像科学家一样思考(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：李慕南

出版社：辽海出版社

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像科学家一样思考试读：

前言

牛顿、达尔文、爱因斯坦……这一个个闪光的名字在他们所处的时代刻下了一个个深深的印章，更为其毕生钻研的领域留下了一座座无比珍贵的丰碑。这些伟大的科学家所留下的故事更是引人深思，催人奋进。阅读他们的故事能够给我们带来很多宝贵的启示，激发中小学生的上进心，从而走上求知求索的道路。《科学家传奇》系列丛书包括：《科学家的最高荣誉》、《科学家的青少年时代》、《站在科学之巅》、《像科学家一样思考》和《像科学家一样学习》。《科学家的最高荣誉》收集了世界上最负盛名的科学大奖，为读者讲述众多科学家获得巨奖背后的故事。一个个如雷贯耳的科学大奖，如同竞争激烈的竞技场，引来无数的科学巨人一展风采；一个个走上领奖台的科学巨匠，如同一颗颗璀璨的星星，闪耀在科学的天空中。在通往科学的道路上，满是荆棘与鲜花，留下的是他们的一个个动人又神奇的故事。期望读者从这些神奇的故事中，既能了解相关的学科知识，更能感受到科学家们献身科学的崇高精神，从中受到激励，得到人生的启迪。《科学家的青少年时代》用伟人的事迹激励孩子，远胜于一切教育。历史的长河中，总有一些人像河底的鹅卵石一样，深深地嵌在历史的河床内。纵观此书，你不仅可以从中目睹第一座核反应堆如何建造，爱因斯坦在怎样的恶劣环境中创立了相对论，爱丁顿如何证明“光线可以转弯”……你还有幸分享他们在做出发明与创造时的喜悦与激动，以及遭受挫折时的沮丧与懊恼。你更可以感受到从呱呱坠地之时与普通人无从区别的这些巨匠们具有怎样的一种创新品质与科学精神……崇高的理想，坚强的意志，勤奋的努力，科学家的青少年时代是你学习的好榜样。《站在科学之巅》是攀爬科学之峰的至高荣誉！事业、人生的追求无不如此，就在你冲刺巅峰的艰辛过程中，无数个予以衬托的山顶被你抛之身后，最后，你终于登上了孤悬高拔的群峰之巅，领略那心旷神怡的奇妙和美丽。面对这本书，你不是在面对枯燥的文字和繁杂的图片，而是面对着科学发展真实而传奇的历史。智慧在一个又一个科学家的大脑中接力，科学的火花在历史的长河中跳跃。无数智者倒在了探索科学的道路上，但是更多的人接过他们留下的知识继续完成这无尽的探索。当你看到这本书的时候，你已经踏上了科学探索之路。《像科学家一样思考》通过讲故事的形式，介绍了科学家在科学研究中所运用的思维技巧：阿基米得是如何

鉴别皇冠的真假

本书从不同侧面，形象生动地反映了历代科学家崇高的品德，以及艰辛的科学奋斗经历。希望此书能够使小读者们从思想上体会到科学的伟大力量，为其开启一扇智慧的大门。

本套丛书由李慕南任主编，李桂香任副主编，参加编写的有杨静、张强、杜天峰等同志。

本书编纂出版，得到许多领导同志和前辈的关怀支持。同时，我们在编写过程中还程度不同地参阅吸收了有关方面提供的资料。在此，谨向所有关心和支持本书出版的领导、同志一并表示谢意。

由于时间短、经验不足，本书在编写等方面，可能有不足和错误，衷心希望各界及读者批评指正。本书编委会鉴别皇冠的真假

2000多年前的一天，古希腊希洛王交给了阿基米得一项重大任务：鉴别工匠制作的皇冠是不是纯金制成的。阿基米得接到任务，久思不得其解。

一天，他的家人说：“你洗一洗澡吧，看你满身污垢，洗一洗能够轻松些，说不定还能开阔视野呢！”“有道理。”阿基米得在盛满水的澡盆中洗起热水澡来，他看到澡盆里的水溢了出来，自己的身体感到轻了许多。于是，他想：盆里溢出水的体积，不就是自己身体浸入水里的那一部分体积吗？用这个方法不就可以鉴别皇冠的真假了吗？他按照这个思路，终于鉴定出皇冠掺了假。

阿基米得在这个基础上，继续研究，最终发现了著名的浮力定律。

和尚揭榜

1066年，黄河洪水把山西风陵渡附近的浮桥冲断了，把4个几吨重的大铁牛冲入了河中。一个叫怀丙的和尚揭榜捞铁牛。

怀丙指挥说：“把两只船都装满沙，并排拴在一起，把船划到铁牛沉没的地方。”待人们把船划到那里时，怀丙吩咐一个船工潜到水里把铁牛用绳子拴好，然后说：“大家把船上的泥沙掀到河里。”

船工们立即动起手来，随着船里的泥沙一点一点减少，船在一点一点上升，绳索勒得“嘎巴嘎巴”响。当船里的泥沙全部卸光时，铁牛也被船拉了上来，人们把船划到修桥处，最后把铁牛拖到桥墩上。

来复枪的发明

奥地利的科尔纳喜欢摆弄枪。他曾制造了滑膛枪，可他对这枝枪并不满意。

1510年的一天，他看到有人用箭，箭的尾部装有3根鸡毛。“哎，箭的尾部为什么要装3根羽毛呢？”科尔纳好奇地问，“难道是为了美观吗？”

于是，科尔纳就去询问一位制造箭的老师傅。“箭装上鸡毛决不是为了好看。”老师傅眯着眼睛说，“而是为了让箭飞得更稳、更远。”“这是为什么呢？”科尔纳思考着。他反复观察箭的飞行过程：箭在飞行的过程中，鸡毛是旋转的，好像是绕着一条线在飞行。

科尔纳突然联想到了枪。“在枪上是不是也可应用这个原理昵？”他开始了大量的试验。

经过两年的研究，科尔纳发现，在枪管里刻上螺旋线，子弹果真飞得更稳、更远。就这样，他发明了来复枪。

由吊灯到摆钟

1583年的一天，意大利科学家伽利略和别人一样到教堂去做礼拜。教堂里的祈祷声没有引起伽利略的注意，而悬挂在教堂半空的一盏大吊灯却引起了他极大的兴趣。一阵风吹来使吊灯来回摆动起来。“奇怪，怎么每次摆动的时间都相等呢？怎么用时间来确定这个问题呢？”伽利略心里没有数。

这时，他忽然想到了脉搏，他数着自己的心跳：1，2，3……17。“啊！吊灯每摆动一次，心跳了17次。”这时一阵大风吹来，吊灯摆的角度变得很大，可他发现，吊灯摆一个来回所花的时间，还是心跳17次。就这样，他发现了摆的等时性。

伽利略一回家就找来一根绳子和一块碎铁片，做起了原始的摆钟实验来。后来人们根据伽利略的发明和设想，制成了摆钟。

“思想实验”的胜利

400多年前，伽利略在灯下阅读古希腊大哲学家、大科学家亚里士多德的著作。“亚里士多德写的东西太好了！他真了不起！”可是，当伽利略读到“重的物体落地快，轻的物体落地慢”时，觉得有点问题，他对这位权威的结论产生了怀疑。

他大胆推想：把轻重不同的两个物体连在一起，按亚里士多德的说法，重的物体落地快，轻的物体落地慢，轻的会把重的拖住，就会比单独一个重的物体落地慢一些；按照另一种思维，轻的物体和重的物体连在一起，重量就会更重，应该比单独一个重的物体落地更快。这不是自相矛盾吗？从这正反两面可以看出：轻重不同的两个物体应该同时落地。

1590年伽利略在意大利比萨斜塔成功地做了这个实验，事实否定了大权威亚里士多德的错误结论。

体温表是这样制成的

哈哈，就在这一问一答的过程中，启发了伽利略的思维，他高兴地说：“水的温度发生变化时，体积也发生变化；当水的体积变化时，不也可以测出温度的变化吗？”他起先用试管装上水做实验，没有成功；后来他作了改进，用极细的玻璃管装水，排除管里的空气，然后密封起来，在玻璃管刻上刻度。一经试用，果然灵验。于是，世界上第一支体温表就这样诞生了。

帕斯卡发现大定律

那是在1639年，法国人帕斯卡在回家的路上看到一个园丁正在浇花。扁扁的水管一接上水龙头，管子立即就鼓胀了起来，水从管子里流了出来。

帕斯卡感到很奇怪：“水管为什么会鼓起来呀？”他站在管子上，可只把水管压得向下稍微凹了一点。他突然看到前面有几个小孔，如同人工喷泉，水喷得很高。

后来，他做起了实验。他找来一个空心的气球，把它灌满水，连着一个针筒。气球里有了水，气球就鼓了起来，用针扎几个小孔，里面的水就会渗出来，用针筒向下推一下，增大了压力，气球里的水就会喷出来。无论向哪个方向，小孔里的水都一样有力向外喷出来。

