在科学的海洋中去发现“新大陆”
  • 来源:科普时报
  • 作者:陈冠文
  • 2021-12-31 12:38

哥伦布发现新大陆的故事告诉我们,在浩瀚无边的茫茫大海中,只要始终向前航行,就会有新的发现。科学海洋也是如此,只要我们一直探索下去,就一定会有新发现。

在环球航行中发现生物进化规律

这是一个与哥伦布发现新大陆一样的故事——达尔文在环球航行中发现生物进化规律。

1831年,达尔文经导师推荐,以博物学家的身份参加了“贝格尔”号舰的远洋航行。12月27日,“贝格尔”号舰离开英国普利茅茨港,历经5年的环球航行,于1836年10月2日返航回到英国。

在那个时代,人们认为,地球上存在的千姿百态、迥然各异的万千物种都是上帝创造的。但在漫长的航海中的所闻所见,使达尔文产生了怀疑。他在《自传》中写道:“在‘贝格尔’号舰的航程中,我深深地被以下的事实所打动:第一,在彭巴(南美洲的一个大草原)的地层中所发现的巨大化石动物,覆被着现存犰狳的甲壳那样的甲壳;第二,整个大陆的密切近似动物的形态,自北而南逐渐出现差异;第三,加拉巴哥群岛的大多数生物都具有南美洲生物的性状,但群岛中各个岛屿之间的生物却具有稍微不同的性状。而这些岛屿从地质学的意义上看,都不是很古老的。”这三大事实表明,生物间在时间上存在着连续性,在空间上存在着密切的相关性。那么,地球上这么多种类的物种是从哪儿来的呢?物种间为什么会有这些变化?这些变化遵循什么规律呢?

带着这些问题,达尔文回到英国后,通过对许多育种家、园艺家进行系统调查和整理、分析大量有关物种变异问题的笔记和观察、试验资料,他得出了关于生物进化机理的两个基本观点:家养动植物的优良性状是人们世世代代对其优良性状有意识选择的结果,这就是人工选择;野生动植物的变异则是它们在世代繁衍过程中,为了生存对其所生存的千差万别、不断变化的环境适应的结果,这就是自然选择。

经过20多年的研究,达尔文于1859年出版了划时代的巨著《物种起源》。《物种起源》的出版,标志着进化思想在人类文明史上的真正确立。

神秘的双折射现象

1369年的一天,丹麦科学家巴索里内斯用一块冰洲石压在书上。突然,他被一个奇怪的现象吸引住了:压在透明冰洲石下的字有个双影:一个字变成了两个。他觉得很奇怪.便好奇地将冰洲石转动一个角度,但仍然能看到双影。后来.他经过研究发现.当绕着入射光方向转动晶体的时候,字的一个影子不变,他称之为“寻常折射”;而另一个影子的明暗则随着冰洲石转动的角度而改变,他称为“非寻常折射”。

这个发现,是光学领域继光的干涉和衍射之后的又一新现象。荷兰物理学家、数学家惠更斯在得知巴索里内斯发现的奇怪现象之后,立即进行了重复实验。最终,他发现其他晶体(如石英)也有这种现象,并确定寻常折射仍然遵守折射定律,而非寻常折射则不遵守折射定律。1678年,他又巧妙地提出了椭球波理论,认为方解石等晶体的颗粒可能具有特殊形状,以至光波通过的时候,在某一方向比在另一方向传播得更快一些,于是就出现了双折射。

后来,人们又陆续发现云母、电气石等也有双折射,而水、玻璃等没有。现在,这种双折射特性已被用来制造多种光学仪器。

电磁波的发现

1873年,麦克斯韦出版了《电磁通论》,奠定了电磁理论的基础。但电磁波是否存在?却无人研究、证实。

1885年,赫兹进入卡尔斯鲁厄高等技术学院任教后,每天除了教学之外,就是做实验。

1886年的一天,赫兹偶然发现,当给第一个线圈输入一个脉冲电流时.第二个线圈就有火花产生。他想,这很可能是在电磁振荡过程中,第一个线圈发生的电磁振荡引起第二个线圈产生的电火花。

从1886年10月25日起,赫兹就集中精力对“电火花实验”进行一系列更加深入的研究。他在一段铜丝两端各固定一个小铜球,然后将其弯成开口形状,并使铜球距离很近,然后再将它们放在感应圈附近进行试验。

1887年的一天,赫兹在一次实验中偶然发现,电火花在两个小铜球之间不断跳跃。这样,他就首次在实验中观察到他企盼已久的电磁波在空间传播的证据。1887年11月5日,他将这一研究成果进行总结分析后,写成《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文。

第二年,赫兹又验证了电磁波的波长比光波大,但具有相同的传播速度,同样具有能聚集、折射、干涉、衍射和偏振等性质。

赫兹发现的电磁波,证实了麦克斯韦电磁理论的正确性。

这几个故事告诉我们,在科学的海洋里有着无数的“新大陆”,只要我们细心观察,善于思考,并持之以恒地探索下去,就一定会有新发现。

责任编辑:李萍
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