向更深邃的微宇宙探幽.PDFVIP

向更深邃的微宇宙探幽向更深邃的微宇宙探幽 向更深邃的微宇宙探幽向更深邃的微宇宙探幽 【第一部分 ：發給學生的故事本文】 Q1 ：你認為科學是如何進步的、是某位科學家的靈光一閃嗎？ 一、一 、 神奇的發光玻璃管神奇的發光玻璃管 一一 、、 神奇的發光玻璃管神奇的發光玻璃管 西元 1687 年牛頓的巨著「自然哲學的數學原理」出版後的200 年間 ， 物理學的發展基本上是以牛頓力學為框架進行推演，到十八世紀末時，有 些科學家竟然覺得物理學的發展已大致完成 ，後來的物理學家只能做些 「補洞」的工作，當然以現代眼光的後見之明來看，所謂的「到頂」也只 是到達 「天花板」，突破天花板後 還有廣闊的海闊天空 。 科學與技術合稱科技 ，兩者一直是推動人類物質文明發展的一雙翅 膀，當科學向前行時 ，技術常扮演著關鍵性角色，我們就由十九世紀中所 發現的神奇玻璃管--陰極射線管談起 ：當時手藝高超的德國玻璃工人製造 出一種能發出綠光的管子 ，富貴人家將它懸掛在客廳裡做裝飾品，以炫耀 他們的財富 ，就像液晶電視剛上市時，價格超貴，但有錢人就是要買一台 放客廳一樣 ，不過由此也可看出當時的人對新奇科技的著迷。當然這種奇 異的管子必然引起過很多科學家的好奇與關注 ，其中以英國皇家學會會員 (像我們的中央研究院院士)科學家威廉·克魯克斯(William.Crookes ， 1832-1919)最為著迷 ，想盡辦法要搞清楚管中乾坤 ，他將電極(就像個別接 上電池兩端的金屬片)封入玻璃管中，再儘量將管內的空氣抽出，使管內的 空氣變得十分稀薄 ，再將高電壓加到兩塊電極上，就可以讓兩極中間出現 一束跳動的光線，這就是稀薄氣體的高電壓放電現象( 日光燈啟動器的光就 是高壓放電發出的光) ，這也是當時許多科學家研究的主題 ，科學家還發現 玻璃管內的空氣越稀薄 ，越容易產生放電現象 ，但當玻璃管內的空氣稀薄 到一定程度時 ，管內光線就漸漸消失 ，反而 在陰極的對面玻璃管壁上會看到綠色螢光 ， 由常理即可知道螢光是由陰極發射出來的射 線(肉眼看不見)所造成 ，科學家們稱之 叫 「陰極射線」，稱這些玻璃管 「陰極射線管」，又稱 「克魯克斯管」（上 圖）。 二、二 、 管中乾坤大探奇管中乾坤大探奇 二二 、、 管中乾坤大探奇管中乾坤大探奇 克魯克斯想盡一切辦法要搞清楚陰極射線究竟是什麼東西(無可救藥 的好奇心) ，他進行了很多實驗，其中有一個現象使他異常激動。他在1879 年英國的一次物理學討論會 上演示了此一必威体育精装版發現（右圖 是他的陰極射線管的示意 圖），他在玻璃管中充入非常 稀薄的空氣 ，讓帶負電的陰極 產生陰極射線，把一個用薄雲 母片製成的十字放在射線的 途中，射線在陰極對面的玻璃管壁上打出了形狀清晰的十字形 ，這是十字 形雲母片投下的影子 ，影子的形狀證明瞭螢光是由於陰極沿直線發射出的 某種東西引起的 ，而薄雲母片把它們擋住了 ，事情不是到此 止 ，克魯克 斯不是那麼容易滿足的人 ，他思考著是否有其他可能 ，當時已知帶電體通當時已知帶電體通 當時已知帶電體通當時已知帶電體通 過磁場時路徑會受到影響過磁場時路徑會受到影響，於是他將試著將一塊U 形磁鐵跨置在管子的中 過磁場時路徑會受到影響過磁場時路徑會受到影響 央部位(就像騎在管子上一般) ，竟然看到十字形陰影的位置發生了偏移 ！ 克魯克斯得意地說 ：「由此可見，陰極射線根本不是光線陰極射線根本不是光線，而是一種帶電，而是一種帶電 陰極射線根本不是光線陰極射線根本不是光線，，而是一種帶電而是一種帶電 的粒粒子子 。否則 ，它們怎麼會受到磁場的影響呢？」，他的演示震驚了在 粒粒子子 座的所有科學家。後來 他更在陰極射線管中放陰極射線管中放 陰極射線管中放陰極射線管中放 入一個精巧的小轉輪入一個精巧的小轉輪 ，， 入一個精巧的小轉輪入一個精巧的小轉輪 ，， 當通電後當通電後 ，轉輪竟然轉，轉輪竟然轉 當通電後當通電後 ，，轉輪竟然轉轉輪竟然轉 動了動了 （如右圖），這更 動了動了 讓他堅信自己的判斷 ， 當時支持陰極射線 粒 子說的多為英國人 ，但還是有人不服氣 ，在英倫海峽彼岸歐洲大陸 ，以電 磁波證實者赫茲(Heinrich Hertz , 1857 – 1894)) (頻率單位就以其名字為紀 念) 首