书城科普奇妙的发明(科学知识大课堂)
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第38章 其他科技大发明(4)

玻尔的成功不是偶然的。

首先,他得益于得天独厚的成长环境。玻尔的父亲、哥本哈根大学生理学教授克里斯蒂安·玻尔的岳父艾德勒,是有名的大金融家和政治家。根据德海滨14号古老、豪华的大厦,是这个家庭“经济实力”的象征。

第二,他得益于父亲正确良好的教育。经济富裕并不能保证子女成才,如果财富使用不当,还会使子女成为“纨绔子弟”,老玻尔深知这一点。他培养孩子们朗诵歌德的《浮士德》,教他们读莎士比亚和狄更斯的作品;带他们去散步、划船、看树叶生长、登山欣赏彩霞云海、讲授雷电知识……还让孩子们从小自己动手动脑。下面一个事例可以看出老玻尔的正确教育方法和良苦用心。一次,自行车的飞轮出了毛病,玻尔不顾母亲的反对,坚持自己修理,但拆开后却不知如何安装还原。这时母亲叫女仆去请修理工,但却被父亲阻止。老玻尔平静地说:“不要管这孩子,他自己会知道怎样干的。”果然,玻尔经过仔细观察研究之后,终于把车子重新组装好了。意志、道德、人生观、技能的正确培养,为玻尔的成功打下了坚实的基础。

第三,得益于玻尔自己许多良好的品质。对此,仅能挂一漏万举出两例。一例是他与众不同的犀利的眼光,对教科书上的错误一点也不妥协。一发现错误,便加上圈注,向老师提出改正意见,哪怕老师不相信他的,他也坚持按他认为正确的回答。一次,一个同学问他“要是物理考试恰好出在这些有错的地方,是照你的还是照书上的回答?”玻尔毫不犹豫地回答说:“当然照对的回答,应该让老师知道真正的物理是什么。”他的这一品质使他在班级里成为同学们聚集的“中心”。他的同学奥利后来作了如下回顾:“我清楚地记得,那时我们都因他的所作所为而印象非常深刻。他的品格和风度给整个班级定下了调子。”第二例是他从导师卢瑟福身上继承的品格和作风。他成名后依然同青年们朝夕相处,平等待人,从不摆权威架子,处处发扬民主作风,因此深受学生拥戴和尊敬。有时他的想法受到学生们的反驳,他闻过则喜,知错就改。他虚怀若谷,总是说自己的数学知识比有的学生还差,说自己的表达不畅。玻尔越谦虚越有自知之明,愈是得到学生的热爱和赞扬。当有人问玻尔,他何以吸引这么多杰出的青年物理学家聚集在他身边时,玻尔回答说:“我只是不怕在年轻人面前暴露自己的愚蠢。”

是的,自从玻尔创立的哥本哈根大学理论物理研究所后,在1920年9月15日正式落成举行典礼之时,研究所就开始聚集来自世界各地的才华横溢的青年科学家,使玻尔为所长的这个研究所成为世界上主要的科研中心之一。这里经常聚集五六十名外国物理学家,海森堡、狄拉克、泡利、朗道等先后都在玻尔身边学习、工作过。许多著名理论物理学家都怀着自豪而崇敬的心情称自己是玻尔的学生。一时“哥本哈根学派”成为专用名词,玻尔与这群人一起和睦相处。所以,在科学史上人们发现,创立量子力学,完善玻尔理论的科学家中,多数都是年青科学家,而且都去过哥本哈根,这绝不是巧合。

为了纪念玻尔在1913年提出新原子结构模型50周年,1963年丹麦发行了一枚邮票。

坦克的发明

陆地上的现代战争中,有这样一种“活动的钢铁堡垒”:它具有可以旋转的炮塔,上面配有机关枪和大炮,能够随时向四周射击;它的厚装甲板和防毒设备使之能够在枪林弹雨和毒气烟幕中勇往直前;它坚硬而具有韧性的滚动式履带也使之能够在崎岖凹凸的阵地上如履平地;同时,它所拥有的骄人的长度和重量,更能毫不费力地破坏铁网、堤坝等障碍设施,具有极强的战斗力。这个所向披靡的铁家伙便是坦克。

