书城科普让青少年热爱科学的故事(青少年素质养成必读故事)
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第18章 灵感来袭的瞬间(5)

威斯汀·豪斯发明新型火车空气闸的念头,是由一次偶然的事件引发而来的。他在一次旅行中,恰好赶上了因火车刹车不灵而造成的严重撞车事故,目睹了一场车毁人亡的惨剧。他当时就下定决心,要发明一种有效的制动闸以避免交通事故的发生,保障铁路运输的安全。

他首先想到了蒸汽。既然列车是蒸汽推动的,为什么不能用蒸汽来制动呢?他设计了一套装置,用管路把锅炉和各个车厢连接起来,试图用蒸汽来推动汽缸活塞,从而压紧闸瓦,达到刹车的目的。但由于高压蒸汽在长长的管路里迅速冷凝,丧失压力,因此实验未能取得预想的效果。

威斯汀·豪斯正一筹莫展时,有一天他偶然买了一份《生活时代》报,一条报道说法国开凿塞尼山隧道,一条介绍压缩空气驱动大型凿岩机的消息,使他联想到苦思冥索的制动闸:既然压缩空气可以驱动凿岩机,开掘坚硬的岩石,或许也能够驱动火车制动闸。

基于这个想法,威斯汀·豪斯终于制成了新型的空气闸。其原理并不复杂,只要增加一台由机车带动的空气压缩机,通过管道将压缩空气送往各个车厢的汽缸就行了。刹车时,只要一打开阀门,压缩空气就会推动各车厢的汽缸活塞,将闸瓦压紧,使列车迅速停下来。

1868年,年仅23岁的威斯汀·豪斯取得了空气制动闸的专利权,成立了威斯汀·豪斯制动闸公司。直到今天,空气制动闸仍然是火车和汽车运行的安全保障。

安全炸药的诞生

大家都知道,火药是中国古代四大发明之一,但诺贝尔发明的却是威力更大、更安全的黄色炸药。

在诺贝尔之前,曾有一位名叫舍恩贝恩的德国化学教授,一天晚上,他在家中的炉旁加热硝酸和硫酸时,不慎打碎了瓶子。教授唯恐夫人回来见怪,忙乱中赶紧用一件挂在墙上的棉布围裙去擦地板,然后用水洗净放在炉边烘烤。突然一声巨响,围裙爆炸似的发出一阵闪光后着火了。

教授重复做了几次实验,证实了浸有硝酸的棉花会在高温下发生爆炸,在无意中发明了后来称为“硝棉”的爆炸物。

不久后,一位名叫索伯里奥的意大利人发明了硝化甘油炸药,但由于它的易爆性而无法实际使用。接着又出现一种硝酸含量少、能产生薄膜、用于止血的硝棉胶。

诺贝尔就是在这些发明的基础上,开始了他黄色炸药(TNT)的研究工作。1873年,诺贝尔一直在研究易爆的硝棉炸药的安全包装问题。有一天,他不慎割破了手指,血流了很多,他用当时盛行的止血剂硝棉胶来止血。因为伤口很深,他痛得无法入睡,就在这时,他突然产生一个念头:既然硝棉胶能止血,为什么不用它来包装硝棉呢?第二天清晨穿着睡衣的诺贝尔验证了他的设想。这一成功,增加了硝棉的安全性,但它仍不够安全,因此诺贝尔急欲寻找一种更为安全的炸药。

有一天,诺贝尔往容器里灌装硝化甘油时,不慎打翻了容器,硝化甘油流入了地里。诺贝尔惊奇地发现,土壤能吸入三倍体积的硝化甘油,而且吸收后,无论是锤它或烧它,都不会发生爆炸,只有用引爆的方法才能使它爆炸。这次无意中的发明正是我们目前还在使用的黄色炸药,也就是这次发明给诺贝尔带来了巨大利润,从而设立了著名的诺贝尔奖。

安全炸药的诞生看似是一次偶然事件,但是偶然事件更需要严谨认真的有心人去研究。诺贝尔就是这样一个严谨认真的研究者。

一只猫与碘的故事

19世纪初,法国拿破仑发动了一场规模巨大的战争,战火烧遍了整个欧洲。这就需要把大量的黑火药用于战场上,因此许多化学家和火药商研究、制造起黑火药来。

黑火药的成分有硫磺、炭灰和硝石。当时硫磺和炭灰很容易搞到,但硝石却十分缺乏。巴黎的一个叫库尔特瓦的药剂师,他正在研究利用海草灰来制取硝石。法国紧靠大海,海草异常丰富。库尔特瓦把收集到的海草烧成灰,把灰泡在水里,再用这些泡灰的水制出一袋袋的白色透明的硝石,而剩下的就白白倒掉了。

