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第25章 揭秘神奇的科学发现(8)

一些工业部门使用电解水的方法制氢。然而,电解水要耗费大量电能,成本非常高。如今已找到新的方法,可以使电解水降低电的消耗量。随着探索制氢新途径的发展,目前出现了一支制氢生力军。科学家发现,通过对植物叶绿素的光合作用进行模仿,从而得到氢。植物的叶子中有一种叶绿素,能够吸收阳光把水分解成氢和氧。释放出来的氧可以净化空气,而氢与二氧化碳作用可生成碳水化合物,这是植物生长所必需的养分。假如可以造出模仿植物光合作用的装置,同时使光合作用停留在分解水的阶段,这样便能利用太阳光和水产生氢气。英美等国的科学家,已经研制出了用叶绿素体制造氢的装置。利用这种装置,用1克叶绿素在1小时内就可产生1升氢气。

随着科学技术的发展,太阳也能制氢,这将是未来氢气的主要来源。科学家们还提出了一个大胆的设想:在未来的时代中,可以建造一些专门的核电站,提供大量电力来电解水制氢,得到的氢和氧可用专门的贮气设备贮存起来,供人们使用。人们相信,这一天已经不远了。

没有氧气地球还有生命吗

在这个地球上,人类和其他生物吸进空气中的氧,而呼出二氧化碳。

随着工业的发展,世界上二氧化碳的量不断增加,这种现象的确令人类担忧。二氧化碳增多的最直接后果便是造成了地球的。温室效应。,地球的温度因此而上升,导致了冰川融化,极大地威胁着人类的生存。当然,凯尔文有点过于悲观了。因为地球上的生物既能消耗氧,也能生成氧。世界上许多绿色植物在光合作用时,吸入的是二氧化碳,排出的却是氧气。科学家们通过实验得知,三棵大桉树每天吸收的二氧化碳的量,与一个人每天所呼出的二氧化碳的量差不多。除了植物以外,石头也从空气中吸取着大量二氧化碳。在二氧化碳和水的作用下,岩石中所含的碳酸钙会变成可溶解的酸式碳酸钙,这便是岩石的风化过程。据科学家们分析,每年由于岩石风化所消耗的二氧化碳约为40~70亿吨。这些风化的岩石随着江河流往大海,当它再和石灰化合时,会再次形成石灰石,变成新的岩石。目前,各国的科学家都在积极寻找能够使二氧化碳的排放量减少的有效途径,但是还没找到使空气中氧气增多的好方法。专家们指出,减少森林面积的流失,保护绿色植物是人类保护氧气的最好方法。因为正是这些绿色植物产生了人类赖以生存的氧气。

地球上的氧气会不会被用完,这有赖于全人类的努力。假如人类仍然无休无止地向大自然索取,人为地过度破坏生态平衡,乱砍滥伐森林,导致大量绿色植物锐减,说不定人类真会面临缺氧的危机”让我们现在就开始保护,生成氧的努力,正所谓“亡羊补牢,犹未晚矣”。

人需要“气泡空间”之谜

心理学家发现一个有趣的现象:在彼此陌生的情况下,第一个走进一间空房间的人总是找一个靠墙角的位置。第二个进入者则找一个与第一个人有差不多相同大小的空间距离的位置坐下”第三个人则会坐在与一,二两者距离相当的位置上。在拥挤的公交车上,人们都会感到不舒服,而只要稍有空余,人们便会试图拉开彼此的距离”当你有意,无意地向一个陌生人靠近时,到一定距离后,对方总会向远离你的方向移动。普通的异性朋友之间总保持一段距离,同性朋友间这种距离则要小得多;女性朋友之间的距离较男性朋友之间更小,而热恋中的男女青年往往亲密无间。

心理学家海杜克研究这一现象后指出,每个人周围都有一个“气泡状的空间”,他称之为“私人空间”。“私人空间”是看不到,摸不着的,而且会随着人体的移动而移动,但它却有潜在的边界,一旦有人进入这个边界,个人就会产生不快感,并会通过一定方式表现出来。例如,有人一到闹市中或在拥挤的公共汽车上可能会感到头痛,这是因为个人空间被侵犯而本人又无力改变现状所致”

心理学家们试图用多种方法测量和观察“气泡”的大小及其属性。其中最常用的一种实验方法是:让一个人(甲)站在空旷的场地上,然后让另一个人(乙)从各个方位由远处向甲靠近,当乙近得甲认为无法忍受时,便让甲报告,实验者记下此时的距离。这样,便可以得出私人空间的大小。另外,在自然情况下,对人们之间的距离进行观察也是研究的方法之一。

