你知道吗--现代科学中的100个问题-第17部分

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　　　　当偏振光通过含有某种不对称分子的溶液时，它的振动平面会被扭转一个角度。化学家根据这种扭转的方向和角度的大小，就能够对这种分子的真实结构做出许多推断，特别是对于有机化合物的分子更是如此。正因为这样，偏振光对于化学理论来说，一直是极其重要的。
第76节
　　　　光束含有能量，当它投射到一个不透明的物体上并被吸收时，能量就会发生某种变化。其中的大部分转换为热，也就是说，构成不透明物体的粒子在获得光能之后，就开始更加快速地振动。

　　　　然而，光束能够对不透明的物体施加直接的力吗？光束能够把它的运动传给那个吸收它的物体吗？一个运动中的大而重的物体对任何阻挡在它前进道路上的东西的影响是明显的。滚木球戏中的滚球击中了一个柱，就会使它飞起来。但光由无质量的粒子所组成，它仍然能够把它的运动传递给物质，并对物质施加力吗？

　　　　早在1873年，苏格兰物理学家麦克斯韦就从理论上研究了这个问题。他指出，光即使是由无质量的波所组成，也仍然会对物质施加力。这种力的大小取决于运动光束中每单位长度所含的能量。有一件令人注目的事。假定你有一个手电筒，你将它正好开一秒钟。它在这一秒钟内发射的光含有大量的能量，但就在这一秒钟内，发射出的光的第一部分已经走了约30万公里。手电筒在一秒钟内所发出的全部光就分成那样长的一道光束，所以，这道光束中每一米或甚至每一公里长度中的能量确实是很小的。◇米◇花◇书◇库◇ ；www。7mihua。com

　　　　正是由于这个原因，在通常情况下我们并不觉得光对物质有任何作用力。

　　　　不过，假定你取一根轻的横杆，在横杆两端各有一个平圆盘，然后用一根细石英丝拴在横杆的中央，把它悬吊起来。在一圆盘上施加极小的一点力，就会使横杆围绕着石英丝扭转。如果一道光束照在一个圆盘上，那么，只要这道光束对圆盘施加了力，这个横杆就会旋转。

　　　　当然，如果稍有一点微风推动着圆盘，那么，光束的这种微小的力就会被掩盖起来，所以整个装置必须封闭在一个小室内。就连空气分子碰撞圆盘所产生的力也会比光力大得多。

　　　　因此，这个小室必须抽成高真空。完成了这样的设施并采取了某些其他的预防措施之后，当一道强烈的光束照射在圆盘上时，就有可能测出圆盘位置的微小移动。

　　　　1901年，两位美国物理学家尼科尔斯和赫尔在达特默思学院完成了这样的实验，证明光确实能产生一种力，这种力的大小正好同二十八年前麦克斯韦所预言的差不多。几乎与此同时，俄国物理学家列别捷夫用稍微复杂一点的装置，也证实了这种情况。

　　　　这种“辐射压力”的存在被证实以后，天文学家相信这种压力说明了关于彗星的某种有趣的现象。彗星的尾部总是指着背离太阳的方向，当彗星接近太阳的时候，彗尾就拖在后面。当彗星最接近太阳并绕着太阳运动时，它的尾部就来回摆动。然后，当彗星离开太阳时，它的尾部却跑到它的前面去了。于是天文学家就这样想：“啊哈，这就是辐射压力！”

　　　　大约有半个世纪，他们一直认为这是真实的，但是他们错了。太阳光的辐射压力并不够强，把彗星尾部推向背离太阳的方向的是太阳风。
第77节
　　　　光可以看作是一种波动，普通的太阳光则是几种不同波长的波的集合。不同波长的光在我们的视网膜上产生不同的效应，正是这些效应给我们以颜色的感觉。在可见光中，红光的波长最长，其次是橙光、黄光、绿光、蓝光，最后是波长最短的紫光。

　　　　当光离开空气进入玻璃、水或其他透明介质时，它的速度就减慢。如果一道光束从右面以倾斜的角度投在一块玻璃上，那么，最先射在玻璃上的光束的右侧就会先减慢速度。有那么一瞬间，光束的右侧缓慢地运动，而左侧则继续以全速前进，结果，当光束进入玻璃时就会改变方向，这就是“折射”。

　　　　如果一队士兵从一条平坦的公路斜着向犁过的田地行进，就会发生同样的情况。队列中靠近田地那一侧的士兵会先到达地里，并且先减慢速度。除非有意识地去防止这种情况，否则这个队列在进入地里时就会改变方向。

　　　　地里的减速效应，是由于难以从松土中拔出腿来的缘故。

　　　　一旦拔出腿来，在地上空气中挥腿的速度就像在公路上一样快了。这就意味着，一个长腿士兵，由于他跨的步子比短腿士兵的要长些，在给定的距离内与地面接触的次数要少些，因此减速也就少些。一列长腿士兵行进方向的改变要比一列短腿士兵少一些。