通过多次实验帕斯卡终于搞清楚了，针筒里的压力可以传导给气球里的水，它又能传导到各个方向；各个角落里的压力都是一样的。这就是著名的“帕斯卡定律”。

“托里拆利真空”

为此，1643年托里拆利设计了一个实验，他想：“测定10米高的水柱不方便，可用密度大的水银来代替。”他特制了一根1米长的玻璃管，一端密封起来，一端开口。把水银倒满玻璃管，用手指摁住开口的一端并颠倒过来，放在盛有水银的大瓷碗中，再松开手指。管里的水银很快下降流到碗里。“哈哈！水银下降到距碗里的水银面高76厘米时，就不动了。”他算了一下，76厘米高的水银柱产生的压强，正好和10米水柱产生的压强相等。

托里拆利在这个实验中，不仅获得了真空，而且发现了大气压。后人把托里拆利实验中，水银柱以上的真空空间叫“托里拆利真空”。

瓦特与蒸汽机

1705年，英国铁匠纽康门设计了著名的纽康门大汽机，广泛地应用于矿山排水。但是纽康门机有一个最大的缺点：耗煤量太大。难怪有人戏说：“谁要使用纽康门机，就得有一个铁矿做原料，一个煤矿做燃料。”“怎么来克服耗煤太大的缺点呢？”英国工程师、发明家瓦特认真思索这个问题。瓦特针对这个问题对纽康门机进行了改造，在这个基础上终于发明了蒸汽机，使其用煤量减少了3/4。瓦特的蒸汽机于1769年在英国获得专利。蒸汽机的诞生，使人类的生产力发生了一次巨大的飞跃。

莱顿瓶

1745年，荷兰莱顿城莱顿大学物理教授米欣布鲁克，正在寻找一种把电“储藏”起来的容器。

一天，他正在实验室里做电学实验：从天花板上用丝线水平悬挂了一根铁制的枪管，枪管的左边正好碰在起电机的玻璃球上。他取来一根铜丝，在枪管的右端绕了几下，再把铜丝另一头浸入一个盛了水的玻璃瓶里。

实验中，他原来是打算用手指接近带电的枪管，观察枪管与手指间的电火花。做了几次实验后，他觉得那个盛了水的玻璃瓶有点儿晃动，于是，他用另一只手去托住玻璃瓶。忽然一声巨响，他被击倒在地。“天啦！好厉害啊！”“玻璃瓶怎么会带电呢？”米欣布鲁克教授马上意识到，一定是那个盛了水的玻璃瓶把起电机得到的通过枪管传过来的电都储藏起来了，这次突然释放，所以才有如此巨大的威力。于是，米欣布鲁克在这个基础上发明了能“储藏”电的“莱顿瓶”。

电，捕捉到了

1752年7月的一天，在美国的波士顿，天空阴云密布，眼看就要下雨了。就在这个时候，美国科学家富兰克林在野外放起风筝来。富兰克林的风筝很特殊，在顶端安了一根尖尖的铁针。放风筝的麻绳的末端拴着一把铁钥匙。当风筝飞上天空不久，天果然下起了大雨。

当头顶有闪电时，他感到手麻酥酥的。他意识到这是天空中的电流通过湿麻绳和铁钥匙传导到自己的手上。他高兴地大喊：“电，我捕捉到了！”

他把铁钥匙和莱顿瓶联接起来，结果使莱顿瓶蓄了大量的电，这种电可以点燃酒精，其作用和“摩擦起电”产生的电是一样的。富兰克林以自己的卓越贡献，揭穿了雷电的神话。他还根据这一原理发明了避雷针，在建筑和生产中得到了广泛的应用。

碰倒纺车所想到的

1765年的一天早晨，英国人哈格里夫斯早早起来帮妻子珍妮笨手笨脚地纺起纱来，他几乎天天想着如何对笨拙的纺纱机进行改革。“亲爱的，吃饭吧。”妻子珍妮叫丈夫吃饭。

哈格里夫斯因久坐没有站稳，一个踉跄碰倒了纺车。纺车上的纺锤从水平状态变为垂直状态，仍骨碌碌地转动着。哈格里夫斯看后兴奋地说：“珍妮，你看，纺锤立着也能转动！这太好了！”他观察了一会儿说：“如果在一个框子里并排立几个纺锤，用一个纺轮带动它们同时转动，不就可以同时纺出几根棉线来吗？这要提高多大效率呀？”

哈格里夫斯经过多次实验，终于做了个立式纺车，在框子里安了8个纺锤，一次能纺出8根线来，效率一下子提高8倍。这一发明被恩格斯高度评价为：这是在根本上改变英国工人状态的第一个发明。1770年，哈格里夫斯获得该纺纱机的专利权。

小车引起的思考

有一天，英国科学家牛顿看到一个人推着四轮车在前面走。他用力一推小车，便撒手往前走一段距离；等小车停下来后，他再推一下。如此反复着。牛顿感到很有意思，跟着人家走了很长一段距离。

手不推小车了，运动着的小车仍没有停下来，而是自己跑一段距离。这时，牛顿忽然想起了2000多年前大科学家亚里士多德的结论：“推一个物体的力不再去推时，原来运动的物体便静止下来。”这不是矛盾吗？

牛顿通过研究，做出了这样的假设：假如路很平滑，小车轴没有摩擦，小车用力一推，不就一直走下去了吗？相反，一辆停着的小车，不去推它，就会永远不动。

牛顿通过大量的实验证明：“任何物体，只要没有外力改变它的状态，便会永远保持静止状态或匀速直线运动状态。”

这就是大名鼎鼎的“牛顿第一运动定律”。他于1687年发现了这一定律。

苹果落地引出的万有引力定律

300多年前的一天，英国著名的科学家牛顿和他的好朋友史特克莱到花园里散步，他们走到一棵苹果树旁坐下休息。忽然，一个大苹果从树上落下正打在牛顿的脑袋上。牛顿一愣，陷入了沉思：“苹果为什么不飞向天空，不飞向两旁，偏偏要垂直向下落呢？为什么向上抛的物体最终还是要向下落？大概地球有某种吸引力吧？”

牛顿对这个问题很感兴趣，就同史特克莱探讨起来。随后他回到实验室认真研究起来，几经实验他终于发现了问题。他说：“看来，宇宙中的一切物体之间，都存在着一种相互吸引的作用力，我们管它叫做‘万有引力’吧。”他继续努力，最终发现了万有引力定律。

库仑扭秤的发明

18世纪80年代，法国物理学家库仑制作了一台十分精巧的丝悬磁针装置，并用它在巴黎天文台测量地磁场的强度。有一次，为了测量的准确，库仑用放大镜观察磁针偏转的角度，他偶然发现，平时用肉眼观察静止不动的磁针，竟在发生微小的振动。“为什么会这样呢？”库仑紧紧抓住这个问题不放，“能不能用悬丝制造灵敏测力仪器呢？”库仑反复研究金属丝的扭力和它的扭转角度、直径与长度之间的关系。库仑在大量实验基础上经过分析发现：对某种金属丝而言，在弹性范围内，金属丝产生的扭力矩与它的扭转和直径的四次方的乘积成正比，与金属丝的长度成反比。库仑在1785年公布了这一研究成果，宣布发现了弹性理论，发明了扭秤。这种扭秤为研究微小相互作用力提供了强有力的工具，人们把它叫做库仑扭秤。

高斯巧断瓶中线

1777年出生的高斯是德国著名的数学家、物理学家，有“数学王子”之称。他不到20岁的时候，就取得了不少的成就。周围的几个小伙子不服气，就想为难他。

几个小伙子挖空心思，终于想出了一个办法。他们用一根细线系上一块硬币，找来一个非常薄的玻璃瓶，把硬币悬空垂放在瓶中，用瓶塞把另一头的棉线塞住。

一天，他们拦住高斯，用挑衅的口吻说：“你天天捧着书本，拿着放大镜，好像很有学问的样子，你不碰瓶子能把瓶中的绳子弄断吗？”围观的人越来越多。

高斯本来很生气，认为很无聊。可他一看这个问题倒挺有意思的，就忍耐着性子，冷静地思考起来。他无意中抬头看到了明媚的阳光，又看了看那瓶子，忽然高兴地说：“有办法了。”

说完，他从口袋里拿出了放大镜，对着瓶子里的棉线照起来……随着硬币“当”的一声掉落在瓶底，大家发现棉线被烧断了。那几个小伙子对高斯佩服得五体投地，从此不再为难他了。

惠特尼的新思路

1798年，美国政府急需4万枝步枪，时间紧，任务重，让谁来造呢？

政府想到了惠特尼，虽然困难重重，但惠特尼把它当成是一次机遇。

当时造步枪，是一人造一枝枪。从零件到组装成枪，都是一个人干的。一人一个标准，零件有大有小，生产十分缓慢。

惠特尼看在眼里，急在心里。他提出了一个新思路：规定零件的尺寸，生产大量的能够互换的零件。工人们只顾埋头生产，过了一些日子，一枝枪也没有生产出来。“这能生产出枪来吗？”有人反对，有人攻击。这个消息传到了美国总统那里，总统很好奇，于是到惠特尼那里看看究竟。