经过无数次研究,引起心理学家兴趣的是,个体的气泡大小并不是一成不变的,而是会随着受试者双方的特点而改变。坦尼斯发现,个体处于大房间里比在小房间里气泡大,而处于房间中央比处在墙角气泡大”海杜克发现,个人被喜欢或熟悉的人侵入时,比被不喜欢或不熟的人侵入时气泡小。吉福拉等人则从年龄特征上对气泡的性质进行了研究”他发现,2岁左右的儿童就已开始表现出对气泡的偏爱,且随着年龄的增长,气泡不断增大。到12岁时,气泡大小基本稳定,并与成人水平相当”还有研究表明,外向型的人气泡小;喜欢与他人交朋友的人气泡小;自卑的人,信奉权威的人以及易受他人影响的人气泡大。当然,影响气泡大小的因素很多,诸如经济地位,种族,性别等等,心理学家们的工作才刚刚开始,在回顾了以往的有关研究之后,海杜克认为,人为何需要“气泡空间”,气泡是如何产生的,它的作用是什么等等,都有许多不解之谜,尚待深入研究。

“合成粮食”能实现吗

光合作用,实际上是绿色植物利用光能,把无机物变成有机物的过程。倘若有一天,我们彻底弄清光合作用的全部细节,那么,我们就可以在工厂里实现合成粮食了”

生物学家告诉我们,绿色植物的光合作用对我们人类来说特别重要。第一,它养育了地球上的人类和动物,它是食物链中最重要,也是最基础的一环。光合作用提供大量的食物(淀粉),纤维以及各种各样的化学物质,全世界几十亿人口的吃,穿,用,住……都与光合作用有关。第二,光合作用过程,吸进二氧化碳,放出氧气。而动物和人类呼吸,则是吸进氧气,呼出二氧化碳。这样就能使大自然保持一种平衡”第三,光合作用,能为我们提供生物质能。据不完全的统计,每年全世界植物的光合作用能够固定产生相当于2x1011吨煤,这个数字是每年全世界能量消耗总量的10倍”如今广大农村主要还是靠烧柴草而做饭。没有植物,人类就无法生存。

因此,生物学家对光合作用的兴趣也就自然另有一番期望了。他们很想模拟光合作用的过程”但至今没有成功。生物学家早就发现绿色植物所以能进行光合作用,是叶子中的叶绿素在起作用”叶绿素,是一种具有生理作用的植物叶细胞的绿色素,它与蛋白质结合存在于叶绿体内。对其进行化学结构分析,发现它是一种含镁的复杂化合物”镁是叶绿素的核心,如果去掉镁,就不能进行光合作用。但是,镁在叶绿素中的特殊作用至今尚不明白。

在光合作用过程中,叶绿素如何吃进二氧化碳,放出氧气?它又如何把二氧化碳和水与体内的物质结合生成碳水化合物?这些问题离开“清楚”还差得远呢!

所以,要实现在工厂中合成粮食,到目前为止只能说是一种尚未实现的“幻想”。但是,有的化学家提出另一种人工合成淀粉的办法,那就是选择催化剂促进这个过程成功”淀粉,是由许多个葡萄糖分子经一定方式连接而成的大分子。要合成淀粉,关键是合成葡萄糖。别看葡萄糖分子组成简单,只有6个碳原子,12个氢原子和6个氧原子,然而这些原子结合而成的分子的可能空间结构却有许多种,葡萄糖分子结构仅仅是其中的一种。要想实现其中的这一种,却让化学家犯愁了”因为到现在还找不出葡萄糖分子的合成方法。当然,合成淀粉也成了没有成功的期盼。

随着科学家对化学合成的控制因素的深入了解以及对催化剂的认识,许多科学家都预言在21世纪可以实现合成粮食的幻想。

探秘“u”

历史上r首次出现于埃及。1858年,苏格兰一位古董商偶然发现了写在古埃及莎草纸上的r数值。莎草纸的主人从一开始就吹嘘自己发现的重要性,并有一个解式:“将(圆的)直径切除1/9,用余数建立一个正方形,这个正方形的面积和该圆的面积相等。”

