前传：02.彩色的火焰

就在大家惊叹门捷列夫元素周期表的神奇的时候&＃xff0c;出麻烦了。英国的瑞利勋爵在做实验的时候&＃xff0c;发现空气里面居然有以前从没被发现的物质。这个瑞利勋爵是剑桥大学卡文迪许实验室的教授。这个位置本来是麦克斯韦担任的&＃xff0c;但是1879年麦克斯韦去世了。1879年是个重要的年份&＃xff0c;前一套书《宇宙大爆炸》开篇就讲到这个年份有多重要。这个职位就由瑞利担任。称为卡文迪许物理学教授。其实就相当于剑桥大学物理系的系主任。瑞利就注意到了卡文迪许老前辈的一项发现。这大约已经过去100年了。一个容器&＃xff0c;倒扣在碱液里面。伸进两个电极&＃xff0c;打出电火花。我们都见过电焊的时候发出的电弧&＃xff0c;通常伴随着刺激的气味&＃xff0c;那就是空气中的氧气和氮气生成了二氧化氮。二氧化氮是酸性的&＃xff0c;会被碱性液体吸收。于是呢&＃xff0c;空气里面的氮气和氧气就越来越少了。最后过量的氧气用硫化钾溶液吸掉。有反正折腾来折腾去&＃xff0c;总有个小气泡消不掉。这个气泡到底是啥呢&＃xff0c;人家卡文迪许老爷子没搞清楚。100年过去了&＃xff0c;没人搭理这茬儿啊。瑞利发现了这件事儿&＃xff0c;觉得好奇。他当时在测量各种气体的密度。别的密度都测的很准确。但是氮气的密度老是测不准。从含氮的化合物里面搞出来的氮气&＃xff0c;和空气里面去掉氧气剩下的氮气。密度居然不一样。居然要差了1.2‰&＃xff0c;这要是搁别人那儿&＃xff0c;根本不当回事儿。可是瑞利是个特别仔细的人。他总觉得这事儿不对劲啊。魔鬼总在细节里&＃xff0c;很多科学发现&＃xff0c;都是在小数点后面好几位给挖出来的。他一次次的重复试验&＃xff0c;就是对不上茬。

瑞利勋爵

瑞利广发英雄帖&＃xff0c;看谁有兴趣来帮他。喊了半天&＃xff0c;没人理他。后来是个叫拉姆塞的年轻后辈蹦出来了。他说我有兴趣。我跟您一起搞。这个拉姆塞用的是另外的办法。他把空气不断通过炽热的镁粉&＃xff0c;镁粉很活泼&＃xff0c;高温下会跟氧气和氮气发生作用。最后折腾来折腾去&＃xff0c;总是留下个小气泡。小气泡测定成分显然还不够啊。大规模的烧镁粉。左后搞出好多升这种奇特的气体。瑞利自己也搞出了500毫升。这下好了。可以足够实验用了。他们想尽办法把这东西跟其他元素放在一起&＃xff0c;加热也罢&＃xff0c;放电也罢。人家就是刀枪不入&＃xff0c;跟谁都不反应。整个一个滚刀肉。这到底是个啥玩意儿&＃xff1f;

