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Isaac Newton watched an apple fall and grasped the concept of gravity. A shepherd boy explored a cave…and emerged with the Dead Sea Scrolls. Alexander Fleming kept a messy laboratory. Amid the clutter he recognized the power of penicillin and made a discovery that would save millions of lives.
Gravity and Pluto. Antibiotics and rubber. The power of nuclear fission and the revelations of the Dead Sea Scrolls. These developments, and many more just like them, have become a part of modern life. Such discoveries help us to understand our past and shape our future. But how did they happen? How do our great geniuses, explorers, and inventors make their breakthroughs?
Curiosity. intelligence. Hard work. But most surprising----and often forgotten---is the element of luck.
This fascinating history of science points out crucial moments of amazing good fortune. Dennis Brindell Fradin expertly spins the miraculous stories ----true yarns of adventure and suspense, careful science and haphazard triumph----behind eleven monumental discoveries. With a Little Luck reveals how great discoverers have leaped forward and revolutionized our world through the risky, wonderful window of chance.
稍许有点运气—奇妙发现的惊讶故事
With a Little Luck ----Surprising Stories of Amazing Discoveries
Copyright
@2006 Dennis Brindell Fradin
Dutton Children’s Books
A Division of Penguin Young Readers Group
Published by the Penguin Group
ISBN 0-525-4796-0 ( alk. Paper )
目录(Content)
序:没有奇缘 ( Introducton: Off to Serendip )
- 依萨克 牛顿:苹果的掉落 (Isaac Newton: The Fall of an Apple)
- 玛丽.安妮: “古生物学公主”(Mary Anning: “The Princess of Paleontology”)
- “橡胶人”:查尔斯.古德伊尔(Charles Goodyear: “The Rubber Man”)
- 麻醉术“未曾有过的最伟大发现”(Anesthesia “The Greatest Discovery Ever Made”)
- 伊格纳兹.塞梅尔维斯:“医生,请洗手!”(Ignaz Semmelweis: “Doctors, Wash your Hands!”)
- 玛丽丝.桑氏.索图莱:天花板上的野牛像(Maris Sanz de Sautuola: The Bulls on the Ceiling)
- 亚历山大 弗莱明:盘尼西林的发现(Alexander Fleming: Discoverer of Penicillin)
- 克莱德.汤姆博:搜寻X行星(冥王星)(Clyde Tombaugh: The Search for Planet X (Pluto))
- 李丝.梅特纳: 原子裂变的发现(Lise Meitner: The Discovery of Nuclear Fission)
10. 默哈穆德.阿梅德.艾尔.阿梅德:死海古卷宗(Muhammad Ahmed el-Hamed: The Dead Sea Scrolls”)
11. 乔希茵.贝尔:脉冲星的发现(Joceiyn Bell: The Discovery of Pulsars)
跋:致未来发现者(Afterword: A note to Future Discoverers)
序:没有奇缘
Introducton: Off to Serendip
人们皆知1492年 哥伦布(Christopher Columbus)原本驾船去寻找一条通往亚洲的新航线,但因迷航不期驶达到一个新世界:美洲,从而开辟了一个欧洲殖民地。
二十世纪中叶瑞士人乔治斯.德.梅斯特雷尔(Georges de Mestral) 遛狗时发现一种名叫欧龙牙草(Cockleburs)的草针粘满其裤脚,回家后他用放大镜将这种粘其裤脚草针放大分析,明白了所以。随后发明了一种现代广泛应用的非尔扣牢(Velcro)新式锁紧带。
人们将上述的发现称为Serendipity----奇缘。1754年英国作家霍拉克.瓦尔珀尔(Horace Walpole)取Serendip创造出新词Serendipity其意为一种未预料的发现或偶然的突破(make an unexpected discovery or breakthrough by accident)。
本书所讲的故事都是此类奇缘性发现。但他(她)们均非全靠运气。正如弗莱明(Fleming)所说:“在我们日常工作中通过不断认真的观察可以做有价值的研究。要是有某种不正常情况发生,就应该细细思索并找出它意味所在。”
- 依萨克 牛顿:苹果的掉落
Isaac Newton: The Fall of an Apple
牛顿1642年12月25日出生于英国沃尔斯苏普(Woolsthorpe)村庄农场。他是个遗腹子,父亲在其出生前几周去世。牛顿生下时非常弱小,周围的人都担心他活不成。为了维持生计,三岁时其母不得不改嫁给附近镇上一位叫史密斯先生(Barnabas Smith)富有年老的牧师,将他交给祖母照料。母亲坚持要新丈夫改建沃尔斯苏普(对牛顿而言需走一天的路程)牛顿的屋舍并扶养其子。
孩提时代的牛顿在村子附近的两座学校上学,在那儿学习读写和算术。相当长一段时间他学习成绩差。他不是好好做作业而是做他喜欢的画画,构筑及做些诸如日晷,风车一类小发明。十二岁时他被送往离家约有6英里的葛朗罕姆(Grantham)皇家学校,寄居在一药剂师家中。在该校就学早期,牛顿学习成绩很差,在百来名学生中填底。经历一场与排名靠在其前一名的同学打架和斗气,牛顿的学习成绩逐步上升到班上拔尖水平。
十五岁时继父去世,其母让牛顿回老家照料农庄。已爱上学习的牛顿对此非常愤恨,无奈之下他消极抵制:比如不去田野干活而代之在树下读书;不好好放牧羊群而听任其漫游到邻居庄稼地,让其母亲去陪偿损失;让他周末上葛朗罕姆镇出售农产品和购买用品,他却跑到药剂师的搁楼读书等等。最后,皇家学校校长史亨利.斯多克(Henry Stokes) 上牛顿家劝说他母亲说,你儿子具有才华横溢的科学才智,应该完成在皇家学校的学业,而后去上大学深造。
1861年刚满十八岁的牛顿以一个勤工俭学减费生身份进入剑桥大学(Cambridge University)。在这期间牛顿花大量时间学习和研究数学与天文学。他阅读哥白尼著作,并确信地球绕着太阳的轨道旋转;他也阅读凯普勒著作,关注其有关行星方面的学说。牛顿当时没有望远镜,只能用眼睛在晚上和夜间观察月亮和行星。他好奇:为何月球能保持绕地球旋转,地球与其它行星能保持绕着太阳旋转。
1865年春本科毕业取得学士学位后,他原打算继续在剑桥大学攻读碩士学位,但时逢英国发生了一场持续一年多的鼠疫。学校关闭直至1867年春才重新开放。牛顿也只得离校。就在他回到老家农庄避疫的一年半时间里,他身心沉浸在他所关注的科学命题中,废寝忘食从事研究和思索。在这段时间内他取得三个方面的重大成果:一是发现数学新学科---微积分学;二是通过棱镜发现阳光由色彩缤纷的各色,即所谓的光谱组成。而光谱成了现代天文学家研究星体不可缺的重要手段;三是通过观察苹果的掉落现象,悟出了地球引力,即地球重力的科学概念。解决了月球能维持绕地球轨道,地球能维持绕太阳轨道旋转运动的命题。
1667年牛顿作为一个研究生回到剑桥大学。两年后他成为该校的数学教授。同年牛顿的“自然哲学的数学原理”(Mathematical Principles Natural Philosophy)出版。这是一部被广泛认为详细描述哥白尼宇宙引力与运动状态的空前未曾有过的最伟大的科学著作。从此真正终结了盛行了1400多年的托米勒(Ptolemy)地心学说。大约到了1700年左右,大多受过教育的人们都知晓我们的地球及其它行星围绕太阳轨道旋转,是因为太阳引力的吸引而使得它们不致于飞离。
牛顿一生有很过多发明,值得一提的是反射镜式望远镜,它是为取代当年流行的折射式望远镜而发明的,如今它还被广泛采用。
当人们问到牛顿一生为何能做出如此伟大的众多发现时,他谦逊地答道:如果说我要比他人看得远些,那是因为我是站在巨人的肩膀上面(If I have seen further than others, it was because I stood upon the shoulders of giants)。
牛顿后来出任剑桥大学校长,英国皇家研究院院长等职。他终生未婚。晚年由其侄女照料,于年1727年逝世,终年84岁。
- 玛丽.安妮: “古生物学公主”
Mary Anning: “The Princess of Paleontology”
玛丽.安尼1799年5月21日生于英格兰南部海边的小镇利姆里契斯(Lyme Regis),是木匠的女儿,全家靠父亲开个自产自销的木器店维持生计,远远谈不上富裕。幼年病弱,十五个月大时在意外雷击中僥幸幸存。据说又一场夜间发生的强暴风雷雨袭击,她家的房屋受到重创。为了修复和重建,他父亲就必须另找一条能挣钱的路子。
大约在十九世纪初科学家们及收藏家们对化石兴趣正浓。利姆里契斯是个常有暴风雷雨地区,既有美丽的海滩,又多石崖峭壁。是化石的富集地区。因此,暴风雷雨的袭击具有双重性:一方面它几乎索取了玛丽.安妮的生命,摧毁了她家的房屋;同时将海边石崖峭壁撕裂成若干大块,暴露出埋藏了几百万年的化石。
一天安尼先生带着年幼的玛丽和她的哥哥约瑟夫沿海岸搜索化石,他们一起发现了鱼化石,以及很多螺旋形状学名叫菊石的古代海洋生物化石。在利姆里契斯地区周围传说,玛丽是如此地热衷于发现化石,以致在未细察是否一件古代残遗物前,她从不放过从地上拣来的异常物品。
利姆里契斯镇既是个渡假风景区,又是一个珍宝收藏库。每到夏天伦敦等地来的游客拖儿带女过来休闲渡假,他们总是喜欢带些当地纪念品回去。因此化石一类好奇品及其装饰品成了游客捎带的热门货。安尼先生的木器店铺门外摆上各种化石及好奇品,玛丽和约瑟夫向过往游客兜售。每当售出一件她与哥哥和父亲找到的好奇品是时,玛丽感到很自傲,因为售卖取得的钱对家里来说是一笔恨大的帮助。
1810年11月,时年玛丽11岁半,父亲因攀岩跌伤加上肺结核病不治去世。安尼全家生活陷入严重困难。为生计哥哥约瑟夫忙于外出打工,再也没有时间和玛丽一起去搜索化石。但玛丽带着她父亲为她制作的小铲镐,继续下海岸寻找她向往的珍奇。开头的那些日子她只是为了回味和父亲生前一起寻宝的快乐而为。后来,有一天当一个路遇的妇女用半个克朗银币向她购买一件两亿年古老的化石时,她意识到她有了一条帮助支撑家庭的生路。此后,她开始经常地探索悬岩和海滩,寻找化石。安尼家的化石生意稳定地发展起来,家庭生活有了改善。
1811年的某天,玛丽哥哥约瑟夫偶然发现一个长约1.2米的巨大化石头颅,目击者们和和玛丽都认为它属于史前鳄鱼类的动物。约瑟夫将玛丽带到化石发掘现场,但没有发现任何骨骼残留物。玛丽断断续续地在发现地区搜索了几个月,还是一无所获。她寻思,可能只由头颅保存在石崖中,骨骼已不复存在。不过她更希望这个动物化石骨骼还隐藏在石崖中。可能有这么一种情况:一场暴风雨最终能将夹藏的石崖撕裂,暴露出与那个奇异头颅相配的化石骨骼。
1812年末的一个晚上,利姆里契斯镇又遭受一场暴风雨。玛丽可能是镇里唯一对这场风暴感到高兴的人。躺在床上的她对海浪的咆啸,雷声霹雳如同欣尝乐曲。因为她希望这场暴风雨能暴露她期望的化石骨骼。
雨过天晴,第二天玛丽匆忙赶往发现化石头颅的地方。她几乎不能相信她的好运:暴风雨正好将她盯住的石崖那部分撕掉了。朝着石崖往上走了一段,她瞧见:一条长尾状怪异的骨骼暴露在阳光下。她将用铲子铲除骨骼周围的一些岩石,不过对一个十三岁的女孩来说,这大而重的化石骨骼没有他人的帮助是无法发掘出来的。
玛丽请了若干劳工按她的吩咐进行发掘,为防止古老骨头受损,她要求工人挖出裹含着骨骼的整块岩石。当劳工将整块巨石绞起来时,玛丽看到巨大化石骨骼约有6米长,是她身高的四倍。巨大古化石骨骼运到玛丽家所在桥街,因为太巨大,根本就运不进屋内,只好摆在街上。在人们的帮助下,像玩拼板游戏的最后一着,玛丽将约瑟夫发现的头颅完美地安装在骨骼上。于是一个十三岁英国利姆里契斯镇女孩,发现一条类似巨鳄的化石骨骼的消息传开了。
科学家们纷沓而至,为目睹的古生物所惊愕。他们认为该古化石不属于鳄鱼类,而是第一次被发现的,一种生存于一亿多年前恐龙代古代海洋中游弋的类鱼属爬行动物完整骨骼。开始,人们将其命名为“玛丽怪兽”;后来科学家们取名为鱼龙(Ichthyosaurs),其意为“鱼蜥蜴”(Fish Lizard)。过后不久,某博物馆的一位收藏家以二十三英镑收购了这个化石。而十三岁的玛丽的发现帮助她的家庭摆脱了贫困,也成了科学界的重大新闻。最终,玛丽.安尼的鱼龙在伦敦英国博物馆安了家。
玛丽是世界上第一位依靠搜索化石谋生的的人们之一,虽然并不富裕,但是她在利姆里契斯镇大街购买了一座大房子。她和母亲住在一起住在大屋的后庭,而前庭改建为名叫“安尼化石栈”(Anning's Fossil Depot)。
玛丽.安尼于1847年去世,终年47岁。一些科学家为纪念在她当年经常发掘化石的石崖建立铭牌;而另一种对玛丽的纪念是为她发现今天收藏在世界各地博物馆的化石。
- “橡胶人”:查尔斯.古德伊尔
Charles Goodyear: “The Rubber Man”
现代社会一刻也离不开橡胶的应用。譬如,汽车轮胎,自行车轮胎,医用手套等等。但是橡胶在现代生活中所起的重要作用以及橡胶工业相对来说很年轻。直到十九世纪橡胶业才开始成为巨大的买卖。而为奠定该行业基础是谁呢?是查尔斯.古德伊尔(Charles Goodyear),是他为之付出最多。他用毕生精力,牺牲钱财和自由,倾其所有乃至生命身价去寻找橡胶有用之道。
自然橡胶可从一种生长在热带潮湿地区的橡胶树树汁中提取,考古学家揭示:大约一千多年前中美洲的玛雅与墨西哥印第安人就开始使用生橡胶。五个世纪前哥伦布到达美洲新大陆时,墨西哥,南美及中美洲的印第安人正使用着生橡胶制成的各种容器,靴子,衣物及球类。秘鲁印第安人将橡胶叫做生橡胶(caoutchouc),其意是泪树(weeping tree)。而最早描述到有关橡胶的著作之一,是十七世纪初西班牙历史学家安东尼奥.赫累勒.图德西拉斯(Antonio de Herrera y Tordesillas)所写的“浩瀚大陆及美洲岛屿概史”(The General History of the Vast Continent and Islands of Ameirica)。其中描述墨西哥阿兹克印第安人玩耍的一种类似现代蓝球和英式足球的球类游戏,其中使用的就是橡胶球。
自十六世纪开始西班牙派驻美洲的士兵用生橡胶使衣物防水。生橡胶制作的鞋子,斗蓬,甚至各种玩具从美洲运回欧洲。不过历经几个世纪,生橡胶在欧洲人眼里只是小小新颖价廉的东西而已。
1735年法国探险家查尔斯.马利.拉坎达曼(Charles Marie de La Condamine)游历秘鲁,收集各种生橡胶的样品,对这种物质做了描述。他做的工作非常有助于提升对生橡胶可能具有重大价值的念头。英国科学家约瑟夫.普里斯特利(Joseph Priestley)对生橡胶做过实验,他于1770年写道: 生橡胶可极好地用来擦去黑铅笔留在纸上的痕迹。由于可抹去或擦除错误,生橡胶这种东西在英国以橡胶擦(rubber),或印第安橡胶(India rubber)而闻名。生橡胶只是被用以做各种橡胶擦。
直至十九世纪初橡胶买卖在欧洲和美国没有得到发展。1820年伦敦商人托马斯.汉考克(Thomas Hancock)在英国建立首座橡胶工厂。他从南美洲运进生橡胶块,用以制作手套和靴子一类产品。生产过程中留下很多废料,汉考克发明一种能将废料转换成固态橡胶团的机器,而后将这些经过处理的橡胶制作成附加的穿戴饰品。
