数理化通俗演义 作者:梁衡-第28章
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生的肩。他们是一对好友。
本生和基尔霍夫走在一起就开始诉苦了。他说：“我这个搞分析化学的，近来发明一种新方法，就是不管什么物质，在火里烧时都有一种固定的颜色。比如钠是黄的，钾是紫的。我想用这种方法也许能检查出新元素。可是最近又发现不同物质却可以烧出同一颜色，比如钾盐和锶盐都是深红的。刚刚摸到一个路口，却又是一条死胡同。真是走投无路啊。”
机灵的基尔霍夫不以为然地说道：“这有什么了不起。车路走不通走马路。要是我们搞物理的就不去看火焰的颜色，而是去看他们的光谱。”
“光谱？”
“对。牛顿发现的那种光谱。”
“我怎么就没有想起这一招呢？”
“将军，只因你的大帐下没有物理兵啊。如蒙不弃，我愿效劳。我手头还保存一块四十五年前大光学家夫琅和费亲自磨制的石英三棱镜呢。”
第二天，本生布置了一个暗室，还准备了他发明的“本生灯”。这种灯烧瓦斯气，灯头能大能小，火焰温度可高可低，最好的是它发的光是白色的，做实验时不会像酒精灯、蜡烛那样火焰总有颜色。基尔霍夫也抱来了几件仪器。说是仪器，其实简单得可笑。一块三棱镜，一个直筒望远镜，一个雪茄烟盒，一片打了一道窄缝的圆铁片。只见基尔霍夫先将烟盒内糊了一层黑纸，将三棱镜装在中央，再将烟盒打了两个洞，又将长筒望远镜一锯两截，分别插在烟盒的两个洞口上，一边是目镜，这便是用眼观察的窥管；一边是物镜，镜外再盖上那只有一条细缝的铁片，只许一线光进来。基尔霍夫那双灵巧的手，三下五除二便制成了世界上第一台分光镜。
实验开始了。先让阳光从铁片缝里射进，从窥管里看去，光谱上有一条条的黑线线这就是“夫琅和费线”，到底是什么意思，当时谁也不懂，先不去管它。
接着他们把本生灯的火焰对准铁片缝，然后本生用一根白金丝挑着各种盐往灯焰里送，基尔霍夫对着窥管看，一边读出光谱上的线条：钠盐——两条黄线；钾盐——一条紫线，一条红线。这时本生挑了一点钾盐，火焰发红，基尔霍夫对着窥管读道：“一条明亮的红线，一条较暗的橙线。”
“好，我再挑一点钾盐。”
火焰仍然发红，可是基尔霍夫喊道：“这是一条明亮的蓝线，几条红线、橙线、黄线－不对，你刚才放的什么？”
本生也不答话，又向灯上加了一点东西，一把抢过窥管，果然是蓝、红、橙、黄的线，他忙喊基尔霍夫：“请往灯上投一点锂盐。”只见谱线是蓝、红、橙、黄。他离开窥管一下抱着基尔霍夫，大喊道：“锂和锶分清了。刚才我第二次放的是锶盐啊，你这破烟盒子真厉害，骗不了它。我们有新武器了。”
他们两人就如小孩玩万花筒一样，在这间暗室里对着这个雪茄烟盒子，从早晨一直玩到中午，早已忘了时辰。这时那各种盐粒也快要让他们烧光了。本生灵机一动，对基尔霍夫说声：“请先闭上眼！”接着他把那些各种剩余的粉末一起搅拌起来，投入灯焰，说：〃现在再看！〃基尔霍夫对着窥管边看边说：〃你这里一定有钠盐、钾盐、锂盐、锶盐。〃
〃对！一点不错。〃本生激动极了。
这时，基尔霍夫的眼镜还贴在窥管上，他看着那些五颜六色的谱线慢慢变淡、消失。他也脖颈发麻眼发酸，正要推镜抬头，忽然镜里又出现了两条极明亮的黄线。他喊一声：“哪里又来的这么一块钠！”一抬头只见本生正将右手食指伸往灯火里面烧。基尔霍夫抢上去一把把他的手打开，喊道〃你疯了！〃
