科学发明和发现的故事.docx

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科学发明和发现的故事

科学发明和发现的故事

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门捷列夫

元素周期律的发现 

    1867年，俄国彼德圣堡大学里来了一个年轻的化学教授，他就是门捷列夫。

身为化学教授的门捷列夫大部分时间不是在实验室度过，而是将自己关在书房里。

手里总捏着一副纸牌，颠来倒去，整好又打乱，乱了又重排。

不邀牌友，也不去上别人家的牌桌。

   两年后的一天，俄罗斯化学会专门邀请专家进行一次学术讨论。

学者们有的带着论文，有的带着样品，只有门捷列夫两手空空，学术讨论进行了三天，三天来讨论会场大家各抒己见，好不热闹，只有门捷列夫一个人一直一言不发，只是瞪着一双大眼睛看，竖起耳朵听，有时皱皱眉头想想。

   眼看讨论就要结束了，主持人躬身说道：

“门捷列夫先生，不知可有什么高见？

”门捷列夫也不说话，起身走到桌子的中央，右手从口袋里取出，随即一副纸牌甩在桌子上，在场的人都大吃一惊，门捷列夫爱玩纸牌，化学界的朋友已早有所闻，但总不至于闹到这种地步，到这么严肃的场合来开玩笑吧？

   只见门捷列夫将那一把乱纷纷的牌捏在手里，三下两下便整理好，并一一亮给大家看。

大家这时才发现这并不是一副普通的扑克，每张牌上写的是一种元素的名称、性质、原子量等，共63张，代表着当时已发现的63种元素。

更怪的是，这副牌中有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。

   门捷列夫真不愧为玩纸牌的老手，一会儿功夫就在桌子上列成一个牌阵：

竖看就是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫分别各一列，横看那七种颜色的纸牌就像画出的光谱段，有规律地每隔七张就重复一次。

然后门捷列夫口中念念有词地讲着每一个元素的性质，滚瓜烂熟，如数家宝。

周围的人都傻眼了。

他们在实验室里钻了十年、几十年，想不到一个年轻人玩玩纸牌就能得出这番道理，要说不服气吧，好象有理，要说真是这样，又有些不甘心。

   这时一直坐在旁边观看的门捷列夫的老师胡子气得撅起来了，一拍桌子站起来，以师长的严厉声调说道：

“快收起你这套魔术吧，身为教授、科学家，不在实验室里老老实实地做实验，却异想天开，摆摆纸牌就要发现什么规律，这些元素难道就由你这样随便摆布吗？

……”老人越说越激动，一边还收拾东西准备离去，其他人见状也纷纷站起，这场讨论就这样不了了之。

   门捷列夫坚信自己是对的，回家后继续推着这副纸牌，遇到什么地方接连不上时，他就断定还有新元素没被发现，他就暂时补一张空牌，这样他一口气预言了11种未知元素，那副牌已是74张。

这就是最早的元素周期表。

   在随后的几年中，门捷列夫预言的11种元素陆续被发现，乖乖地住进他的元素周期表，特别是后来发现的氦、氖、氩、氪、氙和氡又给元素周期表增加了新的一族。

元素世界一目了然，它就像一幅大地图，以后化学的研究就全靠这幅指南图了。

   1764年，格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽可门蒸汽机，任务交给了瓦特。

瓦特将它修好后，看看他工作那么吃力，就象一个老人在喘气，颠颠颤颤地负重行走，觉得实在应该将它改进一下。

   他注意到毛病主要是缸体随着蒸汽每次热了又冷，冷了又热，白白浪费了许多热量。

能不能让它一直保持不冷而活塞又照常工作呢？

于是他自己出钱租了一个地窖，收集了几台报废的蒸汽机，决心要造出一台新式机器来。

   从此，瓦特整日摆弄这些机器，两年后，总算弄出个新机样子。

可是点火一试，那汽缸到处漏气，瓦特想尽办法，用毡子包，用油布裹，几个月过去了，还是治不了这个毛病。

   一天他又趴到汽缸前观察漏气的原因，不小心一股热气冲出，他急忙躲闪，右肩上已是红肿一片，就像被一把热刀削过一样，辣辣地疼起来，弄得他心烦意乱。

他真有些灰心了，这时，是他的妻子给了他勇气，妻子用激将法又激起了继续研究下去的雄心。

   他又回到地下实验室，将过去的资料重新翻阅一番，打起精神又干了起来，干累了就守着炉子烧一壶水喝茶。

一天，他一边喝茶，一边看着那一动一动的壶盖。

他看看炉子上的壶又看看手中的杯子，突然灵感来了：

茶水要凉，倒在杯里；蒸汽要冷，何不也把它从汽缸里也“倒”出来呢？

   这样想着，瓦特立即设计了一个和汽缸分开的冷凝器，这下热效率提高了三倍，用的煤只有原来的四分之一。

这关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明。

他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法制了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题。

