《物理故事三百篇》201-250(1)

1、201红油伞验尸北宋的沈括在梦溪笔谈这本书里，讲过这样一个故事：当年，庐州慎县（今安徽合肥附近）有个县官叫李处厚。有一次，县里有个恶棍殴打百姓，打死了一个平民。当李处厚在验尸时，尸体上却看不见一点血迹和伤痕。正在他感到十分为难的时候，有一位老人告诉他，只要把新的红油伞撑开，让中午的阳光透过红油伞照射到尸体上，就可以验出暗伤来。李处厚按照老人的办法做了试验。果然，在红光照射下，在尸体上看到了斑斑驳驳的伤痕。用伞能验出尸体的伤痕？这不会是迷信吧？不是，这里有着严密的物理学的依据。原来，不透明物体的颜色，取决于它能反射哪种色光和用何种色光来照射它。而透明物体的颜色，是由这个物体所透过和反射的色光决定

2、的。大多数透明体反射的色光跟透明的色光是相同的。当含有七种色光的太阳光照射红油伞时，除了红光能够通过以外，其他色光都被吸收了。皮肤下的瘀血一般都是青紫色的，在白光（复色光）照射下，不容易辨别出来。而在红光照射下，方会呈现出黑色来。红油伞在李处厚手里成了一个滤色镜，成为验伤破案的有用工具。今天，这个原理已经被广泛应用在摄影上。在拍摄黑白风景照时，为了更好地看到白云，往往在镜头前加上一个黄色的滤色镜，滤去紫色天空射来的蓝光，让蓝天白云的对比度更为强烈。这时的黄滤色镜，作用就跟李处厚的红油伞一样，只不过黄滤色镜是增强了蓝天对白云的反衬度，而红油伞却是增加了肤色对伤痕的反衬度。根据这个原理，人们发明了

3、“去色渍翻拍法”。要是一张珍贵的照片染上红墨水，而又没法找到它的底片时，就可以把它放在红光下重新翻拍。因为在红光的照射下，被红墨水染污的地方是红色的，原来白色的地方也是红色的，污渍就看不出来了。因此，在翻拍出来的照片上，就再也看不到污渍了。同样，要是照片染上了蓝墨水，那就应该在蓝色光下进行翻拍，这样才能达到去色渍的作用。当然，这些办法只能用在黑白照片上，对于彩色照片来说，这种方法就不再适用了。202推迟了40年的发现1892年的一天，科学家泰勒用一架照相机拍完照片后发现，镜头由于沾附一层污膜而严重地失去光泽。于是他只能把镜头擦拭干净后重新拍摄。但是几天以后，他却惊讶地看到：用脏镜头拍的那张照片

4、竟要比重拍的照片清晰得多。这是怎么回事呢？泰勒向朋友们请教，可谁也不肯相信，泰勒也不再深究了。整整近40年，这件悬案才引起了另一位叫鲍尔的科学家注意。他开始时虽然多次重复泰勒的试验，但都没有成功。最后他设法把一种溴化钾涂在石英上，并形成一层薄膜。他发现，薄膜反射光中失去了某些波长的光波，而使另外一部分光的透射效果增强。这个现象和肥皂泡在阳光下显得五彩缤纷一样，都是光在薄膜上干涉的产物。鲍尔运用这把“钥匙”终于解开了泰勒的疑问。原来，照相底片和人眼的视网膜一样，对相片最敏感。泰勒当年那架相机镜头上污膜的厚度，碰巧起了一种光干涉作用。结果，使照相底片看起来清晰多了。相反，把污膜擦掉后，在镜头表面的

5、反射光中，由于绿光的这种干涉抵消作用不再发生，照片也就变得模糊起来。原来，一块普通玻璃的表面，能反射掉4%的直射光。而现代的许多光学仪器，一个镜头往往由几片甚至十几片透镜组成，累积的反射光损失是相当可观的，因而大大影响了仪器的工作质量。鲍尔的发现，为解决这一光学上的老大难问题开辟了新路。这就是在镜头表面涂上一层增透膜。少年朋友不妨留心注意一下，在比较高级的照相机镜头上，往往有一层青紫色薄膜，这就是用来增加绿光通透性的。目前薄膜光学已成为现代物理的一个重要研究领域了。203令人迷惑的红雾在西伯利亚靠近极地的地区，有时可以看到一种奇怪的红雾。1978年一天的早上，一片灰蒙蒙的大雾笼罩着大地。地质学

6、家尤里走进办公室以后，发觉他放在桌上的笔记本有一些红斑点，感到很奇怪，就用手指轻轻地一摸，结果手指上也沾染了这种红色的液体。尤里以为是谁在和他开玩笑，在他的笔记本上撒了颜料。但是当他环顾四周时，惊异地发现，屋内的许多地方都沾染了这种红色的液体。墙上的红色液体正沿着板壁往下淌，脚下仿佛有一股神奇的红泉在不住地冒出来。他看了一下窗外，发现原来灰白的雾正变成鲜红色的，渐渐地周围都染得鲜红。就在这时，这红色的液体竟像磷火一般“燃烧”了起来，奇怪的是这种“火”是凉的，并不烧坏任何东西。尤里感到自己的脸颊有一些微微的灼热。他走到正变成像红宝石一般的镜子前，看到镜子中映出的是一张自己都不敢认识的面容，更奇怪

7、的是他发现自己的头发也变成了红色，就像着了火一般，一根根朝上翘着这场红雾持续了一段时间就烟消云散了，火光和那鲜红的液体没有留下任何痕迹。红雾究竟是什么？因为它非常罕见，科学家们无法给予肯定的回答。在它发生时，指南针，气压表和一些普通的仪器都没有发现异常。科学家们推测，这可能是发生在高纬度地区的一种特殊的光折射或光化学现象。204罗马皇帝和单片眼镜大约两千年前，罗马帝国有个名叫温纷的暴君，他很凶残，特别喜欢拿奴隶们在角斗场里的互相残杀来开心。可是他眼神不好，坐在看台上看不清那些凶暴残忍的场面。他命令工匠为他磨一副可以看清楚远处的眼镜。有位灵巧的工匠用绿宝石为他磨出一片凹透镜片，虽然粗糙一些，把它

