书城童书科学知识大课堂——科技轶闻趣事
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第12章 机遇故事(4)

台特在灯上点燃起一根细木条,把它举到啤酒汁上面。使普利斯特里惊奇的是,燃烧的木条立刻熄灭了。

“啊!这就是说木桶中另外有一种空气。让我也试试。”

普利斯特里进行了同样的试验。火焰又熄灭了。在木条熄灭时出现的淡蓝色烟云飘浮在木桶的上面。普利斯特里用手轻轻地推了一下烟云,它就慢慢地降了下去。

“瞧!木桶中储藏着多么有趣的空气啊!它比纯净的空气重,在这种空气中一切都将熄灭。”

看来存在着好几种空气——这就是说一切生物呼吸的纯净的空气中还存在着更重的空气。生物在后一种空气中难道会死去?不让我在木桶上呼吸,就是这个缘故吧?他左思右想,更加兴奋起来。于是他立刻起身,走进实验室,点燃了一根蜡烛,把它放在预先放有小老鼠的玻璃容器中,然后拿盖子紧紧地盖住玻璃容器。

过了一些时候,蜡烛熄灭了,不久,小老鼠也死了。普利斯特里立即想到,空气中存在着一种什么东西。于是,普利斯特里对“被污染”空气作了净化试验。他弄到一个大水槽,槽底倒了一些水,将一个个玻璃罩口朝下放入槽中。在罩内放一支燃烧着的蜡烛,这样就制得了“被污染的”空气。

他想用水净化它,但结果使他诧异。他发现,水只能净化空气的一部分,而另一部分对生命还是无用的:老鼠在其中照样死去。企图使关闭在罩子里的空气恢复原有生气的一切尝试都失败了。

普利斯特里如同丈二和尚摸不着头脑。突然,他又想到植物。于是,便把一盆花放在罩内,花盆旁放了一支燃着的蜡烛来“污染”空气。蜡烛很快就熄灭了,植物却毫无变化,普利斯特里将水槽连同花盆一起放到靠近窗户的桌子上。次日早晨,他惊奇地发现,花不仅没有枯萎,而且又长了一个花蕾。普利斯特里的实验,证实了植物和动物都在呼吸,动物和人呼吸时,吸入氧气,呼出二氧化碳;而植物吸入二氧化碳,放出氧气。二者正好截然相反,二氧化碳能令动物和人窒息,却能帮助植物生长。

普利斯特里多次重复了自己的试验,以便确定究竟存在几种空气。

那时“气体”这个概念还没有使用,科学家们把一切气体统统称为空气。实际上,普利斯特里在啤酒发酵、蜡烛燃烧、动物呼吸时观察的气体是二氧化碳。在当时二氧化碳被称为“固定空气”。

与此同时,他还证明,植物吸收“固定空气”而放出“活命空气”(氧气),这种没有被研究过的“活命空气”维持着动物的呼吸,有了它,物质就会剧烈地燃烧。

有了这种想法后,普利斯特里又开始投入制取“活命空气”的实验中。

在制取“活命空气”的实验中,普利斯特里没制得“活命空气”却意外制得了“碱空气”(氨)、“盐酸空气”(氯化氢)、二氧化硫……他根据自己的实验结果写成了一本著作《论各种不同的空气》,从而大大地丰富了近代气体化学的内容。

1774年8月1日,是一个阳光灿烂、适于试验的日子。普利斯特里在一个大玻璃瓶底放了厚厚一层黄色的粉末——水银灰(即氧化汞),把透镜聚集的阳光投射到水银灰上。光照在粉末上形成了耀眼的光点。普利斯特里细心地观察,突然发现了一种奇怪的现象:粉末微微地颤动、腾跃,似乎有人在向它们吹风。数分钟过后,在这个地方出现小水银珠。这可是意外的收获!