惠特尼不慌不忙，当着总统的面，用大堆的零散零件，迅速地组装好了一枝步枪。

最后，惠特尼按时完成了政府交给的生产任务。

红外线的发现

1800年的一天早晨，年过花甲的英国天文学家赫歇尔通过桌上的一块三棱镜，正在欣赏太阳光透过它形成的七色彩带。

忽然，他想：“阳光带有热，可是组成太阳光的七种单色光中，哪一种携带的热最多呢？”他灵机一动：“如果测得了每种光的温度，不就知道了吗？”

赫歇尔在实验室墙上贴上一张白纸，并让七色光带照在纸屏上。在光带红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫以及红光区外和紫光区外的位置上各挂一支温度计。他发现绿光区的温度上升了3℃，紫光区的温度上升了2℃，紫光区外的那支温度计的读数几乎没有变化……然而令他吃惊的是，红光区外的那支温度计的读数竟上升了7℃。

赫歇尔分析认为，在红光区外一定还有某种人眼看不见的光线，而且这种光线携带的热量最多。

后来，科学界把这种看不见的光线命名为红外线，而赫歇尔也因此留名科学史册。

自动行走的船

有一天，小富尔顿和邻居大叔一起驾驶着船到河的上游找活干。他们悠闲地撑着篙，逆流而上。突然，他们遇上了湍急的水流，小船在水中打转。邻居大叔拼命地撑篙，争取向上游划。汗水湿透了他的衣服，小船艰难地移动着。

小富尔顿对大叔说：“假如能够让船自动行走，不用人力撑篙，那该多好啊！”“那好呀，大叔就等着坐你造的会行走的船。”

一转眼，富尔顿22岁了，他从美国到了英国，在那里认识了瓦特。瓦特给他讲了蒸汽机推动机器转动的有关问题，使他茅塞顿开。“蒸汽机能推动机器转动，把它安在船上，带动桨轮转动，船不就能走了吗？”

于是，他一边绘制草图，一边计算船的长短比例。经过9年孜孜不倦的研究，他终于在1807年制成了世界上第一艘蒸汽机轮船——“克莱蒙脱号”。

戴维与安全灯

1812年，英国的一个矿井发生了瓦斯爆炸，一下子就死了92个矿工。当地的牧师找到科学家戴维来研究这个问题。

一天，戴维和助手在做着实验，偶然将一小片金属网通过火焰时，上半截火焰竟没有了，下半截的火焰仍在燃烧；把金属网拿走后，火焰又恢复了原来的状态。“这是怎么回事呀？”戴维立即抓住这个问题不放，追根究底，苦苦思索，“哦，我知道了，金属的导热性强，能很快地把热量散发出去，温度降低到燃点以下，有气体也不能燃烧。”

啊！他的眼前一亮，兴奋地说：“把火焰限制在一个小空间内，没有火花到外面去，瓦斯就不会爆炸。”“哦，安全灯有了！”助手高兴地说。

就这样，他们研制了一种罩有金属网的灯。牧师毅然决然地要亲自去试一试安全灯。他提着这个灯向矿井深处走去，结果真是一种名副其实的安全灯。

“电流的磁效应”

1820年的一天，丹麦哥本哈根大学的物理学教授奥斯特正在给学生上电学实验课。只见他用导线连接伏打电堆的两端，又把磁针悬挂在导线上。“瞧，磁针转动了，偏离了南北极！”一位名叫玛尔格蕾特的女学生惊奇地说。这一偶然现象，令奥斯特教授兴奋不已。

奥斯特用许多伏打电堆做成了一个很大的“电流影响磁针偏转的实验装置”。他决定改变一下导线和磁针的方向，变相互交叉成直角为平行并排放着。他把导线转了90°角，让它和磁针平行，成南北方向。就在接通电源的一瞬间，磁针迅速转动起来，从南北指向转为东西指向，轻轻晃动了两下后停下来。当切断电源后，磁针又恢复到原来的南北指向。

这次实验，证明电流确实能对磁针发生作用。在这个基础上，奥斯特发表了他著名的论文《论磁针的电流撞击实验》，他将这一实验现象称为“电流的磁效应”。为了纪念奥斯特，磁场强度的单位以“奥斯特”命名。

安培定律的发现

1820年7月21日，丹麦物理学家奥斯特公开发表了题为《论磁针的电流撞击实验》的论文，向科学界宣布了电流的磁效应。

这如同一阵春风，吹进了法国科学院院士安培的心田。在奥斯特的启发下，安培心想：“这里应该大有学问，应该把它作为研究的方向。”于是，他就着手研究两根导线中的电流关系。

安培用不同的电源和导线反复进行实验：有时把导线折成方框后通上电流，有时又把导线对折再通上电流。他以精巧的实验和高超的数学技巧相结合，总结出了右手定则以及判断磁场对电流作用力的左手定则。1820年年底，安培又做了许多实验，总结出电流元之间作用力的定律，描述两电流之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系。后来，这个定律被称为安培定律。为了纪念安培，人们把电流强度的单位以“安培”命名。

蒸汽机车的发明

斯蒂芬孙14岁就到英国一家煤矿工作，没过几年就成了技术能手。

一天，一辆运煤马车突然坏了，十几辆马车被堵在那里。煤矿把头狠狠地把赶马车的小伙子训斥了一顿。斯蒂芬孙急忙帮小伙子把马车修好了。

这件事对心地善良的斯蒂芬孙触动很大。这天，他坐在机器旁，看着旋转的机器轮子，脑海里那个马车的轮子居然跟着转动了起来。这时，他产生了一个大胆的设想：“能不能用蒸汽机带动车轮转动，制造出蒸汽机车呢？”

斯蒂芬孙开始了艰难的实验。他按照修理的一台旧蒸汽机的大小和轮子转动情况，设计制作车盘、车轮，进行组合、安装。经过反复的实验，终于使蒸汽机带动车轮转动了，但在地上会陷在泥土里。

后来，他又铺上了木制的轨道，蒸汽机车于1814年问世了，但还有噪声大、震动大等问题。

斯蒂芬孙并不满足已有的成就，他坚持不懈地对蒸汽机车进行改进，并把木轨改为铁轨。历时11年的时间，他在1825年制成了世界上第一辆蒸汽机车——“旅行号”。

布朗运动

布朗是英国著名的植物学家，他热衷于植物花粉的研究。他把植物成熟花粉囊里的花粉浸到水里，然后放在显微镜下观察。

1827年的一天，他在显微镜下看到了一个非常奇特的现象：那些花粉微粒都在颤动。“哦，这是怎么回事呀？”布朗自言自语，“是水在颤动？”

后来，他经过仔细观察，终于发现这种颤动似乎是来源于微粒本身。

为了证明这个问题，他把尘埃、煤炭粉末、树脂微粒等无生命的物质放在水中，观察它们的运动。他索性把钟乳石、火山灰、石棉等也研成粉末，放在水中观察。“哈哈！它们也都在运动！”

于是，他得出结论：一切微小的物体放在水中，都在做无规则的运动。

后来，人们把这种自然现象叫做“布朗运动”。

磁转化为电

1831年的一天晚上，英国物理学家法拉第读到丹麦物理学家奥斯特的一篇文章，说他偶然发现，一段导线用电池通上电流，能使附近的小磁针摆动。这使法拉第喜出望外，立即找来电池、导线、磁针就做起实验来。

哈哈！导线下面的小磁针还真的转动起来。高兴的法拉第反过来一想：“能不能把磁转化为电呢？”

后来，他把铜丝缠在圆筒上，把铜线的两端接在电流计上，把一根磁石插入筒内，哇！在刚插入的一瞬间，电流计的指针竟转动了。“成功了！电流产生了！”他高兴得竟如同孩子似的跳了起来。

后来，法拉第根据自己的发现，反复实验终于制成了世界上第一台发电机。

“场”和“线”的转变

著名物理学家牛顿曾说过：“空间除了粒子以外什么也没有，没有粒子的地方是一无所有的真空。”由于牛顿的权威地位，这种说法很流行。“这是真的吗？”19世纪初，英国物理学家法拉第对牛顿的说法产生了怀疑。他认为：“物质到处存在，没有不被物质占据的真空。”法拉第为了找到证据，找呀，找呀，找了十多年，终于在1831年发现了电磁感应现象。

法拉第在一块磁铁周围撒了一把铁屑，铁屑就会形成一条条曲线。这是因为铁屑在磁场周围被磁化，变成了无数个小磁针。小磁针所形成的曲线叫磁感线。

磁铁周围的力线——磁感线证实了以磁场为代表的“场”的存在，“场”是物质存在的两种基本形态之一。“场”是“力线”存在的前提和基础；“力线”是“场”存在的标志和证据。“场”和“力线”概念的创立，几乎遭受了所有物理学家的反对，但最后经过时间的考验，还是被接受，从而否定了牛顿的说法。

电报的发明

1832年秋天，美国画家莫尔斯和医生杰克逊同乘一艘轮船从法国回美国。一天，杰克逊正在船上讲他在巴黎出席电学讨论会的事，他充满信心地预言：“我们面临的是创造电的奇迹的时代。”

