书城科普读物青少年素质养成必读故事:让青少年热爱科学的故事
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第16章 灵感来袭的瞬间(3)

1979年,路易斯已经从加利福尼亚大学退休。他的儿子沃尔特是一位地质学家,沃尔特偶尔得到一点远古时代的黏土,经核化学专家富兰克·阿撒罗检测分析,被确定是6500万年前的黏土。这被曾经从事宇宙射线和天体物理学的路易斯知道了,他对此很感兴趣。据测定这些黏土中铱的含量较高,而目前已知在彗星和小行星中铱元素的含量远比地壳中高得多。

黏土的地质年代恰巧与白垩纪第三纪一致。而正是在此时期,恐龙和许多其他的物种都永远地从地球上消失了。路易斯利用这些资料进行研究分析,认为6500万年前白垩纪与第三纪之间的恐龙灭绝事件就是由一颗近地小行星撞击地球触发的。由于小行星对地球的猛烈而发生了巨大的撞击,因此发生了惊天动地的毁灭性大爆炸。其所产生的高温使地球成了一片火海,冲天大火燃烧了地球上的大片森林和植物,使空气中的氧气消耗殆尽。恐龙有被大火烧死的;而大部分窒息死亡,因为空气中充满了无法呼吸的二氧化碳和一氧化碳,大多数种类的恐龙因此而灭绝。接着遮天蔽日的燃烧爆炸烟雾弥漫于大气层,数年不散,地球因此进入长期暗无天日的冰冻期,使所有的恐龙和多数动植物死亡。

路易斯提出有关小行星使某些生命形态灭绝的理论后,引起了世界科学界的重视,支持这一理论的论据和科学研究不断涌现。

“人造血”的发明

“人造血”是一种人造的氟碳化合物溶液。其中包含的成分很复杂,除了氟碳化合物作为主要溶质外,还有甘油、卵酸酯、氯化钠、氯化钾、氯化钙、碳酸钠、葡萄糖等一系列物质。它注射到失血的人体里,可以代替一部分血液维持生命活动。现在全世界已普遍临床应用。它没有血型,人人可以输,又可以在制药厂像生产针剂那样进行大批量工业化生产,而且可以保存3年,输氧能力比真血高2倍。

我们知道血液在体内循环时,其中一个最主要的功能就是携带氧气进入体内,输送到各种器官组织细胞里去进行生物氧化反应。这样人体的新陈代谢活动才得以正常进行,否则会因缺氧窒息而死。那么,这种功能主要靠什么呢?它是靠血液红细胞中的血红蛋白来进行的,而氟碳化合物可以代替血红蛋白。所以人造血有时又称为人造的血红蛋白液。

世界上有机化合物千千万万,为什么偏偏找到氟碳化合物溶液来代替血液呢?这说起来也是一个偶然的发现。人类半个多世纪以来,一直为寻求血液代用品而努力,但没有多大进展。

美国一位科学家叫利兰·克拉克,有一次,他用氟碳化合物溶液做实验。突然,一只老鼠落进了溶液里,这使他慌了手脚。他赶紧去捞,捞了大半天,以为捞上来已淹个半死了。不料那只老鼠抖抖身上的溶液,一下子逃窜而去。克拉克大为奇怪,为什么老鼠在水里会淹死,而在这种氟碳化合物里不会淹死呢?后来才弄清楚,这种叫做二氟丁基四氢呋喃的溶液,含氧能力特别得高,大约是水的20倍,或者说氧的溶解度为其体积的40%~50%,差不多有一半体积是溶进的氧气。这样老鼠在该溶液里不会因缺氧窒息而死,也就不奇怪了。为了证实这一点,克拉克又有意捉来一些大白鼠,故意把它们浸入溶液深处2小时,再捞上来,果然都没有淹死。后来他又把它注入鼠体内代替血液用,也活了好几个星期。

这样一来,氟碳化合物溶液就被人类发现可以当做代用血液了。但是美国人的这种发现,还只是一个开始,并非真正的成功。因为这种氟碳化合物颗粒太大,注入体内后排不出体外,倘若在器官里沉积下来,便会慢性中毒。后来美国人又找到了另一种氟碳化合物,叫全氟萘烷,颗粒比较小,可以从尿道和汗腺排出,但又有个大毛病,就是会在微血管里凝集成簇,堵塞血管,产生血瘀。

后来日本人猛攻人造血难关。他们发现在这种全氟萘烷溶液里加入少量的全氟三丙胺,然后再经人工乳化,即可以得到不会密集的氟碳化合物乳剂,像牛奶一般的乳白浮悬液了。由于颗粒小到1/10微米以内,不但从尿道、汗腺可以排出,连从肺泡里也可以呼出。他们把这种人造血液注入动物体内做了大量实验,证明效果良好。