8、贴近眼睛，看远处的东西却清楚多了。这片罗马皇帝专用的单片眼镜，要算是近视镜的祖先了。后来，在我国和外国，都陆续出现了用天然水晶磨制成的近视眼镜和远视眼镜。英国学者何康，在13世纪中叶曾专门撰写了有关水晶眼镜的著作，说明过去很长时期是利用天然水晶磨制镜片的。那么，是谁发明了玻璃眼镜？发明家没有把他们的名字留在人间。目前，我们知道最早出售眼镜的地方是意大利的威尼斯，时间大概是在六七百年前。那时候，尽管玻璃价格不高，但由于十分稀缺，一副玻璃眼镜价值千金，只能供少数王公贵族、官僚富商们享用。那时候的眼镜不是架在鼻梁上的。有的眼镜装在帽沿上，有的眼镜装在木框、骨架或铁环里，看东西的时候要用手举着；也有人

9、把眼镜镶在一根皮带上，看东西的时候把皮带系在头上。大约到了16世纪末，才出现了今天这样的可以架在鼻梁上的眼镜。眼镜和眼睛究竟是一种什么关系呢？过去，人们配眼镜就上眼镜店去挑，戴上哪一副看得清楚些，就挑选哪一副。工匠们凭他们的经验磨制镜片，没有什么严格的规定。16世纪末，天文学家开普勒揭开了眼睛的秘密，他发现眼睑里的黑眼球是个凸起来的透明水晶体，能调节射进去的光线。水晶体的边缘肌肉有吸缩和弛张的能力，随着所观看物体的远近，水晶体能变得凸起一些或扁平一些，使物体的像正好落在眼球后面的视网膜上，这样，人才能看到清晰的物体。可是，眼球的这种收缩和弛张有一定的限度。有的水晶体已经变得很凸出，就成了近视，

10、要配戴凹透镜才能看清远处的东西。有的水晶体因为过于扁平就成了远视，需要配戴凸透镜才能看清近处的东西。本世纪初，出现了科学的检查眼睛视力的方法，叫做“验光”。经过验光，查出合适的度数，就能配到最合适的眼镜。205异想天开的游戏1609年，在荷兰的密特西波奇城里，有一家眼镜店。有一天，眼镜店老板汉斯的孩子，悄悄地拿了几块镜片，有老花的，也有近视的，和邻居的几个孩子在玩儿。他们本来是想模仿大人，把镜片架在自己的眼睛上，可是他们的眼睛既不近视，又不老花，这些镜片对他们当然都不合适，只有把它们靠在离眼睛比较远的地方，才能看清楚镜片后面的东西。有一个淘气的孩子忽然想到了一个异想天开的游戏。他一只手拿着近视

11、镜片，一只手拿着老花镜片，把它们一前一后地举在眼前，他透过两块镜片向远处一望，不由得又惊又喜地喊了起来：“嗨！真奇怪，礼拜堂的尖塔，突然变得这样近啦！”他的发现使得小朋友们异常兴奋。大家又喊又叫，惊动了眼镜店的老板汉斯。汉斯起来一看，真了不起，孩子们在游戏中竟发现了一种可以望远的透镜。当时，荷兰正在跟西班牙打仗。汉斯做了一架望远镜献给了荷兰皇帝，可以用它来侦察敌情，皇帝很高兴，赏了汉斯很大一笔钱。后来，望远镜的做法传到了法国，又由法国传到意大利。伽利略听到了这个消息，自己设计制造了一架天文望远镜，用来观察天上的星星。人类这才打开了宇宙的大门。荷兰的那几个小孩还发现，镜片越是凸得厉害，用它来看东

12、西越显得大。50多年以后，一位名叫曹汶胡克的英国看门人，知道了这个消息以后，自己磨制镜片，制造成了第一架显微镜。这位看门人打开了一个人类从没见过的微生物世界。少年朋友，你大概没想到吧，游戏帮助人们打开了两个世界的大门。206第一张X光片的故事1895年，伦琴51岁时，进行一项新的试验阴极射线试管的放电现象。伦琴自己也记不得进行多少次试验了，但每次都像第一次一样把全部身心都投入进去，简直达到了废寝忘食的程度。一天，他从教室出来，连讲稿也没放下，就匆匆走进物理实验室，他先用黑纸把阴极射线管包起来，再通电试验。这时，放置在旁边的荧光屏闪现出来亮光。伦琴那深邃的眼睛里，放出了异彩。他想，能透过这层黑纸

13、的光线究竟是什么？是不是一种尚未被人类所知的射线呢？直到午夜，伦琴的脑海里还在翻波舞浪，不断整理、提炼着思想中的精华。后来，他实在感到疲倦了，便准备回家吃饭，明天再继续观察。他回到家里，悄悄走进餐厅，晚餐摆在长桌上，并盖着一块雪白的苫布。他轻轻揭开苫布，刚想拿起面包片，却又住手了，他发现电灯光透过苫布使面包流动黑影投射到餐桌上，一个极为普通的生活现象，一下子打开了科学家的心扉。他想：要在阴极射线管和荧光屏之间加上一个隔离物又该怎样呢？他忘记了胃肠的饥饿，雀跃着跑出餐厅，直奔实验室去了。被惊醒的伦琴夫人走出卧室，看到丈夫远去的身影，发现晚餐原封不动地摆在那里，只好包上几片面包，尾随丈夫到实验室去

14、了。这时，伦琴已经开始了新的实验。他把平时放在管子附近的荧光板放到离阴极射线管2米远的地方，中间用一本厚书隔开。伦琴夫妇同时看到，荧光板上闪现着浅绿色的荧光和淡淡的书影。接着，伦琴让夫人手持荧光板由近向远移动，测试射线到底能射出多远？伦琴夫人走出不远，便惊讶地站在那里不动了，眼睛死死盯在荧光板上。伦琴担心妻子身体出了毛病，便走了过去。伦琴夫人激动地叫伦琴看荧光板，伦琴一下子惊呆了在荧光板的后边，清晰地显现出手指骨骼的影子。伦琴兴奋的说：“亲爱的！你的手就要造福人类了！”接着，他们又改用照相干版进行试验，获得了相同的结果，他们把它洗成照片，那上面是一个完整的手骨影像。伦琴挥舞着这张不寻常的照片，

