偶然与科学发明

沈德廉

实践出真知,许多重大的科学发明常常源于日常生活中的小事｡发明者胜于常人之处就是能发现平常小事中的不平常之处,揭示其奥秘,造福于人类｡

“烘”出的烈性炸药

一天,瑞士化学家桑拜恩做实验时,把硝酸和硫酸的混合液装在坩埚里,在炉子上加热｡可一不小心坩埚被他打翻了,灶台上､地上到处洒满了混合液｡桑拜恩情急之中,随手拿了妻子的围裙进行擦拭｡擦完之后,他把围裙放在炉子上烘干｡过了一会,只听得“哧”的一声,爆炸发生了,围裙瞬间化为灰烬｡

桑拜恩顺着这个“偶然”,通过进一步的研究,很快就发明了一种以混合酸(主要是硝酸)和纤维为主要成分的威力强大的新型炸药——硝酸纤维炸药｡它在开矿山､修铁路和战场上都显示出强大的威力｡

艾克曼发现维生素

1893年,荷兰医生艾克曼在爪哇岛工作｡有一位厨师,喂鸡时为了减少饲料用量,经常用剩饭喂鸡,结果鸡得了肿脚病,有的鸡还死去｡几个月以后,换了一位新厨师,他喂鸡时常喂给带糠皮的饲料,这样使原来一些患脚肿病的鸡一一康复了｡艾克曼根据这一发现,再把糠皮当做药品给人吃,患有脚肿病的人也奇迹般地痊愈了｡那么,糠皮里是一种什么物质能够治疗脚肿病呢?经过再三研究,原来是维生素B1在起作用｡由于艾克曼的这一杰出贡献,他获得了诺贝尔生理学､医学奖｡

伦琴发现X射线

1895年,伦琴在德国沃茨堡大学实验室里研究一种叫克鲁克斯管的光学仪器｡一天晚上,伦琴用黑纸把梨状的克鲁克斯管严严实实地包裹起来,并关闭所有门窗,想看看它在黑暗中是否发光｡当接通高压电源时,一种奇异的现象发生了:在克鲁克斯管附近的一条板凳上竟射出一束绿色的荧光!他赶紧把电源切断,荧光也随之消失;一接通电源,荧光又出现了｡反复多次,都是如此｡伦琴惊奇异常｡他仔细检查发出荧光的地方,原来那里有一块硬纸板上镀了一层叫亚氟铂酸的晶体材料｡为什么会发光呢?莫不是克鲁克斯管有某种未知的射线射到荧光物质上引起的?有一次,他把妻子的手放在管子与纸板之间,手掌下放一张照相底片｡电源一接通,他夫人的一张手骨结构X光照片就拍好了｡这就是世界上第一张X光照片｡

伦琴对这一现象的发现非常兴奋｡他在写信给朋友时说道:“我经过这么多试验,唯恐是在做梦!但现在,我终于发现了一种光｡我也不晓得叫什么光,无以名之,就把他叫X光吧!”就这样,一项标志着物理学进入高能物理研究时期的伟大发现诞生了,伦琴也因此获得诺贝尔物理学奖｡

望远镜的发明

1607年,在荷兰一个名叫密特尔堡的小镇上,住着一位名为利比斯赫的眼睛制造工匠｡他的三个顽皮的孩子经常拿着他磨坏的镜片当玩具｡有一天,孩子们拿着磨坏的镜片正在玩耍,其中一个孩子两只手各拿一块镜片站在窗台上,偶然将两块镜片一前一后相隔一段距离重叠起来,猛然间,他发现通过这两块镜片能将远处的景物“拉”到眼前,看得十分清楚｡他兴奋地将这一发现告诉了父亲｡利比斯赫听了之后,用同样的方法果然看清了远处的景物｡

兴奋之余,他仔细查看了这两块镜片,原来是一块老花镜片和一块近视镜片｡只要老花镜片在前,近视镜片在后,再适当调整两块镜片之间的距离,就可以拉近远处的景物,看得更加清楚｡于是,利比斯赫将两块镜片插到一个长度为30厘米圆筒的两端,其中一块可以移动｡这样,世界上第一台望远镜就制造成功了｡虽说这台望远镜还很简陋,但它宣告人类即将拥有千里眼｡很快,各式各样的更加先进的望远镜诞生了｡

