偶然與科學發明

沈德廉

實踐出真知,許多重大的科學發明常常源于日常生活中的小事?發明者勝于常人之處就是能發現平常小事中的不平常之處,揭示其奧秘,造福于人類?

“烘”出的烈性炸藥

一天,瑞士化學家桑拜恩做實驗時,把硝酸和硫酸的混合液裝在坩堝里,在爐子上加熱?可一不小心坩堝被他打翻了,灶臺上?地上到處灑滿了混合液?桑拜恩情急之中,隨手拿了妻子的圍裙進行擦拭?擦完之后,他把圍裙放在爐子上烘干?過了一會,只聽得“哧”的一聲,爆炸發生了,圍裙瞬間化為灰燼?

桑拜恩順著這個“偶然”,通過進一步的研究,很快就發明了一種以混合酸(主要是硝酸)和纖維為主要成分的威力強大的新型炸藥——硝酸纖維炸藥?它在開礦山?修鐵路和戰場上都顯示出強大的威力?

艾克曼發現維生素

1893年,荷蘭醫生艾克曼在爪哇島工作?有一位廚師,喂雞時為了減少飼料用量,經常用剩飯喂雞,結果雞得了腫腳病,有的雞還死去?幾個月以后,換了一位新廚師,他喂雞時常喂給帶糠皮的飼料,這樣使原來一些患腳腫病的雞一一康復了?艾克曼根據這一發現,再把糠皮當做藥品給人吃,患有腳腫病的人也奇跡般地痊愈了?那么,糠皮里是一種什么物質能夠治療腳腫病呢?經過再三研究,原來是維生素B1在起作用?由于艾克曼的這一杰出貢獻,他獲得了諾貝爾生理學?醫學獎?

倫琴發現X射線

1895年,倫琴在德國沃茨堡大學實驗室里研究一種叫克魯克斯管的光學儀器?一天晚上,倫琴用黑紙把梨狀的克魯克斯管嚴嚴實實地包裹起來,并關閉所有門窗,想看看它在黑暗中是否發光?當接通高壓電源時,一種奇異的現象發生了:在克魯克斯管附近的一條板凳上竟射出一束綠色的熒光!他趕緊把電源切斷,熒光也隨之消失;一接通電源,熒光又出現了?反復多次,都是如此?倫琴驚奇異常?他仔細檢查發出熒光的地方,原來那里有一塊硬紙板上鍍了一層叫亞氟鉑酸的晶體材料?為什么會發光呢?莫不是克魯克斯管有某種未知的射線射到熒光物質上引起的?有一次,他把妻子的手放在管子與紙板之間,手掌下放一張照相底片?電源一接通,他夫人的一張手骨結構X光照片就拍好了?這就是世界上第一張X光照片?

倫琴對這一現象的發現非常興奮?他在寫信給朋友時說道:“我經過這么多試驗,唯恐是在做夢!但現在,我終于發現了一種光?我也不曉得叫什么光,無以名之,就把他叫X光吧!”就這樣,一項標志著物理學進入高能物理研究時期的偉大發現誕生了,倫琴也因此獲得諾貝爾物理學獎?

望遠鏡的發明

1607年,在荷蘭一個名叫密特爾堡的小鎮上,住著一位名為利比斯赫的眼睛制造工匠?他的三個頑皮的孩子經常拿著他磨壞的鏡片當玩具?有一天,孩子們拿著磨壞的鏡片正在玩耍,其中一個孩子兩只手各拿一塊鏡片站在窗臺上,偶然將兩塊鏡片一前一后相隔一段距離重疊起來,猛然間,他發現通過這兩塊鏡片能將遠處的景物“拉”到眼前,看得十分清楚?他興奮地將這一發現告訴了父親?利比斯赫聽了之后,用同樣的方法果然看清了遠處的景物?

興奮之余,他仔細查看了這兩塊鏡片,原來是一塊老花鏡片和一塊近視鏡片?只要老花鏡片在前,近視鏡片在后,再適當調整兩塊鏡片之間的距離,就可以拉近遠處的景物,看得更加清楚?于是,利比斯赫將兩塊鏡片插到一個長度為30厘米圓筒的兩端,其中一塊可以移動?這樣,世界上第一臺望遠鏡就制造成功了?雖說這臺望遠鏡還很簡陋,但它宣告人類即將擁有千里眼?很快,各式各樣的更加先進的望遠鏡誕生了?