“不。刚才一高兴，眼睛一湿，我抹了一点泪水，想让你这个烟盒子看看泪水里有什么新物质。”
读者有所不知。这本生是有名的铁指头。他经常在实验室里和酸碱打交道，十指连烧带磨早就长了厚厚的老茧。他还有个爱好，就是守着一个火炉、烧玻璃，自己吹制出各种形状的仪器。天长日久，火里的铁块，玻璃棒他都敢去抓一下，捏一会儿。他上实验课时经常平平静静地将一只指头伸进灯火里对学生说：“此处的温度大约是华氏三百度。”他刚才用指头抹了一滴泪水，那泪里有食盐（NaCl），自然能看出钠的线谱。不要说一滴泪了，就是手上稍有一点汗，摸一摸白金丝，再到火上一烧，也能显示出钠的黄色线谱。原来只要有二百万分之一毫克的钠盐就足够使灯焰的光谱显出黄线。你只要将一本有灰尘的书在离本生灯不远的地方“啪”地一合，那灯里也就有黄色火星闪过。原来海洋上含有食盐的水气吹到地球各处凝在尘埃里又轻轻飘落。就这么一点都逃不出分光境的眼睛。真是明察秋毫，铁面无私。
却说本生自从有了这个能分光的烟盒子，就像戴维当年一得了电斧就乱砍一样，他把这分“照妖镜”往眼前一架，照得性起，就是茶水、牛奶、肌肉、血液、石块、木片也都要抓来看看它们的光谱。他这样一照还员真出了东西。1860年5月的一天，本生寻来一瓶矿泉水，他将水浓缩，放在灯上一烧，再往镜里一看，光谱面的一个位置上出现了从未有过的天蓝线条，再一找，又找见一种没有见过的暗红线谱。他将灯啪地一下拧灭，高声宣布：“我发现了！”他真的这样轻而易举地发现了两种新元素：铯（拉丁文意为天蓝）和铷（拉丁文意即暗红）。接着1861年英国人克鲁克斯又利用光谱法发现了铊（拉丁文意为绿色），又过了二年，法国化学家又找见了铟（拉丁文意为蓝靛）。寻找新元素的化学家们在茫茫的沼泽地里苦苦挣扎了十六年后终于又拔腿前进了。
我们且不说本生庆贺新发现的胜利，回头再说基尔霍大正被太阳光谱里那一条条的去琅和费黑线缠得好苦。他拿那黑线的位置和地球各种元素的线谱位置相对应，铜、铁、锡、钠、钾、钙，每一种元素的亮线正对太阳光谱的每一条黑线。难道地球上的这些元素在太阳上都没有吗？他想了一个妙法，就是用纯氢氧燃烧生成高热，再把这高热的火焰打在石灰棒上，石灰棒就发出耀眼的光，这是一种“人造太阳”，发出的光谱连续均匀很像太阳，好处是上面没有那夫琅和费黑线。他先让人造太阳进入分光镜，观察了一下，又在这石灰棒光前摆了一盏烧着钠盐的本生灯，让两种光重叠进入分光镜。这时他再对着窥管望去，这一看不得了，他不禁〃唉呀〃一声。原来那本应出现的钠的黄线的地方却出现了一段黑线，正如太阳光谱上的黑线一样。聪明的基尔霍夫用手将脑门一拍，立即悟出了一个道理：钠的火焰不仅自己能发出黄光，它还能吸收外来的黄光，所以外来的光在这一段上就留下了黑线。那么，太阳周围的炽热大气里一定有许多和地球上一样的元素，截留了与自己相对应的光，所以留下许多黑线。夫琅和费线原来是这么一回事啊。又是天上地下一个样！
这基尔霍夫是个性急的人。他一有新想法就半会儿也憋不住。这时正是中午时分，他不顾烈日当头就向本生的住房跑去。本生住在校园后面，独身一人，烛房烛屋，门前草坪一块，翠柳一株，平时甚是安静。谁知今天他刚一转过墙角，就听见是本生的声音在大喊：“抓住他，帮帮忙，抓住他，抓住他！”本来兴冲冲的基尔霍夫突然吃了一惊。想一定出了甚么大事，急忙拔腿向前跑去。只见本生在草坪上东追西赶，还有一群小学生也跟着乱跑乱嚷，却看不清是追甚么人。突然一个小学生，手挥一只捕蝴蝶的长柄网兜向地上一扑，本生也像足球守门员一样，扑身倒地。这时基尔霍夫已经赶到，只见他大汗淋淋，忙问：“你们在抓谁啊？”