　　　　在这方面，长波红光类似于长腿士兵，它的减速小于其他任何一种可见光。因此，它的折射最小。紫光当然折射最大。

　　　　衍射则涉及完全不同的原理。一种波动能够自由绕过尺寸不大于这种波的一个波长的障碍物继续前进。障碍物越大，波就越难绕过它。

　　　　光的波长非常短（约为1/125；000厘米），因此，光不能明显地弯曲绕过普通的障碍物，而只能沿直线从它们旁边经过，并产生清晰的阴影。声波要长得多，它的本质与光波完全不同。这就是为什么你绕过拐角也能听到声音，但不能绕过拐角看见东西——至少不用镜子是看不见它的。

　　　　衍射光栅是由许多极细的暗线条彼此平行地刻划在透明底板上所组成；这种暗线条非常细，因此，甚至很短的光波在它们附近通过透明区时，也能少量地绕过它们。这就是“衍射”。

　　　　很清楚，光的波长越长，暗线的阻碍作用就越小，光也越能绕过它们。长波的红光最能绕过暗线，因此衍射最大。紫光的衍射当然最小。

　　　　折射棱镜和衍射光栅都会产生“彩虹”或光谱。然而，折射光谱同衍射光谱相反。从光原来的方向线依次向外看，折射光谱是：红、橙、黄、绿、蓝、紫。衍射光谱是：紫、蓝、绿、黄、橙、红。
第78节
　　　　光束可以认为是由一列波所组成的。如果两道光束以一个小角度相遇，那么，一道光束的各个波可能与另一道光束的各个波以这样的方式相遇，就是：一个波的向上运动恰好碰上另一个波的向下运动，反过来也是这样。这时两个波就相互“干涉”，并且部分或甚至全部相互抵消。结果，两个波以这种方式结合起来所产生的光，其强度小于这两个波中任何一个波单独产生的光的强度。

　　　　但是每个波列都代表一定的能量。如果一个波抵消另一个波，在原来存在着光的地方造成暗区，那么，这是不是意味着能量消失了呢？

　　　　当然不是！物理学的基本定律之一就是能量不灭，这就是“能量守恒定律”。在干涉中、某些能量不再以光的形式存在。这样，就必定有完全相等的能量以某种其他形式存在。■米■花■书■库■ ；www。7mihua。com

　　　　组织得最差的能量形式就是构成物质的粒子的无规则运动，我们把它称为“热”。当能量改变形式的时候，总是倾向于失去组织性，因此，当能量似乎已消失的时候，最好是去寻找热，寻找比以前更高的速度作无规则运动的分子。

　　　　光发生干涉时的情况就是如此。从理论上说，你可以这样安排两道光束，让它们完全干涉。这时，让这两道光束投射到一个屏幕上，屏幕会完全黑暗。但是在这种情况下，屏幕就会变热。能量并没有消失，它只是改变了形式而已。

　　　　下面的情况属于同样的问题。假定你给一个钟上紧发条，那么，这个发条就比没有上紧的同样的发条含有更多的能量。

　　　　现在假定你让这上紧的发条溶化在酸中。这时，能量发生了什么变化呢？

　　　　这时能量同样转化为热。如果你在开始时拿出两杯温度相同的酸溶液，然后让未上紧的发条溶化在一杯酸溶液中，而让上紧了的发条溶化在另一杯酸溶液中（把两杯溶液互换也是一样），结果，溶解了上紧发条的溶液的温度会比溶解了未上紧发条的溶液高一些。

　　　　一直到1847年，在物理学家彻底了解了热的性质之后，能量守恒定律才被人们所理解。

　　　　从那以后，由于坚信这个定律，人们才对一些基本现象有了新的了解。例如，在放射性嬗变中所产生的热比十九世纪物理计算所预料的要多，到爱因斯坦提出了他的著名方程E＝mc2，表明物质本身是一种能量形式之后，这个问题才得到解决。

　　　　同样，在某些放射性嬗变中所产生的电子的能量太少了。1931年，泡利并不认为这种现象违背了能量守恒定律，而且提出了这样的看法：这时不但产生了电子，还产生了另一种粒子——中微子，中微子带走了其余的能量。他的看法是对的。
第79节
　　　　如果一个物体是静止的，或者相对于某一固定点作恒速运动，那么，在这个物体上运动是不会出现什么问题的。如果你想从物体一端的A点沿着一条直线走到另一端的B点，你在走的过程中不会感到有任何困难。

　　　　但是，如果一个物体的不同部分以不同的速度运动，那么，情况就大不一样了，假定有一个旋转游戏台或者任何一个绕其中心旋转的平台。整个平台的整体在旋转，但在中心附近的一点画出一个小圈，因而在缓慢地运动，而靠近外缘的一点则画出一个大圈，因而在快速地运动。

　　　　假定你站在中心附近的那个点上，想要直接从中心出发的一条直线上走向靠近外缘的那个点。在中心附近的出发点上，你取得了该点的速度，缓慢地运动。但是，当你向外走时，惯性效应使你保持缓慢运动，不过，当你越往外走的时候，你脚下的台面转动得越快：你本身的慢速和台面的快速的结合，使你觉得你在被推向与旋转运动相反的那个方向去。如果旋转游戏台是在反时针方向转动，你就会发现，当你向外走时，你的路线越来越明显地顺时针方向弯曲。

