科学史(下)-第34章
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行，因为以上讲过，运动的电子挟带有波列，而可表现干涉现象等等。由电
子衍射和X 射线所得的结果是相合的。德拜使用X 射线研究晶体粉末，后来
发现用相似的方法，对液体与气体也可以得到干涉花样，并且可以测定原子
之间的距离。1930 年，维耳（Wierl）更使用了改进的方法。
凯库勒发现的苯的环形结构式以及范特一霍夫和勒·贝尔的碳原子结构
成四面体的理论，成为立体化学的伟大结构的基础。如果承认碳原子的四个
价电子作四面体的排列，则价电子键之间的角度将是109°28’。如果形成
环状，由于正五角形的角为108°，一列五个碳原子，首尾两端必然互相接
近，形成环状，键间很少应变，因而很稳定。W。H。珀金（Perkin）（子）制
出了具有3、4、5 和6 个碳原子的环状的化合物，近年来，化学家，特别是
索普（Thorpe）与英戈尔德（Ingold）等人①证明，从一个碳原子出来的两个
价电子之间的天然角度，显著地受到所附的基团（如甲基团）的影响，因而
应变可以减少，稳度可以增加。这种环结构出现在许多天然物里。如范特
霍夫所预测的，旋光性出现于不对称的分子，可是却没有不对称的碳原子。
梅特兰（Maitland）和米尔斯（Mills）已经证明丙二烯型化合物的情况就是
这样，它们的分子并不具有对称面②。化学这一分科的大发展是靠了X 射线分
① 萘是由煤焦油中提得的芳香碳氢化合物，白色晶体。它的衍生物是合成染料、树脂、药物的中间休。蒽
也是相似的碳氢化合物，淡蓝色荧光晶体，是合成蒽醌系染料的重要原料。——译注
①
lngold，J。Chem－Socl921。
②
Nature； vol ；CXXXV； 1935，vol。CXXXVII。 1936。
析的应用，因为这种分析将原子和分子的结构，表现得异常明白。
建立在煤焦油基础上的化学工业，范围极其广阔。它从理论科学产生，
而反转来对理论科学有很大的影响。翁韦多本（Unver…dorben）与霍夫曼
（Hofmann）从煤焦油分离出一种名叫苯胺（安尼林油）的物质。霍夫曼还证
明煤焦油里有苯。W。H。珀金（父〕于1856 年用重铬酸钾处理硫酸苯胺，而得
到紫色或紫红色的安尼林；这是首创的安尼林染料，以后发明了很多种这类
染料。1878 年，在库珀（Couper）和凯库勒奠定的基础上，E。和O。费舍
（Fischer）首先阐明了它们的化学结构。他们证明玫瑰芋胺（一品红）、洋
红等的来源是碳氢化合物，三苯甲烷。这工作引出许多新染料和合成这种染
料所必需的中间体。后来格里斯（Griess）制成具有偶氮基团（N：N）的偶
氮化合物。这又导出一个新系的偶氮染料。
茜素染料，如土耳其红，于1868 年合成，跟着而来的有蒽醌的其他衍生
物。约在1897 年，从苯基甘氨酸制出的工业蓝靛，开始将天然蓝靛逐出市场，
使印度的种植者破产。
染料在工业上虽属重要，药物对于人们的福利更有贡献。有机药物的合
成时代开始于解热药，如安替比林（1883），止痛剂非那西汀（1887）与水
杨酸，即阿斯匹灵（1899）。这些药物的发现，创立了现代的化学治疗学派，
主要的创始人当推欧立希（Paul Ehrllch；1854—1915 年）。他制成一种医
治马病的药物与一种名叫盐酸二氨基联砷酚（即六○六）的砷化合物，能杀
灭在人体内造成梅毒的螺旋体菌（1912）。尿素的一种复杂衍生物，于1924
年为富尔诺（Four－neau）所制成，能消灭造成昏睡病的寄生虫。以后几年，
一系列以氨苯磺胺和磺胺吡啶等磺胺类药物为基础的合成药，由梅（May）与