1823年苏格兰格拉斯哥本地人查尔斯.麦欣托胥(Charles Macintish)取得了一种在两层纺织品中间夹上一层橡胶的方法制作防水雨衣专利。后来人们将麦欣托胥作为防水雨衣的代名词。
1833年初年美国马萨诸塞州劳克斯堡(Roxburg),现为波士顿之一部分开始建立第一家橡胶公司:“劳克斯堡印第安橡胶厂”,制造鞋子,外衣,救生器材等橡胶制品。1935年,随着另五家橡胶公司相继开业,波士顿成了当时美国橡胶业中心。
不过生橡胶有个大问题:不同季节外界温度的变化,其衣物等制品性状随着改变。在严冬它硬如盔甲;盛夏变得又软又粘,而且气味难闻。
因此在冬夏季节消费者就会将所购橡胶制品退货。生产厂没有好办法处理退回的废品,只有在厂内挖个大坑掩埋了之。由此造成的经济损失相当可观。
1830年代橡胶公司一个接一个相继倒闭。特别是美国东北部地区因气温随季节变化激烈,橡胶厂倒闭更为突出。工人失业,厂主破产,橡胶业的短暂发展成了一时的风尚。
将毕生献给改进橡胶的查尔斯.古德伊尔1800年12月29日生于康涅狄格州新哈汶(New Haven,Connecticut),父亲是个五金商和发明家,有个家庭农场。从小查尔斯就是不爱打闹而认真做事的孩子。要是不上学,便帮助父亲打理五金店铺和农场事务。
第一次引他注意橡胶这种奇妙而神秘的物质,他还是一个学生娃。从橡胶瓶上撕下一小簿片吸引他注意并暗示他,如能像放在手上的小片橡胶那样:不致于因手暖和施加压力而变软,橡胶将非常有用。
查尔斯17岁时在父亲的五金店当了四年学徒。其后和父亲一起制作农场器具,经营店号为“A.古德伊尔及儿子店”的五金买卖。1926年查尔斯迁往费城,开设了家族五金店分号。除了经营五金买卖,他还与他人合伙搞些发明,如开发出一种切割机和自动上弦的钟。查尔斯. 古德伊尔经营的买卖蒸蒸日上,看来他们家族致富有期。
但祸从天降,1929年美国暴发周期性的经济危机给古德伊尔一家带来重大打击。买卖萧条,入不付出,负债累累,将查尔斯拖入贫病交加的困境。
生计如何维持?查尔斯已被他的新发明感染。尽管他缺乏科学背景,而且只有小小的创新天分,但他还是沉迷于发明不能自拔。1931年他获得“护眼开关“专利,次年他又搞出一种制造汤匙及新式水龙头开关的方法。但他所做的这些发明未能挣钱,反而陷入更深的债务中。
查尔斯沉迷橡胶开始于1934年。那年夏天的一天,在纽约一家劳克斯堡印第安橡胶厂开设的出售橡胶制品分支店里,他捡起一具橡胶救生具仔细察看。看到救生具上的充气阀设计很差,他决定重新设计。确信可以发明一个更好的阀门,他便买下这具救生具,将它带回费城。
几个月后他带着自已设计改进的阀门回到那家店铺。当他向店家提议买下他的新阀门时,他失望了。店铺经理坦言:橡胶业是濒临没落的行业,公司对他改进的阀门不会感兴趣。但是如有人能想出一个方法使橡胶避免在冬天硬如铁,夏天粘软的问题,那将是一项了不起的发明。除了能发财致富,名利双收,发明者将会有助于为世界引来许多有用的项目。
确信自已就是解决问题拯救橡胶业的那个人,查尔斯.古德伊尔取了一些生橡胶品回家。在以后的几年内,他举家多次搬迁,意在靠近便于取得橡胶来源,又有可做实验设备的地方。除了费城,他一家在康涅狄格州的新哈汶,瑙格塔克(Naugatuck);纽约市;马萨诸塞州的波士斯顿,林(Lynn),以及胡本(Woburn)等地转辗呆过。
在新哈汶他与家庭成员和几个助手一起做试验,试图将几百双废胶鞋变成有利可图的产品,但没有取得成功。
1838年古德伊尔遇见橡胶科学家纳沙尼尔.海伍德(Nathaniel Hayward), 该人发现硫磺能使橡胶更为耐用。古德伊尔买下海伍德的加工方法权。将自已处理橡胶的方法与海伍德硫磺处理方法相结合,古德伊尔新制作胶鞋和其它制品较先前制作的橡胶制品要耐用得多。美国邮政局对此印象很深,向古德伊尔提出150个橡胶邮袋的订单。承诺全天候派送邮件的邮政局期盼橡胶邮袋会在防潮方面取得可喜的结果。
成功看来就在眼前,要是邮袋效果良好,就意味着或许政府的橡胶制品订单会像潮水一般涌来。古德伊尔在马萨诸塞州的胡本制做150橡胶个邮袋。他对样子结实的邮袋信心十足,
将它们挂在胡本厂内邀请人们参观。而后他外出两周。返回时他迷恋的发现那些邮袋因为受热已粘得不成样子,邮袋把口处不是破了就是塌陷。无疑,邮局对这种粘糊糊的邮袋没有买账。
查尔斯继续不断地做试验。为考验他最后试验的结果,也为着做广告宣传,他开始穿着橡胶衣装。曾经有报道称:有人想找查尔斯.古德伊尔被告知:“如果你遇到那个头戴印地安橡胶帽,颈围橡胶巾,穿着橡胶外套和马甲与胶鞋,带着一个里面没有一分钱的橡胶钱夹的人,那就他”。
古德伊尔是如此地沉醉于橡胶,以致人们称他为“印第安橡胶人”,有时把他叫做“印第安橡胶迷”。他的朋友约翰.哈斯金斯(John Haskins)说:“很多人都想他快成疯子了”,因为他把一切都献给料橡胶试验。举个例说,他为了做橡胶试验,陷入越来越深的债务泥坑中。因无法尝债,查尔斯曾先后在费城,波士顿,纽约市,及其出生地新海汶等地被送入债主的牢狱,多次失去人身自由。据说在费城狱服役期间,允许古德伊尔做橡胶方面的试验。他的健康状况很差。1935年的一天他在关着的房间内用煤气处理橡胶,开始感到昏昏沉沉,随后便昏厥了过去。经抢救脱险后,住医院六周。他罹患多种疾病,除了早年的消化系统病,还患痛风等。现在可以确信,因做橡胶的一切试验都与铅有关,铅中毒引起的疾患他都染上。他的双膝关节疼痛以致只有手仗和拐杖的支撑才能行走。
为了实现他的橡胶梦,查尔斯常被描述成奉献一切的英雄。但是当他做着橡胶试验时,他的妻儿子女有时连个起码的生活基本需要都缺乏。家里仅有的食物是自已园子里挖的马铃薯,近处溪流中捕捉的牛蛙和甲鱼。查尔斯常去典当铺售卖家里的物品换点现金。在最坏的情况时为了换取五个美金,他甚至将孩子的教科书也拍卖了。
查尔斯夫妇生了九个孩子,其中两女两男年幼夭亡。在十九世纪中叶十五岁前儿童因疾病死亡的概率高于三分之一是不常见的。因此,古德伊尔家这种情况是与生活条件恶劣,吃不饱穿不暖,对孩子缺乏保护分不开的。
印第安橡胶人为寻找舍弃了那么多,而且困扰他近五年的答案来得突然而意外。有许多版本描述发生过的这件事。确切详情也许谁也永远说不清。但是基本事实可从查尔斯.古德伊尔的著作:“橡胶的弹性及其品种”探明。
1839年初的一天,古德伊尔走进马萨诸塞州胡本一座有着热火炉的建筑。该地可能曾是他制作邮袋,或许是镇上的一座房子或仓库。古德伊尔经常像个雕塑家般心不在焉地手中拿着一片粘土的样子随身带着一片橡胶。在这个特殊日子他带着一片橡胶和琉磺站在火炉附近正在对着他的弟弟内尔逊.古德伊尔(Nelson Goodyear)和其他几个人说话。突然橡胶条从他手中滑落,用他自已的话讲,“导致与火炉接触”。但是激烈的受热橡胶条不仅没有软化和变粘,反而变得似乎更坚韧。
查尔斯震愕了。常识告知在较高温度下橡胶会失去形状并变成粘糊。事实上厂家都会警示用户不要将橡胶置于温度高于华氏100度(摄氏37.8度)以上地方。橡胶试验家们经常视热为敌,必须避开受热。但是显然在高得多,大致华氏300度(摄氏149度)温度下,橡胶与硫磺混合会变得更坚韧。
偶然的发现使古德伊尔兴奋不已。但是有很多疑问摆着:这个发现是某种不明原因所致的一次侥幸事件吗?剧烈受热是否真的解答?该过程能使橡胶发生永久性改变或者是个短暂现象?加热最佳温度以及加热的时间是多少等等?接着古德伊尔开始了一系列新加工方法的后续试验。他写道:“ 用加热方法进一步试验表明,生橡胶在从未有过的高热情况---沸腾的硫磺中都不会溶化,但总是被烤焦”。
通过细致的试验使古德伊尔解决了他的所有问题。他找到了处理生橡胶工艺的许多关键:如硫磺必须十分干燥并脱酸,要逐步加温度至270华氏度。查尔斯的通过使用化学品剧烈加热的方法使生橡胶变得坚韧的工艺被命名为硫化(vulcanization)。
生橡胶加工硫化工艺的成功对橡胶业的发展是历史性的突破。但硫化工艺的推广和普及却旷日长久。其原因之一是当时社会上有很多对橡胶的虚假期许,使很多人新工艺一时难以置信。再者是古德伊尔因债台高筑无力首先有效地组织促进橡胶硫化。1844年古德伊尔获得美国政府颁发橡胶硫化工艺的专利。从此使用古德伊尔硫化工艺的橡胶公司开始向古德伊尔支付专利使用费。到了十九世纪五十年代中期,橡胶业开始朝向现代巨头行业发展。而古德伊尔一家虽然并未因此发财,但也最后摆脱了贫困。
对于古德伊尔发现的硫化工艺有过种种非议和攻击:有人认为是他碰运气而已。但事实胜于雄辩。在古德伊尔用橡胶印制出版的“橡胶的弹性及其品种”一书中,他写道:“我为探索完成橡胶硫化多年,期间决不容许任何与其相关的东西被疏漏。就像牛顿全神注视掉落的苹果一样,它(橡胶与火炉)的偶然性对于先前心中早有准备从任何偶然事件中可能会得出有助于他研究的事项的结果。虽然我承认我的发现并非科学化学的研究,但我不同意是常说的是偶然所得。我申明我的发现是最周密的应用和观察的成果”。
查尔斯.古德伊尔在世时已有五百多种橡胶制品在使用,约六万多人在日益景气的橡胶业中从业。当年生橡胶取自橡胶树及其它植物属天然橡胶。后来科学家们研究出从原油中提炼橡胶的方法,制造出合成橡胶。当今天然和合成橡胶制成品达五万多种,而硫化工艺仍然是橡胶制造的重要部分。尽管古德伊尔从未设计过橡胶轮胎,但“古德伊尔轮胎与橡胶公司”却以他名誉命名。被美国专利局专员约瑟夫.豪尔特(Joseph Holt)称为“超人坚韧”的发明家查尔斯.古德伊尔于1860年去世,终年59岁。
- 麻醉术“未曾有过的最伟大发现”
Anesthesia “The Greatest Discovery Ever Made”
在麻醉术发现前,外科病人对外科手术通常惊畏如虎。因为忍受不了手术痛苦,病人宁愿等死也不愿手术。而麻醉术的出现和应用,造就了另一番图景:病人为了尽快解脱疾病,信任并乐于外科医生对其施行手术。
麻醉术发现与麻醉剂(Anesthetics)密不可分。为了减轻或完全消除手术期间和术后病人的疼痛,麻醉剂是医生施于病人的一种能在手术期间让病人入睡或者减少疼痛的药物。麻醉剂的发展使医学发生革命性的变化。不过有关这个命题不是能说得非常清楚。主要原因是历史学家们对究竟谁应享誉此项发现各执其词。这里主要涉及四位美国人:佐治亚州医生克雷福特.朗(Crawford Long);康涅狄格州牙医霍勒斯.韦尔(Horace Well)和威廉.莫顿(William Morton),以及波士顿化学家查尔斯.杰克逊(Charles Jackson)。
真正成为最初麻醉剂的物质----乙醚和氧化氮(ether & nitrous oxide)在其被应于医术前早就为人所知。著名瑞士医生帕拉塞尔萨斯(Paracelsus)在十六世纪五十年代用乙醚做动物试验,他让若干只鸡等量吸取乙醚,它们便进入睡眠状态一会儿,而醒后无所伤害。他写道:“乙醚可以抚慰所有疾患减轻疼痛”。氧化氮于17
72年由英国化科学家约瑟夫.普利斯特莱(Joseph Priestley)发现。1779年英国化学家汉弗莱.戴维(Humphry Davy)吸入氧化氮,使他行为变得如此之憨,以致他将氧化氮命名为“笑气”(laughing gas)。戴维得出结论说:“氧化氮也许在外科手术中会得到有益使用”。不过直至十九世纪四十年代以前,无人将乙醚和笑气做为外科的麻醉剂。
麻醉剂在医学上的惊人发现和应用最初大约开始于十九世纪四十年代。
克雷福特.朗(Crawford Long)
大约在1840年左右,乙醚和笑气在美国一些地区做为欢笑聚会常被使用。1815年11月1日出生于佐治亚州丹尼尔斯维尔镇的克雷福特.朗,当时是一个在佐治亚州杰弗逊镇从业的青年医生。一次他的朋友要他提供些笑气取乐,他说因为没有容器但可以代之以乙醚。郎医生提供乙醚并参加了1841年12月开始的乙醚欢乐会。在聚会中郎发现:他的朋友们在欢乐中拌倒,有的摔倒碰到家具上受伤流血,都好像全然没有疼痛的感觉。参加杰弗逊欢乐聚会的有他朋友詹姆斯.维纳勃尔(James Venable),一个二十来岁的学生。他曾经反复要求为他切除颈部两个小肉赘,但每次定下时间临到手术前,因害怕经受疼痛而作罢。
有一天郎看到维纳勃尔在乙醚取乐会中撞到用具上,脑子随即闪出一个念头。1842年3月30日他对维纳勃尔说:“在乙醚的作用下我们身上碰得青一块紫一块都无觉察,那么乙醚作用下手术或许不会疼痛”。年青的维纳勃尔同意在当晚切除瘤子。这回他守约按时到郎的诊所。朗将一条用乙醚蘸湿的毛巾放在病人鼻子近处,很快维纳勃尔就睡着了。在病人安稳睡着的情况下郎成功地完成手术,切除了近四公分大的瘤子。当病人醒过来时还以为手术未施行呢。
这是历史上使用真实麻醉剂手术的首例。其后多年他继续用乙醚作为麻醉剂施行过很多手术。如果不是因为发现的定义是“让知道”(因为作为历史上的任何一个发现和突破必须向世人揭示,以便让人类受益)。那么,克雷福特.朗会成为医学界英雄,数以百计的学校和医院会以他的名字命名,而其生日1842年11月1日也可能定为一个节庆。
但是朗因为诸多的客观和主观原因,未能以文字形式及时公开自已的成功发现,丧失了他应取得的荣誉。时隔七年,当他于1949年12月在“南方医学及外科杂志”上发表用乙醚施行外科手术论文时,已经有其他几位人物宣称发现廖麻醉术。
霍勒斯.韦尔(Horace Well)
在康涅狄格州哈特福德市(Hartford)行医的牙科医生霍勒斯.韦尔,1815年1月21日出生于佛蒙特州。他天性腼腆,富于同情又有创新精神。受1844年12月10日晚上一次氧化氮(笑气)作用现场表演会的亲身体验及经历的激励,为解除使他深感不安的牙科手术中病人遭受的痛苦,他以笑气为麻醉剂在自已身上先行试验,拔除了一颗带病智齿取得了成功。在以后的几周中后他用笑气大约为十多个牙科病人做了手术,效果良好。韦尔为用笑气作为麻醉剂的成功兴奋不已,茶饭无心,昼夜思虑将他的发现向医学界传播的最佳途径。他想如果能在麻萨诸塞州波士顿大都会公开做一次成功地现场演示,那么新闻就会立即传遍世界。于是他去波士顿去找麻萨诸塞州波士顿总医院创始人,全国一流外科医生约翰.柯林斯.沃伦(John Collins Warren) 商请安排。
大约1845年1月21日,也就是韦尔30岁生日的这天,现场演示会在医院附近的一个大厅里如期举行。沃伦医生开场致词,带着嘲弄口吻向由诸多医生和医学院学生构成的观众及医学院学生们说:“有位先生自称他有样东西可以在外科手术消疼痛?”。因为沃伦先生见证过很多失败的麻醉病人的尝试,包括用催眠术,以致他对韦尔的演示完全不信。观众们在窃窃私语期盼着失败,韦尔神经紧张带着哆嗦在台上准备演示。他没有带自已的演示病人,他想在人群较多的地方牙病患者多的是。演示开始了。韦尔说,有人愿意在笑气作用下拔牙吗?一格年轻人走到前面坐在一张椅子上。
韦尔用笑气使他入睡,然后将它的病牙拔出。这时显得很成功。但也就在此刻病人突然发出呻吟。早就持怀疑心态的观众们这时大喝倒彩,叫喊着“骗子!”,“诈骗犯!”。霍勒斯.韦尔后来责备当时过快地移走笑气,从嘲笑者中离开。
事实上当时要是有人不嫌麻烦地向病人打听一下,观众就会知道这是一场成功的演示。而病人自已后来解释说,拔牙时“实际上一点不痛”。但被沃伦先生激起轻蔑心态的观众一开始就希望演示失败,因此一声呻吟,谁也不会向病人询问一声。富有讽刺意味的是演示一结束。医学院的学生们首先去吸笑气取乐去了。
如果沃伦医生和观众们虚心的话,霍勒斯.韦尔一定会作为麻醉剂的发现者受到追捧。但是韦尔自已也该担当一些任:他放弃的过于简单。在返回哈特福德的碎日子里,他继续为十多个牙病病人施行过用笑气麻醉的成功治疗。如果他在1845年发表篇文章,或者使波士顿的医生们到哈特福德参观他的治疗,他或许仍然能取应有的公认。但是韦尔像克雷福.特朗一样保持沉默。他太在意他认为“失败”打垮了他事业,情绪压抑使他心力交瘁。1845年他不得不短暂地退出牙业。而这就为另两位声称自已是麻醉术发现者人扫清了道路。
威廉.莫顿(William Morton)
威廉.莫顿1919年8月9日生于马萨诸塞州波士顿西南四十五英里的查尔顿(Charlton)一个小农屋。在那个年代一个有吃有住家庭自认他们并不贫困。年轻时威廉因天性骄傲固执,不肯认输,受不起受委屈而被学校开除,成为一个性情易变的青年,总是喜欢通过自我奋斗向前。他梦想成为一名医生,但没有钱上不了所在地区的医学校。那年月要想成为一名牙科医生主要的道路是去开业牙科医生那儿学习。1841年在康涅狄格州哈特福德他跟随牙科医生霍勒斯.韦尔学习。次年,他在离韦尔牙诊所只有十英里的法敏顿(Farmington)开设自已的牙科诊所,时年二十三岁。
莫顿和韦尔成了密切的朋友。他们曾短暂合伙试图在波士顿推广韦尔发明的金牙固(gold solder)挣钱,但情况不像他们预期。不久韦尔离开波士顿回哈特福德从业。莫顿认为在波士顿可以致富成名,于是留下来建立起一个规模较大的牙诊所。
1845年初当韦尔在波士顿举办声名狼藉的演示会时,他把威廉.莫顿一同带去做助手。尽管韦尔被嘲笑离开大厅,但是笑气的使用鼓舞着莫顿思考有关麻醉术问题。还有一件事是使得莫顿要进行些试验是:波士顿当时住着一位名叫查尔斯.杰克逊(Charles Jackson)的著名内科医生兼牙医,化学家,地质家。在拔牙中他告诉莫顿他给病人使用一种乙醚组成的“牙痛滴”。他不让病人吸牙痛滴,而只是将它点牙床上以减轻疼痛。莫顿开始应用杰克逊的牙痛滴治牙,并探索怎样更有效地使用乙醚。他在波士顿外置地建立专门进行乙醚试验的场地----易吸顿(Etherton)。他用动物,如其爱犬水狗等,甚他自身做试验。其间遇到乙醚使用效能关键所在----纯度问题,是查尔斯.杰克逊向他指明的。
1846年10月16日在波士顿总医院手术展示厅举行了历史性的演示。还是那个沃伦医生被请出来主持,约有百来名医生,学生及其他人士旁观。不过莫顿比韦尔高明一着,他自已负责给病人麻醉,让沃伦主刀给病人手术,切出下颚上的一个肿瘤。手术在病人纹丝不动状态下完成。病人苏醒后莫顿问道:“你觉的痛吗?”
