小事件中诞生的大发现

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  许多的发明创造看似意外,实际上是善于捕捉机遇、运用特殊的注意力的产物,尤其在科学活动中表现得最为突出。如琴纳创立了“免疫学”,是因为他注意到挤牛奶的妇女不得天花这一现象;左德伊尔发明了橡胶加硫的制造法,是因为他注意到一时不慎落到炉子上的橡胶块没有熔化的现象;牛顿发现了万有引力定律,是因为他注意到了苹果落地的现象……
  
   一、倒茶助瑞利
  
   英国著名的物理学家瑞利,小时候经常注意他母亲招待客人时端茶的样子。每当有客人登门,他母亲总是沏好一碗茶,放在小碟子里,端到客人面前去。由于母亲上了年纪,她端碟子的手老是哆嗦打颤,茶碗也就不停地在碟子里滑来滑去,有时候滑动得连茶都洒了出来。可是当茶水溢落到小碟子里以后,茶碗反而不那么滑动了……瑞利反复观察后,开始了对摩擦力的探索研究,并于1904年获得诺贝尔物理学奖的殊荣。
  
   二、母子对话促成“拉曼效应”
  
  印度科学家拉曼在英国皇家学会上做了声学与光学的研究报告后,取道地中海乘船回国。甲板上漫步的人群中,一对印度母子的对话引起了拉曼的注意。“妈妈,这个大海叫什么名字?”“地中海!”“为什么叫地中海?”“因为它夹在欧亚大陆和非洲大陆之间。”“那它为什么是蓝色的?”
  年轻的母亲一时语塞,求助的目光正好遇上了在一旁饶有兴味地倾听他们谈话的拉曼。拉曼告诉男孩:“海水所以呈蓝色,是因为它反射了天空的颜色。”当时,几乎所有的人都认可这一解释,它出自英国物理学家瑞利勋爵,这位以发现惰性气体而闻名于世的大科学家,曾用太阳光被大气分子散射的理论解释过天空的颜色,并由此推断,海水的蓝色是反射了天空的颜色所致。但不知为什么,在告别了那一对母子之后,拉曼总对自己的解释心存疑惑,那个充满好奇心的稚童,那双求知的大眼睛,那些源源不断涌现出来的“为什么”使拉曼深感愧疚。作为一名训练有素的科学家,拉曼发现自己在不知不觉中丧失了男孩那种到所有的“已知”中去追求“未知”的好奇心,他不禁为之一震!
  拉曼回到加尔各答后,立即着手研究海水为什么是蓝的,遂发现瑞利的解释实验证据不足,于是决心重新进行研究。他从光线散射与水分子相互作用人手,运用爱因斯坦等人的涨落理论,获得了光线穿过净水、冰块及其他材料时发生散射现象的充分数据,证明出水分子对光线的散射使海水显出蓝色的机制,这与大气分子散射太阳光而使天空呈现蓝色的机制完全相同。进而又在固体、液体和气体中,分别发现了一种普遍存在的光散射效应,被人们统称为“拉曼效应”,为20世纪初科学界最终接受“光的粒子性学说”提供了有力的证据。1930年,地中海轮船上那个男孩的问号,把拉曼领上了诺贝尔物理学奖的奖台,使拉曼成为印度也是亚洲历史上第一个获得此项殊荣的科学家。
  
  三、摔出来的雅备布·搏尔碎片规律
  
  有一天,丹麦大学生雅各布·博尔在实验室做实验,快下课时,不小心打烂了一只玻璃瓶子。在清扫玻璃碎片的时候,雅各布·博尔突发奇想,将那些碎片分为大的、次大的、次小的和最小的4类,接着拿去称重量。结果发现:10~100克的最少,1~10克的稍多,0.1~1克以下的最多!尤其有趣的是,这些碎片的重量之间有着严整的倍数关系,即最大碎片与次大碎片的重量比为16:1,次大碎片与中等碎片的重量比为16:1,中等碎片与较小碎片的重量比为16:1,较小碎片与最小碎片的重量比也是16:1。他对这同样的比率很感兴趣,于是又故意往地上摔烂了几个玻璃瓶和瓷瓶,结果发现几种碎片的比率都接近16比1!这就是著名的雅各布·博尔碎片规律。这一规律,现在已广泛应用于考古和天体研究,人们据此从已知瓷器、陨石的碎片来推测它们原来的形状和面积。
  
   四、意外发现而产生的理论
  
  1925年,美国天文学家W.S.亚当斯根据爱因斯坦广义相对论的预言,通过对天狼星密度很大的伴星的观察,确认了恒星发出的光谱线的频率向红色方向移动,即出现频率变低、波长变长的红移现象。
  1929年,大天文学家哈勃根据新的观测资料,发现了银河系以外的星系光谱红移与星系离开我们的距离成正比,即距离我们愈远的星系,离开我们的速度愈快。
  这种宇宙天体愈远向外飞逝速度愈快的天文现象,预示着宇宙在不断地向外膨胀。对于这种巨大的天文之谜,科学家们一时没有恰当的理论来解释它,一些天文学家和物理学家提出了较为合理的宇宙膨胀说和宇宙爆炸理论。该理论认为:整个宇宙起源于一个高温、高密度的“原始火球”的大爆炸,火球爆炸而向外膨胀的过程中,产生的各种元素就形成了今天宇宙间的各种物质,逐渐凝聚成星云,再演化为各种天体。由于大爆炸后宇宙中原初辐射达到热平衡,至今宇宙间还残存着均匀而微弱的背景辐射。
  为了验证这种学说,20世纪60年代初,美国普林斯顿大学的射电天文学家R.H.迪克等人建造了一架天线,努力探寻背景辐射。也许天线灵敏度不够或别的什么原因,未能寻到这种背景辐射。
  1962年,美国贝尔实验室研制发射成功了世界上第一颗国际通信卫星“电信星1号”。第二年,贝尔实验室两位30岁左右的青年工程师彭齐斯和威尔逊在装置卫星通信用的天线时,发现总有原因不明的“噪声”干扰。他们经过反复测试,觉察到这是一种消除不掉的噪声辐射,相当于绝对温度2.7K左右。而且这种微波辐射在天空的各个方向都是强度相等的,且不随季节而变化。显然这不是来自某些天体的特定的辐射,而只能是一种宇宙辐射。这个发现打破了以前认为广阔的星系际空问是绝对空虚,不可能有任何能量辐射,温度只能是绝对零度(相当于零下273℃)的传统观念。
  贝尔实验室这两位工程师当时还不知道宇宙大爆炸理论,一时对这种宇宙辐射现象疑惑不解。次年春,彭齐斯向麻省理工学院的一位科学家偶尔谈起这个不解之谜,那位科学家告诉他迪克小组正在探索这个问题。彭齐斯喜出望外,立即与迪克小组进行了互访。经研究进一步确认,这个3K宇宙背景辐射就是“原始火球”大爆炸后的残余辐射。后来,彭齐斯和威尔逊因此项发现而荣获诺贝尔物理学奖。
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