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第8章 大科学家大手笔(3)

斯帕拉捷的新发现引起了人们的震动。此后,许多科学家进一步研究了这个课题。最后,人们终于弄清楚:蝙蝠是利用“超声波”在夜间导航的。它的喉头发出一种超过人的耳朵所能听到的高频声波,这种声波沿着直线传播,一碰到物体就迅速返回来。它们用耳朵接收了这种返回来的超声波,使它们能做出准确的判断,引导它们飞行。

汽车自动启动器

在汽车刚发明不久之时,发动汽车内燃机要在汽车前部插入一根摇把,用力摇,既费力又危险。由于发动机的反冲,弹得铁摇把飞转,常把人打伤。

1909年,查尔斯·凯特林在俄亥俄州戴顿附近的一间旧谷仓中建立了一个工作间,他和一些助手在那里发明和研制工业新产品。一天,当时33岁的凯特林接到卡迪拉克汽车公司总裁亨利·利兰的一封电报,邀请他访问底特律。

利兰见到凯特林时告诉他,他的一个好朋友最近被飞转的汽车摇把打死了,请他是否考虑发明一种帮助发动汽车的启动器。

凯特林回到谷仓后便开始着手试验。当时的工程师认为,给发动机点火的唯一办法是使用另一部发动机,但这一办法很不实用,因为这样会使部件庞大笨重,无法装入汽车。凯特林不赞成这个办法,他想找到既能保持部件体积小巧,又有足够力量的启动装置。

1910年12月24日,凯特林终于坐在汽车驾驶室中,按动电钮,马达便轰鸣着旋转起来。随后,他又继续对启动器做了进一步的改进。他的发明结果是显而易见的,它帮助了许多个汽车司机。

避雷针的故事

1752年6月的一天,美国费城郊区乌云密布,电闪雷鸣,在一块宽阔的草地上,有一老一少两个人正兴致勃勃地在那里放风筝。突然,一道闪电劈开云层,在天空划了一个“之”字,接着嘎嘣一声脆雷,雨点就瓢洒盆泼般地倾下来了。

只见老者大声喊道:“威廉,站到那边的草房里去,拉紧风筝线。”这时,闪电一道亮过一道,雷鸣一声高过一声。

突然威廉大叫:“爸爸,快看!”老者顺着儿子指的方向一看,只见那拉紧的麻绳,本来是光溜溜的,突然怒发冲冠,那些细纤维一根一根地都直竖起来了。

他高兴地喊道:“天电引来了!”他一边嘱咐儿子小心,一边用手慢慢接近接在麻绳上的那把铜钥匙。突然他像被谁推了一把似的,跌倒在地上,浑身发麻。他顾不得疼痛,一骨碌从地上爬起来,将带来的莱顿瓶接在铜钥匙上。这莱顿瓶里果然有了电,而且还放出了电火花,原来天电和地电是一个样子!他和儿子如获至宝似的将莱顿瓶抱回了家。

这捕获天电的人就是富兰克林和他的儿子威廉。富兰克林于1706年4月17日出生在美国,小时候家里很穷,无钱上学,就在哥哥开的印刷厂里当学徒。然而,他凭借他的聪明才智和不懈的努力,一生中有许多发明,而且是电学的开门鼻祖。他不仅是一位伟大的科学家,还是一位杰出的政治家和外交家,他是《独立宣言》的发起人之一,是美国第一任驻外大使。

在风筝试验之后,富兰克林写了一篇《论闪电和电气的相同》的论文,阐述了雷电的本质,还提出了制造避雷针的设想,使建筑物免遭雷击。然而,当他的论文在英国皇家学会上宣读的时候,有人却报之以轻蔑和嘲讽。但是,科学终究会战胜愚昧和无知。1756年,英国皇家学会授予富兰克林皇家学会正式会员的称号。

富兰克林发明的避雷针,一下子风靡一时,传到英国、法国、德国,传遍欧洲和美洲。但是传到英国却发生一段离奇的故事。

1757年,英国成立了讨论火药仓库免遭雷击对策委员会,富兰克林被任命为委员。但是对于避雷针的顶端的形状是尖的还是圆的好,人们发生了争执。有人想当然地认为圆头的好,但是富兰克林力排众议,坚持用尖头避雷针,最后终于被采纳了。于是,所有的避雷针都做成了尖头避雷针。然而4年之后,美国独立战争爆发,13个州联合起来反对英国殖民主义,富兰克林当然首当其冲。

