就在大家驚歎門捷列夫元素周期表的神奇的時候，出麻煩了。英國的瑞利勳爵在做實驗的時候，發現空氣裡面居然有以前從沒被發現的物質。這個瑞利勳爵是劍橋大學卡文迪許實驗室的教授。這個位置本來是麥克斯韋擔任的，但是1879年麥克斯韋去世了。1879年是個重要的年份，前一套書《宇宙大爆炸》開篇就講到這個年份有多重要。這個職位就由瑞利擔任。稱為卡文迪許實體學教授。其實就相當于劍橋大學實體系的系主任。瑞利就注意到了卡文迪許老前輩的一項發現。這大約已經過去100年了。一個容器，倒扣在堿液裡面。伸進兩個電極，打出電火花。我們都見過電焊的時候發出的電弧，通常伴随着刺激的氣味，那就是空氣中的氧氣和氮氣生成了二氧化氮。二氧化氮是酸性的，會被堿性液體吸收。于是呢，空氣裡面的氮氣和氧氣就越來越少了。最後過量的氧氣用硫化鉀溶液吸掉。有反正折騰來折騰去，總有個小氣泡消不掉。這個氣泡到底是啥呢，人家卡文迪許老爺子沒搞清楚。100年過去了，沒人搭理這茬兒啊。瑞利發現了這件事兒，覺得好奇。他當時在測量各種氣體的密度。别的密度都測的很準确。但是氮氣的密度老是測不準。從含氮的化合物裡面搞出來的氮氣，和空氣裡面去掉氧氣剩下的氮氣。密度居然不一樣。居然要差了1.2‰，這要是擱别人那兒，根本不當回事兒。可是瑞利是個特别仔細的人。他總覺得這事兒不對勁啊。魔鬼總在細節裡，很多科學發現，都是在小數點後面好幾位給挖出來的。他一次次的重複試驗，就是對不上茬。
瑞利勳爵
瑞利廣發英雄帖，看誰有興趣來幫他。喊了半天，沒人理他。後來是個叫拉姆塞的年輕後輩蹦出來了。他說我有興趣。我跟您一起搞。這個拉姆塞用的是另外的辦法。他把空氣不斷通過熾熱的鎂粉，鎂粉很活潑，高溫下會跟氧氣和氮氣發生作用。最後折騰來折騰去，總是留下個小氣泡。小氣泡測定成分顯然還不夠啊。大規模的燒鎂粉。左後搞出好多升這種奇特的氣體。瑞利自己也搞出了500毫升。這下好了。可以足夠實驗用了。他們想盡辦法把這東西跟其他元素放在一起，加熱也罷，放電也罷。人家就是刀槍不入，跟誰都不反應。整個一個滾刀肉。這到底是個啥玩意兒？
拉姆塞一看，折騰不動這東西，那麼就不得不把我老師搞的法寶請出來了。他老師是誰啊？他老師叫基爾霍夫。大名鼎鼎的實體學家。更重要的基爾霍夫還有一位好基友啊。基爾霍夫的朋友，簡稱基友。那就是上文書提到過的本生。這個本生擅長自己鼓搗化學儀器。要是缺個瓶瓶罐罐的，人家自己能造。他發明了本生燈，這種燈其實就是一種瓦斯燈。溫度很高，能達到2300度。而且瓦斯燈的火焰沒有顔色。不會對實驗産生幹擾。基爾霍夫就跟本生兩人在海德堡大學一起工作。那時候本生正對一個現象着迷，不同的金屬鹽，撒到本生燈上，會發出各種各樣的顔色。這東西五顔六色的多好看啊。本生發現，這東西的顔色好像跟金屬元素有關系。比如你方的是含鈉的鹽，發的就是黃色的光。含鈣的就是磚紅色。本生就興奮啦，逮着什麼燒什麼。基爾霍夫在旁邊看不下去了，别燒啦。你這兒燒起來沒完啦。本生就跟他說，這顔色代表不同的元素。基爾霍夫畢竟是搞實體的。他立刻腦子一轉念。人憑着主觀印象描述顔色，那根本不靠譜兒啊。要想精确描述顔色。隻能靠光譜分析。他跟本生一說，本生一拍大腿，說幹就幹。基爾霍夫立刻去找來三棱鏡，兩個人一頓敲打，造出了世界上第一台光譜儀。他倆又玩兒開了，又是一通燒。能燒的都找來燒一遍。不看不知道，一看吓一跳。比如說鈉鹽的光譜，是兩條黃色的譜線。不是連續光譜，譜線很窄。各種元素的譜線都不太一樣。要是連續的光譜還不好辨認呢，現在一根根細細的譜線，那就好比是每個元素獨有的條形碼。本生還考基爾霍夫，一大把金屬鹽撒上去。看基爾霍夫報出光譜線，然後對應着一查表。裡面的元素報的一個不差。這兩個人樂瘋了。他倆發現了一種鑒别元素的新方法。而且靈敏度很高。這是1859年的事兒了。第二年，圓明園就被燒了。隻是感慨一下，人家歐洲在幹什麼，這邊兒大清朝在幹什麼……
基爾霍夫和光譜儀
就在1859年10月20日，他們倆就向柏林科學院做了個報告。報告的題目别提多吓人了。他們居然說搞清楚了太陽上的元素組成。一幫科學家在台底下聽着啊，心裡納悶兒，你倆啥時候去太陽上溜達了一圈啊？
原來很久以前發現夫琅和費線就是跟元素的光譜線對應。他們推測，這些暗線應該是化學元素吸收光譜造成的。既然如此就可以根據太陽的夫琅和費線來判斷太陽上的元素。看來太陽上的化學元素與地球相比大差不差。底下聽衆集體驚呼，天體實體由此進入了新階段……
傳回頭來再說瑞利和拉姆塞。他們實在沒轍了，想起老師基爾霍夫的光譜儀來了。但是他老師一直是燒金屬鹽來測定光譜啊。氣體該怎麼辦呢？這東西沒法拿到火焰上燒啊。難不倒科學家們。他們發明了一種辦法，在氣體瓶子裡放電，用電場來激發氣體輝光。這種辦法到現在還在大規模使用着，我們每天都能見到的日光燈就是這個原理。水銀蒸氣在電場的激發下發光。這東西當然用不是瑞利和拉姆塞搞出來的，他們有個外援叫克魯克斯。是人家搞出來的，就以人家名字命名叫做克魯克斯管了。當然啦，他們也沒想到這種放電的管子居然又導緻了另一個重大發現誕生。一張嘴說不了兩家事，但是這個重大的發現也就在這前後要一個雷天下響了。咱們暫且不表……
原文釋出時間為：2017-12-11
本文作者：吳京平
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九州量子，如需轉載請聯系原作者。