,台下的听众对于他的发言给予热烈的鼓掌。然而当时,他们中间却没有一个人(包括开尔文自己)会了解,这两朵小乌云对于物理学来说究竟意味着什么。他们绝对无法想象,正是这两朵不起眼的乌云马上就要给这个世界带来一场前所未有的狂风暴雨,电闪雷鸣,并引发可怕的大火和洪水,彻底摧毁现在的繁华美丽。旧世界的一切将被彻底地荡涤干净,曾经以为可以高枕无忧的人们将被抛弃到荒野中去,不得不在痛苦的探索中过上30年艰难潦倒,颠沛飘零的生活。他们更无法预见的是,正是这两朵乌云,终究
第一朵乌云,最终导致了相对论革命的爆发。 第二朵乌云,最终导致了量子论革命的爆发。 今天看来,开尔文当年的演讲简直像一个神秘的谶言,似乎在冥冥中带有一种宿命的意味。科学在他的预言下打了一个大弯,不过方向却是完全出乎开尔文意料的。如果这位老爵士能够活到今天,读到物理学在新世纪里的发展历史,他是不是会为他当年的一语成谶而深深震惊,在心里面打一个寒噤呢? ********* 饭后闲话:伟大的“意外”实验 我们今天来谈谈物理史上的那些著名的“意外”实验。用“意外”这个词,指的是实验未能取得预期的成果,可能在某种程度上,也可以称为“失败”实验吧。 我们在上面已经谈到了迈克尔逊-莫雷实验,这个实验的结果是如此地令人震惊,以致于它的实验者在相当的一段时期里都不敢相信自己结果的正确性。但正是这个否定的证据,最终使得“光以太”的概念寿终正寝,使得相对论的诞生成为了可能。这个实验的失败在物理史上却应该说是一个伟大的胜利,科学从来都是只相信事实的。 近代科学的历史上,也曾经有过许多类似的具有重大意义的意外实验。也许我们可以从拉瓦锡(Antoine Laurent Lavoisier)谈起。当时的人们普遍相信,物体燃烧是因为有“燃素”离开物体的结果。但是1774年的某一天,拉瓦锡决定测量一下这种“燃素”的具体重量是多少。他用他的天平称量了一块锡的重量,随即点燃它。等金属完完全全地烧成了灰烬之后,拉瓦锡小心翼翼地把每一粒灰烬都收集起来,再次称量了它的重量。 结果使得当时的所有人都瞠目结舌。按照燃素说,燃烧是燃素离开物体的结果,所以显然,燃烧后的灰烬应该比燃烧前要轻。退一万步,就算燃素完全没有重量,也应该一样重。可是拉瓦锡的天平却说:灰烬要比燃烧前的金属重,测量燃素重量成了一个无稽之谈。然而拉瓦锡在吃惊之余,却没有怪罪于自己的天平,而是将怀疑的眼光投向了燃素说这个庞然大物。在他的推动下,近代化学终于在这个体系倒台的轰隆声中建立了起来。 到了1882年,实验上的困难同样开始困扰剑桥大学的化学教授瑞利(J.W.S Rayleigh)。他为了一个课题,需要精确地测量各种气体的比重。然而在氮的问题上,瑞利却遇到了麻烦。事情是这样的:为了保证结果的准确,瑞利采用了两种不同的方法来分离气体。一种是通过化学家们熟知的办法,用氨气来制氮,另一种是从普通空气中,尽量地除去氧、氢、水蒸气等别的气体,这样剩下的就应该是纯氮气了。然而瑞利却苦恼地发现两者的重量并不一致,后者要比前者重了千分之二。 虽然是一个小差别,但对于瑞利这样讲究精确的科学家来说是不能容忍的。为了消除这个差别,他想尽了办法,几乎检查了他所有的仪器,重复了几十次实验,但是这个千分之二的差别就是顽固地存在在那里,随着每一次测量反而更加精确起来。这个障碍使得瑞利几乎要发疯,在百般无奈下他写信给另一位化学家拉姆塞(William Ramsay)求救。后者敏锐地指出,这个重量差可能是由于空气里混有了一种不易察觉的重气体而造成的。在两者的共同努力下,氩气(Ar)终于被发现了,并最终导致了整个惰性气体族的发现,成为了元素周期表存在的一个主要证据。 另一个值得一谈的实验是1896年的贝克勒尔做出的。当时X射线刚被发现不久,人们对它的来由还不是很清楚。有人提出太阳光照射荧光物质能够产生X射线,于是贝克勒尔对此展开了研究:他选了一种铀的氧化物作为荧光物质,把它放在太阳下暴晒,结果发现它的确使黑纸中的底片感光了。贝克勒尔得出初步结论:阳光照射荧光物质的确能产生X射线。 但是,正当他要进一步研究时,意外的事情发生了。天气转阴,乌云一连几天遮蔽了太阳。贝克勒尔只好把他的全套实验用具,包括底片和铀盐全部放进了保险箱里。然而到了第五天,天气仍然没有转晴的趋势,贝克勒尔忍不住了,决定把底片冲洗出来再说。铀盐曾受了一点微光的照射,不管如何在底片上应该留下一些模糊的痕迹吧? 然而,在拿到照片时,贝克勒尔的脑中却是一片晕眩:底片曝光得是如此彻底,上面的花纹是如此地清晰,甚至比强烈阳光下都要超出一百倍。这是一个历史性的时刻,元素的放射性第一次被人们发现了,虽然是在一个戏剧性的场合下。贝克勒尔的惊奇,终究打开了通向原子内部的大门,使得人们很快就看到了一个全新的世界。
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