15、大声说：“这是我们贡献给人类的礼物！”可是，这样使荧光物发光和有高度穿透能力的神奇射线到底是什么呢？伦琴夫人说：“这是个未知数，是X。”伦琴说：“对！就叫它X射线！”就这样，在一天的黎明前，X射线被发现了，第一张X光照片诞生了。这一天是1895年11月8日。仅仅3个月后，X射线就在医疗上获得了成功的应用。最近几年，X射线在医疗诊断上又发生了革命性变化，出现了电子计算机断层摄影、全身摄影机、静电照像，全息照像等等。207X光也能缉拿走私犯报载：在第12届世界杯足球赛的新闻中心门口，执勤人员荷枪实弹，戒备森严，记者出示证件后，所带的行李还要经X光检查。为什么搞得这么森严？据了解，因观看足球大赛涌入

16、西班牙的人甚多，再加上西班牙国内情况不太乐观。前不久，就发生过四次爆炸。为了这一届足球大赛顺利进行，西班牙政府作了严密的布置，在新闻中心门口安装X光机，就是措施之一。为什么行李还要照X光？这是因为X光具有高度穿透能力，它可以穿透人体、墙壁、木板等，这是特性之一；其特性之二是，凡是遇见化学药品它就可以产生荧光。只要所照射的物体密度不同，就能在荧光屏上产生不同的阴影，根据阴影的形态，就可以判断所照物是属哪一类别，以便防爆和反走私。X光用于诊断疾病，早已为人所知，用于工业检查全套设备，也是比较常见的，现在用于治安保卫和边境海防也越来越多了。行李中若携带武器，只要X光一照，就可以显露出来；走私犯把金子

17、吞入胃肠道中；高级手表藏于密封的罐头中，也都逃不过X光的眼睛。随着科学技术的发展，把X光与电视结合起来，还可不用底片就可在电视屏幕上显示出图像来。208神探爱克斯十几年前，伊拉克曾发生过一起砷中毒死亡案件，保留下来的只有死者几根头发。面对这些微不足道的证据，侦探们都感到束手无策。正在这当口，神探爱克斯应邀前来侦破。他对头发中砷的含量及其在头发不同部位的分布进行分析，结果发现在靠近发根5.1厘米处，砷的含量达到高峰，对比事先保存的资料再进行推断，死者是在取样前183天中毒的。神探爱克斯初出茅庐是在1947年。当时发生了一起轰动世界的名画伪造案，荷兰一名三流画家米格伦复制了17世纪的名画家杰弗美尔

18、的作品，然后以高价转手卖给别人。由于米格伦的复制技巧十分高超，他不仅在绘画技巧上模仿到家，而且在伪造前代颜料上也弄得难辨真伪。警察当局费尽九牛二虎之力也难以定案，最后只得请来神探爱克斯。神探爱克斯认为，不同地方、不同时期的绘画纸张和颜料中的元素成分不可能全部相同，如果对历代名画都进行系统的分析鉴定，我们就能得到不同画家在不同时期和不同地点所使用的纸张和颜料的微量元素谱。以此为依据，就可以对新发现的历代名画进行鉴定。从这一思想出发，神探爱克斯对米格伦的赝品进行颜料成分的微量元素分析，结果证明是复制品。1965年，我国出土了著名的越王勾践剑。后来，在出国文物展览期间，各主展国都不惜用重金保险这把古

19、剑。这把2500年前的古剑，至今闪闪发光，锋利无比，能够同时剖开10张一迭的报纸。是什么原因使它长眠地下而不生锈呢？1977年，经神探爱克斯精心研究终于揭开了这个谜。原来，勾践剑的剑格上镶嵌有一块像玻璃似的东西，难道在这么久远的年代，工匠们已经懂得融制玻璃了？经神探爱克斯鉴定，表明它确是钾、钙玻璃，而且由于掺进了铜离子而发出蓝光来。这一鉴定结果，充分显示了我国古代劳动人民的智慧和创造力。爱克斯虽然是著名的神探，但有时也干些偷偷摸摸的间谍勾当。例如，有的厂商想要仿制别人的精密仪器或大型精密机械，那么，全部工作的第一步就是要了解这些设备所用材料的组成成分。碰到这样的难题，他们往往求助于神探爱克斯。

20、他干这样的活非常内行，几乎是立等可取。他可以把各种材料的元素成分，按原子序数的次序给你分析，什么元素占多少什么元素没包含，都列得明明白白。神探爱克斯那精确的分析工作，经常能纠正人们对材料性质的错误判断。一个工厂的一种被怀疑为铝合金的精密仪器部件，经神探爱克斯分析之后显示，它含有大量的硅而不含铝。它的成分除硅以外，还含有钛、钒、铁、铜、硒等十多种元素，是一种复杂的合金钢。如果按照铝合金的判断来仿造，岂不坏事。使人更为惊讶的是，神探爱克斯干完这全部定性分析工作，只花了不到半个钟头。读到这里，你也许为他的高超本领赞叹不已，也许想见见这位神探。可是神探爱克斯是个“隐身人”，你是看不见他的。原来神探爱克

21、斯就是X射线。X射线为什么有这般高超的本领？这要从原子讲起，原子中有很多个电子围绕着原子核运动，它们分布在离原子核远近不同的“壳层”上。当原子中离原子核较近的内壳层电子被外来的高速电子打出去时，会留下一个空穴，就会发射出特征X射线。所谓特征X射线，是一种波长很短的电磁波，不同元素的原子所发射的特征X射线的波长各不相同。因此，这些特定波长的X射线，就成了不同元素原子的特征标记。一定波长的X射线具有一定的能量，只要用一种硅（锂）半导体探测器，测特征X射线的能量和强度，就可以知道这种X射线是什么元素的原子发射的，它含量多少。这样一种分析方法叫“能量色散X射线分析法”。世界上的无数物体所以千差万别，性

22、质迥异，就是因为它们所包含的元素种类和多少各不相同。在某些场合下，决定事物差别的是含量极微的“痕量元素”。“痕量”的意思是比微量还少得多，大约在10-8克以下。要测定这么一点元素的性质，能量色散X射线分析法，也是一种行之有效的工具。例如，人的毛发是排泄人体中金属废物的器官，因此，测定头发中痕量元素的含量，就可以发现人体内重金属积累的情况，这对防治金属中毒有很重要的意义。从测定锰铁冶炼工人头发样品的能量色散X射线谱中可以看出，锰含量是高的，这表明工人因与锰接触而使体内锰的积累增加。不仅如此，铅的含量也比非接触者高，这是为什么呢？原来锰铁砂石中，不仅含锰和铁，而且还有铅和镁。因为铅的沸点比锰和铁低

