第二章　物理天地

爱因斯坦发明相对论

阿尔伯特·爱因斯坦（1879～1955），犹太人，出生在德国。他是20世纪最伟大的物理学家。1896年，爱因斯坦考入瑞士的苏黎士联邦大学，并从此开始了终其一生的物理学研究。他获得了多方面开拓性的研究成果，并获得诺贝尔物理学奖。爱因斯坦在物理学的量子论、宇宙学、相对论三个不同领域取得了历史性成就。特别是他相对论中的狭义相对论更是具有伟大的科学意义。

在爱因斯坦不足16岁的时候，有一次乘坐马车，当他看到马车在地面上经过时，忽然产生了一个奇怪的念头：如果有人以光速和光线一齐前进，那么，是不是将看到光线乃是静止在空间中的电磁波呢？

就像我们坐在一辆匀速行驶的汽车上，观察与我们以同样的速度、同样的方向，一块儿前进的另一辆汽车一样，感觉那辆汽车似乎是不动的。

可是，爱因斯坦却凭着推理和想像，认为那是不可能的。

火车上的乘客，相对于火车没有运动，相对于地面却以每秒几十米的速度飞驰而过。火车相对于地面运动、地球相对于太阳运动，这些都是相对运动。但是，如果按此继续推导下去，太阳相对于银河系中心运动，那银河系又相对于什么运动呢？

根据经典物理学的解释，除去相对运动外，还有绝对运动，即相对于绝对空间的运动。牛顿把它解释为：“是和外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的。”

既然绝对空间和外界毫无关系，那它又是如何存在和被人所了解的呢？

对于这个问题，爱因斯坦决定从“以太之谜”入手进行研究。

“以太”这个词，是古希腊人的创造。他们认为空气中充满着以太这种物质，它是肉眼看不见的，但无处不在。

牛顿借用以太一词，把它作为万有引力的传播媒介。

但光的“波动说”却认为以太是光波的传播媒介，就像空气是声波的媒介一样。

“波动说”还认为，以太无所不在，不但充满宇宙空间，而且渗透于气体、水和一切物体之中。它没有一点摩擦阻力，不影响一切物体的运动。

19世纪末，以太又被人们说成是电磁场的承担者和电磁波的传播者。还有人干脆把这样看不见摸不着、说不清道不明的以太，说成是牛顿的绝对空间！

这种说法可靠吗？“难道光只有借助传播媒介才能传播吗？而这种传播媒介又只能是以太吗？”

“既然没有任何东西，能够证明绝对空间和绝对时间的存在，那么，它们就是不存在的。”

在狭义相对论中，爱因斯坦提出了两个基本原理：

一、光的速度是不变的。

二、当物体运动的速度接近或达到光速时，相对该物体来说，时间将减慢。即所谓狭义相对论原理。

爱因斯坦又根据狭义相对论原理，推导出了物体的质量也与运动密切相关，运动速度增加，质量也随之增加，并得出了质能关系式：E=mc2，即物体转化为能量时，能量的总值相当于它的质量与光速的平方的乘积，从而揭示了原子内部蕴藏着巨大能量的秘密！

对于相对论原理，爱因斯坦自己曾经做过简明扼要的说明：

“要点是这样的：早先人们认为，假如由于某种奇迹，一切有形体的事物突然一下子消失了，那么空间和时间仍会留下来。照相对论来说，空间和时间是和一切事物一起消失的。”

时间、长度和质量是力学研究中的三个基本量。在牛顿的力学中，它们是绝对的、不变的。但在相对论中，它们却又变成了和测量者所在的坐标系有关的量。

此外，在牛顿的力学中，质量和能量二者分明，互不相关，各自守恒。而在相对论中，牛顿的守恒定律就变成了质能守恒定律，即E=mc2。

于是，空间和时间统一起来了，物质和运动统一起来了，质量和能量统一起来了。

这是一场真正的物理科学的革命！

牛顿推出万有引力定律

伊萨克·牛顿（1642～1737）生于英国。他早年生活很不幸，从小在艰难困苦的条件下长大。他从英国剑桥大学毕业后，就积极投身于科学事业，作出了许多伟大的贡献。在帮助人们认识客观世界方面，他无愧为一位伟大的科学导师。他创立了微积分，发现了光色的秘密，总结出了机械运动的三大定律。特别是发现了著名的万有引力定律，掀起了世界科学的革命。

牛顿从小对茫茫宇宙就非常感兴趣，他在研究天体运动时，一直都在苦苦思索着，要找到使太阳系所有行星都围绕太阳旋转的神秘力量。有一天，一件突然发生的小事，促使牛顿找到了问题的答案。

那是1666年秋季的一天，天气格外晴朗。牛顿和往常一样，早早地就来到沃斯索斯普村庄园的小花园里，一边晒着暖和的太阳，一边思索着天体运动法则的问题。他身后是一棵很大的苹果树，上面结满了红彤彤的大苹果，微风一吹，一阵阵沁人心脾的清香扑面而过，十分诱人。可是，牛顿对眼前的美景无动于衷，他没有去摘垂在眼前的大苹果，陷入了深深的思考之中……

“月球是人类最为熟悉，也是离我们最近的一个星球。如果天体运动的法则对任何星球都适用的话，只需弄明白地球和月球的运行关系，不就都明白了吗？可是，这个关系又是怎样的呢？

牛顿一面专心致志思考问题，一面晒着暖洋洋的太阳，不知不觉地打起盹来。忽然一阵风吹过，一个大苹果掉了下来，不偏不倚，恰好砸在牛顿的头上。

“啊！谁在打我？”牛顿从睡梦中惊醒，吓了一跳。他环顾四周，以为谁在打他，可是四周静悄悄的，一个人影也没有，只有果树的叶子在慢慢地晃着。于是牛顿没作理会，又低头思考起来。

“咦，一只大苹果。”

牛顿拾起脚边的一只大红苹果看了一会儿，又向上看着满树的苹果。“哦，原来是你们在捣蛋！”牛顿笑呵呵的对着苹果树说。

突然，牛顿像是想起来什么似的，愣愣地注视着手里的这个“天外来客”，若有所悟，并自言自语道：

“为什么苹果不往天上掉，不向前后左右掉，而偏偏落在树的正下方呢？”

这个时候，牛顿的妹妹哈娜走过来，看到他手里的大苹果，便说：

“哥哥真馋，竟偷吃苹果！”

牛顿根本不理会哈娜的话，又继续说着：

“这难道和星体运动有关系？”

哈娜见哥哥不理她，便生气地说：

“怎么啦？哥哥，苹果可不会说话呀？”

牛顿转过头，一本正经地说：

“我在想，苹果和月球有什么关系呢？”

哈娜听后，哈哈大笑，说：

“这有什么好想的？本来就没有什么关系嘛，你可真是想呆了。”

牛顿却没有笑。

“他们的确不一样，我刚才在这里睡着了，这个苹果掉下来，把我吓醒了。”

哈娜神秘的一笑，说：

“是不是想吃苹果，不好意思呀？”

牛顿突然问哈娜：

“哈娜，你说，苹果从树上掉下来的时候，为什么掉在地上，而不会飞上天空呢？”

哈娜很惊讶地说：

“这有什么好奇怪的，苹果熟了当然会往地下掉呀！你瞧，那又掉了一个苹果呢！”

牛顿朝她手指的方向一看，果然又有一只熟苹果掉了下来。

这一现象使牛顿陷入沉思：

“这究竟是什么原因？”

牛顿看着苹果，不断地思考着这个问题。思绪越来越远，飞到了月亮，飞到了茫茫的宇宙……他手中的苹果，也已经变成了月球，变成了行星，变成了茫茫太空中的一个个天体。

牛顿坐在树下，对着苹果沉思了许久，突然，他悟出了一个道理：

“苹果从树上掉下来，只因为地球在用力往下拽它，在吸引着它。”

“可是，苹果是因地球的引力而掉在地上的，为什么月球就不会受地球引力的影响而掉下来呢？”

“又是什么样的力使它们始终保持着一定距离运转呢？难道是因为月球和地球的距离比苹果和地面的距离大的缘故吗？”

牛顿百思不得其解。

“地球的力量到底有多大？这种力量有没有极限呢？”

一个又一个疑问困扰着牛顿。

忽然，牛顿想到了小时候玩过的一种游戏：

首先把一块石头用一根绳子绑住，然后把绳子的另一头系在手上，再用力使劲地甩，石头就会绕着圆圈打转。

牛顿想：

“如果把人看成是地球，而石头就是月球，石头绕着人转，那么绳子也就相当于地球引力，石头越大，转起来越费力。”

“这样，就可以了解到月球为什么保持一定的距离，环绕地球转，而不会飞走或掉到地球上来了。同样的道理，太阳与地球之间，也存在着这种引力。而宇宙中的其它星体之间，也被这种引力吸引着，有规律地运动着。”

牛顿一下子开了窍似的，悟透了宇宙运动规律，于是万有引力就这样被发现了。牛顿悟出了这个道理，心中有说不出的喜悦，可是思考并未因此而止步，他仍在思考着地球、月球、太阳之间存在的这种力会不会改变。

牛顿又想到了开普勒的第二法则：假如有一个行星，它环绕地球一周用27年，那么它和地球的距离就是太阳距离的九倍。

牛顿运用这个法则反推回去，结果发现了有名的“逆二乘法则”。运用这个法则，可以推算出地球和月球之间的引力。后来，科学家运用这个定律，测算出了彗星出没的时间，并相继发现了海王星和冥王星等。

这就是万有引力和苹果落地的故事。不管是真是假，牛顿老家园子里的苹果树被赋予了非凡的意义，成为后人瞻仰牛顿故居时赞叹牛顿伟大过人之处的活典型。

伽利略提出自由落体定律

伽利略（1564～1642）生于意大利的比萨。他是杰出的天文学家和物理学家。因为他的卓越成就而被人们称为近代科学之父。贫苦的家境培养了伽利略顽强的信念。他制造了天文望远镜，发现了木星的卫星，金星的盈亏，日面的地形和太阳黑子，发现了等时性原理、自由落体的规律，发现了绘图仪。做了著名的斜塔实验，开创了一种研究科学的新方法，即科学实验方法，也就是实证的方法，对人类科学具有非常重要的贡献。

一天晚上，伽利略和他的学生们在一起饮酒聊天，酒至酣处，伽利略对大家说了他的想法：

“我要用实验向大家证明一个真理，我要让那些最顽固的老学者们亲眼看到我的实验，然后让他们信服。”

“老师，您想什么时候做实验啊？”

“明天，不，不行，得后天，噢，也不行，下个礼拜的今天最合适，这样，我会有足够的时间先进行一下实验。我要请学校的全体师生，还有比萨的全体公民来观看这次实验，让大家一起来为我做见证。届时大家会看到，两个大小不等的铁球同时落地。”

其中一个平时颇被伽利略宠爱的学生，这时候有些放肆起来，他借着酒兴说：

“老师，您说您的那两个铁球中，会不会有一个砸在我这个不幸的脑袋上？”

伽利略冷冷地回答说：“最好还是砸在上面，这样，说不定会把你的脑子砸出一些智慧的火花来。好了，现在你们都各自回去吧，我会把我的计划公布在中央讲演大厦的公告栏里，到时候，可以请你们的朋友一起来，我也将邀请各位教授到场。”

一个礼拜很快就过去了。在教堂的大钟敲响十二下前，伽利略满怀兴奋地进入了公共广场。比萨斜塔下面站满了高声谈笑的学生，看他们的劲头儿，倒更像是来看斗鸡表演的。伽利略找了半天，没有见到校长和一些资历较深的教授，可能他们害怕有损身份吧。不过，在人群中，伽利略还是看到了几位教授，他们的脸上挂着藐视的神情，还有一点不怀好意的冷笑。

在人群的最外围，是一些披着披巾要走向教堂的老妇人，她们看到有这么多人在这里集会，不知道要发生什么，于是四下里问，什么事情，要看什么，什么时候开始？

在斜塔的入口处，一位老教授正在和一位年轻的教授热烈地交谈着。他们看到伽利略走过来，便一下子停住口，分开了。伽利略没有理会他们，径直进入了斜塔中。

伽利略对已经等得有些着急的群众说：

“请大家看清楚，现在，我手中有两个铁球，左手的这一个重一磅，而右手的这一个则重十磅，如果有人不相信，可以亲自上来掂一掂，看看是不是属实。读过书的人都知道，亚里士多德认为：如果两个重量不同的物体同时下落的话，那么，它们到达地面的时间是不一样的。”

这时，人群里有人嚷着：

“那是当然，十磅的铁球一定会比一磅的快十倍。”

伽利略没有理会这个人的话，继续说：

“现在，请大家稍稍往后站一点，我会让这两个铁球直线落下去，不会伤害到大家的。请大家帮我一起观察这两个铁球落地的时间。”

说完，伽利略登上了塔顶，现在刚好是正午时分，钟声刚刚响过，下面的人群一片静寂。伽利略手里拿着两个铁球，伸开手臂，让两个手臂在同一个水平线上，喊了声“放！”

于是，两个铁球便从半空中直落下来，击落到地面，并且扬起一小堆灰尘。

两个手执滴漏计时的学生大声喊道：“时间相同，没有丝毫的差别！”

人群立刻轰动起来，无论如何，这么多人的眼睛都看到了一个事实——两个铁球同时落地。

“的确啊，是两个同时落地的。”

“我们大家都亲眼看见了，是相同的时间啊。”

“对，不会错的，我们只听到一个落地的声音，说明一定是同时的，不会有错。”

伽利略从斜塔上走下来，他的两个学生过来向他祝贺：“老师，祝贺您，您的实验成功了！”

“老师，我感到很光荣，能为您效力，并且亲眼看到您的成功。”

人群在慢慢散开，那几个站在群众中的教授早已经走了，他们并不想让伽利略看到他们的疑惑，也不想就此承认自己的错误。

瓦特发明蒸汽机

詹姆斯·瓦特（1739～1819）生于苏格兰的一个工人家庭中。他只接受过很少的正规教育，但并没有因此埋没他那深不可测的天赋。他坚持自学，钻研了天文学、化学、解剖学等多种学科，还掌握了拉丁文、希腊文、法文、德文和意大利文。瓦特自幼就有极强的动手能力，从1761年起，他用30年的时间完成了蒸汽机的改良工作，大大提高了蒸汽机的工作效率，打开了通向现代大工业的历史之门。

1765年5月，一个晴朗的星期日下午。

瓦特坐在工作台前面，连实验也懒得去做。他时而坐在已经停止转动了的机械前，静静地沉思，时而站起来，嘴里嘟嚷着，在房间里走来走去。

对瓦特来说，一星期当中只有星期日下午的片刻时间，他才得以舒一口气。

从教堂做完礼拜回来，瓦特和妻子简单地用过午饭后，瓦特对妻子说：“我出去走走。”

这是瓦特从少年时代就养成的一个习惯，每每要思考什么事的时候，就马上从家里跑出去，在故乡格利诺克的树林中踱来踱去，一直到日落西山才回家。

瓦特尽可能地往行人稀少的路上走，脑子里却一直被一个问题所占据。

“汽筒需要蒸汽时就加热，要使它凝结时就加以冷却……冷却时尽可能使用大量的水，反之，加热时就尽可能用少量的水……”

在这几天当中，无论是睡觉、吃饭或工作，瓦特都不停地思考着这个问题。

从大街到小巷，从广场到大路，瓦特足足走了差不多有一个钟头。

“要使汽筒不必一冷一热地改变温度，就可以加快速度，并且不浪费蒸汽了！”

长期实验的结果，归纳起来就是这么一句话，而剩下来的就是技术问题了。

这时，一片绿如油的草地映入了瓦特的眼帘，瓦特停下脚步，欣赏这美丽的景色，让紧张的大脑松驰一会儿。

不久，“热量和凝结”的问题，在瓦特的脑中悄然消失了，这使瓦特感到无比的舒畅。

“唉！回家吧！”

瓦特伸了一个懒腰，然后慢条斯理地往家走去，刚走过洗衣店，到达牧羊人所住的小屋时，又一个念头飞进了他的脑海里。

“由于蒸汽是一种具有弹性的物体，因此，凡是有真空的地方，它就无孔不入。如果在汽缸和蒸汽室之间加一个通道，蒸汽就会进入里面而冷凝，这样就不用冷却汽缸，纽科门机的问题不就迎刃而解了吗？”

