走近光學(xué)(Ⅱ)

古時候人們常用“照螢映雪”來形容讀書人刻苦學(xué)習(xí)的精神，這也從另一個方面反映了當(dāng)時人們對照明設(shè)施落后的一種無奈。經(jīng)過物理學(xué)家對自然規(guī)律的探索，現(xiàn)在已有多種光源為人類造福。

一、電光源

早在1821年，英國科學(xué)家戴維和法拉第就發(fā)明了一種叫電弧燈的電燈。這種電燈用炭棒作燈絲。它雖然能發(fā)出亮光，但是光線刺眼，耗電量大，壽命也不長，因此很不實用。

“電弧燈不實用，我一定要發(fā)明一種燈光柔和的電燈，讓千家萬戶都用得上。”對發(fā)明如癡如醉的愛迪生暗下決心。

于是，他開始試驗作為燈絲的材料：用傳統(tǒng)的炭條作燈絲，一通電燈絲就斷了；用釕、鉻等金屬絲作燈絲，通電后，亮了片刻也被燒斷；用、白金絲作燈絲，效果也不理想。就這樣，愛迪生試驗了1600多種材料。一次次試驗，一次次失敗，很多專家都認(rèn)為電燈的前途黯淡。英國一些著名專家甚至譏諷愛迪生的研究是毫無意義的。一些記者也報道：“愛迪生的理想已成為泡影。”

面對失敗，面對別人的冷嘲熱諷，愛迪生沒有退縮。他明白，每一次失敗都意味著向成功走近了一步。

一次，愛迪生的老朋友麥肯基來看望他。愛迪生望著麥肯基說話時一晃一晃的長胡須。突然眼睛一亮，說：“胡子，先生，我要用您的胡子。”麥肯基剪下一綹交給愛迪生。愛迪生滿懷信心地挑選了幾根粗胡子。進(jìn)行炭化處理，然后裝在燈泡里。可令人遺憾的是，試驗結(jié)果也不理想。“那就用我的頭發(fā)試試看。沒準(zhǔn)還行。”麥肯基說。

愛迪生被老朋友的精神深深感動了。但他明白，頭發(fā)與胡須性質(zhì)一樣，于是沒有采納老人的意見。愛迪生起身，準(zhǔn)備為這位慈祥的老人送行。他下意識地幫老人拉平身上穿的棉線外套。突然，他又喊道：“棉線，為什么不試試棉線呢?”

麥肯基毫不猶豫地解開外套，撕下一片棉線織成的布，遞給愛迪生。愛迪生把棉線放在U形密閉坩堝里，用高溫處理，然后用鑷子夾住炭化棉線，準(zhǔn)備將它裝在燈泡內(nèi)。可由于炭化棉線又細(xì)又脆。加上愛迪生過于緊張，拿鑷子的手微微顫抖，因此棉線被夾斷了。最后，費(fèi)了九牛二虎之力，愛迪生才把一根炭化棉線裝進(jìn)了燈泡。

此時，夜幕降臨了，愛迪生的助手把燈泡里的空氣抽走，并將燈泡裝在燈座上，一切工作就緒。大家靜靜地等待著結(jié)果。接通電源，燈泡發(fā)出金黃色的光輝，把整個實驗室照得通亮。13個月的艱苦奮斗。試用了6000多種材料，試驗了7000多次，終于有了突破性的進(jìn)展。

但這個燈泡究竟會亮多久呢?

1h，2h，3h……這盞電燈足足亮了45h后燈絲才被燒斷。這是人類第一盞有實用價值的電燈。這一天——1879年10月21日，后來被人們定為電燈發(fā)明日。

“45h還是太短了，必須把它的壽命延長到上百小時，甚至上千小時。”愛迪生沒有陶醉于成功的喜悅之中，而是給自己提出了更高的要求。

一天，天氣悶熱，他順手取來桌面上的竹扇，一邊扇著，一邊思考著問題：“也許竹絲炭化后效果更好。”愛迪生簡直是見到什么東西都想試一試。試驗結(jié)果表明，用竹絲炭化后作燈絲效果更好，非常耐用，可以連續(xù)使用1200h。于是，他開始大批量·生產(chǎn)電燈。他把生產(chǎn)的第一批燈泡安裝在“佳內(nèi)特號”考察船上，以便考察人員有更多的工作時間。此后。電燈開始進(jìn)入尋常百姓家。

此后，人們便一直使用這種用竹絲炭化后作燈絲的燈泡，幾十年后又對它進(jìn)行了改進(jìn)，用鎢絲作燈絲，并在燈泡內(nèi)充入稀有氣體氮或氬。這樣，燈泡的壽命又延長了許多。我們現(xiàn)在使用的就是這種燈泡。

二、X光源

1895年11月8日晚，德國維爾芝堡大學(xué)治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫惽俳淌诮Y(jié)束了對陰極射線的研究后。把陰極射線管用黑色的厚紙包起來，卻意外地觀察到1m以外的熒光屏在閃光。對這樣一點(diǎn)閃光，倫琴沒有掉以輕心。他想：陰極射線很弱，穿不透玻璃，只能在空氣中行進(jìn)幾厘米遠(yuǎn)。通過實驗他又發(fā)現(xiàn)陰極射線在強(qiáng)磁場的作用下有偏轉(zhuǎn)，而這種光在強(qiáng)磁場下無任何偏轉(zhuǎn)。倫琴斷定這是一種新射線，一種從未記載過的東西。倫琴用它拍出了一張肉淡骨濃的手掌照片。倫琴將這具有非凡魅力的射線命名為X射線。人們將X射線用在臨床醫(yī)學(xué)上，使千百萬人的健康得到了保證。

1971年，美國物理學(xué)教師柯馬克以及英國的洪斯菲德將電子計算機(jī)與X光機(jī)相結(jié)合，發(fā)明了CT機(jī)，CT機(jī)具有更加犀利的眼睛。能發(fā)現(xiàn)5mm小的病灶。倫琴因此獲得了首屆諾貝爾物理學(xué)獎，柯馬克和洪斯菲德則獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

三、激光

1916年，愛因斯坦提出了受激輻射的基本原理。1954年制成第一個微波量子放大器。1960年，第一臺紅寶石激光器由梅曼制成。1961年，湯斯的研究生加萬制成了氦氖激光器，使四十多年前愛因斯坦的受激輻射理論獲得了實際應(yīng)用。激光具有很多優(yōu)點(diǎn)，它亮度好(巨型脈沖固體激光器亮度比太陽光線強(qiáng)上百億倍)、單色性好、方向性好、相干性好、頻率高，因此激光在現(xiàn)實生活中有廣泛的應(yīng)用。