23、得多，所以铅比锰容易气化，被工人吸入体内。能量色散X射线分析法不仅灵敏度高，速度快，能一次分析多种痕量元素，还具有分析样品处理简单，要求的数量少，分析时不破坏样品等优点。美国的阿波罗飞船从月球上带来了一些珍贵的岩石标本，美国政府向其他国家赠送的这种月岩标本都是以克计算的。因此，接受礼品国家的科研人员分析这种月岩标本时，所用的样品只能以毫克计。这么一点样品要作多种元素的含量分析，而且要求是非破坏性的，即分析完毕后样品仍完好无损，这是一般的化学分析方法所达不到的，而能量色散X射线分析法却能施展它的本领。正因为有这些优点，所以，从90年代以来，能量色散X射线分析法发展异常迅速，成为现代分析技术中崭露

24、头角的一枝新秀，X射线也就成了一名成绩卓著的神探209杯中彩蝶翩翩起舞我国有出古戏叫游龟山，剧中男主人公赠给女主人公的定情物，是一只具有特殊功能的杯子，当斟酒入杯，见有彩蝶飞舞，一当酒尽杯空，彩蝶也就不见了。这只杯子实在奇妙，所以戏名就改叫蝴蝶杯了。这种杯子，并非文人、剧作家的虚构。几年前，山西省侯马市还仿制成功了。有的用美人头代替蝴蝶，制成“美人杯”，深受人们的欢迎。这种杯的杯身比较深，犹如一只反口金铃安在高高的杯脚之上。在杯底中心嵌入一个凸透镜，在杯脚里面的某一点上，以极细的弹簧装上一只彩色小蝴蝶（或小金鱼），使它位于凸透镜焦点之外而接近焦点。当往杯里斟酒或倒水时，酒（或水）与凸透镜上表面

25、形成一个平凹透镜，这个平凹透镜与凸透镜组合成复合透镜，它的焦距大于凸透镜的焦距。要揭开蝴蝶杯之谜，我们从放大镜（凸透镜）的成像说起，用放大镜看书，当文字位于放大镜焦点之内时，放大镜将文字形成一个放大的虚像（位于放大镜下方），眼睛通过透镜看文字的虚像，这时虚像到眼睛的距离为25厘米，看起来最清楚，称之为明视距离。把放大镜往眼睛这侧移动，移动某个位置之后，便看不见文字了，此刻文字位于放大镜的焦点之外而小于两倍的焦距，将形成文字的放大实像，实像位于放大镜上方（与眼睛同侧），由于像不在明视距离上，所以看不见文字。蝴蝶杯的成像与此相仿。空杯时，蝴蝶位于凸透镜焦点之外而接近焦点，所以看不见它，斟酒（或水）

26、入杯之后，由于复合透镜的焦距变长了，使得蝴蝶位于焦点之内，因此能看见蝴蝶。将杯子拿在手中，细弹簧上的小蝴蝶总会有微小的颤动，它的放大像便翩翩起舞了。210冻不死的冰上霸王北极熊是世界上最大的食肉动物，以海豹为主要猎捕对象。它们像流浪汉那样在地球上的冰冻地带漫游，其领域从西伯利亚到阿拉斯加，横越加拿大进入北极地段，一直到格陵兰和挪威北部岛屿，是这块方圆1200多万公里土地上的主宰，被人们称为“冰上霸王”。有些爱斯基摩人还曾把这种巨大的肉食动物尊为具有智慧的“精灵”。生物学家们只是最近才开始深入研究北极熊的起源。就物种而言，北极熊还很年轻，可能只是在10万年以前生活在荒凉的西伯利亚海岸地段的棕熊分

27、化演变而来的。挪威科学家们在许多北极熊身上安装了微型发报器，并利用卫星跟踪北极熊在极地活动的情况。结果表明，北极熊会横穿阿拉斯加和东西伯利亚间的冰冻带，而加拿大的北极熊则一般一直呆在该地的北极圈内。对它们来说，格陵兰海的大块浮冰算不了什么障碍，格陵兰东部海上的北极熊常去挪威的斯瓦德岛。北极熊的皮下脂肪层有10厘米厚，能在冰水里以每小时10公里的速度游上160公里。一只成熟的雄性北极熊重约450公斤，肩高约1.5米，其重量和身躯约是成年狮虎的一倍。相比之下，成年雌性北极熊要小得多，约重200多公斤。北极熊的熊掌宽达30厘米，能在冰上轻巧地行走。北极熊是白色的。稍有动物知识的人都会解释：“这不过是

28、一种天然的保护色罢了。”实际情况如何呢？美国科学家马尔利姆亨利指出：“不是！”亨利指出，用来拍摄野生动物的红外照相机不适用于北极熊。这种动物不能被摄在红外胶卷上，因为它们的体温好像周围极地的冰雪一样冷冰冰的。至于在紫外照相中，白色的北极熊的毛皮反光能力很强，可是，却不知道是什么缘故，它的白色竟然吸收了照在身上绝大部分的太阳紫外线。亨利着手研究北极熊这一有趣的现象。他通过扫描电子显微镜，分析北极熊的白毛，他惊奇地发现，北极熊的毛不是白色的，而是一根根中空而透明的小管。人类肉眼所看到的“白色”，是因为毛的内表面粗糙不平，以致把光线折射得非常凌乱而形成的。北极熊所披的竟是一身透明的毛。亨利认为，北极

29、熊的毛都是一根根的小光导管，只有紫外线才能通过，这就是熊捕集温度的“工具”。这就给人类提出一个问题：人类是不是可以从北极熊的“白毛”悟出一些道理，造出同样的御寒衣物，或是更高级的太阳能收集器呢？看来，还待科学家们进一步努力了。211灯光惹出来的麻烦在美国一个小镇的小学里，18个教师有16个都感到眼睛疲劳、充血。更多的学生们每天回家都对家长诉说眼睛疼痛。这一现象，发生在学校刚刚改装了节能的高压钠蒸气灯之后。经过调查发现，高压钠蒸气灯在5分钟预热时间中发出的绿色光使许多人感到不舒服。平时，这种灯发出强烈的带黄色的光，使教室里的颜色很不正常，学生们常把红色的书说成是橙色。学生们在灯下学习时，注意力分