他在桌子上放了一块马蹄形铁块，上面缠绕着绝缘的铜丝。一通电，那块马蹄形铁块就能吸引铁钉、铁片；一断电，铁钉、铁片立即就掉下来。真是神奇极了。

莫尔斯想：“电流通电后，能够产生磁力，如果利用电流的断续，编成一种符号，不就是一种很好的通讯工具吗？利用电传播快的特点，把这两者结合起来，一定能发明出极为理想的通讯工具。”

莫尔斯做了大量实验，如何利用神奇的电流呢？他想：“接通电流的刹那间就会产生电火花；电火花就是一种符号；没有电火花就是另一种符号；时间间隔又是一种符号；用这三种符号结合起来可代表不同的符号或字母，这就是一种电码。”莫尔斯根据这个道理终于发明了有线电报机，并编制了电报使用的莫尔斯电码。

信号放大站

19世纪30年代，美国发明家莫尔斯发明了有线电报，但电报产生的信号在传递过程中会逐渐衰减，无法传到较远的地方。怎么来解决这个问题呢？莫尔斯在苦苦思索着。

有一天，莫尔斯乘马车从纽约到巴尔的摩去，他无意中发现，车到每一个驿站都要换马，因为马跑了一段路程后要歇一歇。这使他顿时有了感悟：“信号不是也同马一样吗？马跑了一段距离要换马，否则要累倒。信号跑的距离长了，就要衰减，那么为什么不能建立信号的‘驿站’，使信号传递一段距离后得到放大而恢复信号强度呢？”

在这个想法的支配下，莫尔斯在有线电报的传送路线上建立了若干个信号放大站。于是，有线电报才真正成了人们日常生活的通讯工具。

达盖尔照相术

1839年的一天，法国人达盖尔在照相的药箱中寻找一种药剂时，偶然发现一张曝过光的废底片影像竟变得十分清楚。“咦，怎么会这样呀？”

达盖尔经过深思熟虑，最终制定了一个寻找问题答案的方案：从第二天开始，每天在箱里放进一张曝过光的底片，并取出一瓶药品。当某一天某种药品被取出箱外后，放进去的曝过光的底片不再变得清楚，那么就说明是这种药品在作怪。

奇怪的是，连续十几天过去了，把箱子里的药瓶都取完了，底片依然会显像。“难道箱子里还留有别的物质吗？”他仔细检查，发现箱子里有一些撒散了的水银。由于箱内温度较高，导致水银蒸发，原来是水银蒸气使曝过光的底片显像。就这样他发明了水银蒸气成像的照相技术，并把这种技术叫做银板照相。

不久，达盖尔沿着这个思路，通过反复研究，发现碘化银是一种良好的感光材料。之后，他又用硫代硫酸钠作为定影剂，能使未感光的银化合物溶解，保证了感光影像可以永久保存。这种技术被称为“达盖尔照相术”。

焦耳定律

焦耳是19世纪一位自学成才的英国物理学家。在一次实验中，焦耳发现，把金属丝放在水里，水就会发热。他想：“电和热可不可以转化呢？”

为了搞清楚这个问题，他进行了多次实验，并通过精细的测量，1841年，年仅22岁的焦耳得出了后来举世闻名的焦耳定律，并在1年后被俄国物理学家楞次的大量实验结果进一步所证实。但一些权威对他不屑一顾。

自学成才的人有着坚强的意志，焦耳毫不气馁，继续进行着实验。

一次，焦耳参加了一个学术会议，他在会上宣读：“自然界的能量是不会毁灭的，哪里消耗了机械能，总能得到相当的热。”人们面对他的是冷嘲热讽。他相信真理总会被承认的。

焦耳锲而不舍，继续研究着，1847年，他设计了一个非常精巧的实验，测出了比较准确的热功当量的平均数值，该数值和现在所测的数值相差无几，这在当时是非常难得的。热功当量的测定，为最终建立能量转换和守恒定律作出了巨大的贡献。

光的速度有多大

伽利略曾提出过这样的设想：找两个人，站在相距1.5千米的山头上，每个人手中提着一盏信号灯。点亮灯后，都盖住灯光，相互注视着。甲先打开盖，灯光射到对面山上，乙看到信号后，也马上打开盖，把信号传回来。伽利略想，只要测出信号来回一趟的时间，就可以测出光的速度。

1849年，法国物理学家斐索也对测光速产生了兴趣。他分析了伽利略的设计方法，认为很有道理。只是他对伽利略的设计进行了改进，他使用齿轮来代替原来的甲，用镜子代替原来的乙，两个山头之间的距离增加到7千米。

测量的时候，齿轮开始旋转，灯光从两个齿之间射出，射到镜子上，镜子迅速把光线反射回来，传到两个齿之间。这样，根据齿轮的转速就可以算出光速。

就这样，斐索巧妙地测出了光的速度为每秒315000千米，这与现代测出的光速已经很接近了。

来自智慧的灯光

1858年的一天傍晚，美国11岁少年爱迪生的妈妈因患急性阑尾炎要立即动手术。等手术前的准备工作做好后，由于天色已晚，整个屋子变得模糊起来。懂事的爱迪生急忙点亮了家中惟一的一盏煤油灯。“要是让屋子一下子亮起来该有多好啊！”小爱迪生望着窗外渐渐暗淡下来的天色。忽然，他想起了白天和小朋友一块玩破镜子的情景。他们拿着镜片照来照去，反射出的阳光，在墙上不停地晃动，连黑暗的角落都照得透亮，照得大家睁不开眼睛。想到这里，他灵机一动，说：“医生叔叔，有办法了。”说着转身跑了出去。

不一会儿，小爱迪生从邻居的一家店铺借来了四面大穿衣镜，几盏煤油灯，叫几个小伙伴帮着拿来。他将镜子放在床的四周，每个镜子前面放一盏煤油灯并挨个调整好，使四面镜子反射出的灯光聚集在一起，顿时把个“手术室”照得亮堂堂的。最后手术十分成功。

来自眼镜片上光的启发

1858年，英国和法国在多佛尔海峡之间要铺设海底电缆。但电缆终端的信号太弱，现有的电报机很难收到。英国科学家汤姆生决定研制高灵敏度电报机。

他的研究几乎毫无进展，于是他决定找几个朋友，雇一条船游玩散心。船要起锚的时候，赫尔姆霍斯发现汤姆生正躲在船舱里画图纸。赫尔姆霍斯就取出眼镜放在太阳光下，把太阳光反射到汤姆生的脸上。

汤姆生觉得脸上有亮点在晃动，抬起头来，看见赫尔姆霍斯站在甲板上。忽然，他凝视着赫尔姆霍斯手中的镜片，狂喜起来：“哈哈！赫尔姆霍斯，谢谢你！”

原来，汤姆生正在对电报机的设计图进行修改，正当他感到很难实现信号放大时，赫尔姆霍斯手中的镜片给了他很大的启发。“镜片只要在手里稍微移动一点，远处的光点就会大幅度地跳动，这不就是放大吗？”

汤姆生根据这个原理，发明了“镜式电流计电报机”，从而扫除了铺设海底电缆中最大的技术障碍。

汽笛竟可发电报

1863年夏季的一天，人们在焦急地议论：“这可怎么办呀？”16岁的爱迪生挎着一个大篮子到火车站去卖报，听到人们的议论，终于知道了当时的处境：大水淹没了航标，船只无法来往；电报线也被冲断了，消息无法发出去。

爱迪生身处困境自然也在想办法。他望着茫茫一片水域，心想：“用什么方法能使外界的人知道我们现在的处境来救援我们呢？”

爱迪生当时正利用卖完报的空闲时间跟着一个叫麦肯基的师傅学电报，他想：“如果有电报我也可以发呀，可现在什么都没有。”

忽然，一声强有力的火车汽笛声划破阴沉的长空，他突然灵机一动，智慧的火花碰撞出了一个绝妙的好办法来。于是，他马上去说服火车司机，请火车司机用汽笛声的长短变化来组成字母发了一份“汽笛电报”，同外界取得了联系，从而使休伦埠及早得到了营救。

因车祸引起的发明

1861年的美国，夏季的一天。一辆马车在铁路叉口横穿马路，奔驰而来的火车虽然来了个紧急刹车，只听“哐”的一声，一场车祸还是发生了。火车上的乘客纷纷下来，责问司机：“难道不能快一点刹住火车吗？”“我无能为力呀，谁有那么大的力气一下子把闸拉死啊！”司机一脸无奈。“火车既然是人造的，就应有办法让它快速停下来。”坐在火车上的一个名叫维什廷豪斯的美国小伙子发出这样的感叹。回家他就写呀、画呀，想设计一个刹车器，但一直没有成功。

