登陆注册
14335900000011

第11章 物理大发现(3)

有了万有引力常数,用万有引力公式就可以算出地球的质量了。因为地球对已知物体的吸引力,就是物体的重力,地球和物体的距离,就是地球的半径,卡文迪什成了第一个称地球重量的人。他称出了我们脚下的地球重量为5.976×1024公斤,也就是大约60万亿亿吨!

站在巨人的肩膀上

牛顿发现了万有引力定律,创立了经典力学体系,在科学史上作出了划时代的贡献。牛顿的名字,被人们看作是近代自然科学的象征。他在数学、光学、热学等研究中也都取得了卓著的成就。这一切与牛顿的天才、勤奋分不开,但不能完全归功于他个人的聪明才智,正像牛顿自己所说的那样:“如果说我看得远,那是因为我站在了巨人的肩上。”

爱因斯坦在评论牛顿时也说过:牛顿之所以成为这样的人物,还有比他的天才更重要的东西,那就是命运使他处在人类理智的历史转折点上。

在力学与天文学方面,由于伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的工作,牛顿才有可能建筑起他宏伟壮丽的力学大厦,他们为他提供了建筑的材料。同样是一个牛顿,对化学进行了长时间的大量研究,却没有取得什么突出成就,这是因为当时这方面的道路还未开辟。牛顿的力学是经历了许多人的研究才得以诞生的,它是集体智慧的结晶,牛顿正是这个人类理智历史转折点上众多科学家的代表。

牛顿在临终之前,总结自己一生所走过的道路时说:“我不知道在世人眼里我是什么样的人,但是在我自己看来,我不过像是在海边玩耍的孩子,为不时拣到一块比较光滑的卵石、一只比较漂亮的贝壳而喜悦,而真理的大海在我面前,一点也没有被发现。”

这当然是牛顿的谦虚之说。但是有一点是确实的,牛顿力学并不是力学的尽头,对万有引力的认识也没有到头。

牛顿自己也承认,他并不清楚引力的本质是什么,产生引力的根源是什么。这就为后代的科学家们留下了一系列有待进一步探索的问题。

20世纪,爱因斯坦发现了相对论,对牛顿力学体系发出了挑战。

爱因斯坦在广义相对论中提出,不存在瞬间超距传递的引力,所谓的引力只不过是时空的一种特性,物体的质量决定了时空的弯曲程度,从而使行星沿着弯曲的空间运行。

广义相对论得到了许多实验的验证。这是不是说牛顿的力学错了,不能用了呢?不是的。在低速运动中,牛顿的力学和相对论并不矛盾,仍是适用的。今天,从机械设计到宇宙飞行,都还是在用牛顿力学体系,只有当速度大到可以和光速相比拟时,才必须抛弃牛顿体系,改用相对论。

迄今为止,人们还没有发现与广义相对论相矛盾的实验,但是,相对论是否就到头了,就没有问题了呢?不是。像广义相对论所预言的引力波,至今人们还未发现,人们还不能最后断定,广义相对论就是引力之谜的谜底。

人类对引力的认识还远未穷尽,还有许多问题等待着今天的和未来的科学家们去探索。

发现燃烧的秘密

因为有了火,在万物不断进化的竞争中,人类终于脱颖而出成了自然界的精灵。然而物质为什么会产生燃烧?火到底是什么?这些疑问始终在人们头脑中萦回缠绕。

一直到了18世纪下半叶,法国塞纳河畔的一位化学家终于揭开了火的神秘面纱,建立了科学的燃烧理论。他就是安图瓦·拉瓦锡(Antoine-Laurent Lavoisier,1743~1794),法国化学家,1774年发现氧气,1783年揭示“水是氢和氧的化合物”,其一生为推翻支配化学发展长达百年之久的燃素说努力,为现代化学奠定了基础,被称为“近代化学之父”。

1743年8月26日,拉瓦锡生于巴黎。11岁进入当时巴黎的名牌学校——马札兰学校,受到了良好的启蒙教育。少年的拉瓦锡爱上了自然科学,在校时一直热心钻研自然科学问题,并逐渐加深了这方面的兴趣。1763年获法学学士学位,并取得律师开业证书。21岁时转向自然科学研究,他拜法国著名科学家为师,刻苦学习了数学、天文学、地质矿物学、植物学和化学等,打下了深厚的基础。