   1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节活门，世界上第一台真正的蒸汽机诞生了。

钱三强

在法国留学期间，钱三强在巴黎大学镭学研究所居里实验室和法兰西学院原子核化学实验室从事原子核物理的研究工作。

这期间，钱三强在原子核物理学领域中做出了很多成就。

   首先，他与约里奥·居里合作，用中子打击铀和钍得到放射性的镧同位素，从它们的β射线能谱证明它们是同一种同位素。

这对解释当时发现不久的核裂变现象是有力的支持。

   他还首次从理论和实验上确定了50000电子伏特以下的中低能电子的射程与能量的关系。

并且与布依西爱和巴什莱合作，首次测出了镤的α射线的精细结构，并与电子内转换的γ谱线符合得很好。

   他最大的成就是与妻子何泽慧、两个法国研究生沙士戴勒和微聂隆合作，发现了铀的三分裂和四分裂现象。

这个发现使他们异常兴奋，但他们并没有立即发表，因为当时科学家们一致认为原子核分裂只有二分裂的可能。

钱三强根据实验继续分析研究，最终得出了能量与角分布等的关系，对三分裂现象从实验与理论两方面作出了全面的论述。

   经过十几年的考验，这一发现已得到公认，尤其是到50年代获得新的实验手段后，从第二裂片的同位素质量谱、射程、发射角度等都说明他的解释与实验证据以及电子计算机计算结果相符合。

这一发现被人们认为是第二次世界大战后居里实验室和法兰西学院原子核化学实验室第一个重要成果。

   在钱三强要返回祖国时，约里奥·居里夫妇送给他一份鉴定书，上面写着：

十年期间，在那些到我们实验室来由我们指导工作的同代人中，钱三强最优秀，我们这样说，并不言过其实。

   钱三强回国后培养了一批从事研究原子核科学的人才，并且建立起中国研究原子核科学的基地。

从1955年起，他参加了原子能事业的建立和组织工作，将近代物理研究所改良为原子能研究所，领导并促进了这一事业的发展以及有关科技工作的开展，对中国科学院和中国原子能事业的建设、计划和学术领导都作出了贡献。

