趣味物理故事5

牛頓與萬(wàn)有引力定律1661年，19歲的牛頓以減費(fèi)生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，靠為學(xué)院做雜務(wù)的收入支付學(xué)費(fèi)，1664年成為獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，1665年獲學(xué)士學(xué)位。

17世紀(jì)中葉，劍橋大學(xué)的教育制度還滲透著濃厚的中世紀(jì)經(jīng)院哲學(xué)的氣味，當(dāng)牛頓進(jìn)入劍橋時(shí)，哪里還在傳授一些經(jīng)院式課程，如邏輯、古文、語(yǔ)法、古代史、神學(xué)等等。兩年后三一學(xué)院出現(xiàn)了新氣象，盧卡斯創(chuàng)設(shè)了一個(gè)獨(dú)辟蹊徑的講座，規(guī)定講授自然科學(xué)知識(shí)，如地理、物理、天文和數(shù)學(xué)課程?！?/p>

由于牛頓在劍橋受到數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的熏陶和培養(yǎng)，對(duì)探索自然現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚的興趣，家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境又使得他的思想展翅飛翔。1665～1666年這段短暫的時(shí)光成為牛頓科學(xué)生涯中的黃金歲月，他在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考前人從未思考過(guò)的問(wèn)題，踏進(jìn)了前人沒(méi)有涉及的領(lǐng)域，創(chuàng)建了前所未有的驚人業(yè)績(jī)。

1665年初，牛頓創(chuàng)立級(jí)數(shù)近似法,以及把任意冪的二項(xiàng)式化為一個(gè)級(jí)數(shù)的規(guī)則；同年11月，創(chuàng)立正流數(shù)法(微分)；次年1月，用三棱鏡研究顏色理論；5月，開(kāi)始研究反流數(shù)法(積分)。這一年內(nèi)，牛頓開(kāi)始想到研究重力問(wèn)題，并想把重力理論推廣到月球的運(yùn)動(dòng)軌道上去。他還從開(kāi)普勒定律中推導(dǎo)出使行星保持在它們的軌道上的力必定與它們到旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成反比。牛頓見(jiàn)蘋果落地而悟出地球引力的傳說(shuō)，說(shuō)的也是此時(shí)發(fā)生的軼事。

總之，在家鄉(xiāng)居住的兩年中，牛頓以比此后任何時(shí)候更為旺盛的精力從事科學(xué)創(chuàng)造，并關(guān)心自然哲學(xué)問(wèn)題。他的三大成就：微積分、萬(wàn)有引力、光學(xué)分析的思想都是在這時(shí)孕育成形的?？梢哉f(shuō)此時(shí)的牛頓已經(jīng)開(kāi)始著手描繪他一生大多數(shù)科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。

1667年復(fù)活節(jié)后不久，牛頓返回到劍橋大學(xué)，10月1日被選為三一學(xué)院的仲院侶(初級(jí)院委)，翌年3月16日獲得碩士學(xué)位，同時(shí)成為正院侶(高級(jí)院委)。1669年10月27日卡文迪許的科學(xué)貢獻(xiàn)一、生平簡(jiǎn)介

卡文迪許(HenryCavendish,1731.10.10.～1810.3.10.)英國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家。公元1731年10月10日生于法國(guó)尼斯。1742—1748年他在倫敦附近的?？思{學(xué)校讀書(shū)。1749—1753年期間在劍橋彼得豪斯學(xué)院求學(xué)。在倫敦定居后，卡文迪許在他父親的實(shí)驗(yàn)室中當(dāng)助手，做了大量的電學(xué)、化學(xué)研究工作。他的實(shí)驗(yàn)研究持續(xù)達(dá)50年之久。1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)成員，1803年又被選為法國(guó)研究院的18名外籍會(huì)員之一。

公元1810年3月10日，卡文迪許在倫敦逝世，終身未婚。

二、科學(xué)貢獻(xiàn)

卡文迪許的才能是多方面的。1784年左右他研究了空氣的組成，發(fā)現(xiàn)普通空氣中氮占五分之四，氧占五分之一。他確定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。他還發(fā)現(xiàn)了硝酸。

卡文迪許生前在物理學(xué)方面發(fā)表的論文為數(shù)極少，一直到麥克斯韋審閱整理并出版了他的手稿后，人們才知道他在電學(xué)方面作出了很多重要發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)一對(duì)電荷間的作用力跟它們之間的距離平方成反比，這就是后來(lái)庫(kù)侖導(dǎo)出的庫(kù)侖定律內(nèi)容的一部分；他提出每個(gè)帶電體的周圍有“電氣”，與電場(chǎng)理論很接近；卡文迪許演示了電容器的電容與插入平板中的物質(zhì)有關(guān)；電勢(shì)的概念也是卡文迪許首先提出的，這對(duì)靜電理論的發(fā)展起了重要作用；他還提出了導(dǎo)體上的電勢(shì)與通過(guò)電流成正比的關(guān)系。

