六、科学未知

反引力探秘

强度随距离平方而减少的场有两种：电磁场和引力场。这种减少是比较缓慢的，因此，即使在很远的地方，也能发现这两种场的存在。地球离开太阳有1亿5千万公里远，但仍被太阳的引力场紧紧地抓住不放。

但是，在这两种场当中，引力场又比电磁场弱得多。一个电子所产生的电磁场要比它所产生的引力场大约强4亿亿亿亿倍。

表面上看到的引力场似乎更强大，每次我们从高处跌落下来时，都会痛苦地体验到这一点。这只是因为地球太大了的缘故。由于地球的每个小块都对引力场有所贡献，一点一点加起来，总的引力场就显得可观了。

可是如果我们拿出一亿个电子（这个数量是太微不足道了，如果把它们集中到一点上，那么，即使用显微镜也无法看到它们），并让它们散布在地球那么大的空间里。这时，这些电子所产生的电磁场，就会和整个巨大的地球所建立的引力场一样强大。

为什么我们对电磁场的感觉不像对引力场那样明显呢？

这是因为二者之间是不同的。电荷有两种：正电荷和负电荷。因此，电磁场既可产生吸引作用（在正电荷和负电荷之间），也可产生排斥作用（在两个正电荷或两个负电荷之间）。事实上，如果在像地球那么大的体积内除了1亿个电子之外别无他物的话，这些电子就会互相排斥，远远地散布开来。

由于电磁吸引力和排斥力的作用，会使正电荷与负电荷均匀地混和起来，这样，两种电荷的效应就趋于互相抵消。至于电荷数目的极其微小的差别，则是有可能存在的。我们所研究的正是这种多了一点或少了一点某种电荷时的电磁场。

然而，引力场看来仅仅产生吸引力，每一种具有质量的物体都会吸引其他具有质量的物体。而当质量增加时，引力场也会增大，它们是不会抵消的。

如果某个具有质量的物体能够排斥另一个具有质量的物体——其强度和排斥方式正好与一般情况下它们互相吸引时一样，那么，我们就得到了“反引力”，或叫“负引力”。

人们还从未发现这种引力排斥作用。不过，这很可能是由于我们所能研究的一切物体都是由普通的物质微粒构成的缘故。

世界上存在着一种“反粒子”，它们在各方面都与普通的粒子相同，只是它们所产生的电磁场恰好同普通粒子相反。例如，如果某一种粒子具有负电荷，相应的反粒子就会有正电荷。也许，反粒子也会具有相反的引力场。两个反粒子会像两个普通粒子一样以引力互相吸引，但是，一个反粒子却会排斥一个普通粒子。

麻烦的是，引力场太微弱了，只有在相当大的质量下，才能发现引力场，而单个粒子或反粒子的引力场则是无法发现的。我们能够得到普通粒子构成的大质量，但是，到现在仍未能将足够多的反粒子搜罗到一起。而且时至今日，也没有哪个人能够提出一种能够发现反引力效应的切实可行的办法来。

电场水探秘

让我们先做这样一个实验。在一个大烧杯中放入150毫升的水；离水面20厘米处，安置高压电源的一个电极，高压电源的另一个电极接地；在烧杯下面垫一块金属板，金属板用另一条导线接地。按照物理学，大烧杯中的水就会受到两带电金属板在其间产生的电场的作用。电场是一种特殊的物质，它存在于带电物体（或随时间变化的磁场）周围。下面考察烧杯中的水的蒸发情况。结果表明，当电源为15千伏的交流电源时，与自然状态下的水比较，烧杯中的水的蒸发速度要快10倍；当电源为直流电源时，烧杯中水的蒸发速度也要比自然状态下的快好几倍。这种现象（电场能够显著地促进水的蒸发）叫做浅川效应。

电场也能促进其他液体的蒸发，甚至影响樟脑的挥发。电场还可以使汽油燃烧得更充分，在屯场中蜡烛也变得更亮。若撤去电场（关掉电源），让已在电场中加速蒸发过的水再在自然条件下蒸发，结果比普通水（未施加过电场）的蒸发要慢。而且在电场中蒸发越快的水，撤去电场后则蒸发越慢。