30、散，显得烦躁不安。最后在教师和学生家长的反对下，这种新灯又被换了下来。在爱迪生发明了实用的电灯泡之后的100多年里，很少有人想过这件东西对人也许有害。爱迪生发明的白炽灯，是电流穿过细碳灯丝而发光。现在普遍用的是钨丝，但这两种情况都是由电子流引起摩擦使灯丝变热，直至发出明亮的光。电灯光与阳光大相径庭。阳光发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光，另外还发出人眼看不出的紫外线。白炽灯没有日光强烈，而且大部分光是黄、橙、红色。日光灯是30年代发明的，它由一根充满氩气和水银蒸气的玻璃管构成。当电流穿过管子时，水银受激发并放出蓝色的光与肉眼看不见的紫外光，管壁上的磷光层被紫外光照射后就发出荧光。一支40瓦的

31、日光灯发出的光同一支150瓦的白炽灯不相上下。现在正在出现一门研究光同生命相互影响的科学光生物学，研究者们想了解的是在自然光与灯光下人体健康情况的变化。研究者们发现，与经常接触自然光（阳光）的人相比，长期生活在普通白炽灯和日光灯灯光下的人，吸收钙的能力严重减退，而钙是对骨骼和牙齿生长有重要影响的物质。引起皮肤癌的一个原因是长期接触紫外辐射，而普通的日光灯也发出紫外线。一位生物物理学家警告说，日光灯使人在每周内所获得的紫外线放射增加5%，对敏感的人来说，所增加的量已会引起皮肤癌了。研究表明，日光灯的非自然光会使许多生物（包括人）的细胞发生遗传突变。人体是通过“第六感官”来觉察时间的。要知道时间的

32、一个关键是光。在正常的自然光情况下，人体表现出生理节奏的规律在一天24小时内有规则地体温升高、降低及体内化学物质变化。如果在凌晨2点人们熟睡时突然开亮一盏电灯，这种非自然光就会使生理节奏的规律发生混乱，这就是科学家所说的“光压”。光压能引起人体内生物化学的变化，这与人体紧张时所发生的生物化学变化相类似。非自然光也许还改变了许多妇女生活，现在北美和西欧的女孩子性成熟的年龄要比她们的祖母早几个月到几年。当然，适当地使用非自然光能增进健康、防治疾病。蓝光能帮助治愈早产婴儿所患的一种黄疸；疱疹可用低强度荧光治疗；牛皮癣可先让病人服光敏性药物，然后使皮肤在紫外光下照射。现在我们已经初步了解了灯光对人体健

33、康的利弊，那么对灯光应采取什么态度呢？应该让大家都知道灯光可能对人体有害；在家庭、教室和办公室要通过窗户引进日光，尽量减少使用非自然光的时间；每天在日光下呆一定时间，让日光补养我们的身体。212太阳帆船利用风作动力的帆船，是大家都熟悉的。李白笔下“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”，此情此景，历来令人心向神往。但太阳帆船又是一种什么船呢？几十年前，英国著名科幻作家阿瑟克拉克发表了一篇杰作太阳帆船。小说一发表，立即轰动了整个西方世界，甚至连那些一向自命为“治学严谨”的科学家都深感兴趣。这是为什么呢？原因是作者写的虽是科幻作品，但他提出一个大胆的设想：到宇宙空间去，利用太阳风来进行帆船竞赛。它给人极

34、大启示。美国由此设立机构，组织班子对“利用太阳风”进行专题探索。什么是太阳风呢？太阳风就是从太阳的日冕层太阳大气的最外层中发出强大高速运动的带电粒子流。日冕是太阳最外一层大气，温度比太阳光部分（太阳最里一层大气）约高300倍左右。在这样高的温度下，日冕中的质子和电子，会由于日冕膨胀而向外运动。这些带电的粒子，运动速度每秒达350公里以上，最高每秒可达1000公里，尽管太阳的引力比地球的引力大28倍，但这样高速的粒子流，仍有一部分要冲脱太阳的引力，像阵阵狂风不断地“吹”向行星空间，所以被称为“太阳风”。它“吹”到地球，一般只要56天时间。它一直可以送到冥王星轨道以外日冥距离的4倍处才被星际气体所

35、制止。地球受太阳风的影响有以下几个方面：太阳风可以引起地球磁场的变化。强大的太阳风，能够破坏原来条形磁铁式的磁力线所组成的磁场，将它压扁而不对称，形成一个固定的区域磁层。磁层像一只头朝太阳的“蝉”，“尾巴”拖得很长。太阳风的带电粒子流，可以激发地球上南北极及其附近地区上空的空气分子或原子（称为“微粒”）。这些微粒受激后能发出多种形态的极光。带电粒子还会使地球上电离层受到干扰，也会引起磁暴，给短波通讯、电视、航空、航海事业带来影响。此外，太阳风对地球上的天气和气候的异常也有一定的影响。太阳风的研究，对当代天体物理学来说，是一个意义深远的重要课题，其中有不少新的内容，需要人们作进一步的探索。213

36、晶莹夺目的水下“灯会”喜欢欣赏夜景的人，每逢节日之夜，总愿漫步街头，欣赏那披挂彩练的高楼大厦和那如同珍珠般的美丽华灯。这些如玉似翠的灯光，在黑丝绒般的天幕衬托下，确实别具一景，但若逢元宵节灯会，则景色又不相同。那变化无穷的走马灯，华丽多姿的宫灯，红色的绣球灯，绿色的瓜灯，多彩的荷花灯，鱼灯，光彩夺目，灿烂辉煌。然而，这种迷人的灯景，并非人间独有。在那漆黑的水下世界，我们同样可以看到龙灯飞舞，群灯闪耀的热闹场面，这就是水下“灯会”。如果说人间灯会是人们巧手匠心的安排，那么水下“灯会”则是“天公授意”安排的，因为水下“灯会”是由发光的鱼类所组成的。鱼类中有240多种鱼是能够发光的。现在，就让我们一