卡文迪許在熱學(xué)理論、計(jì)溫學(xué)、氣象學(xué)、大地磁學(xué)等方面都有研究。1798年他完成最后的實(shí)驗(yàn)時(shí)，已年近七十。在物理學(xué)上他最主要的成就是通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了牛頓的萬(wàn)有引力定律，確定了引力常數(shù)和地球平均密度。

推算地球密度：卡文迪許測(cè)量地球的密度是從求牛頓的萬(wàn)有引力定律中的常數(shù)著手，再推算出地球密度。他的指導(dǎo)思想極其簡(jiǎn)單，用兩個(gè)大鉛球使它們接近兩個(gè)小球。從懸掛小球的金屬絲的扭轉(zhuǎn)角度，測(cè)出這些球之間的相互引力。根據(jù)萬(wàn)有引力定律，可求出常數(shù)G。根據(jù)卡文迪許的多次實(shí)驗(yàn)，測(cè)算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（現(xiàn)在的數(shù)值為5.517，誤差為14%左右），并確定了萬(wàn)有引力常數(shù)（他測(cè)得的引力常數(shù)G是(6.754±0.041)×10-8達(dá)因·厘米2/克2，這個(gè)值同現(xiàn)代值(6.6732±0.0031)×10-8達(dá)因·厘米2/克2，相差無(wú)幾），計(jì)算出了地球的質(zhì)量。被譽(yù)為第一個(gè)稱量地球的人。

卡文迪許驗(yàn)證萬(wàn)有引力定律的實(shí)驗(yàn)采用自己設(shè)計(jì)的“扭秤”為工具，后人稱為著名的“卡文迪許實(shí)驗(yàn)”。居里夫人與鐳的發(fā)現(xiàn)瑪麗婭·斯可羅多夫斯卡婭，即著名的居里夫人，被譽(yù)為“鐳的母親”。她1867年11月7日誕生于俄國(guó)沙皇侵略者統(tǒng)治下的波蘭首都華沙。父親是華沙高等學(xué)校的物理學(xué)教授，使她從小就對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)生了興趣。

1891年，她到巴黎繼續(xù)深造，獲得了兩個(gè)碩士學(xué)位。學(xué)業(yè)完成后，她本打算返回祖國(guó)為受奴役的波蘭人民服務(wù)，但是，與法國(guó)年輕物理學(xué)家皮埃爾?居里的相識(shí)，改變了她的計(jì)劃。1895年，她與皮埃爾結(jié)婚，1897年生了一個(gè)女兒，一個(gè)未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者。

居里夫人注意到法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾的研究工作。自從倫琴發(fā)現(xiàn)X射線之后，貝克勒爾在檢查一種稀有礦物質(zhì)“鈾鹽”時(shí)，又發(fā)現(xiàn)了一種“鈾射線”，朋友們都叫它貝克勒爾射線。

貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的射線，引起了居里夫人極大興趣，射線放射出來(lái)的力量是從哪里來(lái)的？居里夫人看到當(dāng)時(shí)歐洲所有的實(shí)驗(yàn)室還沒(méi)有人對(duì)鈾射線進(jìn)行過(guò)深刻研究，于是決心闖進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域。

理化學(xué)校校長(zhǎng)經(jīng)過(guò)皮埃爾多次請(qǐng)求，才允許居里夫人使用一間潮濕的小屋作理化實(shí)驗(yàn)。在攝氏6度的室溫里，她完全投入到鈾鹽的研究中去了。

居里夫人受過(guò)嚴(yán)格的高等化學(xué)教育，她在研究鈾鹽礦石時(shí)想到，沒(méi)有什么理由可以證明鈾是惟一能發(fā)射射線的化學(xué)元素。她根據(jù)門捷列夫的元素周期律排列的元素，逐一進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果很快發(fā)現(xiàn)另外一種釷元素的化合物，也能自動(dòng)發(fā)出射線，與鈾射線相似，強(qiáng)度也相像。居里夫人認(rèn)識(shí)到，這種現(xiàn)象絕不只是鈾的特性，必須給它起一個(gè)新名稱。居里夫人提議叫它“放射性”，鈾、釷等有這種特殊“放射”功能的物質(zhì)，叫作“放射性元素”。

一天，居里夫人想到，礦物是否有放射性？在皮埃爾的幫助下，她連續(xù)幾天測(cè)定能夠收集到的所有礦物。她發(fā)現(xiàn)一種瀝青鈾礦的放射性強(qiáng)度比預(yù)計(jì)的強(qiáng)度大得多。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)的研究，居里夫人不得不承認(rèn)，用這些瀝青鈾礦中鈾和釷的含量，絕不能解釋她觀察到的放射性的強(qiáng)度。

這種反常的而且過(guò)強(qiáng)的放射性是哪里來(lái)的？只能有一種解釋：這些瀝青礦物中含有一種少量的比鈾和釷的放射性作用強(qiáng)得多的新元素。居里夫人在以前所做的試驗(yàn)中，已經(jīng)檢查過(guò)當(dāng)時(shí)所有已知的元素了。居里夫人斷定，這是一種人類還不知道的新元素，她要找到它！

