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第43章 偶然故事(3)

在前述法拉第发现蒸发制冷原理后不久,德国化学家林德就按照这一原理用氨气制成冷冻机,而美国工程师雅可布·帕金斯也在1834年发明了世界上第一台压缩式制冷装置,这是现代式制冷系统的雏形。同年帕金斯获得美国颁发的第一个冷冻专利。1855年,法国生产出第一台吸收式制冷设备。1873年,英国波义耳发明了氨压缩机。出生于英国兰开夏郡的托马斯·萨克利夫·莫特后来移居新南威尔士,他和工程师尤金·尼科尔的主要功绩是1861年在悉尼的大灵港建立了世界上第一家冷冻厂并着手设计冷藏船。1876年,他们制造的世界上第一般冷藏船“罗萨姆”号下水,船上安有一台氨压缩机,不幸的是,船未起锚却因其盐水冷却管泄漏而导致制冷系统失灵,羊肉变质,实验失败。两年后莫特去世。不过,人们并未就此罢休。其后,一艘装有氨压缩机的法国冷藏船成功地将70吨羊肉从阿根廷运往法国。不久,一台贝尔-科尼曼空气制冷机装上了“斯特拉斯列文”号冷藏船。1879年,该船从英国普利茅斯抵达悉尼,装上40吨牛羊肉于1880年2月2日到达伦敦,在历时4个月的航行中,肉温一直保持在零下70摄氏度,故未变质。这批冻肉颇受欢迎,售价平均高达11美元/公斤。

1913年,美国开始将一种牌号叫“杜美尔”的家用电冰箱在芝加哥售出,由于售价高达900美元,且效果并不理想,故问津者寥寥无几。稍后又有几种新型电冰箱问世,但总销量直到1920年尚未达到10000台。

1918年,美国凯尔维纳脱(Kelvinator)公司的工程师科伯兰特制造了世界上第一台用机械制冷方式的家用电冰箱,这显然在制冷原理上有所突破。不过,它十分笨重,外壳用木制,绝缘材料用海藻混木屑,压缩机用水冷,噪声很大。尽管价格昂贵,投放市场后仍很受欢迎。它的诞生宣告了家用电冰箱的发展进入了新的阶段。

从1920年起,家用电冰箱制造业首先在美国形成,并迅速发展成为一个重要的工业部门。1921年,美国北极公司制造出将压缩机藏于箱体内部的电冰箱。1926年,该公司又将电冰箱的外壳由木质换为钢板,从而使其体积缩小,不致腐烂。1927年,美国通用电气公司经过12年的研制,造出“摩尼泰”牌电冰箱,它首先采用了全封闭式压缩机,噪声小,受到消费者欢迎。1929年,该公司又率先推出冷藏与冷冻室分开的组合式双门双温电冰箱。现代家用电冰箱的外观由此初步形成。

1921年,瑞典的蒙特斯和冯·普拉腾也发明了另一种电冰箱。

1930年,各种氟里昂制冷剂相继出现,从而加快了制冷技术的向前发展。次年氟里昂—12获得专利。

1933年,美国北极公司开发了一种密封于钢板壳体内自动润滑的压缩机,耗电较省,这为电冰箱提供了可靠的动力。同年,美国克洛斯莱依公司获得在电冰箱箱门上设置搁架的专利,至此,现代电冰箱基本定型。

电冰箱的大发展是在二战以后。这被称为“改变20世纪的十大发明”之一的家用电器,现已成为现代家庭和社会不可缺少之物。

70年代以来,随着科技的发展和环保的需要,又出现了多种新型冰箱。例如半导体冷热两用电冰箱、太阳能冰箱。根据1987年签署的保护臭氧层的蒙特利尔协定书,商定发达国家1996年(中国是2010年)停止生产破坏臭氧层的氟利昂,从此,含氟冰箱完成了自己的历史使命。

看吵架后的灵感

20世纪60年代末,日本商人御木本幸吉率领满载乌龟的船队,在途中不幸遇到风暴,耽误了行期,当船队抵港时所有乌龟都已腐烂。发财美梦顿时破灭。傻了眼的御木一气之下,跑到海滨度假去了。

一天,他在海边散步以驱散烦恼时,偶然听见一片争吵声。好奇心驱使他走了过去,原来是两位游客在出售海产品的货摊前指手画脚地对骂。一个理直气壮地说:“这粒珍珠是我先预定下来的,你凭什么买走?”另一个也不甘示弱:“我出的价钱比你的高,老板愿意卖给我。”两人互不相让,吵个没完。然而,御木却无心再听他们吵下去。

回到宾馆,御木躺在床上翻来覆去地想:天然珍珠这么贵重,产量有限,若能用人工养殖珍珠,一定能够发大财。

于是,他立即购买书籍、资料,仔细研究珍珠生长的机理。经仔细观察后他发现,珍珠是不能化解的异物进入母贝体内排不出而产生的,这就是“蚌病为珠”。他在一处浅海湾建立了珍珠养殖试验场,经过反复试验,终于研究出了将玻璃珠子塞进珠母贝的养殖方法。

数年之后,人工养殖珍珠已经为御木带来了巨大的财富,使他成为“世界珍珠大王”。

同样是看吵架,许多人只是隔岸观火,而御木却因此捕捉到了一条有用的信息,由此发明了人工养殖珍珠法,发了大财。也许,这正是“有意栽花”和“无心插柳”的区别吧!