37、起欣赏一下水下“灯会”的动人情景吧。灯笼鱼目的许多鱼类，在长长的腹面两侧，都排列着许多发光器，可以发出晶莹夺目的光彩，就像华灯在闪耀。长尾鳕的深海种类和龙头鱼，身体的粘液含有发光物质，在水中整个身体都会发光，在那黑暗的深海，摆动那长长的身躯，真是犹如龙灯飞舞。嘴巴下面发光的松球鱼、食管周围发光的小宝鲾、眼睛下面发光的金眼鲷，它们游来游去，正像提灯游览的路客。灯鱼和光头鱼头顶上长的大发光器，占掘了头部的大部分，就和采煤工人的矿工灯一样。前肛天竺鲷等，发光器是在肛门附近，把个肛门照得雪亮，如同夜间小轿车的尾灯。安鱼的发光器是由背鳍转化来的，就好像用竹竿挑着一盏小灯笼。这么多式样奇特的“灯”聚集在一

38、起，再加上各种鱼类发光持续的时间不尽相同，有的较长，有的较短，有的时明时暗，有的忽隐忽现，使得“灯会”变化无穷。特别是鱼儿发光的颜色也不一样，有的为绿色，有的为蓝色，有的带黄色，这就更使“灯会”丰富多采。那么鱼为什么会发光呢？鱼所以会发光，是因为它们具有发光物质和发光器。根据发光物质来源的不同，我们可以将发光器分为两大类型，一种是在发光器内有发光细菌共生；一种是发光器内的细胞本身可产生发光物质。与细菌共生的发光器呈中空的管状或囊状，在管或囊壁上有腺细胞。在中空的管内，生活着发光的细菌，细菌依靠腺细胞供给营养，鱼类就利用发光细菌产生发光物质而发光。二者互为利用，配合协调。发光器后部有反光层，防止

39、光的散射，前方的肌肉呈半透明状，起到透镜的作用。自身发光的发光器，构造也是很复杂的。典型的发光器，具有腺细胞、水晶体、反射层、色素层等部分，其构造的巧妙可与探照灯相比。发光鱼类，依靠色素细胞的伸缩和控制发光物质排出的数量来调节光量，还有的发光器可以自行关闭。金眼鲷发光忽闪忽灭，是因为它的发光器呈半月状的回转式，发光器回转收缩，就使光亮忽明忽暗，如同海上的灯塔。鱼类发光的本质属于化学发光，即由化学能变为光能。发光的基本物质是荧光素，荧光酶和氧气。荧光酶是一种催化剂，在它的催化下，荧光素和氧反应，生成氧化荧光素，同时产生光。鱼类的发光物质和其他生物的一样，由化学能转变为光能的转变率是相当高的，据认

40、为有95%以上化学能转变成了光能。相比之下，我们所用的白炽灯，其电发光的转变率就相当低了，大约只有5%的能量发光，而其余95%的能量却变为热而消耗掉了。现在使用的日光灯，就是模仿生物发光而制成的，它是用水银蒸气产生紫外线，激发荧光粉发光，所以较白炽灯用电少得多。水下“灯会”并不像人间灯会那样仅供游人玩赏。鱼类发光的生物学意义各有不同，有的和觅食有关，有的与寻找异性有关，另外也可能有防御的意义，如在黑暗中突然发光，可使追逐的敌人受惊逃窜也未可知。214冯梅格林是个骗子有个名叫汉斯冯梅格林的人，是个出了名的名画仿造者。他把他的画画在一些没有价值的旧画上，旧画的古老画布使人产生了错觉，以为这些画真的

41、是古代名画。用X光射线分析这些画时，证实冯梅格林是个骗子。少年朋友也许会问：当紫外线、红外线或X射线作用在旧画上时，同时也会作用在后来画上去的画上，怎样才能把它们区分开来呢？借助X射线、红外线和紫外线能发现一幅画里各种不同颜料的层，因为不同的颜色和材料对各种光线的反应不一样。例如用红外线对冯艾克的阿诺菲尼的婚礼一画分析时，发现画中是打有底稿的，底稿是用炭画在白色的石灰背景下的。这幅速写被后来画上的手整个覆盖住了。用炭画的手出现在红外照片上，因为它强烈地吸收红外线，而白色的石灰却不能。于是照片上的这只手显得比较黑。在紫外线的作用下，不同的颜料会发出不同的荧光，这样就可以确定原来的画所带来的变化。

42、人们不仅可以借助紫外线、红外线与X射线发现被覆盖的旧画，还可以发现画家后来对他的画所作的修改。215警车深夜追踪罪犯近年来，在某些国家的警察局里，出现了一种具有特殊功能的追踪警车。从外表上来看，这种警车和普通警车没有很大的不同，但是在追踪逃窜的罪犯时，就显露出它火眼金睛的高超技能了。当深沉的夜幕笼罩大地，罪犯很容易借助黑暗的掩护隐蔽在角落或树丛中时，靠普通警车追踪往往显得无能为力，而这种特殊的追踪车，由于车上红外线感应器的帮助，在车内屏幕上就能显示出隐蔽的罪犯。这种新型警车叫红外线追踪车，它利用人体温度高于四周环境温度，因而能发射较强的红外线辐射能量的原理，将这种红外热辐射成像。这种警车灵敏度

43、极高，只要有0.2的温差，就能准确地指示方向和位置。远在1800年，英国物理学家威廉赫歇尔用三棱镜的分光作用探测不同色彩的温度时，发现了在红色光谱外端存在有能使灵敏温度计水银柱上升的不可见光线。他称这种不可见的辐射能量为红外光，以后，史蒂芬和波滋曼又在理论上提出和证明了热辐射能量大小和物体的绝对温度四次方成正比，这就是物理学上著名的史蒂芬波滋曼定律。随着电学和光学的不断进步，人们不仅能制造出对热红外线感应非常敏感的各种半导体元件，而且通过光电转换技术，能将这种不可见的红外线能量显示在荧光屏上。在现代科学技术日新月异的今天，热红外成像应用范围更加广泛。从癌症早期发现到浩瀚大海中暖气流的制图；从手