居里夫人的發(fā)現(xiàn)吸引了皮埃爾的注意，居里夫婦一起向未知元素進(jìn)軍。在潮濕的工作室里，經(jīng)過(guò)居里夫婦的合力攻關(guān)，1898年7月，他們宣布發(fā)現(xiàn)了這種新元素，它比純鈾放射性要強(qiáng)400倍。為了紀(jì)念居里夫人的祖國(guó)――波蘭，新元素被命名為釙（波蘭的意思）。

1898年12月，居里夫婦又根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)宣布，他們又發(fā)現(xiàn)了第二種放射性元素，這種新元素的放射性比釙還強(qiáng)。他們把這種新元素命名為“鐳”?？墒?，當(dāng)時(shí)誰(shuí)也不能確認(rèn)他們的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榘椿瘜W(xué)界的傳統(tǒng)，一個(gè)科學(xué)家在宣布他發(fā)現(xiàn)新元素的時(shí)候，必須拿到實(shí)物，并精確地測(cè)定出它的原子量。而居里夫人的報(bào)告中卻沒(méi)有針和鐳的原子量，手頭也沒(méi)有鐳的樣品。

居里夫婦決定拿出實(shí)物來(lái)證明。當(dāng)時(shí)，藏有釙和鐳的瀝青鈾礦，是一種很昂貴的礦物，主要產(chǎn)在波希米亞的圣約阿希母斯塔爾礦，人們煉制這種礦物，從中提取制造彩色玻璃用的鈾鹽。對(duì)于生活十分清貧的居里夫婦來(lái)說(shuō)，哪有錢來(lái)支付這件工作所必需的費(fèi)用呢？他們的智慧補(bǔ)足了財(cái)力，他們預(yù)料，提出鈾之后，礦物里所含的新放射性元素一定還存在，那么一定能從提煉鈾鹽后的礦物殘?jiān)姓业剿鼈?。?jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的周折，奧地利政府決定饋贈(zèng)一噸廢礦渣給居里夫婦，并答應(yīng)若他們將來(lái)還需要大量的礦渣，可以在最優(yōu)惠的條件下供應(yīng)。

居里夫婦的實(shí)驗(yàn)室條件極差，夏天，因?yàn)轫斉锸遣ＡУ?，里面被太?yáng)曬得像一個(gè)烤箱；冬天，又冷得人都快凍僵了。居里夫婦克服了人們難以想像的困難，為了提煉鐳，他們辛勤地奮斗著。居里夫人立即投入提取實(shí)驗(yàn)，她每次把20多公斤的廢礦渣放入冶煉鍋熔化，連續(xù)幾小時(shí)不停地用一根粗大的鐵棍攪動(dòng)沸騰的材料，而后從中提取僅含百萬(wàn)分之一的微量物質(zhì)。

他們從1898年一直工作到1902年，經(jīng)過(guò)幾萬(wàn)次的提煉，處理了幾十噸礦石殘?jiān)?，終于得到0.l克的鐳鹽，測(cè)定出了它的原子量是225。

鐳宣告誕生了！

居里夫婦證實(shí)了鐳元素的存在，使全世界都開(kāi)始關(guān)注放射性現(xiàn)象。鐳的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)界爆發(fā)了一次真正的革命。

居里夫人以（放射性物質(zhì)的研究）為題，完成了她的博士論文。1903年，居里夫人獲得巴黎大學(xué)的物理學(xué)博士學(xué)位。同年，居里夫婦和貝克勒爾共同榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

繼鐳的發(fā)現(xiàn)之后，另一些新的放射性元素如錒等也相繼被發(fā)現(xiàn)。探討放射性現(xiàn)象的規(guī)律以及放射性的本質(zhì)成為科學(xué)界的首要研究課題。不敲自鳴的大鐘三國(guó)時(shí)代有個(gè)魏國(guó),都城是當(dāng)今的洛陽(yáng),這年是魏元帝曹奐在位．一天,曹奐正在宮里與他的文武大臣商討攻打蜀國(guó)的事情,突然宮門口的大鐘了出了｀嗡、嗡＇的聲音,元帝此時(shí)正為蜀、吳聯(lián)合抗魏大傷腦筋,聽(tīng)到鐘聲后很生氣,立即讓太監(jiān)去查看,究竟是誰(shuí)如此大膽．

太監(jiān)忽忙趕到宮門口詢問(wèn)守鐘士兵,士兵回答說(shuō):｀沒(méi)有人敲鐘,是它自己響的．＇

太監(jiān)一聽(tīng),嚇得渾身發(fā)抖,急忙向元帝稟告了這一怪事．這在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是災(zāi)難的預(yù)兆．元帝與眾文武大臣立刻惶恐不安起來(lái),不知道會(huì)有什么災(zāi)難要降臨到魏國(guó)了．