“不,”他答道。
认识到刚参加的事件将会改变医术,约翰.柯林斯.沃顿医生向观众宣称:“没有欺骗。”
消息迅速向世界传开。纽约一家报纸称:莫顿的突破为“空前绝后的最辉煌发现。”伦敦人民杂志公告:“欢呼,幸运时刻!我们征服了疼痛!”在俄罗斯人们称“上天的礼物,最韦伟大的赐福!”波士顿著名医生,作家奥利夫.温德尔.霍尔姆斯(Oliver Wendell Holmes)创造个新名词:麻醉术(anesthesia),意为“无感觉”。
乙醚,笑气及其它麻醉剂渐渐广泛使用,帮助止痛挽救了成千上万生命。
美国政府对于麻醉术的发现给于高度褒奖,国会为此设立专项奖金十万元美金(相当现今贰佰万元美金)。
查尔斯.杰克逊(Charles Jackson)。
查尔斯.杰克逊1805年6月21日出生于马萨诸塞州普利茅斯一个富有家庭。1820年入哈佛医学院就学得过很多奖金,写有数百篇涉及多种学科的论文。他被认为是个天才人物,而且很有抱负。他善长许多事物,渴望做出一写伟大发现。杰克逊宣称:曾有几次一个发现的背后都是他的智慧所致。举个例说,塞缪尔.莫尔斯(Samuel Morse)发明的电报,杰克逊称是他在一次大洋航行途中对莫尔斯提出的想法。
在莫顿寻找拔牙麻醉术过程中杰克逊向他推介过乙醚组成内“牙痛滴”,也曾提示过乙醚的效能和纯度有关。因此,杰克逊声明他才是麻醉术的“真正”发现者。
杰克逊对荣誉的追求远胜于金钱。他渴望名声以致达到憎恨和疾妒同行的地步。晚年精神失常,1880年在受容院中去世。
究竟谁是麻醉术发现者的问题,竟争者有上面所述四位医生,化学家。除了他们自已为争夺这一发明的殊荣不惜劳累,甚至牺牲身价外,学术界,历史家们,以及普通老百姓也都席卷其中。众说纷纭中人们各有偏爱,以致花落谁家成了历史悬案。
- 伊格纳兹.塞梅尔维斯:“医生,请洗手!”
Ignaz Semmelweis: “Doctors, Wash your Hands!”
十九世纪六十年代中叶前,医疗界对医疗环境,物品,器械,及与医务相关人员的洁净的重要性知之甚少。那时,与病人接触最多的医生和护理人员一天不洗一次手,一件工作衣常年穿着习以为常。因为当时尚无人知晓细菌的存在,也不了解疾病可通过不清洁环境传播。后来一个小有名气的匈牙利医生叫伊格纳兹.塞梅尔维斯(Ignaz Semmelweis)的,通过观察和研究首先在在医生,护士及其他保健人员中提出洁净方法。虽然他并未发现细菌,但是他推断有某种有害东西寄存于脏手和器械上。他的种种努力导致现代医院和各种医疗设施有我们期盼的清洁环境。
伊格纳兹.塞梅尔维斯1818年7月日出生于匈牙利布达佩斯,父亲是杂货店主。儿童时代伊格纳兹是一个活泼,友善,阳光的孩子。1837年秋十九岁时他上奥地利维也纳大学注册学习法律,希望将来当个军事法官。但应朋友邀请上了一堂解剖课后,就为解剖学所迷,放弃学习法律,立志成为医生。伊格纳兹学习医学约六年于1844年获得维也纳大学医学学位。其后他决定攻读妇产科。完成追加学习后,他向维也纳总医院求职。1946年7月1日,在他二十八岁生日之际,伊格纳兹受雇管理该医院第一妇产科诊所。
在那个年代人们遭受着现今已可控制的一系列疾病。人的平均寿命只有当代人的一半。可能伊格纳兹以为妇产科不过是接生而已,是个较舒适的医术部门。实际上不是-----至少第一妇产科诊所不是。当时欧洲正流行着妇科致命传染病-----产褥热。他所在医院也未能幸免。面对一个个原本身体强壮的产妇死于此疾,伊格纳兹既震惊又忧伤。医生们对此疾的猖獗蔓延一筹莫展,缩手无策。对此痼疾当时医生中流行着一些臆说:他们说产褥热是新生儿母体的乳汁与其它物质引起的;有的认为是天气或瘴气所致;还有人归结于产妇情绪压抑,饮食不当,衣着过紧,缺乏身体锻练等。而实际上产褥热是由细菌引起的炎症,通常会导致血液中毒。伊格纳兹不信这些,开始寻找致病的线索。
维也纳总医院分娩机构分为两个,即第一妇产科诊所及第妇产科诊所。维也纳待产妇们都知道得产褥热风险在第一诊所要比第二诊所高得多。伊格纳兹写道:“目睹待产妇甚至跪在地上向医生哀求放他们去第二妇产诊所分娩”。有的宁愿担当到大街上分娩的风险也不肯到第一妇产诊所生孩子。
幸运的是总医院对两个妇产诊所有很好的档案记载。伊格纳兹查阅档案发现:1839至1846年八年间,产褥热死亡率第一诊所要比第二诊所平均高两倍半。而1946年他刚到任的前半年大约高出四倍多些。这是何故?
他想:两个妇产诊所位置靠近,还共享一些设施,天气或瘴气因素可排除;也没有理由说两个诊所的病人在饮食,衣着,锻练有多大差别;更不用说新母亲们体内产生的乳汁和其它东西会有差异。
后来他发现不同的是两个诊所待产妇分娩时体位有异:第一诊所医生让产妇取仰卧位,而第二诊所取侧位。伊格纳兹立即下令在第一诊所实施与第二诊所相同的侧卧位分娩。经过一段观察,产褥热死亡率没有改变。
在采取措施排除神职人员在诊所内为罹难病人行使日常圣礼可能带来的消极精神因素后,伊格纳兹还是一无所获。
他继续排查各种致病原因。他想:或许是两个诊所从业人员差别很大的原因吧。因为第一诊所由女助产士接生和护理,而第二诊所通常由男医生与医学院学生做产前检查,再由女助产士接生和护理。可能女性助产士比男性医生与医学院的学生要好些。开始他没多想,后来推敲:医生与医学院学生科班出身,他们执业应该会比助产士做得更好些。
一天天地研究和统计,阅读文献,倾听医生们的见解。执迷于产褥热使得他夜不能寐,食之无味。他每天起个大早,上班前先做病尸解剖,力图寻找第一诊所死亡率高的原因。但是没有发现任何线索。
任职刚满四个月,也正当产褥热猖獗之时,伊格纳兹被负责两个妇产诊所的主任短暂免职,但很快于1847年三月又被召回。在他离职期间,他的朋友和同事雅克斯.柯莱茨卡(Jakob Kolletschka)医生突然病逝。他是在一次做产褥热尸体解剖时被学生的手术刀刺伤手指伤口发炎致命的。伊格纳兹忧戚而震惊,但该偶发事件为他的探索提供新线索。后来他写道:
“我清楚地理解,那成百数的新母亲罹难病因是与柯莱茨卡的生病死亡原因相同的。教授的死因很明白:正是那把从尸体身上沾染了污秽物质的手术刀伤害了他。是这种物质致他死亡的。我必须承认柯莱茨卡的病,与已死去的成千上万女病人的疾病相同。既然如此,她们致病原因源于与带给柯莱茨卡教授身上一样的东西”。
第一妇产诊所男医生(含他本身)和医学院学生们通常总是先做尸体解剖,而后不洗手就去查房,门诊。显然他们手上沾有尸体上残留物,与使柯莱茨卡手指刺伤的手术刀污物传染一样,给新母亲们造成传染。当时还未有细菌之说,伊格纳兹还不能认识这种能传染的物质是真凶。不过他悟出是医生及医学院学生手上的不洁之物给妇女们带来了产褥热。
伊格纳兹从医务环节中最关键一环,医务人员因素着手,考虑采取措施避免给病人造成疾病传染。通过他自已的实验,他认为使用一种漂白粉溶液洗手可以去除尸体上的毒物。就在他重新回到第二妇产诊所的两个月后,他下令诊所所有医务人员上班前,要用漂白粉溶液彻底洗手。他当时认为:一般工作人员与病人之间接触后只需使用肥皂和水洗手就足够了。
如此一招,成效果然明显而且令人惊异。第一妇产科诊所产褥热死亡率从1846年平均的11.4%降至1847年6月的2.4%,7月的1.2%,8月的1.9%,实际上低于第二妇产诊所!柯莱茨卡悲剧死亡与伊格纳兹从中仔细分析引出的发现,挽救料无数生命。所有医务工作者只需用一中有效的消毒液认真洗手便能有效地降低产褥热死亡率。同时也减少新生儿的死亡率。
经过长期的实践,在洗手预防产褥热的基础上他进一步明确:必须将医疗器械,床单,以及有与病人有接触过的东西进行消毒洁净。
1858年伊格纳兹洗出版了“产褥热病因,概念及预防传染”一书。向公众提供在长达十多年时间里他所积累的有关产褥热的病案,统计及观测与意见。他解释说:“我不再保持沉默,否则就是犯罪”。他恳求医生们采用他提出的洗手预防产褥热方法,宣称:“我的诲言是为了排除对妇产医院的恐怖,为丈夫保护妻子,为孩子保护母亲而提出。”
但事物发展道路总是不平坦的。伊格纳兹洗手预防方法在实践中经历了许多曲折。在相当长的一个时期内并未在妇产科医疗界获得广泛推广。其原因:一是传统守旧观念的阻尧;二是在长达10年多的时期内,伊格纳兹未能将他提出的洗手预防产褥热法系统地以文字形式公诸于世,以致未能在医学界流传,及时得到评判和借鉴;三是受当时科学发展水平的限制,细菌还未被发现,伊格纳兹洗手预防法还不完备,最大的问题是缺乏坚实理论基础支持。因此当有的产科专家提出通过医生的手传染产褥热的神秘物质究竟为何物时,伊格纳兹无以回答。
在1840年代末期,一开始只有少有名气的产科医生对伊格纳兹的理论和采用的洗手方法,如括德国凯尔的古斯托夫.米查利斯(Gustav Michaelis)医生。不幸的是在一次亲自为侄女接生中发生意外,侄女染上产褥热。他确信通过自已的手使侄女染病,古斯托夫愧疚不已竟自杀身亡。该事件的负面影响使很多产科医生不乐于接受伊格纳兹洗手预防法。因为弄得不好万一发生意外,有哪个医生会情愿背上一个“杀手”的骂名呢。
1870年代期间法国人路易斯.帕斯托(Louis Pasteur)及德国人罗伯特.科克(Robert Koch )先后发现了引起疾病的细菌。这就一下子使医生们清楚了为什么脏手能传染产褥热,因为细菌在污秽不洁环境中能活跃繁殖。
到了1800代年末期,欧美等发达国家开展过一场清洁卫生运动。至此伊格纳兹倡导的洁净预防疾病学说获得广泛流行和实践。
伊格纳兹一生为挽救产褥热病人做出不懈的努力。晚年为呼唤妇产科医生们采用洁净方法预防产褥热达到了痴迷和疯狂的地步,后被送进精神病院。1865年8月因血液中毒逝世,终年47岁。
6.玛丽丝.桑氏.索图莱:天花板上的野牛像
Maris Sanz de Sautuola: The Bulls on the Ceiling
玛丽丝1870年11月30日出生于西班牙北部沿海城市圣坦德附近一个富裕贵族家庭,是个独养女儿。父亲叫马瑟列努.桑氏.索图莱(Marcelino Sanz de Santuola),母亲名叫康赛朴欣.伊丝兰特(Concepcion de Escalante)。1868年的一天有个男人遛狗因狗失足,偶尔在他们家庄园的一座山傍发现一个洞口散布着一些残骸的洞穴。他把看到的情况向庄主做了通报。马瑟列努起初对此不感兴趣。因为西班牙北部山区洞穴很多。直到1875年也就是玛丽丝五岁时她父亲将洞口残骸移走,开始探究洞穴。1877年玛丽丝父亲出席巴黎一个研究古人类文化遗迹的考古学家会议。会上考古学家们讲述几年前在法国克罗麦农洞穴(Cro-Magnon Cave)发现很多极其古老的骨骼。它们是生活在40,000至10,000年前生活在欧洲,非洲,亚洲的人的骨骼。这些史前人类根据它们首次被发现地名被命名为克罗麦农人。
从巴黎回来后,玛丽丝听了她父亲讲有关以前洞穴人,她怀疑:是否可能在他们庄园洞穴里也生活过史前人?父亲跟她有同样的想法。他说唯一发现的办法是去洞穴地里发掘。
玛丽丝父亲持着蜡烛和铁铲进入洞内,开始从洞口挖出一小段路。玛丽丝被叫去帮忙,很快她就伴随父亲进入洞内。一个年仅六岁生有一双明亮的黄褐色眼睛和黄褐色短发的漂亮女孩,有时手持蜡烛照亮洞穴好让他父亲发掘,有时帮父亲倒去铲斗的泥石。在不到一年左右时间父女俩挖了30公分深,找到了一些石头工具和陶瓷碎片,表明史前人曾经在洞穴中生活过。他们还发现贝壳和动物骨骼,说明洞穴居民常到海边并猎取食物。
玛丽丝喜欢帮她父亲,但月复月地在古人炉火和居住的洞口附近挖掘使她生厌。她双眼开始朝她父亲从未发掘过的洞穴黑乎乎凹处溜转。多少次她想问父亲她可否自已去探查,但因怕黑而缺乏足够的勇气。
1879年夏季的一天,父女俩在洞口附近日常发掘点挖掘。玛丽丝双眼又一次地朝暗处漫视。这回好奇心已经胜过害怕。她问父亲她是否可以拿着蜡烛独自往洞的较深处走走。父亲说可以,但必须不走离太远。
八岁女孩开始慢慢地走过通道。当蜡烛光舌投射的古怪形状从洞壁及天花板上对着她跳跃时,她急得想向朝父亲奔回。但好奇激励她一直走到一个大厅。她朝该巨大厅室四面环视了一下。而后头顶上某东西引起她注意。“牛!牛!”她喊叫。因为这当儿,正是天花板上画着像牛及其他动物的画像。在闪烁的烛光中这些盯着她的动物好像正沿着天花板奔跑。她父亲听到玛丽丝通过洞穴的呼喊回声。尽管他不能想象为何玛丽丝喊叫着牛,为了保护她他立即向女儿跑去。他发现玛丽丝在大厅里盯视的不是真正的牛而是好看的画。她所喊叫的牛实际上是欧洲野牛画像。玛丽丝和他父亲数了数,天花板上画有十五头野牛,三只鹿,两匹马,三头雄野猪,和一只狼。
玛丽丝父亲说一定是史前人创作这些画的。当女儿问他为什么画看起来如此新鲜,他解释道,直到十年前有条狗绊跌在近洞的上方,洞穴一直处于封闭状态,保持和外界空气隔离。但是必须由科学家们来确定这个洞穴艺术的久远年代。