“看来,光是燃素!也许燃素留在玻璃容器中了?”普利斯特里点燃干木条,将它放入玻璃瓶内,想去点燃燃素。气体燃着了,而且燃烧得更旺,光焰更亮!他迅速地取出小木条,扑灭了火焰,把它再次伸入玻璃瓶内时,冒烟的木条又重新燃烧起来了。

他把这个实验又做了一次,并用排水集气法搜集产生的气体。通过研究,他发现蜡烛在这种气体中以极强的火焰燃烧;老鼠在瓶中存活时间为相同容积的普通空气的两倍。他并用玻璃吸管从放满这种气体的大瓶里吸取它,感动十分轻松舒畅。其实,他搜集到的气体就是氧气。

普利斯特里是第一位详细叙述了氧气的各种性质的科学家。但是,由于他笃信燃素说,于是推断这种气体必然含有极少的燃素或不含燃素,称它为“脱燃素空气”。

普利斯特里正准备对它进行深入的研究的时候,英国的政治家舍尔伯恩勋爵邀他陪同到欧洲旅行。

到法国巴黎后,普利斯特里立即访问了法兰西科学院。在那里,他向科学家们讲述了自己对气体的研究。在巴黎期间,他还会见了拉瓦锡,在他的实验室进行了学术交流。

普利斯特里向拉瓦锡揭示了他刚刚发现的秘密,并向他表演了制取这种新空气的方法。拉瓦锡立即着手研究了它,并由此创立了新的氧气燃烧理论,揭示了燃烧的本质。因而使“燃素说”彻底破产,使化学生发生了一场革命,开创了化学发展的新纪元。

普利斯特里的职业是牧师,化学只是他的业余爱好。但他却为这一学科的发展作出了不可磨灭的贡献。除了氧气之外,他还于1772年发现了二氧化氮,1773年发现氨,1774年发现二氧化硫。由于普利斯特里在化学方面的贡献,1782年,他当选为巴黎皇家科学院的外国院士。

1804年2月6日,普利斯特里卒于美国宾夕法尼亚州诺森伯兰。

捣乱的花猫

1811年的一天,法国巴黎的一位药剂师兼化学家贝尔纳·库尔特瓦,正在进行一项提取实验。从海藻灰溶液中提取硝酸钾的工作,他已进行多日,但一直没有取得多大进展,他焦急万分。这天,终于有点儿眉目。可是就在这时,一只花猫突然跑来,把一瓶硫酸碰倒,恰巧这瓶硫酸全部洒在装有海藻灰溶液的盆里。库尔特瓦十分恼火:若想提取硝酸钾,只能往海藻灰溶液中倒入少许硫酸,可这次却一下子倒进去这么多!

库尔特瓦拾起装硫酸的空瓶,刚要惩罚这只令他气愤不已的花猫,却被眼前出现的景象惊呆了:只见一缕缕紫色的蒸气从盆中冉冉升起,非常美丽。见此异常的紫烟,花猫吓得不知所措,仓惶逃跑了。而库尔特瓦却被这种奇怪的蒸气吸引住了,他聚精会神地看着……忽然他想把这种蒸气搜集起来,可是,这时蒸气已经变得相当少了。他急忙搜到了一点蒸气,想看看冷却成液体后是什么东西。谁知冷却后得到的却是一种像金属一样耀眼的紫黑色晶体。库尔特瓦经过分析发现,这是一种新元素!

后来,经过H戴维和J-L盖-吕萨克研究,正式确认库尔特瓦发现的是新元素,盖-吕萨克将它命名为iodine,它来源于希腊文,原意为“紫色的”。这种紫色的元素就是碘。科学家们研究发现碘是一个很有意思的元素:碘虽然是非金属,但却闪耀着光泽;碘虽然是固体,却又很容易升华,可以不经过液态直接变为气态;人们常以为碘蒸气是紫红色的,其实不然,纯净的碘蒸气呈深蓝色,夹杂空气时才呈紫红色。碘的大部分盐类都是白色晶体。

这种新元素在大自然中很少,仅占地壳总重量的0000001%。可是,由于碘易升华,又到处都有它的足迹:海水中有碘,岩石中有碘,甚至连最纯净的冰洲石、从宇宙空间掉下来的陨石、人们吃的葱、海里的鱼……都有微量的碘。碘难溶于水,但能溶于酒精等有机溶剂,碘溶于酒精中可制作碘酒,用于皮肤消毒。