一天，他看到一份报纸报道，瑞士铁路施工用压缩空气开凿大隧道，他顿时豁然开朗。经过几年不懈的努力，他终于在1868年制造出世界上第一台用脚踏的压缩空气制动器。

内燃机的诞生

1862年，法国科学家德罗夏构思出比较完善的内燃机方案，但是他只是一个理论家，是纸上谈“机”。德国青年奥托是个机械爱好者，他从报纸上看到了德罗夏设计内燃机的报道，心想：“如何使蒸汽机的效率高一些，体积小一些呢？”要克服蒸汽机的缺点，就要解决锅炉与汽缸分离的问题。“怎样使锅炉与汽缸合二为一？如何在汽缸内燃烧？如何改进燃料？”这些都是未知数。

奥托有股拼劲，他在前人研究成果的基础上，决定改煤为煤气作燃料，将锅炉与汽缸合二为一，让煤气在汽缸内点火燃烧。

他缺乏机械技术，就边学边干；零部件加工得不合格，他就重新再来。实验，失败；再实验，再失败。他的可贵之处是从不气馁，不断分析失败的原因，总结经验教训。奥托在实验室埋头苦干，加工，调试，安装……经过九个春夏秋冬的辛勤付出，终于如愿以偿。

1876年，奥托终于发明了四冲程内燃机。

如何提高燃油效率

早期的内燃机，由于汽油燃烧得不充分，使得机器的效率很低。“如何来提高内燃机的效率呢？”美国工程师杜里埃提出了一种新的设想，“把燃料和空气均匀地混合，促使燃料充分燃烧，以提高效率。但怎么均匀混合呢？”他心里没有数，感到束手无策。

一天早上，杜里埃看到妻子在化妆的时候，拿起香水瓶，一按按钮，“吱”的一声，香水变成了雾状喷洒出来，并弥漫在空气中。“哈哈，如果把像香水一样的汽油变成雾状，不就可以把空气和燃料混合均匀了吗？”杜里埃及时抓住了这一闪即逝的想法，并进行了实验，他以妻子的香水喷洒器为原型，仔细研究它的结构原理，按照内燃机的特殊要求，终于发明出了汽油汽化器，从而大大提高了内燃机的效率。

燃油节能技术的发明

一次，伊凡诺夫看到妻子往锅里倒豆油，锅里的油噼噼啪啪地炸开了，四射的油滴还溅到了妻子的手上。面对这种现象伊凡诺夫想：“豆油里夹杂着小部分水分，油和水的沸点不同，一个300多摄氏度，一个100摄氏度，油里的水先沸腾汽化，温度压力逐渐增加，到足以克服外界的阻力时就会迸射出来。”继而他又判断：“在这种爆发力的作用下，油滴会迸裂成微粒，被水汽夹带出来。”为了证明这个问题，他又做了一个实验，果然是这样。“啊，这种现象不是可用在燃油技术上吗？”伊凡诺夫被这种现象所启发，设想把油料中也掺入适量的水，在加热过程中把油滴进裂成微粒，这样油和空气就会混合得非常均匀，燃烧非常充分。后来，他成功发明了燃油节能技术。

贝尔与电话机

美国发明家贝尔在一次实验中，偶然发现当接通电路或切断时，螺旋线圈就会发出轻微的沙沙声。于是，他就产生了一个想法：“既然空气能使薄膜振动发出声音，那么如果用电使薄膜振动，能不能使人的声音通过电流传送出去呀？”

为了研究这个问题，贝尔请来18岁的电学技师沃森一起合作设计。他们在一端的仪器前喊话，声音通过金属振动板振动，使线圈产生电流，电流沿着电线传送到另一端仪器上的线圈中，线圈产生磁力吸引振动板，振动板振动空气，从而发出声音。

又经过两年的时间，他制造出了一台样机。

1876年6月，贝尔他们架好电线，样机的一端在贝尔的实验室，电线穿过好几个房间将另一端接到沃森的面前。贝尔在整理机器的时候，不小心把硫酸溅到了腿上，急得叫了起来：“沃森，快来呀，我需要你。”

沃森从电线的另一端的样机里听到了呼叫。他欣喜地跑到贝尔的房间，互相拥抱，他们成功了！

修理电话引起的发明

有一天，爱迪生在实验室里修理一台电话机，因他听力不好，就用一根短针来检验传话膜片的振动情况。意想不到的是，当他手里的短针刚接触到膜片后，发生了一个奇怪的现象：随着说话声音的强弱，短针也发生了有规律的颤动。“哎，这是怎么回事呀？”这一偶发现象，爱迪生抓住不放，“如果反过来，先让短针颤动，不就可以复原出声音来吗？”他经过几天几夜的思索和实验，得出了这样一个结论：“用一块带针的膜片，针尖对准急速旋转的蜡纸，声音的振动就非常清楚地划在蜡纸上了。实验证明，只要把人的声音储存起来，什么时候需要就什么时候放出来，是完全可以做到的。”

爱迪生和助手经过几年的努力，终于在1877年发明了留声机。现代的录音机可以说是留声机的后代。

一分钟胜过两小时

美国大发明家爱迪生有一个叫阿普顿的助手，毕业于普林斯顿大学数学系，有着扎实的数学知识。1878年的一天，爱迪生让阿普顿测一只灯泡的体积。凭借着阿普顿深厚的数学功底，计算一下灯泡的体积是“小菜一碟”。

阿普顿找来纸，用尺量了灯泡的尺寸，画出了立体图，列出了一大堆数学公式和符号。

时间在阿普顿的计算过程中不断流逝。一个小时过去了，他只计算了一半，公式和符号写得密密麻麻；又一个小时过去了，阿普顿还没有算完。

这时，爱迪生着急了：“何必那么麻烦呀？”他把一个大量杯装上水，记下刻度。然后，他把灯泡放在量杯中，再记下水上升的刻度。两者一减，就算出了灯泡的体积。整个过程耗时还不到一分钟。而阿普顿用去了十多张16开的纸，还没有算出来。

电灯的发明

爱迪生从无数次实验中总结出，要发明电灯必须解决两个问题：一是要解决灯丝很快被氧化的问题；二是需要有合适的材料作灯丝，通电后既能发光又能耐高温。为解决第一个问题，他从大学借来抽气机，很快解决了灯泡的真空问题。

理想的灯丝又在哪里呢？一天傍晚，爱迪生看到桌上放着一堆从煤油灯罩上刮下来的烟灰，他随手拿起搓成了一根柔软的细线。他眼睛一亮：“如果将棉丝炭化，不就可以弯成灯丝吗？”

他让助手马上取来棉丝实验，灯泡发出了金黄色的光辉。他深受鼓舞，此后用了13个月进行艰苦研究，经过了7000多次实验，终于有了突破性进展。1879年10月21日，他研制出的灯泡足足亮了45个小时。

他又继续实验，用炭化的竹丝做灯丝，灯泡可亮1200个小时。

原始的空气调节机

1881年7月的一天，美国总统加菲尔德在华盛顿遭到暗杀，伤势非常严重。他虚弱地在床上呻吟着。

这一年又是美国历史上罕见的高温。高温下伤口很可能感染。怎么来降温呢？

于是，医院院长把降温的任务交给了请来的矿山技术员多西。多西是一位有经验的技术员，他多年来懂得怎样向坑道内输送新鲜空气。多西反复琢磨着：空气一经压缩就会放出热量来，这种热量必须用水来冷却。反过来，如果把压缩空气还原，不是就可以吸收热量吗？室内温度不就降低了吗？“哈哈！有道理。”多西想到这里，马上行动起来。在医院里装上一个大发动机，用压缩机处理空气，并且把一根吸热的管子接到总统的病房里。机器一开动，被压缩的空气流到了病房；当它还原的时候，吸收了病房中的热量，使室温很快从30℃下降到25℃。多西因此发明了原始的空气调节机。后来，经过反复的改进，空调为人类的文明生活带来了福音。

冷静带来的灵感

1882年，爱迪生和助手们开办了一个发电所。起初让用户免费使用3个月，但只有200多家用。“这是为什么呢？”爱迪生感到不解。

后来查明，原来是当时采用串联方式供电，只要一家出故障，就会株连各家，造成一片黑暗。供电时间也是统一供给，十分不便。

为了检查电路，发电所的人常常累得筋疲力尽，满腹牢骚。但爱迪生却很冷静。他在办公室里分析起煤气灯的优点来：煤气由总管道分流到许多支管里，再进入用户，随时可以使用。即使某一家出了故障，也不会影响其他用户。

爱迪生眼前豁然开朗：“电流不也可从干路分到支路上去吗？由支路进入用户，各家各自安装电灯和开关。这样不就克服致命的弱点了吗？”

于是，他马上计算和试验，终于把电路由串联改为并联。紧接着，他又研制出接线盒、保险丝等一系列配件，使供电方式日臻完善。

传真通讯的先驱

1883年，德国大学生尼普科夫对传真通讯产生了极大的兴趣。“怎么能把图像用电信号从一个地方传到另一个地方呢？”他几乎每天都在思考这个问题。

一天，他看到两个同学在做游戏：一个人在小方格纸上写着一个G，这个字母覆盖着许多小方格子，作为发送方；另一个人手里是一张空白的小方格纸，作为接收方。发送方按照一个小方格是白还是黑念给对方听，接收方听到第几格是黑的，就用铅笔涂黑。当发送方念完时，接收方的纸上出现了和发送方相同的字母。“哈哈，原来不论是图片还是照片，都可以分解成许多密密麻麻的黑点子。”尼普科夫看后颇受启发，“如果用一定的科学手段，把所有的黑点子变成电信号传送出去，接收方就有可能得到和发送方一样的传真图像了。”

