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第49章 开启有趣的科技之最大门(6)

目前,氟的制备主要是用一种叫荧石的矿物,成分为氟化钙。早在1771年,瑞典人席勒就从荧石中制取氟化氢。1810年英国的戴维研究了氟化氢的性质,把氟确定为是与氯相似的一个元素,并命名为氟。直到1886年,德国的莫瓦桑真正用电解法第一次制取了纯净的氟。

氟的化合物以氟化氢应用最广。氟化氢以及它的水溶液能和玻璃成分中的二氧化硅反应,生成挥发性的四氟化硅,玻璃被溶解,因此人们可利用它在玻璃上刻画刻度和花纹。氟化氢又是制造塑料王——聚四氟乙烯和著名冷冻剂氟里昂的必不可少的原料。原子能工业崛起后,氟有了更为重要的用途。因为在铀的所有化合物中,只有氟化铀最易挥发,用氟处理铀矿,加以分馏,便可把铀元素和其他杂质分开,进而获得纯净的铀。

据报道,我国科研人员已研制成人造血液,并在临床应用上获得了很好的效果。这种人造血液,实际上就是一种含有氟的氟碳化合物溶液,它能像细胞那样携带氧气,因而可以用来作为血红蛋白的代用品。

最适合制造高温温度计的金属

我们平时常用的玻璃温度计多为水银温度计,玻璃管里边装的是汞。汞的沸点为356.58℃,这对于测量一般气温是足够用的。但是,工业上有时要测量上千摄氏度的温度,这样一来,水银温度计就不能用了。于是人们找到了金属镓来帮忙。

镓的沸点很高,为2 403℃,但熔点很低,只有29.78℃。也就是说,把镓放在手上,人的体温就能使之熔化。这一性质决定,镓可以用来测量29.78℃到2 403℃内的温度。人们把镓充入耐高温的石英细管中,做成高温温度计,广泛应用于工业领域。

镓的用途还不止于此,它还是一种优良的半导体材料,可用于电子设备。另外,含镓的合金都是易熔的。人们根据这一特性,用镓锌合金或镓锡合金制成消防器的保险装置。当着火时,温度一升高,保险装置就会熔化,灭火龙头即可自动打开,喷出自来水灭火。

最早利用浮力进行水下打捞的人

我国北宋时期打捞沉没在黄河中的铁牛时,采取了利用浮力进行水下打捞的技术,这不仅在我国,而且在世界上都是最早的。

1 200多年前,在山西蒲州附近有座横跨黄河的蒲沁浮桥,这是当时的重要渡口。浮桥是用一根巨大的铁链将许多浮船串联在一起而形成的。铁链分别系在黄河两岸沙滩上8个巨大的铁牛身上。

大约在北宋治平元年至四年(1064—1067年)间,蒲沁浮桥被洪水冲垮,两岸沙滩上的铁牛也不幸被冲入河中,深陷于河底。当地官府对此束手无策,只好发出告示征求打捞铁牛的办法。这时一个叫怀平的僧人出面解决了这个难题。

怀平先指挥人们用土装满两条大船;接着把绳索的一端拴在船上,并派人潜入水中将绳索的另一端系在河底的铁牛上;然后,怀平让人们把船上的土卸下去。这样,船在水中越浮越高,并且利用船只上浮的力量,将河底的铁牛提升起来。最后再把船慢慢驶向岸边,铁牛被拖到浅水区后,人们把铁牛搬上了岸。

怀平发明的这种利用浮力进行水下打捞的技术,至今国内外仍在沿用。

酸性最强的化合物

我们通常所知的盐酸、硫酸都是强酸,而食醋中的醋酸、葡萄酸、柠檬酸都算做弱酸。

不管是强酸还是弱酸,它们都有一些共同的性质。这是因为一切酸类物质在水溶液中都能不同程度地离解而生成氢离子。它们的共同特性是都有酸味,能使紫色石蕊试纸变成红色,能同镁锌等性质活泼的金属发生不同程度的反应,通常放出氢气等。强酸与弱酸,尽管都有这些性质,但程度上强弱不同。