44、提式遥测温度的装置到人造卫星上的传感器；还可以广泛的用来勘察地热、发现地下热管道的布局、监测水质污染。检查储油罐中存油数量和交通工具发动机的起动情况等等。216视黑夜如同白昼的歼击机以美国为首的多国部队于格林威治时间17日0点整对伊拉克和被占领的科威特的目标进行大规模的战略空袭。其准确率令人咋舌。美国使用“B52”型定点战斗轰炸机、“F11”型、“F15”型和“F16”型等战斗轰炸机，之所以能在漆黑的夜晚准确无误地行动，是因为它们拥有夜间作战的新技术：灵敏的光学技术、电子学技术、激光制导技术和红外线探测技术。部署在航空母舰上的“AV8B”型垂直起飞夜间战斗机都配备有红外线摄像机。飞行员戴有“科

45、学幻想式头盔”，上面装有“猫眼”增光双筒望远镜。射击目标的图像被扫描在红外线摄像机上，又被投影在位于飞行员头盔前额部位的瞄准器里。“猫眼”增光双筒望远镜可以观测到22度范围内的目标。用一张具有数据标准的彩色地图与飞机上的先进装置相连。借助这张地图，驾驶这些可怕的“捕食者”的飞行员就可以像在白天一样顺利地执行低空飞行任务，而又不易被发现。这是由于拥有了先进装置：即激光导航和瞄准的装置系统低空飞行和红外线夜间扫描系统。这种系统由两个部分组成，一个用于导航，另一个用于导弹和激光炸弹的制导。低空飞行和红外线夜间扫描系统，使这些飞机具有在相对地面而言的固定高度秘密进行飞行的能力。地面情况的红外线图像被投

46、射在飞行员的机座前。飞行员如果愿意，可以转动摄像机的方向或调大它的摄像范围，以便更好地确定目标的方位。一旦确定好射击目标，飞行员可以在8公里或10公里远的地方开火，然后立即从容地攻下一个目标。专家们认为，低空飞行和红外线夜间扫瞄系统的可靠性非常好。人们在内华达沂溪地区60米高的空中进行近300万公里的夜间训练飞行，没有发生任何事故。“眼镜蛇”式、“阿帕”式、“小羚羊”式和“大山羊”式反坦克直升机也同样具有夜间作战能力，因为它们也拥有双筒望远镜、增光头盔和安装在飞机头部的红外线回旋式稳定瞄准器。美国的“阿帕”式反坦克直升机已经在美国干预巴拿马、反对谍列加将军的战斗中证明了自己的能力。11架“阿凰

47、奇”式反坦克直升机夜袭巴拿马，投下激光制导的“狱犬”式反坦克导弹，凯旋而归。与空军相比，海0军也不落后。法国率先给它的几艘战舰配备了夜间警戒和红外线目标指示系统。217“小男孩”摧毁一座城市1945年8月6日凌晨2时45分，“安诺拉盖”号B29型轰炸机从提尼恩岛起飞。飞机负载甚重，勉强从跑道飞起。所携炸弹等飞机飞入空中才打开保险，以免起飞时可能发生核意外。“安诺拉盖”号偕同一架测量飞机和一驾摄影飞机，飞向日本。蒂比茨机长告诉机务人员：“这次是为了创造历史而飞行我们携带是第一颗原子弹。”三架气象观测机已出发在先，分别侦察目标城市广岛、小仓和长崎的天气。上午7时25分刚过，蒂比茨收到艾斯雷少校的气

48、象观测机发出的密码“同花须”，意思就是广岛上空天气晴朗。“安诺拉盖”号以近1万米的飞行高度接近广岛，途中未遇到敌机拦截：日本人不想浪费战斗机去拦截少数的高空飞机。早晨8时15分17秒，原子弹投了下去。8时16分，戴着特别护目镜的机务人员看到一道紫色闪光。“我的天哪，”副驾驶员罗纳特刘易斯上尉说道，“我们干了些什么”要想了解什么是原子弹，还得从20世纪30年代说起。1938年秋天，德国化学家哈恩和物理学家斯特拉斯曼一同做了一个实验，他们用中子去轰击铀核，结果真是令人惊奇：铀核分裂成几乎相等的两块碎片，变成了氪和钡的原子核。原子核被打开了，这个消息震惊了世界。全世界各大实验室都忙碌起来。证实了原子

49、核可分裂的科学家越来越多了，而且发现，分裂的同时，会释放出巨大的能量来。这便是现在常说的原子能，说得完全点，应该叫做原子核能。当然，一个或几个原子核裂变产生的能量很有限，就像几粒炭火烧不成饭一样，不能指望它有什么用途。当有人不免有些失望的时候，又传出了一个令人振奋的消息：铀核被中子轰击核会一而二，二而四，四而八地连锁地分裂下去，同时释放出巨大无比的能量，就好像一发炮弹射中了弹药库，刹那间就会引起巨大的连续爆炸一样。科学家把这种反应叫做链式反应。核裂变的链式反应进行得非常迅速，放出的能量叫核能。核能非常大，又非常猛烈。一公斤铀裂变放出的热量，相当于燃烧2500吨优质煤所放出的热量。燃烧煤所得到的

50、能叫做化学能。看，核能与化学能之间的差别有多么悬殊！原子弹就是利用链式反应产生巨大能量的原理制造的。要使原子爆炸，也就是产生链式反应，必须具有一定质量的核燃料。要是核燃料太少，中子就会大量逃出燃料之外，不能发生链式反应。这种维持链式反应的最小质量叫临界质量。要使原子弹爆炸，还需要有引爆机构。有一种原子弹用的是枪型引爆机构，它里面装着两块小于临界质量的核燃料。一块球形，放在枪筒的一端；另一块圆柱形，放在枪筒另一端。圆柱形核燃料的下面是普通烈性炸药。一旦引爆烈性炸药，就会使圆柱形的核燃料和球形核燃料迅速合拢。它们加在一起就超过了临界质量，就产生了原子弹。1945年8月，美国投到日本广岛的那枚原子弹

