科學(xué)家的耐心

科學(xué)家不可思議的耐心源于他們的遠(yuǎn)見卓識(shí)、奉獻(xiàn)精神和堅(jiān)忍不拔的毅力。

為了證明瀝青是液體

86年前，澳大利亞昆士蘭大學(xué)的物理學(xué)家帕內(nèi)爾，為了向?qū)W生證明“瀝青是液體而不是固體”，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：他將瀝青加熱。倒入一個(gè)封口的玻璃漏斗。等到瀝青完全凝固之后，再將漏斗的下端封口切除，并開始記錄每一滴瀝青滴落到燒杯中的時(shí)間。為了等待瀝青完全凝固，他花費(fèi)了3年時(shí)間，而到第一滴瀝青滴落，他又耗費(fèi)了8年。盡管直到帕內(nèi)爾去世，他只等到了3滴滴落的瀝青，卻證明了在冷卻狀態(tài)下脆得可以用錘子敲碎的瀝青，也能夠像液體一樣從一個(gè)漏斗底部滴出，盡管是以極慢的速度。

隨后接管該實(shí)驗(yàn)的另一位物理學(xué)家梅因斯通，在50多年的時(shí)間里，也只迎來了5滴滴落的瀝青。由于各種各樣的原因，這5次“見證奇跡的時(shí)刻”都郁悶地與他擦肩而過了。事實(shí)上，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)開始到現(xiàn)在的86年中，雖然已滴下8滴瀝青，卻還沒有人親眼見到過瀝青滴落的那一瞬間。讓梅因斯通后悔得腸子發(fā)青的一次，發(fā)生在1979年。當(dāng)時(shí)，那個(gè)像淚滴一樣的瀝青滴，和漏斗的連接處已經(jīng)變成了一根細(xì)絲。梅因斯通觀察了一會(huì)兒，覺得要等到它滴下來，至少還要一天時(shí)間。結(jié)果，等他第二天來到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，這第5滴瀝青早已掉進(jìn)了燒杯里。梅因斯通為此懊惱了很長(zhǎng)時(shí)間，他堅(jiān)持說，自己和那個(gè)瞬間只差了5分鐘。

由這兩位物理學(xué)家開創(chuàng)和堅(jiān)持的這個(gè)小實(shí)驗(yàn)，已被公認(rèn)為“世界上耗時(shí)最長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)”。其結(jié)果也正如他們所料，瀝青的滴漏速度大約為每6-12年1滴。有人預(yù)計(jì)，第9滴瀝青將于今年年底左右的某個(gè)時(shí)候滴下。但誰知道這究竟會(huì)不會(huì)發(fā)生呢，第9滴瀝青也會(huì)有它自己的“主意”。自然界的偉大之處就在于它的不可預(yù)測(cè)！

與此同時(shí)，這一“歷史悠久”看上去有點(diǎn)古怪的實(shí)驗(yàn)裝置，已經(jīng)成了昆士蘭大學(xué)的一個(gè)著名景點(diǎn)。一些校友領(lǐng)著自己的兒女、孫子重訪母校時(shí)，常常會(huì)感慨該實(shí)驗(yàn)裝置“和幾十年前沒什么變化”；而那些通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭觀看這一實(shí)驗(yàn)的人們也會(huì)發(fā)現(xiàn)，相隔幾個(gè)月的畫而，幾乎看不出任何不同；很多人因此懷疑自己每次看到的只是一張靜止的圖片。人們都覺得，時(shí)間在這里似乎停止了，以至于梅因斯通教授不得不在該實(shí)驗(yàn)裝置旁擺上了一只綠色的時(shí)鐘，提醒人們“時(shí)間確實(shí)在流逝”。

毫無疑問，這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不處于科研前沿。86年的時(shí)間里，這一實(shí)驗(yàn)只產(chǎn)生了一篇科學(xué)論文，計(jì)算出了瀝青的黏度大約是水的2300億倍。該實(shí)驗(yàn)的價(jià)值不在于對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)，而在于其對(duì)歷史和文化的影響。它讓人們聯(lián)想到無論世事如何變幻無常，科學(xué)和事物的發(fā)展仍然遵循著恒常不變的規(guī)律。那些相隔幾十年滴落的瀝青滴，早已在燒杯底部慢慢融合，看不出一丁點(diǎn)差別；而漏斗中還存有大量的瀝青，未來的100多年里它仍將無視世事的紛擾，靜靜地準(zhǔn)備著下一-滴瀝青的滴落。如今678歲的梅因斯通已經(jīng)將繼續(xù)這一實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，交付給了一位年輕的同事。