玛丽丝父亲向考古学家写信邀请参观和评价发现的洞穴画。只有西班牙首都马德里的朱安.维拉诺范.丕莱教授(Juan de Vinlanova y Piera)应邀前来。维拉诺范研究洞中所见的画,听了玛丽丝如何发现它们的过程。而后他说,玛丽丝做出了一个最伟大的发现。她发现了世界上第一个由古人创作的洞穴画作。恰当地说这些画是克罗麦农人所创作,大约有15,000年久远。野牛是一条线索,因为它在西班牙不再生存已达12,000年以上。他接着说,玛丽丝不只是发现世界上第一个最古老的画,更为重要的是:这画证明克罗麦农人具有对美的鉴尝力。因为考古学家们曾经将洞穴人描绘成缺乏现代人具有的“较敏锐情感”的粗野人。洞穴艺术家们在一个分立的厅室内作画,正如当代艺术家们寻找私密空间创作。这意味着在某种程度上15,000年来人类创作方法没有多少改变。
朱安.维拉诺范.丕莱教授的结论是精确的。一个小女孩凭借好奇心导致一个伟大发现。当然好运起了点作用,但又有几个洞穴蕴藏有史前艺术品呢。由于发现地位于一个名为西班牙“阿尔塔米拉”(Altamira)的草场,洞穴被命名为“阿尔塔米拉洞”。随而西班牙新闻界给玛丽丝起外号““阿尔塔米拉姑娘”。一时间在他们的家乡阿尔塔米拉姑娘及其父亲受到了热烈的追捧。
当时世界上一流考古学家们都是法国人,一项发现唯有他们认可才能得到世界公认。玛丽丝父亲和西班牙考古学学家维拉诺范教授写信邀请法国考古学家们参观鉴定,但渺无音讯。问题症结是法国著名考古学家伊米尔.卡泰哈克(Emile Cartaihac)认为那些画不可能是几千年前的作品。他宣称洞穴人不可能创作出精美的画。并断言洞穴画是不可能历经几千年之久的。
法国考古学家们嘲笑马瑟列努.桑氏. 索图莱的要求另有一个原因是,就在发现阿尔塔米拉洞穴画的那个夏天,有一个艺术家碰巧就到了玛丽丝家居住地区。他应邀给一个古老家族属于当地人的画像润色,法国科学家们不相信这点。他们指责马瑟列努付钱给那位画家画洞穴画,好使玛丽丝和她一家出名。卡泰哈克及其同事对他们的结论如此肯定,以致拒绝前往察看的邀请。
报纸不再宣扬阿尔塔米拉姑娘和她父亲的故事,代之的是一片“骗子”,“伪造者”的声浪。马瑟列努的志趣受压。为了“阿尔塔米拉洞穴画”获得认可,他一封又一封给法国考古学家写信恳求他们参观考察。他开始围着考古学家会议跟踪考古学家。1880年他专程赴葡萄牙里斯本上那里举行的考古学会议散发他写的有关洞穴画的小册子。返回时他心都碎了。他告诉妻女说,与会的考古学家们对他“冷漠而轻蔑”。马瑟列努从此心灰意冷。他常常在自已的领地上转悠,半夜点着蜡烛独自观看洞画。他继续写信要求考古学家们参观洞穴,但开始被他们认为是神经错乱。玛丽丝想帮助父亲但是她还只是个孩子,她能做些什么呢?1888年马瑟列努据说因中风去世(家属说实际是忧郁而死),是年57岁。
1893年唯一见证和认可“阿尔塔米拉洞穴”画是确实的西班牙考古学家朱安.维拉诺范.丕莱教授去世。玛丽丝继续给法国考古专家们写信,但和她父亲的机遇一样毫无回音。玛丽丝和她的母亲做出决定:为了马瑟列努和后代必须保存好“阿尔塔米拉洞穴”里这些伟大艺术品。她们建造巨大结实的金属闸门将洞口锁住。玛丽丝藏好钥匙,发誓教授们不承认错误决不打开闸门。
光阴荏苒,1895年及随后几年相继在法国和欧洲一些地方发现洞穴画。伊米尔.卡泰哈克教授和其它考古学家被迫承认史前人类似现代人大大超出他们以前的想像。他们想起多少年前有一个名叫父亲叫马瑟列努.桑氏.桑托拉德的曾经写了一本小册子并跟着他转,宣称他女儿在西班牙北部发现史前洞穴画。
1902年的一天,已过31岁的玛丽丝受到一封法国来信。内容是伊米尔.卡泰哈克教授想参观阿尔塔米拉洞穴,要求玛丽丝能让他看看洞穴画。应着她的渴望玛丽丝回信说她已等待其信多年。
不久伊米尔.卡泰哈克教授在法国亨利.勃鲁伊尔(Henri Breuil)牧师陪同下来到“ 阿尔塔米拉洞穴”。像当年八岁时那样,玛丽丝持着一根蜡烛照亮小通道走进洞穴大厅。教授们站在她身傍,玛丽丝像23年前那样凝视着天花板上的野牛。
据说就在玛丽丝朝着天花板看时,卡泰哈克教授羞愧的跪到地上,请求她以她父亲名义原谅他 。他知道他冤枉了一个诚实人,因为他眼前所见与前不久在法国发现的古洞穴画类似。玛丽丝想,卡泰哈克教授在黑暗和孤寂的洞穴中口头道歉是不充分的。他必须以书面形式道歉好让全世界永远看到。卡泰哈克回到法国后写了一篇题为:“我的过错”文章,承认玛丽丝.桑氏.索图莱和她父亲发掘阿尔塔米拉洞穴时,她发现了第一个史前洞穴画。
阿尔塔米拉洞穴画成为著名的世界上第一个发现的最伟大的史前珍奇洞穴画之一。许多人,包括西班牙国王阿方索十三世(King Alfonzo XIII)都前来感受这已有15,000年的绘画的奇观。
7. 亚历山大 弗莱明:盘尼西林的发现
Alexander Fleming: Discoverer of Penicillin
阿历山大.弗莱明1881年8月6日生于苏格兰西南部距达维尔镇四英里的偏僻农场。家中排行老七。小名阿历克。年幼时一家兄弟姐妹一起自娱自乐。他们常常在农场附近美丽小山区和谷地漫游,攀登瀑布,到溪流里捕鱼,在家门附近水塘中游泳。他们自编自导各种游戏,有的还相当粗野激烈。一天阿历克和一群孩子玩滑坡游戏,看看谁滑得最快。阿历克选了一段以陡峭悬崖为末端的坡度最大山坡滑行。当他朝着坡尾滑冲时,其他孩子们都惊住了。幸运的是在滑到接近悬崖时他停住了。阿历克对其他孩子高兴地说:“我滑得最!”
阿历克5岁开始在离家约有一英里的简陋小学校上学,所有不同年龄的儿童在一个教室里上课。十岁时他转学到离家有四英里的达维尔镇上一座较大的学校。每天步行上学,寒冬时节带上母亲为他烤得两个热土豆路上取暖中午当餐。阿克卡7岁时父亲去世。上学之余帮助家里做些农场的活:收集干草,挤牛奶,放羊等。从上学的时候起,在往返学校途中他学习观察事物。他发现怎样看天空识别天气变化;他喜欢小鸟,教会自已如何区分它们的鸣叫和歌声。花草,树木,石头,总之乡村的所有事物都使着迷。
但生活出路让阿历克在13岁就离开家园,随兄长们来到大都会伦敦。在伦敦里琴德综合技术学校(London’s Regent Street Polytechnic School )上了两年学后,阿历克在一家蒸汽轮船公司谋到一份腾抄文档的工作。1899年布尔战争爆发。阿历克被募入伦敦苏格兰军团当列兵。自此每逢周末进行军训,其它时间照旧在汽轮轮船公司上班。尽管阿历克个子不高,外表看起来弱小,但得益于自小步行锻练,体质健壮,坚韧顽强,在一场暴雨如注的六十英里行军中表现突出。他喜欢射击比赛和各种培养耐力的激烈运动,其中如水球运动。在记忆中他对一场与马利医学院的比赛印象特别深刻,以致从此他与马利医学院结下不解之缘。
1901年10月在布尔战争结束前夕,阿历克一个叔父遗赠给他250镑钱(约为现今20,000美元)。他本来早就厌烦单调的抄写工作,决定用这笔钱去学医。当时伦敦有12座医学院校。凭借曾经与马利医学院比赛过一场水球,阿历克选择在玛丽利医学院注册上学。他后来说,对马利医学院当时一无所知,没想到后来他竟在这个学院呆上半个世纪。阿历克是一个出色的学生。每年都得奖并获得奖学金。1906年7月时年快满25岁时他毕业成为一位内科和外科医生。
阿历克最偏好于做医学实验工作。毕业后他以一个研究员身份受雇于马利医学院,在以著名细菌学家奥尔摩思赖特(Almoth Wright)为首的专家组中工作。他的研究涉及包括预防和细菌感染炎症处理的各个方面。其专业之一是创伤引起的炎症。他所做的重要研究有助于挽救一战(1914--1918)中许多受伤士兵生命。
军训培养的耐力对阿历克做为一个研究者很有帮助。起早贪黑,加班加点工作;从自身取血,注射试验针做免疫试验习以为常。性情腼腆极为温和的阿历克工作之余,象儿时那样喜欢自娱自乐。他玩自己编导的高尔夫球和台球游戏津津有味。他又是一个有自已特色的业余艺术家,爱好画些以芭蕾舞,花卉,菖蒲,抱着孩子的母亲一类为主题的素描。而后他将这些素描填入各种颜色明亮的菌群。这种由实际细菌组成的不寻常艺术品被称为“细菌绘画”。1915年34岁的阿历克与萨拉.麦克伊尔劳(Sarah McElroy)护士结婚,后者与孪生姐妹在伦敦掌管一家护理院。
阿历克善于将创造新运用到研究中。在1921--1922年间他得了一场感冒。不想白白把自已的细菌浪费掉,并且好奇它会发生什么,他取自已的鼻粘液放入培养细菌的石盘中。令他惊异的是在靠近粘液地方细菌没有生长。显然,粘液中有某种东西阻止它附近的细菌生长。随后他用自已和他人的眼泪做试验,结果与鼻粘液一样,眼泪中也有能破坏细菌的东西。阿历克从医院手术病房及尸体间等处获取病人身上的各种试样本进行试验。他发现唾液,皮肤,脏器,甚至指甲,毛发都含有一种天然的能溶解细菌的物质。1921年弗莱明这个突破是他第一个值得注意的医学发现。这种天然发生的可溶解细菌物质按拉丁语取名为溶菌酶(Lysozyme)。不幸的是,被证实微生物溶菌酶破坏可致各种严重疾病的细菌相对地能效不大。但是溶菌酶研究为弗莱明七年后将做出重大发现铺平了道路。
1928年阿历克已48岁,已经有了一个四岁的儿子。他不再想像22年前那样难以置信地长时间工作。他要和其他成千上万的研究者们一样开始写作,创作论文,做些有创造性的东西,以便为人类增添知识。
1928年九月的一天早晨,刚从外地休假回来的阿历克走进他的实验室,决定清洁一些用来培养练球菌----一种引起丘疹,皮肤发炎,血液中毒和肺炎的细菌的石盘。这些石盘的初始链球菌取自丘疹和喉炎病灶。通过在石盘内培养链球菌群,试验以颜色是否变化来示明这种细菌的危害。完成该阶段实验他就开始用消毒剂清洁石盘。
他有自已的信条:实验室里的所有东西均应研究,“万一它们会变得有用”。因此在做消毒前每个石盘他都要检查一遍。他正在做着检查,前助手穆林.普鲁斯走进房间。弗莱明向他指出,有些石盘已长出霉菌----一种生长在在潮湿和腐败环境中的有机物。“很有趣,”他将一个霉菌盘给普鲁斯看。靠近霉菌的链球菌群已消失。好像霉菌有某种破坏病菌的能力。
弗莱明异常高兴。那一天他向每个进他的实验室的人展示带霉菌的石盘。他说:“瞧一瞧那个”,他对一位同事说:“很有趣,是一种我喜欢的东西,可能结果会很重要。”
要鉴别这值得注意的霉菌非常关键。阿历克对霉菌知之不多,他阅读很多有关霉菌书籍。断定那霉菌属于青霉菌类。但究竟是哪一种他不清楚。后来一位霉菌学家从一个样本中断定,那种霉菌属于青霉菌 (penicillium notatum)。它可能是通过窗户或门吹进弗莱明试验室落到石盘中的。
阿历克开始做很多霉菌样本实验。随着发现霉菌可以攻击引起许多疾病的细菌,包括鏈球菌喉炎,猩红热,肺炎,血中毒,脑膜炎,白喉,及风湿病,他兴奋不已。当时他将这种抗细菌物质叫做“霉菌汁”。后来他将它命名为“青霉素”(Penicillin),意为源于青霉菌。
青霉素成为一种成功的药物经历了从实验室动物与人体实验,到临床应用试验的漫长过程。而使之变成广济于世良药则需要找到大规模地从原料和半成品中提纯方法和和生产工艺。起初他给白鼠和兔子注射“霉菌汁”,未发现任何伤害。而后他找到一个截肢垂危会病人试验,将在霉菌汁中蘸过的敷料敷在病人伤口上,但未成功。分析可能原因:一是直接在伤口敷药不是最佳疗法,二是敷料上蘸的霉菌汁量不足。接着他又分别在两位同事身上试验:一个患有鼻炎,他直接敷以真菌汁,很快炎症基本消除;另一位患眼结膜炎,敷了霉菌汁炎症很快全部消失。试验取得很大成功。
弗莱明偶尔发现和培养的霉菌汁数量很有限。他让两个年轻助手在楼道里研究培养霉菌汁的方法,但一时未能获得成效。对他来说要想将其发现的霉菌汁推向实用:有另一条出路就是将发现公诸于世,广为传播。以便其他学者检验结果,或者使之进一步获得进展。要是他能打动科学界对他的发现感兴趣,其他研究人员也许会去推进霉菌汁的提炼。
1929年2月13日弗莱明获得机会在他的主管, 著名细菌学家奥尔摩思.赖特创立的医学研究俱乐部成立50周年会上宣读论文。但遗憾的是他太内向腼腆,论文宣读声音很低,与会者无法听清,以致无一人发问。这样他的重大发现一时未能引起医学界的关注。接着他写了一篇题为“关于青霉菌培养及其抗病菌作用”的论文,发表于1929年6月的“英国病理实验杂志”。在论文近结尾处弗莱明宣称:“青霉素是一种有效的抗菌剂,可以通过涂敷和注射到青霉菌敏感病菌引起炎症的场合。”可惜当时几乎没有科学家阅读此文后真正领悟弗莱明这个重要发现。