拉瓦锡起初从事地质学研究,后来,他又转而学习化学。从一开始,拉瓦锡就以精细缜密、一丝不苟的态度,吃苦耐劳、勤于思考的精神对待科学研究。这些性格上的优秀品质使他攻破了许多科学难关,为他成为出色的科学大师奠定了基础。

18世纪中叶,法国城镇的市政建设还是相当落后的,城市街道的照明主要采用燃油灯。每天傍晚需要一个人拿着长杆去点燃,第二天清晨再由人去熄灭,既麻烦又不经济。昏暗的街灯常常使飞奔的马车与行人相撞,频繁发生交通事故。1765年,法国科学院以巨额奖金征集一种使街灯既明亮又经济的设计方案。

拉瓦锡通过大量实验,提交了自己的设计方案。虽然没有获得奖金,但他的设计方案构思精巧,论证清晰合理,因而被特别授予优秀设计方案的金质奖章。隆重的颁奖仪式和激动人心的科学研究成绩,使拉瓦锡坚定了终生从事科学探索的信念。

这一年,他当选为巴黎科学院候补院士。

他最早的化学论文是对石膏的研究,发表在1768年《巴黎科学院院报》上。他指出,石膏是硫酸和石灰形成的化合物,加热时会放出水蒸气。

1775年,拉瓦锡出任皇家火药局局长,火药局里有一个相当好的实验室,拉瓦锡的大量研究工作都是在这个实验室里完成的。

拉瓦锡从事的科学研究是以研究街灯的形式开始的,这使拉瓦锡接触到了燃烧及其现象问题。

早在拉瓦锡之前的一百多年,人们已经提出了一种关于燃烧的理论,认为燃烧是“火素”放出的过程。当燃烧时火焰是向上飞腾离去的,其中夹杂的许多火星就是火素,也叫做“燃素”。许多物质如木材、纸张、煤炭和油类中都含有大量燃素,一旦燃烧就集中释放形式猛烈的火焰。事后剩余的灰烬远远少于可燃物燃烧之前的重量,这就是燃素放出的结果。

当时人们把这种观点叫做“燃素说”。它统治化学界长达一百多年之久。然而,社会生产技术和科学研究的日益深入,使燃素说暴露出许多破绽,例如燃烧木材和煤炭之类的东西,重量呈减少的状态;燃烧锡或铅等金属非但重量没有减少,反而出现增重现象。这就迫使人们重新审视燃烧理论。

拉瓦锡详尽搜集了前人关于燃烧的研究成果,加以认真地审视和分析,经过长时间的研究,拉瓦锡发现了以前人们忽视的一个问题:加热燃烧金属增重的原因是吸收了空气所致。

接着拉瓦锡在三四年的时间内,连续进行了大量的关于燃烧和气体方面的实验。他用金属锡、铅和水银作实验,再用非金属硫磺、磷作实验,还用有机物作实验。他逐渐把注意力集中在空气中有某种助燃气体能够与金属结合使其增重上,这究竟是什么样的物质呢?他在努力探索着。

1774年4月,拉瓦锡发表了论文,用实验论证了金属能与空气中的某种物质相结合的事实。但他始终苦于找不到将它分离出来的方法。

拉瓦锡家境富有,比科学界的多数同事的状况优越得多。妻子玛丽乐善好施,拉瓦锡也毫不吝啬,因此,拉瓦锡家成了法国甚至欧洲著名的“科学沙龙”,法国的科学家愿意到这里聚会畅谈,外国科学友人也乐于来这里造访逗留。

1774年10月,在拉瓦锡家的“科学沙龙”上,英国化学家J.普利斯特里介绍了自己做的一个实验。原来,普利斯特里用口径很大的聚光火镜加热汞灰(即氧化汞)时,搜集到一种助燃作用极强的气体,他将这种气体取名叫“脱燃素空气”。这种气体使蜡烛燃烧得更明亮,还能帮助呼吸。这就是我们现在说的氧气。但是普利斯特里一直坚信燃素说,所以他虽然发现氧气却没有揭开燃烧的奥秘。

拉瓦锡重复了普利斯特利的实验,得到了相同的结果。拉瓦锡并不相信燃素说,所以他认为这种气体是一种元素。难能可贵的是,拉瓦锡又用制得的气体逆向重新和汞作用,结果又生成了汞灰。现在,拉瓦锡全明白了。燃烧就是可燃物通过水分解得到两种气体,再将这两种气体燃烧又得到水。