86年的時(shí)間里，該實(shí)驗(yàn)收獲的最大榮譽(yù)，是在2005年贏得了“搞笑諾貝爾獎(jiǎng)”。在美國(guó)哈佛大學(xué)的桑德斯劇院，面對(duì)臺(tái)下1200名觀眾，由真正的諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主向梅因斯通和帕內(nèi)爾教授的后人頒發(fā)了獲獎(jiǎng)證書。在接受采訪中，梅因斯通感謝從未相識(shí)的帕內(nèi)爾教授留下了這一寶貴的遺產(chǎn)；它幽默搞笑，同時(shí)也讓人們有興趣了解瀝青奇特的物理性質(zhì)和行為。他同時(shí)也感激那些實(shí)驗(yàn)室的管理員們，當(dāng)年沒有隨手扔掉櫥柜里這件“奇怪的垃圾”。

每當(dāng)有人問梅因斯通，“你覺得第9滴瀝青會(huì)在什么時(shí)候掉下來？”他總是說：“我真的不知道。”這位物理學(xué)家解釋說，瀝青的掉落時(shí)間取決于在當(dāng)?shù)仄骄覝氐沫h(huán)境下，瀝青表面的黏度系數(shù)。他認(rèn)為，這個(gè)持續(xù)了80余年的實(shí)驗(yàn)并不只是簡(jiǎn)單地說明了“瀝青是液體而非固體”，更準(zhǔn)確的說法應(yīng)該是，“瀝青是一種相態(tài)復(fù)雜的混合物”。

關(guān)于太陽(yáng)黑子的常識(shí)

太陽(yáng)黑子是在太陽(yáng)的光球?qū)由习l(fā)生的一種最基本、最明顯的活動(dòng)現(xiàn)象。太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)表面由熾熱氣體形成的巨大旋渦，一個(gè)小黑子的直徑大約有1000千米，而一個(gè)大黑子的直徑則可達(dá)20萬千米。黑子的溫度大約為4500攝氏度，比太陽(yáng)的光球?qū)颖砻鏈囟纫?，因此，從地球上看上去就像一個(gè)個(gè)深暗色的斑點(diǎn)，“黑子”的名稱也由此而來。一個(gè)發(fā)展完全的黑子，由較暗的核和周圍較亮的部分構(gòu)成，中間凹陷大約500千米。黑子經(jīng)常成對(duì)或成群出現(xiàn)。太陽(yáng)黑子活動(dòng)的盛衰變化周期約為11年。太陽(yáng)黑子產(chǎn)生的帶電粒子流向四周空間噴發(fā)，對(duì)人造衛(wèi)星和地球上的電網(wǎng)、各種電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

科學(xué)家告訴我們，就像地球上的核反應(yīng)堆會(huì)產(chǎn)生核廢料，黑子很可能是太陽(yáng)產(chǎn)生的核廢料；黑子的溫度較低應(yīng)該是一個(gè)證據(jù)，就好像煤爐中的炭灰在一般情況下不能再產(chǎn)生高溫一樣。黑子約11年的活動(dòng)周期，很可能是黑子在太陽(yáng)里面和表面翻滾一次的時(shí)間，就像湯圓在鍋里被煮得上下翻動(dòng)一樣。因?yàn)樘?yáng)的密度小和太陽(yáng)自轉(zhuǎn)的原因，黑子總是向太陽(yáng)的低緯度區(qū)域運(yùn)動(dòng)，就像地球上的大陸版塊向低緯度運(yùn)動(dòng)一樣。有黑子的地方之所以存在500千米深的凹陷，可能是因?yàn)闇囟鹊投辉倥蛎浀脑?。太?yáng)黑子的形成與太陽(yáng)磁場(chǎng)有密切的關(guān)系。但黑子究竟是如何形成的？天文學(xué)家還沒有找到確切的答案。他們知道的是，不是太陽(yáng)磁場(chǎng)影響了黑子，而是黑子影響了太陽(yáng)磁場(chǎng)。