其后弗莱明继续进行大量研究项目,包括青霉素试验和撰写论文。但有关青霉素提炼问题一直未能解决。期间,英国牛津大学两位学者对青霉素发生兴趣,一位是澳大利亚裔霍华德.佛洛里(Howard Florey),另一位是逃离纳粹迫害的犹太裔德国科学家欧斯特.查因(Ernst Chain)。1930年代末他们领导一个从事人体注射用青霉素提炼研究工作。
当时第二次世界大战刚开始。因青霉素可极大地施惠于军队的伤病员,佛洛里和查因获得充足财力和人力,以及实验设备的支持,到了1940年佛洛里--查因研究团队研发出了提炼青霉素和大量生产的化学技术。1940年5月25日牛津大青霉素团队举行了一个历史性的实验:将八只白鼠分成两组,先分别注射致命病菌。而后给一组白鼠注射青霉素,另一组不做任何处理。一天后未注射青霉素的一组白鼠全部死亡,另一组注射青霉素的则处与健康良好状态。而后牛津大学团队又用青霉素抢救了一位炎症极为危重的病人(后因中断治疗而死亡)。接着用青霉素救治了一个因髋部手术严重感染的15岁孩子,使他完全康复。
根据种种试验,牛津大学团队确信已开发成功一种重要的救生药物。在美国伊利诺伊州佩垒(Peoria)的一家实验室帮助下青霉素获得大量生产。青霉素引领抗菌药物的新纪元----从各种有机物中获取强力的药物。稍后其它抗菌药物也被研制出来。各种药物有不同的形式出现:有呈丸状片状的口服剂,静脉注射的皮下药物,以及涂敷用的药膏等。青霉素其其它抗菌药物挽救了全世界无数生命,仅就美国而言数以百万计。
1945年度诺贝尔医学奖分别授予发现青霉素和使青霉素成为一种抗菌药物的科学家阿历山大.弗莱明,以及霍华德.佛洛里与欧斯特. 查因。
阿历山大.弗莱明在谈到他伟大发现时总是说:好运让他碰上霉菌落在他实验室石盘里,他不过是利用充分的观察获得机遇。他说:“要是我可以对年轻科学家有所忠告的话,应该是:决不忽视特别的意外或偶发事件。它可能是个假像而乌龙,也可能是指引你向前取得重要进展的线索。”
阿历山大.弗莱明于1955年逝世,终年73岁。
8. 克莱德.汤博:搜寻X行星(冥王星)
Clyde Tombaugh: The Search for Planet X (Pluto)
1918年的一个晴朗而漆黑的夜晚,一个名叫克莱德.汤博的伊利诺伊州农场12岁男孩用一个小望远镜凝视着天空。首先观察有着众多火山口和群山的地球卫星月亮。然后通过三十六倍的望远镜瞄着白色光辉的物体。他浏览过许多有关天文读物,知道这是永远被云雾笼罩着行星,金星。接下来的几小时他凝视那带极冠的红色行星火星和呈谈绿色标志的带环的行----土星,它是如此精妙看起来几乎是不真实的。而带有多彩云而且有着自已卫星的巨大行星,是木星。正是他自幼一个一个观察识别天体,克莱德. 汤博实现了在12年后发现一个新行星。
古时候人们用肉眼观察夜空中类似星星的的五个物体。区别它们与星星的差异在于:星星闪烁,而这五个特定物体光亮稳定。另外星星在相当长的时期内相对保持在同一位置,这就是为什么在几个世纪内星座,即想象的群星画面几乎不会改变。而对五个物体而言,照光亮稳定光辉,相隔月和年周二复始地在星座中保持着固定位置。
古希腊人将五个在星座中漫游的光辉物体起名为行星,其意为“流浪者”,这个词一直延用至今。
古罗马人还对眼睛能观察到的五个行星分别起名。它们是靠近太阳快速移动的橙色行星为水星,其意是神的信使;除太阳和月亮外最亮的发着白色光芒的是金星,含义是爱和美之神;提醒罗马战争的血红色行星为火星,意为战神;那庄严地通过星座黄色行星叫木星,意为罗马主神;而移动比木星缓慢的金黄色行星为土星,意为农神。
在长达几千年里,人们相信有五个行星,即水星,金星,火星,木星,土星都是绕着地球旋转的。到了1500年代尼古拉.哥白尼(Nicolaus Copernicus)指出我们生活所在的地球也是一个行星,它和其它行星都绕着太阳旋转。牛顿于1700年代排除了有关对哥白尼系统的最后怀疑,提供信息让人们接受我们地球是一个行星的事实。要是退回到1700年代向本杰拉弗兰克林发问有多少行星绕着太阳转,他会说:六个:“水星,金星,地球,火星,木星,土星。”
1608年荷兰眼镜制造商汉斯.李普西(Hans Lippershey)在一个管筒两端各安装上一个透镜制造了第一架望远镜。它能使远距离变得较近,这使天文学家们有了很有价值的新观察工具。因此到了1600年代天文学家们用望远镜搜寻比土星更远的行星。
有两种方法识别一个行星。星星非常遥远它们在望远镜中观察只是一些点点。行星距离较近用望远镜观察呈球形。即使用小望远镜观察水星,金星,火星,木星,看到的是像几个小球,而土星因有环形带看起来像带把的小球。如果天文学家观察出一个不为任何已知行星的球形东西,那很可能就是第七个行星。
另一种寻找行星方法是根据他运动。与星星相比行星实际上靠近我们门口。以土星为例,它距离地球约为10亿英里,而离地球最近的太阳系外毗邻星(Proxima entauri)离地球4.3光年,或者说为2.5万亿英里,也就是要比土星远2.5万倍。其它行星就更遥远,它们离地球的距离是土星的数百,数千万倍以上。正是距离较近,可以看出行星运动,而星星非常遥远以致我们一代又一代看不出星座变化。如果一个天文学家在以星星为背景图上找到一个夜复夜漫游的东西,那它可能是一个行星。
1781年3月英国巴思的德裔天文学家威廉.赫谢尔(William Herschel)正处于用望远镜观测天空星象过程中。当时他观察对太阳行星际彗星无甚兴趣。突然间他注意到在星座的 (Gemini the Twins)区域出现一个奇异的谈绿色东西,起初他怀疑是一颗彗星,甚至写了一题为“一颗彗星的说明”的论文。
由于威廉.赫谢尔的说明,其他天文学家们找寻并确定了他所指的所谓彗星,实际上是比土星距太阳约远两倍的一颗行星。由于赫谢尔警示过天文学家们它的存在,当发现被命名为天王星(Uranus),意为天神的第七颗行星时他受到赞扬。威廉.赫谢尔的发现是偶然好运的典型事例,因为完全不为搜寻一个行星而发现了天王星。
第八颗行星的发现可不那么好运。在1781年威廉.赫谢尔天王星后不久,人们发现它偏离按牛顿引力运动定律得出的轨道。多数天文学家认定:天王星偏离预测位置是由于有一个距离太阳更远的行星引力拉动之故。1845年九月英国人约翰.柯奇.阿戴姆思(John Couch Adams)通过复杂数学运算计算第八颗行星的预期位置。这位年纪26岁数学家和天文学家算得如此精确,以致他如果有一架望远镜的话可相当容易地发现行星。他没有能这样做。当他试图说服其他天文学家用望远镜按照他的企图去搜寻时他不走运。例如,阿戴姆思的计算曾经交给英国利物浦的一位备有一架大型望远镜的名叫威廉.拉瑟尔的天文学家(William Lassel)。不幸的是拉瑟尔因踝骨严重受伤躺床养伤不能做新行星搜寻。
当阿戴姆思进行计算时,法国科学家欧贝恩.利弗利尔(Urbain Leverrier)做同样的计算。欧贝恩.利弗利尔结果与阿戴姆思相近。但他直到1846年6月前未将计算结果交给其他科学家。但他成功地说服天文学家们去搜寻行星。1846年9月23日德国柏林天文台的约翰.盖尔(Johann Galle)和海恩里赫.德阿雷斯特(Heinrich d’Arrest)用望远镜瞄准利弗利尔推荐的区域,不到一小时,他们就找到一颗呈淡绿的被命名为海王星的蓝色行星,其意味罗马海神。
对于海王星的发现者至今仍有争论,不同国家书籍说法有别,这主要因为这份荣誉涉及到三个国家:英国,法国和德国。不过一般而言,以论文为根据发现海王星的荣誉由英国约翰.柯奇.阿戴姆思和法国欧贝恩.利弗利尔两位分享。
发现海王星不久,天文学家们开始思考有关第九颗行星问题。天王星和海王星好像都像预测的那样精确围绕太阳旋转。除海王星外好像有东西正在拖拉着天王星。海王星也好像被一个看不到的东西拉着。在1800年代末期若干天文学家开始寻找“跨海王星”,就是超出海王星之外的行星。但是到二十世纪初,未见踪影。
天文学家柏西伏尔. 洛厄尔(Percival Lowell)于1905年参与到搜寻第九颗行星中。他以研究火星成名。1894年他在亚利桑那州的佛莱格斯塔夫(Flagstaff Arizona)建立以研究火星为目的的洛厄尔天文台。在观测火星中他相信看到了火星运河。于是他提出了一套有关火星生活着20英尺火星人的学说。他宣称,因为火星太干旱,火星人挖掘了运河网络用以灌溉他们庄稼和给城市供水。
当洛厄尔有关火星书作和讲演正中公众好奇之时,许多天文学家坚持认为洛厄尔的想象无根据,所谓的火星运河不过是一种想象。受此伤害洛厄尔和他的天文台从此就不被其他天文学家们很关注了。洛厄尔转向一个困难的数学计算和大难度研究课题:搜寻X行星,也假设的跨海王星。如果发现这个行星柏西伏尔. 洛厄尔必然会从他的同行那里获得尊敬。
洛厄尔在1905年前后寻找第九颗行星没有取得成功,并于1916年逝世。在随后的年里,证明火星运河系虚幻,根本不存在什么火星人的证据日益增多,而洛厄尔的著作也为更多的科幻小说取代而下架。为了挽回天文台创始人的名声,1929年洛厄尔天文台开始新一轮的行星X搜寻。由于财力拮据雇用不起一个正式编制的天文学家承担这项搜寻任务,一个年轻业余天文爱好者就被雇来干此项工作。
克莱德.汤博1906年2月4日出生于伊利诺伊州斯去利塔尔(Streator Illinois)附近的一个种植玉米和小麦的家庭农场。自小就参加农场劳动。他说那年月尚无省力的农业机械,你只有努力劳动,不然就难存活。
克莱德.汤博在一个只有两个教室的学校上过学。他喜爱的功课是地理和历史。六年级时,他突然发现对地球地理了解得很多,但对火星情景及其它行星无所知晓。于是他开始上斯去利塔尔图书馆借书学习。他阅读有关发现天王星的威廉.赫谢尔的书籍,知道是他制出天空测量图,帮助人们知道天上的银河。他还阅读有关阿戴姆思,利弗利尔以及柏西伏尔. 洛厄尔的书籍 。所有这些使他的天文知识大为增长。 这时他才12岁。对天文的浓厚兴趣使他产生观察星空的强烈爱好。
16岁时他家迁移到堪萨斯的布德特农场(Burdett,Kansas),已经上高中的克莱德把每个夜晚都花在天文上。他有一架叔父的36倍小望远镜,只要夜空睛朗就用它观察天象;遇上雾云和雨天,他就在汽油灯下阅读天文学书籍。他响往大倍数的望远镜。买不起就动手制作。1928年,作为一个业余天文爱好者时他终于制成了一架9英寸直径的望远镜。高中毕业后因家境贫困使他未能如愿上大学。为了谋生木他想自己要么做个铁路工程师,或者做个制作和销售望远镜的买卖。也就在这年年底,他将自已画的几张火星和木星图寄给洛厄尔天文台,希望能得到一些鼓励和指教。作为回复洛厄尔天文台台长弗斯托.斯利夫(Vesto Slipher)提出:“你是否愿意在1月中旬到佛莱格斯塔夫做几个月实习使用生?”克莱德虽不知会让他做什么,但到一格大天文台工作的前景使他很激动。
经历28小时车程克莱德抵达佛莱格斯塔夫,天文台台长弗斯托.斯利夫亲自到火车站迎接。
到天文台的第二天站长对他说,他的任务是继续前台长柏西伏尔. 洛厄尔的行星X搜寻。该行星被定为在黄道带。克莱德的具体任务是每天夜晚在指定的黄道带区域,包括柏西伏尔. 洛厄尔认为有可能发现行星的沿黄道带的区域拍照片。在拍摄每幅像片后,了在意个夜晚他应该在天空的同一精确区进行拍摄。而后拍摄得到的像片在显微闪光比较仪(Blink-Microscope-Comparator)进行比较分析。这种目视比较仪可快速轮流阅读前后两个夜晚拍摄的同一区域像片。通过目阅读可以跟踪行星在星座图像的运动,万一出现异常,就意味着可能出现新行星。
在中断已达十三年后,洛厄尔天文台重启搜寻行星X。1929年4月6日克莱德开始拍摄天体照片的作业。他想他不过拍拍照片而已,而寻找新行星的像片阅读工作交给了老天文学家。找行星在比较仪上读像片是一件费劲的困难工作。目视读像中注意力只要稍稍不集中,那怕走神一刹那,就可能失去捕捉新行星的机遇。而且看来老天文学家对在比较仪上读像片无多大兴趣。1929年6月,台长弗斯托.斯利夫给克莱德添加责任:除拍摄照片外,还要他在比较仪上做读取图像。这下他明白了:天文台将以前放弃的项目完全交给料他。黄道带区域星星如海,即使X行星就在其中,犹如大海捞针。因此老天文学家不愿见时间浪费在这上边。
克莱德回忆道:“当时我也不大乐观,我的态度是我将彻底而系统地将黄道带星座过一遍,如果无所发现,那就说明第九颗行星不在那儿”。
周复周,日复日。克莱德辛勤作业,无所收获,但他并未气馁。到了1930年2月18日下午约四点钟,克莱德在读取1月份拍摄的两张宝瓶座双子座星群图 (Delta Gemini) 时,突然注意到在间隔六天的图像中,一个模糊的东西在群星中稍有位移。他对自已说:“就是它!”
克莱德赶紧跑到台长办公室并对台长说:“斯利夫博士,我已发现了行星X!”