贝克（Baker）合成，叫做M。B。693，对于控制伤害人畜引起很多疾病的链球
菌和肺炎球菌都很有效①，而磺胺肌成了痢疾的特效药。
起初这些药物并无理论的基础，到1940 年菲尔兹（Fildes）、伍兹
（Woods）与塞尔比（Selbie）才证明，磺胺类药物的作用在于阻止病原菌获
得它们生长所必需的另一种同族物质，名叫对氨基苯甲酸。这个成就表明进
一步探讨的方向应当是研究细菌的代谢，寻找细菌所需要的物质，并找出防
止细菌利用它们的方法①。
青霉素最初是由弗莱明（A。Fleming）爵士在1929 年从笔毫霉制出并命
名的，后经牛津的弗洛里（Florey）等人加以研究，并证明比磺胺类药物更
有效②。
在帝国化学工业的曼彻斯特实验室里，于1945 年发现一种抗疟疾的特效
药名“白乐君”（paludrine）。杀虫药也经人研究，一种能杀昆虫而于人畜
无害，名叫六氯化苯（即六六六）的杀虫药制备成功了。
维生素的最新研究成果要在生物化学栏内作总的叙述，但关于维生素的
结构与合成的叙述，很自然地要放在化学栏里来。维生素A 是生长必需物，
其成分为C20H30O，卡勒（Karrer）提出了一个结构式，说明它的化学反应及
其与它的前身胡萝卜色素的关系。维生素B1，有抗神经炎的功能，为哥伦比
亚大学的威廉斯（WiIliams）所合成。抗坏血病的维生素C，存在于绿色菜
① Reports of Medical ResearchCouncil 1930—40，J。R。AgriC。Soc。 l940。
①
Britain To…day； vol；LXXIX；1942，P。15
②
Britain To…day； vol；LXXIX；1942，P。15
蔬与柑属水果里，其结构式比较简单，表示如图18。这种维生素先经人提取，
后于1933 年为伯明翰的霍沃思（Haworth）合成，现在称为抗坏血酸。
以上讲过，有机化学的基础在于碳原子具有互相结合为复杂结构的能
力。大致类似的能力也为硅所具有，近年来也变得很重要。
1872 年，冯·拜尔（Von Baeyer）发现酚（石炭酸）与甲醛化合成为
一种树脂物。1908 年，贝克兰（Baekeland）发现这种树脂在碱性的催化剂
内加热，变成一种有塑性的物质。这叫做“电木”，在以甲醛为基本材料的
反应中还取得了其他塑料物。它们可以用作漆料、釉料，并可用来制造留声
机唱片、飞机骨架等。
橡胶于1892 年由蒂尔登（Tilden）用异甲基丁二烯合成。1910 年，马
修靳（Matthews）发现金属钠可以促进异甲基丁二烯的聚合化，但现今异甲
基丁二烯已经由碳氢化合物，丁二烯或氯丁二烯取代了。这些合成物常加在
天然产品内。
合成有机化学家对照相术作出了很多的贡献。起初，他们制成了显影剂
（焦性没食子酸等），继后制成一些染料，这些染料使胶卷对光谱可见区与
不可见区的不同的光线都具有感光作用。由于制出对于红外光具有感光作用
的照相乳胶，几哩以外的对象，也可摄得清晰的形象，这用普通底片是办不
到的。照相术对于许多学科，自天文学以至微生物学部很有帮助。
费舍对于单醣的基础研究工作（253 页），为许多人所继续，他提出一
个敞开的链形结构式，不过，人们现在公认的是霍沃思所提出的六成分型坏
形结构式。伊尔文（lrvine）与霍沃思和美国的赫德森（Hudson）使用甲醚
研究象蔗糖那样的双糖①。开始了氨基酸的现代研究的也是费舍。但迄今为止
用合成方法制出的结构最复杂的多肽类合成物，虽然分子量超过1300，还是
离蛋白质很远。蛋白质可以分为两类，其分子量分别为35，00O 与400，000
的简单倍数。现在虽然通过动物纤维的X 射线研究，得到了蛋白质分子结构
的形象，但仍有相当距离，人们还不能合成蛋白质①。