碘的用途很广泛。它是甲状腺素必不可少的原料。碘对动植物的生命是极其重要的。海水里的碘化物和碘酸盐进入大多数海生动植物的新陈代谢循环中。在高级哺乳动物中,碘以碘化氨基酸的形式集中在甲状腺内,缺乏碘会引起甲状腺肿大。近年来,我国利用碘和钨的化合物——碘化钨制造的碘钨灯,使用寿命可达5000小时以上。

苍天捉弄阿贝尔

阿贝尔(NHAble)出生在一个大家庭里,家里有七个兄弟姊妹,父亲是挪威芬杜(Findod)小乡村的穷教师。阿贝尔在家里排行第二,小时和他哥哥由他父亲教导识字,小学教育基本上是由父亲教的,因为他们没有钱像其他人那样请家庭教师来教。

在13岁时他和哥哥被送到克里斯汀尼亚(Christinia,今奥斯陆)市的天主教学校读书。这是一间古老的学校,一些官员把孩子送到这里读书,而且有一些奖学金给没有能力交学费的同学,阿贝尔也得到了一点奖学金。

在阿贝尔进入学校时这学校已降低水准,因为这里刚成立一所新大学,大部分好的教师和有经验的教师转到大学去教书了,学校只剩下水准较差和新的教师。在最初的一二年他们兄弟成绩还算不错,而且常常获奖。可是后来教师枯燥的教学方式以及高压的教学手法,让他们兄弟十分反感,成绩也跟着下降了。哥哥更糟,患了神经衰弱症,最后不能读书,要送回家去,以后恶化起来,以致一生不能做事。

1817年发生的一件事情,可说是阿贝尔一生的转折点。教数学的教师是一个嗜酒如命但又粗暴的家伙,对于成绩不好的学生常讥笑嘲讽,而且常体罚,有一个学生被严重打伤,最后病倒而死去。在许多人向学校当局抗议下,这位教师被解职,而由一个比阿贝尔大七岁的非常年轻的教师霍尔波伊(Bernt Michael Holmboe)代替。这名年轻的霍尔波伊的到来,使阿贝尔极大地发掘了自己的数学潜能。

霍尔波伊学过一些纯数学,而且曾当过挪威著名天文学家汉斯丁教授(Chrisoffer Hansteen)的助教,对中学数学课当然是驾轻就熟。他和以前的教师不一样,采用新颖不死板的方法教书;他采取让学生发挥独立的工作能力的教学方法,并且给一些适合他们的数学问题,鼓励他们去解决。

阿贝尔很喜欢这个新来的教师,他发现数学并不像以前那样枯燥无味,而且很高兴地能解决一些同学不能解决的问题。第一学年末,霍尔波伊在学生的报告上对阿贝尔的评语是:“一个优秀的数学天才。”

阿贝尔对数学的热忱越来越高,霍尔波伊鼓励他,给他一些特别问题,而且借给他看他在大学时学习的课本。霍尔波伊后来回忆道:“从这里开始阿贝尔沉迷进数学,他以惊人的热忱和高速率向这门科学进军。在短期内他学了大部分的初级数学,在他的要求下,我私人教授他高等数学。过了不久他自己读法国数学家泊松(Poisson)的作品,念德国数学家高斯(Gauss)的书,特别是拉格朗日的书。他已经开始研究几门数学分支。”

对一个16岁的孩子,小说和诗歌不再吸引他的兴趣了,他到图书馆只找纯数学和应用数学的书来看:牛顿的书,天文学家的书,达兰贝尔的力学的书。他把自己研究的一些东西记在一本大簿子里。这时他发现欧拉的二项式定理只证明有理数指数的情形,于是他给了对一般指数情形都成立的证明。