硫酸、硝酸等虽是强酸,但并不是最强的,最强的酸是高氯酸。高氯酸是一种透明的液体,把它放在空气中,会强烈冒烟,具有极强的腐蚀性。它的氧化能力惊人,把纸、木炭等乙烯物投入高氯酸,马上会引起燃烧甚至爆炸。高氯酸受热易分解,温度超过90℃时,也会发生爆炸。皮肤上若溅上高氯酸,会引起灼伤,故而制取和使用高氯酸要极其小心。高氯酸溶于水后,性质会稳定得多。

世界科学的最高奖

诺贝尔(1833—1896年)是瑞典著名化学家和发明家,他获得专利的发明就有255项,其中最主要的是1863年发明的水银雷管,1867年发明的安全烈性炸药和1875年发明的爆炸胶等。他先后得到瑞典、英国、德国等多国政府的发明专利权,世界各地争相购买他的炸药,因此诺贝尔成了百万富翁。

诺贝尔终身未娶,临终前立下遗嘱,声明其遗产不赠予任何亲友,并规定从遗产中提取920万美元作为基金,把每年的利息约20万美元奖给对世界科学事业作出卓越贡献的科学家,这就是后来的诺贝尔奖金。

诺贝尔奖金设有物理学、化学、生理学或医学、文学、和平五种奖1968年又增设了经济学奖。长期以来,诺贝尔奖金是世界上声誉最高的科学奖金。

诺贝尔奖金由瑞典政府的一个委员会管理,物理、化学和经济学奖由瑞典皇家科学院负责评定,生理学或医学奖由斯德哥尔摩卡罗琳外科医学研究院评定,文学奖由瑞典文学院评定,和平奖由挪威议会选出的五人委员会评定。

第一次诺贝尔奖金是1901年12月10日颁发的。除因战时中断外,每年的这一天分别在斯德哥尔摩和奥斯陆两地举行颁奖仪式。自诺贝尔奖金颁发以来,它的评选过程从未改变过。每年由瑞典及各国已获得诺贝尔奖者和各学科、行业权威人士郑重推荐候选人约2 000名,其中数百人被正式推荐给评审会,经长时间的调查与秘密会议决定出最后得奖人。

诺贝尔奖金的颁发注重重大的科学成就,必须经历时间的考验,证明这些科学家的工作成果确实对科学、生产的发展起了重大作用。坚持这一条,就保证了发奖对象基本上选得准确,保证了得奖的科学成果的高水平。另外,颁奖委员会还注意奖励开创性的基本研究、基础理论的研究和工具方面的创造性研究。

一生中获得过两次诺贝尔奖金的科学家只有两人。第一位是居里夫人,她由于发现了镭的放射性而与丈夫皮埃尔·居里以及另一位法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔共同获得1903年度的物理学奖。后来,为了表彰她在发现钋和镭这两个新元素方面的功绩,又授予她1911年度化学奖。第二位两次获诺贝尔奖金的人是美国物理学家巴丁,他由于发明世界上第一只晶体三极管而与另两位美国物理学家一起获得1956年度物理学奖。后来他又在超导理论方面取得重大突破,与另外一位美国学者一起获得了1972年度物理学奖。

诺贝尔奖对推动科学研究造福人类起了巨大的作用。

最早发明算盘的国家

算盘也是中国古代的一项伟大发明。中国的算盘是由古代的“筹算”演变而来的,筹算就是运用一种竹签做筹码来进行运算。唐代末年,筹算乘除法出现改进,到宋代产生了筹算的除法歌诀。

在元代中叶和元末的文学、戏剧作品中都提到过算盘。15世纪中叶,《鲁班木经》中载有制造算盘的规格。约在明代末年,算盘逐渐流行。论述算盘的著作也随之产生,流行最广的是1593年明代程大位所辑的《算法统宗》。