一束鲜花带来的发明

300多年前的一天,波义耳正在向一只试管加进盐酸,一不小心盐酸溅到了旁边的紫罗兰上｡波义耳非常心疼,赶快拿着紫罗兰对着水龙头冲洗｡谁知冲洗后,他看到了一个意想不到的现象:那些溅上盐酸的紫罗兰花瓣一转眼间就变成了红色｡波义耳想:“其他的酸能不能使它变成红色呢?”经过试验,证明各种酸都可以使它变成红色｡

面对试验结果,波义耳产生了一系列的联想:酸能使紫罗兰变成红色,碱能否使它变成某种颜色呢?紫罗兰遇酸会改变颜色,其他的鲜花也可以吗?花瓣遇酸会变红,花瓣的浸出液遇酸也能变红吗?如果是这样,不就可以制成一种标记物质酸碱性质的指示剂吗?

经过许许多多的试验,波义耳终于发现,自然界中很多植物的花瓣及其浸出液,遇酸都会变红,遇碱变蓝,而变色效果最显著的要数地衣类植物石蕊｡于是他用石蕊的浸出液制成了石蕊试纸,这种试纸直到今天仍然被广泛应用｡

偶然产生现代步枪之父

最早使用的枪支,子弹射程不远,更糟糕的是子弹在前进中摇摇晃晃,甚至打跟斗,方向极易偏差,因此射击精度一直难以解决｡人们后来采取加长枪管､在枪管内刻上与枪管平行的槽线等办法,以提高射击精度,但问题没有根本解决｡1838年,一位名叫德尔文的法国军官看到孩子们玩陀螺的情景:上粗下细的陀螺,一旦转动起来就不容易倒下来了｡即使陀螺是偏心的,也是绕中心轴线前进运动,尖头运动非常稳定｡德尔文想,如果能让子弹头在出膛后的飞行过程中保持高速旋转,不就可以让它始终保持一个方向､稳定飞行了吗?于是他把枪管里的膛线改成螺旋线,这样子弹射出来后一直高速旋转前进,射击精度大为提高,有效射程也增加了｡

1854年,装备了这种新式步枪的英､法､土联军,在克里美亚同俄军交战时受益巨大｡德尔文也声名远播,恩格斯将德尔文称为“现代步枪之父”｡后来人们还把这一原理用到火炮上,从而大大提高了炮弹打击的精确度｡

微波炉的使用

1946年的一天,美国雷西恩公司的几位工程技术人员正在做雷达振荡器起振实验,一名叫斯潘塞的工程师被分工做波长为25厘米的微波在空间分布状态的研究工作｡当一切准备就绪后,电源接通,雷达开始工作,发射出强大的电磁波｡

这时斯潘塞的一位同事发现斯潘塞的衬衣左胸部出现了一片殷红色,就大叫“斯潘塞,你负伤了!”可解开衬衣一看,皮肉丝毫无损｡原来是放在衬衣口袋里的巧克力融化了｡

经过研究,斯潘塞终于弄清了:当雷达的微波照射到物品上时,微波的电磁作用使物品的分子被极化｡又因为微波在物品中产生的是高频交变电场,故分子极化的极性也就随电场的变化而快速改变,从而就使物品中的分子彼此发生摩擦产生热量｡这就是巧克力融化的原因｡

根据这个原理,斯潘塞自己动手制成了世界上第一台微波炉｡微波炉加热食品时,食品里外同时加热,既节省能量,又不破坏食物的结构,使食物原有的色香味不变｡这种产品一问世便大受欢迎,即使到今天也同样如此｡

从对偶然的研究探索而获得科学发明,这在科学史上比比皆是｡这印证了英国著名医生格雷说过的一段话:“人们猜想:对大自然最细微的逸出常轨举动十分注意,并从中得益,这种罕见的才能是否就是优秀研究者头脑的奥秘,是否就是为什么有些人能出色地利用表面上微不足道的偶然事件而取得显著成果的奥秘｡”