元帝立即下旨召見(jiàn)博學(xué)多才的太傅張華,并把剛才的怪事向張華述說(shuō)一遍,最后問(wèn)到:｀張愛(ài)卿,依你看會(huì)有什么災(zāi)難降在魏國(guó)呢?＇

張華已經(jīng)知道了這件事,于是不慌不忙地向元帝及眾文武解釋了大鐘不敲自鳴的原因,聽(tīng)完張華的話,眾人都松了一口氣,氣氛又一下子活躍起來(lái)了．

原來(lái),前不久四川地區(qū)發(fā)生了地震,連銅山也崩裂了,地震波傳到洛陽(yáng)時(shí),正好與宮門口的大鐘產(chǎn)生了共振,大鐘就不敲自鳴了．我們知道,聲音是由于物質(zhì)振動(dòng)產(chǎn)生的,聲音有一定的振動(dòng)頻率,如果兩個(gè)物體振動(dòng)頻率相同就會(huì)發(fā)生共振,即｀共鳴＇．如兩個(gè)固有頻率相同的音叉,當(dāng)其中一個(gè)振動(dòng)時(shí),另一個(gè)也會(huì)產(chǎn)生共鳴．當(dāng)?shù)卣鸩l率正好與宮門口大鐘的固有頻率一致時(shí),大鐘也會(huì)發(fā)生共鳴,于是大鐘就不敲自鳴了．奇妙的照相術(shù)每當(dāng)春姑娘的腳步臨近,和煦的春風(fēng)吹綠大江南北的時(shí)候,大家會(huì)抑制不住內(nèi)心的喜悅,邀上幾個(gè)好友外出春游．帶上一架照相機(jī),拍幾張春日的風(fēng)景照,給春游帶來(lái)無(wú)盡的樂(lè)趣．但是,當(dāng)你拿到照片時(shí),你或許會(huì)感到有點(diǎn)美中不足,因?yàn)槟愕恼掌?前面的景致總會(huì)把它后面的東西完全遮住,而且照片的立體感很差．這也是普通照相技術(shù)的一大缺陷吧!

可是,有一位匈牙利物理學(xué)家,名字叫伽伯,他于１９００年６月５日生于布達(dá)佩斯,他一生中有許多發(fā)明,但最為世人稱道的就是發(fā)明了一種奇妙的照相方法——全息照相術(shù)．

激光照明漫射物體的三維全息術(shù)

我們知道,光是一種電磁波．波有兩個(gè)非常重要的因素:振幅和位相．振幅代表光的強(qiáng)弱；位相表示光在傳播中各質(zhì)點(diǎn)所在的位置及振動(dòng)的方向．光的全部信息應(yīng)該包括振幅和位相兩方面．我們普通的照片,只記錄了光的振幅,而沒(méi)有記錄到光的位相,因此,只包含光的部分信息．

要記錄位相,必須有相干性極好的光．１９６０年激光問(wèn)世以后,這一問(wèn)題就完全解決了．全息照相的原理是這樣的:一束激光通過(guò)分光板分成兩束,一束照到被照物體上,另一束照到底片上．第一束光通過(guò)物體反射后,在底片處與另一束發(fā)生干涉．于是物體反射光的振幅和位相都被記錄到底片上了．底片沖好后,再用同一激光照射底片,就可以看到一幅清晰的全息圖了．

全息照片有許多奇妙之處．首先它是一幅真正的立體照片,你可以從不同方向看到物體不同的側(cè)面,甚至可以看到被前面物體擋住的東西．普通照片,如果底片損失一部分,那部分上的景物就無(wú)法挽回了．全息照片即使只剩下一小塊,它也能再現(xiàn)物體的全部景象,只是清晰度差一些罷了．全息底片還能進(jìn)行多次曝光,把不同的景物攝在一張底片上,而每一個(gè)景象都不受其它景象的干擾而單獨(dú)再現(xiàn)．由于全息照片這種奇妙的性質(zhì),它被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域之中,例如,全息商標(biāo)就是一種防止假冒和偽造商品的有效手段．行為古怪的水星１９７４年３月２９日,行星探測(cè)器｀水手１０號(hào)＇飛到了太陽(yáng)系里離太陽(yáng)最近的行星——水星附近,對(duì)水星進(jìn)行了第一次｀訪問(wèn)＇,為科學(xué)家們提供了首批寶貴的水星資料．

水星是太陽(yáng)系九大行星中個(gè)兒最小的一個(gè)．它的直徑只有４８７０公里；它離太陽(yáng)的平均距離為５７９０萬(wàn)公里．水星繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的速度約為每秒４８公里,公轉(zhuǎn)一圈只需８７天２３小時(shí)半．