想到这里，瓦特便开始重新设想未来蒸汽机的构造：蒸汽因为具有推动力，所以能够冲入真空的容器里。要是把真空的容器附在汽筒上，蒸汽经过汽筒后就必定会进入那个容器里去，那么，蒸汽就可以在那个容器里凝结，而不必在汽筒中凝结。也就是说，为了蒸汽的凝结，只要另外再做一个凝结器连接在汽筒上就行了。这样一来，蒸汽就在那里凝结，而不需要再把汽筒冷却，汽筒就始终是真空的了。

这样各种不同的作用，分别在不同的容器内进行，汽筒就可一直保持热度，凝结器就可以永远使它冷却下去，这样一来，连一丝蒸汽也不会浪费掉了。

初步的设想完成了，接下来的问题是如何把设想变为现实。瓦特又开始思考了，传统的纽科门机的冷凝器是如何使喷洒的水、凝结的水以及漏进来的空气排出去的呢？

这个问题又在困扰着瓦特，经过反复的思考，他想出了一个办法：在下面设计一个排水口，将水自管子中挤压出来，当蒸汽冲进去时，又可以将空气也挤压出来。

瓦特的想法，一步一步地接近了成功的边缘。想到这里，他已走过了两条街。此时，他已得出结论——在汽筒旁边再做一个冷凝器。

瓦特自从有了这种奇妙的构想，整个人都被它迷住了，他匆匆回到家里，一头钻进了实验室。

第二天一大早，瓦特就跑到格拉斯哥大学的一位朋友家里。

“你家里是不是有一个大的黄铜制的注水器？”

“哦！有的。”

“能不能暂时借我用一下？”

“好的，你拿去吧！反正是没有用的东西。可是，瓦特先生，你拿它干什么呢？”

瓦特微笑着说：“我想制造一个新的蒸汽机模型。”

瓦特把那个直径10厘米、长7.5厘米的注水器带回家后，马上把它改制成了汽筒。

瓦特最初的蒸汽机模型形成了：一个汽筒，汽筒里面有一个活塞，活塞的最下面，有一个吊东西的钩子。

汽筒通过管子与一个小锅炉相接，蒸汽沿管子进入环形的汽筒内，汽筒因此能保持很高的温度。

汽筒的旁边接着一个冷凝器，冷凝器顶上有一个可以排气的阀门，下面有一个排水的小管子。

小锅炉里产生的蒸汽顺着管子进入汽筒，汽筒里的空气就被压进冷凝器，随着蒸汽越来越多，冷凝器里的空气也从顶上的阀门被压出，这时冷凝器和汽筒都充满了蒸汽。

然后，冷凝器被冷水制冷，里面的蒸汽凝成水，通过小管子不断挤出。与之相连的汽筒内的蒸汽就不断地涌过来被凝结，汽筒成了真空。这样活塞就被空气向上压，不断上升，活塞的钩子上所吊的东西就给吊起来了。

这个装置比纽科门机先进了许多，它能充分地使蒸汽进入到小管子里凝结，由于不浪费蒸汽，效率大大提高了。

“不错！不错！”瓦特高兴得拍起手来。瓦特成功了，他使以往所利用的大气压力改为蒸汽，使过去的气压机械一变而成为真正的蒸汽机械。

帕斯卡发明压强定律

布莱斯·帕斯卡，1623年6月19日生于克勒加菲朗，法国著名的数学家和物理学家。他在数学方面受数学家的父亲影响，16岁就发表了数学论文，22岁研制出了世界上第一台机械计算机，根据欧几里得的几何学创立了自己独特的几何体系。在物理方面则总结出了压强定律即帕斯卡定律。

帕斯卡从小就对大自然充满了好奇，常常思考一些他认为有趣的问题。有一天，他在上学的路上，看到园丁准备浇花，只见园丁把又长又扁的水管接在水龙头上，拧开水龙头，扁水管一下子变得圆鼓鼓的，水就顺着水管流进了花园。帕斯卡趁浇花的园丁不注意，悄悄把双脚站到水管上，想压扁管子堵住水，可根本堵不住，水照样从他脚下的水管中流过。他又蹲下来，用手按水管，脸都憋红了也没能按住。这时，园丁走过来，拍拍他的肩膀，吓了他一跳。他以为那位园丁会责怪他，谁知，园丁却反而笑呵呵地对他说：

“你这个小家伙，是想按住水管吗？”

“嗯。”

“就你这样的小不点儿怎么行呢，就是七八个人，只怕也堵不住哟！”

“为什么水有这么大的力量呢？”

“当然啦，看，它喷得多高啊！”

帕斯卡顺着园丁手指的方向看去，只见靠花园这头的水管上有几个细孔，水从细孔中喷出，喷得老高。“真的，它们画的都是抛物线呢。”帕斯卡一蹦一跳地跑过去，伸手挡住一根“抛物线”，手心被射得怪痒痒的。

帕斯卡不禁产生了许多疑问：水进了水管为何要往前跑？水本来是往低处流的，为何水管里的水要往高处流呢？为何水能把管子胀得圆鼓鼓的？细孔里流出来的水为什么能喷那么高？

帕斯卡向园丁请教这些问题，但并没有得到一个满意的答案。没有办法，他只有回到家中向爸爸请教了！出乎他意料的是，他认为最有学问的爸爸也答不出，反而还教训他：“算了，把书本学好就行了，别整天想这想那的。”

执着的帕斯卡并没有就此作罢，既然从别人那里得不到答案，就自己做试验，他弄来一段水管，接在水龙头上，把另一头扬得高高的，看水往外喷。他还用钉子把好水管钻上几个孔，让水也从小孔里喷“抛物线”。

帕斯卡的行为令爸爸更加生气：“怎么学起玩水了，你这孩子变了，不做正经事了。”

“玩水有什么不好，我有几个问题弄不清楚嘛！”帕斯卡不吃爸爸那一套，照样我行我素，挺有兴趣地摆弄着水管。经过多次细心的观察后，他发现了一个有趣的现象：从小孔里喷出的水流都一样长。

没多久，水管就破烂不堪了，帕斯卡又找来较薄的橡皮管子，费了很大劲才把管子安到水龙头上。细管子顿时被撑得又粗又壮，帕斯卡睁大惊奇的眼睛想：“水究竟从哪儿来这么大的力量？”

帕斯卡决定把这个问题弄个水落石出。他找来一个四周扎有一些小孔的空心球，然后把球上连接一个圆筒，圆筒里安了个可以来回移动的活塞。再将球和圆筒里灌满水，然后用力往里按活塞，水便从球四周的小孔里均匀地向外喷射，真是好玩极了。

帕斯卡重复了一遍又一遍，经仔细观察，他发现：如果不按活塞，水也就不向外喷射。帕斯卡觉得这太神秘了，但他怎么也弄不清楚秘密之所在，也不急于去问爸爸，认为应该自己解决问题。

帕斯卡对揭开这个秘密有着强烈的愿望，便不断学习科学文化知识充实自己。当他长大以后，更加对幼年时“玩”水产生的现象感兴趣。于是，他决定继续进行他的“玩”水实验，不过这次不是在水龙头下悄悄地玩，而是在实验室公开地“玩”，并且有了许多仪器、设备等实验装置做辅助。

1648年，经过无数次的实验和精确计算。帕斯卡终于总结出了一条规律：“加在密闭液体上的压强，能够按照原来的大小由液体向各个方向传递。”物理学把它叫做“帕斯卡定律”。当年帕斯卡只有25岁。

镭的发现者居里夫人

玛丽·居里（1867～1934）生于波兰华沙一个知识分子家庭。出于对科学的热爱，玛丽·居里于1891年只身来到法国巴黎著名的索尔本大学攻读物理学，并以优异成绩毕业。1898年，居里夫妇发现了元素钋，4年后又发现了镭，在科学道路上不断取得令人瞩目的成果。以后居里夫人又成为巴黎大学历史上第一位物理学女博士。居里夫人终生致力于放射性研究，为人类、为科学做出了不可磨灭的贡献。尤其是镭的发现及证明，更是居里夫人付出了大量心血的结晶。

在发现钋元素之后的第五个月，居里夫妇又发现了一种新元素。

这种新元素是在沥青铀矿中发现的，比铀的放射性还要强百倍，玛丽叫它“镭”。

这个消息使物理界和科学界都震惊了。居里夫妇竟然接连发现了两种新元素，这不能不让人刮目相看。

然而，科学是实实在在的，科学家们对于一种新的元素，只有在看见了它，接触了它，称过它，检查过它，用酸加以对比，并确定了它的“原子量”之后，才能确信它的存在。

可直到现在，还没有人看到过镭，没有人知道镭的原子量，因此，忠于原则的科学家们说：

“没有原子量，就没有镭，把镭指给我们看，我们就相信你们。”

为了向全世界的人们证实镭的存在，居里夫妇还要再工作四年。

但是，新的困难又接踵而至。为了提取纯镭和钋，需要足够的矿物和足够大的场地，而这些费用又去哪里筹集呢？

当时，女儿伊雷娜已经1岁了，由佣人照顾着，比埃尔的月薪也只有500法郎，仅够一家人的日常开支。

钋和镭藏在一种很贵重的沥青铀矿中，对于居里夫妇来说，几吨沥青铀矿的价格太昂贵了。

他们终于想出了一个好主意，据他们预测，沥青铀矿在提炼玻璃用的铀盐后，矿物里所含的微量元素钋和镭一定仍然原封未动，因此可以用提炼过的残渣来做实验。

于是，居里夫妇请一个奥国同行帮忙，联系到了圣的阿希姆斯塔尔矿的厂主，请求购买残渣。

厂主是一个爽快的人，他说：

“只要你们出运费就行，我把这些残渣都送给你们了！”

玛丽夫妇十分高兴，立即从他们很少的积蓄中提出一部分钱，用来做运费。原料问题解决了，下一步，得想办法找到存放残渣的库房和提炼室。

他们想：在巴黎众多的建筑物当中，难道就没有一处可供他们做实验用吗？

事实证明，他们几天来的奔走都是徒劳无功的。最后，他们又回到了比埃尔任教的理化学校，校长舒尔勃格先生想了很久，终于想出了一个地方：“实验室旁边有一个闲置的棚屋，你们去看看能不能使用吧！”

这是一个小木板屋，以前是医学系的解剖室，玻璃屋顶残缺漏雨。很久以来，人们都嫌这个地方不适合工作，所以一直空着。没有一个工人愿意在这样的地方工作。

玛丽和比埃尔却觉得这是个好地方，他们向校长表示了感谢。

夫妇俩使出全身力气把棚子清理了出来。

这时，一辆载重马车装着满满的大袋沥青铀矿残渣，停在了理化学校的门前。

玛丽按捺不住心中的兴奋，立刻跑上前打开一个口袋，伸出双手摸着那掺有松枝的褐色废渣，像欣赏宝贝一样。

镭就藏在这里面，玛丽要从这里面提炼出镭来。为了这个目标，她必须炼制一座山那样多的残渣。

比埃尔笑着说：

“玛丽，你现在可要变成一个强壮的男子汉一样才行呀！”

清晨，玛丽顾不上梳头，穿上粗布工作服就来到棚外工作。无论寒风多么凛冽，雪花如何狂舞，她都会准时来到，先是点燃柴木，烧热大铁锅，接着往锅里倒进沥青渣。她手握一根比她还高的大粗铁棍，用力地搅拌着。

随着残渣变成了糊状的黑色液体，玛丽的手也常被铁棍烫出了大泡。这些还可以忍耐，可当沸腾的残渣冒着一个一个大气泡，散发出一股股浓浓的黑烟的时候，她眼泪鼻涕一起流了下来。

最后，玛丽再把沸腾的残渣舀进一个个大罐里，放到棚子里去沉淀。

每天，玛丽都无休止地重复着这些繁重的劳动。她的皮肤全部变成了黑色，双手也是伤痕累累，胳膊和脚都肿了。

在这期间，比埃尔一有时间就跑来帮妻子干活儿。眼看着玛丽的身体一天天衰弱下去，比埃尔的内心充满了痛楚。

可是，玛丽是不会停下来休息的。她仍旧天天站在那口大铁锅前面搅拌着。终于，8吨的残渣全部炼完了，她终于可以松一口气了。

接着，玛丽又把那一大罐一大罐的溶液继续提炼提纯。

1902年4月，35岁的玛丽终于在4年的日夜苦战之后，从8吨沥青铀矿残渣中，提炼出了十分之一克的镭。

那天晚上9点多钟，玛丽给女儿洗完澡之后，坐在灯下给女儿缝衣服。

但是，她刚缝了几针，就不安地站了起来，很兴奋地说：

“比埃尔，我们一起去实验室看看吧，我总觉得好像有什么事情要发生。”

比埃尔正巧也有同感。于是，两个人穿上外衣，轻轻地溜出了屋。

当比埃尔要打开实验室门的时候，玛丽突然问：

“你想过镭会是什么颜色吗？”

比埃尔顺口回答说：

“一定十分漂亮！”

玛丽像个顽皮的小女孩似的，轻声对比埃尔说：

“我们不要点灯！”

说着，他们打开了门。

“看哪……看哪！”玛丽惊叫道：

只见在黑暗中，那些放在桌子上的玻璃容器里，一种从没见过的淡蓝色的荧光在不停地闪耀着。

玛丽双手合十，跳着嚷道：

“太美了！太漂亮了！”

这天晚上，居里夫妇兴奋得很晚才睡着。因为终于找到了镭，可以证明镭的存在了。

发明电报的莫尔斯

莫尔斯，毕业于美国耶鲁大学艺术系，后来到英国学画，是一位擅长画风景的作家。后来成为美国电报的发明者。那么一个艺术家如何成为电报的发明者呢？

1832年秋，画家莫尔斯搭乘“萨里号”游轮返回美国。轮船在茫茫大海上航行，时间一长，旅客们就有点厌倦了。这时，一位名叫杰克逊的青年表演起“魔术”来。他将一块绕有绝缘铜丝的马蹄铁块放在桌子上，把铜丝通电，马蹄铁就有了一股无形的力量，把一些铁钉、铁片吸了过去。当切断电源时，马蹄铁的吸引力便消失了，那些铁钉铁片也马上掉了下来。

旅客们大感兴趣，纷纷自己动手尝试。莫尔斯试了好几次。“这真是太神奇了！”他仿佛看见了一个奇妙无比的新天地。杰克逊告诉莫尔斯这叫电磁感应现象，还向他介绍了许多电的传递知识。

莫尔斯完全被电迷住了，连续几个晚上都失眠了。他想：“电的传递速度那么快，能够在一瞬间传到千里之外，加上电磁铁在有电和没有电时能作出不同的反应。如果利用它的这种特性不就可以传递信息了吗？”

莫尔斯这位颇有成就的绘画教授决定放弃他的绘画，发明一种用电传信的方法——电报。

回到美国，莫尔斯就开始着手研究这个问题。没有电学知识，他便如饥似渴地学习。遇到一些不懂的问题，便向大电学家斯特尼请教。他的画室也成了电学试验室。画架、画笔、石膏像等都被堆在了角落，电池、电线以及各种工具成了房间的“主角”。

渐渐地，莫尔斯掌握了电磁的基本知识。他开始正式向“电报”发起冲击！

莫尔斯从有关资料中得知，在他之前，早就有人设想用电传递信息。早在1753年，当时人类对电的认识还处在静电感应时代，一位叫摩立逊的电学家，就曾做过这样一个试验：架设26根导线，每根导线代表一个字母。这样，当导线通电时，在导线的另一端，相应的纸条就被吸引，并记下这个字母。当时由于电源问题没有解决，摩立逊的实验也就未能进一步深入。

经过3年的试验研究，莫尔斯不知失败过多少次，但他仍不恢心，总结了以往失败的原因：以前为了表达26个字母而设计的极为复杂的设备，制作起来是非常困难的。电流是神速的，如果它能不停顿地走10英里，我就让它走遍全世界。电流只要截止片刻，就会出现火花；没有火花是另一种符号；没有火花的时间长些又是一种符号。这里有3种符号可以组合起来，代表数字和字母。它们可以构成全部字母，文字就能够通过导线传递了。那么，在远处能记录消息的崭新工具就能实现了！

