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第14章 数理化学之谜(3)

卡皮察发现在-271益和-272益时,“氦域”没有摩擦力,也没有黏滞性,没有表面张力,能顺利地通过万分之一厘米的微孔,如果把它装在没有上釉的陶罐里,它就从微孔中流走。这时候的陶罐,是过滤器,而不是盛装器了。

超流之奇不仅如此,还有与其他液体不一样的地方。例如水,把它装在水桶里,水桶转动水也跟着转动,我们只要在转动的水桶里放一张彩色纸,就可以很容易地看到这一现象。“氦域”却与此大不一样,把它装在一个容器里,它不会随容器转动而转动。如果在“氦域”的液面上放一根指针,让指针指向北极,无论怎么转动,指针始终指向北极方向,也就是说,“氦域”不随容器转动而转动。

超流的另一个奇特现象是喷泉效应。在一个容器中放些“氦域”,再放一个类似眼药瓶的管子,管口很细,管口装满了黑色的金刚砂粒,金刚砂很细很细,用棉花塞堵紧。然后用手电筒的光照射,黑色金刚砂吸收热,温度稍稍提高。这时,“氦域”就涌出“眼药瓶”,从管口向高处喷射,足有30厘米高。

那么,液体为什么会往高处流?迄今众说纷纭。揭开“超流”之谜,是21世纪物理学家的一项重要任务。

运转50万年的核反应堆之谜

据最新资料表明,月球外有一颗巨大的卫星,不是人造的,它的来历尚没查明。

在1989年的一次记者招待会上,苏联宇宙专家马斯·捷诺华博士在日内瓦透露了这个惊人的消息:“这枚卫星是1988年底出现在地球轨道上的。”

一连串的调查表明,美国、苏联、法国、德国、中国、日本及地球上任何有能力发射卫星的国家都“从未将它送上天”。

这位苏联专家推断认为,最后只剩下一种可能,就是这颗卫星来自外太空的某一个未知的星球。

根据已经掌握的资料,那颗卫星体积异常巨大,并且装有十分先进的探测仪器。它似乎有能力扫描和分析地球上的每样东西。马斯·捷诺华博士说:“很明显,这个卫星飞行了很长的路程才来到地球,事实上它的设计已经说明这点。虽然这只是初步的调查结果,但我敢说它至少已制成5万年之久!”

在哥伦比亚的国家银行里,至今还保存着一个奇怪的金玩物。它的制作时间恰好与葬在帕伦克金字塔中的酋长活着的年代相吻合。这是个用黄金铸出来的玩物,乍看像一条鱼或某种昆虫,在其尾部却有个类似飞机尾翼的垂直平面。据航空学家和生物学家鉴定,它不是某种生物塑像,而是一种飞机模型,它的外形与现代的垂直起飞喷气式战斗机相似。更令人惊奇的是,把这个东西放进风洞里试验,它会像飞机一样飞起来,而且性能极好。由于当时技术不发达,根本造不出这具有高度文明的金玩物来,因此有人推测,这可能是天外来人带来的某种玩具,被遗留在地球上的。

1900年,一些捞海绵的渔民在公元前1世纪沉没的希腊古船中发现一些奇怪的金属片。这只船沉没在60米深的水下。这些金属片如今陈列在雅典国立考古博物馆内。从外表看,这是些铜质机械零件的残片。考古学家瓦勒里奥斯·斯泰斯在1959年将这些碎片组合起来,发现竟是一个十分精密复杂的齿轮装置,有3个轴,40个齿轮,其中有一个主齿轮竟有230个牙齿和9个大小有序的刻度。科学家研究的结果表明,这是一个计算月亮和星星位置的仪器。整个器械的大小跟一台手提式打字机相仿。公元前1世纪的希腊无制作这台精密仪器的工具,查遍古籍也没有找到有关这台先进仪器的记载。为何找不到它的先例和后来的仿制品呢?

在雅典国立考古博物馆内,还有一块水晶透镜,英国大英博物馆里也有一块从埃及赫勒万一座墓内出土的水晶透镜。这两块东西是“机械打磨过的”,土耳其伊斯坦布尔和洪都拉斯也都出土过此类物品。那么,是谁在古代用机械磨光了这些水晶的呢?

美国纽约艺术馆里有一尊人像,高17厘米,用红色岩石雕成,距今起码有2千多年。石像是个类人生命体,与迄今查明的任何人种都不同。此外,在中美和南美还发现了另一些雕像,人身鱼头像是其中一类。这些人像到处都有发现,巨型脑袋是它们的共同特点。

1972年6月的一天,法国一家工厂发现,从加蓬共和国奥克洛铀矿运来的矿石中,铀-238的含量明显偏低,最低的不到0.3%,其余的到哪儿去了呢?