早在第一次世界大战爆发前,法国、俄国和奥地利就曾先后提出过一种履带式越野装甲车的设计方案,而真正将这些方案付诸现实则是在第一次世界大战中。当时英国新闻记者斯文顿正在前线采访,看到德军在阵地上筑起了许多碉堡,并在碉堡之间用带刺的铁丝网连接起来,配合疯狂扫射的机关枪形成双重屏障,使得进攻的英法联军屡屡受挫,无数战士倒在血泊之中。血腥的现实使斯文顿陷入了深深的痛苦。他苦思冥想:难道就没有一种办法能够突破德军的封锁吗?忽然他灵机一动,想到了用于当时农业生产的“大力士”拖拉机。他想,能不能给动力十足的拖拉机再穿上一层钢铁制成的厚厚铠甲呢?这样也许就能直插德军的阵地而又能够避免本方士兵的伤亡。于是,斯文顿立即将他的设想报告给英国政府,建议将重型拖拉机改装成钢铁战车。他的建议马上得到了英国政府的采纳,很快这种攻防两用的新式武器便在英国的一家制造水桶的工厂中研制成功。1915年9月,世界上第一辆坦克诞生了。英国政府意识到坦克是个神奇的秘密武器,为了保密就给它取名为“大水桶”,英文单词拼写为tank,译成汉语便是“坦克”。

1916年9月15日,英法联军与德军又在法国的松姆河畔展开激战,双方正打得难解难分之际,突然从英军的阵地上钻出一个个钢铁制成的“黑家伙”。只见它们跨过战壕,冲破铁丝网,飞速向德军阵营猛攻过去,直打得德军丢盔弃甲,溃不成军。这就是坦克第一次在战场上发挥巨大作战威力的情景。

然而,当时制造的坦克攻防能力并不是很强,火炮的口径小,装甲板也很薄,跑得又慢,充其量只能算是一支“坐着战车的机枪队”。但它所拥有的势如破竹的威力却引起了军事家的高度重视,认为它是一种很有发展前途的陆战武器。于是各国纷纷投入大量经费和科研力量研制和改进坦克。20多年后,到了第二次世界大战,坦克就已经成为陆地战场上的主要作战武器了,而且其攻防能力较之从前也有了很大改进,本领变得越来越大。如今,坦克更是现代战争中必不可少的一员猛将。

但是,坦克并不是刀枪不入,无坚不摧的神武英雄。它也和其他任何武器一样有着自己的弱点,比如:车顶和底部的装甲板很薄,容易被击穿;“肚子”里装有许多易燃易爆品;“铁脚板”履带虽然适用于各种特殊地形,但若其中一个环节出现故障便会造成全身瘫痪;“眼睛”只能望远不能看近,是个不折不扣的“远视眼”……这些缺点使得各种反坦克武器应运而生。于是坦克研究专家们正在加快研制能够扬长避短的新型坦克,即采用复合装甲材料和裙板,装备先进的操作系统,并增大火炮的口径,加大发动机的马力,使坦克真正成为现代化的“全能”作战武器。

“万能”的方法

提起“搅拌”,恐怕任何一个稍有生活经验的人都不陌生。服用某些药物时,医生要我们“摇匀”后服用,涂擦某些外用药时也是如此。要急着喝烫开水,便用勺子、筷子之类物件“搅一搅”,可加快它冷却。要把诸如白糖之类的东西溶入水中,搅拌能促使其更快溶解。用面粉煮糨糊或用米粉煮糨糊时,必须不停地搅拌——不然这些淀粉就会结成块,达不到预期的糊状。甚至连早期炼钢用反射炉时,也必须不断地搅动铁水,使之与空气接触,以达到脱碳的目的……搅拌的确是“万能”的:使原料混合均匀、反应充分、温度一致、传热加快、颗粒分散。

下面要讲的故事,是搅拌的又一功能——赶走气泡。要知道,这一“秘密”,俄国政府花100万法郎还没买到呢!

第一次世界大战期间的1916年春,战争进入关键阶段,一只俄国小船悄悄驶进了一个英国港口。几个俄国学者下船后直奔伦敦,他们急切地拜会了英国负责生产军火的大臣,要他们传授光学玻璃的生产技术——他们知道英国玻璃制造商谦斯兄弟掌握这一技术。但英国大臣婉言谢绝,叫他们去找法国人。

为什么俄国人急于想搞清光学玻璃的生产技术呢?因为它对于战争的胜败太重要了:照相机、望远镜、放大镜、显微镜、潜望镜、测量器的镜头都离不开它,否则潜水艇、飞机、坦克等光学仪器都会成为瞎子或半瞎。普通玻璃不能替代它。到哪里去寻找这一技术呢?当时只有英、法、德三国掌握了这一技术。敌国德国是不会告诉的;而德国又正在进攻法国瓦尔登,法国也很危险,无法去法国,所以俄国人首选英国,于是出现了前面的一幕。

那又为什么只有这三国掌握这一技术呢?原来,这一技术首先是由法国钟表匠吉兰在18世纪发明的;其后19世纪末,物理学家阿别和化学家舍达也各自独立发明了这一技术。因此,能生产光学玻璃的只有这三国。

被英国拒绝的俄国人,只好冒险来到处境危险的法国。好在当时法国正在期待着俄国的援助。于是法国总统亲自陪着他们去会见掌握这个技术的光学玻璃制造商曼杜阿。可是,俄国人即使答应用100万法郎购买这一技术,曼杜阿还是说什么也不肯出卖这一技术。

俄国人再次碰壁之后,并没有灰心,于是他们再次返回英国。好说歹说,他们终于如愿以偿。而谦斯兄弟的条件是,给予25年的特权。

那么,俄国人花了100万法郎没有买到的“秘密”究竟是什么呢?“搅拌”——熬熔玻璃液时必须不停地搅拌!对此,俄国学者们面面相觑,哭笑不得。

是的,搅拌是生产光学玻璃的关键技术,它可使原料混合均匀,气泡从玻璃液中不断逐步溢出,使玻璃质地均匀、晶莹透明。怎么会不“价值连城”呢?