实验使他弄清了空气是由氧气和氮气组成的原理。火的产生就是可燃性物质与空气中氧元素相结合的结果。从此,确立了科学的燃烧理论,推翻了燃素说的错误。1777年,拉瓦锡正式把这种气体命名为oxygene(中译名“氧”),含义是“酸的元素”。同年,拉瓦锡向巴黎科学院提出了一篇报告《燃烧概论》,阐明了燃烧作用的氧化学说,要点为:

①燃烧时放出光和热;

②只有在氧存在时,物质才会燃烧;

③空气是由两种成分组成的,物质在空气中燃烧时,吸收了空气中的氧,因此重量增加,物质所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量;④一般的可燃物质(非金属)燃烧后通常变为酸,氧是酸的本原,一切酸中都含有氧。金属煅烧后变为煅灰,它们是金属的氧化物。

他还通过精确的定量实验,证明物质虽然在一系列化学反应中改变了状态,但参与反应的物质的总量在反应前后都是相同的。于是拉瓦锡用实验证明了化学反应中的质量守恒定律。

虽然在今天看来,拉瓦锡的一些结论是错误的,比如:他认为凡是含有氧的化合物都是酸性化合物,例如硫酸、硝酸都含有氧,由此推断盐酸也含有氧,只是结合得牢固,因此不能从盐酸中分出氧——但是,他的实践仍然是革命性的。拉瓦锡的氧化学说彻底地推翻了燃素说,揭开了燃烧的奥秘,他创立了燃烧理论,为人类作出了巨大贡献,使化学开始蓬勃地发展起来。许多科学家盛赞拉瓦锡为“近代化学之父”,将拉瓦锡伟大的化学实践视为推翻“燃素说”的一场“化学革命”。

1794年5月8日,作为近代化学奠基人之一的拉瓦锡于巴黎去世。

电磁感应现象的发现

我们的日常生活离不开电,从电灯、电话、电报到收音机、电视机,从工厂中轰鸣的机器到农田中的抽水机,从军事上用的雷达到科研教学用的电子计算机,处处都要用到电,没有电,就没有现代文明社会。

那么,电是怎样被发现的?人类又是怎样学会利用电的呢?

初识静电

人类最早看到的电便是天空中的雷鸣闪电了。不过雷电究竟是什么,古人并不清楚。在我国有“雷公电母”的传说,在西方则有“上帝之火”之说,雷电被蒙上了一层神秘的色彩。

人类最早获得的电是摩擦产生的静电。公元前6世纪,古希腊人在佩戴首饰时就发现,用布或皮毛摩擦过的琥珀,能吸附灰尘、线头等轻小物体。

我国古代人民也早就发现了摩擦起电现象。汉代著名学者王充在“论衡”一书中有“顿牟掇芥”的记载,“顿牟”即琥珀,“掇芥”就是拾起轻小的物体。

第一个比较系统地对电和磁进行研究的是16世纪英国科学家、曾担任过英国女王宫廷医生的吉尔伯特。吉尔伯特发现,地球本身是一个巨大的磁体,并用一个大磁石模拟地球做过著名的“小地球实验”。他还发现,不仅琥珀可以吸引轻小物体,玻璃、硫磺、树脂、水晶、宝石等经过摩擦,也都能吸引轻小物体,并发明了可以检验物体是否带电的验电器。是他第一个应用“电”这个词。英语的“电”就是从希腊语“琥珀”一词派生出来的。

17世纪,德国马德堡市市长、物理学家格里凯制造出了一种能够摩擦起电的机器,它是用布摩擦一个可以连续转动的硫磺球,这样就可以得到大量的电荷了。后来,人们又制造出各种各样的静电起电器。

但是,那时候,人们好不容易起得的电,在空气中要不了多久就逐渐消失了。每次用电都要重新用起电器起电,很不方便。能不能把这些电保存起来呢?