人類對(duì)太陽(yáng)黑子的了解，源于400多年來天文學(xué)家對(duì)太陽(yáng)黑子堅(jiān)持不懈的觀察、記錄。伽利略是第一個(gè)將望遠(yuǎn)鏡指向星空的人。他記錄了對(duì)太陽(yáng)黑子活動(dòng)的觀察結(jié)果。盡管由于他還要忙于觀察行星等其他事情，以至于他的觀察數(shù)據(jù)并不全面，但人們?nèi)匀荒軓馁だ?00年前所繪制的太陽(yáng)黑子圖中，找到與現(xiàn)代繪制的太陽(yáng)黑子圖的相同之處，并被這位天文學(xué)先輩的遠(yuǎn)見深深吸引。這些幾百年前繪制的太陽(yáng)黑子觀察圖，忠實(shí)地記錄了他們當(dāng)時(shí)所看到的一切，為后世提供了許多有用的信息。而數(shù)百年積累下來的觀察數(shù)據(jù)，更是預(yù)測(cè)太陽(yáng)黑子活動(dòng)的一份十分珍貴的歷史遺產(chǎn)。

1840年，德國(guó)的一位業(yè)余天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)黑子以10～11年為周期的變化規(guī)律。1848年，瑞士天文學(xué)家沃爾夫開始對(duì)太陽(yáng)黑子進(jìn)行系統(tǒng)的觀察，他提出的“太陽(yáng)黑子相對(duì)數(shù)”至今仍被用來測(cè)算太陽(yáng)黑子活動(dòng)的周期性變化。通過幾百年的長(zhǎng)期觀測(cè)，天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)黑子在日面上的活動(dòng)隨時(shí)間變化的緯度分布也有規(guī)律性。一開始，幾乎所有的黑子都分布在±30°的緯度內(nèi)；太陽(yáng)活動(dòng)劇烈時(shí)，它們往往出現(xiàn)在±15°處，并逐步向低緯度區(qū)移動(dòng)，在±8°處消失。在上一個(gè)周期的黑子還沒有完全消失時(shí)，下一個(gè)周期的黑子又出現(xiàn)在±30°緯度附近。

對(duì)太陽(yáng)黑子的觀察至今仍在繼續(xù)，參與其中的三分之二為業(yè)余天文愛好者；盡管他們用來觀察太陽(yáng)黑子的小型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的倍率，比200年前天文學(xué)家使用的望遠(yuǎn)鏡強(qiáng)大不了多少，但他們堅(jiān)信，忠實(shí)地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是科學(xué)研究的一個(gè)基本點(diǎn)，不管最后的結(jié)果是什么。

科學(xué)研究有時(shí)更像馬拉松賽，而不是很快就能見分曉的百米決賽。為了收集化肥對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量影響的數(shù)據(jù)，英國(guó)的洛桑研究所，從1843年開始進(jìn)行的礦物肥料和有機(jī)肥料對(duì)作物產(chǎn)量影響的研究測(cè)試，至今已經(jīng)持續(xù)進(jìn)行了170年。主要研究測(cè)試氮、磷、鉀、鈉、鎂和農(nóng)家肥，對(duì)包括小麥、大麥、豆類和一些塊莖作物在內(nèi)的幾種主要農(nóng)作物產(chǎn)量的影響。所收集的數(shù)據(jù)資料并不是保存在博物館里的老古董，而是當(dāng)今科研的組成部分。

維蘇威火山天文臺(tái)是世界上最古老的火山觀測(cè)站，自1841年建立以來，一直密切關(guān)注著維蘇威火山這個(gè)曾經(jīng)埋葬了整個(gè)龐貝城的危險(xiǎn)的觀測(cè)對(duì)象。以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)即將到來的危險(xiǎn)。這個(gè)火山觀測(cè)站曾經(jīng)所做的一切，塑造了當(dāng)今火山學(xué)和地質(zhì)學(xué)研究的雛形。