拉姆塞一看&＃xff0c;折腾不动这东西&＃xff0c;那么就不得不把我老师搞的法宝请出来了。他老师是谁啊&＃xff1f;他老师叫基尔霍夫。大名鼎鼎的物理学家。更重要的基尔霍夫还有一位好基友啊。基尔霍夫的朋友&＃xff0c;简称基友。那就是上文书提到过的本生。这个本生擅长自己鼓捣化学仪器。要是缺个瓶瓶罐罐的&＃xff0c;人家自己能造。他发明了本生灯&＃xff0c;这种灯其实就是一种煤气灯。温度很高&＃xff0c;能达到2300度。而且煤气灯的火焰没有颜色。不会对实验产生干扰。基尔霍夫就跟本生两人在海德堡大学一起工作。那时候本生正对一个现象着迷&＃xff0c;不同的金属盐&＃xff0c;撒到本生灯上&＃xff0c;会发出各种各样的颜色。这东西五颜六色的多好看啊。本生发现&＃xff0c;这东西的颜色好像跟金属元素有关系。比如你方的是含钠的盐&＃xff0c;发的就是黄色的光。含钙的就是砖红色。本生就兴奋啦&＃xff0c;逮着什么烧什么。基尔霍夫在旁边看不下去了&＃xff0c;别烧啦。你这儿烧起来没完啦。本生就跟他说&＃xff0c;这颜色代表不同的元素。基尔霍夫毕竟是搞物理的。他立刻脑子一转念。人凭着主观印象描述颜色&＃xff0c;那根本不靠谱儿啊。要想精确描述颜色。只能靠光谱分析。他跟本生一说&＃xff0c;本生一拍大腿&＃xff0c;说干就干。基尔霍夫立刻去找来三棱镜&＃xff0c;两个人一顿敲打&＃xff0c;造出了世界上第一台光谱仪。他俩又玩儿开了&＃xff0c;又是一通烧。能烧的都找来烧一遍。不看不知道&＃xff0c;一看吓一跳。比如说钠盐的光谱&＃xff0c;是两条黄色的谱线。不是连续光谱&＃xff0c;谱线很窄。各种元素的谱线都不太一样。要是连续的光谱还不好辨认呢&＃xff0c;现在一根根细细的谱线&＃xff0c;那就好比是每个元素独有的条形码。本生还考基尔霍夫&＃xff0c;一大把金属盐撒上去。看基尔霍夫报出光谱线&＃xff0c;然后对应着一查表。里面的元素报的一个不差。这两个人乐疯了。他俩发现了一种鉴别元素的新方法。而且灵敏度很高。这是1859年的事儿了。第二年&＃xff0c;圆明园就被烧了。只是感慨一下&＃xff0c;人家欧洲在干什么&＃xff0c;这边儿大清朝在干什么……
基尔霍夫和光谱仪

就在1859年10月20日&＃xff0c;他们俩就向柏林科学院做了个报告。报告的题目别提多吓人了。他们居然说搞清楚了太阳上的元素组成。一帮科学家在台底下听着啊&＃xff0c;心里纳闷儿&＃xff0c;你俩啥时候去太阳上溜达了一圈啊&＃xff1f;

原来很久以前发现夫琅和费线就是跟元素的光谱线对应。他们推测&＃xff0c;这些暗线应该是化学元素吸收光谱造成的。既然如此就可以根据太阳的夫琅和费线来判断太阳上的元素。看来太阳上的化学元素与地球相比大差不差。底下听众集体惊呼&＃xff0c;天体物理由此进入了新阶段……

返回头来再说瑞利和拉姆塞。他们实在没辙了&＃xff0c;想起老师基尔霍夫的光谱仪来了。但是他老师一直是烧金属盐来测定光谱啊。气体该怎么办呢&＃xff1f;这东西没法拿到火焰上烧啊。难不倒科学家们。他们发明了一种办法&＃xff0c;在气体瓶子里放电&＃xff0c;用电场来激发气体辉光。这种办法到现在还在大规模使用着&＃xff0c;我们每天都能见到的日光灯就是这个原理。水银蒸气在电场的激发下发光。这东西当然用不是瑞利和拉姆塞搞出来的&＃xff0c;他们有个外援叫克鲁克斯。是人家搞出来的&＃xff0c;就以人家名字命名叫做克鲁克斯管了。当然啦&＃xff0c;他们也没想到这种放电的管子居然又导致了另一个重大发现诞生。一张嘴说不了两家事&＃xff0c;但是这个重大的发现也就在这前后要一个雷天下响了。咱们暂且不表……

原文发布时间为&＃xff1a;2017-12-11
本文作者&＃xff1a;吴京平
本文来源&＃xff1a;九州量子&＃xff0c;如需转载请联系原作者。