他发现双子座δ星东有一个跳动的15等小星,在相隔六天拍摄的两张底片上只移动了3毫米~4毫米,同预计中的新行星又暗又慢的特点相符 合。他欣喜若狂
在随后的几个夜晚里洛厄尔天文台全体员工观测并拍摄了这个呈微弱淡黄色物体。它的确是第九颗行星。
1930年3月13日洛厄尔天文台在纪念老台长,柏西伏尔. 洛厄尔75岁生日,以及威廉.赫谢尔发现天王星149周年会上,正式宣布发现第九颗行星。并将这发现这颗行星的殊荣归功于柏西伏尔. 洛厄尔。不久新行星被命名为冥王星,意味希腊与罗马之死神。
发现冥王星早期报界纷纷报道说,这颗新行星可能是最巨大
的,可能比木星大。后来天文学家们查明,冥王星是已发现行星中最小的一颗。而且不足以引起天王星及海王星偏移运行轨道。“旅行者2号空间探测器”在1986年和1989年分别靠近天王星与海王星探索揭示,实际上不存在偏移问题。
在受到诸多关注面前,年轻的克莱德在洛厄尔天文台一度遭受一些干同事的嫉妒和排挤。1944年弗斯托.斯利愤恨克莱德获得越来越多的名誉断然将他解雇。随着时间的推移,到了1950年代天文界主流公认:是克莱德. 汤博通过彻底而系统地拍摄和核查天体图像发现了第九颗行星,冥王星。但柏西伏尔. 洛厄尔是搜索该行星的发起人也必须享有一份荣誉。
对于发现冥王星,克莱德. 汤博在“走出黑暗”一书中写道:“冥王星的发现是跨越几十年的一个异常链状不测事件的结果”。这些侥幸错误一是天王星与海王星轨道变弯的不正确想法;另一个是柏西伏尔. 洛厄尔中有关火星的怪诞据理论激励他去探索第九颗行星。
克莱德. 汤博后来任职新墨西哥州大学教授,并帮助该校建立天文系。他于1997年去世享年近91周岁。
冥王星
本世纪初,美国天文学家皮克林(1858~1938)主张用照相的方法去搜寻这颗遥远的行星,只要隔几天就对同一天区拍照,如有移动位置的天体就会从前后 两张底片上找出来。由于预报的未知行星位置很不可靠,所以只能沿黄道带有计划地系统拍照。这个任务交给了年仅23岁的汤博,汤博发现每一张底片上总有几万 甚至几十万个星点,要将这些星点逐个核实简直不可能。正巧,这时德国有一家仪器公司发明了“闪视比较仪”,它有两个置片台,放置待比较的两张底片,左右两 张底片不能同时在镜头里看到,而是自动控制着按一定频率轮流进入视场。如果在两张底片上没有移动位置的星,两张底片上的星象全同。由于视觉暂留现象,视场 里的星象会是稳定的,只要有一个星移动位置,在视场里看就会来回跳动。汤博利用了这一仪器,他耐心地坐在内视仪前,将底片逐张进行观察。
由于一张底片上星象很多,必须分成若干区,每一次只能校核十几个星点,在确认每一个星点 都不跳动后才能通过,因为任何微小的疏忽都可能前功尽弃,使后来的工作变为徒劳。有时他确实发现了跳动太快,就可能是小行星。这项工作既要有耐心,还要有 清醒的头脑。直到1930年1月,他完成了金牛座40万颗星的检核工作,仍一无所获。下一个天区是双子座,这里靠近银河,暗星密聚,工作更是异常繁重,他 日复一日不间断地工作。 1930年2月 28日下午4时,他发现双子座δ星东有一个跳动的15等小星,在相隔六天拍摄的两张底片上只移动了3毫米~4毫米,同预计中的新行星又暗又慢的特点相符 合。他欣喜若狂,但没有立即宣布这个发现。在以后的几个星期里又连续对该天区拍照,确认这是一个新行星后,才于3月13日公布于世。
注释:引自爱问知识人 2007-01-20
天王星:德意志诞生的英国天文学家威廉.赫歇尔(1738年-1822年),他出生于汉诺威,最初是一个音乐家。17岁时来到英国,当宫廷歌会的双簧管吹奏者。他 一方面以音乐维持生活,另一方面他刻苦努力学习数学和物理。1774年在他36岁的时候,亲自制造成功一台反射望远镜。一生中制造了400多台望远镜,口 径最大的有125厘米。
在1781年3月13日,这是一个很平常的日子,晴朗而略带寒意的夜晚,跟往常一样,在其妹妹加罗琳(1750年-1848年)的 陪同下,用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米反射望远镜,对着夜空热心地进行巡天观测。当他把望远镜指向双子座时,他发现有一颗很奇妙的星星, 乍一看像是颗恒星,一闪一闪地发光,引起了他的怀疑。第二天晚上,他又继续观测。原来这颗星还在移动,尽管这颗星没有朦胧的彗发,也没有彗尾,肯定不是一颗恒星。但他以"关于一颗彗星的探讨"为题提出报告。
经过一段时间的观测和计算之后,这颗一直被看作是"彗星"的新天体,实际上是一颗在土星轨道外面的大行星,一下子太阳系的范围被扩大了整整一倍之多。天王星离太阳系约28亿8千多公里,而土星离太阳系约14亿公里。天王星的发现使赫歇尔闻名于世,并被英王任命为皇家天文学家。此后,他致力于天文学,一生中作出过许多贡献。
海王星:
1781年3月3日,英国著名天文学家威廉·赫歇耳发现天王星以后,世界上一些天文学家根据牛顿引力理论计算天王星轨道时,发现计算的结果总与实际观测位 置不符合。这就引起人们思索:是牛顿理论有问题,还是另外有一个天体引力施加在天王星上?1845年,一位年仅26岁的英国剑桥大学青年教师亚当斯,通过 计算研究认为在天王星轨道外还有一颗大行星,正是这颗未知的大行星的引力,才使理论计算和实际观测的位置不符合,他并且计算预报了这颗未知大行星在天空中 的位置。
然而,他的预报没有引起有关天文学家的重视。同样,1845年夏季,法国天文工作者勒威耶,也独立地通过计算预报了天王星轨道外这颗未知大行星在 天空中的位置。德国柏林天文台长伽勒,根据勒威耶的预报位置,于1846年9月23日果然发现了这颗大行星。其发现位置与勒威耶预报的位置仅差52分,与 亚当斯预报的位置仅差两度27分。因此,科学家们都认为,海王星的发现首先是这两位青年人的功绩,当然也肯定了伽勒的观测成果。海王星的发现又使太阳系的 边界向外延展了约17亿公里。海王星的发现是牛顿奠定的天体力学的辉煌成果,是理论指导实践的典范。1989年,“旅行者”2号探测器发现海王星也有光 环。
冥王星:冥王星是在1930年由于一个幸运的巧合而被发现的。一个后来被发现错误的计算“断言”基于天王星与海王星的运行研究,在海王星后还有一颗行星。美国亚利 桑那州的Lowell天文台的Clyde W. Tombaugh由于不知道这个计算错误,对太阳系进行了一次非常仔细的观察,然而正因为这样,发现了冥王星。
发现了冥王星后,人们很快发现冥王星太小及与其他行星运行轨道有差异。对未知行星(Planet X)的研究还在继续,但没发现任何东西。如果采用了旅行者2号飞船计算出的海王星的质量,那么另一个质量差异就消失了,也就不会有第十颗行星了。
冥王星是唯一一颗还没有太空飞行器访问过的行星。甚至连哈博太空望远镜也只能观察到它表面上的大致容貌
很幸运,冥王星有一颗卫星,冥卫一。也是靠着好运气,它才能被发现。这是在1978年,它在向着太阳系内运行时,刚好运行到轨道的边缘时被发现的。所以可 能通过冥卫一观察许多冥王星的运行,反之亦然。通过精密计算,什么物体什么部分在什么时候被覆盖以及观察光亮曲线,天文学家能够绘出两个半球光亮区域与黑 暗区域的大致地图。
赫谢尔天王星 法 欧贝恩.利弗利尔 英约翰.柯奇.阿戴姆思 伊利诺伊州农场克莱德.汤博 天文学家柏西伏尔. 洛厄尔 天文台台长 弗斯托.斯利夫 英国巴思的德裔天文学家威廉.赫谢尔
9 . 李丝.梅特纳: 原子裂变的发现
Lise Meitner: The Discovery of Nuclear Fission
李丝斯.梅特纳1878年11月出生于奥地利维也纳一个犹太家庭,在八个孩子中排行老三。父亲是一个成功的律师,母亲是一个天才钢琴家。像十九世纪欧洲大多数女孩一样,李丝很小时就学会缝纫。祖母告诉她安息日可不能做缝纫活噢,不然天空会塌下来的!李丝想,我倒要试试看奶奶的警告灵不灵。于是周六那天她缝她的刺绣活,一针,两针…天没有塌下来呀?李丝就是喜欢宁愿通过自已试验而不轻易相信别人所说的人。但奇特的是祖母警语有一件对她来说是正确的:多少年后她的一项研究引出的一种手段可以毁灭地球,或者至少毁灭人类。
李丝对科学的兴趣起初是由在水塘中浮着色彩斑斓的油膜引起的。她对为什么会产生美丽的色彩感到惊奇。决心有一天要把自然界的秘密弄个明白。她自幼爱好读书,据说八岁时她枕头下塞着数学及自然一类书籍睡觉。李丝在她家附近的学校上学,是一个出色的学生。不过当时和中欧很多国家一样奥地利只许男孩子上高中,为上大学做准备。公立学校女孩到了十四岁就得退学。李丝也不在例外。李丝被期盼在家里帮助母亲料理家务几年就出嫁。但是她另有打算。
在十九世纪九十年代期间物理学家们做出一些令人振奋的发现:1895年,也就是李丝十七岁这年,德国(Wihelm Roentgen)发现X射线;1896年法国(Antonine Henri Becqerrel)发现铀具有放射性(即它发射高能原子粒子和射线)。李丝告诉双亲她想当个像 Roentgen,Becqerrel以及波兰Marie Curie那样的女物物理学家。
双亲关心她的未来并为此提出他们的条件:李丝首先必须取得教师资格证,以便未来有一个独立谋生手段。而后家里雇私人教师帮助她补习功课做好考大学的准备。
通过三年努力学习李丝成为一个法语教师。父母亲也不食言,开始安排李斯跟私人导师学习。而正好这时政府决定女性只要通过与男学生相同的考试可以上奥地利的大学。这就意味着如果李斯准备充分她就可能上维也纳最好的大学。从1899年起她日以继夜地学习,补习了希腊文,拉丁文,历史,宗教,数学,物理及其它等课程。将八年的功课压缩到两年完成。1901年7月她成功地参加了大学入学大考,在十四名参考女生中脱颖而出,遂于1901年10月在维也纳大学注册入学。这年她已二十三岁,在同学中算是个“高龄生”。为弥补丧失的时间,她超负荷地选修课程。在她写的“回顾”一书中她写道:“从1901年至1905年我学习数学,物理和哲学。无疑与其它学生一样去听很多讲演。而实际上当时对一个女生而言是很罕见的。”
大学二年级时她开始强化高精系列物理学的学习。她最慕名的教授是物理学家(Ludwig Boltzmann ),并为他的课程所吸引。1964年李丝回忆说,波尔茨曼教授讲演奔放不羁,能自然地吸引听众。我特别欣尝他早年有关对立的论述。他是当年第一个相信存在原子的科学家。有一个时期,当维也纳大学其他教授不喜欢女生听课时,而波尔茨曼教授则鼓励李丝是个出色的学生,希望她献身物理学。1905年中在完成基本课程后她继续攻读博士学位。1906年2月1日李丝成为维也纳大学物理学的第二名仅有的女博士。
这个生着苗条纤细身材一双热情眼睛年轻女博士现在该往何处走?她写信给法国诺贝尔奖金获得者(MarieCurie)求职,想再她的实验室里当个助手,但爱子莫能助。
幸而她手头上还有教师资格证,她在一格女校谋得一份工作。白天教学,晚上到维也纳大学物理实验室做一名志愿者。1898年居里夫妇发现放射性元素釙(Polonium),到了1900年代放射性成为物理学家们的流行话题。李丝开始写些有关文章,但并不打算让这变成她的毕生工作。
德国在二十世纪初是世界的一流科学中心,那里有大科学家(Albert Einstein)和(Max Planck),对德国的向往使她决心于1907年11月赴柏林再做深造,这时她已年近二十九岁。她预想柏林大学听普朗克的讲座一两年,结果她在德国一呆就是三十多年。
在听普朗克讲座中她遇到了她一生中能和她有分享科学兴趣的化学家(Otto Hahn)。当时哈恩在柏林化学研究院任职,正欲招募一名物理学家做助手,帮助他研究放射性问题。他问她愿意到他那里工作不?可惜的是研究院的头,化学家诺贝尔奖获得者(Emil Fischer)偏于反对女科学家。他提出李丝克以到研究院工作,但有条件:她不得进入任何为男性使用的建筑物内。她的实验室要设在原地下室木器铺内。他规定她必须到街一家饭店沐浴,不能使用研究院的浴室。
李丝需要一份工作。她接受了上述各种条件,开始在地下实验室工作。一年后所有限制条件解除。研究院内还建了女浴室。不过她还时不时地会遇到不少男科学家的偏见伤害。这段时间李丝生活很困难。没有薪水,只靠津贴维持生活,平日也只能喝点咖啡,吃黑面包。第一次世界大战(1914--1918)改变了她的生活。她曾经在奥地利靠近战区军医院当过两年X射线护士。随后她告假去与(Otto)相会。
他们一起继续研究放射性物质发出的高能射线和粒子并寻找新化学元素。1917年梅特纳和哈恩做出他们最伟大的发现之一。在一种高放射性的沥青铀矿石中发现一种新元素(构成宇宙的基本物质,包括氧,氦,氢,金和铀)。他们将它起名为(Lisotto),是Lise ,Otto的组合词。不过,同年英国科学家(Fredrick Soddy)与(John Cranston)也发现这一新元素。后来将该新元素命名为鏷(Protactinium)。在登记排列新元素鏷时,四位科学家度均被列为发现者。
一次大战结束后梅特纳博士出任柏林(Berlin’s Kaiser Wilhelm Institute )放射物理系主任。1926年被任命为柏林大学物理学教授,48岁的梅特纳成为德国历史上第一位女教授。1920年代她在大学讲座中有过趣闻是,一次她做题为“宇宙进程中放射性的意义”讲演。出于对一个妇女不可能做此类学术命题的讲演臆测,一位出版人向梅特纳发问可否允许发表她的讲演“化妆过程中放射性的意义”。
1930年代是核物理的“黄金年代”。1932年中子被发现。到此时物理学家已经有了关于构成物质的基本单位原子是如何结合到一起的美妙思想。
原子是构成包括从我们人体到最宏大星球在内的宇宙所有万物微小物质单位。原子的微小是不能为我们眼睛所见。实际上它小到一个针尖上可以容纳数百万。但尽管很微小但它与它包含的更小粒子比,原子显得庞大无比。原子中有主要三种类型亚原子粒子,即质子,中子,电子。质子和中子位于原子核的核心,电子位于原子核外层,它们绕着原子核以每秒做数十亿次旋转。
多少世纪以来人们好奇为何黄金子总是黄金子,铅总是铅而不能变成金?1900年代初物理学家们发现了答案。原子中占有的质子数量决定了它的身份。金与铅的区别在于一个金原子有79个质子,而一个铅原子有82个质子。不管在何处,无论是在星球内还是在水中,凡只带有单个质子的原子是氢;带有92个质子的原子必定是铀;而带有91个质子的原子就是李丝发现的鏷。一个原子具有的质子数称为原子序数。所以元素金,铅,氢,铀和鏷的原子序数分别是79,82,1,92,91。
1930年代李丝以研究原子核闻名于核物理学界。像其他核物理学家一样她使用各种粒子轰击种种元素,观察对它的原子会造成何种改变。
1934年由李丝领导的一个科研团队在(Kaiser Wihelm Institute)开始进行一个被后来证明为从未有过的最重要的实验。参加成员有Otto Hahn 和一个年轻的德国化学家Fritz Strassmann。他们使用从其它元素放出的粒子轰击裸露的铀,期盼铀原子吸收这些质子后成为一种原子数高于铀的新人造元素。这些成为超铀。意大利和法国物理学家也在进行着类似的实验。
实验得出的结果使企图获得超铀的科学家们感到惊愕。粒子轰击未产生原子数大于92的元素。出现相反。它们产生原子数比铀小的元素。比如Meitner 团队实验的铀似乎变成原子数为56的鋇。铀具有质子,而鋇为56。神秘的是其它36个质子发生了什么?
在神秘得到解决前世界事件改变了李丝.梅特内的生涯。1932年德国纳粹登台,由此开始对犹太种族进行残酷的迫害。1939年9月1日纳粹德国入侵波兰二战爆发,纳粹建立专门关押残杀犹太人的集中营。毫无例外,犹太裔李丝.梅特内面临随时被拘捕投入集中营的危险。幸运的是在荷兰物理学家(Dirk Coster)夫妇的救援下,1938年7月13日李丝躲过辽纳碎秘密警察的耳目,登上去荷兰的旅游线路列车,成功地于当日中午通过边境抵达荷兰境内。她终于逃出虎口,离开她生活过31年的德国,是年她59岁。
多年后她回忆这次逃亡时仍然心有余悸。因为当时有个纳粹狂同事化学家(Kurt Hess)是她的邻居,就在她出走同一时间他向秘密警察递便条警告说李丝将出逃。而且当时她没有出境合法文件,只有一本过期作废的护照。谢天谢地老天让她躲过了车上纳粹军警的盘查平安到达了荷兰的(Groningen)。而(Dirk Coster)教授因为救梅特内而名声大噪,成为物理学家们的英雄。荷兰物理学家(Wolfgang Pauli)对Coster 说,“救亡李.斯梅特纳就像你们发现鉿(Hafnium)元素一样出名”
1938年8月应瑞典首都斯德哥尔摩诺贝尔物理研究院新任院长,诺贝尔奖金获得者,物理学家(Karl Manne Seigbahn)邀请,李丝迁移去瑞典。这儿有着瑞典首套核研究设施。在开头的那些日子里因语言不通,身边也无故旧和好友,她感到恰如一个“不存在的人,或者说是一个隐居者”。更有甚者,院长把她当成职员,不给她提供实验设备做实验。1938年9月21日在她将近60岁生日这天她给Otto写信说:她是“如此地完全失望和无助”。她完全不知道她的最伟大发现将不远的几周内发生。
Otto与李斯.梅特内定期往来书信讨论物理学各种活题。Hahn和Fritz Strassmann继续进行着用其它元素粒子轰击铀的实验。他们仍然发现产生鋇元素,神秘的36个粒子剩着未得解决。
李丝有个名叫(Otto Frisch)的外甥,他是一在丹麦哥本哈根工作的物理学家。1938年住在瑞典西海岸的一户家庭邀请李丝和她的外甥去度假。Frisch决定在圣诞节前后划雪过去,但李丝不会。她强调她善步行,她步行在傍陪伴他滑雪。
在雪地旅行途中,梅特内和外甥一起回顾神秘。她,Hahn和Strassmann 力图用其它亚原子质子轰击铀创造超铀元素,但是代之的恰是鋇。
两个人坐在一棵到在雪地的树上,在纸片上比比划划,加加减减。在不到一个小时内,得出了答案。
梅特内和她的团队用亚原子质子轰击铀并未增加原子核中质子数量,代之得到的是完全非期盼的结果:被轰击的铀原子核已裂开两部分,变成两个元素。其中一个是鋇,另一个元素只需简单的算术就能找到。铀的原子量为92,鋇为56,那么另一元素的原子量就是X=92-56=36。梅特内知道原子量36的元素是氪(Krypton),所以轰击铀产生的另一个元素必定是氪。
1939年2月11日,梅特内和Frisch写了一篇有关铀原子分裂的短文并发表于1939年2月11日出版的“自然”杂志上。很快全世界的核试验室都证实用亚原子粒子轰击铀原子,铀原子会分裂成原子量总数为92的两个元素。比如:鋇和氪(56+36),或鉫(rubudium)和铯(cesiium)(37+55)。但还不止这些。
铀原子核分裂会释放出巨大能量。事实上一旦铀原子发生分裂会释放更多质质子,这些质子又会使其它铀原子核发生分裂,从而开始一个链式的反应,一个能够释放出极其巨大能量的事件。梅特内和Otto Frisch 将原子核分裂为两部分称为“裂变”,拉丁文意就是“使分裂”。李丝梅特内,Otto Hahn ,Fritz Strassmann,和Otto Frisch四位对原子核裂变的发现共同做出了贡献。
他们的发现有着当时未能预见的结果。不久科学家们利用核裂变过程制造出原子弹。1943年李丝曾被邀请去新墨西哥州(Los Alamos)帮助制造这种毁灭性武器,但她毅然拒绝说:“我不会为炸弹做任何事!”。然而原子弹还是被造了出来。1945年8月6日美国向日本广岛投掷第一枚原子弹。爆炸中心点温度达到5000万摄氏度,比太阳中心的温度还要高。这次爆炸造成约十万人死亡。三天后美国向日本长崎投掷了第二枚原子弹,死亡人数达四万。原子弹的袭击虽然有助二战的胜利结束,但它对人类带来的灾难是难以磨灭的。人们争论即使战争期间,人类该不该使用威力如此巨大的毁灭性武器对付另一类人。然而裂变也可以可以用于和平的目的。今天人类已广泛利用各种可控的核反应堆将铀原子核裂变产生的巨大能量转变成电能,造福于社会。全世界许多国家已建立了数以百计的核电站。
李丝.梅特内一度曾被媒体称为她所憎恶的浑名“原子弹之母”。在她晚年她多次指出:核裂变的发现出自奇缘,她和她的团队本意是想创造超铀元素。她对出版界说:“我未设计过原子弹。我不知道它像个什么,技术上也不知道它如何工作。我必须强调的是,我本身没有带有生产致命武器念头去从事粉碎原子的任何工作。你们不能因战争科技人员使用我们的发现而遣责我们发现科学家。”
李丝梅特内在瑞典居住了22年后与1960年82岁时退休并在同年迁移到英国靠近其外甥Otto Frisch 家庭所在地方。1968年10月27日李丝梅特内去世,终年近90周岁。
“I must stress that I myself have not in any way worked on the smashing of the atom with the idea of producing death-dealing weapons. You must not blame us scientists for the use to which war technicians have put our discoveries.”
