這下撥雲見日了—要主動出擊,要趁早動手!
基於這種思路,世界各國主動出擊、趁早動手的避雷發明百花齊放。
在1990年的北京亞運會的建築物上,發明家采用的是一種全新的避雷措施,這就是當時中國最新研製成的“半導體消雷器”。
半導體消雷器的原理是,變傳統的被動引雷為主動消雷,把雷擊消滅在發生之前的“萌芽狀態”。當空中聚集到一定量電荷的時候,消雷器就能“感覺”出來;在可能形成雷擊之前,消雷器就主動出擊,自動發出電流,去把空中電荷中和掉。消除了空中積累的電荷,“雷公”、“電母”就無法耀武揚威了。
由於這種主動“消雷”的辦法,能百分之百地消除由地麵向上發展的雷電,所以各國競相研製。此前美國研製的消雷器能發出毫安級的電流;而中國研製的這種消雷器,能發出安培級的強大中和電流,是美國消雷器的1 000倍。
但是,空中的雷電成因十分複雜,至今有些規律還沒有摸清,所以雷擊事故仍“濤聲依舊”。比如,近年在美國,僅因夏季雷電每年就有大約500人死傷,而給電力公司造成的損失則超過1億美元。2007年5月23日下午4時20分,在重慶開縣義和鎮興業村小學,也發生過小學生7死44傷的球形雷擊悲劇。
為了更好地主動出擊和趁早動手,美國科學家發明了一種“超級避雷針”。
早在30多年以前,美國科學家就產生過讓醞釀雷雨的烏雲在安全的時刻和安全的地點放電的想法。當時,他們在佛羅裏達州進行試驗,在雷雨烏雲還沒有“成熟”之前,就向它發射帶有接地導線的火箭。讓烏雲裏的電荷在形成閃電之前,就順著導線進入地下,也就減少了產生雷電的可能性。不過,發射每枚價值1 200美元的火箭費用昂貴,也不是十分可靠。再說,也不可能頻繁發射:在人口稠密地區,發射後的火箭殘骸落地,遭到過居民的反對。此外,失敗的可能性達到40%:不是導線斷落,就是發動機發生故障。有時,引來的閃電突然離開導線,分成幾股“流竄作案”。
於是,科學家又產生了試驗激光避雷的想法:在空中建立一條輸導電流的等離子帶,讓雷電沿等離子帶直接引向地下。激光避雷法的關鍵是要保護好激光發射機免遭雷擊——用被普通避雷針包圍的反射鏡把激光射向雷雨烏雲。這種激光發射機——“超級避雷針”應該價格低廉,以便所有重要的設施都能安裝。
在2005年,激光避雷法取得令人鼓舞的成果,使引雷技術向實用化邁進了一大步。科學家建起的輸導等離子帶長100多米,直插烏雲。激光束改變了雷電走向,使它沿著這條帶子直達地下或引向避雷塔。 激光避雷法不僅使人的生命和設備變得安全,還能影響天氣。例如,隨著閃電出現的雷聲震撼了烏雲,就把小水珠聚成大水滴開始降雨。激光避雷法既避免了閃電,又防止了暴雨,或許——還能製止一場引起災難的冰雹。
此外,近年許多國家還研製出了放射性同位素避雷針——用镅(Am)-24放射出有很強電離能力的α射線,把空中的電荷引到地下。
原子結構模型的創立
一個平常的日子——1897年4月30日,英國皇家學會例行的星期五晚會照樣舉行。
可是,英國劍橋大學卡文迪許實驗室第三屆主任(1884~1919在任)J.J.湯姆遜(1856~1940)在會上做了一個報告之後,科學的日子就變得不平常了。
那麼,湯姆遜在會上說了些什麼呢?
公元前5世紀,古希臘哲學家德謨克利特(約公元前460~前370)說,宇宙萬物都是由“原子”構成的。這個詞來自希臘語ατομα——原義是“不可分的東西”。
原來,湯姆遜在會上說,他通過確鑿的實驗,發現了原子中存在電子。
電子,是人類發現的第一種基本粒子。電子的發現,標誌著人類對物質結構的認識進入了一個新的層次,它打破了千百年來認為原子是組成物質的最小單元這一觀念,揭示出原子還有內部結構。從此,探索原子內部和“分裂原子”,就成了20世紀初期物理領域中最振奮人心的口號。
湯姆遜也在這個振奮人心的口號中繼續探索——既然原子可分,那麼原子的是怎樣一個結構呢?
湯姆遜發現,原子至少有兩個部分:一塊一塊的帶負電的小“碎片”和一塊一塊帶正電的小“碎片”,兩種“碎片”的電荷數恰好相等,因此整個原子呈中性。
經過長時期的分析估算,湯姆遜於1903年12月提出了他的原子結構模型:原子是一個小球體,正電荷像流體般均勻地分布在它的內部,球內還有帶等量負電荷的若幹個電子,這些電子鑲嵌在帶正電的球體之中,它們等間隔地排列在與正電球同心的圓周上,並以一定速度做圓周運動而發出電磁輻射。
由於這個模型酷似葡萄幹蛋糕(整個原子像一個蛋糕,蛋糕裏的葡萄於像電子)或麵包,因而被稱作“葡萄幹蛋糕模型”,或者“麵包夾葡萄幹模型”。
“麵包夾葡萄幹”,是科學史上第一個有影響的原子模型。岡為在此之前,科學家們提出的下麵這些模型都沒有產生大的影響。
在湯姆遜發現電子之前,德國物理學家韋伯(1804~1891)提出的原子模型是,質量極小的正電微粒圍繞質量較小的負電微粒,在原子中旋轉。
1901年,法國物理學家佩蘭(1870~1942)在一次通俗演講中設想的原子模型是,原子中心的正電粒子周圍,圍繞著一些電子——它們的運行周期,對應於原子發射光譜的頻率。
1902年,德國,物理學家勒納德(1864~1947)基於陰極射線能穿過金屬箔的實驗事實,認為金屬原子中有大量的空隙,一個個由電子和相應正電荷組成的微粒,就漂浮在這“原子空間”之中。同一年,英國物理學家開爾文(1824~1907)提出了類似於“葡萄幹蛋糕”的模型——湯姆遜的模型就是它的“改進版”。
也是在1903年12月,湯姆遜的“葡萄幹蛋糕”就遭到日本物理學家長岡半太郎(1865~1950)的反對——他正確地認為正負電荷不可能互相滲透。於是,他提出了“土星模型”:電子均勻地分布在一個環上運動,原子中心是一個大質量的正電球。
當然,這些原子模型和湯姆遜的原子模型一樣,都有一定的道理,但都不能確定無疑地解釋原子的所有行為——例如鈾、釷、鐳等會不停地放出強力的射線而“違反”能量守恒原理,也就沒有得到公認。但是,大多數科學家相信,通過嚴密的科學實驗,可以揭開原子結構這個未知世界的奧秘。
時代把祖籍是蘇格蘭、在新西蘭出生的英國物理學家厄內斯特·盧瑟福(1871~1937)推上了曆史舞台。