　　　　如果你从靠近外缘的一点出发向内行进，你就会保持着出发点的快速运动，但你脚下的台面运动得越来越慢。因此，你会觉得你在旋转方向上被越推越远。如果旋转游戏台是反时针方向运动，那么，你的路线会再次越来越明显地顺时针方向弯曲。

　　　　如果你从靠近中心的一点出发，向靠近外缘的一点走去，然后回头向靠近中心的一点走去，而且沿着阻力最小的路径前进，你就会发现，你走的路径大体上是一个圆形。

　　　　法国物理学家科里奥利于1835年第一次详细地研究了这种现象，因此这种现象称为“科里奥利效应”。有时也把它称为“科里奥利力”，但它并不真是一种力；它只不过是惯性的结果。

　　　　科里奥利效应在日常生活中最重大的意义，是同旋转着的地球有关。地球表面赤道上的一个点，在24小时内划一个大圆圈，因此它是在快速地运动）如果我们从赤道出发，越向北（或向南）走，那么，地面的一个点在一天之内划出的圆圈就越小，它也运动得就越慢。

　　　　从热带向北流动的一阵风或一般海流，起初随着地球的旋转，从西向东转动得非常快。当它向北流动时，它保持着它的速度，而地表的运动速度却越来越小。因此，风或海流就会超过地表，并且越来越向东沿着曲线前进。最后，风或海流就在北半球顺时针方向划一个大圆圈，而在南半球则反时针方向划一个大圆圈。

　　　　正是这种造成曲线运动的科里奥利效应，在更加集中（因而更加有力）时，就会形成飓风，如果还要更加集中和更加有力，就会形成龙卷风。
第80节
　　　　这是不是自相矛盾呢？

　　　　我们耳朵听到的声音，是由传播声音的原子或分子构成的媒质的振荡运动带来的振动所引起的。振动把附近的分子推到一起，并压缩这些分子。被压缩的分子在分开时，就在邻近区域引起压缩，这样，这种压缩区似乎是从声源向外传播，压缩波从声源向外传播的速度，就是声音在该媒质中传播的速度。

　　　　声速取决于构成物质的分子的固有运动速度。例如，一旦空气的某一部分受到压缩，分子就会由于它们自身固有的无规运动再次分开，如果这种无规运动是快速的，那么受压缩部分的分子就会迅速分开，并快速地压缩邻近部分的分子。邻近部分的分子也快速分开，并快速地压缩下一部分。于是，总的说来，压缩波就很快地向外传播，因此声速就高。。tenluo

　　　　凡是能提高（或降低）空气分子固有速度的东西，都会提高（或降低）空气中的声速。

　　　　巧得很，空气分子在较高的温度下比在较低的温度下运动得快些。正是由于这个原因，声音在暖空气中比在冷空气中传播得快些。这同密度没有任何关系。

　　　　在0℃，也就是水的凝固点时，声音以每小时1；193公里的速度传播。温度每升高1℃，速度每小时就提高约2。2公里。

　　　　一般说来，如果构成气体的分子比空气分子轻，那么，这种气体的密度就要比空气低。较轻的分子运动得也较快。声音在这种轻的气体中传播的速度比在空气中快，这不是由于密度的改变，而是由于分子的运动较快。声音在0℃的氢气中的传播速度是每小时约4；667公里。

　　　　当我们说到液体和固体，情况就与气体大不相同了。在气体中，分子彼此相隔很远，几乎不互相干扰。如果分子受到推压而彼此更接近起来，它们仅仅是通过无规运动而彼此分开，但在液体和固体中，原子和分子是相互接触的。如果它们受推压而挤到一起，它们的互斥力就会非常快地迫使它们再次分离。

　　　　对于固体来说，尤其是这样。在固体中，原子和分子多少比较稳固地保持在各自的位置上。它们保持得越是稳固，它们被推压到一起时，弹回的速度就越快。因此，声音在液体中的传播速度比在气体中快；在固体中传播得更快；在刚性固体中则传播得最快。密度并不是声音传播快慢的根本原因。

　　　　因此，声音在水中以每小时约5；200公里的速度传播，在钢中则以大约每小时约18；000公里的速度传播。
第81节
　　　　如果一个物体的密度大于水，它就会在水中下沉。水的密度是每立方厘米一克，岩石和金属这样的物质的密度比水大得多。由大块钢材制成的舰船之所以能浮在水上，是因为船内容纳着大量的空气；钢材和造船用的其他材料加上船内的空气，它们的平均密度低于水的密度；如果发生意外事故，水进入船中，那么，造船的材料加上进入船内的水的平均密度大于水自身的密度时，船就要下沉了。

　　　　船下沉时，受到越来越大的压力。在海面上，每平方厘米面积的压力（大气造成的）是1公斤。在海面以下10米处，那个深度的水重又在海面压力上增加了每平方厘米1公斤的压力。深度每增加10米，每平方厘米就又增加1公斤的压力。而在已知的海洋最深部分的海底，压力约为大气压力的1；100倍，即每平方厘米约为1。1吨的压力。？米？花？书？库？ ；__

　　　　这样高的压