“用什么符号来代替26个英文字母呢？”莫尔斯陷入苦苦的思索之中。

莫尔斯每天都趴在桌上不停地画着，他画了许多符号：点、横线、曲线、正方形、三角形……最后，他决定用点、横线和空白共同承担起发报机的信息传递任务。他为每一个英文字母和阿拉伯数字设计出代表符号，这些代表符号由不同的点、横线和空白组成。

这是电信史上最早的编码，后人称它为“莫尔斯电码”。

有了电码，莫尔斯立刻着手研制电报。他在极度贫困的状态下，进行研制工作。终于在1837年9月4日，首次制造出了一台电报机。它的发报装置很简单，是由电键和一组电池组成。按下电键，便有电流通过。按的时间短促表示点信号，按的时间长些表示横线信号。它的收报机装置较复杂，是由一只电磁铁及有关附件组成的。当有电流通过时，电磁铁便产生磁性，这样由电磁铁控制的笔也就在纸上记录下点或横线。这台发报机的有效工作距离为500米。

莫尔斯认为这种发报机还有许多缺点，决心加以改进。不久改进工作完成了，余下的工作就是检验发报机的性能了。莫尔斯计划在华盛顿与巴尔的摩两个城市之间，架设一条长约64公里的线路。为此，他请求美国国会资助3万美元，作为实验经费。国会经过长时间的激烈辩论，终于在1843年，通过了资助莫尔斯实验的议案。

1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，开始进行电报发收试验。年过半百的莫尔斯在预先约定的时间，兴奋地向巴尔的摩发出人类历史上第一份电报，从而揭开了电信史上新的一页。

富兰克林解开雷电之谜

本杰明·富兰克林（1706～1790），出生于一个小商人家庭。由于经济条件的限制，富兰克林在正规学校读书的时间只有一年，但是他从未放弃过对知识的追求。最后成为十八世纪美国著名的科学家、文学家、政治家和外交家。尤其在十八世纪的电学史上，富兰克林更是一位独领风骚的人物，他不顾生命危险揭开了雷电之迷，并首次阐明了电的性质，为近代科学的发展奠定了基础。

1745年的冬天，电学界传出了一个令人振奋的消息：“德国科学家克莱斯发现了电震现象”。原来，克莱斯把一根铁杆放入潮湿的玻璃瓶子里，然后用金属线把摩擦起电产生的电荷，引到铁杆上，他本意是想看看，电荷是否能储存到瓶子里，可是当他无意碰了一下铁杆时，竟被震昏在地。这一次实验被人们称为“莱顿瓶实验”，人们也因此对电产生了全新的认识，使世人第一次知道了电的威力。

富兰克林对此实验非常感兴趣，也开始作一些电学实验。有一次，他把几十只莱顿瓶联在一起想加大放电量，可是给他帮忙的妻子一不小心碰到了莱顿瓶的金属杆，只听到“轰”的一声响后，一大团火花闪过，妻子被电击倒在地，这次意外使富兰克林深深认识到了电的威力，当时的一幕，也常常显现在他的眼前。经过查阅大量有关雷电的资料后，他心里产生了一个大胆的想法，雷电绝对不是什么气体爆炸（在当时普遍认为雷电是一种气体爆炸），一定是一种放电现象，只是当时他没有想出一个切实可行的办法来证明这个推论。

后来，富兰克林特意把这个想法写成了一篇论文，寄给伦敦的科学家——自己的好友科林逊。科林逊在为他的研究成果高兴的同时，特意向英国最高科学机构——皇家学会推荐了这篇文章。可惜的是，由于当时的富兰克林在电学界名不见经传，他的这篇论文并没有引起学术权威的注意。

但是，富兰克林毫不气馁，在科林逊的帮助下，他常常把自己在实验中的新发现告诉科林逊，两个人总是互相交流。在1751年，他还与科林逊一起出版了论文集《电学实验集》，这是近代科学史上第一本系统的电学理论著作，出版后很是畅销，富兰克林的名字也逐渐被人们所熟悉。

富兰克林知道，要想证明自己的理论，最有力度的就是用事实说话，可是怎样才能证实闪电就是电的本质呢？有一天，他看到孩子们在风中放飞的风筝，忽然想到，如果在雨天用风筝来作一个实验，大概会有所发现吧。

于是，在一个阴云密布的夏日，眼看暴风雨即将来临了，富兰克林和儿子威廉一起用一大块丝绸手帕做了一只大风筝。风筝是菱形的，风筝的十字骨架上绑了金属丝，便于导电。父子两个人带上风筝和一只莱顿瓶，准时向野外走去，富兰克林的妻子再三叮嘱两个人要小心，早去早回。

父子两个人很快来到了野外，父亲拿着风筝，儿子拿着线，还不住地问父亲：

“爸爸，可以放了吧！”

“孩子，别着急啊，得等到雷电再响些才能效果好些！”富兰克林镇静地告诉儿子。

过了一会儿，狂风大作，雷声隆隆，团团乌云压向天边，富兰克林赶紧把风筝掷向天空，大声喊到：“儿子，快跑起来。”

威廉在旷野中拼命地奔跑起来，狂风卷起风筝，飘飘起伏，升到空中，紧接着大雨倾盆，雷雨交加，父子两个人很快就淋透了。富兰克林很是兴奋，他追上儿子，接过风筝线，拉着他躲进一座废弃的破房子里避雨，然后又掏出一把铜钥匙，系在了风筝线的末端。

儿子很是不解，问道：“爸爸，这是干什么啊？”

“这个铜钥匙吗？是用来阻挡上面流下来的电，用它可以把电流导到瓶子里去。”

说完，富兰克林又往装有水的莱顿瓶中插入一条铜线，浸入水中一半，又留在瓶子外面一半。

然后，富兰克林兴奋地说：“孩子，一会儿我们就能把电导入瓶子中带回家去了。”

说完，父子俩抬头望去，只见风筝已穿进了云层，闪电雷鸣阵阵，但是风筝却什么反应也没有。

儿子禁不住很失望地说：“爸爸，恐怕我们这次又白费工夫了吧？”

“别担心，孩子，我们再等等看吧！”

突然，一道剧烈的闪电划过，风筝线仿佛被什么拉动了一下，富兰克林的手中也有了一丝麻的感觉，他轻轻地去触摸了一下铜钥匙，倾刻之间，钥匙上闪现了一串火花。

“哎呀！”富兰克林忍不住叫了起来，“太好了，儿子，我被电击了，雷电就是电啊！”

父子两个人忘记了浑身上下已被雨淋透了，高兴地欢呼起来。

雨过天晴后，太阳高照，父子两个人带着他们的战利品，急忙回家了。

回到家里后，富兰克林立即走进了实验室，把莱顿瓶和他已设计好的电铃连结起来，他高兴地对威廉说：

“快去把妈妈喊来，让她也来分享我们的喜悦吧！”

一家三口焦急地等在实验台旁，当富兰克林按动电铃的开关后，一阵悦耳的铃声响了起来。威廉拉住妈妈的手，高兴地说：

“妈妈，爸爸的研究终于成功了！”

这以后，富兰克林又多次冒着生命危险，多次收集雷电，并进行了一系列的实验，结果都表明雷电同电机产生的电荷是完全相同的。富兰克林没有忘记把这个喜讯告诉给远在伦敦的朋友科林逊。

没过多久，风筝实验的消息就传遍了整个科学界。富兰克林在电学方面的理论，至此取得了决定性的胜利，他的有关电学方面的著作引起了学术权威们的重视，被译为法文、德文、意大利文等，在全欧洲得到了公认。

在真理面前，英国皇家学会的权威们也作了躬身反省，他们对于以前不屑一顾的富兰克林的论文重新评议，并进行了实验，他们诚恳地邀请富兰克林作为皇家学会会员，并给他颂发了代表着科学界崇高荣誉的金质奖章。1753年，富兰克林的科学研究开始走上了巅峰。

电话的发明者贝尔

贝尔（1847～1922）生于苏格兰的爱堡市。贝尔的父亲是著名的语言学家，是聋哑人手语的发明者。由于家庭的影响，他从小就对声学和语言学产生了浓厚的兴趣。他在大学所学专业和后来进行的研究都和声学有关。1874年，贝尔研究出了电话的工作原理——变阻理论。1875年，贝尔和沃森利用电磁感应原理试制出了世界上第一部传递声音的机器——磁性电话机，进而发明了电话。

贝尔永远不会忘记童年时玩过的一个非常有趣的游戏：他们把一根长长的线穿在两只空罐头的底部，然后，一个人把空罐头放在嘴边说话，另一个人把空罐头按在耳朵上，当拉紧那根线时，说话的声音会清清楚楚通过直直的线，一直传到另一端。他们把这种游戏称作“情侣电报”。

在贝尔出生时，一位由画家成长为发明家的欧洲移民已经发明了有线电报。本来，出生在苏格兰的贝尔跟电报并没有缘份。他的父亲是一位纠正发声的专家，担任聋哑人发声的指导工作，贝尔年轻时也跟父亲一样，当了聋哑人的发音私人教师，并且还跟一位聋哑少女结了婚。

可是，这位专门研究语言的青年学者却对电磁发声的原理产生了极大的兴趣。当贝尔全家从苏格兰移民到美洲，他被波士顿大学聘请担任语言教师后，便参加了莫尔斯电报机的改进工作。于是，他产生了一个念头：能不能不用电码，直接把人的声音传递到接收者那里去呢？这个把声音和电结合起来的想法，使贝尔走上了发明家的道路。

自从萌生了让电直接传达声音的念头，贝尔便记起了这种游戏。假如能把空的罐头变成声音，把声音改换成电讯号。再把电讯号还原成声音的装置，中间用导线连接起来，这样用电传达声音的目标不就能实现了吗？关键在于如何实现声音和电流的相互转换，在这个尖端的物理学课题方面，只具备声学知识和语言知识的贝尔显然还称不上专家，他需要学习，需要向内行请教。

贝尔开始深入地钻研起电磁学原理来。他参加过电报的改良工作，所获得的知识虽然不无帮助，但电报传达的只是十分单一的长短两种信号，语音信号却全然不同，要比电报信号复杂得多。他跟自己的助手华生合作，试制了一种金属膜片，在膜片中心设置了磁性的簧片，这样一来，人发出的声波会引起它的震动，产生各种频率的振荡。但这种振荡又如何变成可传导的电磁波呢？贝尔一下子无法解决这个棘手问题，于是，他向各方面的专家求教，希望能得到他们的指导。

就在这时，爱迪生给予了贝尔很大的帮助，他建议说：“碳粉的密度可以改变电阻，从而改变通过它的电流强度。何不试试碳粉的这一特性呢？”

按照这种正确的思路，贝尔和他的助手华生把自己的金属膜片装在了填充着碳粉的容器上，当人发出的声音通过膜片作用到碳粉上时，碳粉便会因为音波的冲击不断改变密度，从而产生不同强度的电流。反过来，不同强度的电流使碳粉的密度改变，又会使膜片发生振荡，产生出相应的声波，这便产生了送话器和受话器，声音由电流直接传达的目标就能实现。

1876年2月，贝尔和华生终于造出了第一只送话器和受话器，他们分别在自己的房间里装配上器械，并用电线连接起来，然后通上了电流。

就在这时候，贝尔不小心碰翻了自己的电池，蓄电池里的稀硫酸泼到了桌子上。情急之中，贝尔喊道：“华生，快来帮忙，我这边出事了。”他的话语，在远处的华生通常是听不到的。但是，华生却万分激动地飞跑过来，喊道：“你刚才在喊我，是不是？”无意之中，他们已经完成了通话，华生在受话器那一端，清清楚楚接收到了贝尔送话器传递过去的声音。

电话研制成功了！

卡文迪许证明生物电

卡文迪许（1731～1810）生于法国尼斯的一个贵族家庭。富足的生活对他的科学研究非常有利。他建造了卡文迪许实验室，测定了物质的电容；设计了卡文迪许扭秤，验证了万有引力定律；确定了引力常数和地球的平均密度；成为第一个测量地球的人。在化学方面也取得了伟大成就，著有《人造气体》一文，解释了一些气体的特性。其中，证明生物电的存在是由治疗痛风病引起的。

2000多年前，古罗马帝国流行着一种奇怪的治疗头疼、痛风等病证的方法。

有一天，一个病人痛苦地对医生说：“大夫，我的腿痛风病又发作了。你给我开点药吧。”大夫仔细地看了看病人的腿，摇摇头说：“用不着吃药。不过，你需要花一笔钱，去海边休养一段时间就会好的。”病人疑惑地看着大夫，不解地问：“什么？去海边休养就行了？”

大夫开了张单子，递给病人说：“你按这个地址，到海滩边找到这个渔夫，他会让你明白的。放心，你的痛风病一定会好的。”病人听了大夫的话，半信半疑地来到海边。那渔夫接过医生写的单子，便把病人带到了海边潮湿的沙滩上，并在他脚底上放了一条大黑鱼。“哎唷！”病人猛地一窜，只觉得脚底一阵发麻。不过，麻过之后，他觉得舒服多了。

“这样就能治好痛风病吗？”病人问道。

渔夫点点头说：“不错，你只需要在这儿呆上几天，每天都到海滩上和这条大黑鱼在一起，包你能好。”

病人好奇地问：“为什么这样就能治好痛风病呢？”

渔夫耸耸肩说：“我也说不清楚。反正，这法子挺有效的。”

古罗马流行的这种治病方法，确实很奇怪。但是，长期以来，谁也没有去深究这里面到底有什么奥秘。

1758年的一天，忙了整天的卡文迪许独自呆在书房里，他拿起一本书翻阅起来。书的内容是关于古罗马时代科学文化的，书中记载了2000多年前风行一时的用大黑鱼治病的方法。看到这里，卡文迪许觉得非常奇怪：为什么当病人的腿触到大黑鱼时，会有发麻的感觉呢？

卡文迪许知道人体只有碰到电时，才会产生发麻的感觉。这两者有联系吗？这时，他心里忽然闪过一个念头：难道这大黑鱼身上带电？想到这里，卡文迪许兴奋起来。可是，他转念一想，要是大黑鱼本身带电，那它自己受得了吗？再说，还从未听说过动物能带电呀！

要是换成别人，恐怕早就把书搁到一边，不再细想下去了。可卡文迪许不一样，凡是有疑问的，他必定要设法找到答案。那些在别人眼里离奇荒诞的想法，恰恰最能激起他的兴趣。

卡文迪许设法弄到了这种大黑鱼，把它埋在潮湿的沙滩里。然后，他在这条鱼上面接上一个莱顿瓶。果然，莱顿瓶冒出了火花！卡文迪许大为惊讶：“这么说，大黑鱼身上的确带电！”就这样，卡文迪许第一个用科学的方法证明了生物电的存在。

阿基米德由洗澡得出浮力定律

阿基米德（公元前287～公元前212），是希腊最具有现代精神的伟大的数学家和物理学家。他把数学推理和科学实验结合起来，不仅发现了浮力定律，还完善了杠杆原理。他对科学真理孜孜以求，在自己的生命安全受到严重威胁的时候仍然专心科学研究，置生死于度外，他的这种精神一直为后人所敬仰。其中浮力定律的发现却是由一件趣事引起的。

传说叙拉古国王亥厄洛，因为打了几次胜仗就有点飘飘然，命金匠打制一顶纯金的王冠。新王冠做得十分精巧，纤细的金丝密密地织成了各种花样，大小也正合适，国王十分高兴。但转念一想：我给了工匠15两黄金，会不会被他们私吞了几两呢？因此，马上叫人拿秤来称，结果不多不少正好15两。但这时一个大臣出来说：“重量一样不等于黄金没有少，万一金匠在黄金中掺进了银子或其他东西，重量可以不变，但王冠已不是纯金的了。”国王听后觉得很有道理，但有什么办法能既不损坏王冠又知道其中是否掺了银子呢？国王把这个难题交给了阿基米德。

