书城童书科技难题我来解
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第19章 揭秘神奇的科学发现(2)

我们在工业生产中进行铆接工作时,一般是从一边插入铆钉,再用气锤锤打铆钉另一边的头,但如果碰到开口很窄或封闭的容器,这就会很难办。这时记忆合金便派上用场了。我们可以事先把铆钉做成两头都是扁的,然后在低温下将其中一端硬压成插孔大小的圆柱状。在铆接时,将铆钉从低温箱中取出来,迅速地插进插孔中,然后把铆钉加热到其转变温度以上。这样,原来被压圆的一端就会自动恢复成扁平的形状,容器也就被牢牢地铆住了。

有比光子更快的粒子吗

究竟有没有一种物体的运动速度比光速还快?如果有,相对论就有必要予以修正,甚至还有可能会被推翻。超光速现象或许会出现在茫茫的宇宙深处,或许会出现在细微的基本粒子中间。1934年,前苏联科学家切伦科夫发现光在真空中的传播速度比在水中的传播速度快,而高能粒子在水中的传播速度会超过光速,此时粒子会拖着一条淡蓝色的发光的尾巴。切伦科夫观察到了这种现象,另外两名前苏联物理学家塔姆和弗兰克则对这种现象进行了解释。后来,用来观测粒子速度的仪器也由此产生了。

那么,自然界中是否存在超光速的粒子呢?一些科学家将自然界的粒子分为三类:慢子,光子和快子。美国科学家范伯格认为,快子确实存在,但是它们之间是互相排斥的,也就是说,它们具有负重力的性质”以光速为界线,存在两个宇宙:一个是“快宇宙”,一个是“慢宇宙”。粒子在快宇宙中的运动都是超光速的。

现在,物理学家一直在研究快子在自然界中是否存在。他们试着从快子发光的蓝尾巴下手。可是科学家要想抓住比光还要快几百万倍的快子可不是那么容易的事。说完微小的基本粒子,再来看辽阔的星空。美国一些天文学家在1972~1974年间观测到,塞佛特星系3C120自身的膨胀速度竟然是光速的4倍。更让人意外的是,人们发现类星体的运动速度竟大大地超过了光速。1977年以来的发现证明,类星体3C273内部的两个辐射源相互分离的速度竟高达每秒钟2880000千米,是光速的9.6倍。这之后,“超光速”的类星体3345和3279相继被人们发现。它们各自的两个组成部分的分离速度,竟分别是光速的10倍和19倍!

科学家们对观测所得的结果发表了各自的意见。有的人认为,我们应该知道类星体离地球到底有多远。如果类星体离地球确实很远,那么它的分离速度肯定是超过光速的。而那些坚信相对论的人则认为,这种现象只是一种假象,并不反映真实的运动,它应该被称为“视超光速膨胀”。也就是说,这只是看起来是超光速,事实上却不是。不过,目前获得的许多资料证明,类星体的确离地球非常遥远,就像原来估计的那样,超光速现象肯定存在。目前解释超光速现象的几种理论都不能让人满意,或许只有等找到了它,人们才可能最后接受与它有关的理论。

水中能取火吗

地球上的矿物燃料被大量开采,不论是石油,煤,还是天然气都在逐年减少,所以,能源专家对此忧心忡忡。而物理学家,化学家们却告诉他们,不必担心。开发新的能源,可以克服这个困难。水中取火,就是新能源之一。什么是水中取火?就是水中提取氢。氢是一种非常理想的能源,氢燃烧之后只产生水,不会污染空气,同时它的热值很高,比煤,石油,天然气还要高。

水,它的化学分子式为H20,由两个氢原子与一个氧原子化合而成。氢,可以燃烧。

世界上有这么多水,其所含的氢,是一个大得不得了的数。化学知识告诉我们,在燃烧过程中,每两个氢原子和一个氧原子化合,生成一个水分子,同时释放出大量的热。

在通常情况下,水是很稳定的,不会轻易分解。但如果我们用电解的方法,就可以使水分解,生成氢气和氧气。这时,氢气就成为燃料。氧气又可以用来助燃。

氢气,作为一种能源,它有许多优点:燃烧释放的热是汽油的3倍;它又特别轻,把它压缩成液态,携带,运输都很方便,是航天航空等高速飞行器的理想燃料。加上它不会污染环境,所以受到各国政府的重视。开发氢能,也成了一次前沿高科技。据报道,现在世界上每年生产约3000万吨氢气。其中大部分都是从石油,煤炭和天然气中制取的。石油,煤,天然气本来就是燃料,再从它们制取氢,似乎有点不太值得。但这是无可奈何的办法。现在没有找到更好的办法来满足航天航空事业的需要。