尼普科夫在这一思维的指导下，经过多次实验研究，终于在1884年成功地发明了“尼普科夫圆盘”，为传真通讯开辟了道路。

本茨是这样发明汽油机的

1878年，本茨制成了使用煤气的燃气机。接着，他想把燃气机安装在车辆上，只是装置很大，无法安装。

一天，他听说有人用汽油清除衣服上的油污时，使满屋充满了汽油味，当火苗接触到这些弥漫的汽油时，汽油发生了爆炸。他想：“既然汽油能发生爆炸，有那么大威力，可不可以用汽油代替煤气呢？这样就会使汽油机的体积和质量变小，利于安装。”

在这之前，一位法国人曾制造过汽油机，只是力量不大。本茨分析了效率不佳的原因，并进行实验，不断改变混杂在汽油里的空气比例，分析着爆炸的强度。他终于发现：当使压缩空气的密度增加时，爆炸力就会增强。在这个基础上，他制成了体积小、力量大的汽油机，并于1886年发明了单缸汽油机3轮汽车，车本身重254千克，功率为0.85马力。

电波环检波器

1886年秋的一天，德国物理学家赫兹正在实验室里做实验。他把铜球和光滑的铜杆连成铜球杆，把两条光滑的铜球杆各自系在锌板上，又把铜球杆接触用线圈缠成的感应圈的两端。当锌片通电时，两个铜球自然靠近起来，并且冒出微弱的小火花。“这些小火花中是否含有电磁波呢？”赫兹抓住这一思维的闪光，要检验电磁波是否存在。赫兹经过反复实验，发明了一种叫电波环的仪器。

检验开始了，实验室拉上了窗帘，室内一片黑暗。长桌上摆着电波环，不远处摆放着莱顿瓶。赫兹合上开关，莱顿瓶开始放电。只要电波环和莱顿瓶放置的位置合适，电波环的两个小球间就有电火花闪现，并发出“噼噼啪啪”的声响。这正是莱顿瓶放电时辐射的电磁波在电波环上发出的电火花。

实验成功了！这是赫兹用极其简单的仪器，第一次检测到的电磁波，也是人类第一次有意识地检测到的无电线信号。

赫兹与电磁波

赫兹用实验证明了电磁波存在后，就着手研究起电磁波的性质来。此前，英国著名电磁学家麦克斯韦曾预言：电磁振荡波可以折射和反射，具有波的一切属性。

现在，赫兹想证明电磁波是不是像光一样，具有反射功能。他做了很多次实验，但是都没有成功。“怎么来证明这个问题呢？”赫兹在反复思考这个问题。

哈哈！新的思路诞生了！经过调谐电磁辐射源的内部要素，加大每秒钟振荡次数，赫兹终于证明了电磁波具有光一样的反射功能。

后来，赫兹又悉心研究了电磁波的折射、干涉、偏振和衍射等现象，于1887年发表了电磁波的发生和接收的实验论文，以无可辩驳的实验事实验证了麦克斯韦关于光是一种电磁波的理论。

后人为了纪念他的卓越贡献，把频率的单位定为“赫兹”。

世界第一台无线电接收机的诞生

1888年，俄国29岁的青年波波夫得知德国著名物理学家赫兹发现了电磁波的消息后，高兴地对朋友说：“我要是指挥电磁波，就可以飞越整个世界！”

有了远大的抱负后，他就向自己的目标发起了冲锋。他吸取其他几个外国科学家的研究成果，经过反复实验，终于制成了一台无线电接收机。

有一次，波波夫在实验中突然发现，接收机检查电波的距离突然比往常增大了许多。“这是怎么回事呢？”他仔细检查后发现，原来是一根导线搭在金属屑检波器上。他把导线拿开，接收机的电铃就不响了；把实验的距离缩小到原来那么近，电铃又响了起来。波波夫由此受到启发，研制出无线电天线，经过实验证明，使用天线可使传递距离剧增。

1895年，波波夫在俄国宣读了自己的论文，并展示了他发明的无线电接收机。1896年3月，波波夫在俄国圣彼得堡操纵自己制作的无线电收发报机，拍发了“亨利希·赫兹”一词，以表示对这位电磁波先驱者的尊敬。这是人类历史上第一封有明确内容的无线电报。

“电波征服了地球”

马可尼在意大利波隆那大学读书时，在杂志上看到了几篇介绍德国物理学家赫兹实验的文章。他感到电磁波的发现，打开了电学的一扇窗。于是，他在著名电学家李奇教授的指导下，学习了许多电学方面的知识，并做了一些电磁实验。

马可尼通过实验敏锐地意识到：“能不能利用电磁波向远距离发送信号？比如用它给海上的船只传送信息，这样就使有线电报完成不了的许多通讯有了可能。”

在这个思路的支配下，马可尼经过不懈努力，进行这方面的实验，终于成功地发明了一种无线电装置，1896年6月在英国演示实验并获得专利权。1898年马可尼第一次发射了无线电，次年使无线电信号穿过了英吉利海峡。

1901年12月，他又使无线电信号成功地横穿了大西洋，越过3200千米的距离，在世界上引起了震动，被称为“电波征服了地球”。意大利的马可尼也因此和俄国物理学家波波夫一起被公认为“无线电之父”。

对付受贿引出的发明

斯特罗格是美国堪萨斯州的一家棺材店的老板。他本来一直生意红火，但后来生意突然不景气了。“这是什么原因呢？”几经调查发现，原来是当地电话局的一位话务员小姐，收受了另一家棺材店老板的贿赂，把与他联系的电话都转到了另一家棺材店里去了。

斯特罗格十分生气，他想：“如果能用机器来代替人工接线就好了。”于是，他把全部精力投入到了发明不用人工接线的自动电话机上。

缺少研究经费，他就变卖家产。经过反复的研究和试验，终于发明了世界上第一台自动交换电话机和电话交换系统。后来几经改进，他于1891年3月10日取得了直拨电话机专利。

在摆弄缝纫机的瞬间

在19世纪末，许多人都在研究人物能够活动的“活动电影机”，但被一个技术问题卡住了：这就是要使形象清晰地投射到银幕上，比如让影片做一动一停的间歇运动。“怎么来解决这个技术问题呢？”

法国科学家卢米埃尔兄弟苦苦思索着这个问题，但一次次试验都失败了。

有一天，弟弟路易·卢米埃尔用了整整一天时间来思考电影的这个技术问题。夜已经深了，他丝毫没有睡意，就心灰意懒地在房间里摆弄起缝纫机来。就在他摆弄缝纫机的一瞬间，突然一切都明白了：当缝纫机缝衣服时，衣料在做一动一停的间歇运动，这和放映电影时的运动是很类似的。想到这里，他连夜动手设计了活动电影机的草图。

就这样，卢米埃尔兄弟按照这个思路，解决了电影机器中的技术难题。

1895年12月28日，卢米埃尔兄弟的活动电影在巴黎咖啡馆首次放映，获得成功。

特技摄影

乔治·梅里爱是世界电影的先驱，他在拍摄电影之前曾经以变魔术及制造木偶和演出木偶戏为职业。19世纪末的一天，在放映从巴黎剧场拍摄的影片时，银幕上出现了一辆行驶的公共马车。突然，这辆马车变成了灵柩车。“哎，这是怎么回事呀？”乔治·梅里爱感到奇怪，“好端端的一辆公共马车，怎么会变成灵柩车呢？”

他急忙仔细检查起来。问题找到了，原来，在拍摄影片时电影胶片被挂住了，而在当时摄影机仍在继续运动，等胶片处理好后继续拍摄时，运灵柩的马车正好来到了公共马车的地方，就把它拍摄在镜头里了。“哈哈！这不是特技摄影吗？”乔治·梅里爱从这偶然的现象中受到启发，开始尝试把舞台上的特技变成银幕上的特技。经过反复研究和试验，十分成功。于是，他也摇身一变，成了银幕上的特技专家了。

伦琴射线的由来

1895年的一天深夜，德国物理学家伦琴把一个克鲁克斯管放在纸盒里，又把纸盒放进暗室里。当他给克鲁克斯管通电时，纸盒外面的一块荧光屏忽然出现了光亮。“这阴极射线是不可能穿透纸盒的，是不是有一种新的射线呀？”

这时，妻子来实验室看他。“亲爱的，我认为这是一种新的射线。”伦琴对妻子说。“我看一看好吗？”妻子央求他。“好的，不过，你要帮我一下，”伦琴说，“请你把手拿着荧光屏，逐渐向后退，我们一起测一下新射线能射出多远？”“啊！”妻子发出了一声尖叫。“亲爱的，怎么啦？”伦琴惊奇地问。“你快看我的手。”妻子惊魂未定。原来，荧光屏上出现了妻子手部的骨骼。“奇迹，真是奇迹！”伦琴如同发现了新大陆。就这样，伦琴发现了X射线，他也因此在1901年成为第一个被授予诺贝尔物理学奖的科学家。