现代的物理与化学仪器，比五十年前的复杂得多了。个人很少能够建立
起一个实验室。业余爱好者虽然在过去对于科学作出了不少的贡献，但他们
的时代似乎过去了。现在大多数文明国家的政府都资助研究工作。英国将补
助费送结各大学和皇家学会去进行基础研究工作，至于工艺的研究则交给科
学与工业研究部、医学研究理事会或农业研究理事会去掌管。
①
Irvine，Chem，Rev。1927； Haworth，B。A。Repor，1935。
①
Vickery and Osborne； Physiol。Rev。 1928；Astbury，Trans；Faraday Soc。
第十一章恒星宇宙
太阳系——恒星——双星——变星——银河系——星的本性——星的演
掩——相对论与宇宙——天体物理学近况——地质学
太阳系
上面说过，刻卜勒关于太阳和行星的观测，已经提供了太阳系的模型，
但是在其中一个行星的距离还没有用地上的单位测定以前，这个模型的比例
尺度是不知道的。里希尔在1672—3 年间进行了这种测定工作（见150 页），
而且在若干方面还具有现代精确性：（1）1728 年，布莱德雷发现了远星的
“米行差”（当地球从一方横过这星光的行径，半年后又从反对方横过时，
观测者两次所看见的星光方向的差异）。当时这一发现被用来证明光以有限
速度进行，但因光速现已有他法测定，光行差反过来可用以测量地球的速度
与其轨道的大小了。（2）当金星经过地球与太阳之间时，由地球上两个站所
测定的时刻，也叮用来以三角学的解法，计算太阳的距离。（3）当小行星（爱
神星）于1900 年经过地球附近时，曾以三角测量法测定其距离。
以上三个方法所求得的太阳系的大小，是一致的：从地球到太阳的距离
是9280 万（后改为9300 万）英里，相当于光以每秒186，000 英里的速度行
8。3 分钟的距离。太阳的直径为865，000 英里，其质量为地球的332，000
倍，其平均密度为每立方厘米1。4 克，而地球的平均密度为5。5 克。
我们关于太阳系的知识，在1930 年由于汤姆保（Tombaugh）在海王星轨
道以外发现了一颗新行星而扩大了。美国亚利桑那州旗杆天文台对天空某些
可能发现行星的区域，作了填密的搜索，方法是将几天时间内所拍的两张照
片加以比较，照片上如果有一个光点改位，就说明那是一颗行星。这颗新行
星围绕太阳运行一周需248 年，其平均距离是36 亿7500 万英里。这颗行星
命名为冥王星。冥王星轨道的直径为73亿5000万英里，可以看做是现今（1946
年）所知的太阳系的范围。
人们时常讨论别的星球是否有生物居住，对于太阳系而言，这问题便成
了别的行星上的情况如何①。这些情况中最重要的一个是行垦外围的大气的性
质。大气的存在依靠“脱离速度”，——即气体分子运动时足以使其脱离行
星引力的羁绊的速度。这速度的数值为V2＝2GM/α，式内G 表引力常数，M
表行星的质量，A 表其半径。以每秒英里计，对于地球，V=7。1，对于太阳为
392，另一极端，对于月球为1。5。运动最快的分子是氢分子，在0℃为每秒
1。15 英里。根据秦斯的计算：如果脱离速度为分子的平均速度的4 倍，在5
万年内大气便完全逃逸，如果为5 倍，则逃逸率便小到不足计较。因此月球
上没有大气，大的行星，如木星、土星、天王星与海王星，比较地球有更多
的大气，火星与金星上的大气可以和地球上的相比拟。金星上多二氧化碳；
但显然没有氧气与植物；那里的条件尚不能使生物存在，而火星上呢，生物
存在的机会似已过去，或将近过去。
① F。J。M。Straton；Astronomical Fhysics；London ； 1925。 Sir J；H。Jeaus； Astronomy ard Cosmogony ； Cambridge；
