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第41章 前进的脚印——影响人类的科学进步(6)

瑞典首都斯德哥尔摩依山傍水,美丽如画。在一个较偏僻的里弄中,这个姓诺贝尔的一家人,过着小康而和睦的生活。机械师下班回家,主妇操持家务完毕,孩子们放学之后,屋子里就充满了欢声笑语,老诺贝尔一个接着一个地讲着古今的自然现象和科学发展的故事,小诺贝尔们则睁大眼睛,没完没了地提出各式各样的问题。日复一日,孩子们在这样的环境中,受到良好的家庭教育,夫妇俩看着他们的一群孩子都在健康的成长,感到无比的欣慰。

诺贝尔8岁那年入学,在同年级众多的小学生中,他表现出非凡的接受能力,学习成绩经常名列前茅。

他的父亲伊曼纽尔·诺贝尔,没有学过化学专业,但为了工程的需要,只好自己试做炸药。有一次,非常不幸,炸药发生爆炸,引起一场大火,把自家的和邻居的房子都烧掉了。顿时的倾家荡产和遭受街坊四邻的不容,他只好只身去邻国芬兰找事做。不久,他创制了一种水雷,被俄国公使知道了,又受邀去了俄国,安定下来之后,伊曼纽尔·诺贝尔就将全家人接到自己的身边。

诺贝尔兄弟们不会俄语,于是他们都在家中由一位家庭教师教授功课,其余时间,就跟着父亲到工厂里打零工。诺贝尔从小在父亲身边,耳闻目睹,深受影响,1850年17岁时便以工程师的名义去美国学习和实习,又到欧美考察,4年后才重新回到阔别已久的祖国。在这一段时间里,诺贝尔不仅勤奋读书,掌握了多国语言文字,还了解到当时工业发展的实际情况和迫切需要解决的问题,并为自己定下了从事化学研究和改进炸药的意愿。

黑火药是中国古代伟大的四项发明之一。中国古代的炼丹家和军火制作人员,在用硝石、硫黄、木炭配制各种用途的炸药时,常有不幸的火灾、爆炸、烧伤、炸死等事故发生,但终于得到了不同的成熟配方和较安全的操作经验。黑火药后来传到欧洲,引起了欧洲人制造爆性更猛的炸药的要求,诺贝尔所处的正是人们提出这一要求的时代。当时,已经有很多人,其中也包括了诺贝尔的父亲,都在研制猛性新炸药。一个传说说法国人发明了性能优良的炸药的消息,刺激了诺贝尔,促使他竭尽全力加快了研究活动,为此,在他的一生中,经受了多次的风险。

1847年,意大利人苏伯诺制成了一种有强烈爆炸性的东西,它是一种液体,叫做硝化甘油,但由于硝化甘油对振动很敏感,制造和运输都很危险。从1862年开始,诺贝尔用了三四年的时间,经过多次反复试验,首先制出了炸药引爆药雷酸汞。在接近成功的一次实验中,突然发生强烈爆炸,室外的人都以为诺贝尔必定被炸死无疑了,然而等到弥漫的烟尘消散时,满身血迹的诺贝尔竟从破碎的瓦砾堆中,奇迹般的爬了出来。看着惊呆了的众人,看着身后倒塌了的房屋,他伸臂跳跃、狂呼这次实验的成功全然忘掉了周身的伤痛。现在人们所使用的一切爆炸的引信雷管中,就装有雷酸汞。

诺贝尔在研制硝化甘油的引爆剂,同时也在研硝化甘油的稳定剂。开始他试着将硝化甘油和黑火药混和,但放置时间稍长,就不会爆炸只会燃烧而没有使用价值。后来他又用一种醇(甲醇)的液体跟硝化甘油混和,效果较好。在瑞典国内获得了这一发明的专利之后,诺贝尔父子俩就带着这一成果去到法国。

在法国,他们开始想得到富商的资助开办工厂,但无人愿为这“不可思议”的爆炸物出钱担风险。直到一次偶然的机会里,他们受到拿破仑第三路易·波拿巴的赞许,得到10万法郎的资金,才在法国的海伦坡建造了一座实验所。