科学家们在矿石中找到了铀-238的“灰烬”——裂变后的产物。经初步推断,这批矿石好像被人用过。

为了弄个究竟,科学家们奔赴奥克洛矿区考察。在那里他们发现了一个古老的、但是非常完整的、早已停止运转的核反应堆。科学家们称这里的矿石为反应堆的“化石”。

据鉴定,奥克洛铀矿的成矿年代大约在20亿年前。反应堆由6个区域的500吨铀矿石组成。奥克洛铀矿不久即开始运转,输出功率只有10~100千瓦,但运转时间长达50万年。

这座反应堆是谁建造的呢?是地球人吗?不是。因为在史前时代,地球上根本没有人。是大自然的杰作吗?也不是!因为,要实现链裂变反应条件十分苛刻,并不容易。

富于幻想的人提出了另一种解释:在20亿年前,外星人来到了地球。他们在地球上进行了大规模的开采工作,建造了核反应堆,以保障能源的供给。后来,由于某种原因,外星人放弃了在地球的开采工作,回到了他们的“家乡”,而把核反应堆当做“纪念品”留在地球上。

到目前为止,奥克洛核反应堆的谜底仍未揭晓。尽管有许多科学家对这个问题极感兴趣,但由于年代久远,可供研究的东西不多,也许它将永远是一个谜。

元素周期律的发现

世界上的物质形形色色,各种各样,但是构成这大千物质世界的基本微粒——元素却不多,目前已知的也只不过百余种。科学家们把这一百多种元素,按照它们的原子核所带的电荷的多少(即原子序数)依次由少到多进行排列,并把性质相似元素排在一起,这样就得到了一个表,这个表就叫元素周期表。

元素周期表揭示了元素之间内在的本质规律,它是科学家们研究化学的指南。

1.探索元素的规律

元素周期律的发现和其他规律的发现一样,也是经历了一个艰难的历程。

在18世纪中叶到19世纪中叶的100年间,每两年半才有一种新元素问世。到1869年,科学家共发现了63种新元素,积累了许多关于这些新元素性质的研究资料。但是这些资料却是杂乱无章的,搞得科学家们眼花缭乱。其实早在19世纪初,当陆续发现近40种元素的时候,科学家们就在思考:自然界中究竟有多少种元素?元素与元素之间究竟有什么内在联系?化学家们依照各种各样的方式进行排列组合。比较典型的有:1829年德国的化学教授多贝赖因纳提出的“三元素组”,它是把性质相似的3个元素归成一组;1864年德国人J.L.迈尔提出的“六元素表”,把6个元素归为一组;1862年法国矿物学教授陈库图瓦提出的“螺旋图”,按原子量把元素排成螺旋状;1865年英国人纽兰兹提出的“八音律”,在发现每8个元素就出现性质相似的元素的基础上提出的。自19世纪,人们就开始归纳总结元素知识,试图从中找出规律。在1869年以前的这种探索有几十起之多,从“三元素”到“八音律”一步一步向真理逼近,为周期律的发现开辟了道路。

2.门捷列夫的发现

俄罗斯化学家门捷列夫也投身于元素规律的探索之中。门捷列夫于1834年2月7日出生于托波尔斯克的中学教师家庭,自幼丧父,他是在他姐夫的启迪下爱上科学的。门捷列夫一生在化学上的贡献很多,其最主要的贡献就是发现了元素周期律。

1865年,门捷列夫在彼得堡大学教授无机化学。当他准备着手编写无机化学教科书《化学原理》时,面对那些杂乱无章的元素,他不知如何排列为好。于是他便停止了教科书的编写,开始探索元素世界的奥秘。他对前人所做的大量实验事实进行验证、分析和概括,而后细细地思索,寻找其中的规律。整天满脑子的化学元素搅得他寝食不安,然而几年过去仍无头绪。

门捷列夫爱玩纸牌,1868年的冬天,他别出心裁地想到把已知的63种元素制成纸牌来“玩一玩”,看能否找出什么规律来。于是他剪出了63张大小相同的卡片,他在每张卡片写上一种元素的名称、符号、原子量和主要性质。每个元素一张卡片,共63张,好像一副扑克牌。于是,他摆弄起这副特殊的扑克牌来。

开始,他按照元素的颜色排列卡片、比较各个元素,希望能找出它们相互之间的联系,但很快他就发现这行不通,因为任何元素在温度改变时都能发生状态的转变,而且有许多元素在状态不同的情况下,颜色并不相同。他又想去比较各种元素的比重,但是他发现,比重和元素的某些其他性质如导电性、导热性一样,都不是元素的根本性质,它们都会随条件变化而变化。就这样,他一连拨弄了三天三夜,仍然什么结果也没有。他又回过头来认真研究前人所做的工作、所积累的资料,总结失败的教训。