底片曝光引起的发现

1896年的一天，天气雨蒙蒙的。法国物理学家贝克勒尔认为没有光不能做实验了，就把用黑纸包好的几张底片和铀盐一起放进了暗室的抽屉里，顺手压上了一把钥匙。

4天过去了，太阳露出了笑脸。贝克勒尔到暗室里取出底片一看，一下子就惊呆了：底片曝光了，在一张照片上还有那把钥匙的影子。“这是怎么回事呀？”贝克勒尔反复分析着，“难道铀盐在没有阳光的情况下，也能发出穿透黑纸的射线，使底片感光吗？”

贝克勒尔抓住这个偶然发生的现象，认为这是一种新的射线，就进行了认真的研究，他对铀盐进行了分析，终于发现，只要化合物里有铀，就会自动发出一种强烈的射线。“哈哈！这是一种天然射线！”贝克勒尔恍然大悟。于是，他把这种射线叫做“铀射线”。就这样，他发现了放射性现象。1903年，他与居里夫妇共同获得诺贝尔物理学奖。

大胆的直觉

贝克勒尔发现铀能发射射线，这引起了法国物理学家居里夫人的极大兴趣。

她对门捷列夫周期表上的元素逐一进行实验，没有过多久，她就发现了一种叫做钍的元素也能发射与铀射线类似的射线。居里夫人敏锐地意识到，这种现象决不只是铀和钍的特性，别的元素也可能有，于是把它称作“放射性”。

后来，她继续做实验，发现沥青铀矿中还存在着比铀和钍更强的放射现象。她又大胆做出推测：这种铀矿中含有一种比铀和钍的放射性强得多的未知元素。

居里夫人的发现吸引了丈夫的注意力，在他们的共同努力下，1898年7月，他们分离出一种比纯铀放射性要强400倍的新元素，为了纪念居里夫人的祖国——波兰，新元素被命名为钋。

不久，居里夫妇又宣布发现了一种比钋的放射性更强的新元素，并将它命名为镭。经过整整4年的艰苦努力，1902年，他们终于从几十吨的矿渣中提取出了0.1克的镭盐，并准确地测定了镭的原子量。

潜艇稳定方案的诞生

美国人西蒙·莱克经过反复实验，终于发明了潜艇——“小亚尔吉水手”号。不过潜艇潜水不稳。“怎么来解决这个问题呢？”西蒙·莱克时刻在想。

有一次，他应邀和几个好朋友一起去海滨野餐，饭饱酒足，可是还有几瓶酒没有喝完。有个小伙子说：“我们进行扔酒瓶比赛，谁扔得远，我们就为谁鼓掌。怎么样？”“好！”他的话立即得到了大家的响应。

一个装有紫红色葡萄酒的瓶子被扔向了大海，顿时沉入海底。有个瘦子耍了一个心眼，他偷偷把酒倒出一半投了出去，当然，是他投得最远。但酒瓶露着长脖子悬浮在水里，在东摇西晃。西蒙·莱克看到不沉的瓶子，沉思起来。他立即联想起“小亚尔吉水手”号来。

西蒙·莱克从不沉的瓶子中受到启示：只要增加潜艇上部的浮力，潜艇就不会翻倒。“小亚尔吉水手”号在1897年就按照这个思路改造成功。

坚持真理的卢瑟福

法国著名科学家居里夫妇发现了镭后，物理学家卢瑟福也非常关注放射性问题。他生于新西兰，后来在英国定居。他做了大量相关的实验。在研究镭射线的同时，卢瑟福也揭开了X射线的秘密，发现X射线和镭射线一样，都是一种穿透力较强的中性射线。

不久，卢瑟福又在居里夫妇等科学家的研究成果的基础上，受到启发，并进行了长期而周密的实验，1902年，卢瑟福得出了一个结论：放射性物质是不稳定的，它通过发射某种射线进行衰变，由一种元素向另一种元素转变，直到变成一种稳定的元素为止。

这就是有名的原子衰变理论。当时不被人们所接受，但卢瑟福坚持自己的理论，几年后终于得到了科学家们的肯定。卢瑟福也因此于1908年获得了诺贝尔化学奖。

来自发光花盆的启发

康拉德·赫伯特是一位移居美国的俄国人。有一天，他下班之后，到一位朋友家造访，偶然发现朋友家里有一个会发光的花盆。他觉得十分好奇，仔细一看，原来是朋友在花盆上装了一套电池、导线和灯泡，只要开关一开，灯泡就会亮，为花盆增添不少光彩。

赫伯特回家后，始终想着朋友家的发光花盆。原来，他由朋友的花盆想到了另一个问题。他经常走夜路，很不方便，有时还摔跟头。他想：“如果制作一个用电的灯具，在黑暗时照明不就很方便了吗？”“对呀，这个办法好。”于是，他马上按照这个思路，进行试验研究。他仿照发光花盆的原理，将电池放在一个空管里，装上开关和灯泡，哈哈！世界第一只手电筒就这样制成了。它是现代手电筒的雏形。

来自碗碟的启迪

坐在客人旁边的瑞利被母亲手中的茶碗和碟子吸引住了。他注意母亲每一次端茶的动作：在没有洒出茶水前，茶碗和碟子很容易滑动；当洒了一点茶水在碟子上后，虽然母亲的手颤抖得还是很厉害，可茶碗和碟子像粘在一起一样，竟一动也不动了。“这是为什么呀？”瑞利竟忘了自己身边还有客人。他马上认识到：这是物理学上摩擦力的问题。

瑞利研究发现，茶碗和碟子表面虽然干净，但总有一些抹布上的油腻，使摩擦力变小容易滑动；当洒上茶水后，热茶使油腻溶解了，碗碟之间的摩擦力变大不动了。

他仔细研究后发现：油对固体之间摩擦力的大小有很大的影响，利用油润滑可减少摩擦。后来因气体密度研究和氩的发现，1904年瑞利获得诺贝尔物理学奖。

狭义相对论是这样写成的

爱因斯坦是人类历史上大名鼎鼎的物理学家，1879年生于德国。爱因斯坦从1895年就产生了一个想法：“如果我以光速追踪一条光线，我会看到什么呀？”他一有时间就思考这个问题，但多少年来一直没有得到解决。

1905年的一天早晨，爱因斯坦在起床时，突然想到：对于一个观察者来说是同时的两个事件，对别的观察者来说，就不一定是同时的。“哈哈！这就是问题的突破口。”他马上意识到了这个问题的关键，并牢牢抓住了这一“灵感的闪光”。接下来，他只用了五六个星期的时间，夜以继日，奋笔疾书，便写成了狭义相对论的著名论文。

发明真空三极管

1904年的一天，美国科学家德福雷斯特正在做真空检波实验。这时，一位朋友告诉他：“英国的弗莱明博士发明真空二极管了！”“发明了真空二极管？”德福雷斯特如同听到了晴天霹雳，“难道这几年的心血要付之东流吗？”后来，他反复研究了弗莱明的二极管，发现它确实比金属检波器好，不过只能起到检波作用，没有放大功能。“我能不能发明一种既能检波，又能放大信号的真空管呢？”他想到这里，又一头扎进实验室里。

1907年的一天，德福雷斯特为了测试屏极距阴极远近对检波的影响，在真空二极管的灯丝和屏极之间封进了第三个电极，即一片不大的锡箔。

他惊奇地发现：在第三极上施加一个不大的信号，就会使屏极电流产生显著的相应的变化。“哈哈！这说明第三电极具有放大信号的作用！”他激动万分。

他进一步发现，用白金丝扭成网来代替锡箔，放大效果更好。

就这样，世界上第一个真空三极管诞生了！

云雾室的发明

威尔逊经常上高山，出现在天文台中；观察空中的云。经过长期的观察，威尔逊发现，在纯净的空气中，水蒸气再多，也不会凝结成云雾。空气中必须有点尘埃，或是带电的粒子，比如电子，成为水珠的核，水蒸气才会凝结成云……“哦，有了。汤姆生老师需要的仪器应该是这样的。”威尔逊凭着一双灵巧的手，设计了一个圆筒形的玻璃室，底部有一个活塞，迅速地向下拉活塞，玻璃筒里的空气膨胀，空气就会变冷，就会形成水珠，出现云雾。如果玻璃管里的空气是纯净的，仍不会出现云雾。这时，射入带电的粒子，立刻就会现出它们的痕迹。

1911年，威尔逊亲眼看到了带电粒子的痕迹，从此，云雾室就成了研究原子核的有力工具。他一也因为发明云雾室于1927年获诺贝尔物理学奖。

“小太阳系”原子模型

原子的内部结构又是个什么样子呢？在20世纪初，科学界说法不一。有的说原子像台球，而英国物理学家卢瑟福的老师汤姆生认为像西瓜。“老师的假说到底对不对呢？”卢瑟福想，假如说原子真像个西瓜，如果用比原子更小的粒子做“炮弹”来轰击它，必然很容易穿过它而笔直地前进。他决定用一种叫做“α”的粒子做“炮弹”来做一次轰击原子的实验。