后来,俄国人公开了这一秘密,而且对光学玻璃还作了很多研究改进。

传真机的发明

自从人类发明了电报和电话以后,信息的传递和交流变得更加快捷和准确。但是,怎样将自己手中的原始文件,甚至是重要图片,通过远距离及时、准确地发送到对方手中,一直是人们迫切的要求和美好的愿望。为了实现这一愿望,无数的科学家和无线电爱好者都在努力地钻研着。德国的保尔·尼波科夫就是其中的一个。

1883年尼波科夫还是德国高等院校中的一名大学生。有一天,他在教室里看到两个同学正在做一个十分有趣的游戏:这两个同学分别坐在各自的桌子旁,手中各持一张大小相同的画满小方格的纸,只见一张纸上写着一个黑色的英文字母“G”,而另一张纸上没有字母。纸上有字母的一方持有者充当发送方,按照纸上每一小格是黑还是白,从左边开始自上而下地一格一格将信息传给接收方,接收方了解到第几格是黑色时,就用笔将自己手中纸上的相应小方格涂黑,而对白色的方格就空着不涂。结果,最后接收方同学的小格纸上也出现了一个与发送方同学手中纸上一样的字母“G”。尼波科夫看完后颇受启发,立即想到:无论是简单的照片还是复杂的照片,都是由无数密密麻麻的小黑点组成的。就是说这些黑色的小点子是构成照片的基本元素,即被称为像素。像素越细、越多、越重,照片就越清晰。尼波科夫随即进一步想到:如果采取化整为零的方法,在发送的地方把需要传送的图像和文字分析成无数的点子,再借用一定的科学手段把这些点子变成电信号传递到接收的地方进行破译,最后就一定能得到和发送方手中一样的图像和文字。于是,他一头扑进了寻找传送、破译的研究试验之中。经过反复努力,尼波科夫终于发明了圆盘式传输装置,从而打开了传真通信的大门。到19世纪末,科学家根据这一原理首先发明了电报传真技术。

经过几代科学家的努力,终于在1925年,美国无线电公司研制出了世界上第一部实用的传真机,可以通过有线电和无线电快速、准确地传送文件和图片。但这种传真机传送图像的清晰度、传送速度以及光源亮度等还不甚让人满意。1930年,美国物理学家弗拉基米尔·茨沃里金发明了摄像管,同时其他科学家又发明了电子束管等先进电子元件,传真机的性能得到了很大的改进。到了20世纪60年代激光技术被发明后,光源问题得到圆满解决,传真效率也得到前所未有的提高——直到这时,现代意义上的传真机才开始大规模进入现代社会。

进入20世纪70年代后,传真机开始在不知不觉中成了办公设备市场的重要组成部分。1980年,一项新标准的制定使现代传真机得以面世。这项标准能够把文件或图片转换成数据化的信息,然后通过普通的电话线在1秒或者是更少的时间内发送给对方。此后,传真机几乎在一夜之间成为商业办公室的标志性设备——众多大大小小的企业同时发现,离开了传真机,企业的业务就无法正常运行。由此,传真机被誉为“办公室里的好帮手”。到了1980年的末期,传真机的实际应用已经达到了顶峰,从而使得传统的传真电报业务量下降了一半。

但是,随着电子计算机因特网的出现,传真机已经走过了自己的短暂的风光时期,开始逐渐让位于电脑网络。

中子的发现

电子、放射性和X射线的发现,就像给人类一把“金钥匙”,打开了通往微观世界的大门;卢瑟福提出的“原子有核模型”开创了人们正确认识原子结构的新纪元。20世纪的物理学,已经超出了经典物理的范畴,并以雄健的步伐跨进了微观世界的腹地,许多令人振奋的发现接踵而来。1932年,查德威克发现了中子,由此澄清了原子核结构问题,完成了一幅由电子、质子以及中子组成的原子图像。中子的发现,无疑是这幅图画中最精彩的一笔。有人甚至把中子发现的年份看做是原子核物理诞生的年份。回顾中子发现的历史,曲折而富有戏剧性,发人深思,它的意义是非常深远的。