一个叫马森布洛克的荷兰物理学家真的把电装到玻璃瓶里贮存起来了。

1745年,马森布洛克做了一个实验,在一个盛有水的玻璃瓶上塞上一个软木塞,软木塞上插了一枚铁钉,用铜丝把铁钉和起电器连接起来。

马森布洛克让他的助手拿着玻璃瓶,自己使劲摇动起电器,他的助手不小心用手碰到了铁钉,猛然遭到一阵强烈打击,不由得大喊起来。

马森布洛克和他的助手掉换了位置,用手去摸铁钉,果然他的手臂和身体像遭到雷击一样,有一种无法形容的恐怖感觉。这说明电荷被存到瓶子中了,人接触到瓶子,因此受到电击。马森布洛克是荷兰莱顿大学的教授,这个能贮电的瓶子就得名莱顿瓶。

莱顿瓶实际上就是一个电容器。后来,莱顿瓶经过改进,里边不再装水,而是在玻璃瓶内外贴上锡箔,用起来就更方便了。

有了莱顿瓶,人们可以方便地进行各种电学实验,因此,它很快就传开了。魔术师们也因此增添了一个新节目,他们带着起电器和莱顿瓶到处周游,为人们做触电麻酥酥感觉的表演。

揭开雷电之谜

许多科学家都注意到了,莱顿瓶放电时,会产生电火花和劈啪声,与天空中的雷鸣闪电很相似。那么,摩擦起电得到的电与天上的雷电是不是一样的电呢?

在美国费城,有一个科学家叫富兰克林,他也在思考这个问题。有一次,他的夫人丽达不小心碰到了莱顿瓶,突然闪出一团电火,随着一声轰响,丽达被击倒在地,经过抢救才脱险。这件事给了富兰克林深刻的印象,他决心要把天上的雷电“捉”下来,看看它们和莱顿瓶的电是不是一样。

同类推荐
  • 人类的生态困境(青少年身边的环保丛书)

    人类的生态困境(青少年身边的环保丛书)

    本书由谢芾主编,是一本自然科学类读物。环境问题的实质是社会、经济、环境之间的协调发展问题以及资源的合理开发利用问题。本书包括了人类生活、自然和生态等各种关系的方方面面,从而让青少年了解环境保护对我们的重要性,以环境保护为己任。在《人类的生态困境》里,既有令人感动的环保故事,又有深刻实用的环保知识,它会使我们每一个人都能成为一名守护地球家园的忠诚卫士。
  • 课堂上学不到的趣味科学:生活科学

    课堂上学不到的趣味科学:生活科学

    隐身衣是如何让人“隐身”的?飞机失事后为什么要找黑匣子?在水中能躲避子弹吗?牛粪居然能变出钻石?水为什么会在油锅中“蹦跳”?为什么调鸡尾酒时要用力摇晃?千奇百怪的大千世界到底有多少秘密?意想不到的答案通通都在书里!不信就翻翻看吧!
  • 东南亚概论

    东南亚概论

    本书内容包括:东南亚概述、东南亚历史发展、东南亚国家、东盟和东盟自由贸易区、中国与东南亚的关系、中国东盟自由贸易区中的云南等。
  • 宇宙神秘现象未解之谜全集

    宇宙神秘现象未解之谜全集

    我们人类太喜欢发问,而发问的结果是发现我们有太多的问题没办法解决。当我们假设完宇宙的开始与完结,中间的部分才是我们最感兴趣的,毕竟我们没经历过字宙时开始,而且我们也不会活到它结束的那一天。中间离我们太近了,且不时有新闻报道说有些穿过“时空隧道”的事情,这就更让人着迷,如果“时空隧道”真的存在的话,谁不想去看看我们的前生呢?而这同时也引出了一些难题,比如我们会和我们的祖先生活在同一时间里,而我们又知道他们的过去,那样,我们可能会干扰他们的生活,而这又是不被允许的。当然,这同样也没难倒我们人类,因为我们人类就是为解释无法解释之事而存在的生物。
  • 宝藏未解之谜(世界未解之谜精编)

    宝藏未解之谜(世界未解之谜精编)

    本书是《世界未解之谜精编》系列之一,该系列精心收集了众多千奇百怪、扑朔迷离的世界未解之谜,内容涉及宇宙、生物、地理、飞碟、人体、恐龙、宝藏、百慕大、历史、金字塔、文化等多个领域,书中令人耳目一新和不可思议的未解之谜,给予了人类新的思索。人类究竟创造了多少奇迹,又留下了多少谜团,有待我们进一步探索和研究……我们深信,通过不断的努力,未知一定会变为已知。让无数探寻声化做利刃,刺破一桩桩人类千年未解之谜。
热门推荐
  • 罪灵之王