卢瑟福在助手盖革和马斯登的帮助下制作了一部α射线侦测仪器。卢瑟福通过实验发现，情况并不是像老师说的那样。卢瑟福把原子结构模型形象地比喻为“小太阳系”：“原子既不是台球，也不是西瓜，而是一个空旷的结构。它的中心有个体积极小，带阳电的核，外面绕着核转的是带阴电的电子。打个比方：原子核好比太阳，是原子的中心；电子就像行星，绕着太阳转……”

1911年卢瑟福公开了他的研究成果。卢瑟福创立的崭新的原子结构理论具有划时代的意义，原子物理学从此诞生了！

不要光实验

一天深夜，英国著名物理学家、诺贝尔化学奖获得者卢瑟福照常到实验室去巡查。他发现一位学生还在做实验，就问：“你上午在干什么？”

学生回答：“在做实验。”“下午呢？”“做实验。”

卢瑟福不由得提高了声调：“那么晚上呢？”“也是做实验。”

学生满以为自己的回答肯定能得到老师的夸奖，不料卢瑟福非常严厉地批评他说：“你整天在做实验，那么什么时间用于思考呢？”

菜锅护身引起的发明

1914年第一次世界大战的炮声，撕碎了这个世界的宁静，德军无情的炮弹倾射在法军的阵地上，法军的阵地上血肉横飞。

在这灾难临头时，一个法国士兵正好在厨房里值日，铺天盖地的炮弹使他急中生智，端起一口菜锅扣在头上，就冲了出去，并奇迹般地死里逃生。

当法军的将军亚德里安到医院里慰问伤病员时，听说阵地上只有他一人生还，就问他是怎么脱险的。“靠一口烧菜的铁锅，我把它扣在头上。”士兵痛快地回答。“哦，一口铁锅救了一个士兵的命。”亚德里安十分感慨。

将军下令对此进行研制。军械科技人员从铁锅受到启发，认真研究，把一个大铁锅变成了一个小铁锅。就这样，没有过多久，法军每一个士兵头上都戴了一个“小铁锅”——头盔。从此，军用头盔风靡世界。

现在，建筑工人也戴头盔，以保证安全。

母子对话促成“拉曼效应”

在地中海航船的甲板上，一对母子正在谈话。“妈妈，这个海叫什么名字呀？”“地中海。”“那它为什么是蓝色的呀？”

年轻的妈妈一时语塞，求助的目光落在正在倾听的印度科学家拉曼身上。拉曼告诉孩子：“海水是蓝色的，是因为它反射了天空中的蓝色。”

然而，在他告别了母子后，总觉得解释得不到位，有点对不起孩子。于是，他进行了实验，证明出了水分子对光线的散射使海水显出蓝色的机制，这与大气分子的散射太阳光而使天空呈现蓝色的道理是一样的。进而他在固体、液体和气体中，分别发现了一种普遍存在的光散射效应，这被人们称为“拉曼效应”。

就这样，1930年，地中海轮船上那个男孩的问号，把拉曼送上了诺贝尔物理学奖的奖台。

来自笔尖下的预言

1928年，英国物理学家狄拉克通过研究，建立了能解释电子自旋的相对论电子波动方程。在解这个方程时，竟出现了四个解，其中两个负能量的解分别与电子的负能态相对应。这一奇怪的现象，令他大惑不解，他由此提出了著名的“空穴理论”。

他的这一理论一出现，立即遭到了一些学者的攻击。在这种尴尬的情况下，狄拉克冷静思考，终于在1931年9月大胆提出：“空穴”就是“反电子”。他自信地做出了存在正电子的预言，这也是人类首次由计算做出理论预言的反粒子。

1932年，美国物理学家安德森在云室中发现了正电子的轨迹，狄拉克的光辉预言得以证实。

正电子的发现

美国物理学家安德森从1930年开始，在美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者密立根教授的指导下转向宇宙射线研究。

宇宙射线是由带电粒子构成的，它来自遥远的太空，它们的体积很小，速度十分惊人。“怎么来研究宇宙射线呢？”安德森认真思考着，他紧缩的眉头舒展开了，“可以首先给这些粒子运动的轨迹拍照；然后再对照片反映的信息进行分析。”

在实验中，安德森运用了一种设计十分巧妙的云室置于强磁场中，以记录宇宙射线的运动轨迹。他每隔15分钟使云室膨胀一次，并拍一次照，由于拍照的间歇很短，所以总能拍下穿过云室的射线粒子。

1932年，安德森发现在拍过的几千张照片之中有一张照片与众不同。他如获至宝，因为这张照片反映出，这种粒子带的是正电，但并不是当时人们知道的惟一带正电的粒子——质子。他由照片中这种粒子的运动轨迹的曲率计算出这种粒子的质量仅为质子的1/2000，安德森便命名它为“正电子”。他也因此于1936年获得了诺贝尔物理学奖。

耐人寻味的中子

1921年，美国化学家哈金斯将卢瑟福1920年提出的一种新的粒子命名为“中子”，并预言它的质量大约与质子的质量相等。

中子假说提出以来，科学家们一直在寻找中子，但都没有成功。德国物理学家博特也在潜心研究中子的问题。他用α粒子轰击铍、硼和其他元素，以探索中子的存在与否。在轰击时，他发现铍辐射出了一种穿透力很强的射线。这种射线在电场和磁场中都不会发生偏转，在穿透2厘米厚的铅板之后强度只减弱13%。据当时所知，被轰击物质产生的所有射线中，只有γ射线能够穿透厚铅板。遗憾的是，博特再也没有继续研究，就把这种射线当作γ射线做了报道。

时光到了1932年，英国物理学家查德威克看了博特的报道，觉得很值得研究，经过实验，他终于找到了人们多年寻找未发现的中子，查德威克也因此获得了1935年诺贝尔物理学奖。

次声波的发现

1932年夏天，一艘名叫“塔依梅尔”号的探险船在放飞探空气球，以记录天气的变化。一位气象学家无意中把脸贴在气球上，感到震动得很厉害。“也许在海上放气球就是这样的吧？只是过去没有人发现而已。”他把这一现象记录了下来。“不可能。”前苏联海洋物理学家舒来依金看到这一记录分析道，“气球振荡，可能是受到气流的冲击。看来只有气球才能感觉到这种冲击。”在研究的过程中，他发现每当气球震动一次，大海上必然会发生强烈的风暴。“难道气球振荡和海上风暴之间有着内在联系？”舒来依金判断着，“海上风暴会产生一股强大的气流，气流在空气中会形成旋涡，导致气球震动。”

舒来依金继续研究实验，发现结果确实是这样。只不过气球振荡频率每分钟不到20次，人的耳朵无法听到。这就是我们现在所说的次声波。就这样，舒来依金揭开了“海洋的声音”的秘密，它可以用来预报海洋风暴的来临。

给农耕机装上轮胎

美国燧石公司是个生产汽车橡胶轮胎的企业。一天，公司总裁菲利斯通和出任公司副总裁的他的儿子小菲利斯通到各地视察业务。小菲利斯通和农民高登握手时感到他很有力气，就夸奖说：“你的身体好棒，好结实呀！”

谁知高登指着农耕机抱怨说：“这玩意在干硬的土地上，如同没有驯服的野牛，不结实怎么能控制它！”小菲利斯通不相信，就驾驶起农耕机来，结果农耕机震动得非常厉害，他只驾驶了20多米手臂就受不了，对此他留下了很深刻的印象。

视察业务回到公司之后，有一天小菲利斯通开车去郊外散心。散步回来发现车胎的气被淘气的孩子给放了。他只好这么开着，结果车子剧烈震动，直到把车轴震断了。他忽然想起农民高登的抱怨，顿时灵机一动：“假如给农耕机的铁轮子装上橡胶轮胎，颠簸一定会减轻。”

燧石公司很快成立了攻关小组，专门生产用于农耕机的低压轮胎。这项产品被迅速销往美国100多万农耕机用户，深受欢迎。

步步深入的发明

川崎是日本一个卷烟生产厂的机械动力主任。一次，他修理美国引进的卷烟机时，发现上面装有的轴承没有注油孔，材料是木质的。“怎么实现润滑呢？”川崎分析着，“木质的结构比金属疏松，制成的轴承是用油浸过的。如把这木质的轴承换上更耐磨的木质，效果会更好。”于是，他改用枫木作轴承，用蜡做润滑油，于1933年获得专利权。

接着，他想：“用塑料或化学合成材料做轴承不行吗？”他按着这个思路想下去，在1933年发明了制造轴承的含油热固性树脂，命名为“含油200号”。

继而，川崎联想到对金属材料的多孔化处理。1942年他使铸铁的晶体在成长过程中多孔化，在孔中含油，制成了全新的金属含油轴承，称为“含油300号”。这项发明被日本专利局评为第81届的重大发明之一。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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