水星雖然名為水星,但它上面一滴水也沒(méi)有．由于離太陽(yáng)太近,即便有水也會(huì)立即被蒸發(fā)掉．水星表面也象月亮表面那樣,千瘡百孔,滿目瘡痍．水星上的大氣非常希薄,因此晝夜溫差極大．赤道區(qū)中午溫度高達(dá)４００℃,到半夜卻冷到零下１６２℃．

水星最奇特之處是它的軌道長(zhǎng)軸方向相對(duì)于恒星緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)．通過(guò)實(shí)測(cè),它的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為每百年５６００″,這就說(shuō),大約要過(guò)二萬(wàn)三千年才轉(zhuǎn)過(guò)一圈．引起轉(zhuǎn)動(dòng)的原因是多種多樣的,但是當(dāng)把這些影響消除之后,仍留下每百年４２.９″的轉(zhuǎn)動(dòng)．這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)成為長(zhǎng)期以來(lái)經(jīng)典引力理論無(wú)法解釋之謎．

在上個(gè)世紀(jì)中葉,法國(guó)天文學(xué)家勒韋里爾提出這個(gè)多余的轉(zhuǎn)動(dòng)可能是由于在水星和太陽(yáng)之間存在一個(gè)尚未發(fā)現(xiàn)的新行星的引力干擾所致．他把這個(gè)假想的行星命名為｀祝融星＇．但是經(jīng)過(guò)反復(fù)觀測(cè),壓根兒就不存在這么個(gè)｀祝融星＇．

水星運(yùn)動(dòng)軌道

經(jīng)典引力理論對(duì)這種奇妙的現(xiàn)象已無(wú)能力了．１９１４年,愛(ài)因斯坦創(chuàng)立廣義相對(duì)論,這個(gè)謎終于揭開(kāi)了．根據(jù)廣義相對(duì)論求出的行星軌道,不是閉合的,它會(huì)發(fā)生進(jìn)動(dòng)(如圖所示)．橢圓的長(zhǎng)軸緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)著,也在空間描畫(huà)出一個(gè)橢園．水星離太陽(yáng)最近,它的轉(zhuǎn)動(dòng)速度最大,因此這種效應(yīng)就特別明顯．根據(jù)廣義相對(duì)論計(jì)算出的水星軌道長(zhǎng)軸進(jìn)動(dòng)的角速度為每百年４３″,這與觀測(cè)值４２.９″符合得相當(dāng)好,水星的這種進(jìn)行我們稱之為近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)．神秘的火球１９０８年６月３０日清晨七點(diǎn)左右,一個(gè)巨大的火球從我國(guó)新疆地區(qū)北部的天空,直奔西北利亞而去．正要開(kāi)始一天緊張忙碌的西北利亞人們,清清楚楚地看到這個(gè)耀眼的火球,以極快的速度掠過(guò)天空．不久,傳來(lái)了一聲震天動(dòng)地的巨響,這個(gè)巨大的火球就在西伯利亞一個(gè)人煙稀少的地方——通古斯河地區(qū)爆炸了!頓時(shí),通古斯河地區(qū)淹沒(méi)在一片火海之中,凍土燒焦了,參天古樹(shù)化為了灰燼．爆炸時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈激波,使幾千公里以外的人們,感覺(jué)到一種莫名其妙的震顫．一列遠(yuǎn)離爆炸中心的火車被震得搖晃不定,車上的乘客東顛西歪．

這次大爆炸曾被認(rèn)為是｀世界末日的來(lái)臨＇．科學(xué)家也曾多次對(duì)通古斯河地區(qū)進(jìn)行實(shí)地考察,并對(duì)爆炸原因提出了種種猜測(cè)和設(shè)想．

１９５９年,蘇聯(lián)科學(xué)家普列漢諾夫率領(lǐng)了一個(gè)考察小組到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行六星期的考察,他們對(duì)大量的土壤和植物進(jìn)行了專門的測(cè)定,認(rèn)為這次爆炸是一次核爆炸．可是,地球上的第一顆原子彈是１９４５年在美國(guó)造出來(lái)的,怎么也不可能是核爆炸呀!

有人認(rèn)為是外星人乘坐的宇宙飛船不幸失事,撞到地球上來(lái)了；有人認(rèn)為是巨大隕石造成的,可是通古斯河地區(qū)從未找到過(guò)大隕石坑．

近來(lái),科學(xué)家們對(duì)這次神秘的大爆炸又提出了新的解釋．他們認(rèn)為,形成這次爆炸的最大可能原因是外來(lái)天體對(duì)地球的撞擊,這個(gè)天體應(yīng)該是慧星．而１９０８年６月,正是著名的短周期衛(wèi)星——恩克慧星的回歸期．它的質(zhì)量為３５０萬(wàn)噸,平均飛行速度為每秒４０公里,而平均密度只有０.００３克／厘米３．一個(gè)不幸的機(jī)會(huì)使它闖入了地球大氣層,由于與大氣發(fā)生劇烈的摩擦,溫度升得很高,在空中燃起熊熊大火．又由于它的密度很低,它在接近地球表面時(shí),已經(jīng)消耗殆盡,因此,撞在地球表面時(shí),既沒(méi)有形成明顯的撞擊坑,也沒(méi)有留下一般隕星應(yīng)有的殘余。一曲特別的樂(lè)曲這是一闋什么樂(lè)曲,無(wú)人能知道,它既不是舒伯特的作品,也不是舒曼的作品,甚至根本不是任何一位作曲家的作品,但它卻是德國(guó)天文學(xué)家,天體行星運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)現(xiàn)者開(kāi)普勒的杰作!它出現(xiàn)在開(kāi)普勒的作品《世界和諧》一書(shū)中．