电场还能抑制霉菌的生长。在一玻璃杯中注入普通的水，放在空气中，一段时间后，水的颜色逐渐变成淡黄色，杯底出现霉菌的微小漂浮细粒。10个月后，杯底黑色霉菌细粒发展成轮状。若将水预先置于交流电场中处理3—5分钟，再放在空气中，即使经过10个月，黑霉菌也不会生长，完全保持原初澄清的样子。

更令人难解的是，电场或电场水还能抑制或促使植物发芽。将一洋葱头放在金属板上，金属板接地；在距洋葱头10～20毫米处接高压电源的一个极，电源的另一个极接地。让洋葱头在电场中停留3—5分钟后取出，与另一未受过电场作用的正常洋葱头一起放在空气中，观察它们的发芽情况。4个月后，正常洋葱头生根发芽，茎也长出了许多，而经电场处理过的洋葱则几乎没有变化，更谈不上发芽。取两个普通的洋葱头，一个置于电场水中，另一个置于普通水中。4个月后，浸于普通水中的洋葱生根发芽，长势茂盛，而浸于电场水中的洋葱虽然生了几个根，却仍然不发芽。可见电场水具有抑制洋葱发芽的效用。但若把用电场处理过的洋葱头浸于电场水中，则会发生意想不到的事：此时不但不抑制洋葱发芽，反而可以促进洋葱的发芽。将在电场中处理过的甘薯浸于电场水中，实验结果也表明比浸于普通水中的发芽要快得多。

电场水为什么具有上述那些奇异的特性，科学家目前还不是非常清楚，还只能作一些定性的说明和推测。在电场的作用下，水的一些物理化学性质发生了改变，如密度，表面张力和导电性等。经电场处理过的水，表面张力增大，因此蒸发变慢；电场能使溶解于水中的空气分子、特别是氧分子从水中逸出，使水中的含氧量减少，这可能抑制了水中霉菌的繁殖。

虽然电场水的作用机理还不清楚，但电场水的一些现象可用来造福于人类却是毫无疑问的。例如，根据电场处理过的水蒸发变慢且抑制霉菌生长，考虑到水果和粮食里面也含有大量水分，电场应有利于水果和粮食的贮存。实验表明的确如此。用15千伏的高压直流电源，苹果离上面的电极30毫米，苹果下面是接地的金属板，把苹果放在电场中停留5分钟后取出，与没处理过的一起观察对比。14天后，没有处理的苹果表皮失却了光泽且发皱，而处理过的苹果则仍像原来一样新鲜。若用高压交流电场处理苹果，其结果虽比没处理的好一些，但仍不能使苹果不霉烂。甜瓜则不然，无论是交流还是直流电场，只要处理3—5分钟，15天后仍新鲜如初，而没处理过的对照组则发霉了。用15千伏交流电场处理过的甘薯，30天后仍红润如初，捏着是硬朗的，用刀切可形成整齐的断面，而没经处理的对照组则失去了特有的红色而变乌了，手捏可变形，感到柔软，刀切后形成不了规则的断面。

谷物经电场处理后，即使经过烹调，仍然有电场的影响残留。例如，将电场处理过的小豆和没处理过的小豆煮熟，放置在空气中，13天后，用电场处理过的小豆仍保持刚煮熟时的样子，而没处理过的则在其上生了一层白霜。将经电场处理过的大米和未处理过的分别同时做成饭，10天后，没有处理过的米饭有黑霉覆盖，而用交流高压电场处理过的米做成的米饭则完全没有霉生成（用直流高压电场处理过的米饭上有霉生成但霉比未处理过的少），再经过10天就完全变干了，以后10个月都不发霉。更令人惊奇的是，处理过的谷物做成的饭不但变得比没处理过的好吃，而且重量也增加了百分之九左右。