阿基米德欣然领命，因为解决种种难题正是他的志趣所在，越是难题，才越有滋味。

可是，不损伤王冠就不能取样跟纯金比较，也不能用试金石查检金的纯度。从表面看，是无法看出金子纯度的，该怎样判定王冠的黄金纯度呢？阿基米德思来想去，一直想不出正确的判定方法来。一连几个星期，他茶饭不思，简直被这个难题迷住了。

但是，有问题总得解决呀，阿基米德心力交瘁，觉得总这样也不是办法，还是先调节一下身心，再继续研究吧。于是，他叫来仆人，吩咐给自己准备洗澡水，洗上一个澡。

大概是阿基米德好久没招呼仆人替他准备洗澡水了，仆人这一次把浴盆里的水加得太满了。阿基米德一条腿刚伸进去，水便溢出盆来，再伸进一条腿，水又漫出来一点，等到洗好澡，盆里的水已经浅了一层。这时候，再把腿伸进盆去，那水却不再溢出来，即使全身都浸泡在盆里，水也没有溢出一点儿。

看到这种现象，阿基米德思索了这么多日子的问题突然明朗起来。看样子，物体进入水中，一定会排出与体积相等的水，那么，体积越大排开的水一定就越多了。如果把与王冠等重的纯金浸入水中，它排出的水是一定的，如果王冠里掺了别的金属，那些金属的体积一定比纯金大，那么肯定会多排出一些水，两相对比，王冠里有没有假，不就很清楚了吗？

想到这里，阿基米德一阵欣喜，跳出浴盆开始检验自己的设想，他用各种金属放进水盆，计算溢出的水。得出的结论跟自己的想法完全相同，这时，他觉得解决王冠的问题已经成熟，便带着必要的仪器进了王宫，准备测试一下王冠是否真由纯金所制。

宫殿里，阿基米德请亥厄洛取来纯金，称出跟王冠等重的一块，放进满满一盆水中，这时候，盆中的水开始溢出盆外，阿基米德小心将这些水放进杯中，然后放在天平的一端。接着又把王冠也用同样方法浸出水来，放到天平的另一端，这时候，全体在场的人都清清楚楚看到，王冠所排出的水显然比纯金的多，天平公正地倾向了一方。

阿基米德向亥厄洛国王禀报：“金匠一定在纯金里掺了比金轻的金属，因此王冠的体积会比纯金大一点，因此排出的水便比同样重量的纯金多。”在事实面前，金匠只得承认自己确实是偷了国王的纯金。

称王冠的案子结束了，阿基米德完成了作为一名宫廷顾问必须完成的任务，但是，作为一名科学家，他觉得还没有尽自己应尽的职责。沿着用排出液体多少称量物体这条思路，他继续研究下去，终于总结出了有关浮力的原理：浸在液体中的物体会受到向上的浮力，这种浮力的大小等于物体排开的液体的重量。这就是著名的浮力定律。

发现X射线的伦琴

伦琴（1845～1923）生于德国的吕内堡。1869年，他在苏黎士大学获得哲学博士学位。在以后的19年里，他在一些大学任教，逐渐取得了著名科学家的声望。1888年，他被任命维尔茨学物理学教授和物理研究所所长。就是在这里，伦琴取得了非凡的成就，成为X射线发明者。

1888年，威廉·伦琴当上了维尔茨堡大学的校长。这个头衔使伦琴感到烦恼，他觉得自己本质上只是一位学者，只熟悉实验室，只想去探寻大自然的奥秘。他的天职是丰富人类的知识宝库，而不是在行政事务里荒废光阴。于是，威廉把一切恼人的事务都委派给自己的副手，让校务委员会去决定一切，请他们在必要的时候才找自己，完成校长名义上必须完成的任务——在文件上签上自己的姓名，而把属于自己的时间全都用到了科学研究上。他觉得只有这样，才恢复了自我，生活也更加有意义。

1895年11月8日，这时的德国，天气已经很冷了，伦琴在实验室泡了一整天，研究的是阴极射线。为了使射线集中向一个方向集射，他在发射管外包了一张黑色的硬纸筒，这样，除了一个方向，其他方向不会有射线溢出。

回家的路上，伦琴突然记不得自己是不是关上了电源。灯关了，电源不切断，发射管便会损坏。这种马马虎虎的事已发生过好多次，他宁愿再回实验室一趟，也不愿自己宝贵的实验设备出毛病。

打开实验室大门，伦琴立即看到，阴极发射管附近有微光。好险，幸亏自己决定回来，否则又得申请更换设备了。他正要去切断电源，突然发觉那微光不正常，他已经能辨别室内部位，那种荧绿色的微光不仅不在安放发射管的地方，而且光色也不对。

伦琴打开电灯，看到发光体居然是仪器旁边桌上的一块纸屏，纸屏上，伦琴曾镀过发光晶体，这种晶体在高能粒子流的放射下，会发出莹绿的光。

哪来的高能射线流？阴极射线管四周套着黑色硬纸板圈，它根本不可能射向纸屏。为了把这莫明其妙的情况弄个水落石出，伦琴决定留在实验室。

伦琴没有切断电源，只是把灯关了，纸屏上的微光又出现了。接着，他把电源切断，阴极发射管停止工作，那团莹光立即消失。看来，阴级发射管居然还发射一种人的肉眼无法感知的、能够穿透黑色硬纸板的射线束。

此时，伦琴猛然想起那一包无人拆动却毫无道理爆光的感光片，不正是放在与纸屏同一张桌子上的吗？那时还以为是感光片的问题，但现在看来，作怪的是同一种射线，一种伦琴从未知道的射线。伦琴开始意识到，一次偶然的疏忽，让他站到了一种新的物理现象发现的大门口。

伦琴在实验室一连住了十几天，测试这种射线的特征。穿透力是测试的重点，他找来种种能隔开射线穿透的材料，把感光片贴在它们后面，照射后拿去冲洗。金箔、银箔、铁片、木板，都一一试过，这些材料都挡不住未知射线的穿透。

最后一次，伦琴取来一块小铅板，它没能完全遮没感光片，他只得用手扶住它。谁知底片冲洗出来以后，伦琴又意外地发现，底片上铅板部分没被感光，而自己那只手，也在底片上留下了痕迹，留下的是自己手的骨骼图像。结论已经有了：神秘的射线不能穿透铅板，也不能穿透人的骨骼，因为骨骼主要是由钙构成的，射线穿不透钙质。

伦琴立即举行了实验结果报告会，到会的科学家里，最激动的当数大学里的医学专家。他们从伦琴的实验结果里找到了一种强有力的科学手段。凭借伦琴的射线，医学家可以穿透人的皮肉看到骨骼的真相，确定与骨骼有关的病情。而以前，他们只能凭经验，或者动手术切开皮肉才能看到真相。医生们建议，把这种新发现的射线称作“伦琴射线”，但伦琴当场表示：新射线的许多性质还不清楚，还要对射线作进一步的性质测试，因此他决定把射线称作“X”射线。

发明中子的费米

恩里科·费米（1901～1954）生于意大利。他的一生主要从事理论物理、原子及核物理学、中子物理学的研究。因发现了中子辐射产生的新放射性元素以及慢中子产生的核反应而荣获1938年度的诺贝尔物理学奖。第二次世大战前夕，费米举家迁往美国，并在参加美国研制第一颗原子弹的工作中发挥了巨大作用。

1932年，英国物理学家詹姆斯·查德威克爵士在剑桥大学发现了中子，并因此获得1935年的诺贝尔奖。这个发现开辟了原子核研究的新纪元。后来查德威克参加了美国第一颗原子弹的研究和制造工作，成为洛斯-阿拉莫斯实验室的重要成员之一。

1934年，著名物理学家，居里夫人的女儿伊琳娜·约里奥·居里和女婿弗雷德里克·约里奥·居里用X粒子轰击铍、锂、硼等元素产生了人工放射性物质，发现了人工放射现象并被授予1935年的诺贝尔化学奖。

费米受到以上两项发现的启发，开始试着用中子来进行人工放射实验。

1934年10月，费米和同事们对某些金属进行人工放射性试验。他们把中子源放入银质圆筒内，再把圆筒放在一个铅盒里，发现了一个奇特现象：把银圆筒放在铅盒的中央和一角，它的放射性的强弱是不相同的。

面对这种奇特现象，同事们疑惑不解，有人甚至怀疑是因统计的错误和测量的不精确造成的。但费米不同意这种看法，他敏锐地意识到这种现象的科学价值。听了同事们的议论，他平静地说：“这也许是一项重要的发现，让我们多做一些各种情况的试验。”

经过几天的试验，费米和同事们又发现了新的奇特现象：把中子源放到圆筒外面，在筒和源之间插上一块铅板，圆筒的放射性竟然也增强了。

这是怎么回事呢？费米还没找到答案。他想铅是一种重物质，石蜡是一种轻物质，何不用石蜡来试验一下呢？

10月22日上午，费米和同事们找来一大块石蜡，在上面掏个洞，把中子源放入洞内去辐照银圆筒，然后再用盖革计数器测量它的放射性。结果，计数器发疯似地“喀、喀”响起来。石蜡竟把银的人工放射性一下子提高了上百倍。

中午，费米躺在床上，上午实验的每个细节一幕幕呈现在眼前。他思考着如何解释石蜡奇特作用的理论。他想，石蜡含有大量的氢，氢核是质子，它的质量和中子几乎相同，当中子源被封在石蜡块里时，中子到达银原子核前，便会同石蜡中的质子相碰，碰一次便会失去一部分能量，正如一个台球在击中另一个台球时，速度会慢下来一样。一个中子从石蜡中出来以前，会连续同许多质子相碰而减速，从而变为慢中子。正是这种慢中子，将比快中子有更多的机会被银原子俘获。

费米再也躺不住了，他爬起来，快速来到实验室，向同事们讲述了自己的新想法，最后，他推测说：“如果我的想法是对的，那么，任何含氢成分大的其他物质，比如水，也应该具有同石蜡相似的效果。”

水是不缺的，实验室后面花园里有个金鱼喷水池。他们说做就做，从实验室把中子源和银圆筒搬了出来，都放在喷水池的水下。开动计数器后，水真的把银的人工放射性增强许多倍，费米的设想得到了实验证实。

正是这次不寻常的实验及以后的一系列实验，使费米在中子轰击方面，尤其是热中于轰击方面取得了引人注目的成绩，1938年，他因此荣获诺贝尔物理学奖。

做学徒的电学家法拉第

法拉第（1791～1867），英国著名的物理学家、化学家。在物理学中，他发现了电磁感应现象、电的本质、电解定律等。在化学中，他发现了两种新的氯化碳等。

法拉第出生在英国一个铁匠家里，他12岁时就进了里波先生开的铺子当小学徒。这个铺子经营书籍装订、出租报纸（因为那时很少有人订报，都是租报纸看）。因此，无论天气多么恶劣，法拉第都要走大街，穿小巷，给客户送报纸。当法拉第把报纸送到客户手上时，总要趁客户看报的间隙时间自己也读一段报，凡遇到看不懂的地方，就找人请教。这样，1年下来，法拉第已经认识很多字了，也学到了不少知识。

法拉第手脚勤快，聪明伶俐，里波先生很喜欢他，就让他住在店堂楼上的小阁楼里，学习装订书籍的手艺。法拉第学得很快，又非常勤奋，装订手艺很快就赶上师傅了。

以前，法拉第送报的时候都偷空读报，现在装订图书，就更不放过了。他第一次看的是一本《一千零一夜》的故事，书里那些有趣神奇的故事把他迷住了。

从此，每一本经过他装订的书，他都要仔细地读一遍。每天晚上收工以后，法拉第就坐在工作台前，聚精会神地看书。他边看边记，看到好的插图，还临摹下来。

一天晚上，法拉第正看得入迷，一会儿发笑，一会儿皱起眉头，连里波先生进来都没有发觉。里波先生看着他那傻劲，不由得笑出了声。笑声惊动了法拉第，他回过头来，窘得脸通红，心里想，这回准得挨一顿骂。里波先生是个好心肠的人，他不但没生气，胖胖的脸上反而笑出两个酒窝，他对法拉第说：“读吧，爱读什么就读什么。订书匠只管书的外表，可是你想知道书里的内容，那没有什么坏处。”

法拉第碰上这样好的老板，心里乐开了花，他更加孜孜不倦地读书了。最使他入迷的是《大英百科全书》和《化学漫谈》。

法拉第通过看书，已经知道一根玻璃棒在毛皮上摩擦几下就能吸起纸屑，这就是“电”。《大英百科全书》中还说，可以把电贮存起来，贮存多了就可以“啪”地一下放出火花，像天上的雷鸣、闪电一样。法拉第看着这些，渴望亲自动手做实验弄懂这些科学道理的心情愈加强烈起来。

可是，做实验要有仪器和药品，穷学徒哪来的钱呢？

法拉第并不灰心，他一有空就到药房去拣人家扔掉的小瓶子，用省下的零花钱买一点便宜的药品。他抱着药品和小瓶子，兴冲冲地把小阁楼装备成实验室。书上说，贮电瓶和充电机要两个大玻璃瓶，可他拣的瓶子都太小了。

一天，在一家旧货铺里，法拉第看到了合适的大瓶子。他一点点把钱攒起来，每天都去看看，这两个瓶子还在不在。总算有一天，他买到了这两个大瓶子，像棒宝贝一样把瓶子捧回了阁楼。

每天晚上一下工，法拉第就钻进那间阁楼实验室，点上一支蜡烛，开始做实验。他面前摆着一个本子，本子上面都是用工整的小字抄录的《大英百科全书》和《化学漫谈》上的电学和化学实验步骤。书上说，把锌放到盐酸里，能放出一种可以燃烧的气体。法拉第照着做了。果然，“扑”地一声，烧起来了，冒出蓝色的火苗。书上说，玻璃瓶里外敷上锡箔，充电以后，可以产生强烈的放电。法拉第照着做了，“啪！”真的是一个闪亮的火花。啊，法拉第明白了雷电是怎么回事。他高兴得如痴如狂，拍着手在小阁楼上又跳又叫：“成功了！我成功了！”

这时已经是半夜时分，周围的邻居听到声音都担心地议论：“那孩子深更半夜又叫又笑，莫不是精神病吧？”“那孩子中了邪，他在玩鬼火哪！”这些话传到里波耳朵里，他也担心起来。

法拉第知道后，就拉着老板上了阁楼，说：“我是照着书上讲的做实验，请你看看！”说完，他开始动手做实验，奇迹在他手里出现了！红的变蓝，蓝的变红，烟雾、火花，“砰砰，啪！”里波先生明白了，法拉第是在勤奋学习，不是在瞎玩。他拍着法拉第的肩膀说：“孩子，你这是在做科学实验，可千万要小心，注意安全呀。”

法拉第坚持不懈地研究科学知识，后来终于发现了电磁感应现象、电解定律等，为科学作出了巨大贡献。人们称他是“世界上最伟大的电学家”。

追赶时空的距离——“哈勃”

“明月几时有，把酒问青天……”千百年来，人类遥望星空，苦苦追寻着宇宙万物的变化规律。望远镜的出现，大大地开拓了人类的视野，使我们可以通过它去观察宇宙。但是，由于在地面，望远镜受到大气层的遮挡和乌云、迷雾、雨雪、昼夜等条件的限制，使得从地面上观测星云像“从湖底去看飞鸟”，十分困难。随着航天技术的发展，科学家决定把望远镜搬上天空，搬到大气层以外去，让它无遮无挡一览无余地观测宇宙。1990年4月24日，随着“发现”号航天飞机的又一次升空，这个伟大的设想终于实现了。从此，地球有了一个值得骄傲的“太空巨眼”。