在研究的过程中,他发现原子量是永久伴随着元素而又始终不变的量。他把元素扑克牌按原子量大小进行排列,惊奇地发现有几处都是每隔7个元素又出现一个与这个元素性质十分相似的元素。于是按照这一启示,门捷列夫又进一步思考和探索,终于发现元素的性质是按原子量的大小在做周期性的重复。

这就是着名的元素周期律的最初发现。

3.严峻的考验

但是,门捷列夫的这一发现,当时并没有使他出名,引来的却是人们的冷嘲热讽。1869年3月,俄罗斯化学会邀请各方专家进行专门学术讨论。会上门捷列夫仍然使用那副奇特的扑克牌向专家们演示了他的发现。不过这一次他给性质相似的元素的扑克牌上涂上相同的颜色,这样性质不同地依次被涂成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。当这63种元素扑克牌按原子量大小排成一条线时,七种颜色就像画出的光谱一样,每隔7张就有规律地重复一次。当门捷列夫把它们一截一截断开,相同颜色的上下对齐时,就能看出颜色相同的一列元素性质相似,非常直观地显示出元素的周期性变化。

可是到会的专家教授们大都在这个问题上钻研了若干年,手上也不知被实验烧了多少疤,掉了多少皮,怎能接受一个青年人用“扑克牌”作的见解。有的人当场刁难门捷列夫,问道:“门捷列夫先生,我看你那几张牌也未必就能将元素的规律演示清楚。你看六年前发现的元素铟,原子量是75.4,应排在砷和硒之间,可是这种砷就无法和它相似的磷排在一列了,硒也被挤出了硫那一列,这还算什么规律?”

对这一问题门捷列夫早已思考过,他胸有成竹地说:“我看铟的原子量很可疑,它的性质和铝相似,依我推算它的原子量就是113.1(后来事实上测得铟的原子量是114.82),它本来就不应排在砷后面,而应排在铜和锡之间。”

这时一位寿眉双垂、银须齐胸的长者发火了,他是门捷列夫的老师齐宁。

过去他一直很赏识门捷列夫的才华,此时却蛮横地斥责道:“赶快收起你这一套,身为教授、科学家,不在实验室做实验,却异想天开,摆摆纸牌就想发现什么规律。这些元素难道就任你这样摆布吗?”门捷列夫见状,只好委屈地收起纸牌告退了。

门捷列夫回到家里继续摆弄着他那副纸牌。在对那些与铟的情况类似,而其原子量和其他元素接近而性质却不相似的元素排列时,他就预见可能有什么元素的原子量不准确。这样,他共改正了铟、铍、钛、铈、铀、铂等元素的原子量。后来这些都得到了验证。

他在研究砷元素时,发现按原子量,砷应排在锌之后,性质和铅相似,但事实上它的性质却和磷相似。他在验证了砷的原子量正确之后,心想:既然元素是一个一个被发现的,那么就应该给未被发现的元素保留一席之地。他大胆地预见在锌和砷之间,应该还有两个元素,他把它们称为“类铝”“类硅”元素。像这样他共预见了“类硼”等11个元素的存在。

在考虑了某些元素的原子量有错误和某些未被发现的元素之后,门捷列夫又重新把元素按原子量的大小排列,性质相似的元素上下对齐。这时元素周期性变化的规律更加明显。可是当他把这一新的元素排列表公布之后,带给门捷列夫的是更为激烈的冷嘲热讽,有些权威一口否定了门捷列夫的发现。但真理终归是真理,真金不怕火炼,事实胜于雄辩。

1875年的一天,当门捷列夫正在品酒赏书时,他突然发现一则消息:法国科学院宣布布瓦博德明在1875年9月发现了一种新元素——镓。喜得他酒杯扔出了老远,大声呼喊:“这不就是我预见的那‘类铝爷元素吗?”

于是他立即提笔给布瓦博德明写了一封短信:“先生,您发现的镓,就是我5年前预言的‘类铝爷,只是它的比重应该是5.9,而您却测的是4.7,请您再做一次实验,我想大概是您的新物质还不够纯的缘故吧。”,布瓦博德明接到门捷列夫的这封信感到很奇怪,全世界就只有他拥有这么一点镓,这个俄国人怎么能知道它的比重应是5.9呢?于是他半信半疑,立即将仅有的1.15g镓经过提纯重新实验,结果发现镓的比重果然是5.94。他给门捷列夫回信道:“尊敬的门捷列夫先生,祝贺您的胜利,我能说什么呢?我的实验和发现,只不过是您元素周期律的一个小注解。这是您元素周期律的伟大之所在的最好例证。”

这下,门捷列夫的元素周期律在科学界才引起了极大的震动,连同他的老师齐宁也亲自登门谢罪,称赞门捷列夫是俄国人的骄傲,是科学界的骄傲。

1879年瑞典人尼尔逊发现了钪,经过测定它就是门捷列夫预言的“类硼”。

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