原子彈的威力,法拉第的電磁實驗發明發電機和電動機

2020-12-06 科學的考驗

玩過頭的愛因斯坦(上)。1945年8月6日,早上8點15分,晴朗的天空上不知從哪裡飛來一架b29轟炸機,當飛機飛臨日本廣島上空大約一萬米的高度時,只見機艙的肚子下面打開了一個口子,從黑洞洞的窗口掉下了一個不明物體,43秒鐘以後可怕的事情發生了,一個巨大的閃光之後。一聲巨響接著蘑菇雲升騰而起,十幾萬人在一瞬間非死即傷。1945年八月十五日,日本天皇籤署了投降詔書,日本宣布無條件投降,第二次世界大戰成為了歷史。

這個不明物體就是第二次世界大戰時,美國投向日本廣島的原子彈,這個原子彈高三米,體重4000公斤,肚子裡裝著60公斤重的油,它的威力相當於一顆充滿著15000噸的大炸彈。這麼恐怖的殺人武器難道也是玩家玩出來的嗎?是的,在很早以前就被人類玩出來的並且很快就被用於戰爭。中國的四大發明裡就有一種是火藥,不過火藥威力小,如今是製造鞭炮和禮花不可缺少的材料,現代戰爭上用的基本上是TNT或者叫黃色炸藥的東西,黃色炸藥屬於硝基化合物,威力很大,諾貝爾就是因為造出了這類炸藥發了財。不過無論是中國的火藥還是諾貝爾玩的黃色炸藥都屬於一種燃燒的過程,迅速地燃燒在一瞬間釋放出大量的熱能,但是原子彈就不一樣了,不是靠普通的燃燒,原子彈燒的是原子就是一種被稱為核裂變的可怕現象,比炸藥釋放的熱能都有強無數倍。

那誰沒事玩這個玩意兒呢?可還真有人在玩。古希臘的劉基博也許是世界上第一個提出原子的人,他的學生德謨克利特在公元前400年繼承了他的研究並提出原子論。德謨克利特很有想像力,他認為世界萬物都是由那個極小的叫原子的東西組成。什麼叫原子呢?原子這個詞在希臘文中是tom,就是不可分割的意思,那麼原子就是不可再分割的最小的東西了。另外中國古代春秋時期百家之一的墨子也提出過類似的說法,他認為組成世界的最小元素是一種稱之為端的東西,「端體之吾口而最前者」,也有人認為這便是墨子的「原子論」。不過不論是古希臘人提出的原子論還是墨子提出的端,都是沒有經過任何實驗來證實的,只是一種哲學思辨,一種觀念或者只是一種說法,用現在的話說那就是在忽悠。

由於這種忽悠和相信上帝創造世界的神學是對立的,所以2000多年來原子

論基本沒被人看好過,偉大的玩家牛頓雖然結束了這個在半空中懸了20多個世紀的萬有引力的接力棒,但他說原子是由上帝他老人家創造的,牛頓因為被蘋果砸了一下以後開始研究力學、光學還有微積分,可他沒有搞清楚原子到底是個什麼玩意兒,於是把原子扔到上帝那裡是再好不過的藉口了。原子究竟是個啥?玩家們還是在不斷的追問,從遙遠的古代一直追問到伽利略和牛頓的時代,在那個時代玩家們基本都是通過苦思冥想來尋找答案,不過無論如何我們還是要感謝這些富有想像力的玩家們,他們的預言雖然完全不靠譜的,那些預言起碼明確地告訴後來的玩家不光看得見的東西可以玩,看不見的東西也是可以玩的,而且原子完全是另外一回事了,即使看到也不可以用能看見的辦法去玩。

那用什麼辦法才可以玩呢?只有在實驗室裡用先進的實驗儀器才可以,所幸的是在伽利略開創近代實驗科學以後,西方的許多地方紛紛建立了實驗室,實驗室為打開原子之門創造了客觀條件。現在實驗室這個詞人們司空見慣而且到處都有,可到底什麼叫實驗室?這個實驗室是怎麼讓玩家給弄出來的呢?現在幾乎沒有人會問,其實這裡面還有很多好玩的故事。實驗室的英文是library,在德文裡的意思是化學,實驗室為什麼是化學呢?因為開始的時候實驗室就是玩化學的人玩出來的,所謂玩化學其實就是鍊金煉丹的術士們玩的地方,術士們為了能得到長生不老藥或者用鋁銅和鉛等比較常見的金屬煉出金燦燦的黃金,他們就會在一間秘密的小屋裡不斷的實驗,長生不老藥和金子沒煉出來,術士們卻不小心創造了一門科學「化學」。煉丹鍊金的地方就是最早的化學實驗室。

最早能被看作是實驗室的應該有兩類:一類是玩化學的;還有一類是植物園裡博物學家玩的地方。其實16世紀義大利就出現了很多植物園,植物園可以讓玩植物動物的玩家很方便的滿足自己的好奇心,開始發現和探索神奇的生物世界。那時候許多實驗室很可能是在某個玩家自家的院子、廚房、閣樓或者地下室裡,後來在義大利法國開始有了非常正規的植物園。早在17世紀就有一位捷克教育改革家呼籲要在學校建立實驗室,他說人們應當不是從書本上而是儘可能地從天空土地上、從橡樹和山毛櫸中,在智力上受到洗滌,這就是他們必須學習和研究事物的本身,而不僅僅是學習其他人關於這些事物的觀測和證言,他就是教育史上著名的紐斯。

19世紀很多物理實驗室紛紛在大學裡建立起來,這些實驗室提供教學,提供了極好的研究場所。18到19世紀是人類一個非常輝煌的時代,蒸汽機、汽車、發電機、電燈泡、電話等發明為人們的現實生活帶來了許多實實在在的好處,火車汽車滿處跑,電燈照亮了夜晚電話接到了姥姥家,這些全新的玩意兒也讓一些人一夜之間發了大財。實驗室的建立為物理學的玩家們提供了大展宏圖的好地方,物理學在18到19世紀也被玩家們大大發展了。這其中電磁學的發展不斷為玩家提供了新的證據,自從法拉第玩出電磁理論以後,電磁學成為了一種非常時髦的玩法,很多人都喜歡玩。

什麼叫電磁理論呢?打個比方假如把兩根漆包線繞在一根木頭上,組成兩組線圈,一組線圈接在電錶上另外一組接上電池,接通電池後會發現,沒有接電的電錶就會動一下,這就叫做電的自感現象。漆包線通過電流的時候產生了磁性,磁性感應了另一組線圈,使其也產生的電流,這就是著名的法拉第實驗。這個實驗說明什麼呢?他說明電和磁之間是有關係的,而且這種關係是有規律地,利用這種規律法拉第發明了發電機和電動機。不過法拉第不懂數學,他的發現和創造都是憑著直觀觀察和實驗做出來的。

好了,本期的內容就講到這裡了。

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  • 【星空微講壇】法拉第的故事(四)
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    從工作原理的角度區分(重要性:★★★★)老師:很好,你再想想,發電機與電動機的工作原理各是什麼?學生:我想想,發電機的工作原理是電磁感應現象。閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時,導體中就產生了感應電流。感應電流的方向與導體運動的方向和切割磁感線的方向都有關。
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