这个“太空巨眼”叫“哈勃”，它以美国天文学家埃德温·P·哈勃命名，以纪念这位天文学家在20世纪前半期对星系天文学和宇宙结构组成方面所作出的杰出贡献。“哈勃”是人类有史以来最大、最精密、结构复杂、设备先进的太空望远镜。它运行于距地面613公里高的轨道上，每97.3分钟绕地球一周。它全长13.1米，宽4.7米，重约12吨，其镜筒直径4.28米，主镜直径2.4米，副镜0.3米，装有先进的成像系统、计算机处理系统、中心消光圈、主镜消光圈、控制操纵系统、图像发送系统以及由两个长11.8米、宽2.3米、能提供2.4千瓦功率的太阳能电池板，两部与地面通信的抛物面天线等。除此之外，它还附带有宽视场行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪，高分辨率摄谱仪、高速光度计、精密制导遥感器等8台科学仪器设备。按照设计，它将使人类观测宇宙的视野扩大350倍，可看到宇宙中140亿光年处发出的光。它能观察到29等星，即相当于可看到500公里以外一支蜡烛的光。它能够单个地观测星群中的任一颗星，能研究和确定宇宙的大小和起源，以及宇宙的年龄、距离标度，能分析河外星系，确定星系间的距离，能对行星、黑洞、类星体和太阳系进行研究，并画出宇宙图和太阳系内各行星的气象图。它能观测的光谱范围之广，所提供的图像清晰度之高以及观测时间之长是任何一台望远镜所不可比拟的。美国为了研制这台世界第一号的天文望远镜，耗资21亿美元，用了近13年时间，花费了巨大的人力财力。

那么“哈勃”到底是什么样子呢？

它的工作原理是这样的：来自太空中被观测目标的光线首先进入主镜，然后反射到副镜上，再由副镜射向主镜的中心孔，穿过中心孔达到主镜的焦面上形成高质量的图像，最后由各种科学仪器进行精密处理，把最终处理数据通过中继卫星系统发回地面。

然而，“哈勃”的研制及使用过程并非科学家原先设计的那样一帆风顺。中国有句老话叫“好事多磨”，用它来形容“哈勃”或许再恰当不过了，从它诞生的那一天起，便成了个“多灾多难”的不幸者：这台空前巨大先进的天文观测设备于1985年研制成功，按设计要在1986年发射，但由于“挑战者”号航天飞机爆炸，使它上天计划一推再推，一直到1990年4月24日才由“发现”号航天飞机发射升空。上天后，接连不断地出现问题。首先是两个与地面通信的天线不按计划转动，地面工程师费了很大的劲儿才通过遥控使之就位。接着，它又不断地晃动，原因是当它从地球阴影中飞出来进入强烈的阳光下时，温度很高的阳光打在“哈勃”那冰冷的太阳能板上时，使之产生了微弱的蠕动，从而引起整个望远镜缓慢晃动。科学家费了九牛二虎之力总算把问题解决了，然而新的问题又出现了：为了使“哈勃”能准确地对准观测目标，科学家花了8年心血为它编了一个“向导星表”，但由于一位电脑控制程序员的工作疏忽而忘记更改数据，结果使“哈勃”所观测的目标角度总比实际角度偏左。在用了很长时间，不断地进行软件调整使之逐步修正过来之后，一个更致命的问题让所有科学家目瞪口呆。他们发现，“哈勃”所观测的图像一直有一个“模糊圈”，经过一段时间的调查，原因终于查明了：原来，在镜片的加工过程中，一块模板被装偏了1.3毫米，把边缘部分多磨去了0.002毫米。这一误差造成了主镜面几何球形像差，使从光轴上一点发出的光不能汇聚在同一像点上。这个从1978年开始粗磨，精磨到1981年才完成，用了400万个工时，使用了全美精度最高的模具的镜片，却由于操作者的失误成了“近视眼”，并且在完成后到上天的长达8年的时间里居然没有人认真核查修正，实在令人遗憾。

为了修复这台“巨眼”，美国国家航空和航天局（NASA）又花费巨资，制订了一套修整计划。1993年12月2日，7名宇航员乘“奋进”号航天飞机腾空而去，执行太空行走维修“哈勃”的重任。5日，2名宇航员经过8小时的太空行走，成功地抓回了“哈勃”太空望远镜；6日，另2名宇航员又进行了第2次太空行走，用6个半小时，成功地更换了太阳能电池板；7日，宇航员在第3次太空行走中，为“哈勃”换上了新的宽视场行星相机。新相机自身具有校正像差的功能，可使图像清晰度提高10倍；8日凌晨，2名宇航员进行了第4次太空行走，完成了这次太空修复的主要工程，给“哈勃”戴上了一付“眼镜”——“光学太空望远镜偏差校正仪”（这付“眼镜”，或许是世界上最贵的眼镜，它耗费了2-3亿美元）；9日，宇航员进行了第5次太空行走，成功地把“哈勃”送回了轨道。至此，修复工程圆满完成。

“哈勃”在带病出征的几年中，为人类发回了大量珍贵的照片资料，取得了许多成果。修复后的“哈勃”是否能像科学家所希望的那样，帮助人类解开重大的宇宙之迷，追寻宇宙起源，找到宇宙究竟是有限的还是无限的等问题的答案呢？这些还需要时间来回答。

幽灵粒子

幽灵粒子，是指中微子。中微子很神秘，一个小小的粒子，居然能穿过地球。从太阳出发的中微子，只要8分钟就可以到达地球。1000亿个中微子与地球相遇，几乎全部都能顺利地穿越地球，再次进入茫茫的宇宙之中，只有1个中微子可能与地球上的原子发生作用。

说它神秘，还因科学家猜想，宇宙中的中微子，像一个幽灵在飘荡，怎么也捉不到它。本世纪初，在研究放射物质的时候，人们注意到，原子核放出一个电子（或正电子）的时候，会带走一些能量。可是，仔细地算一算，损失的能量比电子带走的能量大，有部分能量丢失了。就像钱包里的钱丢失了一部分，是被小偷窃走了，能量丢失，也是一宗失窃案。

丢失能量，不论是怎么丢失，丢在哪里，在物理学家看来，都是严重的大事，令人头疼。物理学中有一条重要定律，即能量守恒。按照这条定律，能量是不会丢失的，如果证实是丢失，是亏损，那么能量守恒定律就靠不住了，不少的物理学理论就会垮掉。

事关重大，一定要侦破失窃案，查明能量是怎么丢失的，是哪个小偷窃走的。

1931年，奥地利物理学家泡利出来说话了，说是放射物质的放射线β中，不仅有电子，同时还有一种我们尚不认识的粒子，这是个未露面的“小偷”，就是它带走了丢失的能量。大物理学家费米十分欣赏泡利的观点，还给这种未露面的粒子取了个正式名字：中微子——中性的微小粒子。

在当年，科学家发现的基本粒子非常少，对中微子的理论，大多不相信，甚至认为，这只是找个理由来维护能量守恒定律，保住物理理论大厦。至于那个“小偷”，犹如幽灵，是抓不到的。

捕捉中微子的工作，比设想的要困难得多。中微子是中性粒子，不带电，不参与电磁作用，不惹是生非；它的运动速度很快，接近光速，穿透力强，来无踪去无影。从假设存在中微子，直到捕捉到手，共用了25年的时间。

首先是中国科学家王淦昌写论文，提出了《探测中微子的建议》，设想了一个探测方法。这是1942年，王淦昌很年轻，风华正茂。他的建议，为一位美国科学家接受。通过实验证实了丢失的能量的确是被中微子带走了。

经过漫长的搜寻过程，1956年，美国科学家柯文和莱因斯宣布，他们捉到了中微子。他们做了一个很大的探测器，埋在一个核反应堆的地下，埋得很深，经过相当长的时间，测到了从核反应堆中放出来的中微子束。

十几年以后，人们才捕捉到从宇宙空间射来的中微子，科学家做了一个直径6米的大桶，埋在一个很深的金矿中，构成一架“中微子望远镜”，也捕捉到了中微子。

神秘的中微子终于露面了，然而，科学家仍然没有完全看清它的真面目，留下了一些新的难以破解的谜。

在探测中微子的时候，科学家的第一个感觉是数量不够，总是比预期数量少，而且“漏网”的数量很大，为什么不能全部捕捉到呢？

再一个重大问题是：中微子的质量问题。质量，静止质量是粒子的重要性质，确定其它各种粒子的质量，没有什么困难，顺顺当当地解决了，唯有中微子的质量怎么也定不下来。在科学界，有种种不同认识，还有种种相互矛盾的观测记录。中微子，仍然保留着神秘的色彩。

有人说，中微子的质量是零，因为没有质量，中微子才能在真空中以光速运动。这是根据美籍华裔科学家杨振宁和李政道的理论进行分析，得出来的结论。

当然，也有怀疑的人，说这个问题要通过实际观测来确定。在前苏联和美国都有科学家在进行脚踏实地的测定，同时宣布说，已经测到了中微子的质量，并把数据列举了出来，好像已经找到可靠的证据。过了几年，由别人来重复他们的实验，数据又变了，好像应该是零。实测结果并不确定，依然定不下来。

1987年，天文学家观测到空间有一颗超新星爆炸，爆炸以后必然会抛出大量中微子，总有一部分中微子从宇宙空间闯到地球上来，科学家们纷纷启动仪器进行观测。观测结果千差万别，有的说中微子是有质量；有的说质量非常小，几乎没有；有的则明确地说，质量为零。

中微子，微小，渺小。它那么轻，轻得没有质量，却留给人们一连串谜。科学家们非常重视这些谜，不仅物理学家关心，天文学家也关心。

宇宙间的各个星系，往往聚集成星系团，这是因为各星系之间存在着强大的引力。如果没有强大的引力，就不会聚集成团，而会走向分离，越离越远。

这个强大的引力从哪儿来？大家都认为来自星系的质量。可是，仔细计算一下，问题又来了：星系的总质量不足以提供那么强大的引力，最多只能提供20%，短缺的质量达到80%。

从哪儿去寻找那些短缺的质量呢？

从宇宙中密度极大的中微子身上去寻找，只要中微子有质量，就可以弥补那些短缺的质量。

这些想法正确吗？不敢说。中微子原来像个幽灵，难以寻觅；现在捕捉到手，却又那么神秘，留下了一连串谜。

引力波的最早检验

人们所熟知的万有引力的本质是什么？牛顿认为是一种即时超距作用，不需要传递的“信使”。爱因斯坦则认为是一种跟电磁波一样的波动，称为引力波。电荷被加速时会发出电磁辐射，同样，有质量的物体被加速时就发出引力辐射。这是广义相对论的一项重要预言。但引力波那么微弱，茫茫宇宙，到哪里去寻找它呢？

1959年美国马里兰大学教授韦伯发表了证实引力波存在的消息，这引起世界物理学界一阵狂热的激动。事情是：韦伯等人制造了6台引力波检波器，分别放在不同地点，进行长期的检波记载。结果发现在各台检波器上都记录到一种相同的、不规则的“扰动”，并证明它并不是由声学振动、地震、电磁干扰或宇宙线干扰等引起的。因此他们认为，“不能排除，这就是引力波”。之后许多国家的科学家采用各种方法企图证实宇宙深处的同样“来宾”，但终未得到肯定的结果。于是激动之余，便只能叹息罢了。

以后射电天文学的蓬勃发展给物理学家们开辟了新的探测途径。射电望远镜的探测本领比光学望远镜强得多。美国天体物理学家泰勒等人在六年前，靠着射电望远镜发现了一个双星体系——脉冲射电源（PSR1913+16）。按照广义相对论计算，双星相互绕转，发出引力辐射，它们的轨道周期就因此而变短，（PSR1913+16）的变化率为-2.610-12。而在前年，他们也是采用精密的射电仪器，由实验得到观察值为-（3.2±0.6）10-12，与理论计算值在误差范围里正好符合。这可以说是引力波的第一个定量证据。

上述消息传开，引起世界物理学界更大的激动。科学家们信心倍增，为欢迎引力辐射这位宇宙“娇客”，将开展更为广泛的探索研究。因为对引力波的探测不仅可进一步验证广义相对论的正确性，而且将为人类展现出一幅全新的物质世界图景，茫茫宇宙，到处有物质，到处有引力辐射。约100年前对电磁波的验证，使人类从此进入电子时代，取得惊天动地的巨大成就；那末，让我们设想一下，要是有朝一日，引力波被完全确证，人类社会将会发生怎么样的深刻变化呢？

计算机参与战争

计算机可以参加战争这是一件很稀奇的事，一般人也很难理解，但现在确实已经变成了现实。

2000年春天，以美国为首的北约违犯国际有关公约，向南联盟进行了疯狂的空袭。在持续78天的战争中，以美国为首的北约先后凋集了1000多架战机轮番轰炸，南联盟也使出了所有武器全力反抗。

战争结束后，美国声称只损失了2架战斗机。而南联盟方面则公开表示：共击落61架战斗机、30架无人驾驶机、7架直升机，拦截238枚巡航导弹。

他们两家谁说的对呢？下面的情况可以帮助我们进行判断。

南联盟坚持说打下上百架北约的飞机，但只公开播放了被击落的F-117A隐形战斗机的残骸录像。对此，南联盟领导人解释说，由于南联盟境内地形复杂、条件有限，许多被击落的飞机无法录像，但南军清楚地从雷达屏幕上看到许多北约飞机被击落。

而美国在国防部拿出的一份绝密报告中指出，在南联盟境内的科索沃战争期间，美国成功地用假目标迷惑了南联盟防空部队的雷达识别系统。计算机作为一种新式武器首次被投入战斗，并成功地欺骗了南联盟的雷达和防空导弹。研究发现，南联盟发射的导弹大多命中了目标，但这些“目标”都是假目标，原因在于美国的电子专家侵入了南联盟防空体系的计算机系统。当南联盟军官在雷达屏幕上发现有敌机目标时，天空中事实上却什么也没有。除了几架无人驾驶机之外，南联盟实际上只打下2架美国战机，一架是F-117A隐形战斗机，一架是F-16战斗机。在美军共出动的35000架次飞机中，被打下来的飞机只有这2架。

美国的战略学家们将这种新型作战模式的出现视为“一次军事革命”，并认为，随着这一革命的深入发展，战争将可能不再依靠使用炸药和炸弹来决定胜负。目前，这种新型的“计算机战争”的各项准备工作正在迅速进行，而这些工作的进行主要取决于计算机的硬件和软件的发展水平。专门研究这种“计算机战争”的美国中央情报局和国家安全局，都得到美军各兵种和联邦调查局的大力支持，几年前，还没有人认真对待这种新型的“计算机战争”，但是现在美国有成千上万的专家在研制数据武器、受到信息攻击后的早期预警系统以及防御系统。美国从事军事秘密情报报道的记者约翰·亚当斯在其最新出版的新书《下一次世界大战》中明确提出：下一场世界大战将是“计算机战争”。这种新型的战争主要标志是“计算机成为武器”和“战场无处不在”。

亚当斯在他的书中还披露：作为当今世界上惟一的军事超级大国，美国经常通过模拟演习和军事演习来检测信息战的威力，企图在未来的“计算机战争”中；掌握主动权。美国的这些做法，早已引起了各国军事专家们的密切关注。

电磁波与军用航天器

1957年，前苏联发射了第一颗人造地球卫星，动摇了第二次世界大战后居于霸主地位的美国在科技领域中的领先地位。此后，前苏联又首次发射了载人宇宙飞船，实现了宇宙飞船在太空对接，登上了月球等等。众所周知，美国对此是持敌对的态度。为了维护其霸主地位，继续称霸世界，美国和前苏联在宇宙空间展开了激烈的竞争。时至今日，虽然前苏联已经解体，但是多元化的世界仍然动荡不安。各国军用航天器在太空这个更为广阔的“战场”上，进行着更为激烈的较量，太空争夺战时刻都在进行着。

那么，到底什么是军用航天器呢？军用航天器是指在地球大气层以外，沿一定轨道运行，应用于军事领域的各类飞行器的总称。其中，包括各种类型的军用卫星、航天飞机、航天站等。此外还有环绕月球和在行星际空间运行的航天器材，如月球探测器、月球载人飞船和其他行星际探测器等。

军用航天器大多数以一种像圆一样的轨道绕着地球飞行，不过它距离地球的远近随其具体任务的不同而不同。例如，军用侦察卫星要求低轨道运行；而军用通信卫星则要求高轨道运行，这样就保证有较大面积的通信覆盖面积。

随着军用航天器的出现和使用，太空也成了战场，美国和前苏联都配备了太空部队。电视里看到的《星球大战》将不再是科幻动画片，不久将成为现实。

当前，搜集军事情报的手段十分多，其中应用最广泛的要算是军用侦察卫星了。据统计，在人类发射的全部卫星中，军用卫星大约占2/3以上；而军用侦察卫星又占军用卫星的2/3以上。