不幸再次发生,1867年9月3日,海伦坡实验所发生了意外的大爆炸,正在做实验而引起事故的诺贝尔的弟弟埃密·诺贝尔当场被炸身亡,许多人遇难,就连诺贝尔的父亲也被炸成半身不遂。这次轰动一时的海伦坡爆炸事件,使诺贝尔不得不又回到瑞典,听着人们的嘲骂声,反思自己的过去,重新开始继续实验。

为了一旦发生事故,不会殃及他人,诺贝尔在朋友的帮助下,租了一只船,在斯德哥尔摩郊外的马拉湖上,建立了一个实验室,经常工作到深夜。有时碰上刮风,把船吹向岸边,岸边的人就狠狠的来驱赶他。由于诺贝尔在困境中坚持实验,经过多次申请,终于得到政府的批准,在温特维根地区,选定了一个适合的场所,建起了世界上第一座正式生产硝化甘油的工厂。

硝化甘油是用浓硫酸、浓硝酸跟甘油反应制成的,但若在成品中清洗不够,常会残留酸的成分,这样的后果是:一是会腐蚀容器,二是会促使硝化甘油自行分解而引起爆炸。当时诺贝尔还没有意识到这种潜在的危险,所以在世界各地,由于硝化甘油而引起的火车、轮船大爆炸,以及贮存和使用硝化甘油引起库房、工厂大爆炸的事故,都相继发生了。

诺贝尔在公众对硝化甘油的实用价值发生怀疑时,在各国政府下令禁用硝化甘油的打击下,并没有退缩。他决定暂时到使用硝化甘油最多的加利福尼亚建厂,就地生产,减少运输和贮存的事故,同时加紧研究,改进硝化甘油的稳定性。

诺贝尔又经过一系列的失败之后,终于找到一种叫做硅藻土的多孔性固体物质能用来吸收硝化甘油,第一次制成了十分安全的猛烈炸药。因此,他和他的父亲,在1868年获得了瑞典科学会颁发的“雷特斯泰特奖”。

1875年,诺贝尔又成功地用由硝化甘油和火棉硝化纤维,制成不怕水的胶体炸药,并在这一基础上又制成了颗粒状的无烟火药,为现代军事工业奠定了基础。

人们都知道诺贝尔是制造炸药的化学家,实际上他对多种学科都很感兴趣,富于创造革新,一生中,共获得过355项发明专利。他对文学也颇为爱好,不仅写诗还写过小说。真可以说是一位才华横溢的学者。

诺贝尔一生研制成功了多种炸药,本想让它去为人类的和平建设服务,但在晚年,当他看到战争使成千上万的人在炸药下死于非命时,十分痛心。因此他主张“所有国家都应该履行和平公约……”并愿意拿出自有财产的一部分,作为奖金,奖给世界上对和平事业做出贡献的人。

诺贝尔终身未婚,一生过着独身的生活,由于长年夜以继日地在实验室里被各种药品熏蚀,多次经受爆炸创伤,后来又患上心脏病,终于在1896年12月10日,与世长辞了。临终时,他只有64岁。

诺贝尔临终前留下遗嘱,将他遗产的一部分共920万美元作为基金,以其利息设作奖金。从1901年开始,全世界已有500多位科学家(物理、化学、生理学和医学)、文学家、经济学家及和平战士和十多个群众团体获得过诺贝尔奖金。

爱因斯坦提出相对论

杰出的科学天才,现代伟大的物理学家,相对论的提出者阿尔伯特·爱因斯坦,1879年出生于德国的乌尔姆市。爱因斯坦在慕尼黑度过了青少年时期,童年时他喜欢幻想,看不出有什么天分,喜欢音乐,讨厌游戏。由于父亲生意的失败,他离开学校,到米兰给父母当帮手。1901年他放弃了德国国籍,加入瑞士国籍。他第一次报考苏黎世理工学院电气工程系时落榜,一年之后才被录取。