一束鮮花帶來的發明

300多年前的一天,波義耳正在向一只試管加進鹽酸,一不小心鹽酸濺到了旁邊的紫羅蘭上?波義耳非常心疼,趕快拿著紫羅蘭對著水龍頭沖洗?誰知沖洗后,他看到了一個意想不到的現象:那些濺上鹽酸的紫羅蘭花瓣一轉眼間就變成了紅色?波義耳想:“其他的酸能不能使它變成紅色呢?”經過試驗,證明各種酸都可以使它變成紅色?

面對試驗結果,波義耳產生了一系列的聯想:酸能使紫羅蘭變成紅色,堿能否使它變成某種顏色呢?紫羅蘭遇酸會改變顏色,其他的鮮花也可以嗎?花瓣遇酸會變紅,花瓣的浸出液遇酸也能變紅嗎?如果是這樣,不就可以制成一種標記物質酸堿性質的指示劑嗎?

經過許許多多的試驗,波義耳終于發現,自然界中很多植物的花瓣及其浸出液,遇酸都會變紅,遇堿變藍,而變色效果最顯著的要數地衣類植物石蕊?于是他用石蕊的浸出液制成了石蕊試紙,這種試紙直到今天仍然被廣泛應用?

偶然產生現代步槍之父

最早使用的槍支,子彈射程不遠,更糟糕的是子彈在前進中搖搖晃晃,甚至打跟斗,方向極易偏差,因此射擊精度一直難以解決?人們后來采取加長槍管?在槍管內刻上與槍管平行的槽線等辦法,以提高射擊精度,但問題沒有根本解決?1838年,一位名叫德爾文的法國軍官看到孩子們玩陀螺的情景:上粗下細的陀螺,一旦轉動起來就不容易倒下來了?即使陀螺是偏心的,也是繞中心軸線前進運動,尖頭運動非常穩定?德爾文想,如果能讓子彈頭在出膛后的飛行過程中保持高速旋轉,不就可以讓它始終保持一個方向?穩定飛行了嗎?于是他把槍管里的膛線改成螺旋線,這樣子彈射出來后一直高速旋轉前進,射擊精度大為提高,有效射程也增加了?

1854年,裝備了這種新式步槍的英?法?土聯軍,在克里美亞同俄軍交戰時受益巨大?德爾文也聲名遠播,恩格斯將德爾文稱為“現代步槍之父”?后來人們還把這一原理用到火炮上,從而大大提高了炮彈打擊的精確度?

微波爐的使用

1946年的一天,美國雷西恩公司的幾位工程技術人員正在做雷達振蕩器起振實驗,一名叫斯潘塞的工程師被分工做波長為25厘米的微波在空間分布狀態的研究工作?當一切準備就緒后,電源接通,雷達開始工作,發射出強大的電磁波?

這時斯潘塞的一位同事發現斯潘塞的襯衣左胸部出現了一片殷紅色,就大叫“斯潘塞,你負傷了!”可解開襯衣一看,皮肉絲毫無損?原來是放在襯衣口袋里的巧克力融化了?

經過研究,斯潘塞終于弄清了:當雷達的微波照射到物品上時,微波的電磁作用使物品的分子被極化?又因為微波在物品中產生的是高頻交變電場,故分子極化的極性也就隨電場的變化而快速改變,從而就使物品中的分子彼此發生摩擦產生熱量?這就是巧克力融化的原因?

根據這個原理,斯潘塞自己動手制成了世界上第一臺微波爐?微波爐加熱食品時,食品里外同時加熱,既節省能量,又不破壞食物的結構,使食物原有的色香味不變?這種產品一問世便大受歡迎,即使到今天也同樣如此?

從對偶然的研究探索而獲得科學發明,這在科學史上比比皆是?這印證了英國著名醫生格雷說過的一段話:“人們猜想:對大自然最細微的逸出常軌舉動十分注意,并從中得益,這種罕見的才能是否就是優秀研究者頭腦的奧秘,是否就是為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顯著成果的奧秘?”