放电现象探秘

在世界上许多国家都发现了奇怪的放电现象，这种放电现象都造成了一定的破坏。可是对这种奇怪的现象，至今还没有一种令人满意的解释。

早在1817年1月的一天，在美国绿山山脉的许多地方的上空大气层里可以看到一种发光现象。这种发光现象很像蜡烛火焰，往往出现在向上突起或带尖的物体上方空间。正在行走的人会突然看到自己头部周围环绕着这种光，或被比阳光弱的光团包围着。当地的人们只要举起自己的手，好像光就从手指发出。

1894年12月的一天，美国怀俄明州拉腊米堡地方也发生了一次奇异的放电现象。那天上午10点左右，下起了一阵罕见的暴风雨，一直延续到下午7点。风力最大的时候，许多坚固的建筑也都毁于一旦。在暴风雨大作的时候，许多地方都能明显地感受到电流的存在。有些用铁丝绑的篱笆都着了火，没用铁丝绑的篱笆则安然无恙。有的牛因触到了带电的篱笆而被电死。有人因碰到金属上而受到了电击，好几个月都不能恢复正常。

1964年3月3日，亚利桑那州的图森市也遭受了一场罕见的暴风雪的袭击，同时也发生了一种更为罕见的放电现象。在整个下雪过程中，在这座城市的上空不断出现一种短暂的“闪光”现象，每次间隔的时间大约为15～20秒。这次放电有许多奇异的特征，它是一种单一出现的短暂“闪光”现象，不像通常闪光那样往往伴随着一种忽隐忽现的闪动，不像普通闪电进行得那样激烈、迅猛，也看不出它们与周围笼罩着的一片黑暗阴影形成界限分明、强烈的对比。另外，当这种闪光出现时，没有听到过一次雷声，同时也没有发现它与无线电中出现的静电干扰两者之间有任何关系。这种闪光是从一些在地面上或十分接近地面的地方产生的，它照亮了飘落的雪花和周围的云层。

1971年5月11日，在美国新墨西哥州东南白沙的一片石膏岩沙丘地带，人们也发现了一次有趣的放电现象。这一天狂风大作，正当强风把沙石漫天吹起的时候，从沙丘顶部一直往上到它上面几米的上空这样大的范围内，都可看到电火花现象出现。这些电火花沿着直线向上延伸，看不出有任何分岔现象，通过仪器看到，这时有非常剧烈的电场梯度变化，其变化量的极性有正向的，也有负向的。

对这种奇怪的放电现象，人们做出了各种各样的解释。

对1971年新墨西哥州发生的那次放电现象，有人分析，是由于某些电流通过空间电荷管状区，引起空间电荷密度的相应突变而出现的。

对1964年发生在亚利桑那州的那次放电事件，有人做过这样的分析：在湿润的雪花上，存在着相互隔离，以小阱方式存在的电荷被带到地面，在这场暴风雨进入尾声的时候，最后把空间电荷耗尽了，便形成了这种放电现象。

要想对这种放电现象做出令人满意的解释，还需掌握更多的有力证据。

球形闪电之谜

闪电有多种形状，其中树枝形闪电是人们最常见的，但偶尔也能见到一种球形闪电，这种闪电神秘莫测，引起了人们的极大兴趣。

1963年3月的一天，美国东方航空公司539号班机正从纽约飞往华盛顿，机舱里只有两个人，一名乘客和一名空中小姐。他们俩分别坐在走廊两侧，正在打瞌睡。他俩被飞机的剧烈抖动惊醒，四下一看，发现在机舱门口有一个圆形的火球，颜色白色偏蓝，直径大约二十厘米。不一会儿，火球便沿着机舱走廊向后滚动，来到机舱后面厕所门口时，便突然消失了。

有一天，法国科学家费拉马利昂正呆在家里，不知打哪里跑出一个亮闪闪的火球，一直滚到他的脚边。他急忙躲开，可没想到这个火球竟步步紧逼，顺着他的脚跟往身上爬，爬过头顶，又升到屋顶，然后又无声无息地钻进了烟囱。紧接着便听到一声沉闷的爆炸声，烟囱坍塌了，火球也随之消失。