这事惹恼了英国国王乔治三世。由于英国跟美国远隔重洋,英国国王鞭长莫及,一气之下,传令将宫殿和弹药仓库上的所有尖头避雷针全砸掉,一律换成圆头的,并召见皇家学会会长约翰·普林格尔,要他宣布圆头的避雷针比尖头的避雷针更安全。

普林格尔一听惊讶万分,正直的科学良心使他义正词严地拒绝了国王的要求:“陛下,许多事情都可以按您的愿望去办,但不能做违背自然规律的事呀!”普林格尔虽然被撤职了,但避雷针始终还是用尖头的。

那么,为什么尖头的避雷针更好呢?这得从导体的形状与其表面电荷分布的关系说起。在导体表面弯曲得厉害的地方,例如在凸起的尖端处,电荷密度较大,附近的空间电场较强,原来不导电的空气被电离变成导体,从而出现尖端放电现象。夜间看到高压电线周围笼罩着一层绿色的光晕,就是一种微弱的尖端放电。雷电是一种大规模的火花放电现象。当两片带异种电荷云块或带电云块接近地面的时候,由于电压极高,极容易产生火花放电。放电时,电流可达2万安培,电流通过的地方温度可达30000℃。一旦这种放电在云和建筑物或其他东西之间形成,就很可能会发生雷击事件。如果在高层建筑物上安避雷针,一旦在建筑物的上空遇上带电雷雨云,避雷针的尖端就会产生尖端放电,避免了雷雨云和建筑物之间的强烈火花放电,因而达到避雷的目的。如果把避雷针的顶端做圆头,就不会出现尖端放电,避雷的效果就远不及尖头的避雷针了。

移花接木的发明

在原子反应堆的中心,有极大量的热生成。为了及时输出大量的热能,今天,世界各地很多原子反应堆中都有一台磁泵,用来驱动液态金属钠通过反应堆“心脏”部位,以冷却原子反应堆。殊不知这一套反应堆冷却系统,却是爱因斯坦和齐拉特所设计的一种不成功的冰箱遗留下的产物。这段鲜为人知的发明逸事,还得从头说起。

1928年,德国柏林的报纸上发了一则消息。那则消息说,柏林有一家人因他们新购置的冰箱有泄露问题,而在一夜之间惨遭不幸。在那时不论冷冻技术还是较原始的“高科技”,所采用的制冷剂如氨水,都是有毒物质。

这则新闻被漫游柏林的匈牙利学者齐拉特看到了。后来在咖啡馆里他同一块喝咖啡的爱因斯坦说起了这件事,并想同爱因斯坦一块设计发明一种安全的新型冰箱。

爱因斯坦在20世纪初的时候曾在波恩专利局当审查员,他的工作就是审查其他许多人千奇百怪的想法。爱因坦觉得齐拉特的想法很有意义。于是,两位大物理学家放下各自的研究工作,把自己的思考目标瞄准了厨房,而不是宇宙。这不啻是一段稀奇的往事,然而他们二人都十分认真地对待这项发明。1928年圣诞节前夜,他们在英国申请了专利。

他们设计的冰箱也是用常规冷冻管构成,但在管内流动的制冷剂不是那些诸如杀死柏林一家人的氨水之类的挥发性液体,而是液态金属或者是极其细微的悬浮金属颗粒,他们称为“有质动力”。从基础原理来看,这种金属是在磁力的作用下平静流动的。他们所设计的实际上是最早期的磁泵之一。

他们花了数月的时间致力于这个项目。一家德国电器公司,AEG公司出于对爱因斯坦名望的崇拜,请求允许他们公司来制造一台爱因斯坦和齐拉特设计的冰箱,同时聘用齐拉特作为自己公司的顾问。

然而,他们设计的冰箱样机的噪音很大,以致无法推广应用,最终夭折于AEG公司。爱因斯坦和齐拉特并没有灰心,他们继续试验。到1931年,总共提出了29项专利申请,其中大部分是关于冷冻技术和磁泵方面的。

但20世纪30年代的政治动荡和第二次世界大战的爆发,使他们的试验工作无法继续下去。爱因斯坦同许多科学家一起流亡美国,齐拉特也在英国致力于帮助匈牙利难民的工作。直到1938年,他们才先后会聚于美国。然而,此时物理学的研究重心已转移到核能问题的探索上。为此,齐拉特曾同爱因斯坦一起向美国总统罗斯福写信,请求利用核裂变原理制造原子弹。

