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第48章 怪异的光谱线

夫琅和费是德国一个贫穷人家的孩子。11岁时,他做了一个光学师傅的学徒,住在慕尼黑城的一间破屋子里。几年后,他所住的房子突然倒塌了,里面的房客均被压死,只有可怜的夫琅和费幸免于难。当时,一位好心的先生送给夫琅和费18块金币。夫琅和费用这些钱买了书籍和光学仪器。经过刻苦学习和钻研,他成为一名能干的光学匠。夫琅和费19岁时,被一家制造玻璃和光学仪器的工厂雇用。几年后,为了改进天文望远镜上的物镜,夫琅和费开始从事棱镜和折光方面的研究工作。

1814年,夫琅和费在重复做牛顿分解太阳光的实验时,在一间小黑屋子的窗板上开了一条狭缝,让太阳光通过这条缝射入屋子里,成为一条扁扁的光束。光束经过三棱镜后变成了宽大的扇形,落到对面的白墙上,成为从红到紫的光带。夫琅和费原本想找到一种只发一个颜色的光的光源,却意外地发现了太阳光谱中的一些重要现象。

实验中,他发现太阳光谱中有许多条暗黑的谱线。经过仔细的统计,黑线共有567条。为了研究方便,他采用A、B、C、D……等字母来代替其中一些较粗的谱线。这些暗黑的谱线是怎么形成的呢?这个问题不仅夫琅和费完全不能解释,当时的许多物理学家也无法解释。

1859年,德国著名化学家本生和物理学家克希霍夫揭开了这些暗黑谱线之谜。本生是一位任教多年的化学教授。他发明了一种至今还有人在使用的煤气喷灯。这种喷灯的火焰在白天几乎看不出来,可是火焰的温度却很高,可以达到一两千度以上。这种灯后来就叫本生灯。

1858年,本生用这种灯专心致志地研究各种物质在高温火焰中的变化。他发现有些物质能把无色的火焰染得异常明亮。当他把一小块食盐放入火焰中,无色的火焰显得更亮,并且立刻变成黄色。食盐是氯和钠这两种元素组成的。那么,到底是什么把火焰染黄的呢?是氯还是钠?

为了弄清这个问题,本生又作了一个实验。他使用了一种含钠而不含氯的物质,如苏打和芒硝,结果火焰变成了明亮的黄颜色的光。实验得成功,促使本生做了许多范围更广的类似的实验。他把不同物质的液体沾在一根像头发丝那样细的铂金丝上,然后放在本生灯上燃烧,记录下各种不同物质燃烧时的颜色,如钠的火焰是黄色的,钾的是紫色的,铜的是绿色的,锶的是红色的等等。

不久,本生又发现,钠盐的溶液是黄色的,混有一些锂盐杂质的钠盐溶液也是黄色的。怎样才能辨别区分这些物质信号呢?本生研究了很久,尤其是努力把锂和锶这两种物质的光焰相区别,但是怎么也未能如愿。

正在这时,他想起了好朋友基尔霍夫。基尔霍夫是一所大学的物理学助教。当他得知本生遇到的困难以后,决定制造一种物理仪器,区别出各种光焰颜色之间的差别。基尔霍夫找来一个直筒望远镜,把它锯成两截,再加上一块石英三棱镜。他把带有透镜的那半截望远镜放在一个盒子里,圆筒露在外面,然后用一块带有一条细缝的圆盘把圆筒遮起来,使光线进入盒子以后经过棱镜转向一边,变成一面宽阔的彩色扇形,再进入另半截望远镜。观察者的眼睛凑近目镜,可以看到由细缝射进来的光的光谱。这就是世界上第一台“分光镜”。基尔霍夫的这台简陋的分光镜,正是现代各种先进的光谱仪的“老祖宗”。

基尔霍夫带着他的分光镜来到本生的实验室,两个人合作研究。经过多次成功的实验,他们创立了一种新的化学分析方法——光谱分析法。这种方法非常灵敏,只要一毫克的三百万之一的钠,送到火焰里,在光谱中就能看到钠的黄色谱线(简称黄线)。用手指摸一下铂金丝,也可以烧出黄线,因为汗水中含有钠。实验表明,每一种物质,在它得到足够热量时就能发出光,每一种元素能发出其本身特有颜色的光。分光镜能将光分成一条条颜色,人们把这一条条颜色称为光谱。各种元素的光谱是不同的,因此人们就可以根据发出的光谱来鉴定这种元素。用光谱分析各种物质或用光谱寻找新的元素,很快成为当时最时髦的科学研究课题。

上天拿走我们一部分东西的同时,一定会给我们另外一样。因此不管何时我们都不能放弃自己的理想,成功就是一次又一次的突破,一次又一次的失败。但是不走到最后那一天谁又知道呢?在困难中才能磨练出意志,强大自己的内心,让自己在面对困难的时候更加坚强。

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