诺贝尔

诺贝尔的父亲是一位颇有才干的发明家，倾心于化学研究，尤其喜欢研究炸药。

受父亲的影响，诺贝尔从小就表现出顽强勇敢的性格，他经常和父亲一起去实验炸药。

多年随父亲研究炸药的经历，也使他的兴趣很快转到应用化学方面。

   1862年夏天，他开始了对硝化甘油的研究。

这是一个充满危险和牺牲的艰苦历程。

死亡时刻都在陪伴着他。

在一次进行炸药实验时发生了爆炸事件，实验室被炸的无影无踪，5个助手全部牺牲，连他最小的弟弟也未能幸免。

这次惊人的爆炸事故，使诺贝尔的父亲受到了十分沉重的打击，没有多久就去世了。

他的邻居们出于恐惧，也纷纷向政府控告诺贝尔，此后，政府不准诺贝尔在市内进行实验。

   但是诺贝尔百折不挠，他把实验室搬到市郊湖中的一艘船上继续实验。

经过长期的研究，他终于发现了一种非常容易引起爆炸的物质－－雷酸汞，他用雷酸汞做成炸药的引爆物，成功地解决了炸药的引爆问题，这就是雷管的发明。

它是诺贝尔科学道路上的一次重大突破。

   矿山开发、河道挖掘、铁路修建及隧道的开凿，都需要大量的烈性炸药，所以硝化甘油炸药的问世受到了普遍的欢迎。

诺贝尔在瑞典建成了世界上第一座硝化甘油工厂，随后又在国外建立了生产炸药的合资公司。

但是，这种炸药本身有许多不完善之处。

存放时间一长就会分解，强烈的振动也会引起爆炸。

在运输和贮藏的过程中曾经发生了许多事故，针对这些情况，瑞典和其他国家的政府发布了许多禁令，禁止任何人运输诺贝尔发明的炸药，并明确提出要追究诺贝尔的法律责任。

面对这些考验，诺贝尔没有被吓倒，他又在反复研究的基础上，发明了以硅藻土为吸收剂的安全炸药，这种被称为黄色炸药的安全炸药，在火烧和锤击下都表现出极大的安全性。

这使人们对诺贝尔的炸药完全解除了疑虑，诺贝尔再度获得了信誉，炸药工业也很快地获得了发展。

   在安全炸药研制成功的基础上，诺贝尔又开始了对旧炸药的改良和新炸药的生产研究。

两年以后，一种以火药棉和硝化甘油混合的新型胶质炸药研制成功。

这种新型炸药不仅有高度的爆炸力，而且更加安全，既可以在热辊子间碾压，也可以在热气下压制成条绳状。

胶质炸药的发明在科学技术界受到了普遍的重视。

诺贝尔在已经取得的成绩面前没有停步，当他获知无烟火药的优越性后，又投入了混合无烟火药的研制，并在不长的时间里研制出了新型的无烟火药。

   诺贝尔一生的发明极多，获得的专利就有255种，其中仅炸药就达129种，就在他生命的垂危之际，他仍念念不忘对新型炸药的研究。

瓦特

瓦特出生于英国的格林诺克，由于家境贫穷没机会上学，先是到一家钟表店当学徒，后又到格拉斯哥大学去当仪器修理工，瓦特聪明好学，他常抽空旁听教授们讲课，再加上他整日亲手摆弄那些仪器，学识也就积累的不浅了。

1764年，格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽可门蒸汽机，任务交给了瓦特。

瓦特将它修好后，看看他工作那么吃力，就象一个老人在喘气，颠颠颤颤地负重行走，觉得实在应该将它改进一下。

他注意到毛病主要是缸体随着蒸汽每次热了又冷，冷了又热，白白浪费了许多热量。

能不能让它一直保持不冷而活塞又照常工作呢？

于是他自己出钱租了一个地窖，收集了几台报废的蒸汽机，决心要造出一台新式机器来。

从此，瓦特整日摆弄这些机器，两年后，总算弄出个新机样子。

可是点火一试，那汽缸到处漏气，瓦特想尽办法，用毡子包，用油布裹，几个月过去了，还是治不了这个毛病。

一天他又趴到汽缸前观察漏气的原因，不小心一股热气冲出，他急忙躲闪，右肩上已是红肿一片，就像被一把热刀削过一样，辣辣地疼起来，弄得他心烦意乱。

他真有些灰心了，这时，是他的妻子给了他勇气，妻子用激将法又激起了继续研究下去的雄心。

他又回到地下实验室，将过去的资料重新翻阅一番，打起精神又干了起来，干累了就守着炉子烧一壶水喝茶。

一天，他一边喝茶，一边看着那一动一动的壶盖。

他看看炉子上的壶又看看手中的杯子，突然灵感来了：

茶水要凉，倒在杯里；蒸汽要冷，何不也把它从汽缸里也“倒”出来呢？

这样想着，瓦特立即设计了一个和汽缸分开的冷凝器，这下热效率提高了三倍，用的煤只有原来的四分之一。

这关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明。

他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法制了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题。

1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节活门，世界上第一台真正的蒸汽机诞生了

杨振宁

杨振宁生于安徽合肥，读小学时，数学和语文成绩都很好。

中学还没有毕业，就考入了西南联大，那是他才16岁。

20岁那年大学毕业后，旋即进入西南联大的研究院。

两年后，以优异成绩获得了硕士学位，并考上了公费留美生，于1945年赴美进芝加哥大学，1948年获博士学位。

1949年，杨振宁进入普林斯顿高等研究院做博士后，开始同李政道合作进行粒子物理的研究工作。

杨振宁是理论物理学家，他对理论物理学的贡献范围很广，包括基本粒子、统计力学和凝聚态物理学等领域，其中在粒子物理学方面贡献最大。

在粒子物理学方面，他最杰出的贡献是1954年与密耳斯共同提出的杨--密耳斯场理论，开辟了非阿贝尔规范场的新研究领域，为包括电弱统一理论、量子色动力学理论、大统一理论、引力场的规范理论等现代规范场理论打下了坚实基础。

另一项杰出贡献是1956年和李政道合作，深入研究了当时令人困惑的θ－τ之谜，即后来所谓的K介子有两种不同的衰变方式，一种衰变成偶宇称态，一种衰变成奇宇称态；如果弱衰变过程宇称守恒，则他们必定是两种宇称状态不同的K介子。

但从质量和寿命来看，它们又应是同一种介子。

杨振宁和李政道通过分析认识到，很可能在弱相互作用中宇称不守恒。

他们仔细检查了过去的所有实验，确认这些实验并未证明弱相互作用中宇称守恒。

在此基础上他们进一步提出了几种检验弱相互作用中宇称不守恒的实验途径。

次年,这一理论预见得到吴健雄小组的实验证实，他们也因次获得了1957年诺贝尔物理学奖。

在粒子物理学方面，杨振宁的贡献还有费密--杨模型，与李政道合作的二分量中微子理论，与李政道和R.奥赫梅合作的关于电荷共轭变换和时间反演变换不守恒的分析，与李政道合作的高能中微子实验分析和关于W粒子的研究。