为什么军用侦察卫星如此受到人们的重视呢？这主要有三个方面的原因：第一，军用侦察卫星受到的地球引力就可作为它环绕地球运转的向心力，无需其他能源，这是一般侦察仪器所不能比拟的；第二，军用侦察卫星运行速度快，若按7.9千米/秒的第一宇宙速度计算，它的速度是火车的几百倍，是现代超音速飞机的20倍，一个半小时就可以绕地球运行半圈；第三，军用侦察卫星居高临下，侦察范围广，在同样的视角下，卫星所观察到的地面面积是飞机的几万倍。此外还有，卫星的运行高山挡不住，大海隔不断，风雨无阻，又无超越国界等问题。

军用侦察卫星大体上可分为五类：照相侦察卫星，电子侦察卫星，导弹预警卫星，海洋监视卫星和核爆炸探测卫星。

照相侦察卫星发展最早，数量也最多，技术也最为成熟。照相侦察卫星是以可见光照相机和红外照相机作为遥感的手段。可见光照相机的分辨率高；红外照相机可揭露伪装，照相真实。此外，还有便于识别目标的多光谱照相系统和不受天气影响的微波照相系统。利用卫星对我国全境拍照，只需拍500多张照，用几天时间就行了；若用高空飞机对我国全境照相，需要拍100多万张照片，得花费10年时间。由此可见，通过电磁波手段利用照相卫星进行侦察具有很大的优越性。它的缺点是只能沿预定的轨道飞行，难行根据需要改变运行路径去跟踪目标，因此获得的情报是不连续的，照片回收技术也比较复杂。

电子侦察卫星是利用电磁波信号进行侦察，卫星上装有侦察接收机和磁带记录器。卫星飞经目标上空时，将各种频率的无线电电磁信号记录在磁带上，当卫星飞行自己一方上空时，回收磁带将信息传回地面。这种卫星可以侦察敌方防空和反弹道导弹雷达的位置、使用的频率等性能参数，从而为自己一方的战略轰炸机和弹道导弹的突防和实施电子干扰提供依据。电子侦察卫星还可以探测敌方军用电台的位置，窃听其通信。电子侦察卫星的缺点是：地面无信号时，它就无法侦察敌情；地面的雷达电台或电子信号过多时，又难以识别有用的信号，因而易受假信号的欺骗和干扰。

导弹预警卫星是探测导弹发射及飞行情况的卫星。卫星上装有红外线探测器，以便对敌方进攻的导弹上尾焰发出的红外辐射进行探测和跟踪。卫星还装有远摄镜头电视摄像机，以便向地面及时传输电视图像。预警卫星可以争取较多的预警时间，比如，对洲际导弹可取得25分钟预警时间，对潜地导弹可取得5～15分钟预警时间。

海洋监视卫星主要用来监视水面舰船和水下潜艇的活动，有时也提供舰船之间、舰岸之间的通信。海洋监视卫星主要包括电子侦察型和雷达遥感型。前一种实际上就是电子侦察卫星，不过收集的信号是水中舰艇发出的无线电波；后一种卫星上装有大孔径雷达，可以不依赖对方发射的信号而主动探索目标，其精确程度比电子侦察卫星更高。前苏联和美国在这方面的技术占据着领先地位。

核爆炸探测卫星主要用于获得别国发展核武器的重要情报。卫星上的特殊设备可用于探测核爆炸的各种效应，并进行综合分析，推断出核武器的发展动向和相应的攻防能力。

军用侦察卫星在现代战争中发挥着重要作用。1973年10月中东战争中，埃及军队攻势凶猛，突破了以色列的“巴列夫防线”，收复了西奈半岛，直冲向以色列的首都。这时，美国的侦察卫星发现埃及军队第二、三军团的接合部是个薄弱环节，便迅速将这一重要情报提供给以色列，使以色列军队果断地切断了埃及军队的后勤补给线。也正是在这个时候，前苏联首脑柯西金带着苏联卫星拍摄的中东战争的有关照片飞往开罗，劝说埃及停火。

在1991年的海湾战争中，美国就是从各种军用侦察卫星上监测出伊拉克的军事力量的部署和动态，为取得战争胜利提供了坚实的保障。

目前，军用侦察卫星系统发展的动向是：多种遥感器同时并用，开发新型的遥感器，进一步提高实战侦察能力。随着科学技术的发展，侦察卫星的作用越来越大，已成为国家安全的重要保障。

军用航天器这个大家族中，还有两个重要成员，这就是航天飞机和航天站。

航天飞机能够在太空飞行。它的前段有驾驶舱和生活舱，温度在20摄氏度左右，可容纳3～7人生活7～30天；中段是有效载荷舱；后段是发动机。它实际上是一种卫星式载人飞船，它可以在空中发射、维修、回收各种卫星，并能攻击和捕获敌方卫星，还可以在太空作战时担任指挥。

航天站是供航天员进行空中巡逻、长期工作和居住的大型航天器。宇航员的往返由载人飞船或航天飞机保障。航天站就像一个大型旅馆飘浮在太空中，又好像是设立在太空中的哨所。这种特殊的哨所，是由前苏联在1971年4月19日第一个发射成功的。我国于1970年4月24日发射了第一颗人造地球卫星。到1986年2月为止，共发射18颗人造地球卫星。我国是世界上能发射并能回收地球同步卫星的少数几个国家之一。但是，我国至今还没有航天站，就是在载人宇宙飞船方面，也还是处于研究和试验阶段。然而，我们应当看到，我们在高科技方面的发展速度是比较快的，在不远的将来一定能够赶上和超过世界先进水平。

如今，通过卫星在太空进行间谍战的序幕已经拉开，而且大有愈演愈烈之势。过去人们认为是绝对和平的空间——太空，如今实际上也已经变成了战场。而在争夺太空的战争中，尖端的武器就是军用航天器。在过去的战争发展史上，人们曾认为“能称霸海洋的国家便可称雄世界”，为此必须具有强大的舰队；后来又有人认为“能具有制空权的国家便可称霸世界”，为此必须具有强大的作战机群队伍。如今，人们的观念又有了更新：只有掌握了制太空权，才能在未来的太空大战中取得主动权，为此必须具有最先进的航天器技术和具有强大的航天器群组。一两个超级大国正是看到了这一点，所以才在航天器技术方面，进行着越来越激烈的竞争，妄图霸占太空，进而独占世界。

法拉第的发明

法拉第是英国一位穷铁匠的儿子，13岁开始就当学徒，没有受过正规的学校教育，完全靠自学成才，是一个有许多重大发现的人。他的许多实验结果虽然没有数学证明，但从数学上来说，也是相当正确而优秀的。他1821年发明了电动机，1823年完成了液气氧化实验，1825年发现了苯，1831年发现了电磁感应现象并以此制造了发电机，不久又发现了电解法则。后来，法拉第几乎做遍了电与磁的所有实验，发表了很多研究成果，在19世纪里他获得的发明专利之多，仅次于后来的“发明大王”爱迪生。因此，被世人誉为“电气学之父”，这对法拉第来说是当之无愧的。

法拉第发现电磁感应现象的情况是这样的。将一根条形磁铁放人在连接有电流表的线圈中，这个电流表的零点在刻度盘的中央位置上，以便能表示电流的大小和方向。若磁铁不动，则电流表的指针指在零点位置上。若将磁铁拔出和再插入，则会发现电流表的指针会向着两个不同的方向偏转，这表咀由于磁铁的拔出和插入，在线圈中产生了方向相反的电流。由此可见，只有当磁铁处在运动中时，电流表才能表示线圈中有电流存在。而且，磁铁移动得越快，指针偏转的角度越大，因此电流也就越大。这种电流叫做感应电流，产生感应电流的过程，就叫做电磁感应现象。在电磁感应现象中，影响感应电流大小的因素，除了条形磁铁相对于线圈运动的快慢以外，另一个因素就是线圈内电线绕的圈儿数的多少，圈儿数多1倍，产生的感应电流也就大1倍，相反，如果圈儿数减少，则感应电流也就要成比例也减小。

电磁感应现象告诉我们，通过线圈所包围面积的磁场通量发生变化时，在线圈中也能产生电流，这正好是与电流（运动电荷）产生磁场相反的过程。这就从另一个方面揭示了电与磁密不可分的关系。由此，法拉第预感到：电与磁不仅有着密切的联系，而且在一定的条件下可以相互转化。但是，由于法拉第数学基础差，他的想法和观点，虽然有实验事实为根据，但缺少数学上的证明，使人感到遗憾。他在论文里只习惯于用比喻手段生动地进行说明，而常常不使用数学式来表示。因此，当时科学界普遍认为法拉第是个优秀的实验家，而不是一个好的理论家。对于习惯用数学式来思考和解释问题的科学家们来说，法拉第的理论变得难以理解，因此，法拉第的电磁感应也在不被理解中逐渐被人们所遗忘；而法拉第所预感到的电与磁以及磁与电的转化关系，也没有引起科学家们应有的重视。然而，法拉第的贡献是开创性的。后来，麦克斯韦正是在法拉第工作的基础上，通过数学的手段建立起了电磁场理论的完整体系。

麦克斯韦的发现

真理是不会被埋没的，总有一天会放出光芒。就在法拉第发现电磁感应现象并发明了发电机的1831年，在英国的一位著名的律师家里，降生了一个小生命，他的名字叫麦克斯韦。麦克斯韦从小家中富有，聪明好学，尤其是数学天才突出，16岁时就发表了数学论文，他的才能在少年时代就露出了光芒。1850年他进入英国剑桥大学学习数学专业，1854年以优异的成绩毕业。麦克斯韦大学毕业以后，便开始了电与磁理论的研究。

这个时候，法拉第发现电磁感应已经有23年的了。法拉第始终认为，磁场变化时能产生电流，而电力和磁力都是通过某种媒介物而传递的。但是，大部分科学家认为不是这样，有的还提出了与法拉第认识才皈的一些观点。可见，当时的电和磁的理论，在一些主要观点上争论还是很激烈的。

麦克斯韦是个很有主意的人。这时他下定决心对法拉第没有数学根据的观点进行深入的考查。他说：“如果迄今为止没有数学证明这一理论，那么让我去做这一工作吧！”

1855年麦克斯韦完成了名为《论法拉第的力线》的数学论文，第一次从数学上证明了法拉第理论的正确性。1862年麦克斯韦又发表了名为《论物理的力线》的论文，得出了“电或磁的波动是光的一种”的重要结论。他用数学的方法证明了变化的电场能产生磁场，变化的磁场也能产生电场，他把电场与磁场的这种波动，就称为电磁波。他用数学的方法还证明了电磁波与光是同样的物质，两者的传播速度也相等。

1864年，麦克斯韦又发表了一篇非常重要的文章，题目是《电磁场的动力学理论》。在这篇文章中，麦克斯韦对法拉第等人和自己的研究工作进行了系统而概括的总结，提出了联系着电荷、电流，电场、磁场的一个完整的数学方程组。后来，有人对这个方程组又进行了一些加工和整理，成为了电磁场理论的基本方程，人们把它叫做麦克斯韦方程组。由这个方程组得出的结论，大体上有以下几个方面：①不仅变化的磁场能产生电场，而且变化的电场也能产生磁场；②只要有变化的电流，就有变化的电场和变化的磁场在空间的传播，从而形成电磁波；③电磁波中的电场和磁场相互成90度角，而且又都和传播方向相垂直；④电磁波的传播速度始终是一定的，它总是以光的速度传播，1秒中就可以走30万千米。

麦克斯韦的上述观点，是用纯数学方法阐述的，被称为电磁场理论基本方程的麦克斯韦方程组，也是用纯数学方法建立起来的理论。由于当时还没有在实验中获得电磁波，因此仍有不少人怀疑麦克斯韦的理论，也不承认电磁波的实际存在。

赫兹的试验

1864年，在麦克斯韦用数学式证明了电磁场理论之后，在科学家中看法并不统一。支持派认为，麦克斯韦的数学证明十分严密，结论是可信的；反对派认为，虽然数学上严密，但没有事实上的证明，电磁波的真实性还不能相信。双方进行着激烈的争论，但遗憾的是谁也没有充分的理由来驳倒对方。

就在这种情况下，支持派中的一些年轻人，决定通过实验的方法来获得电磁波，这当然是一个十分困难的问题。

当时在德国波恩大学任物理学教授的赫兹，认真阅读了麦克斯韦关于研究电磁波的书，并于1887年着手于对电磁波进一步深入研究。他大胆地设想：如果想办法撞激电火花，使它周围产生电振动，这种电振动肯定会向四面八方传播，那么，可不可以在火花周围捕获一些振动，再用来撞激别的火花呢？赫兹带着这个问题，开始了企图通过实验的方法获得电磁波的研究工作。

赫兹的实验其实很简单。他利用一个与感应线圈连接着的没有闭合的电路作为振动器，这个电路中包括了两根金属放电杆，每根金属杆的一端安上一个金属球，作为放电器，再将装在莱顿瓶中的电进行放电，则在两个金属球之间就激起了火花。这时就能发现在10米远的地方开路金属环两个金属球之间，也出现了火花的闪现。也就是说：如果使莱顿瓶放电，则突然增大的电流就像蛇一样来回振动起来，这就说明有变化的电磁场向四周传播，电磁波弥漫在了整个空间，进而引发在较远处的开路金属环两个金属球之间产生了火花。这样，赫兹终于在1887年通过实验的方法，成功地捕捉到了电磁波，从而证明了麦克斯韦预言电磁波存在的正确性。赫兹于1888年发表了他的实验结果，当时他还很年轻，只有31岁。

在这之后，赫兹又用实验的方法证明了电磁波与光有同样的特性；电磁波的传播速度等于光速；电磁波能跟光一样，遇到金属板可以反射。由此说明了光也是电磁波的事实。赫兹还测出了自己实验中获得的电磁波的波长为9.6米。

赫兹实验有着非常重要的意义，它从根本上证明了法拉第预感和麦克斯韦理论都是正确的。但可惜的是在赫兹发表他的实验成果的1888年，法拉第已经去世21年，麦克斯韦也去世9年了，他们都未能看到赫兹实验成功的这光辉的一幕，但历史将永远铭记他们。

赫兹实验的成功，开创了人类对电磁波应用的新时代。遗憾的是，赫兹对电磁波的应用不感兴趣。有人曾经多次问他：“是否将您的发现用于电信呢？”赫兹总是回答说：“我认为这不太可能。”

1894年，年仅37岁的伟大的实验物理学家赫兹，与世长辞了。他没有能看到电磁波用于无线电通信，更没有能看到电磁波的广泛应用和对人类社会的发展带来的巨大影响。

裂缝里的学问

1954年，英国两架“彗星”号喷气客机，先后因增压舱突然破裂而在地中海上空爆炸坠毁。起先，人们认为是材料强度不够而造成断裂，于是利用高强度合金钢来制造关键零部件。但是，事与愿违，断裂破坏有增无减。此事引起工程技术界的高度重视，在深入研究中发现，原来高强度材料中也存在着一些极小的裂纹和缺陷，正是这些裂纹和缺陷的扩展，才产生了断裂破坏。在此基础上诞生了一门崭新的科学——断裂力学。

传统的材料力学认为材料是均匀的、连续的、向同性的。而断裂力学却认为任何材料都是不连续的、不均匀的、有缺陷的，因为材料中不可避免地会存在一些裂纹和缺陷。它们是那样微小，即使用高精度的无损探伤仪也难以测出来。但正是这些潜伏的缺陷和裂纹，在一定的使用条件下会造成重大的断裂事故。

