书城科普人类的创举(科学知识大课堂)
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第37章 精彩瞬间(2)

进入到20世纪90年代,日本松下电器公司开发出用模糊理论控制的“爱妻号DAY模糊型”全自动洗衣机。它的特点是无论洗涤物有多少,都可以根据衣物脏的程度自动选择洗涤时间。

美国佛罗里达州一家臭氧技术公司又拓展新思路,研制成功了一种新型的臭氧洗衣机。使用凉水,不用洗涤剂,只需10分钟,这种洗衣机里的臭氧就能除去所有的有机质污物,然后再把污物从洗涤水中过滤掉。因此,这种水还可以反复地循环使用。这种洗衣机能除去衣物上95%的脏物。

磁悬浮列车:会“飞”的列车

磁悬浮列车虽是近三四十年间才出现的新型交通工具,但早在1911年,就有人制成了一个磁垫列车模型。在其后的几十年里,德国、日本、加拿大、美国等对磁悬浮列车进行了反复试验。现在,时速达四百多千米的磁悬浮列车已经奔驰在不少国家的铁路新干线上。

你一定坐过列车。当你在车上听着“格隆、格隆”的声音时,你也许想过:“要是它能飞起来就好了。”事实上,磁悬浮列车算得上是会“飞”的列车。

最早做出磁悬浮列车模型的,是俄国托木斯克工艺学院的一位教授。1911年,他根据电磁作用原理,设计并制成了一个磁垫列车模型。这种列车行驶时不与路轨直接接触,而是利用电磁排斥力使车辆向上悬浮而与铁轨脱离,并用电动机驱动车辆快速前进,因此被称为“磁悬浮列车”。

在他之后,许多人也想到了磁悬浮列车。美国布鲁克黑文国家实验所的科学家詹姆斯·鲍威尔在1960年便认定,肯定有一种比普通驾车还好的方式,可以使车轮解脱摩擦高速运行。他和同事高登·丹比设计出一种利用磁悬浮技术的运输方式。根据他们的设想,强大的磁场会将火车提升至离导轨几英寸的地方,然后以260千米的时速行驶,与轨道不发生摩擦。

德国是较早研制磁悬浮列车的国家之一。德国的磁悬浮系统采用磁力吸引的原理,1983年由MBB公司领导的快速运输磁悬浮铁路企业家组合研制的磁悬浮列车有两节车厢,载客192人。运行结果表明,磁力悬浮式铁路受气候影响小;采用橡胶轮,噪声小,对环境污染程度轻微,因而受到人们的重视。继德国之后,日本、加拿大、美国、英国、苏联、法国等国对磁力悬浮式铁路进行了广泛试验。

英国于1984年在伯明翰建成低速磁力悬浮式铁路并投入使用。这条磁力悬浮式铁路上的磁悬浮车,有两条平行的轨道,每条轨道上有一辆由两个车厢组成的列车,每个车厢能载40名乘客。列车在伯明翰飞机场和火车站之间约0.8千米的距离上往返。列车上无驾驶员,由计算机自动控制,虽然其最高速度仅为每小时37.5千米,但它证明磁悬浮列车是现实可行的。

日本国营铁路从1962年开始研究常导电磁铁吸引式悬浮铁路,1968年研制成功感应线性电动机高速特性试验装置,到1987年3月,完成了超导体磁悬浮列车的原型车,并定名为“LMU002”。外观为流线型,宛如一艘倒扣的轮船。车重17吨,可载44人。车上的电磁铁是用超导体铌钛合金制作的。磁浮力为196千牛顿,行驶时车体与导轨之间有效间隙为110毫米。牵引力为83.3千牛顿。最高时速为420千米。

也许很快,我们国家的铁路上,也会飞驰着磁悬浮列车。

人造棉:大众消费大众爱

1912年,法国的吉拉尔首先发明了人造棉,人造棉很快成为代替天然棉纱用于纺织业和服装业的原材料。从此,这种价格低廉、色彩鲜艳的布料成为大众化商品,但在崇尚自然的今天,它的销路日渐寥落。

第一次世界大战中,德国棉花十分缺乏。德国政府下决心研究人造棉、毛。开始时,他们试验把人造丝切成和棉花、羊毛一样的长度,然后加工试用,但效果不理想。1912年,法国的吉拉尔把使用粘胶法生产人造丝过程中所产生的凝固物剥下,在圆筒内加工卷曲,切断成为短纤维,然后再把这种短纤维纺成线,生产出棉纺和毛线的代用品,这就是人造棉。

当时生产出的人造棉纱的强度比真丝和羊毛都差,但是价格低廉,易于生产。有人改进了吉拉尔的方法,直接制成短纤维。与此同时,又有人发明了使用醋酸纤维素生产人造棉。从此,人造棉产量大幅度增长,尤其是德国,不仅满足了本国纺纱业的需要,而且还出口日本等国。日本由于侵略中国东北及第二次世界大战的爆发,从国外难以买到棉纱和羊毛,原来的人造丝工厂纷纷转产人造棉,使人造棉的产量剧增,一跃而居世界第三位。