    罪灵之王

    面对罪恶,毫不畏惧,手持宝具,所向披靡。向本源之善起誓,以枪之名,伐尽举世之恶。邹迪,一个软弱无能的小男生,在初中毕业后的一次意外,变成了伐罪使者。伐罪使者,通过向本源之善起誓获得力量的一群人。他们的任务只有一个——消灭罪灵。从此,一个伐罪使者新星升起。扫荡罪灵圈,直插原罪界,一统分裂长达百年的中国区,在十五国伐罪使者峰会上号令群雄,在罪灵圈建立起一片伐罪使者的帝国。
  • 生为宇宙

    生为宇宙

    欧阳山重生成了一块陨石,在超级宇宙——仙方开始了他的奇异征程。他先是依靠吞噬物质创造了一颗直径上亿里的超级行星,然后又转世凡人,晋位天帝,开始在昆仑打造一个超级位面空间——天方!他指天画地,扭曲时空,将壮阔的星辰大海巧妙地融合到天圆地方的天方仙境,每在宇宙中攻略一颗星球,便会在天方星空中陨落一颗星辰化入大地,当完成整个天方大陆的构建之后,宇宙将归于一统!欧阳山所创造的仙界天圆地方,与宇宙虚实相生,为万界诸天之首,日月、大地、沧海能够囊括整个宇宙的所有恒星、月亮、行星和虚空。*重生星辰,转世凡人,天人合一,化身宇宙!本书更新充足,希望大家收藏、投票、订阅支持,欧阳拜谢!!!
  • 血婴变

    血婴变

    一块意外得来的奇诡蚊牌,却封印着无数神秘的血液。神话,自此开始!
  • 无限之恐怖公司

    无限之恐怖公司

    一张宣传单,他被骗进了一家‘恐怖公司’,那里怪异阴森、丧尸横行,在踏入公司的那一刻,注定了他将走上这条不归路!
  • 学习型学校的管理策略

    学习型学校的管理策略

    行政管理是指通过行政系统,运用行政手段,采取发布行政指令的方式进行管理的方法。行政管理方法是历史上最悠久的方法,也是最基本的、最普遍应用的一种方法。这一方法是建立在行政组织和行政领导人员发布的各种指令性文件、规章制度、命令和有关规范的基础上的。
  • 双姝女倾天下:和温传奇

    双姝女倾天下:和温传奇

    雪夜梦回,鸠占鹊巢。为复仇,她甘心成为别人的棋子,入得深宫。帝宫几度沉浮,帝爱来去无疆。后宫的权谋斗智,帝王的宠爱,孰真孰假?终成万凰之王,一国之后。从女官到后妃,从后妃到皇后,经历的惊涛骇浪有谁知多少?其实,她最想要的从来都是爱情,因为她,为爱而生。在自己最无力时,被人定罪为妖后;在自己最无助时,被最爱的人抛弃;在自己最失落时,得知惊天真相。浴火重生,正邪之间,双姝一女。当爱的人一个个离她远去,她还是所谓的为爱而生吗?梦里梦外,邪与正,哪一个才是最原来的自己?看双姝女传奇一生,只是浮生一梦?
  • 采花违王上佛授决号妙花经

    采花违王上佛授决号妙花经

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 嗜宠小魔妃

    嗜宠小魔妃

    一朝风云突变,将门娇女沦为亡国之奴。天真不再,当曾经的娇女目睹了全家的惨死后,剩下来的,就只有无边无际的恨。三年时间,萧云涵化身鬼魅归来。血染西晋皇城后的她,原以为自己的一生就此终结,却不料天意弄人,突然出现的男人将她从鬼门关带回。从此,世间多了一位冷血冷情的女魔头,扰乱了天地的风云,改写了一朝的历史。可饶是这样的女子,终也逃不过被爱所困的结局。遇上祁墨,是萧云涵此生永远的伤。她原以为自己的七情六欲,早已随着东岳的覆灭而消散风中,可谁曾想,经年之后,她竟再次体会到了什么是爱、什么是恨,什么是心如死灰、什么是万劫不复。
  • 妖临异域

    妖临异域

    她,是来自异世的一缕幽魂,却在此地体验到了前世从未有过的爱恨情仇,任他风起云涌,且看我九蝉问天!
  • 东皇星魂

    东皇星魂

    悠悠大地一苍穹,顶天立地是英雄。神秘门派单传弟子韩苍穹因机缘巧合卷入东皇、楚河两界万年斗争之中。在东皇界风雨摇摆之机力挽狂澜,力破楚河界天一个个惊天阴谋,最终一步步成为东皇界中绝世强者,东皇之魂……东皇七星终伴月,楚河界天从此绝。