造成断裂的影响因素是多方面的，主要有以下几种：（1）疲劳断裂。在交变载荷的来回作用下，加速了材料中裂纹的扩展，最终导致材料断裂。这是一种很常见的断裂现象。例如，要弄断一根铅丝，只要把它来回弯折几次，很快就会在弯折的地方断裂。这就是疲劳断裂，来回弯折的力叫“交变载荷”。（2）冷脆断裂。金属材料对温度的变化很敏感，在正常温度下的韧性材料，处于低温环境时往往会变脆，当温度下降到某个临界值时，材料的微小裂纹就会以极快的速度扩展（高达1000米/秒），最后导致材料断裂。（3）氢脆断裂。钛合金和高强度合金钢等材料在使用中往往要接触腐蚀介质，因此，在它们的表面会发生电化学反应并产生微量的氢，这些氢原子能渗透到金属结构中去；而且材料中哪里的应力最大，氢原子就往哪里跑，并聚集在那里，使该部位的应力变得更大，当聚集的氢原子达到一定数量时，在它们聚集处就会发生突然的脆性断裂。

倒立的人

世界上只有苍蝇、蚊子等昆虫可以停留在天花板上，连鸟也不能倒抓在天花板上。可是，魔术师却能借助于力学装置成为“人蝇”，倒吸在天花板上行走。

在剧场的天花板上挂着一块7.5米长的木板，木板朝下的一面漆着油漆并打蜡上光，目的是使表面光洁平整，让吸盘可以牢牢吸在上面。表演开始时，一位小姐坐在紧挨木板上头的秋千上，脚上穿着一双像溜冰鞋那样的高帮靴子。只见她在秋千上做一个倒立动作，用脚蹬住那块木板。然后双手放开秋千，嗨！她居然头朝下，身体挂在木板上了。一开始，她以很小的步子倒退着走，接着又往回返程，也是倒着走。几个来回一走，博得满堂喝彩。

这个魔术成功的关键在那双靴子上，原来这双靴子的鞋底里装有气动装置，每只气动装置所产生吸力足以支持两倍于表演者体重的重物。因此，当魔术师在天花板上行走时，即使只有一只脚与木板接触，它也足以把她牢牢吸在上面。当然，靴子里还有一套紧固装置，可以把表演者的双脚牢牢缚在靴子里，为了预防万一，天花板下设有一张安全网。

真假子弹

世界著名的魔术师托里尼，每次演出的压轴戏总是“退尔枪”。由他儿子扮演瑞士民族英雄威廉·退尔的儿子，将一只苹果放在他口中，用嘴咬住。托里尼请一位观众拿起一把手枪，在众目睽睽之下将一颗子弹推上镗，随后让他对准苹果开枪。“乒”的一声，子弹在烟雾中飞出，只见小托里尼安然无恙，而子弹却留在苹果中。

人们从力学角度去思考，怎么也无法解释快速飞驰的子弹会被一只苹果挡住。其实这个魔术的窍门在子弹上。总共有3颗子弹，2颗是真的，1颗是假的。起初，观众拿的是一颗真子弹，当托里尼把它推上镗时换成了假子弹。这颗子弹看上去和真的一模一样，只是一受到压力就会粉碎。因此，一开枪它就马上散成无数细粒，像灰尘一样四处飞扬，观众看来还以为是子弹射出后的火药烟尘。当然，苹果中的子弹是事先埋藏在里面的真子弹。它当然与托里尼向观众出示的那颗真子弹一模一样。

这个魔术的关键是制造假子弹，它既要在外形上与真子弹一模一样，又必须在枪击的压力下碎成粉末。有一位魔术师为节约成本，表演时用的子弹在“肥皂弹”的外面滚拌上石墨粉。可是，有一天晚上演出时，“肥皂弹”出了事故。它没有粉碎，结果打在表演者的脸上，使他受了重伤。原因在于那颗“肥皂弹”因放置时间较长，肥皂本身干固了，结果射出以后没有粉碎。

高高的自来水塔

扭开水龙头，自来水就哗哗地流出来了。

自来水是从哪里来的呢？你一定会想到深埋在地下的水管。但要追寻水源，那就得循着自来水管，到自来水厂里去看看。原来，那些埋在地下的水管，都是和自来水厂里一座座高高的水塔连接在一起的。

那么，这些水塔又有什么用呢？我们不妨举一个小小的例子。浇花的时候，如果你把水壶稍微侧一点，流出来的水流又细又慢；要是将水壶侧得厉害些，喷出的水流就又粗又急。这是什么原因呢？原来，水越深，压强就越大。水的深度每增加10米，压强就会增加大约1个标准大气压。让水壶侧过来，就是让水面相对于喷嘴的深度加大，水的压强也会跟着变大，水流喷出来时就又粗又急。

我们再来看看高高的水塔。如果一个水塔的高度为10米，另一个水塔的高度只有5米，那么高10米的那个水塔塔底的水流压强，比高5米的那个水塔塔底的水流压强大40千帕左右。倘若两个塔底的出水口大小一样，它们同时开放，压强大的自然比压强小的出水急。因为自来水要供应地势高低不等的各处用户，如果没有足够的压强，地势高处的用户就会得不到水，所以水塔一般都造得很高。

在现代化的大、中城市，由于水网范围宽，管路阻力大，光靠水塔来产生压强是不够的，还得借助于很多加压水泵。

泥地难骑车

在软软的泥地上骑自行车时，自行车的两个轮胎就像是漏了气似的，蹬起来特别费力。这是什么缘故呢？

想想看，你在雪地里或是在泥沼地里走路时，不也是感到很难起步吗？这是因为脚踏在雪地里或泥沼地里的时候，人的体重就压在脚底那么大的一块面积上，这时候，脚对地面产生了一个较大的压力。因为雪或泥沼地的弹性系数和弹性限度都非常小，也就是说，在不太大的压强的作用下，就会发生较大的形变，而且不能自己恢复原来形状，所以脚就陷进了软软的雪或泥里了。这样，当你再想起步时，就不得不把脚抬得比平时走路时高才行。因此就感到比较吃力了。

在泥地里骑自行车也是这样，由于车轮对地的压强，使泥地被压出一条深沟。这样，车要前进，首先必须要把自行车的轮子从沟里抬起来。而且泥地越软，车轮陷得越深，深沟对车轮前进的阻碍越大，使自行车前进所需要的推力也越大。所有这些因素都要求人对自行车的踏脚施加更大的作用力。因此，在泥地上骑自行车特别费力。

青鱼哪去了

从前，曾经发生过这样一件事：一个商人在荷兰向渔民买进5000吨青鱼，装上船从荷兰运往靠近赤道的索马里首都摩加迪沙。到了那里，用弹簧秤一称，青鱼竟一下少了三十多吨。奇怪，到哪里去了呢？被偷是不可能的，因为轮船沿途并没有靠过岸。装卸中的损耗也不可能有这样大。大家议论纷纷，谁也没法揭开这一秘密。

直到后来，才真相大白。鱼既没有被偷，也不是装卸造成的损耗，而是地球自转和地球引力开的玩笑。

原来，一个物体的重量，就是物体所受的重力，是由地球对物体的吸引所造成的。但地球不停地转动，会产生一种惯性离心力。因此物体所受重力的大小，等于地心引力和惯性离心力的合力。又因为地球是个稍扁的椭球体，越近赤道，地面与地心的距离越远，地心引力也就小一点。所以，物体的实际重力，应当是地心引力减去惯性离心力在垂直方向的分量。5000吨重的青鱼，从地球中纬度的荷兰运到赤道附近的索马里，重量必然逐渐减小，难怪过秤时就短少了三十多吨。

如果登山运动员从珠穆朗玛峰采集到一块岩石标本，把它送到北京时，它会变得重一点；要是请宇航员把它带到地球引力所达不到的太空，它又会变得没有重量了。它们的道理也一样。但是，不论物体的重量怎样变化，它们的质量却是不变的。我们还应注意，物体重量的变化，只有用弹簧秤才能称量出来，借用天平或杆秤是看不出来的。

飞上蓝天的风筝

在风和日丽的时候，许多人都喜欢到郊外或公园去放风筝。当五彩缤纷、造型各异的风筝在蓝天上翱翔，人与大自然融为了一体，这对放风筝和看风筝的人来说，都是一种美的享受。

那么，风筝为什么能飞上蓝天呢？如果你留心观察就会发现，风筝总是迎风而飞，而且风筝的“身体”总是斜向下的，这就是风筝能飞上天的关键。首先，风筝总是迎着风飞，风吹在风筝上，就会对风筝产生一个压力，而且这个压力垂直于风筝的面。因为风筝的面是斜向下，所以迎面吹来的风对它的压力是斜向上的。风筝的分量很轻，空气的这种向上的压力足以把风筝送上蓝天。在风很小的时候，放风筝的人常常牵着风筝线迎风奔跑，或站在原地不断地拉动风筝线，利用勒线来调整风筝面向下倾斜的角度，这都是为了增大空气对风筝的向上压力，使风筝飞得更高。

风筝有大有小，形状也是各种各样的，它的下边往往还加了一些纸条或穗做成的尾巴。从物理学角度来说，这是为了使风筝的重心向下移，可以提高风筝的平衡性能，使它飞得更加平稳些。

静电杀手

摩擦能产生静电，一般情况下，这种静电是不至于置人死地的。但是，在某些特殊环境里，静电产生的火花却会酿成惨剧。

1979年年底，西北某工厂为清除试验车间地面上的油垢，用60千克汽油浸木屑，洒在地面上进行清扫。十几位女工蹲在地上擦地板，其中有位女工穿着涤纶衣服。当她擦到一根金属管附近时，她的身体突然对金属管放电，所产生的电火花引起了汽油与空气中氧的混合气体爆炸起火，最后酿成一场大火。在场工作的十几个人非死即伤，而穿涤纶衣服的那位女工死得最惨。为什么会酿成这场惨剧？原来，那位女工在擦地板时，身上的涤纶衣服因人的动作而摩擦带电，人身上带有高压静电，靠近金属管子时就容易放电。加上洒在地面的汽油很容易挥发，汽油蒸气的浓度很大，与空气中的氧气一混合就生成了易爆的混合气体。

这场惨剧告诉我们，在那种易燃、易爆的环境中工作的人，特别要注意静电会引起的灾害。其中最主要的是防止衣服因摩擦而产生静电。

鱼群回游

纯水是不导电的，可是水中一旦有了盐分，就变成电解质，电流就可以通了，而且盐越多，水的导电性越好，海水是含有高盐分的溶液，由于海水在流动，地球又是一个大磁场，这很像一根导线在磁场中运动，不就产生感应电流了吗？确是如此，海洋中确实有一个天然运动着的电流。海洋电流的发现，解开了不少自然之谜，鱼群回游就是其中之一。

过去认为鱼群的回游主要是海水的温度以及海流的作用。实验表明，有些鱼类对温度并不敏感，但对电性非常敏感。例如，巴伦支海中所观察到的鲱鱼，只要存在每千米0.5～1的电位差，它们就会向高电位方向游动。据在巴伦支海的大港摩尔曼斯克的统计，它的沿岸捕鱼量与近海里的天然电流的电位差变化密切相关，在海洋电流的电位差显著增大然后又保持在较高值的日子里，鱼的捕获量显著增加，因为鱼向着高电位方向游过来，然后就待在这较高值的地方不走了。

另外，根据连续20多年的统计，在里海、黑海、亚速海，鲱鱼的捕获量每隔11年有一个从大到小变化的周期，这个周期与太阳黑子的爆发周期正好吻合。根据天文学家的解释，太阳黑子爆发会引发地球的磁暴，而磁暴的出现会使海洋中感应更大的电流，从而把鲱鱼吸引过来，使得鱼的捕获量大增。

交流电大战直流电

电灯是爱迪生发明的，不过，那时候的电灯是用直流电作为电源的。直流电照明系统是直接将电流从发电机输向客户，不再从客户流回发电机。而这种输电方式只能把电压局限在250伏之内，超过这一标准就会烧毁电灯的灯丝，危及用户安全。同时，由于受到升高电压的限制，长途输电就会造成巨大浪费。直流供电系统的这一缺点，在早期的供电系统中不是特别重要，因为当时的电厂就建在人口密集地区。后来，随着用电的普及，那些远离发电厂的、居住在人口稀疏地区的用户也要求供电，于是，直流供电系统无法远距离供电的缺点逐渐暴露出来。相比之下，当时还不普及的交流电供电方式，在这方面显示出它巨大的优越性。因为交流电的电压通过变压器很容易升高，这有利于远距离输电。然后，在输入用户或工厂之前，再利用变压器把电压降下来，以适应用户的安全要求。

交流电发电机是由爱迪生的竞争对手南斯拉夫发明家特斯拉发明的。这种发电机简单、灵巧。而特斯拉早先发明的变压器又能解决长途输电中的电压升降问题，再加上特斯拉又得到美国工业家威斯汀豪斯的支持，因此，交流电供电系统的发展势头强劲。由于有人用交流电把马路上的小狗小猫这些小动物电死，一座监狱的牢头又用交流电通到电椅上把一名杀人犯处死，所以在许多人心目中，交流电一度成了死神的同义词。

但是，交流电一方所受的挫折只是暂时的，在其后几年里它逐步占领了市场。特别是1895年，威斯汀豪斯公司在尼亚加拉大瀑布上建立了交流电的发电站，这在当时是一项了不起的成就，从而使交流电供电系统取得了决定性胜利。

神秘的太空电波

1928年，大学刚毕业的詹斯基来到贝尔电话实验室工作。当时，贝尔电话公司刚安装了横跨大西洋的短波无线电通信线路。詹斯基的任务就是研究短波通信中的各项干扰因素。当时对30米波长以上的无线电波已有了较细致的研究，而对1.5～15米波长范围内的短波则还没有作过系统研究。为了进行这项研究，詹斯基建造了专门的天线和接收器，接收器的工作波长是14.6米。在研究过程中，他发现一种来源不明但带有“咝咝”声的天电，并发现它的方向似乎同太阳相关。

本来，詹斯基的工作可以到此为止，因为影响通信的主要干扰都已查明，而这种咝咝声的天电对实际的无线电通信又几乎没有什么影响，通信工程师又何必去为它操心呢？但是，詹斯基没有放过这微弱的电波，他继续积累资料，发现它并不完全同太阳运动相一致，而是每天都要提前4分钟。詹斯基曾向一位好朋友学过一些天文学的基础知识，他知道恒星时的周期比太阳时要短4分钟，因此，詹斯基认识到，咝咝的噪声可能是来自太阳系外的某个恒星，它是随恒星时而改变的。经过一年的监测，詹斯基终于断定太阳系外的某些恒星能发射无线电波。他同时给出了这个固定无线电源在太空中的坐标，指出它与银河系中心相近。

詹斯基的发现是天文学史上的一次大革命，过去人类认识宇宙主要是通过可见光这个“窗口”，但是对于那些不发可见光的“暗天体”就没法认识了。现在，无线电波段（又叫射电）的“窗口”被打开了，它给人类带来那些只发射无线电波的天体的丰富信息，大大加深了人类对宇宙的认识。

拖“辫子”的电动机

在地壳与大气层的电离层之间，竟存在着有30万伏电位差的大气电场，这大气电场电位虽然很高，但由于空气的电导很小，产生的电流非常微小。

大气电场虽然早被发现，但一直无法利用。人们发现了一种能长久保持带电状态的物质——驻极体以后，有人利用它的开缝效应制成一种新型电动机。这种电动机需要高电压（几千伏以上）和低电流（几毫安、甚至几微安）的电源才能工作，而大气电场恰好具备这些特色。于是一台既不用直流电，又不用交流电的特殊电动机在美国西弗吉尼亚大学问世了，它被称为“大气电场电动机”。

这台电动机拖着两根长长的“辫子”，一根与该大学一幢11层的大楼上的天线相接，另一根与地线相接。这样可以从大气电场那里获得上千伏的电压和1微安的电流，电动机每分钟可转几百次。大气电场电动机由三个圆盘组成，上、下两个圆盘用铝箔和云母胶合而成，并在铝箔中间开一道细缝，细缝的两边作为电极；中间的圆盘由两块半圆形的驻极体拼合而成，两块驻极体的极性相反。当人们在细缝两边的电极分别加上不同极性的电压时，中间的驻极体就会受到一个与两个电极平行的作用力，于是转动起来。电机的转轴是一根有机玻璃棒，两端用宝石轴承支持着。

目前，大气电场电动机的最大功率已超过100瓦，但如用作动力装置尚有一定距离。如果将来能设计出一种能获得较大电流的天线，使更大功率的大气电场电动机转动，那么，人类就能从大气电场这个天然发电厂里取得廉价电力了。

