1798年,汤普森在慕尼黑一家兵工厂监督大炮钻孔工作。一个偶然的机会,他发现被加工的黄铜炮身在短时间内得到了相当多的热量,而被刀具刮削下来的金属屑的温度更高,超过了水的沸点。按照热质说,这些发出来的热量来自物质内部包含的热质。可是从青铜中发出的过多,全部加起来甚至可以把它本身熔化,很明显,这用热质说是解释不了的。为了寻找热的来源和期望对热的本质作出解释,汤普森做了一系列实验。他将金属柱和钻削装置全部浸在水中,用一个钝钻头与炮筒摩擦生热,使一定量的水的温度升高。结果在1小时内使水温升到107℉,到1.5小时水温升高到142℉,到了2.5小时,水就沸腾了。汤普森对铜屑的比热作了精确测定,结果发现铜屑的比热与炮身没什么区别。他从摩擦产生的热显然是取之不尽的事实推断,产生热量的不是物质,而是一种来自物质的运动的理论。
1798年1月25日,他向皇家学会作了报告,结论是,摩擦产生的热是无穷无尽的,与外部绝热的物体不可能无穷无尽地提供热物质,热只能认为是一种运动形式。
汤普森的报告引起了巨大反响,无疑是对热质说的一个沉重打击。但由于他的测量有明显数据偏差,没有测量实验中热量的损失,也没有提出一个建设性的学说来取代热质说。直到19世纪40年代末,由于能量守恒定律的确立,热动说才获得了最后的胜利。直到今天,人们才形成正确概念——热是大量分子无规则运动。
玻意耳批判了亚里士多德(Aristotle,384 BC-322 BC)的土、气、火、水四元素理论及帕拉塞尔苏斯(Paracelsus,1493.11.11\1493.12.17-1541.09.24)的盐、硫、汞三要素学说,认为物质的粒子是由一些基本微粒组合而成,这是近代元素理论的先驱。玻意耳以其对气体性质的研究著称于世,他提出的玻意耳-马略特定律现在已经成为中学基础知识。
玻意耳还用“实验记录”的方法圆满解决了科学研究传播困难的问题,详细记录实验的每一个步骤,包括实验结果还存在什么样的问题和一些模糊不清之处。这样,人们阅读玻义耳的实验报告,就如同亲身经历一般。玻义耳在真空泵实验中,将他做的一共43个科学实验过程详细记录并出版了一本《新机械物理实验——感受空气活力及其效用(由新空气泵所完成的大部分实验)》著作中。在这本书里,玻义耳做了在极低气压下氧化、磁场、声音及其气压特征的大量实验。甚至还做了生物活体实验,如第40号实验:检验昆虫在低气压下的飞行能力。更加令人咂舌的是第41号实验:“生物生存对空气的依靠”。在试图揭示有关“大自然所提供给生物的肺,生存的基本呼吸量到底有 多少”的实验中,玻义耳不厌其烦地更换了大量不同生物,包括鸟类、老鼠、鳗鱼、蜗牛和苍蝇等进行实验,研究它们在空气泵中,空气被抽走时的反应。他这样记述了当时的情景:“……小鸟看起来还是生龙活虎的,但是把空气抽干之后,明显变得萎靡不振,病怏怏的。很快出现通常家禽中所见不到的头部向后扭,在剧烈而不规律的抽动几下之后,小鸟翻动两三次,然后胸部向上,头向下,脖子反拧着死掉了。”
玻意尔的这个高效率、低成本的记述、传播方法,导致了一套记述科学研究成果的标准。甚至可以说建立起一种文化氛围,从而使科学家能够参阅彼此的研究著述,并在相互信任的基础上参照他人的研究成果继续深入展开研究,而无需做过多的重复工作。
联系客服