科学家一直在考虑以水制氢的方法。通常用的是电解水的方法。在水中通上直流电,就能轻而易举地把水分解为氢气和氧气。但这种办法需要消耗大量的电能,在电力成本还比较高的今天,是不合算的。于是,科学家又想到利用太阳能。太阳是一个用之不竭的能源库,它无时不在辐射光和热。它每秒钟射到地面上的能量相当于80万亿千瓦,这比全世界的发电总量还要大几万倍。如果能做到让太阳能制氢岂不是最好的方法。太阳照射到水面上,的确可以把水蒸发掉,但跑掉的是水分子,而不是氢气和氧气。也就是在正常情况下,要用太阳能使水分解,关键要找到一种催化剂。

可是这种催化剂至今未找到。一旦发现了该催化剂,水就可以变成燃料。这与那种所谓的“水变油”新技术是两回事。“水变油”是骗术,是伪科学。而我们说的催化剂是一种符合科学的预测。既然水可以分解成氢气和氧气,作为一种化学反应,按理应该也可以找到催化这一化学过程的催化剂。虽然,20世纪没有发现,但在21世纪人们有理由相信这种发现是可能的。到了那时候,汽车真的不用加油,而是加水就行了,再加上催化剂,在太阳光能的作用下,使水变成氢气和氧气。同样,生物学家也发现一些微生物也能在太阳光的照耀下制取氢。利用微生物和水生产氢气,看来在下一世纪肯定会有大的发展。这比用电水解制氢要便宜得多。日本科学家发现一种叫“红极毛杆菌”的细菌,是制氢能手。如果再通过基因工程办法,使红极毛杆菌的制氢本领再大一些,很可能,它就是21世纪的制氢大户了。

最长的汽车之谜

美国加利福尼亚州伯班克市杰·奥尔伯格设计了一辆高级轿车。这部车里有个特长的水垫床,还有一个带跳板的游泳池。这部车有26个车轮,30.5米长。这样大的车不但可以如普通汽车那样平稳行驶,还可以用中部弯曲的方法驾驶。它是最长的汽车。还有一辆名为。凯迪拉克好莱坞之梦。的高级轿车有20.73米长,共22个车轮。为了让这些车不但长而且能在别的方面胜过同类产品,设计者们在辅助设备上也狠下了一番工夫。

这部。凯迪拉克好莱坞之梦。里有个小型高尔夫球场,6部电话,一套卫星天线和直升机降落缓冲垫。

最大的石梁桥之谜

世界上最大的石梁桥是我国福建漳州东20千米,漳夏公路与柳江公路的交汇点上的虎渡桥,又名江东桥,是现存的最大的花岗石石梁。其重约207吨,长23.7米,高1.9米,宽1.7米。据历史记载,原桥位上先架浮桥后,再建木板桥。宋嘉熙元年(公元1237年)木板桥被焚毁后,用了4年时间建造此桥。桥200丈长,10丈高,有桥孔25个。1933年在该桥使用700年之后,才在老桥墩上架起钢筋混凝土支架,改建为公路桥。现桥长285米,桥高约5米,25孔。

能在常温下实现超导吗

有关超导的美妙动听的故事开始于1911年。当时有一位荷兰科学家昂内斯看到了一个神奇现象,水银在–269℃时,它的电阻突然消失了。也就是说,电流在这样的物体内不会有任何损失“这就是超导”

超导现象的发现,使许多物理学家感到奇怪。一些科学家就把研究的兴趣转移到超导领域,对此进行不懈的探索。其中比较著名的有发明晶体管的巴丁,他为此获诺贝尔物理奖。他与两位年轻的科学家对超导现象进行了探索,做了许多实验,最后提出BCS理论。