1942年,费米和他的试验小组在芝加哥建立了世界上第一个核反应堆,齐拉特在这里工作了一段时间。在反应堆的核心之处,有极大量的热生成,而这些热量却毫无用处,齐拉特当时就在研究怎样处理这大量的热能。突然,他又回忆起了在德国AEG公司里的那台噪音极大的冰箱来,那可是一个十分理想的热泵。齐拉特对其进行改造,配以更为先进的马达,便消除了噪音,机器能够安全、静静地运行了。

这真是失之于东隅,得之于桑榆。齐拉特移花接木式的发明终于使自己和爱因斯坦的智慧、汗水放射出了光辉。

生命换来的记录

卡尔·施密特博士是美国动物学家,他一生热爱自己的事业,最后竟以身殉职。他在临死前,艰难地写下了一份死亡记录,详尽地记述了自己被毒蛇咬伤直至生命最后一瞬的经过。

那天,施密特已下班,本应回家享受一下轻松的时光。同伴们相继离开了实验室,施密特却留下了,他要继续观察一条南美洲毒蛇的生活习性。

几个小时很快过去了,施密特忘记了吃晚饭,仍然埋头做观察记录。突然,毒蛇回过头来向他袭击,咬破了他的手指。他急忙把毒蛇放回笼子里,赶紧处理伤口,往外挤血。可是已无济于事了,毒液迅速在体内发作。他感到头昏、恶心,有些身不由己的感觉。他一把抓住电话,想向医院求救,可偏偏电话又坏了。他明白,此时一旦躯体活动,血液循环会加快,死亡的速度也会加快,只有保持不动,才能延长一会生命。他决定留下来,没有走向医院。

时间一分一秒地过去了,施密特的头脑此时十分清醒。他知道今天是凶多吉少了,于是干脆坐下来开始记录自己临死前的感觉和症状。他克服着毒液的阵阵袭击,在本子上写着:“体温很快上升到395℃,燥热、耳鸣、眼皮疼痛……接着,口腔、鼻子、伤口开始出血,视觉模糊,看不见体温表了,情况很严重……现在疼痛感消失,全身软弱无力,感到大脑开始充血了……”

第二天清晨,当同伴们踏进实验室,抱起施密特安详的身体,看到这份用生命换来的记录时,泪水淆然而下,心情久久无法平静。

富勒和三角形

美国著名发明家阿·伯克明斯塔·富勒幼年时视力不好,既远视又内斜视(斗鸡眼)。他记得在他还在幼儿园时,一次老师给每个孩子几根牙签和几粒豌豆,让孩子们玩搭建筑物的游戏。那些眼睛健康的孩子经常看到房子和谷仓,所以他们都构筑了长方形的结构,并借助豌豆,使它们得以站立起来。而富勒由于视力不好,平时所看到的多是胖乎乎的人,看不到屋子和谷仓之类建筑的形象,所以他只能依靠其他感官来完成这一构筑课业。于是,他把自己面前的几根牙签颠过来倒过去,来回摆弄着。最后,他发现三角形可以不借助于别的东西而构成稳定的结构。老师叫其他同学都来看他的构筑物。他说:“我记得当时我对他们所表现出来的惊奇同时感到惊讶。”

许多年后,富勒的“三角形是天然的最稳固的形状”的发现被应用于测地(短距)半圆中(建筑测量工具),而且成了他著名的商标。建立在蒙特利尔的、作为第67届世界博览会美国馆的巨大的圆顶建筑成了富勒的传世杰作。这个由成千上万个六角形支柱构成的巨大的“气泡”,跨度250英尺,高度相当于一幢20层大楼,其间没有一根柱子着地,令人叹为观止。

富勒视力不好,使他没能获得矩形的概念。但是,正是由于这一个天赋条件上的短处,逼使他寻找发挥自己能力的别的途径,于是成为他以后事业立命之本的三角形被他发现了。此事看来很偶然,其实蕴涵着必然性。为什么同一个事物,对于他能引发灵感,而对别人却不能引发灵感呢?这是因为:灵感的萌发是主观心灵与客观事物的相互作用协振共鸣的结果。协振与共鸣的产生是以同步同频为条件的,这里就包括“性”和“量”两个要求,不同的研究对象有着不同的素质特性。因此,作为研究者就必须有类似的素质特性,这样才能有条件与对象产生协振与共鸣。人由于天赋条件不同(这包括神经构成、生理特点、遗传素质等),对不同的专业有不同的适应性。这就需要我们在研究客观世界的同时,也要认真研究自己,以找准一个同自己素质相适应的领域,全力以赴发挥自己的长处。

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