研究天體運(yùn)行的開(kāi)普勒為什么會(huì)從事音樂(lè)研究呢?你只要了解一下西方人對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)就不難明白了．西方文藝復(fù)興時(shí)期,人們對(duì)自然界中所發(fā)生的一切都是在和諧的框架下進(jìn)行解釋的:恒星為什么作圓周運(yùn)動(dòng)而不作其它方式的運(yùn)動(dòng)?那是因?yàn)閳A周運(yùn)動(dòng)最勻稱,飽滿,也即最和諧,盡管開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)所遵循的三大定律,但在說(shuō)明原因時(shí),他仍采用了和諧的觀點(diǎn)．在今天聽(tīng)來(lái)確實(shí)好笑,大家都知道,行星的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是受萬(wàn)有有引力支配的,太陽(yáng)對(duì)行星的引力是支配行星運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿Γ诤椭C的觀點(diǎn)影響下,偉大的物理學(xué)家伽利略雖到了萬(wàn)有引力發(fā)現(xiàn)的邊緣,終沒(méi)能提出力的概念,已到手邊的果實(shí)卻被他的后來(lái)人牛頓摘走了．

伽利略之所以未能提出萬(wàn)有引力定律,就是因?yàn)楹椭C這一框框束縛了它．因?yàn)樽匀唤绲囊磺卸际呛椭C的,所以最美．因?yàn)閳A周運(yùn)動(dòng)是和諧的運(yùn)動(dòng),所以行星只能做圓周運(yùn)動(dòng)．在這個(gè)框架下思維,伽利略當(dāng)然不會(huì)想到行星運(yùn)動(dòng)另有一種超乎和諧的｀力＇的推動(dòng)了．值得一提的是,他的朋友開(kāi)普勒曾對(duì)行星運(yùn)動(dòng)提出過(guò)太陽(yáng)對(duì)行星放射出超距力來(lái)推動(dòng)行星運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)．開(kāi)普勒認(rèn)為,這種超距力可以推動(dòng)行星及地球運(yùn)動(dòng),他還特別提出月球也能釋放某種超距力,這種力可能是引起潮汐的原因．遺憾的是,伽利略不僅沒(méi)從他的朋友那兒得到啟發(fā),反而批駁了開(kāi)普勒的觀點(diǎn)．其實(shí)開(kāi)普勒的觀點(diǎn)正是萬(wàn)有引力的萌芽．伽利略關(guān)于天體和諧運(yùn)動(dòng)的結(jié)論使人們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間里忽略了對(duì)萬(wàn)有引力的探索．淚水的妙用

長(zhǎng)篇小說(shuō)《邁克爾·斯特羅哥夫》中,描寫過(guò)這樣一段故事:斯特羅哥夫奉沙皇之命,到西伯利亞去給沙皇兄弟下封密詔,中途被入侵的韃靼人俘獲而被判處瞽刑．上瞽形的辦法是用一把燒得通紅的大刀在受刑人的眼前一晃,大刀所輻射出來(lái)的灼熱的光和熱量就會(huì)使受刑人雙目永遠(yuǎn)失明．臨到斯特羅哥夫受刑時(shí),他媽撲到他的眼前,斯特羅哥夫也不禁凄然淚下．因?yàn)檫@是最后一次看見(jiàn)母親的面容了．意想不到的是,斯特羅哥夫痛哭的淚水卻意外地保護(hù)了他的雙眼．這是什么原因呢?

我們?cè)陟僖路r(shí),為了不使衣服被燙壞,常要估計(jì)一下熨斗的溫度,有經(jīng)驗(yàn)的裁縫常用一只醮過(guò)水的冷濕手指去很快摸一下熨斗,從而估計(jì)熨斗能否適合熨衣服．高溫熨斗為什么沒(méi)有燙傷手指呢?

當(dāng)人們赤著腳在熾熱的本炭上行走時(shí),若腳板干燥,腳會(huì)很快被燙傷,但若腳板潮濕,卻可以在木炭上走很長(zhǎng)一段距離而不被灼傷,這又是什么原因呢?