由于珠算口诀便于记忆,运算又简易方便,因而在中国被普遍应用,同时也陆续传到日本、朝鲜、印度、美国及东南亚等国家和地区,受到广泛欢迎。算盘的出现,被称为人类历史上计算工具的重大改革。现在,中国财贸、工农业及各种企业有数千万人仍在使用算盘。

1981年中国又研制成功了电子算盘。这种电子算盘的上半部采用微型集成电路,下半部是算盘。它根据加减算盘快、乘除电子计算机优越的特点,综合成一个整体,乘除运算用上半部,加减运算用下半部,从而大大提高了珠算的效率。这种古代文明与现代科学结合的成果,证明珠算经更新换代,仍可发挥它的计算功能,并且可以达到更完美的境界。

最早用玉的国家

我国是世界上最早用玉的国家,素有“玉的故乡”之称。早在7 000多年前,我国就利用玉制造出大量玉制品,可见我国人民爱玉、用玉历史之悠久。

1973年,浙江余姚河姆渡新石器晚期遗址中出土了大量玉制品,经科学鉴定距今有7 000多年的历史。据《逸周书·世浮》载:“凡武王俘商得宝玉万四千,佩玉亿(当时为10万)有八万。”这也说明,我国早在商朝和周朝时代就已把玉当做装饰品和吉祥避邪之物了。

从大量的出土文物中发现的玉制品、历代宫廷珍藏的玉器以及史籍中有关玉的记载都说明,我国历代的玉制品及玉器是中华民族灿烂文化的组成部分。

我国使用最多的玉是软玉,又称玉石,它主要是由透闪石矿物组成,硬度6到6.5,质地细腻。在各色软玉中,尤以洁白如脂的玉为最好,素有“羊脂玉”之称。唐诗“葡萄美酒夜光杯”中的“夜光杯”据说就是羊脂玉所制。元代雕琢的北京团城大玉瓮,是一块产自新疆各色品种相杂的软玉珍宝。故宫珍宝石著名的“大禹治水玉山”则是由一块万斤重的新疆软玉(青白玉)琢磨而成。

最早利用热气流产生机械旋转的装置

出现在我国北宋时期的走马灯,是世界上最早利用热气流产生机械旋转的装置。

我们都知道,空气在燃烧受热后上升,冷空气进入补充,由此而产生空气对流。走马灯就是利用燃烧加热而上升的空气推动纸轮旋转制成的。

北宋时期制造的走马灯构造很简单。它是在一根主轴的上部横装一个叶轮,再在叶轮下面、主轴底部安装一个烛座,蜡烛燃烧后,产生的热空气上升,即可推动叶轮转动。在主轴的中部,沿水平方向横装四根铁丝,铁丝上贴上人或马的剪纸。夜间纸人纸马随着叶轮和主轴旋转,影子就投射到灯笼的纸(或纱)罩上了。

走马灯的构造原理和现代的燃气涡轮机是相同的,甚至可以说,走马灯是燃气涡轮机的萌芽。而欧洲直到公元16世纪才出现与走马灯类似的利用热气流产生机械旋转的装置,比中国晚了好几个世纪。

最早对合金规律的认识

青铜是铜、锡等元素的合金,因其颜色青绿而得名。早在夏代,我国就已进入了青铜时代,商、周时期更冶铸了数量众多、工艺精良的青铜器,创造了举世闻名的青铜文化。

我国古代劳动人民在长期的青铜冶铸实践中,总结出了配制铜锡合金的六条原则,即“六齐”。“齐”同“剂”,是调剂、剂量的意思。六齐是世界上最早对合金规律的认识。

六齐见于春秋战国时期成书的《周礼·考工记》,书中认为青铜中铜和锡的重量比在钟鼎之齐是6∶1;在斧斤之齐是5∶1;在戈戟之齐是4∶1;在大刃之齐是3∶1;在削杀矢之齐是5∶2;在鉴燧之齐是2∶1。