在学校他和同学相处很好,他并不因为教师对他的称赞而恃才傲物。由于他身体不好,脸色苍白,衣服破旧,像长期工作的裁缝,同学给他的外号是:“裁缝阿贝尔”。

1823年秋,他一举解决了用根式求解五次方程的不可能性问题。当作出这一解答时,阿贝尔觉得这个结果很重要,为了使更多人知道,他自费印刷他的论文。为了减少印刷费,他把结果紧缩成只有6页的小册子。然后把这些小册子分别寄给外国数学家,包括“数学王子”高斯,希望听到一些回音。可惜文章太简洁了,没有人能看懂。

阿贝尔卓越的成就,就这样被人忽略了。

大学毕业后,他申请得到了政府旅行研究资金,到德、法等国做了两年访问研究。

1826年阿贝尔到巴黎,撰写了一篇很长的关于超越函数的数学论文,托人转交给复变函数论的创立者柯西。可是,柯西并不重视这项成果,随手丢到角落里去了。阿贝尔的这篇论文,是数学史上的一个重要发现。他天天盼望回音,可是一点音讯也没有,阿贝尔只好又回到柏林。克雷尔为他谋求教授职位,没有成功。

1827年5月底,阿贝尔贫病交迫地回到克里斯汀尼亚。这时,更糟的境遇正在等待着阿贝尔。

生活对他太不公平了。无论是高斯还是柯西、泊松等大数学家,只要看过他那卓越的学术研究的人说上一句话,就会使阿贝尔摆脱贫困的窘迫,不至于英年早逝。然而,他们谁也不评论阿贝尔的学术成果。阿贝尔就这样默默无闻地生活在艰苦的境遇中,他的健康受到了严重的损害。

直到阿贝尔去世前不久,人们才认识到他的价值。1828年,四名法国科学院院士上书给挪威国王,请他为阿贝尔提供合适的科学研究位置,勒让德也在科学院会议上对阿贝尔大加称赞。

阿贝尔回到祖国以后不久,在汉斯丁教授的推荐下,担任了一所军事学院的数学讲师,生活境遇稍有改善。

在担任数学教师期间,阿贝尔安心地研究数学理论。他在椭圆函数论方面的研究,到了可与高斯比肩的水平。他还研究和创立了超越函数的理论,推广了欧拉积分的意义,后世称其为“阿贝尔积分”。

军事学院的教书生活,并未使阿贝尔身体恢复健康。阿贝尔积劳成疾,但他还在拼命研究数学。

1829年4月6日,不到27岁的阿贝尔终于离开人世,这位由一名优秀的年轻教师发现的数学奇才,就这样在科学权威们的冷漠下永远辞别了他心爱的数学。柏林大学邀请他担任教师的信件在他去世后的第二天才寄出。此后荣誉和褒奖接踵而来,1830年他和CGJ雅可比共同获得法国科学院大奖。

阿贝尔虽然只有短暂的26年生命,但他取得的成果,足够以后的数学家忙碌150年。

“不务正业”的发明

事实上,在瓦特高效率蒸汽机问世之前,早就有很多人在研究制造蒸汽机了,如公元前720年埃及哲学家西罗,1612年法国机械师德戈,1698年萨物雷,此外还有狄赛戈里耳、纽可门等不下数十人。派朋也是其中的一人,但他研究蒸汽发动机对人类的贡献反而不及他因此发明的副产品——压力锅。

在17世纪末叶,年轻的法国医生兼物理学家和机械师丹尼·派朋正在研究蒸汽发动机。那时正值法国国王亨利四世迫害新教徒。派朋为逃脱这种迫害,就跑到了德国。在异国他乡的那种艰苦环境中,派朋仍坚持研究液体的性质。他对蒸汽锅炉的研究,引发了他对烹饪用压力锅的发明。

有一回他登上高山,所带干粮吃完了,不得不煮马铃薯充饥。他将马铃薯在滚开的水中煮了很久,以为一定煮熟了。可是他吃的时候,却发现马铃薯还是夹生的。这是怎么回事呢?

派朋抓住这一偶然现象不放,继续深入地钻研下去,终于发现了其中的秘密:大气压力和水的沸点之间存在着直接的关系。气压高时,水的沸点也高;气压低时,水的沸点也低。高山上大气稀薄,气压低,水的沸点也低,虽然水开了,但热力不足,所以马铃薯没有煮熟。