我們平時(shí)都有這樣一個(gè)經(jīng)驗(yàn),取一個(gè)鋼尺,在鋼尺的一端加熱,用手捏著另一端,用不了多長(zhǎng)時(shí)間,你就會(huì)覺(jué)得燙手而拿不住尺子了．但若燒一壺水,要很長(zhǎng)時(shí)間你才會(huì)感到水變熱．這是因?yàn)樗膶?dǎo)熱性比鋼尺差得多的緣故．同樣水蒸汽的導(dǎo)熱能力也很差,甚至比液態(tài)水還要差一個(gè)數(shù)量級(jí)．當(dāng)燒得通紅的大刀晃動(dòng)時(shí),大刀所輻射出來(lái)的熱量使斯特羅夫蒙在兩眼上的淚水汽化,形成了一個(gè)薄薄的蒸汽保護(hù)層,阻止了熱量進(jìn)一步向內(nèi)輻射,從而保護(hù)住斯特羅哥夫的雙眼．

濕的手指頭碰到高溫熨斗時(shí),指頭上的水吸收熨斗上的熱量迅速汽化,在手指頭與熨斗之間形成一個(gè)薄薄的水蒸汽層,擋住了熨斗的熱量向手指頭傳遞．腳在炭火上行走時(shí),濕腳底板的水蒸汽也在腳底板與炭火之間形成了一個(gè)蒸汽保護(hù)層,而汗水又補(bǔ)償了部分蒸發(fā)了的濕汽．但最后當(dāng)絕大部分濕汽都耗盡時(shí),腳板就會(huì)感到灼痛了．狂暴的太陽(yáng)風(fēng)

哈雷慧星自１９１０年訪問(wèn)地球之后,又于１９８６年訪問(wèn)了人類家園．由于它每次訪問(wèn)地球時(shí),都拖著一個(gè)背向太陽(yáng)的長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴,有點(diǎn)象把掃帚,因此有時(shí)又叫它｀掃帚星＇．它越靠近太陽(yáng),尾巴拖得越長(zhǎng)．因此,很容易聯(lián)想到,慧星的尾巴與太陽(yáng)有關(guān)．當(dāng)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了光有壓力之后,大約在半個(gè)世紀(jì)里,科學(xué)家們相信慧星的尾巴是太陽(yáng)光壓力造成的．

理由是:慧星是大量微小石塊由甲烷和氨這類低凝固點(diǎn)氣體所結(jié)的｀冰＇粘合起來(lái)的．每當(dāng)接近太陽(yáng)時(shí),一些｀冰＇就熔化蒸發(fā)了,太陽(yáng)光的壓力就可以把極小的石塊往背向太陽(yáng)的方向推去,從而形成尾巴．慧星越靠近太陽(yáng),光壓越大,因而尾巴也就越長(zhǎng)．

可是,三十多年以前,德國(guó)人比爾曼對(duì)這一解釋提出了異議．他指出:光壓確會(huì)發(fā)生作用,但不足以使慧星產(chǎn)生那么長(zhǎng)的尾巴,必須有一種比光壓更強(qiáng)的作用力才行．１９５８年,美國(guó)科學(xué)家帕克認(rèn)為:太陽(yáng)上的物質(zhì)因高溫而電離,太陽(yáng)不斷將這些帶電粒子｀吹＇出來(lái)．他稱這種帶電粒子流為｀太陽(yáng)風(fēng)＇．六十年代以后,行星探測(cè)器發(fā)射成功,科學(xué)家們用它們探測(cè)到了太陽(yáng)風(fēng)的存在．太陽(yáng)風(fēng)的速度可達(dá)每秒幾百公里,比光壓強(qiáng)得多,慧星的長(zhǎng)尾就是被它吹出來(lái)的．

太陽(yáng)上最豐富的物質(zhì)是氫．氫在高溫下被電離成電子和質(zhì)子,太陽(yáng)風(fēng)吹出來(lái)的幾乎都是電子和質(zhì)子．太陽(yáng)風(fēng)吹遍整個(gè)太陽(yáng)系,太陽(yáng)的｀大氣層＇也延伸到整個(gè)太陽(yáng)系．太陽(yáng)風(fēng)使太陽(yáng)每秒損失約一百萬(wàn)噸物質(zhì),太陽(yáng)從形成到現(xiàn)在,因太陽(yáng)風(fēng)損失了它全部質(zhì)量的萬(wàn)分之一左右．

太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)入地球大氣層以后,對(duì)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響,嚴(yán)重干擾電離層的無(wú)線電通迅．太陽(yáng)風(fēng)達(dá)到南北極上空,與氣體分子碰撞而產(chǎn)生強(qiáng)烈的極光．太陽(yáng)上耀斑爆發(fā)時(shí),會(huì)噴發(fā)出大量的帶電粒子,使太陽(yáng)風(fēng)速度增大,這時(shí)候便會(huì)在某些區(qū)域形成狂暴的太陽(yáng)風(fēng)．奇特的二月通常二月份只有二十八天,但每逢閏年,它卻有二十九天,那么,地球上為什么會(huì)出現(xiàn)閏年呢?