与吴大峻合作的宇称不守恒分析，规范场的积分形式理论，与吴大峻合作的规范场与纤维丛的关系。

与邹祖德合作的高能碰撞理论等等。

杨振宁谨记父亲杨武之的遗训：

有生应记国恩隆。

他在1971年夏，是美国科学家中率先访华的。

他说：

“作为一名中国血统的美国科学家，我有责任帮助这两个与我休戚相关的国家建立一座了解和友谊的桥梁。

在中国科技发展的道途中，我应该贡献一些力量”。

杨振宁是这样说，也是这样做的。

20多年来，他频繁穿梭往来于中美之间，做了许多卓有成效的学术联系工作。

戴维

戴维小时候是一个出名的浪子，虽聪明，但就是不愿学习。

他上学时总是一个口袋里装鱼钩鱼线，另一个口袋里装弹弓，上学前总要到河边打几只鸟，钓几条鱼。

父亲死后，母亲拖着五个孩子实在无法活下去，母亲只好把戴维送进一家药店当学徒。

到月底时，别人领了工资，却没有戴维的份。

戴维就伸手向老板要，老板却当着众人狠狠地打了戴维一下，还说：

“让你抓药不识药方，让你送药认不得门牌，你还好意思伸手来要钱？

”店里的师徒哄堂大笑。

戴维哪里受过这种羞辱，从此他下定决心要浪子回头、发奋读书，他利用药房的条件研究起化学。

这时恰好有个贝多斯教授成立了一个气体疗养院，戴维被邀请一块儿工作，在这里，戴维发现了一种“笑气”，从此戴维的名声大振。

1803年，戴维当选为英国皇家学会的会员。

他知道机会难得，于是更加刻苦研究。

在许多研究题目中，戴维对伏打电池的电解作用尤感兴趣。

他想电能将水分解成氢、氧，那么一定也能将其他物质分解出新元素。

而化学中常用的就是苛性碱，不妨拿它试一试。

于是他将一块苛性碱配成水溶液，然后通上电，溶液立即沸腾发热，两根导线附近都出现了气泡。

开始戴维以为苛性碱分解了，可是后来发现跑出去的气体是氢气和氧气，也就是说分解的只是水，苛性碱根本没动。

戴维的倔劲上来了，水攻不行，那就用火攻。

这回他将苛性碱熔化后，然后通上电，嘿！

在导线同苛性碱接触的地方出现了小小的火舌，淡淡的紫色。

这可使戴维高兴坏了，但他很快又犯愁了，怎么收集这种物质呢？

熔融物温度太高，这东西又易燃，一分解出来就着火了。

看来火攻也不是个好办法。

11月19日是皇家学会一年一度贝开尔报告会的日子，戴维满心希望这次能拿一样新发现的元素。

可是眼看报告日期就要到了，电解苛性碱还是没有眉目。

他苦苦思索了十几天，这天他突然想出了一个好法子：

把苛性碱稍稍打湿，让它刚能导电又不含剩余水分。

要将苛性碱打湿很简单，只要把它放在空气中片刻，它就会自动吸潮，表面形成湿糊糊的一层。

这次戴维真的成功了，他电解出了金属钾。

李政道

李政道出生于上海，他自幼酷爱读书，整天手不释卷，连上卫生间都带着书看，有时手纸没带，书却从未忘带。

抗战争时期，他辗转到大西南求学，一路上把衣服丢得精光，但书却一本未丢，反而一次比一次多。

1946年，20岁的李政道到美国留学，当时他只有大二的学历，但经过严格的考试，竟然被芝加哥大学研究生院录取。

3年后便以“有特殊见解和成就”通过了博士论文答辨，被誉为“神童博士”，当时他才23岁。

李政道对近代物理学的杰出贡献是：

1956年和杨振宁合作，深入研究了当时令人困惑的θ-τ之谜，并且提出了“李一杨假说”，即在基本粒子的弱相互作用中宇称可能是不守恒的，后来这一假说被华裔女物理学家吴健雄用实验所证实，从而推翻了过去在物理学界被奉为金科玉律的宇称守恒定律，为人类在探索微观世界的道路上打开了一扇新的大门。

他因此也获得了1957年度诺贝尔物理学奖。

一项科学工作在发表的第二年就获得诺贝尔奖，这还是第一次。

李政道又是到那时为止历史上第二个最年轻的诺贝尔奖获得者。

李政道在其他方面的重要工作还有：

1949年与M.罗森布拉斯和杨振宁合作提出普适费密弱作用和中间玻色子的存在。

1951年提出水力学中二维空间没有湍流。

1952年与D.派尼斯合作研究固体物理中极化子的构造。

同年与杨振宁合作，提出统计物理中关于相变的杨振宁-李政道定理和李-杨单圆定理。