珍珠是名贵的装饰品,也可作药用。珍珠依大小和形状不同而价格相差很大。低级珍珠每克只值几元至几十元,高级珍珠每克值数百元;直径超过8毫米的超高级珍珠以粒计算,每粒值几十万元以上,远远超过黄金。1934年5月7日,在菲律宾巴拉旺湾采集到的一只巨贝中,发现一颗质量为6350克、半径7厘米大珍珠,是目前世界上已知最大的海水珍珠,被称为“老子珍珠”,现存于美国旧金山银行的保险柜中,价值408万美元。1986年,澳大利亚西部有人在白蝶珠母贝中培育出一颗形状奇特的珍珠——由九颗附壳珠连成一体呈十字架形,因此取名叫“南方十字架”。

异常的地磁

我们知道,地球像是一块大磁铁,有很弱的磁场;北磁极在地理南极附近,南磁极在地理北极附近。所以磁针都指向南北。

1874年,俄国科学家斯米尔诺夫在该国库尔茨克地区偶然发现一个奇怪的现象:他的磁针并不指向南北!这种情况叫地磁异常。

是什么原因使地磁异常呢?他进行了分析,认为这预示着该地区有可能存在着巨大的天然磁铁,其磁力比地磁更强,同时也预示着地下可能存在着巨大的磁铁矿。不过,鉴于当时的条件不成熟,这一铁矿未能发现。

伟大的十月革命后,苏维埃政权诞生。根据前述史料,1919年列宁指示对该地区进行地球物理勘探。1923年,第一个钻孔在163米深处找到了巨大的铁矿。此事对地球物理勘探方法的迅速发展起了重要的推动作用。

地磁的起源和地磁磁极像一个扑朔迷离的谜团,在历史上曾历经多次失败的推测,直到1996年上半年才有了一个较为圆满的谜底:美国新墨西哥州洛斯阿·拉莫斯国立实验所加里·格拉茨迈尔和洛杉矶加利福尼亚大学保罗·罗伯茨进行了长期而复杂的计算机模拟实验研究后得知,以岩石和坚固金属为核心的地球3000~5000千米深处有一个很厚的液体金属层,这金属层绕着地心转,但转速很慢,低于地球自转的速度。这一转动的液体金属层形成一个环形电流,所以形成地球磁场。研究人员在用计算机进行3个月的计算还惊喜地发现,模拟的地球磁场南北还会颠倒过来,这与地球磁场的换向不谋而合。地球磁场的换向周期很不稳定,一般约4~100万年,最近一次换向是在77.5万年以前。他们对换向原因的解释是,坚固的核心和它周围的液体层是两块相对的磁石,但随着搅动液体磁石的对流力的变化,液体磁石就会倒换,即南北极颠倒。虽然以上学说仍需实践证实和检验,但比以前的几种学说都要成熟得多。

以前几种不成熟的学说如下:

①“地心磁体说”:认为地核和地幔内存在一块天然磁体,所以地球有磁场。由于地核和地幔的温度都很高(地核界面约2400K,100千米深处的地幔约1500K),大大超过了铁和镍的居里点(分别约1043K和631K),所以这一假说不能成立。

②“导电球磁体说”:由于探空火箭发现靠近地表有一径向电场,电场方向向下,所以地球表面带负电荷(计算约为5×105库仑),地球外导电层带正电荷,其间以厚约50千米的不良导电层隔开。由于地球自转形成自东向西的环形电流,和外导电层正电荷随地球自转而产生的环形电流都形成磁场,其总和就是地球磁场。但计算表明,这两个磁场都比实际地磁场弱得可忽略不计:实际地磁场约5×105特斯拉;地球环形电流磁场约10-13特斯拉,外导电层环形电流磁场也微不足道。

③“太阳风感生电流磁场说”:1958年,美国詹姆斯·范·艾伦小组由“探险者”和“先锋”号卫星发现地面上空的两条宽大辐射带(当时人称“艾伦辐射带”),后来的卫星证实实际仅是一条辐射带,此后便称为磁层。由于太阳风中的高能带电粒子(主要是质子和电子)高速进入磁层,会受到洛仑兹力而偏转,在磁层顶部形成电流,其方向与地球自转方向相同。这一电流在地球表面产生的磁感应强度即是地磁场。由于太阳风会因面对太阳或背离太阳而变,因而地磁场也会变化的,但实际地磁场却相对保持恒定。所以,这一假说也未根本解决地磁起源问题。

④“自激发电机说”:认为地球基本上是一个导电流体球,地核中原来就存在像银河中某处存在的那种弱磁场,液态地核中持续发生差异运动或对流;按磁流体力学规律,地核物质和上述弱磁场相互作用,引起自激发电机效应,使原弱磁场加强而形成地球磁场。但这种假说未经证实,也不能解释地磁南北磁极会颠倒的变化。地球磁场的磁极颠倒的原因是什么?这也是1997年第4期《自然》杂志载文中当今世界97个物理难题中的第17个难题。

1996年9月18日,《参考消息》登载了日本文部省核聚变研究所一个研究小组负责人佐藤哲也的研究成果:他们用电子计算机模拟实验表明,地球是由最深部的高温铁块——内核(热源)及其外部流动的铁等构成的外核(流动体)构成。热源的热变成能源,在外壳形成几个柱状等离子旋涡,复杂的运动产生电流,从而形成地球磁场。这与前述美国格拉茨迈尔等关于地球形成原因的说法有一些相似之处。

铜草引路

1949年,地质学家伍德沃德在赞比亚西北的卡仓瓜考察。一天,他偶然发现该地有一种他未曾见过的开蓝花唇形的草本植物,当地人称“和氏罗勒”。经过一步考察后,他还发现,凡是适宜这种草生长的地方,土壤中的含铜量都很高。

这两个偶然事件促使他对这种草进行栽培试验,以研究为什么长这种草的土壤中总是含铜较多,草和铜之间有没有联系。

经过试验,他终于从中得到信息和启发,由它可追溯到铜矿。由此,他终于找到了一个储量为9亿吨的大铜矿,其引路人就是这种植物,于是它被命名为“铜草”。