科学发现上的幸运与遗憾

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科学发现上的幸运与遗憾

科学发现上的幸运与遗憾

作者:黄儒经等

开 本:大32开

书号ISBN:9787506029957

定价:12.0

出版时间:2008-03-01

出版社:东方出版社


拉瓦锡对这种新气体元素进行了深入的研究,发现它除了助燃、助呼吸外,还能与许多非金属物质结合牛成各种酸,为此他把这种元素命名为酸素——氧。
拉瓦锡进而明确指出:空气本身不是元素,而是混合物,它主要由氧气和氮气组成。
1778年,拉瓦锡系统地提出燃烧的氧化学说——燃烧是可燃物质与氧的化合,可燃物质在燃烧过程中吸收了氧而增重。所谓的燃素实际上是不存在的。这就是彻底推翻了
  燃素说的燃烧学说。
拉瓦锡从重复罗蒙诺索夫的实验而开始怀疑燃素学说,又从氧气的发现确立了氧化学说。可惜和遗憾的是,普利斯特列虽然发现了氧气,却反对氧化学说。直到1783年,拉瓦锡的燃烧与氧化学说已普遍被人们认为是正确的时候,普利斯特列仍不接受拉瓦锡的解释,还坚持错误的燃素说,并且写了许多文章反对拉瓦锡的见解。这是化学史上很有趣的事实。一位发现氧气的人,反而成为反对氧化学说的人。
舍勒也是这样,他发现了氧气,但因为他也相信错误的燃素说,所以也不能正确把握好自己的发现,错过了发现真理的机会。
错误的理论,错误的指导思想,使他们从歪曲的、片面的、错误的前提出发,走上了一条南辕北辙的错误道路,使得在真理碰到鼻子尖的时候,还没得到真理。
反观拉瓦锡,他既没有发现新物质,也没有提出新的实验项目,甚至没有创新或改进实验手段或方法,然而他却在重复前人的实验中,通过严格的合乎逻辑的步骤,阐明了所得结果的正确解释,作出了化学发展上的不朽功绩。这主要得益于他善于学习、善于综合、善于判断;特别是他不迷信过去的理论,不被现成的理论所束缚,敢于并善于从前人的工作中发现矛盾和问题,从中选择一些关键的实验作为自己研究的突破点,并在实验中,保持清醒的头脑。在实验中,他善于捕捉那些化学反应中各种物质变化的相互联系,不被表面现象所迷惑,透过现象深入到本质,从整体上去认识反应的本质,因而显得比别人站得高、看得准。所以,推翻燃素学说、建立氧化学说的重要功绩*终落到他的身上。这看似有幸运的成分,但综合起来看,却是有其历史的必然。
  卡文迪许与库仑定律
大家知道,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,两电荷间的作用力跟它们的电量乘积成正比,跟它们之间的距离的平方成反比,这就是著名的库仑定律。它是由法国物理学家库仑在1785年写给法国科学院的《论电和磁》的论文中提出来的。
库仑定律是电学中*重要的定律,也是电学发展史上**个定量规律,它使电学的研究从定性进人定量阶段,是电学史上的一块重要里程碑。为了纪念发现这个定律的库仑.人们将电量的单位叫做“库仑”。
  库仑(Charles-Augustin Coulomb 1736-1806)是18世纪一位学识渊博的法国物理学家,也是当时欧洲*好的工程师之一。他善于设计精巧的实验,进而取得精确数据,找出数据变化的规律,揭示运动的基本法则。他先后发现了摩擦力与压力的关系,地球磁场对磁体的作用规律。特别是在1773年,法国科学院悬赏征求改进船用指南针的方案,36岁的库仑攻下了这一难题,获得法国科学院奖金。1785年,库仑又揭示了真空中两个点电荷之间的相互作用力与二点电荷所带的电量及它们的距离的定量的关系,这就是电学中的库仑定律。后来,库仑又用类似的方法继续通过实验对磁针之间的相互作用力进行研究,证明了两个磁体间的引力或斥力所遵循的规律与带电体的库仑定律是类似的,与两磁体间距离平方成反比。这些为电磁学的发展作出了巨大贡献。
库仑定律可以说是一个实验定律,它是库仑通过扭秤实验来总结出来的。扭秤的结构如下图。在细金属丝下悬挂一根秤杆,它的一端有一小球A,另一端有平衡体B,在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球C。为了研究带电体之间的作用力,先使A、C各带一定的电荷,这时秤杆会因A端受力而偏转。转动悬丝上端的旋纽,使小球回到原来位置。这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定,则由旋纽上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度,可以得知在此距离下A、C之间的作用力。
  其实,库仑并不是**个形容电荷之间相互作用力的人,在他之前,很多人曾经形容过。
1759年前后,德国科学家爱皮努斯(F.V.T.Aepi.nus,1724-1802)发现:当两电荷间距缩短时,其引力或斥力将增大。1766年,英国科学家普利斯特利(Jo-seph Prientley,1733-1804)重做了1755年美国电学家富兰克林(Benjamin Franklin,1706-1790)的“冰桶实验”,观察到放人金属桶内的带电小球,不受金属桶上电荷的影响,即金属导体内表面不带电,证明了空心带电导体对空腔内的电荷无电力作用,并据此又借助牛顿万有引力定律,提出了电作用力与距离平方成反比的论断。
在库仑定律提出前有两个人曾作过定量的实验研究,并得到明确的结论。1769年,英国人罗宾(John Robison,1739-1805)首次定量地进行了电力测量,他测得静电斥力反比于电荷间距离的2.06次方,引力随距离变化的方次稍小于2。但他的这项工作直到1822年才发表。
另一位做过定量实验研究的人是著名的英国物理学家卡文迪许(Henry Carendish,1731-1810)。这里,我们要重点说一下这个卡文迪许。1773年,卡文迪许用两个同心金属壳做实验,如图所示。外球壳由两个半球装置而成,两半球合起来正好形成内球的同心球。通过“同心金属球实验”得出:电荷间相互作用力反比于它们之间距离的平方,指数偏差不大于0.02。他又发现,带电导体的电荷全部分布在表面而内部不带电。卡文迪许在1777年的一份手稿中明确提出:“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方。如果这样的话,那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方。而且这些电紧紧地压在一起,物体的其余部分处于中性状态。”
然而,遗憾的是,卡文迪许没有能及时将他的研究成果公开发表,他的手稿直到100年后才由麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831-1879)加以整理而公布于众。
卡文迪许1731年10月出生于英国豪门,A幼丧母,性格孤僻,1749年进入剑桥学习,在父亲的影响下走上了科学研究的道路。1783年,他父亲逝世,给他留下大笔遗产,使他的资产超过了130万英镑,成为英同的巨富之一。他家财万贯,但生活俭朴,对财富漠不关心。他终生未娶,毕生从事科学研究。被称为“一切有学问的人中*富有的人,也是一切富人中*有学问的人”。

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