1979年4月,日本用这种人造血给一位大失血病人输血,结果临床应用成功。而我国则在5年以前(1974年)就早已开展研究,由上海有机研究所和第三军医大学合作,于1980年研制成功,由上海中山医院首次临床应用。当然现在的人造血和真血相比,性能上还是跟不上的。因为人造血中没有白血球、血小板、抗体、酶等生物物质,所以抗菌、凝血、免疫等的功能是没有的,要抽血后全部用人造血还是不行的。又因为其余的功能,还得靠真血来维持,所以要一时完全取消人体献血还是不可能的。现在各国都在继续研究,希望研究出相似真血的全功能人造血。一旦研制成功,那就对各种血液病人都可以治疗了。

寻根问底的波义耳

波义耳是17世纪英国著名的化学家、物理学家,他出生于爱尔兰的利斯莫尔城堡。1654年他移居牛津后,开始研究化学和物理学,并于1665年获牛津大学名誉博士学位。1668年他定居于伦敦,并于1680年被选为皇家学会主席,但他拒绝担任这一职务,潜心致力于科学研究工作,一生在化学和物理学研究中很有建树。他是分析化学的奠基人,在他开创分析化学理论的初期,有过一个非常有趣的故事。

一天早晨,波义耳正要到实验室去,一位花匠送来了一篮美丽的紫罗兰。波义耳随手拿起一束花观赏着,闻着那扑鼻的清香走进了实验室。

他的助手取来了两瓶实验用的盐酸,波义耳想看一看盐酸的质量,那个助手就将盐酸倒进了烧瓶里。波义耳把紫罗兰放在桌上,去帮助那位助手。盐酸挥发出刺鼻的气味,像白烟一样从瓶口涌出,倒进烧瓶的淡黄色液体也在冒烟……

“这盐酸不错!”波义耳放心了,从桌上拿起那束花,准备回书房。这时,他突然发现紫罗兰上也冒出了轻烟。原来,盐酸溅到花儿上了,他赶紧把花放到水里去清洗。过了一会儿,令人惊异的是,紫罗兰的颜色由紫色变成了红色。

波义耳有寻根问底的习惯,这个偶然现象引起了他的兴趣。他把书房里那个放满鲜花的篮子取来,对助手说:“取几只杯子来,每种酸都倒一点,再拿些水来。”

波义耳在几只杯子里分别倒进不同的酸性液体,再往每只杯子里放进一朵花,全神贯注地观察着,看看有什么新的变化。只见深紫色的花儿渐渐变成了淡红色,过了一会儿又变成了深红色。

这样,他就得出了一个结论:“不仅是盐酸,其他的各种酸类,都能使紫罗兰变成红色!”波义耳兴奋地对助手说,“这可太重要了!要判别一种溶液是不是呈酸性,只要把紫罗兰的花瓣放进溶液里去试一试就行了!”

但是,紫罗兰并不是一年四季都开花的。波义耳想了一个办法。他在紫罗兰开花的季节里,收集了大量的紫罗兰花瓣,将花瓣泡出浸液来。需要使用的时候,就往被试的溶液里滴进一滴紫罗兰浸液。这就是他发明的“试剂”。

走到这一步,波义耳并没有停步。他又取来了蔷薇、丁香等花卉,将它们的花瓣泡出浸液来实验,接着又用药草、苔藓、树皮和各种植物的根进行同类实验。最有趣的是用石蕊泡出的浸液:酸和碱本来像水一样,是无色透明的。可是,如果把石蕊浸液滴入酸性溶液,就显出红色;滴入碱性溶液,就变成蓝色。

后来,他发明了一个更简便的方法,即用石蕊浸液把纸浸透,再把纸烘干。要用时只需将一小块纸片放进检验的溶液里,根据纸的颜色变化,就能知道这种溶液是呈酸性还是碱性。波义把这种石蕊纸叫做“指示剂”,也就是后来人们所说的“试纸”。

裂而不碎的玻璃

彭奈迪脱斯是法国的化学家,他发明了一种不易打碎的“安全玻璃”。

1907年的一天,彭奈迪脱斯正在实验室里整理放试管、烧瓶等实验用品的架子。一不小心,手里的一只玻璃瓶子掉到了石头地上。“完了。”他心想。可是,出乎他意料的是,瓶子很完整地在地上躺着。他拿起瓶子一看:瓶子没有破碎,只是布满了横七竖八的裂纹。

彭奈迪脱斯一向有努力满足自己好奇心的习惯,他便用心观察、分析起来:瓶上的标签告诉他,这原来是一只药水瓶,由于时间放长了,水分都蒸发掉了。也就是说,这是一只普通的空瓶子,并没有什么与众不同的地方。

“那为什么摔不破呢?”他想,“这地是石头铺的,可不是海绵。”

他又找来一只空瓶子,轻轻往地上一摔,空瓶子一下子摔得粉碎。疑团没有解开,他把那只摔不破的瓶子放回原处,也没去打扫那只打碎的瓶子的碎片,苦苦地陷入了沉思中。

彭奈迪脱斯有天天看报的习惯。几天后,报纸上有一条关于汽车发生事故的新闻吸引了他。报道说,乘客被车窗玻璃的碎片击伤,数位乘客被送进了医院……

看到这儿,他不由得又想起了那个裂而不碎的玻璃瓶,他下决心一定要弄个水落石出。

他立即赶到实验室,取出那只瓶子,进行仔细的检查。于是,他找到了原因:瓶子里的药水蒸发之后,留下了一层坚韧透明的薄膜,紧紧地贴在了玻璃上。瓶子能裂而不碎的奥秘就在这里!