本生抬头一看，见是老友基尔霍夫，才擦把汗，喘口租气说：“嗯，在抓它！”基尔霍夫这时才看清，网兜里有只普通苍蝇。原来本生今天正在做计算铍的原子量的实验，他见天气好，就将吸有铍的滤纸拿在窗台上曝晒，不想一只苍蝇飞来贪婪地吸着那带来甜味的铍。本生一见忙追将出来，亏得这群小学生帮忙，才将这个盗贼捉拿归案。这时基尔霍夫说：“要不要用我的分光镜看看它的腿上是否已经偷有你的铍。”本生说：“我好不容易制得一点，让你拿去一烧，还怎么计算？我另有办法。”后来本生将这只苍蝇放入白金坩埚里焚化，又将埚底物质细心收集，竟算出苍蝇偷走的铍是1。01毫克，再加上滤纸上的总数，终于得出铍的精确原子量，这是后话。
先说本生见基尔霍夫大中午跑来便知有要事。而基尔霍夫急慌慌地将他的新发现讲了一遍，语言也不条理，说着干脆点起本生灯将刚才的实验重演一遍。本生连听带看，甚是高兴，他收拾起灯具说：“这么看来，当真天上地下一个样？”
“是的，地上的元素都能在太阳光谱里找见对应的线段。”
“但是，老兄你不要高兴得太早。我这里刚刚收到一本杂志。你看法国人让逊和英国人洛克尔在观察日蚀的时候都从太阳光谱上发现了一条从前没有见过的黄线。你说这是什么元素？”
这基尔霍夫可谓是当时世界上第一位光谱权威，不管天上的元素还是地上的元素，在他的脑海里都早已刻下固定的谱线。他这时端详着这本杂志上的光谱照片，又闭目想想自己记录过的所有光谱表，半天竟找不出它的位置。到底这种元素是什么？且听下回分解。
第四十二回
踏破铁鞋得来却在故纸里，种瓜得豆辛苦终会有收成
——惰性气体的发现 上回说到天文学家让逊和洛克尔在日蚀光中发现一种新谱线，给物理学家出了一个难题，有好几年谁也无法解释。人们只好猜测太阳里可能有一种新元素，于是就把它定名为“氦”（希腊文太阳之意）。谁知一波未平，一波又起。1892年，洛克尔突然收到一封信，信中提出一个无法解释的疑团，洛克尔就干脆把它发表在自己主办的《自然》杂志九月号上：
“今有一事特向贵刊和贵刊的读者求教。我最近多次用两种方法制取氮气，但它们的密度总不一样。既是同一物为什么会有两种密度呢？”
瑞利 1892年9月24日
各位读者，你道这个瑞利（1842－1919）是谁？他是英国剑桥大学的教授。此人有极好的耐心，因此他也就选了一个极要耐心的研究题目，那就是测量各种气体的密度（密度是指一升气体在0度和一个大气压下的质量）。而他的实验室里也有当时极好的一架天秤，灵敏度可达到万分之一克。他制了一个大玻璃球。用真空泵将球内空气抽空，称出球重，算出体积，再充进各种气体，称出净重，求出密度。干这种重复枯燥的事，他真能不厌其烦。每种气体都要称几次，而且气体每次都得以不同方法制得，如果测量结果都一致了，这才放心。他就这样称了氢又称了氧，称了氧又称氯，称了氯又称碳酸气，对着那个玻璃球，抽了又充，充了又称，称了再算。从1882年开始一直干了整整十年。这工作虽然枯燥，但那些气体在他的手中都一一有了精确的密度，内心倒也十分愉快。不想到第十个年头上，瑞利这个办法再也不灵。他测氮气密度，第一个办法是让空气通过烧得红热的装满铜屑的管子，氧与铜生成氧化铜，剩下的就是氮气，密度为每升1。2572克。