51、就是枪型原子弹，代号叫“小男孩”。它用的核燃料是铀235，威力当量达到1.4万吨梯恩梯。另一种原子弹用的是内爆型引爆机构。这种原子弹的内层装着几个小型球状核燃料。外层装的是球形普通烈性炸药。烈性炸药引爆以后，产生一个向心的压力，把内层的核燃料突然压拢引起原子爆炸。1945年8月美国投到日本长崎的那枚原子弹就是内爆型的，代号叫“胖子”。它用的核燃料是价格比较低廉的钚239，威力当量为2万吨梯恩梯。218纸片测出了原子弹的能量1945年7月16日凌晨，美国新墨西哥州的沙漠上，爆炸了第一颗原子弹。“轰”的一声，蘑菇云腾空而起，强大的冲击波掀起猛烈的气浪。参加试验的人们全都伏在附近的掩体里，等待着试验

52、的结果。突然从掩体里跃出一个人，他向着原子弹爆炸的试验场飞跑，一边跑一边从衣袋里掏出一把纸片，举在头上迎风撒开。纸片立即像长了翅膀一样随着气流飞翔起来。他又马上转过身大步追赶被刮走的纸片。躲在掩体的人这才看清楚了，他是有名的意大利物理学家费米。大家被费米这种突如其来的行动惊呆了！在这样紧张危险的时刻，他这样是干什么呢？只见费米拾起落到地上的纸片，气喘吁吁地对大家喊道：“诸位！爆炸的威力相当2万吨T.N.T（一种烈性炸药）！”大家更感到诧异了。费米跑回掩体，向大家解释说：“刚才我用纸片测量了气流的速度，根据这个速度大体估算了一下爆炸的能量。”两小时后，送来仪器测定的结果，这一颗原子弹的威力果然是

53、2万吨T.N.T。原来，原子弹爆炸是一种剧烈的原子核裂变过程，它的巨大的能量，在极短的时间内，以三种形式释放出来：一种是在爆炸中心产生极高的温度，辐射出大量的热；一种是产生相当多的放射性的污染；还有一种是空气受热剧烈膨胀，产生激烈的冲击波。费米预先分析了这三种能量之间的关系，选择了其中容易测量的一种利用空气剧烈膨胀产生的强大气流的动能，作为推算整个爆炸能量的依据。而气流的动能，又可以根据它的速度推算出来。当然，要推算出这一切，需要用一系列很夏杂的公式来运算。费米把这些公式简化了，可以估算出近似的数值。为什么费米扔出一把纸片，就能测算出气流的速度呢？原来纸片离开了费米的手，一方面受到原子弹形成的

54、气流的推力，跟着气流一起运动；一方面受到地球的引力，朝着地面降落。在这两种力的作用下，纸片就会沿着一条抛物线的轨迹缓缓地往下落。这时候，纸片水平移动的速度就是气流的水平速度，这个速度可以根据纸片飘下的时间和距离求出来。比如说，纸片飘行5秒钟后落到地面，飘行距离200米，它的气流速度就是每秒40米。费米就是这样测出了纸片飘行的速度，用他推导出来的一个简单公式，估算出了原子弹爆炸的威力。在这一刹那间发生的故事，能给我们许多有益的启示：像计算原子弹爆炸能量这样复杂的问题，费米却能用这样简单的方法在两三分钟内得出一个大约的结果，不能不令人佩服。他对基本物理规律理解得多么深刻，应用得多么灵活啊！从这里我

55、们可以看到，研究尖端科学的人，决不能丢了基础知识。基础知识学得越扎实，将来解决复杂的科学技术问题的能力就越强。219他投下中国第一颗实战氢弹科学家发现，除了原子核分裂会放出大量能量以外，轻元素的原子核合成比较大的原子核，也会放出大量的能量。科学家把这种反应叫做聚变反应。氢是最轻的元素，将氢的同胞兄弟氢的同位素氘和氚的核聚合，会合成氦核，同时释放出巨大的能量来，比一般核裂变反应放出的能量还要大好几倍。氢弹就是利用这种聚变反应原理制成的。但是，氘和氚很不容易产生聚变，必须让它们获得极大的速度才成。怎么获得高速呢？可以把氘和氚加热，加热温度要高到几百万甚至几千万摄氏度。所以氢弹又叫热核武器。从当前的

56、技术条件来看，只有原子弹才能得到这么高的温度。因此，氢弹的引爆装置用的是一颗小型的原子弹。氢弹的爆炸原理并不复杂，它利用原子弹引爆，借用爆炸时候产生的高温使氘和氚发生聚变反应，放出大量的能量。1952年11月在太平洋的埃尼威克岛爆炸了世界第一颗氢弹。我国第一颗实战氢弹是在1972年1月7日爆炸的。提起氢弹爆炸，还有一个惊心动魄的故事呢！1971年12月30日。警备森严的军事要地：西北某机场。飞行员杨国祥凝神屏息，驾驶强击机腾空而起，飞向碧空。他深知这次飞行任务重大：将在预定报点投下中国第一枚实战氢弹！杨国祥进入预定地点，向塔台作了报告。塔台发出投掷命令，杨国祥果断地把手伸向推膛装置机关。然而，

57、投掷装置无动作。杨国祥愣了片刻，驾着飞机绕了个“8”字，采取应急办法，又进入投掷圈。他的手第二次伸向推膛装置的机关。然而第二次投掷也没有成功！杨国祥的心一下子提到嗓子眼。额头上沁出了细密的汗珠。他一咬牙，又飞了一圈，进入投掷范围后，采取超应急措施第三次投掷，依然没有成功。这时飞机里的汽油仅够飞半小时了！北京，周恩来总理一直守在电话机旁，等待西北某机场的信息。终于，电话铃响了，对方急促的话音，使总理浓眉一颤。一颗具有数万吨当量的实战用氢弹，随着杨国祥驾驶的强击机在空中盘旋，任何气候的、温度的、气流的、速度的变化，都可能使这颗氢弹突然爆炸；不仅飞机和飞行员转瞬之间灰飞烟灭，整个基地也会成为第二个广岛，一片废墟为了保护科技人员，总理下令：除塔台指挥外，所有人员，无一例外，全部撤！撤！撤！杨国祥呢？总理提着话筒，沉吟半晌，终于沉重地说道：“要相信我们的飞行员！”此刻，属于他的时间越来越少，他必须作出抉择。他不在乎中国热核科研的史册上是否会增添一位烈士的英名，但党和国家巨大财富、科学家的心血结晶，就要毁于一旦！强烈的使命感，使杨国祥头脑冷静下来，他坚定地说：“我要带弹返航！”杨国祥稳稳地驾驶飞机，在惊人寂静之中