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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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色彩改变世界

2017-06-12 15:00:00

  当光线照射到物体上时,人眼通过视网膜上细胞的帮助,视觉神经就会对其产生反应,即物体反射的光会作用于眼睛。不同颜色的光的波长不同,投射到视网膜上后产生的神经冲动也就不同。当神经冲动传输到大脑后会被记录下来,大脑对这些形形色色的神经冲动加以分析记忆后,脑海中就会呈现出这个五彩的世界。

  在画师的调色盘中,色彩是艺术创造的灵感;在服装设计师的图纸上,色彩是体现个人审美的基石;而在科学家的实验室里,色彩却能帮助他们揭开许多大自然的秘密。

  让细菌“穿上花衣服”

  众所周知,人类的许多疾病都源于细菌,科学家也曾因识破不了它们的“庐山真面目”而伤透脑筋。细菌不但微小,肉眼无法看清,而且它们几近无色透明,即使在显微镜下,呈现的也只是白茫茫、模糊糊的一片。19 世纪,一位名叫柯赫的德国医生提出了用染料染色,让细菌“穿”上一件“花衣服”的办法去识别细菌。不可否认,这样的想法确实非常新颖,但做起来却并不容易,在前几次实验时,柯赫经历了多次失败。每当他把一滴染料溶液滴在光洁的细菌涂片上时,溶液的颜色就会迅速化开,并把涂片完全覆盖。但当他小心翼翼地用水冲洗时,细菌身上的那件“花衣服”,也会同时被流水带走。最终,柯赫找到了一种不会被水轻易吞噬的苯胺染料,细菌“穿”上这件不褪色的“蓝装”后,第一次在显微镜下向人类展现了它纤细清晰的身体。柯赫立即乘胜追击,没过多久,就把严重危害人类健康的结核病菌“缉拿归案”。

  如今,柯赫发明的“细菌染色法”已被高度认可,成为人类医学史上一座光辉的里程碑。

  科学家还发现,不同细菌对于色彩的爱好也不尽相同。例如,有一类细菌就特别爱“穿”紫衣服 — — 它们能被结晶紫染料和碘染成紫色,这在医学上叫做“固紫阳性菌”,对付它们的武器就是青霉素。而另一类“固紫阴性菌”却爱“穿”红衣服 — — 它们能被色素盐基性桃红精染成红色,氯霉素是它们的“克星”。通过了解细菌的这些特性,化验员就能侦察到究竟是哪一类细菌在患者体内为非作歹,并让医生“对菌下药”。

  从雷诺实验到当代“风洞”

  20世纪80年代初,物理学家雷诺突发奇想,在一根长长的装满流水的玻璃管里,注入了染色液体,随后竟发生了不可思议的一幕:玻璃管中出现了一条与水管轴平行的直线,随着水流逐渐加快,水流竟然剧烈地涌动起来。通过这个实验,雷诺发现液体、气体和流体三者的运动特性和速度有密切关系,而这个发现也成了当代流体力学的奠基石。

  飞机在空中飞行时,空气其实也以同样的速度相对地流向飞机。因此,当一架飞机设计制造成功后,我们根本无需像过去那样进行冒险试飞,只要把做好的飞机模型放在一个巨大的鼓风机前就可以了。随着将鼓风机制造出的,与飞机飞行速度几乎相等的风速吹向飞机模型,设计师就可以精确地测算出飞机各个部分所承受的压力,从而对飞机进行改良加工乃至回炉再造。

  当然,人们只能感受到这股强烈的“人造风”,根本看不见它的运行轨迹,这给实验数据的具体测算带来了不小的麻烦。设计师根据雷诺实验得出的启示,将煤油持续不断且均匀地喷射进鼓风机里,随之而出的空气就会变成有色烟雾,由此人们便能更加直观地感受到风的威力及其运行轨迹。而这,正是当代“风洞”的起源。

  撒进大西洋里的染料加拿大北部地区是一片寒冷的不毛之地,尤其是在冬季,气温常常在-20℃以下。但在和加拿大纬度相仿的挪威,气候却相对暖和得多。按照常识来说,纬度相同的地域的气温应该是大致一样的,但为什么这两个地区的气候会有这么大的差别呢?据说,在大西洋里常年存在着一股强大的暖流,由此影响了挪威地区的气温,但暖流究竟来自何方,又去向何方呢?科学家对此一无所知,这也成了气候学中一个著名的悬案— — 墨西哥湾暖流之谜。

  19 世纪时,德国有一位名叫斐雪的化学家,他在一次洗澡时,不小心弄脏了浴池 — — 池子里的清水忽然变成了黄色,而且还闪闪发光。原来,斐雪教授当时正在集中精力研究一种荧光染料,这种染料有一个特点,能在紫外线的“激发”下发出各色光辉,并具有很强的着色能力。斐雪教授由于头发上沾附了一点儿染料粒子,浴池也就变成了“大染缸”。

  当代科学家由此得到灵感,决定在海洋上制造一个巨大的“染缸”,以揭开墨西哥湾暖流之谜。他们在大西洋里撒下了几吨荧光染料,使暖流印上了黄绿色的荧光“标记”。经过近几个月的跟踪研究,暖流的轨迹终于清晰地呈现在科学家眼前 — — 暖流发源于中美洲墨西哥湾,经过英国和斯堪的纳维亚半岛,穿过北海,进入巴伦支海,最后消失在北冰洋里。据测算,如果把这股暖流全转换成热能,就相当于在欧洲西北部的海岸线上,每隔一米都约有 6 万吨煤炭在燃烧。有了这么一根特大号的“天然暖气管”在,难怪挪威的气温要比加拿大高得多了。

  红色的交通信号灯,蓝色的天空,绿色的植物 — —颜色一直在我们身边。这些看似不同的色彩常常会被我们忽略,甚至让我们忘记它们对人类历史发展所做出的贡献。当牛顿拿着三棱镜,成功地将阳光分解成赤橙黄绿青蓝紫七种颜色时,就已昭示了色彩与科学的密不可分。色彩改变了世界,而且这个进程仍在继续。

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