獨(dú)具慧眼的定量實(shí)驗(yàn)發(fā)明法

曉　舟

每當(dāng)太陽從東方冉冉升起的時候，我們可能以為它一出來就會被看到，其實(shí)不然，它出現(xiàn)的時候要比我們看到時還早。這是因?yàn)殛柟饨?jīng)過很長的路程后才到達(dá)地球，光速也是有限的。那么，光速究竟是多少呢?光一秒鐘能夠跑多遠(yuǎn)呢?要回答這一問題，就要用定量實(shí)驗(yàn)來測定。

世界上最早用實(shí)驗(yàn)方法測定光速的是伽利略。他在1607年做了一個實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時，他叫甲乙兩個人在夜間各帶一只燈，分立在兩個山頂上，甲先迅速取下燈罩對乙發(fā)出信號，乙在看到信號后，立即取下燈罩，對甲發(fā)出信號。兩山的距離和光往返的時間來計(jì)算光速。由于當(dāng)時的技術(shù)條件限制，測得的光速很不精確。

后來，法國科學(xué)家斐索于1849年用一只旋轉(zhuǎn)的齒輪測量光走過某一給定距離的時間，齒輪以一定的速度運(yùn)動并讓光通過齒間。斐索測得的光速為313000公里每秒。后來，法國科學(xué)家傅科用一只旋轉(zhuǎn)的鏡子測定光速。他讓鏡子以一定的速度轉(zhuǎn)動，使它在光線發(fā)出并從一面靜止的鏡子反射回來這段時間內(nèi)，恰好旋轉(zhuǎn)一周。隨著科技的發(fā)展，人們不斷地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置和技術(shù)，到1932年用旋轉(zhuǎn)棱鏡測得光速為299774±2公里每秒。20世紀(jì)60年代，激光器的出現(xiàn)，使光速的測定越發(fā)精確，1972年測定的光速值為299792公里每秒。目前國際計(jì)量委員會承認(rèn)的光速是299792458米±1.2米每秒。

從伽利略開始，中間經(jīng)過斐索和傅科等人，一直到20世紀(jì)80年代，用來測定光速的實(shí)驗(yàn)都是一種定量實(shí)驗(yàn)。

所謂定量實(shí)驗(yàn)，是為了深入了解事物和現(xiàn)象的性質(zhì)，揭露各因素之間的數(shù)量關(guān)系，確定某些因素的數(shù)值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。

在發(fā)明創(chuàng)造中，許多問題需要發(fā)明創(chuàng)造者做到胸中有“數(shù)”，即對求解的問題或設(shè)計(jì)的方案一定要注意到它的數(shù)量方面，要有基本的數(shù)量分析。

例如，在有關(guān)化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)明創(chuàng)造中，人們不僅需要確定農(nóng)藥或醫(yī)藥組合物的組分，而且需要確定各組分的含量，這時定量實(shí)驗(yàn)就必不可少了。可以說，離開了定量實(shí)驗(yàn)，有關(guān)新農(nóng)藥、新醫(yī)藥的發(fā)明創(chuàng)造只是一種空想。在一些有關(guān)方法的發(fā)明中，也常常依賴定量實(shí)驗(yàn)。比如，現(xiàn)有技術(shù)是在50～130度溫度范圍內(nèi)，物質(zhì)A與物質(zhì)B生成物質(zhì)c，物質(zhì)c的產(chǎn)量與溫度成正比。能否選擇一個最佳的溫度范圍，使物質(zhì)C的產(chǎn)量明顯地超過預(yù)期量呢?于是，有人通過定量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在63～65度的溫度范圍內(nèi)能達(dá)到這一要求。這種選擇發(fā)明所具有的創(chuàng)造性是建立在定量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。

即使是產(chǎn)品類發(fā)明創(chuàng)造，也常常離不開定量實(shí)驗(yàn)的參與。例如，人們發(fā)現(xiàn)臭氧雖然與氧氣是同種元素組成的物質(zhì)，但性質(zhì)卻大不相同。臭氧比氧氣重，有特殊氣味。在雷雨時，閃電使一些氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞酰髿庵写嬖诘蜐舛鹊某粞酰估子旰蟮目諝飧裢馇逍隆３粞跤袠O強(qiáng)的除臭、殺菌、防霉效能。生活中碰到的難聞的氣味，如含硫化合物的臭蛋味，醛類化合物的刺激性氣味，胺類化合物的血腥味等，與臭氧發(fā)生反應(yīng)后的最終產(chǎn)物都沒有異味，沒有毒性，不存在二次污染的可能。基于這種發(fā)現(xiàn)，有人提出了開發(fā)電冰箱電子滅菌除臭器的創(chuàng)意。通過定性實(shí)驗(yàn)，我們可以解決利用臭氧能否殺菌除臭的問題。但在下列問題上，則必須依靠定量實(shí)驗(yàn)：彌設(shè)計(jì)的電子線路能產(chǎn)生多大臭氧濃度?針對不同的消毒物品，應(yīng)提供多大臭氧濃度?平均殺滅菌率大概多大?能在多少時間內(nèi)殺滅電冰箱中危害人類的細(xì)菌和病毒?如果不解決上述問題，開發(fā)設(shè)計(jì)的電冰箱滅菌除臭器是無法成為顧客樂意接受的商品的。

因此，定量實(shí)驗(yàn)法也是發(fā)明創(chuàng)造中獨(dú)具慧眼的一種技法。運(yùn)用定量實(shí)驗(yàn)法，首先要明確它與定性實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系。一般說來，定性實(shí)驗(yàn)是定量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，只有先確定了某些因素是否存在，不同因素之間是否有聯(lián)系，才能進(jìn)一步安排定量實(shí)驗(yàn)。同時，也只有通過定性實(shí)驗(yàn)了解和掌握了試樣的定性組成及其大約含量，才能正確地選用定量分析的方法。其次，定量實(shí)驗(yàn)的一個突出特點(diǎn)是測試或測量，因此，掌握或了解有關(guān)量的測試或測量的方法，對發(fā)明創(chuàng)造者來說是一種不可缺少的能力。