原來(lái)地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)并不是恰好三百六十五天,而是三百六十五天五小時(shí)四十八分十六秒,如果每年都按三百六十五天計(jì)算,每年就要少五小時(shí)四十八分四十六秒,四年累計(jì)就少了二十三小時(shí)十五分四秒．這正好接近一天的時(shí)間,為了補(bǔ)上這個(gè)差數(shù),天文學(xué)家就規(guī)定每四年有一個(gè)｀閏年＇,多出的一天就加在二月里．但是,為什么別的月份都有三十天或三十一天,而即使在閏年,二月也只有二十九天呢?

公元前４６年,古羅馬皇帝儒略·愷撒,在埃及天文學(xué)家索西根尼的幫助下,制定了歷法,規(guī)定一年為十二個(gè)月,逢單時(shí)叫大月,為三十一天,逢雙的叫小月,為三十天．這樣一年便有了三百六十六天,多了一天怎么辦呢?

當(dāng)時(shí),古羅馬帝國(guó)凡判處死刑的人都是在二月里執(zhí)行的,羅馬人認(rèn)為這個(gè)月不吉利,不愿讓它過(guò)得太長(zhǎng),就把二月減去一天,成了二十九天．愷撒死后,他的養(yǎng)子奧古斯都繼承皇位,在公元前２７年,宣布把他出生的八月命名為奧古斯都月．但是,八月只有三十天,偶數(shù)在當(dāng)時(shí)也被視為不吉利,于是又從二月抽出一天加到八月,這樣八月就有了三十一天,二月就只有二十八天了．而且,把八月以后的雙月都改成大月,單月改成小月．這就是我們現(xiàn)在用的日歷．

但是,四年積累下來(lái)二十三小時(shí)十五分四秒．不到一天,也就是說(shuō),四年閏一天,就等于四年當(dāng)中多加了四十四分五十六秒．這樣,四百年又要差七十四小時(shí)五十三分二十秒,這個(gè)數(shù)字大約是三天多,因此,每四百年要減掉三個(gè)閏年,辦法是在每世紀(jì)的第一個(gè)閏年取消,而第四百年的不取消．

但是,這樣下去,四百年還差兩小時(shí)五十三分二十秒,三千年大約差二十二小時(shí)．當(dāng)然這個(gè)問(wèn)題就不用我們操心了,完全可以把它留給我們的子孫后代去考慮了．天氣預(yù)報(bào)的由來(lái)每天我們都能從中央人民廣播電臺(tái)聽(tīng)到第二天的天氣預(yù)報(bào),它是怎樣產(chǎn)生的呢?說(shuō)起來(lái)還與戰(zhàn)爭(zhēng)有關(guān)呢!

１８５４年１１月１４日,夜幕低垂,烏云密布,位于歐洲東南部的黑海海面上掀起了滔天巨浪,緊接著一場(chǎng)可怕的暴風(fēng)雨洶涌而至．當(dāng)時(shí)正與敵人作戰(zhàn)的英法聯(lián)合艦隊(duì),剛好行駛到這兒,立即遭到這場(chǎng)暴風(fēng)雨的襲擊．主旗艦｀阿恩力—４＇號(hào)翻沉,幾乎全軍覆沒(méi)．這次暴風(fēng)雨給聯(lián)軍造成了極大的損失,這給當(dāng)時(shí)法國(guó)的執(zhí)政者拿破侖三世震動(dòng)很大．他命令當(dāng)時(shí)著名的天文學(xué)家,海王星的發(fā)現(xiàn)者,巴黎天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)勒維烈全力調(diào)查這次風(fēng)暴的移動(dòng)規(guī)律．勒維烈立即把各地的觀測(cè)資料收集起來(lái),并詳細(xì)詢問(wèn)了１１月１２日到１２月１６日各地的天氣情況,然后把這些結(jié)果標(biāo)志在一張空白地圖上．經(jīng)過(guò)認(rèn)真細(xì)致地研究后,勒維烈驚訝地發(fā)現(xiàn),那次襲擊英法聯(lián)軍的黑海風(fēng)暴是從歐洲西北部移過(guò)來(lái)的,而且是以一定速度向東南方向運(yùn)動(dòng)．經(jīng)過(guò)推理,勒維烈認(rèn)為,若能事先就有一張｀天氣圖＇,那么那次風(fēng)暴是可完全躲過(guò)去的．此后｀天氣圖＇就應(yīng)運(yùn)而生了．

人類生存的地球是由一層很厚的｀空氣海洋＇——大氣層包圍著的,｀空氣海洋＇的底部約幾十公里是空氣對(duì)流層,它是地球上氣候變化的主要原因．空氣溫度的變化引起空氣對(duì)流,形成空氣漩渦,這種空氣漩渦的移動(dòng),就形成了風(fēng)暴．風(fēng)暴通常都由形成地點(diǎn)(通常為海洋表上)以一定速度向一定方向運(yùn)動(dòng)的,風(fēng)暴移動(dòng)方向與移動(dòng)速度與各個(gè)地方的溫度變化有關(guān)．因此如