从此,这种价格低廉、色彩鲜艳的布料成为大众化商品,但在崇尚自然的今天,人造棉的销路日渐寥落,真丝、天然羊毛、全棉等等天然织品备受现代人喜爱。

彩色胶片:把你的精彩留下

1923年,戈德斯基和曼内斯制成了世界上第一张彩色胶片。胶片忠实地记录着人类生活的片断,成为人们永久的纪念。美国柯达公司推动了彩色胶片的诞生与发展,柯达胶卷风靡全球。今天,无论在专业摄影还是家庭生活摄影中,人们都广泛地使用了彩色照片。

在商场里,照相冲印店里,柯达、富士、乐凯等牌子的彩色胶卷随处可见。它给我们的生活增添了许多乐趣。然而,你可知道彩色胶片是如何诞生的吗?

胶片的诞生是在照相机发明之后。早在1826年,世界上第一架照相机已经出现了,是法国人尼普斯的“杰作”。它是从17世纪的一种便携式绘图仪器的暗箱“脱胎”而来的,看上去有些笨重。聪明的尼普斯对暗箱作了一番改造,加上镜头、光圈和毛玻璃,就制成了照相机。尼普斯用自制相机,在室外花了8小时曝光,拍下了世界上第一张照片,他给它取了个好听的名字,叫“日光绘画”。

之后,他与另一位发明家达盖尔共同发明了银板照相法,即将镶银的铜板放在一个盛碘的盘子上方,用碘的蒸气在铜板表面形成一层碘化银,因而成为感光板,经照相机曝光后,用加热的水银蒸气蒸这块板,感光后的碘化银凝聚水银蒸气,光越强,凝结得越多,于是在板上逐渐显出影像来,把板泡在盐溶液里即可制成永久性的相片。这或许是最初胶片的由来。

五十多年后,美国人乔治·伊斯曼发明了一种可以感光的透明胶片,用作摄影的底片。关于彩色胶片的发明设想,最初由库恩·舒泽尔提出,限于技术不成熟而未能实现。此后,德国的几位科学家也陆续加入这方面的研究,但都功亏一篑,未能取得实际的效果。

柯达彩色胶片诞生于1923年,它的发明者是L·戈德斯基和L·曼内斯。这两人在纽约上学时,对照相技术产生了浓厚的兴趣,于是一起进行过许多实验。当曼内斯进入哈佛大学,戈德斯基进入加利福尼亚大学后,仍利用假期在一起研究,并开始考虑制造含有各种颜色的胶片。最初,他们研究了双层式多层彩色片,后来又改变方向,研究三层式多层彩色片,到1923年,终于制成了包含各种颜色的第一张照片。

在研究过程中,他们得到了美国伊斯曼·柯达公司米斯博士的帮助,解决了在显影时控制显影液扩散的方法,这对柯达彩色胶片的试制成功起了决定性作用。1953年,在柯达研究所人员的协助下,曼内斯和戈德斯基找到了大批量生产柯达彩色胶片的方法。伊斯曼·柯达公司以“柯达克罗姆”的商品名经销这种产品。

如今,柯达胶卷已成为风靡全球的商品,走进千家万户。随着专业摄影要求的提高,一些适合不同需求的高清晰度的胶片不断涌现。1982年2月,美国的柯达公司宣布一种新型照相感光材料——胶片盘诞生了。它是一张可以转动的胶片硬盘,略厚于传统胶片,用硬脂制成,由于它采用了新型感光乳剂,这种乳剂适用于各种复杂条件下的摄影,效果非常好。

今天,无论在专业摄影还是在家庭生活摄影中,都广泛地使用了彩色胶卷。相片里记录的是生活的变迁,而一张薄薄的胶片,却是人类科学研究的结晶。

石英钟:精确把握每分每秒

在“时间就是金钱”的年代,石英钟表逐渐取代了机械钟表,成为人们应用广泛的计时工具。1929年,世界上第一批石英钟问世。从它的出现到如今遍布寻常百姓家,其间只花了70年的时间。

钟表的问世,改变了人们的生活节奏。

几个世纪以来,我们对时间的把握,用的都是一些简单的工具。如根据太阳影子的移动,有人制成了“日晷计时仪”;利用流速均匀的滴水,有人发明了“水钟”;利用点燃的香,人们分出了“一炷香”、“两炷香”等时间间距。但这些时间概念都不是精确的。