BCS理论解开了人们对超导现象的种种疑团,并揭开了超导的秘密。人们期望着有这一天,把发电站的电流毫无损失地传输到遥远的地方。比如从三峡电站把电流送到上海,广州……电阻,在超导世界里是不存在的。但是,要实现这个美好的愿望还真不容易。经过75年的探索,超导现象仍然只能在极低的温度下实现。从当初的–269℃提高到–250℃,只提高了19℃,而且也只能利用液氦才能实现。氦是一种气体,在空气中含量极微。要把氦收集起来制成液氦,费用之高,设备之复杂,都让人咋舌。人们不得不寻找新的超导材料。

物理学家认为,如果能在–196℃以上实现超导,那么氮就是首选材料。因为氮在空气中含量极为丰富,制造液氮的费用也不贵,比较实际。但是,也有人认为,液氮并不一定有超导现象。所以,实现液氮化只能停留在实验室内。1986年,瑞士的两位科学家柏诺兹和缪勒向全世界宣布,他们发现一种陶瓷性的金属氧化物在–243℃时会出现超导。一下子把超导现象出现的温度提高7度。这7度来之不易,他们的发现在超导这个本来平静的湖水中激起了一股波澜,又给物理学家们一个惊喜。

他们认为,只要沿着这条路走下去,就可能找到并发现更多的新的超导材料,并在更高的温度条件下实现超导。在瑞士科学家之后取得重要成果的是美籍华裔科学家朱劲武,他宣布金属氧化物确实是一种新的超导材料。他在–233℃时实现了超导,一下子把瑞士人的记录提高10度,当然这是非常了不起的成就。仅仅过了两个月,他又把温度提高到–175℃。事隔9天,中国科学院召开新闻发布会,宣布物理研究所的赵忠贤,陈立泉等十多位科学家,实现了在–173℃以上的超导研究,其材料分别是钡,钇,铜和氧。一场在全世界范围内的超导竞争开始了。记录不断地被打破,在–169℃,–148℃的温度下也实现了超导。虽然,超导研究取得如此重要的进展,但是还是说不清楚超导的机理。不知道机理,谈何应用!对超导现象作出有影响的解释的科学家是苏联的物理学家博古留切夫。他认为在低温条件下。原子被冻僵。了,在通电时,自由电子会畅通无阻地通过,不会像原来那样处处受到碰撞和阻碍。所以,超导现象便出现了。但是这个理论不能解释既然在低温度下原子会被“冻僵”,为什么有的物体有超导现象,而有的物体则没有?在超导材料中,为什么有的临界温度高,有的临界温度低?能不能在常温条件下实现超导?所有这些问题都不知道。看来,超导现象研究的突破性进展只能等到下一世纪了。

“太白”金星之谜

金星是全天空最明亮的一颗星星。

金星晚间在西方天空出现时,被叫做“长庚星”;早晨在东方天空出现时,被叫做“启明星”。它距太阳的平均距离为1.08亿千米,距时间太阳的角距离为47~48度。人们之所以能时常看到它,主要是因为其大部分时间同太阳的角距离较大。夜空中除了月亮以外,其他所有的星星在亮度上都比不上它。由于常有银白色的,像金刚石的闪光从金星发出,所以,它在中国素有“太白”的别称。科学家们后来知道,金星非常明亮与其周围有浓密的大气层有关,大气反射了照在它上面的75%左右的太阳光。金星离地球最近时,平均为4000多万千米。因金星的大小,质量和密度与地球差不多,人们常将金星视为地球的孪生姊妹。金星的公转周期约为225天。20世纪60年代初,通过用雷达反复测量,天文学家得知其自转周期为243天,竟然长于它的公转周期!另外,金星的自转方向是逆向的。确切地说,它的自转方向是自东向西的。在金星上太阳西升东落,这就更让人惊讶了!昼和夜(一天)的时间远远长于地球,在那里看到的太阳约是我们所见到太阳大小的1.5倍。

金星有厚厚的大气层,这一点天文学家很早就知道了。用望远镜观看,金星只是一个模糊不清的淡黄色圆面,在金星大气的笼罩下,根本无法看清其“庐山真面目”。人们现在所掌握的金星表面及其大气等知识,主要来自空间飞行探测。