1928。A。S。Eddington； Stars and Aoms；Oxford； 1927；T。C。Chamberlin； The Two Solar Families； Chicagc； 1928。
①
H。Spencer Jones，Life onotherWcrlds， London，1940。
恒星
冥王星轨道以外，是一片洪渺无边的空间。当地球在六个月内由轨道的
一边行至它一边时，凭借缜密地观测可以察知最近的恒垦在较远的恒星所形
成的背景上改位。再过六个月恒星的位置复回到原处；如果把这些星本身的
微小运动略而不计的话。由于我们已经知道地球轨道的直径，只要把恒星本
身的微小运动和光行差估计在内，根据一颗星在六个月内的视差，用三角测
量法，便可推求恒星的距离。
1832 年，韩德逊在好望角对恒星视差进行了观测，接着在1838 年，便
有贝塞耳（Besscl）和斯特鲁维（Struve）进行了精密的测定。用这样的方
法发现，最近的星，一个微弱的小光点，叫做半人马座比邻星，距离我们达
24 万亿（2。4×l013）英里（光须走4。1 年），约为冥王星轨道的直径的三千
倍。明亮的天狼星的距离为5×1013 英里，或8。6 光年。约有两千颗恒星的
距离，已用这个方法测定到相当高的精确度，但这个方法现今只可应用于十
个光年以内的恒星。
晴明的夜里，人眼所见的恒星可达数千。如果使用口径愈来愈大的望远
镜，则可见的星愈多，数目的增加并不与望远镜的口径成正比例，因此我们
可以说：恒星的数目不是无穷多的。美国威尔逊山天文台的100 时反射望远
镜，在1928 年是世界上最大的望远镜，能够观测到的星数估计约为一万万
颗，而在我们的星系（银河系）里，恒星的数目，据不同的估计为为15 万万
颗至300 万万颗不等。200 时反射望远镜现在正在制造中①。
希帕克过去依照星的亮度，将星分为六个“星等”，而现今已将这尺度
扩充到包括20 等以外的微弱星，其亮度只有一等星的万万分之一。这种量度
的方法，自然是依据地球上所看见的恒星的视亮度为标准。对于一颗已知其
距离的星，我们可以计算它移至某一标准距离时应有的视星等，这种星等叫
做绝对星等。
如果挟绝对星等分类，则在所有星等的数值中都有星的存在，但如赫兹
普龙（Hertzsprung）所指出，而后来为罗素（H。N。Russell）所证实的：高
星等与低星等的星的数目，比较中星等的星多。前两者叫做“巨星”和“矮
星”。以后还要详细谈到。
同一光谱型而距离已知的恒星证明，绝对星等和某些谱线的相对强度之
间具有有规则的联系。因此仔细研究这些有决定性的谱线，可以求得未知距
离的星的绝对星等，然后再根据其视垦等以估计其距离，即使这距离远到不
能以视差的方法来测量。这是估计恒星距离所用的几个间接方法之一。
双星
许多里用内眼看似乎是单颗，用望远镜看，乃是成对的。有些成对的双
星，可能互相离得很远，所以看来很接近的原因，是由于它们几乎在同一视
线上。然而双星的数目很大，用恰巧在同一视线上的说法，不足以解释全部
双星。在大多数情况下，双星中的两星之间，一定有某种关系。成廉·赫舍
① 这座大望远镜已于1948 年完工，能拍照到微弱到23 等的恒星与星云，估计数目达千万万颗之多。——
译注
耳于1782 年开始观测双星，到1793 年，他已经找出足够多的双星的行径，
可以证明双星围绕着位置在椭圆形一个焦点上的公共重心，而运行在椭圆轨
道上。因而他证明，双星的运动也遵循牛顿在太阳系里所寻得的引力定律。
由距离和轨道都已测定的一些双星，可以算得它们的质量，一般是太阳
的一半至三倍。这与由