很快,他又联想到贴过白纸的窗玻璃受到摔击后往往也是裂而不碎的。这时,发明一种“安全玻璃”的念头在他心中油然生起。就这样,他开始了玻璃涂膜的实验。

作为一个化学家,寻找适合在玻璃上涂抹的药水并不很难。当然,除了附着力,还必须考虑到涂层的透明度……经过一次又一次的选用、涂膜、烘干、摔击,他终于找到了一种合适的涂料。

他找来了民用窗玻璃、玻璃瓶子、汽车玻璃等各种玻璃制品,分别给它们涂上了新发明的涂料。经过摔击实验,结果证明,每块玻璃都只是出现许多裂痕,而没有出现碎片横飞的现象。

彭奈迪脱斯并没有为自己的成功而沾沾自喜,他进一步想:“单层的玻璃是如此,要是用配制的涂料把两块平板玻璃黏合在一起,效果会不会更好一些呢?”

说干就干,他立即黏合了两块平板玻璃。等涂料黏合剂干透之后,他对这种双层玻璃进行了“破坏”。玻璃虽然遭到“暴徒”的多次摔击,但只是出现了几处“轻伤”——几条稀疏的裂纹。

就这样,“安全玻璃”诞生了,并广泛地应用于汽车、火车、飞机等交通工具上。

业务员的伟大创造

今天,虽然电脑已经普及,但是人们还是离不开自来水笔。商店柜台里,各种款式的自来水笔琳琅满目,你随便选购一支,书写起来既流利,又清晰。

“自来水笔水自来。”今天,如果有谁对你说这句话,你也许会认为他是在耍“贫嘴”吧。可是,你知道吗?100多年前,为了这样一支笔的诞生,还着实耗费了一番心血呢!说起来,这里边还有一段小故事呢!

沃特曼是一家保险公司的业务员。1894年的一天,沃特曼好不容易从对手那里抢到了一笔生意,他把鹅毛笔和墨水递给委托人,让委托人在合同上签字。不巧鹅毛笔上滴下来的墨水把文件溅污了。沃特曼赶紧出去再找一份表格,但就在这时他的一个对手乘虚而入,抢去了这份买卖,刚要到口的肥肉就这么丢了。

十分显然,这是一次由于书写工具不灵而造成的失误。在那个年代,人们都用鹅毛笔蘸着墨水书写,墨水偶尔从笔尖上落下来弄脏纸,也是不可避免的事情。

不过,沃特曼是个有心人。事后,他这样想:不一定每个人都会因为书写工具不灵而丢掉业务,可是,生活中每个人却都离不开一支笔。作家要用它写文章,会计师要用它记账,普通人要用它写信、记日记,至于学生,更是每堂课都要用到它。如果能有一种笔,书写时不用蘸墨水,甚至可以装在衣袋里随身携带,这对于每个人来说,该是件多么惬意的事啊!

沃特曼决心设计一种能控制墨水流量的笔,也就是从那时开始的。他把这种笔称作自来水笔。按照沃特曼的理解,这种笔应该带有一个能贮存墨水的部件,当书写时,墨水自动流向笔尖,既不快也不慢,这就成了自来水笔。

可是,沃特曼试了几次,却都失败了。原因是他设计、制作的笔,要么墨水流得太快,要么根本不流,怎么也达不到预期的效果。

沃特曼明白,问题的关键是要能控制墨水的流量。沃特曼没有想到,这么一件小小的玩意儿,真要制作起来也不是那么容易。到底用什么办法解决呢?这件事可把他折磨得不轻。

一天早晨,沃特曼起来洗脸时又想到了这个问题。他打好了水,把毛巾搭在脸盆上,心里想的仍然是自来水笔的事。过了一会,他看到毛巾上潮湿的部分逐渐扩展到了不浸在水里的地方,而且还在继续上升。

沃特曼明白,这是毛细管现象,植物就是靠此原理,树液克服了重力上升到枝叶中去的。这时沃特曼心里突然一亮,用毛细管原理来控制墨水的流量,就不愁制作不出理想的自来水笔了。

沃特曼顾不得洗脸,兴致勃勃地立即动手。在新的实验中,沃特曼成功了。沃特曼在连接墨水囊和夹子的一根硬橡胶中钻了一条头发般粗细的通道,在墨水囊中放进少量空气,使得内部的气压与外面平衡,这样只有在夹子上加压,墨水才能流出来。

最初沃特曼做出钢笔比较笨拙,用的是眼药水瓶。不久后,他用柔软的橡皮笔囊取而代之,只要把空气挤出来,就可吸进墨水。