从14世纪起,意大利的钟楼上开始出现了以自重为动力的齿轮制成的机械钟。但它们的走时并不像外表那样令人叹服,大约每天就会有15分钟的偏差。1583年,意大利科学家伽利略的一次不经意的发现,使人们从此进入了标准的计时时代。有一次,伽利略在教堂偶尔注意了大厅的钟摆变化。他发现,钟摆的振动周期很有规律,它与钟摆的摆动幅度几乎无关,无论摆动幅度是大还是小,它的摆动频率都是相等的。根据这一原理,七十多年后,荷兰天文学家惠更斯做成了第一座摆钟。他的摆钟精确得被科学家拿来做物理实验;商店靠它正点开门和打烊;工人的工资也要靠它按小时计算。而它对人类生活带来的影响远不止这些,时间观念开始渗透到每个人的生活中,守时成为一种美德。

之后,摆钟、机械钟大量出现,并不断改进,但在精确计时方面,它们注定要被石英钟和原子钟所代替。

早在1880年,法国人皮埃尔·居里和保罗·雅克·居里就发现了石英晶体有压电的特性,这是制造钟表“心脏”的良好材料。石英晶体在受压时,极小的电流和伏特通过它表面,它会扩大并保持这种振幅,且振荡的频率非常高。以石英制成的振荡器,每秒可振荡3万多次,且不受外界温度、湿度和振动的影响,大大提高了计时的精确度。

1929年,科学家以石英晶体制成的振荡计时器和电子钟组合制成了石英钟。

石英钟的问世,在当时引起了轰动。经过测试,一只高精度的石英钟表,每年的误差仅为3~5秒。

1942年,著名的英国格林尼治天文台也开始采用了石英钟作为计时工具。在许多场合,它还经常被列为频率的基本标准,用于日常测量与检测。

大约在1970年前后,石英钟表开始进入市场,顿时风靡全球。如今,它在市场上已经非常普遍,机械式手表因而渐渐被人们淘汰。据日本钟表协会1994年的调查,全世界手表产量为10.75亿块,其中,9.88亿块是由纽扣电池驱动的石英表。

随着科学的进步,精密的电子元件不断涌现,石英表也开始变得小巧精致,它既是实用品,也是装饰品。有时,它们薄得像五分硬币,可以装在纽扣、钢笔、助听器、眼镜架、头饰等随身用品上;有时,视人们需要,它们又是多功能的手表,可以显示日历、测量体温、存贮电话号码。石英钟表几乎无处不在,它为人们的生活提供方便,更为人们的生活增添了新的色彩。

心脏起搏器:给人的心脏加把力

1932年,美国心脏病专家海曼研制出了第一台有效的心脏起搏器。他把这个重7.2千克的仪器称为“人工心脏起搏器”。这一发明使很多心脏病人得以起死回生。

心脏是一个人的命脉所在,假如心脏出了问题就好比汽车的发动机出了毛病。所以,研制出第一台有效的心脏起搏器的美国心脏病专家海曼便理所当然地被载入了史册。

一般说来,心脏是通过内在的有节奏的电脉冲系统来向身体各部位输送血液的。电脉冲通过神经传遍心脏;神经与心脏肌肉纤维相连,使其收缩。有两根主要的神经通向负责泵送血液的心室。如果大脑缺乏血液供应达数分钟之久,就会引起永久性损伤,有时甚至会引起死亡。心脏有一套备用的脉冲系统,在紧急时接过第一套脉冲系统的工作,但是它在每分钟内产生的心跳次数只有必要的心跳次数的一半,不足以维持整个身体的活动。

英国外科医生沃尔会什于1862年最先提出在心跳停止时使用感应电脉冲。10年后,法国医生德布罗内进行了成功的实验,他把一个电极安在心跳停止的病人的皮肤上,把另一个电极握在右手中,同时左手有节奏地轻压病人的胸膛,使心肌收缩。

1932年,美国心脏病专家海曼研制出了临床用的第一台有效的心脏起搏器。他把这个重7.2千克的仪器称为“人工心脏起搏器”。海曼的大型起搏器是从起搏器内引出一根导线,通到心脏的表面,或穿过一条静脉通到右心室。这种起搏器曾救了很多人的命。第二次世界大战期间和战后的技术发展,使起搏器得到很大改良,其体积缩小到可以安在病人的体内。

起搏器不是人工心脏,也不能代替心脏输送血液。它只能产生电脉冲。有的起搏器一直不停地产生电脉冲,有的起搏器只是在自然系统失灵后才产生电脉冲。发展到后来,起搏器成了一种很小的电子器件,为了便于更换,通常直接植于胸部的皮肤下。这种起搏器有一个电池,还有一两只能放大微弱电流的晶体管。电池可以用数年才更换。新型的心脏起搏器中有使用了核电池的,这种电池内有一个用放射性同位素钚238做成的小球。小球发出的热产生电流。这种电池的寿命可以长达十余年。后来便发展到有了更好的人工心脏。