爱因斯坦毕业后未能谋求到一个教学的职位,只能到设在伯尔尼的专利局当一个职员。1904年到1917年间,借助当时普朗克和洛伦兹等物理学家的最新的研究和测量成果,他在心里重新思索着宇宙,他的里程碑之作是1905年提出的“狭义相对论”,论述高速运动的问题;1915年他提出了“广义相对论”,论述引力的问题。经过几年的艰辛工作,爱因斯坦声誉日隆。1933年纳粹在德国的兴起,迫使爱因斯坦流亡比利时,他在柏林的别墅被盖世太保征用,由于他曾打算资助一个共产党武装力量,财产因此被没收。他的著作在柏林国家剧院广场上被当众焚毁,因为那是所谓的“犹太”物理学。他辞去普鲁士科学院院士职位,1933年来到美国的普林斯顿研究所,从此再没有回到欧洲。他住在一所简朴的房子里,那里堆满了书籍和笔记,他每天要工作好多个小时。

爱因斯坦坚信对希特勒只有用暴力才能遏制,于是他写信给当时的美国总统罗斯福,向他通报核裂变的能力。爱因斯坦的信开辟了核能时代——现在我们大家都生活于其中——结果美国于1945年秋天用两颗原子弹轰炸了日本广岛和长崎,从而结束了世界大战。爱因斯坦并没有参与开发核武器,当他听到核弹轰炸广岛的消息时,他感到沮丧和伤心,并在晚年致力于反对原子武器。他谦虚、孜孜不倦,是伟大的印度非暴力主义者甘地的一个赞赏者。

20世纪初,爱因斯坦继承了包括牛顿关于万有引力的研究成果,还有詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的研究成果。

40-爱因斯坦

爱因斯坦表明,宇宙包含着有限的能量,如果你燃烧什么东西或者爆炸什么东西,并不能增加宇宙里的能量总量,它只是从一种形态转为另一种形态,宇宙能量的总量依然保持恒定。事实上,能量驻留于物质之中,能量就是物质,物质就是能量。根据这个概念,爱因斯坦推导出著名公式:能量等于质量乘以光速的平方(E=mc2)。这个理论概括了宇宙所有的运动和创造。这个理论解释了像太阳这样的恒星天体怎样燃烧释放能量,万有引力怎样弯曲光线,宇宙又怎样的弯曲空间,宇宙怎样膨胀。爱因斯坦写道:“在某种意义上,我真的做到了用纯粹的思想领悟现实,像古人梦想过的那样。”

爱因斯坦著作里让人震惊的是他的文体的优美和计算的简练,其中没有像其他科学家著作里常见的脚注和含糊之处,显而易见地轻松简洁,他推演出的公式使人类“更接近造物主(Old One)之秘密”。

爱因斯坦反对量子理论,尽管他自己的工作修正着量子理论,他写信给马克斯·玻恩(Max Born):“量子力学毫无疑问是言之成理堂而皇之的,但是内心有一个声音告诉我,量子力学还不是靠得住的,这个理论尽管说得很多,但并没有让我们更接近‘造物主’,我在任何情况下都相信,神是不玩骰子的。”

量子理论首先由德国物理学家马克斯·普朗克于1900年提出,它保持着与先前的物理学的种种联系。如果相对论可以处理大尺度物质的问题,量子理论只能处理小尺度物质的问题,量子力学处理对象小于原子层次。古希腊哲学家德谟克利特曾声言物质都是由原子构成的,原子是宇宙间最小的单位。科学家们习惯于运用原子的观念,直到他们发现比原子更小的粒子。科学家们还发现这些粒子没有确定的行为方式,而是或然的随机的,所以这些比原子还小的东西表现出不确定性。海森堡(Heisen-berg)的“测不准原理”表达了这个性质,即这些粒子的波动性、粒子性、空间位置等不能通过实验同时加以确定,物质从根本上来讲是不确定的,必须放弃绝对的概念。