善于思索问题的库尔特瓦后来想:从泡着海草灰的水中制出硝石后,剩下的液体里是不是还含有别的东西呢?于是,他就在实验室里进行研究。

这一天,库尔特瓦仍专心致志地在实验室里工作,忽听哗的一声,一只调皮的猫把盛着浓硫酸的瓶子碰倒了。浓硫酸正巧倒进盛着浸过海草灰的瓶子里。两种液体混合后,立即升起一股紫色的蒸气,散发出一种难闻的气味。

库尔特瓦感到好奇,而使他更为惊奇的是蒸气凝结后,没有变成水珠,而是成了像盐粒似的晶体,并且闪烁着紫黑色的光彩。

这个意外的现象,引起库尔特瓦的极大兴趣。他立即进行化验、分析,终于发现,这紫黑色的结晶体是一种新的元素——碘。

体温表诞生的故事

当有人感冒发烧、去医院看病时,医生通常会先请他试一下体温表,然后再根据体温的高低及其他症状来诊断病情。

体温表是医生观测病情的医疗器具。那么,体温表是谁发明制造的呢?是医生发明制造的吗?不是,它是大科学家伽利略根据医生的要求,然后受到水温变化的启示,因此发明制造出来的。

在400年前,科学家伽利略在威尼斯一所大学里教书。有些医生找到他,恳求说:“先生,人生病时,体温一般会升高,能不能想个办法,准确地测出体温以帮助诊断病情呢?”

医生的真诚请求,使伽利略感到难以推辞。为了制作出这一医疗器具,伽利略不停地思索,但总是想不出什么好的办法。

一天,伽利略给学生上实验课。他边操作边讲解,学生都听得入迷。他问学生:“当水的温度升高,特别是开的时候,为什么会在罐内上升?”

“因为水温达到沸点时,体积增大,水就膨胀上升。水冷却,体积缩小,又会降下来。”学生做出了正确的回答。

这个常识性的回答经学生一说,顿时使伽利略来了制造体温表的灵感。伽利略兴奋地想:“水的温度发生变化,体积也随着变化;那么反过来,从水的体积变化,不是也能测出温度的变化吗?”

伽利略高兴得忘乎所以,下课以后马上回到办公室,从热胀冷缩的原理着手,做起实验来。从根据这一原理到试制体温表成功,中间还隔了一段很长的距离,伽利略不知实验了多少次,但都失败了。有一天,他用手握住试管底部,让管内的空气渐渐变热,然后把试管的上端插入冷水中,松开握着的手,他发现,水在试管里慢慢地被吸上一截;再握住试管,水又慢慢地从试管里被压了下去。

从水的上升与下降,已经看出温度的变化了,但这不可能供医生去使用。因为一盆水和一根试管无法去给病人量体温,同时也没有温度变化的具体刻度。

后来,伽利略又做了多次改进,把一根很细很细的试管装上水,排出里面的空气,又密封住,并在试管上刻了刻度,然后送给医生用,医生让病人握住试管,果然,水上升的刻度反映出了病人的体温。就这样,世界上第一个体温表试制成功了。

可是到了寒冷的冬天,一个个体温表都破裂了,原来是水结冰后撑裂的。伽利略又经过几十次实验,终于发现,可以用不畏严寒的酒精代替水。再往后,人们又发现水银比酒精更适宜。所以现在的体温计都是水银芯的。

外科医生的发现

早在19世纪末,就有两位生理学家发现,切掉狗的胰腺可以使狗产生糖尿病。这个实验证明了胰腺里含有一种可以维持血糖浓度正常的东西。从那以后,许多科学家都想把这种东西从胰腺里提取出来。他们把胰腺捣碎,然后进行提取。但是一切尝试都失败了。原来胰腺里含有大量的蛋白水解酶,它们能够分解蛋白质。胰岛素是一种蛋白质,因此在抽提过程中就被胰酶破坏了,从而无法得到胰岛素。

最初发现胰岛素是在1921年的夏天,由加拿大人班丁和拜斯特在加拿大的多伦多大学完成的。

班丁原是一位外科医生。1920年,他偶然在一本外科杂志上看到一篇文章,说结扎胰导管可以使分泌胰酶的细胞萎缩,而胰岛细胞却不受影响。他读了这篇文章以后很受启发,想来想去睡不着,便找出了他的笔记本,在上面写道:“结扎狗的胰导管,等候6~8个星期使胰腺萎缩,然后切下胰腺进行抽提。”他决心大胆尝试。