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你知道吗--现代科学中的100个问题-第27章

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第67节
    要回答这个问题,我们先得问一问:我们是怎样判断某个物体有多大的?

    从某一物体的两侧射到我们眼中的光线,会对我们的眼睛形成一个角度。根据这个角度的大小,我们就能够判断出那个物体的视大小。

    但是,如果这些光线在到达我们的眼睛之前,先通过一个凸透镜,那么,这些光线就会受到某种方式的偏折,从而使它们在我们眼中形成的角度变得大一些。这样一来,我们通过这种透镜所看到的物体似乎变大了,并且它的每一个部分也似乎变大了。这样,我们就有了“放大镜”。

    用几个透镜组合起来,就有可能把物体放大几千倍,并且清楚地看到一些小到远非肉眼所能看到的细部。这时,我们所碰到的是一台利用光波来工作的光学显微镜,过这种显微镜,我们可以看见像细菌那样小的物体。

    我们能够把透镜一个个叠在一起,最后做成一台能把物体放大得非常大,使我们能够看到比细菌小得多的物体,甚至连原子也看得见的显微镜吗?

    很遗憾,这是做不到的。即使我们把一些最完美的透镜用最完善的方法组合起来,也无法制成这样的显微镜。光是由一定波长的电磁波构成的(波长约1/125;000厘米),比它再小的东西就什么也看不清楚了。光波已经大到足以“跳过”一切比它自身小的东西了。

    不错,有几种电磁波的波长要比可见光短得多。X射线的波长就只有可见光波长的万分之一。可惜,X射线会径直穿过我们所想看到的那些东西。

    但是,不是还有电子吗?电子是一种粒子,但它们的行为也像波一样。它们的波长大致和X射线差不多,但电子不会径直穿过我们所想看到的那些东西。

    假定有一束光投射在某一物体上。这个物体会吸收光,并且投下一个阴影。我们通过比较亮光和阴影,就看到那个物体。如果把一束电子投射到某一物体上,这个物体也将吸收电子,并投下一个“电子阴影”。在使用电子束的情况下,要是我们想用眼睛直接去看它,那是很危险的。但是,我们可以用照相底片把物体拍摄下来。电子阴影可以告诉我们那个物体具有什么形状,要是物体的某些部分对电子的吸收比其他部分强一些或弱一些,那么,这种照片甚至还可以说明物体的一些细节。

    但是,要是那个物体非常小,那会怎么样呢?如果我们用的是光束,我们可以利用透镜使光束以某种方式偏折,从而把物体的外观放大。我们不能用普通透镜使电子束偏折,不过,我们还有别的东西可以利用。电子是带有电荷的,这就是说,它们在磁场中将沿着弯曲的路径行进。如果我们所采用的磁场具有适当的强度和形状,就可以用透镜操纵光束那种办法去操纵电子了。

    简单地说,这时我们就有了一台“电子显微镜”,它利用的是电子束,正像“光学显微镜”所利用的是光束那样。

    不同的地方在于,电子的波长要比普通光的波长短得多,因此,电子显微镜能够为我们显示出像病毒那样细微的物体,而光学显微镜却做不到这一点。
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第68节
    只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候,能量才能够转化为功,这时,能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方,直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动,你才能从能量得到功。

    江河发源地的水位比较高,那里的水的势能也比河口的水的势能来得大。由于这个原因,水就沿着江河向下流入海洋。要不是下雨的话,大陆上所有的水就会全部流入海洋,而海平面将稍稍升高。总势能这时保持不变。但分布得比较均匀。

    正是在水往下流的时候,可以使水轮转动起来,因而水就能够做功。处在同一个水平面上的水是无法做功的,即使这些水是处在很高的高原上,因而具有异常高的势能,也同样做不了功。在这里起决定性作用的是能量密度的差异和朝着均匀化方向的流动。Ф米Ф花Ф书Ф库Ф ;www。7mihua。com

    不管对哪一种能量来说,情况都是如此。在蒸汽机中,有一个热库把水变成蒸汽,还有一个冷库把蒸汽冷凝成水。起决定性作用的正是这个温度差。在任何单一的、毫无差别的温度下——不管这个温度有多高——是不可能得到任何功的。

    “熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语,他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀,熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说,能量完全均匀地分布,那么,这个系统的熵就达到最大值。

    在克劳修斯看来,在一个系统中,如果听任它自然发展,那么,能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触,热就会以下面所说的方式流动:热物体将冷却,冷物体将变热,直到两个物体达到相同的温度为止。如果把两个水库连接起来,并且其中一个水库的水平面高于另一个水库,那么,万有引力就会使一个水库的水面降低,而使另一个水面升高,直到两个水库的水面均等,而势能也取平为止。

    因此,克劳修斯说,自然界中的一个普遍规律是:能量密度的差异倾向于变成均等。换句话说,“熵将随着时间而增大”。

    对于能量从密度较高的地方向密度较低的地方流动的研究,过去主要是对于热这种能量形态进行的。因此,关于能量流动和功-能转换的科学就被称为“热力学”,这是从希腊文“热运动”一词变来的。

    人们早已断定,能量既不能创造,也不能消灭。这是一条最基本的定律;所以人们把它称为“热力学第一定律”。

    克劳修斯所提出的熵随时间而增大的说法,看来差不多也是非常基本的一条普遍规律,所以它被称为“热力学第二定律”。
第69节
    按照“热力学第二定律”,熵总是在不断地增大。这就是说,能量密度的差别一直在减小。当所有能量密度的差别都完全取平的时候,就再也无法从能量榨出任何功来,宇宙也不会再有丝毫变化了。

    让我们来考虑一个表。一个表之所以能不断走下去,是因为它的发条或电池中集中着能量。当发条松开或电池发生化学反应时,能量就从密度高的地方流向密度低的地方,由于这种流动的结果,表就会走下去。一旦发条完全松开或电池的化学变化完全结束,整个表里的能量就完全拉平,不再会有能量在流动,因而表也就不再走了。它已经“衰亡”了。与此相似,当宇宙中的所有能量全部拉平时,我们就说宇宙“衰亡”了。↙米↙花↙书↙库↙ ;www。7mihua。com

    当然,我们可以把表的发条再一次上紧,或者换一个新电池。但为了把表上紧,我们就得使用我们肌肉的力量,从而使我们自己稍稍“衰老”一点。我们也可以买一个新电池,但是,那就得把它制造出来,而为了制造这个电池,人们的工业设备就必定会稍稍“衰老”一些。

    我们可以通过吃东西来恢复我们自己肌肉的力量,但是,食物最初是由植物利用太阳的能量产生的。人类的工业设备主要依靠煤和石油工作,而煤和石油也是植物在远古的年代用太阳能产生出来的。当地球上的各种事物“衰老”时,我们总是可以利用某种东西把它们的“发条”再一次“上紧”。而这类东西通常总要追溯到太阳能的作用,因此,太阳也是在不断“衰老”。

    太阳主要是由氢构成的,氢原子中每一个粒子所含的能量要比氦、氧、铁等较为复杂的原子多得多。在太阳内部,由于氢不断转变成比较复杂的原子,能量密度就逐渐取平。在地球上的核动力发电厂中,由于铀原子转变成�
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