【 死海文书(古卷)】
Dead Sea Scrolls
死海西岸岩洞中出土的古代文书。最早发现于1947年。包括羊皮纸写本和纸草书等。一般认为是犹太教艾赛尼教派的“库兰社团”所藏。内容主要有希伯来文圣 经及其希腊文、阿拉美文译本,圣经注释讲义,感恩圣诗,库兰社团的各种法规及有关巴尔·柯赫巴起义的文献等。库兰社团活动于公元前130~公元68年。公 元68年,罗马帝国派军队镇压当地犹太人,该社团将这些文书藏入岩洞。这批文书的发现对研究艾赛尼教派、考订《旧约》和《新约》及探讨基督教和犹太教的渊 源关系具有重大意义。
1947年,有两名贝都因族的牧羊童在死海西北端的古姆兰遗址中的一个山洞里发现了一些罐子。罐内有一些羊皮纸古卷,卷上有用希伯莱语和阿拉米语这两种古犹太语写的文字。考古学家随后搜寻了周围的一些山洞,发现了更多的古卷,共计有500卷。这些山洞似乎是被称为“苦行派”的一群犹太教徒的藏经洞,他们2000多年前曾在这一地居住过。古卷包括《圣经》中除了《以斯贴》之外所有《旧约全书》的抄本。
此外不有回忆录、赞美诗及其所属教派的情况介绍等。这些古卷比以前所发现的任何《旧约全书》抄本都要早至少1000年,而且是极具价值的古希伯莱语和阿拉米语文字手写体的范本。 这些苦行派教徒将古卷这里可能是为了便于保存,因为他们的定居地于公元66年~公元70年被罗马人摧毁了。死海古卷是手写在羊皮长卷上的。其他的《旧约全书》抄本都是用犹太文字写的。但在以色列的气候条件下,古卷未能长期保存,所以极少发现其他的早期经文抄本。死海古卷就储藏在这种罐子里,保存了2000多年。
经鉴定,这卷《以赛亚书经》的成书年代为公元1世纪,然而羊皮依然完好,并且字迹清晰。 传说2000年前,罗马帝国的远征军来到了死海附近,击溃了这里的土著人,并抓获了一群俘虏,统帅命令士兵把俘虏们投进死海。奇怪的是这些俘虏竟然没有沉下去,而是都浮上水面,统帅以为这是神灵保佑他们,就把俘虏释放了。
【死海在慢慢死亡】 死海是世界上盐度最高(23%~30%)的天然水体之一。1947年,死海长达80千米,宽16千米~18千米,到目前为止,长不过55千米,宽14千 米~16千米。死海面积已从1947年的1031平方千米下降到了683平方千米,这就是说在50年期间,死海面积减少了近 30%,因此,预计死海最终将在100年内逐渐干涸。死海渐渐死亡的原因是:从60年代中期以来,以色列截流或分流哺育死海的约旦河及贾卢德河、法里阿河、奥贾河、扎尔卡河和耶尔穆克河的河水,致使流入死海的河流水量剧减,造成了死海面积的减小。近50年以来,死海湖面下降了约17米。
使死海走向死亡的另 一个原因是由于日光照射使湖水温度升高,从而导致湖水蒸发量加大,特别是在夏季,死海湖水的蒸发量也是世界最大的。同时,死海缓慢死亡的原因还归咎于沿岸 国对死海东西岸诸如碳酸钾、锰、氯化钠等自然资源的过量开采。以色列食盐的开采量比约旦多4倍。目前,死海的南湖已完全消失,只剩下北湖了。为了制止死海 的死亡,约旦决定建立一些补救项目。预计,将在死海和亚喀巴湾之间修建一条运河,以补充死海丢失的水分。死海是世界上自然资源最富有的地区之一,它拥有丰 富的氯化钠、氯酸钾、氯化镁等资源。同时,它还蕴藏着石油,以色列和约旦正在死海湖底进行石油勘探的活动。
10. 默哈穆德.阿梅德.艾尔.哈梅德:死海古卷宗
Muhammad Ahmed el-Hamed: The Dead Sea Scrolls”
约在两千年前,一群身穿着白袍男人,沿着在距现今以色列耶鲁撒冷以东约十五英里的近死海的石崖上攀行。男人们带着看起来平常的陶土罐但其中恰藏着珍宝。罐内放着已跨越两个多世纪的圣经手稿。
这些男人系生活在当今名为基拜特.库姆伦(Khirbat Qumran)一个社区的犹太人一个宗派著名埃森人(The Essences)。确信其他犹太人已世俗化,并且已经偏离圣经的信条,埃森人约在纪元前150年脱离他们的同伴。他们在基拜特.库姆伦及附近若干地方建立几个社区以信奉礼拜为基础过着简易的生活。虽然全以男人构成,但埃森人用收养和抚育无双亲的男孩繁延派别。
埃森人把自已称作严格遵循社团规则的“光明儿童”(Children of Light)。新成员必须将他们的财物统统捐献给社团全体以便共享。成员们在一起吃,祈祷和学习圣经。埃森人都有一份活,有的男人烹调和放牧,有的养蜂取蜜和蜡,以供食用和制蜡烛。还有些人是艺匠,制作陶器和缝制衣物。在基拜特.库姆伦手笔出色的男人要抄写犹太旧约,也就是著名的希伯来圣经的不同章节。这些书写员抄写复制原稿是社团的一项重要职责。埃森人认为圣经就等于上帝的言词,必须为子孙后代保存好。曾经在基拜特.库姆伦一个垃圾堆里发现过一陶瓷片,其上有幼稚的希伯来字母笔迹。显然这些字母是训练男孩成为抄写员的“家庭作业”。
不过到了公元68年,埃森人在基拜特.库姆伦的生活开始走向末日。那就是开头讲的穿着白色长袍带着陶罇的男人们为何向石崖攀登的原因。在一个多世纪前,即在公元前63年罗马人占领朱蒂(Judea),一各古犹太人在埃森社区所在地区的王国,将其划归罗马帝国的一部分。定期地小股罗马士兵会突袭基拜特.库姆伦地区,折磨和杀害一些当地居民。现在已获知有大批罗马士兵正在向十英里外的(Jericho)挺进基拜特.库姆伦的埃森人认识到他们必须逃离。在此之前男人们把圣经卷宗放在罇中,然后将它们藏到石崖的洞里。为了迷惑有人会破坏圣经卷宗,他们在藏有珍贵卷宗的罇附近放置了若干空罇。
一旦男人们藏好了圣经,他们就从石崖上下来。然后收拾财物,舍弃(abandoned)基拜特.库姆伦永不返回。他们去了何方成了一个迷。也许残杀了他们,也可能像罗马人从朱蒂驱逐犹太人一样,他们散落到不同的地方。
埃森人选了精妙的地方藏他们的圣经卷宗。据说约在七百多年以后,即在公元800年有一个阿拉伯牧羊男孩发现一写宗卷,但有关细节很粗。无论如何,大多数宗卷近1900年未被人类目睹和触摸过。当这些宗卷最后被发现。出于一个十几岁牧童的部分好运和好奇心。
(In any event, most of the scrolls lay unseen by human eye and untouched by human hands for nearly nineteen hundred years. When the scrolls were finally discovered , it was partly luck and partly thanks to the curiosity of a teenage goatherd.)
默哈穆德.阿梅德.艾尔.哈梅德,一个二十世纪男孩,生长在当时称为巴勒斯坦的古时基拜特.库姆伦埃森人社区所在地方。默哈穆德的家人属于称为贝多因,意为“沙漠居民”的塔米拉部落。传统的贝多因常年带着生活用的黑帐篷,领着他们的绵羊,山羊和骆驼为寻找牧场而在沙漠地区游牧。
对默哈穆德的背景近乎无知。他可能出生于1931或1932年,因为贝多因人不保存出生记录,也无生日节庆。几乎所有写过他的作者把他的名字都搞错成:默哈穆德 艾德-德义勃(Muhammad Edh-Dhid))或类似名字。约翰.屈莱弗博士(Dr. John C Trever)了解默哈穆德。他在1986年指出,艾德-德义实际是一个诨名,按阿拉伯语意是他出生时父亲给起的要成为“一头凶猛的狼”。像其他贝多因人一样解默哈穆德是一个穆斯林,信奉伊斯兰教。
到了默哈穆德儿童时他家已不再完全游牧。每半年他和家人住在离伯利恒(Bethlehem)名叫塔米拉(Taamirah)的小村。他在该村上学,学会读和写。一年的余下时间,通常从11月至5月,他伯利恒与死海之间的乡野放牧公羊。他的游牧历程有时会取道古时拜特.库姆伦社区所在的地点。
默哈穆德在贝多因人叫做做荒原地方放牧时,每天夜晚出荒原时都要数点羊群数以便确认牲口有无丢失。据有关1956年对他的采访:默哈穆德的最了不起的奇遇开始与1945年。当时他和另两个牧童放牧各自羊群。他照看的羊群有55只。一次有两天忽视了点羊数,到了第三天上午11点钟他数了数,发现丢失了一 只。这下默哈穆德可感到犯了一个大错。因为公羊肉是他们家人赖以提供食物,羊毛是编织黑帐篷和衣物的所依。采访中他说:这时他去告诉同伴,我要离开羊群去寻找丢失的羊。我爬山下谷,走得很远。正当我在大声吼叫时,突然遇到顶部有个进口的洞穴。我想公羊可能跌进洞里,我就开始向洞里投掷石头。每投一次,我听到像打碎陶器的一种声响。
因为好机缘默哈穆德偶然发现了极特殊的洞穴。也因为好运气他投掷的石头偶然击中了陶罐。进入一个还不为人之所知的黑洞许多人会犹豫。但据上述版本说法只有十三四岁的哈穆德偶对洞穴可能内有的东西极为好奇,于是就从一个小洞口爬进去。在洞内他看到有很多陶罐引起他的兴趣。按他自已的解释:我开始用棍棒击破陶罐,心想我可能会找到珍宝。然而我击破的了九个罐,除发现一点点淡红色种子外,什么也没有。当我打碎最小的第十个罐时发现一些羊皮包卷着的带着涂鸦的卷宗。我将皮卷卷好收进我的斗蓬。我回去见到同伴时给他们看我找到的东西。我缺乏好运始终没有找到丢失的公羊。我将皮卷带回家并将它一直挂在一个角落有两年多。后来我的一个叔父到我家来,问他可否把皮卷内的东西拿到伯利恒给古董商看看它是否值钱。
后来几次采访,默哈穆德.阿梅德.艾尔.哈梅德及其堂兄朱姆阿.默哈穆德.卡利尔和卡利尔.缪萨(Jum’a Muhammad Khalil and Khalil Musa )在谈如何发现珍贵卷宗又有了一个新版本。该版本由Dr. John C Trever通过多次采访收集整理而成,具体可参见Trever 1965年出版的“库姆伦未告知的故事”一书。
据该版本在1946年11月默哈穆德和两个堂兄在基拜特.库姆伦沿小山放牧一群公羊和绵羊,当朱姆阿注意到岩石有一个猫都不进不去的小洞时,他投掷一块石头进洞里,使他惊讶的他听到像是陶瓷打碎的一声响。朱姆阿观察到有一个大一点足以容许人可进去的洞。朱姆阿将事情告诉了了两位堂兄弟默哈穆德和卡利尔 。这时天已将日落黄昏,他们决定推迟为改日再一起去发掘洞穴。三个堂兄弟同意一起开发洞穴希望能找到黄金或其它珍宝。
但默哈穆德.阿梅德.艾尔.哈梅德急不可耐。在朱姆阿发现的第二天,三堂兄弟必须将羊群领去饮水,而后回到基拜特.库姆伦营地。初始发现的第二天太阳一出,两个堂兄还正在挨这牲畜睡觉,默哈穆德俏俏溜走,爬上离他们宿营地约一百米的洞上。他让自己双脚先伸进这个较大的洞口,而后滑到洞内地面。
待他双眼从黑暗中调节过来时,默哈穆德看到沿洞壁有十个罐。他发现其中有一个有几卷带书写的旧卷宗。
他将卷宗给堂兄看,他们惱怒他不守信撕毁共同发掘的协议。堂兄们很快原谅了默哈穆德,他们好像同意一起把卷宗卖掉分享所得收益。
第二个版本好像比较接近真实,因为默哈穆德不大会将皮袋里的似乎有价值的的卷宗在角落里保存两年多。学者们现在相信默哈穆德1947年发现卷宗,当时他15岁左右而不是1946年。不可理解的是在第一个版本中他不提有关涉及他的两个堂兄的信息 。他必定为他不守信独自发掘洞穴感到羞愧而对采访者隐瞒此情节。
每逢星期六农产品集市日吸引着塔米拉大量贝多因人到伯利恒。某个个星期六的一天,至少两堂兄弟在毛毯中藏着卷宗随他们部落的人上伯利恒。当他们的朋友和亲属们在市场售卖羊奶和奶酪和购买货物时,堂兄弟俩走进一家古董店铺。古董商猜度这些卷宗不过是不50到100年前犹太手稿不值钱。最后堂兄弟俩还是将它们卖了。从此开始了一个卷宗由若干个收藏人占有,只在很小范围人中展示的时期。
卷宗只限于手转手地流传原因之一,是很像两千年多前罗马人入侵时期。发现的地区骚乱不断。1920年英国占领控制巴勒斯坦大片地区。而后在1947年也就是发现卷宗的这一年,联合国同意在巴勒斯坦部分地域内建立犹太人家园。犹太人国家,以色列遂于1948年正式成立。该地区许多阿拉伯人不承认以色列存在。于是这个新成立的国家与阿拉伯邻居战争不断, 一直继续到现在。
1940年发现卷宗地区当时由阿拉伯国家约旦而不是以色列控制。发现土地归属于约旦,约旦当局就有理由主张卷宗权益。以色列也会以卷宗是用犹太文为犹太读者而写为由主张所有权。也许英国也会因刚放弃发现地区的控制而索要卷宗。出于惧怕卷宗会这个或那个政府夺取(Seized),所有卷宗占有者都相当保密。
在此期间圣经学者Dr, John c. Trever 受邀确定卷宗可能的久远性。1948年他当时在耶路撒冷工作,是首位考证和拍摄古文物的美国人。他和其他几位圣经学者得出一个惊人的结论:这些卷宗不只是一个世纪,甚至几个世纪之久。他们已约有两千多年,是从未发现过的最古老圣经手抄稿。于是默哈穆德.阿梅德.艾尔.哈梅德成了二十世纪最伟大发现之一的发现人而受到欢迎。
1940年代和1950年代末期,在默哈穆德最初发现卷宗附近洞穴,贝多因人和考古学家们又另外发现数百件古卷宗。因为发现的文物全都在死海附近,所以就以死海卷宗闻名。最古老的卷宗之一是公元前250年的“出埃及记”的片段。它与其它若干更早期的卷宗显然并不是基拜特.库姆伦的艾森人所抄写,而是作为一个更古老的图书馆一部分收藏那里的。(but were brought there as part of a still earlier library )。有几卷死海卷宗包括“丹尼尔书”(the Book of Daniel)是在原稿书写不久由艾森人抄写复制件。另一令人感兴趣的特别点是死海卷宗文档的措辞与当代“旧约”版本很类似。说明“圣经”的复制和编译久远以来是忠实可靠的。
如今死海卷宗由以色列占有。他们被保存在以色列耶路撒冷博物馆一个叫“书的圣所”地方。而卷宗初始发现者默哈穆德.阿梅德.艾尔.哈梅德现居住在约旦的首都安曼。
11.乔希茵.贝尔:脉冲星的发现
Joceiyn Bell: The Discovery of Pulsars
1967年24岁的英格兰学生乔希茵.贝尔用射电望远镜发现天空一个奇异的无线电信号。该难以置信的无线电脉冲以1加1/3秒间隔传来。乔希茵.贝尔认为信号可能性有两个: 一是地球外欲让我们知道其位置所在的发射的;另一可能是一种尚未我们所知的天体发出的很奇怪的信号。
乔希茵.贝尔出生于1943年7月15日北爱尔兰首都的贝尔法斯特市。她家庭富裕,从小在爱尔兰遥远北部的庄园长大。儿时附近几乎没有玩伴,只有在家中与两个小妹妹和小弟弟玩耍或自娱。而她最喜欢玩的是用玩具构建组元为她的玩偶构筑小汽车和房子。
贝尔是基督教公谊会会会员。受该会影响她总是自励并敢于表达自已的观点。
乔希茵父亲是一位著名建筑师,曾经为北爱尔兰的阿尔马天文台设计过有关建筑。孩提时她父亲带她去过该天文台。也就是此时她遇见了很多职业天文学家。乔希茵开始阅读凡她能找到的有关天文学方面的书籍,决心长大后当一名天文学家。在她面前有两条路:她上的乡村学校是非一流的。11岁时她参加名校一次考试失败。这意味着她只能在公立学校继续接受以就业为目的,而不是为升学做准备的教育。只有上私立学校她才能实现她的梦想:上大学,成为一个天文学家。
幸运的是她的家庭有能力满足她的愿望和要求。13岁她上约克市公谊会蒙特寄宿女校,并以优异于1961年成绩毕业。同年升入爱尔兰格拉斯哥大学学物理学。1965年毕业后转入著名的剑桥大学攻读射电天文学博士学位。
现代天文学家不仅仅是观测天体,因为我们眼睛能看到的只是电磁波谱的一部份。其余部分像紫外线,X涉线,伽玛射线,红外线等是我们眼睛看不见的。
用专门仪器设备天文学家可以观则研究天体发射的各种射线和波。而通过分析电磁波研究天体称为射电天文学。做这种研究的称谓射电天文学家。他们是用的仪器称谓射电望远镜。
尽管射电望远镜有“天文学家至耳”诨号,实际上射电天文学家不是用这些仪器来听的。无线电信号像无线静电可以以在图表上用波线记录,在有些情况下转换成一张图像。
射电望远镜的优点是可以给发光不足以让光学望远镜观测到的物体定位。电磁波能穿透云层,也可以进行昼夜不停的观象。特别是在白天强阳光照射使光学望远镜难以使用。然而天体照样发射着店磁波,用射电望远镜可以监视之。
1950年代射电天文学家曾发现过许多遥远源发出的强电磁信号。天文学家们使用加利福尼亚州蒙帕劳马天文台200英寸望远镜目视若干这种信号。他们获知每种发出强信号的物体类似于一般星体,但能量要比一个典型星系发出的还要强(星系是几百万星星在一起在空间运动的团组,例如我们的银河“Our Milk Way Galaxy”)。这些物体被称为准星电磁源,简称类星体(“Quasi-stellar radio sources,means starlike radio sources”,as “quasars”for short。)
类星体是时至当时被发现的最遥远的物体。因距天文距离太遥远,天文学家只得用光年为单位量度(1光年约等于9.7万亿公里),某些类星体距我们约有十亿光年,也就是约有83,952,000,000,000,000,000,000公里之遥。要是做个宇宙模型以地球和太阳相距1.534公里为1英尺做比例尺度量,那么一个类星体在图上离模型太阳的距离为1650亿公里。简单地说,类星体是如此遥远,以致使你头晕!