第二个办法是让氧气通过浓氨水，生成水和氮气，这种氮气的密度为每升重1。2560克，比空气中的氮轻了0。0062克。瑞利百思不解，便向《自然》杂志为了以上那封信。信发表后，瑞利一面盼着回音，一面不停地重复这个实验。谁知道这个0。0062就像鬼影一般，挥之不去，闭眼又来。直气得他真想把那个玻璃球一拳砸烂。小数点后面三位的小误差，这在一般人也就算了，但是细心的瑞利却决不肯放它过去。而他的信在杂志上公布了二年，竟没有收到一封回信。瑞利实在等得不得了，便带上他的仪器直闯皇家学会。1894年11月l9日，他向许多化学家、物理学家当面做了一个关于“两种氮气”的报告。这一招还真灵，报告刚完，便有一个化学家拉姆赛（1852－1916）自报奋勇出来帮忙，他说：“两年前我看到你那封信还没有弄懂其意，今天我明白了，你从空气中得到的氮气一定含有杂质，所以会密度稍大。”这真是响鼓不用重槌，明人不用多说，瑞利恍然大悟：杂质不就是未发现的新物质吗？原来一块新大陆正在招唤他呢！瞬间，心头的愁云早已化成了眉梢上的笑意。他想，或许我已经抓住新元素的尾巴了。这瑞利正喜不自禁，突然有一个叫杜瓦的物理学家又走上前来将他的肩膀拍了一把：“老兄，这个问题卡文迪许早在20年前就曾提出过，我建议您去查查他留下来的笔记，或许能帮您一把。”卡文迪许（1731－1810），瑞利现在就正在卡文迪许实验室工作，那些旧笔记就锁在他手边的柜子里。他一听这话更是喜上加喜，连忙喊道：“我现在就收拾东西回剑桥去。”
各位读者，你道这卡文迪许何许人也？他可算得上科学史上的一个怪人。他出身贵族，很有钱，但是一不做官，二不经商，三不交际。他把钱都用来买科学仪器和图书，他还盖了一个很像样子的私人图书馆，任何人都可以来借书，但是一定要按时归还，就是他自己看书也要先打个借条，办个手续。他的穿戴全是上个世纪的打扮，所以一出门就有许多小孩子跟在后面，又叫又笑。他一辈子没有结婚，不知缺根什么神经，从心里厌恶女人，家里用看女仆，但又规定不许与他见面。每天早晨，他将吩咐女仆办的事写在纸上，放在固定地方。吃饭时女仆先摆好饭菜退出餐厅，他再进来落坐。他离开后，才许女仆进来收拾碗筷。一天，他在楼梯上与女仆偶然相遇，一时竟气得发抖，返身找到管家，命令再造一个楼梯，男女各行其便。他思维怪异，一生发现甚多，比如：第一个从水中电解出氢、氧，并测出比例；第一个测出地球的密度等等。但是他又极少公开发表，宁肯让这许多成果掩藏在尘封土埋的笔记本里。直到他死后五十年，麦克斯韦受命筹建卡文迪许实验室，才十分吃力地将这些“天书”一本本地整理发表。这件事，着实使那个极聪明的麦克斯韦晚年耗费了许多的精力。
再说瑞利连忙赶回剑桥，一进实验室就开箱启柜，抱出那一叠叠纸色变黄的笔记，终于在皇家学会1784年和1785年的年报中找见卡文迪许的一篇《关于空气的实验》，而在他的笔记中又读到了更详细的实验记录。原来这个怪人想出了这样一个怪办法，他将一个U形管的两头浸在两个装有水银的酒杯里，架起一个天桥，再用当时还原始的摩擦起电机从两头通电，U形管中的氧气和氮气在电火花一闪时便化合成红色的二氧化氮，接着滴进一种特殊溶液将其吸收，再通氧，再化合，如此反复多次。卡文迪许和他的助手轮流摇起电机，整整摇了三个星期，最后弯管中还剩下一个很小的气泡，任你怎样通电，它也再无丝毫的表示。卡文迪许当时就断定，看来空中