《圣经》中记载,为了测量所罗门修建的一个圆形容器,使用的r的数值为3“但是希腊人还想进一步计算出r的精确数值,于是他们在一个圆内绘出一个直线多边形,这个多边形的边越多,其形状也就越接近于圆”希腊人称这种计算方法叫“竭尽法”“事实上它也确实让不少数学家精疲力竭”到了公元5世纪,中国数学和天文学家祖冲之和他的儿子在一个圆形里绘出了有24576条边的多边形,算出圆周率值在3.1415926和3.1415927之间,这样才将r的数值又向前推进了一步“1610年,荷兰人为r建立了一座不可思议的纪念碑”据说,在莱顿的彼得教堂的墓地里有一块墓碑,上面刻有2–8–8字样,代表了由荷兰数学家鲁道夫·冯·瑟伦计算出的r的第33到35位数“这位数学家在将r的数值计算到第20位时,得出结论:“任何愿意精确计算r值的人都能将其数值再向前推进一步””但愿意继续做下去的人只有他一个。他用自己余生的14年将r值推进到第35位数。然而,传说中那块铭记瑟伦的成就的墓碑早已不在,他付出的劳动也由于新发明——微积分而黯然失色。1665年,伦敦瘟疫流行,伊萨克·牛顿只好休学养病。在此期间他发明了微积分,主要用于计算曲线。同时,他还潜心研究r的数值。当他发明微积分后,他终于创造出一种新的计算r数值的方法。不久,科学家们就将r值不断向前推进。1706年,r的数值已经扩展到小数点后100位。也就是在这一年,一位英国科学家用希腊字母对r进行了命名,这样r就有了今天的符号。到18世纪后期,将圆形无限变成多边形的方法正式退出了历史舞台。虽然目前科学家已经计算出r的前2060亿位数值,但是我们在做普通计算时,只取r的前3位数值,即3.14。使用r值的小数点后10位数,所计算出的地球周长的误差只有1英寸。如此看来,还有必要将r值再精确一步吗?

在整个19世纪,人们还是希望计算出r的最后数值。当时汉堡有一位数学天才约翰·达斯能够心算出两个8位数的乘积值。他在计算时还能够做到一算就是几个小时,累了就睡觉,醒来时能够在睡前的基础上接着再计算下去。1844年,这位天才开始计算r的数值,在两个月之内,他将r值又继续推进到小数点后第205位。另一位数学天才威利姆·尚克则凭着自己手中的一支笔,一张纸,用了近20年时间,将r值进一步推进至小数点后707位。这一纪录一直保持到20世纪,无人能够刷新。遗憾的是,后人经过检验发现,这位天才的计算结果中小数点后第527位数字有误,20年的辛苦工作竟然得出这么个结果,不能不令人叹息。

r在令数学家头疼了几个世纪之后,终于在20世纪遇上了强大的对手——计算机。计算机最早出现在第二次世界大战后,主要用于计算弹道轨迹。当时的计算机重达30吨,工作一小时需缴电费650美元。1949年,计算机曾对r值进行了长达70小时的计算,将其精确到小数点后2037位。但是令数学家大为挠头的是,他们仍然无法从中找到可循的规律。1967年,计算机将r值精确到小数点后50万位,6年后又进一步进展到100万位,1983年,精确到1600万位。1984年,一对俄罗斯兄弟使用超级计算机将r值推进到小数点后10亿位,后来他们还获得了第一届麦克阿瑟基金。天才奖。。r根本就是无章可循的一长串数字,但是对r感兴趣的人却越来越多。每年的3月14日是旧金山的r节,下午1点59分,人们都要绕着当地的科学博物馆绕行3.14圈,同时嘴里还吃着各种饼,因为饼(pie)在英语里与r(pi)同音。加拿大蒙特利尔的少年西蒙·普洛菲现在已经。对数字上瘾了。,他决心打破记忆r数值的世界纪录。他在第一天就已经能够记忆300位数字了,第二天他将自己独自关在一间黑屋子里,默记着r数值。半年后,他已经能够记住4096位数了。西蒙最终将自己所记数字花3小时全部背了出来,他也因此上了法语版《吉尼斯世界纪录》。但这一纪录保持的时间并不长,有人很快就突破了5000位大关。现在的保持者是广之后藤,他能够用9小时背出42195位数。在许多国家里都有记忆r数值的口诀,但是这些口诀的文采都无法与诗歌《r》相比。1996年诺贝尔文学奖得主维斯拉瓦·申博尔斯卡曾为r写了一首诗歌,赞美其坚定不移地向着无限延伸。

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