乔希茵.贝尔1965年到剑桥大学在射电天文学家安东尼.赫威西(Antony Hewish’s)的指导下读博。此时赫威西正准备建更大的射电望远镜用以鉴别类星体。那时在整个大学里研究生们就像“劳奴”,都会被其教授导师们指派做许多他们的忙活。第一年乔希茵帮赫威西教授建造研究类星体用的射电望远镜。尽管个头小他学会挥舞20磅的大锤。造好的射电望远镜拥有两千多个天线,铺设电缆线长达198公里,占地4.5英亩(27.3亩),并以“4.5英亩射电望远镜”而闻名。1967年7月,就在乔希茵24岁生日左右,该射电望远镜投入使用。贝尔的能力给赫威西教授留下深刻的印象,分派她操纵射电望远镜观的关键工作并分析数据
随着仪器扫瞄天空电磁信号会被以曲线形式记录在表格纸上。每天产生的记录数据可达三十多米。通过计算机可以对记录数据进行分析。但为了确信新仪器设备能否合适可靠工作,她得对数据记录图进行手工核对。但这是一项很费时耗神的工作。一是工作量大:射电望远镜对整个天空扫描一遍需四天,生成的数据记录纸长达120多米,一个月大约有800来米长的数据记录纸需手工核对。二是必须仔细认真,像医生给病人诊断心电图那样,必须将那些重要信号与无关紧要信号分离开来。她花大量时间去区分空间中诸如由电视台和无线电台,飞行器电子设备,甚至汽车点火器产生的电磁信号。
经过几周对记录图表的分析,乔希茵.贝尔对天际一特定部分的一种奇特电磁信号有所意识。它既不像类星体,也不像人造的干扰信号。用乔希茵的话来说,记录在图表上的奇异信号像“颈背上一块不整的齐药膏”(a patch of scruff)。
她日后回忆道:“第一次发现这种不整齐的药膏是在八月”。而后在天际的同一部分重复出现。她将有关非寻常地电磁源告知赫威西教授,并一致同意值得做进一步研究。由于对类星体的若干实验必须首先完成,贝尔只得将对此秘密物体的注意力暂时放下几周。而后与11月28日星期二又遇上了“不整齐的药膏”。
她在为1978年“天空与望远镜”杂志写的一篇文章中写道:“随图表上记录曲线我看到一系列脉冲。其冲幅不等,但好像出现相同的的间隔。当这个信号源已经流逝,我从记录器上取下图表进行核查;脉冲呈1加1/3秒等间隔”。贝尔用电话告诉赫威西有规律的脉冲以一又三分之一秒等间隔出现。他说:“那就确定了,是人造信号”。由于直至1967年还不知道天体会发出如此有规律快速的信号,他相信这种信号来自地球上的某种东西。赫威西的同时进一步研究揭示,脉冲带有奇妙的规律性:1.3373011秒。脉冲间隔的一致性在百万分之一秒以内。
对乔希茵.贝尔来说有一个方法能解决信号是来自星际还是人在地球上发射的。人们用一天为24小时计时。但天文日要比稍短一些。每夜任何给定的星升起时间要前夜早约4分钟,所以天文日约由23小时56分构成。人们有时将这天文日称做“星时”。贝尔每天给神秘信号计时,要是以24小时间隔重复的话,那它就可能是基于地球的某种人造电磁干扰信号。要是脉冲重复出现时间每夜要早4分钟,那它就是来自深空。
核查发现检测到的脉冲每夜早出现4分钟。它们真是来自星际天堂。而这正好把贝尔和Hewish置于又一谜团(just placed Bell & Hewish at square one)。一贯自然物质能产生如此有规律而间隔有这样短的信号似乎超出人们的想象。
贝尔和H开始考虑另一种可能性。这种信号可能不是人造的,无论如何可能是智慧生命(intelligent creatures)发出的。也许是生活在我们太阳系外遥远行星上的地球外人向空间发射的信息。
那种可能性并非天方夜谭(far-fetched)。(It we ever make contact with extraterrestrials, it may be via messages received by radio telescopes) 我们从未与地球外人有过接触,但可以通过射电望远镜收取信息。巨大空间距离使我们无法借助火箭做超越我们太阳家族行星外的行星系旅行。就以前述理我们太阳最近的Proxima Centauri来说,离我们有光4.3年,也就是约412.5忆公里。即使我们建造时速为41.25万公里的火箭也得花上10,000年才能到达。而其它星体则要比它远数百,甚至数百万倍。
但是可以假设地球外生命存在哪儿,我们可不必离开自已家园与他们建立联系。调频(FM)无线广播及电视信号以光速向空间传播,也就是一年可以传送达一光年的里程。那么200年就传送达200光年之遥。做个推想:2006年离我们有50光年远的地球外生命体将其射电望远镜对准地球并做适当调正频率。那么他们收取的是我们1956年的无线广播和电视。如果地球外生命体建造巨大天线和专门接收器,它们实际上就可以收听我们的无线广播和收看我们的电视节目。但是最可能他们也仅能检测到如贝尔所称静电信号,或“膏药片”一类东西。
与地球外生命体(ETs)一样,我们也可照样为之。进一步研究表明JB的秘密物体距我们约212光年。也许ETs于1755年发射出广播。经过212年穿越212光年里程,于1967年由贝尔作为“一张药膏片”截获。
贝尔怀疑:“会有人给我们发信号吗?为什么像人做的信号又会像星星那么样移动?”
好的科学家不对合理的可能性持怀疑,但期盼的ETs发射的广播听起来如此离奇,H教授和他的同事们谈起来感到有些奇怪。贝尔对这个暂定的可能性杜撰了个名字:假想“小绿人”(the Little Green Men)hypothesis。
圣诞节前不久的一个晚上,JB走进H教授办进公室说话,发觉她闯入一个正在讨论如何宣布发现这个非寻常信号的射电天文学家高级会议(a high-level coference)。她后来回忆这一时期说:“我们不真正信小绿人所为。但是也无证据说他不是。也提不出任何令人信服的另一种可能。”
贝尔将回家过圣诞节,但他还有500多米长有价值的图表数据需要分析。从H教授办公室会议出来,用完晚餐她就上射电望远镜实验室做图表分析。
在核查研究图表中她找到又一个“看来极像药膏片”的东西。而仅仅这次它是从天际的另一部分得来的。查看很多旧图表,她又找到在别的场合下这第二种膏药片状的记录。当天深夜为了进一步核查这第二种出奇的电磁信号,贝尔去大学附近的射电望远镜实验室。天气寒冷仪器不能正常运转,她给它送暖风加温,边发牢劳骚,边骂终算使设备开动起来工作了五分钟。也恰好这五分钟仪器记录了从第二个发射源的一系列脉冲。难以置信地这些脉冲比第一种源快得多,以约1.25秒间隔出现。
贝尔将图表留在H教授书桌上然后回家休假。在1968年1月返回剑桥时,她发现又多了两个这种奇怪的电磁源,其中一个以每0.25秒脉冲一次。
有四个类似的快速脉冲源在天空,小绿人理论排除了。从一个得地球外文明体截取信号可能性极不充分。在几个月从四不同的文明体找到相似的信号实际上不可能。那么脉冲无疑是天体发生的某种自然型的现象。
剑桥大学射电天文学家小组不知怎样称呼这些发送规律性信号的物质为好,叫“脉动电磁星”,还是称“脉冲电磁型”呢?1968年英国“每日电讯”科学记者在剑桥一块黑板上写了名字:脉冲星(pulsar),以此名为难处的这个星起了名。(That name for the stars stuck)。
安东尼和他的射电天文学家小组很快地写了一篇宣布发现脉冲星文章,并发表与1968年二月的英国杂志“自然”,涉及研究这些物体的H,乔希茵.贝尔,以及其他三位射电天文学家以作者列名于该文。
1968年末天文学家们了解到更多有关脉冲星的基本事实,被证实它是宇宙中最不寻常的物质。像别的所有事物一样,星星不会永恒。以我们的太阳为例它已闪耀约46亿年 ,据天文学家估计它还有50亿年辉煌。然后开始衰亡过程,最终变成一个冷烧结的称谓黑矮星(a black dwarf)物质。我们中年的太阳是一个中等大小的星体。有些较巨大的星体会有一个不同的衰亡过程。它们寿终正寝发生成为超新星(supernova)的巨大爆炸,将巨量星体物质推向太空。而留下的是一颗中子星(neutron star)。尽管它直径只有若干公里,但其密度是如此之高,以致顶针那么大的这种物质会重达数百万吨。脉冲星是一种中子星。除了难以置信的高敏度外,它旋转极快,典型脉冲星每秒旋转两次。而当其旋转一周它就发射一个有时能被我们接收到的脉冲电磁波。
研究脉冲星有助于我们了解星体寿命。与诸如类星体(quasars),黑洞,脉冲星揭示:宇宙是远比天文学家们先前想象的更为神奇的地方。由于这个原因,脉冲星的发现是天文学历史上的重要事件。
1969末乔希茵.贝尔获得博士学位。其后她结婚,生子,离开射电天文学,做了几年天文学教学,并致力于公谊会志愿者工作。
天文学家有时被描绘成对世俗之事漫步经心的人。但实际上他们和其他任何人一样,渴望认可他的劳动付出。由于贝尔发现脉冲星,H指导贝尔所从事的项目,1973年美国宾夕法尼亚州费城富兰克林学院,联名授予乔希茵.贝尔和H有名望的艾尔伯特 米切尔逊奖章。贝尔发现脉冲星还赢得许多其它奖励。
但出于人们意外,1974年诺贝尔物理学奖联名奖授予给H及其导师剑桥大学射电天文学家Martin Ryle。对此引起天文学界的广泛质疑。英国著名天文学家弗雷德.霍伊尔(Fred Hoyle)声明:“大奖是从女孩窃取的”;托马斯.科尔德(Thomas Gold)争辩说,H让贝尔做类星体项目研究,她恰有幸发现了脉冲星。不能说她是随从H项目而为做出的发现。也不是像H所说那么容易地就发现了脉冲星。英国至少还有另一位天文学家在图表上发现过脉冲星信号,但是要把它区别搞清楚是如此复杂,以致他失之交臂没有做出新发现。
另一位天文学家尼古拉斯.韦德(Nicholas Wade)在1975年1月“科学”杂志上称:贝尔做了一个发现者预期应做的一切。从发现不寻常电磁信号,到确定它不是来自地球,排除种种假设。通过反复细致工作,最后确定是天体自然现象。他反对那种所谓不是贝尔发现新星,自有后来人接着发现的谬论调。他说,要是这么讲,可以剥去任何科学家的荣誉外衣,因为每个发现都会被其他任何后来者发现。
对诺贝尔奖问题贝尔淡然处之。她自认为做为一个24岁研究生参加到这项伟大发现中她感到已足够。她说: “没有许多好运和艰辛的工作是无法完成发现的。做为回报,美妙的奖尝是一些不该取得的声誉和机会,使我认知了许多有趣人们,给我带来极大的快乐”。
(The discovery could not have been accomplished without a lot of luck and hard work. In return it has brought me enormous enjoyment ,some undeserved fame and opportunities to get to know many interesting people -----marvelous reward in themselves )。
2001年贝尔成为英格兰巴斯大学科学系主任,在那里为培养下一代发现者而工作。
跋:致未来发现者
Afterword: A note to Future Discoverers
由于有些未预期的好运,各种发现尚在发生中。一个小奇缘多少对1990年代最伟大的发现之一有过一点帮助。
人们长久怀疑:除太阳以外星星是否也有它的行星绕行呢?这个问题激起许多有趣的(ramifications)细节。星星太热生命无法适应,但正如我们的地球行星可能支持生命。要是星星普遍有行星,那么宇宙可能会有丰富的生命存在。如果星星稀少我们就成孤单。1980年代科学家们相有很多行星,不过他们还没有找到我们太阳系外任何行星。
波兰射电天文学家(Alex Wolszczan),做为康奈尔大学的访问学者,1990年他在该校设在波多里各的阿西博天文台(Puerto Rico at Arecibo Observatory)做研究工作期间,第一次发现了超太阳行星(extrasolar planets)。
他原本从事搜寻毫秒脉冲星(search for millisecond pulsars)研究。1990年初利用天文台当时正处于维修的射电望远镜,他可随时可使用设备,搜寻到一颗每秒以161转旋转编号为PRS1257+12的新毫秒脉冲星。毫秒脉冲星与最初贝尔发现的典型脉冲星以每秒旋转两周不同,它们旋转一周仅千分之几秒。毫秒脉冲星出没守时可以和原子钟精确比美。但是他发现这颗新发现的脉冲星有些奇怪。它的脉冲信号有时早到一点,有时晚到一会儿。而毫秒脉冲星不是如此。1991年秋回到Tthaca的康奈尔大学后,AW开始研究处理他的秘密。像牛顿观察坠落苹果那样进行思考,分析计算机数据。他意识到他意外发现的这颗特殊脉冲星,“有行星在周围牵引着它”。进一步研究表明至少有两颗行星引力拖曳着 PSR1257+12,有时朝向我们,有时背着我们,从而引起其电磁信号抵达一会早,一会慢。
W 在于1992年1月“自然”杂志上宣布他发现的结果。他的结论是PSR1257+12有两颗行星。其大小约为:一个是地球的三倍半,另一个是三倍。其他天文学家们证实了他的结论。尽管搜索行星一开始远不是他从事毫秒脉冲星项目的事情,但W做为首次发现超太阳行星受到追捧。现在粗略看来约有四分之一星体有它自已的行星。这意味着宇宙可能有丰富的生命体存在。
许多科学领域内的主要问题和疑难在等待解决,由此未来会有极多的各种发现。如何征服癌症和艾滋病?其他世界有无生命?裂变燃料耗尽后我们从何处取得能源供应?人类的寿命能否大大延长?什么是我们对地球和大气造成的破坏和污染最好方法?能否防止每年因干旱和其它极端气候造成的成千上万的罹难?今天的儿童们会在将来的某一天,通过艰辛的工作,再加上一点点奇缘推动会解决和回答这些问题。
如果你想成为一个像阿力克山德尔弗莱明那样的医学家,或者梦想研发一种新型火箭,W博士劝告你:“选择好工作并投身到一个有发现潜在的环境中去”。他接着补充说:
“发现总是包含着一点奇缘,你可能忽视某种东西,也可能抓住它力图进一步研究。以我个人为例(奇特的PSR1257+12),我只能说我后来担过心,(I could have said I’ll worry about (the oddities of PSR1257+12)later and gone on with something else. I didn’t do that. I followed up on it)它会不会与其它东西一起消失。我没有那样做,我跟随着它。
从事研究多年我看到许多的发现人们原本可做,但是因为对非寻常现象未加注意而失之交臂。事实上一些人陷入例行公事为未能取得期盼的结果而烦恼。对年轻人我要说:不要成为日常琐事的奴隶,要是你不动脑子,你会忽视对非常规现象的注意。在所有时间里要把你的眼睛张得大大对着非寻常之事。
译者:姜子熊编译于 2016年8月,Columbus,GA