当相对论与量子理论的研究处于各自的领域时,它们之间不能吻合。现代物理学面临的任务是发展一个统一的理论,把相对论与量子力学协调起来。

爱因斯坦在早年就拒绝人格化的上帝,他也拒绝任何原教旨主义者对《圣经》的解读,如果说爱因斯坦追随某种宗教的话,那就是斯宾诺莎1632-1677年的泛神论,当爱因斯坦面对宇宙时,他怀有一种宗教式的敬畏。他写道:

人生的含义是什么?或者,所有有机体生存的含义是什么?对这种问题的回答全都暗含着一种信仰——一个看不出自己和他人生活意义的人,虽然未必是不幸的,但他的生活几乎就是不够格的。

爱因斯坦承认自己是有着“深深的信仰的人”。他的信仰感情是“我们难以洞察的某个事物存在的知识,极其意味深长的理由和极其光辉灿烂的优美,只能以它最基本的形式接近我们的理性”。爱因斯坦钻研非常核心的宇宙问题,他的惊人发现让人们不停地追求科学的真相。

巴斯德发展预防接种技术

路易斯·巴斯德,1822年生于法国东部的多尔城,他是一位杰出的微生物学家和化学家。巴斯德一生为人类健康,以及对微生物的研究,都做出过辉煌的贡献,其中最著名的是他发现病原并对预防接种技术的发展。

巴斯德很早就开始研究人类致病的原因,结果他发现了多种病菌。为了防止病菌传染,他向医院的医生们宣传和推广高温杀菌法。如今医院里使用的医疗器械,都要用高温的水蒸汽蒸煮,这种消毒方法就是巴斯德发明的。高温杀菌法除了在医学上使用,它还能用来清除通过食物和饮料进入人体的病菌,如消除牛奶中的病菌等。人们为了纪念他的功绩,就把这种高温杀菌法称为“巴氏消毒法”。

1880年,法国一些农户养的鸡大批死亡,原因是鸡霍乱流行。怎样才能使鸡不生传染病呢?巴斯德于是向科学院送上了一份报告:传染病的免疫法。原来,巴斯德很早就在研究鸡霍乱的病菌。起先,他把病菌培养物的浓缩液注射到鸡的身上,鸡很快就死了。后来,他把菌液放了几个星期以后再注射,鸡却没有死。经过反复实验,巴斯德认识到,病菌放置一段时间以后,不仅毒性大为减小,而且还有抗病效力。这样,他制成了鸡霍乱的疫苗,给鸡注射后,能增加鸡的抵抗力,防止疫病传染。

后来,巴斯德又用这种方法制出羊的炭疽病疫苗。但是,当他把疫苗注射进羊的身体以后,只见它四肢抖动,鼻孔流血,很快就死了。巴斯德把埋葬死羊的墓地掘开,仔细观察尸穴泥土,终于发现了一个奇迹:即使羊已经死了几年,炭疽菌孢子的毒性还是很强“加温试试”巴斯德想着,于是,他试着用高温来培养炭疽菌疫苗,结果获得了成功。

发现了培养疫苗的方法,巴斯德就开始研究人类疾病的病菌。他在研究所里进行广泛试验,制成了伤寒、霍乱、白喉、鼠疫等多种疫苗,控制了多种传染病。

巴斯德在科学界最大的成就是征服了狂犬病毒。

巴斯德在显微镜下仔细观察狂犬的脑髓液,没有发现病菌,可是把狂犬脑髓液注射进正常犬的体中,正常犬马上得病死去。最终巴斯德发现这是一种比细菌还要小的病原,也就是“病毒”。怎样攻治狂犬病呢?

巴斯德把刚死的狂犬脑髓取出,悬挂在一个干净的瓶子里晾干,过了14天,把它加水磨成浆糊,注射进正常犬的体中,结果没有发病。第二天,取13天前死的狂犬脑髓液注射进这只犬的体中,同样没有病。这样一天天的更换,到第14天,注射刚死狂犬的脑髓液,结果这只正常犬完全正常——一种医治狂犬病的疫苗诞生了。

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