我们知道,青铜含锡量在17%(1/6)左右,质坚而韧,音色较好,这正是铸钟鼎之类所需要的。大刃和削、杀、矢之类的兵器要求有较高的硬度,含锡量应比较高。斧、斤等工具和戈、戟等兵器需有一定韧性,所以含锡量应比大刃、削、杀、矢低。鉴燧之齐含锡量高,是因为铜镜需要磨出光亮的表面和银白色金属光泽,还需要有较好的铸造性能以保证花纹细致。

由此可见六齐的基本精神与现代科学原理是相合的,它是合金配比的经验性科学总结。

古代最先进的车马系驾法

我国古代创造的车马系驾法在当时世界上是最先进的。

在商、周时代,我国采用的是轭靷(轭,牛马等拉东西时架在脖子上的器具;靷,引车前行的皮带)式系驾法,马的承力点在肩胛两侧接轭之处。

前2世纪,又将轭靷法改进为更简便的胸带式系驾法。胸带法将用前车的鞅(古代用马拉车时安在马脖子上的皮套)与靷相连接,承力部位降至马胸前,使轭变成一个支点,只起支撑衡、辕的作用。

而西方在古代采用的是颈带式系驾法,即将马用颈带系在车轭上,轭接着衡,衡连着辕,驾车的马用颈带负衡曳辕前进。由于颈带压迫马的气管,马奔走得越快,呼吸就越困难,若奋力前行,有可能被勒死。一直到公元8世纪,西方才将颈带法改进为胸带法。

到13世纪60年代,我国又完成了鞍套式系驾法的创制,而西方直到14世纪才有使用鞍套式系驾法的文字记载。直到今天,鞍套式系驾法仍然是世界上通用的系驾方法。

由此可见,我国古代创造的车马系驾法在当时世界上是最先进的。

对潮汐现象最早的科学解释

我国东汉时期的唯物主义思想家王充,是世界上最早用科学方法解释潮汐现象的人。王充(27—约97年),字仲任,会稽上虞(今浙江上虞)人,曾任郡功曹、扬州治中等职。

王充在《论衡·书虚》中,针对潮汐现象是鬼神驱使而生的迷信说法,明确指出:“潮之兴也,与月盛衰,大小,满损不齐同。”说明潮水涨落同月亮盈亏有着密切的关系,从而在潮汐学中引进了天文学方法。这是最早用科学方法对潮汐现象所作的解释,而欧洲直到12世纪才达到这样的认识。

不仅如此,我国古代在潮汐研究方面也走在世界前列。唐代窦叔蒙著的研究潮汐的专著《海涛志》,结合天文历法来解释潮汐的周日、周月和周年的变化,并建立了推算一个月中每天高潮、低潮时刻的图解方法。

《海涛志》是世界上关于编制潮时预报图的最早文献。到宋代,潮汐研究达到了高峰,据统计,当时的潮汐学专著至少有20多种。

最早的无线电通信机

1820年,奥斯特发表了著名的奥斯特实验成果,第一次揭示了电流能够产生磁的物理现象。在此基础上,法拉第于1831年发现了电磁感应定律。到了1873年,麦克斯韦提出电磁场理论,并描述了电磁波的一些基本性能。1888年,赫兹成功地在导线中激起了高频振荡,并在导线周围测得了电磁场,从而用实验证实了电磁波的存在。这一切都为无线电通信的发明奠定了坚实的基础。

自赫兹的实验成果发表以后,人们就产生了制造利用电磁波传递信息的无线电通信机的思想,并做了大量的实验,结果都没有成功。直到1895年5月7日,亚历山大·斯捷潘诺维奇·波波夫在俄国物理化学学会上,第一次公开演示了他所发明的名叫“雷电指示器”的无线电接收机。第二年在同一学会上又演示了距离为250米的无线电通信。接着,意大利科学家马可尼将无线电通信付诸实用,并申请了专利权。

波波夫发明的这架最早的无线电通信机,是利用火花放电来产生高频电磁振荡的。这种火花放电具有高频振荡特性,振荡频率由天线和导线等的电感和电容量决定。这种高频阻尼振荡由天线辐射到空间,这就是发射出去的无线电信号。

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