地磁风暴

1956年2月23日中午，中央人民广播电台的短波广播节目正常播出，中国数以万计的听众正在不同地区听得入神时，突然播音中断了，一直过了36分钟才恢复正常。经过反复检查，广播电台的发射机工作正常，当然全国各地的收音机也不可能同时出毛病，那么，问题出在哪里？无独有偶，英国海军部与其在格陵兰海面演习的潜艇的无线电通信联系也在同一时间中断，当时他们怀疑潜艇失事沉没了。这一连串事故为什么会在同一时间发生？天文学家告诉人们，他们在此时间内观测到太阳上发生了一次大爆炸，它引起的磁暴（地磁风暴）影响到地球上的无线电通信。

地球像一个巨大的磁铁，它的四周存在着一个地磁场。地磁场有三个要素构成：磁场强度（水平强度和垂直强度）、磁偏角和磁倾角。磁暴往往是突然出现的，各地的地磁要素突然改变它的数值，其变化幅度可以进行到几安/米，并且继续发生急剧的、不规则的变化。在1959年7月14日～15日上海余山地磁台记录到的一次磁暴，从曲线上可看出这次磁暴地磁场水平强度的变化近1安/米。这种地磁强度的剧烈的变化会引起地球电离层的不稳定，而短波通信的信号能传播到全球，就是靠电离层对无线电波的反射和折射。因此，电离层不稳定，严重时会造成短波通信的中断。

产生磁暴的原因和太阳活动有关。每当太阳活动剧烈时，就会出现一些黑子。根据记载分析，太阳黑子出现和增多时，地磁活动也达到最大值并产生磁暴。进一步的观测发现，太阳黑子爆发时会向外辐射大量带电粒子流，正是这些“不速之客”扰乱了地球磁场，引起磁暴。

磁性武器

军舰是用钢铁材料建造的，在地球磁场的磁化作用下会产生自己的船舶磁场。当带有磁场的军舰驶入敌方布有磁性水雷的区域时，水雷的引信就会“感知”到额外磁场的存在，因为它们能根据当地地磁场的特征进行自动调节，排除地球磁场的作用，使指针指向零点。当它接收到“外加磁场”的信号后，就能按事先规定的方式起爆，从而达到炸毁敌方舰艇的目的。这里所谓的事先规定的方式，包括即时起爆、延时起爆、延时延次起爆等。即时起爆即引信感知较强的磁场信号后（这时舰艇已在水雷近旁）就起爆。延时起爆指引信感知到一定的磁场信号时，舰艇离开水雷还有一段距离，根据事先估计的舰艇驶到水雷爆炸的有效半径内还需要多少时间，延迟到这个时刻再爆炸。延时延次起爆是一种更高级的“定时炸弹”，它不仅延时到舰艇靠近时爆炸，而且可以延长到主要舰只靠近时才爆炸。因为敌方的一支舰队出航时，航空母舰、主力战舰往往位居中间，因此可以延次到经过三四艘舰只后才爆炸，以便将主要舰只炸沉。

有矛必有盾，为了减少军舰遭受磁性水雷袭击，人们就设法对舰船消磁，使水雷感知不到额外磁场。办法很简单，利用通电导线中产生的磁场来抵消船舶磁场，使水雷的引信失效。

21世纪的磁悬浮列车

几年前，在长沙国防科技大学的一个试验室里，科学家们正在为参观者演示一种新型的列车。当科研人员打开操纵开关时，这台长120厘米，自重60公斤，没有引擎，没有轮子的奇特的列车样车霎时间好像变成了一片羽毛，轻飘飘地悬浮在两根钢轨上；科技人员再打开运行开关，车身便由慢到快，向前疾驶而去。试验室里响起了一片热烈的掌声。同时，我国的新闻媒体也骄傲地向世界宣布：中国自行研制的第一台磁悬浮列车原理样车试验成功了！

磁悬浮列车是一种利用电磁吸力或斥力将列车悬浮在轨道上运行的新型列车。这种列车在运行时，车体与轨道能保持10-20厘米的缝隙。由于车体与轨道间没有机械接触，没有磨擦，因而时速可达500公里以上，并且无振动、无噪音、无污染，乘坐平稳。舒适、安全，就像一架超低空飞行的飞机，是一种十分理想的交通工具，被人们称为21世纪的“神行太保”。

是什么“魔力”使得由钢铁制成的体大身沉的列车变得如此轻飘，能在轨道上腾空而飞呢？

实现磁悬浮一般有两种途径。一种是吸引悬浮。它是以车上的电磁铁与铁磁轨道之间的吸引力为基础，车身被吸挂在轨道的底部，其间保持1厘米的缝隙不相接触。由于两者之间的缝隙较小，这种方法要求轨道的加工和铺设有较高的精度，一般只用于速度较低的短距离运输系统。

另一种途径是排斥悬浮。它利用的是超导磁体的安全抗磁效应。早在30年代，科学家们就发现了超导磁体的一种特殊性能：当某种金属变成超导体时，超导体内磁感应强度为零。科学家们将其称为完全抗磁性或迈斯纳效应。为了让你更好地理解超导体的完全抗磁性，我们做一个实验：

在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小，但磁性很强的永久磁铁，然后把温度降低，使锡盘出现超导性。这时，可以看到小磁铁会离开锡盘表面飘然而起，与锡盘保持一定距离后，便悬空不动了。这是由于超导体的完全抗磁性，使小磁铁的磁力线无法穿透超导体，磁场发生畸变，便产生了一个向上的浮力。这类似于水无法穿过船帮进入船舱，就产生向上的浮力使船漂在水面上。磁悬浮列车就是利用了超导体的这种完全抗磁性，才使长龙似的列车插上了腾飞的翅膀。

从1966年波维耳等科学家提出利用超导体和路基导体中感应涡流之间的磁性排斥力把列车悬浮起来运行的设想以来，磁悬浮列车的研究发展迅速。80年代，日、德、英、美和前苏联等国已分别制成了高、中、低速各种档次的磁悬浮列车。其中，日本和德国的技术比较成熟。如日本早在1979年就曾在一条7公里的试验线路上进行了载人实验，并创造了时速517公里的世界纪录。虽然到目前为止，世界上还没有一个国家的磁悬浮列车正式投入运营，但是随着各项技术的发展，特别是近年来在常温超导体研究方面取得的一系列重大突破，必将大大加快超导磁悬浮列车的商业化进程。不仅如此，美国最近又计划研制一种更加先进的地下真空磁悬浮超音速列车。这种名为“行星列车”的磁悬浮列车的最大设计时速为2.25万公里；是音速的20多倍，乘坐它横穿美国大陆只需21分钟。我们有理由相信，21世纪的“神行太保”将在新世纪里大显身手。

绿色汽车

所谓绿色汽车，并非指汽车的颜色，而是特指那些低能耗、无污染、可以回收的汽车。绿色汽车的诞生源于人类自身生态意识的觉醒和对汽车文明的反思。汽车在施惠于人类并迅速发展的同时，也给人类带来了许多负面影响。汽车使蓝色的天空蒙上阴影，在清新的空气中加进了一氧化碳、氮化物和硫化物，把清新的空气变得令人无法忍受。绿色汽车的一个重要标志是动力源的改进，这是改进汽车动力源的突破口。电动汽车是目前绿色汽车开发的“重头戏”，美国把开发电动汽车作为振兴美国汽车工业的着力点。1991年，美国组建了先进电池基金会，计划到2000年使电池寿命增至10年，充电次数达1000次。目前，美国已研制出一次充电可不间断地行驶320公里，从静止加速到时速96公里仅需5秒钟的电动汽车。另外，德国也研制成功了时速可达120公里，充电一次可行驶430公里的电动汽车。

除电动汽车外，1992年日本推出了只依靠太阳光源行驶的太阳能汽车。这种汽车长6.5米，装有1900个晶体太阳能电池，重量只有140公斤，最高时速达120公里。

从长远讲，氢能汽车最有前途。液氢燃料是把水分解成氢、氧而制取的，几乎取之不尽，燃烧后排出的水也不会造成污染。1976年到1983年间，德国奔驰汽车公司利用氢作燃料的小型客车和货车已在柏林和斯图加特进行了行车试验。1990年，日本也制造了一辆使用液氢发动机的汽车，时速可达125公里，灌注一次液氢可连续行驶300公里。

绿色汽车还有一个重要特征是废弃后可以重新回收利用，这是对世纪汽车工业提出的战略性要求。为此一些发达国家已经开始执行所谓的“汽车拆卸回收计划”，即在各种零件上标以材料的代号，以便日后拆卸分类，再生利用。

伸向空中的“触须”

无线电“天线”的发明家波波夫是南美洲人，它发明了世界上第一根无线电天线。当时人们把“天线”叫做无线电的“触须”。波波夫用许多轻气球系着一根铜线悬吊在天空，这是一根对电磁波感应灵敏度很高的“触须”，它能够感觉很远地方的雷电。

人们早就发现一只带正电荷的铜小球和一只带负电荷的铜小球相互放电时会产生发射电磁波的现象。这就是电偶极子振荡而发射的电磁波。把这对小球拉开并伸展到天空上电磁波的作用会传得更远。天线就是基于这种现象传到天空中去的导线。

天线对于发射和接收都有一定的特性，就好象用传声筒一样，面对的方向，叫到的声音特别响声。天线具有“方向性”和“响度”，在电磁学中“响度”的意思是用电磁场的“强度”或者“增盖”来代替的。

雷达的天线象一个展开的伞，又象一只号角。电视塔的天线有的象鱼骨。这都是由其在方向性方面的要求所决定的。飞机场周围表标天线的作用是一旦飞机进入，信号灯就会自动闪亮，以警告飞机驾驶员，飞机已经进入机场范围。天线的结构形状千姿百态，目的是为了取得种种不同的电磁波辐射形态。

天线和普通导线不同，普通电线里的电流大小通常都一样，而天线上每一点的电流大小是不同的。天线引导电磁波行进，天线的形状尺寸与电磁波波长十分相关，调整天线是为了得到最大的驻波。驻波愈大，天线辐射能力就愈强。相反如果天线长短不合适，电磁波在天线上的行波就形成不了驻波。实用的广播天线有垂直天线，倒L型天线、T型天线和环形天线等等。

人体电波

人和生物在活动时其体内都伴有相应的电现象。这些电的电位变化十分微弱，而且呈一种突然表现的脉冲性居多。经过长时间研究发现生物和人体在健康与生病时电现象有十分明显的对应变化，观察这种对应变化就能进行病情诊断。

如人和动物的心脏在跳动时表现为一个完整的心电图，如果心脏有了毛病那么心电图的波形就会有变化。人的头脑也随思维活动表现出电压的变化，医学上称为脑电波。这种电信号在人睡眠时很平静，而动脑筋的时候电流波动特别大。在人的头部外合适位置贴上如一元硬币大小的银质电极，引入仪器可以测出脑电波。脑电波图可以分析脑部血管出现的各种问题，包括人的精神状况。实验证明人在喜、怒、哀、乐时的脑电波有十分明显的特征。

肌肉运动也会产生肌电信号，肌电信号的电压幅度和心脏表现的电压幅度差不多，约为一毫伏左右，然而他们表现出的各自形态是不相同的。

一种能按照残肢人意志做各种动作的机电假手，就是利用引出残肢部位发出的肌电信号，经大脑感应，指挥肌电假手动作的。这种具有两个自由度的肌电假手是一种复杂的仿生机构。它的手指能开能合，并可按所拿东西的轻重调节握力，手腕可作360°转动。

功能不凡的小卡片——IC卡

1996年新年伊始，中央电视台“东方时空”栏目向全国报道了一条让人兴奋的消息：从1996年起，海南省将在全省银行系统推广使用通用IC智能卡。并称，这是我国金融领域的又一次“革命”，它的使用将为我国金融支付手段与世界接轨产生深远的影响。

如此功效不凡的IC智能卡到底是什么呢？这还得先从它的老前辈——磁卡说起。对于磁卡，我们并不陌生，它已进入了我们的日常生活中，我们打电话用的邮政专用贮值卡，取钱的取款卡，购物消费时用的信用卡基本上都是磁卡。目前，在全国许多大、中城市都可用信用卡购物；许多银行、储蓄所都设有一个外形酷似游艺机的自动取款机，用户用取款卡就可以取到自己所需的现金，非常方便。磁卡按其构造可分为两种，一种是在外形像一张扑克牌的塑料卡表面粘贴有一条与录音磁带相似的磁条卡，目前我们常用的各种信用卡，如“长城卡”、“牡丹卡”等均属此类；另一种则是在乙烯塑料卡内层涂有一种磁性涂料的磁性卡，人们称其为PET卡。磁卡的记录方法与磁带及计算机用的软盘等相同，都是采用数字磁记录。磁卡要完成信息传递的任务，就必须通过磁卡读写器来完成。磁卡虽然被广泛用于金融流通、交通（高速公路卡、地铁日票卡等）、通信（电话磁卡）、事务管理（身份证卡、借书证卡、医疗磁卡等）、民用等众多领域，但是，由于磁卡存在着存储容量小、功能弱、安全性差等缺点，不能满足高速发展的信息社会的需求。随着超大规模集成电路和大容量存储芯片技术的发展，国外从80年代开始使用IC卡。有关专家预言，IC卡取代磁卡是社会发展的必然趋势。

“IC”是英文IntegratedCircuit（集成电路）的缩写。IC卡即为装有一个或多个集成电路芯片的塑料卡，所以又称为电子卡。IC卡又分为存储卡和智能卡（又称灵巧卡）两种。它们的区别在于：前者未装微电脑的CPU（中央处理器），因而只有存储功能；而后者装有一个形状大小类似于硬币的芯片——CPU，它既可以存储信息，又可以处理信息。由于智能卡具有CPU、存储器及输入/输出等组成部分，因此，一张智能卡可以说就是一台微小的计算机。

与磁卡相比，IC卡有以下一些优点。

可靠。IC卡是由读写设备的接触头与卡片上集成电路的接触点相接触进行信息读写，无任何移动部件，不会出现吃卡、塞卡等现象。另外，IC卡抗干扰能力强，具有防磁、防静电的功能。

安全。IC卡的所有需保密的信息以及用于安全控制的程序都设置在不可复制的防止外界入侵的存储区中，从而保证了信息的安全性和保密性。在制作过程中，在卡的内部设立相应的密码，从而可以有效地防止假冒。除利用对持卡人密码（简称PIN）进行验证以保证使用安全外，还可以采用生物认证技术进一步增加安全性。例如通过对持卡人的指纹、笔迹、声音等进行识别来证实卡的有效性。

存储量大。IC卡的存储容量一般是磁卡的1000倍以上。通常可存储3000个字节，现在科学家还准备将它再增加3倍。因此它可以存储大量的各类信息，可以做到一卡多用。

灵活。IC智能卡可以进行逻辑操作，因而可在不与中心计算机相连的情况下进行安全认证、操作权限认证。此外，用户可要求修改存储在IC卡的个人数据资料，查询剩余额等。

由于IC卡的以上优点，使得它在许多领域都得到了广泛的应用。其中主要有：

——电子付款：如银行金融交易卡、电话付费卡、移动电话卡、电视卡、保健卡、公路收费卡等。

——计算机安全控制：实现对非法进入个人计算机和工作站、非法存取磁盘文件及病毒侵害等问题进行有效的控制及防护。

——电子资料簿：存储个人、设备或部门的多种信息，并可根据用户要求对信息进行分级保护。

——身份验证及人事管理：可用于员工证，对员工的身份进行验证，还可记录员工的出勤情况、休假情况和工作业绩等信息。

IC存储卡的使用在国外始于80年代初。IC智能卡的使用始于80年代后期，最先使用它的是法国电信公司，短短十多年，IC卡以惊人的速度得到了长足的发展，给我们的生活带来了极大的方便。目前，不少IC卡都具有“一卡多能”的特点，比如我国海南省通用的IC卡就同时具有电子钱包、电子存折和电子信用三种功能。在不久的将来，我们只要在口袋里装几张薄薄的卡就可以外出了。IC卡将真正使人类实现“一卡在手，走遍天下”的理想。