在苏联的一个集体农庄里，有两个小孩正在牛棚的屋檐下避雨。他们突然发现牛棚前的一棵白杨树上，有个橙黄色的火球在树枝上跳来跳去，后来跳到地面上，直向牛棚滚来。火球就像烧红的钢水，火星四溅。两个孩子吓得大气都不敢出。当火球跑到他们跟前时，年纪小点的孩子踢了它一脚，只听见轰隆一声，火球爆炸了。两个孩子被这一声巨响震倒在地，奇怪的是一点也没伤着，可关在牛棚里的12头奶牛，却只活下来一头。

在美国一个名叫龙尼昂维尔的小镇，还发生过一件球状闪电钻进一家的冰箱，把里面的鸭子烧熟了的事，把菜和蛋也给煮熟了。可它是怎样钻进冰箱的？怎样把冰箱变成了电烤炉，把里面的食品都给弄熟了？更离奇的是，冰箱不但没有损坏，而且还可照常使用。这些都太费解了。

许多科学家把自己的目光投向了球形闪电，有人还为它献出了生命，这个人就是俄国科学家里奇曼。他试图像富兰克林那样，用风筝进行试验时，结果一个拳头般大小的淡蓝色火球，悄悄飞到他的脸上，随后便爆炸了。里奇曼随着爆炸声倒在了地上，再也没有起来。球形闪电在他的前额上留下了一个红斑，还在他一只鞋底上打穿了两个洞。

这并没能阻止人们对球形闪电的研究。一个偶然的机会，苏联大气物理学家德米特里耶夫采集到了球形闪电经过地方的空气样品，经分析，样品中的臭氧和二氧化氮都超过了正常值。但是，臭氧和二氧化氮并不能完全解释为什么球形闪电要比线形闪电持续的时间多得多，这种闪电的能量是怎么来的。

后来，苏联科学院的斯米尔诺夫对球形闪电又提出了一个新的观点，认为火球的能量与臭氧有关。在臭氧集中的地方，空气中温度就会急剧上升，于是便出现了火球，火球内部的温度大约在1500—2000℃之间，在这样高温下的氮分子非常活跃，与氧相互作用而生成二氧化氮。二氧化氮不像臭氧那样不稳定，即使在2000℃的高温下，它也是稳定的，这就是球形闪电比线形闪电持续时间长的原因。但这种观点还未得到科学界的普遍认可。

接下来还有火球为什么会发光的问题。有人认为是有种气体落入臭氧中，加速了它的分解，从而引起发光。但这种气体到底是个什么东西，它又是如何加速臭氧的分解而引起发光，这仍是一个未解之谜。

“魔杖”之谜

几百年前，“魔杖”帮助人们破获无数起迷踪杀人案件；15世纪至18世纪，“魔杖”帮人们发现了许多矿床；20世纪，人们利用“魔杖”在非洲的干旱地区找到了水源。那么，如此神秘的魔杖究竟是怎样发挥它的魔力的呢？它是用什么做成的呢？作用究竟有多大呢？

传说中的“魔杖”是用柳条、赤杨或胡桃树削制而成的，它简直无所不能。卫国战争时期，前苏联有些科学家曾经做过一次实验，他们将实验场选在离伊塞克湖不远的楚河堤坝上，那儿的地底下有一条调节河水的暗渠，水面离堤面约7～10米。可是，在大堤上却什么也看不到。他们先测试了30个徒手的农民，结果，他们什么也没有感觉到。接着，他们又测试了另外4个手持“魔杖”的人，嘿，真灵！4个人手中的柳条叉子几乎同时偏向河水流过的地方。实验中，“魔杖”还探测地下80～100米深的矿床，更令人不可思议的是，粘土和沙子竟然一点也不会妨碍它的工作。

在后来的一次实验中，人们惊奇地发现，在这些“魔杖”当中，仅有使用新削的柳条制成的“魔杖”才具有“旋转反应”的魔力，而那些树汁已经干枯的“魔杖”魔力自动会消失。人们将这种“旋转反应”称之为“生物科奇特反应”，这种反应在硫磺矿和地下水的上方，在高压线下，在铺设水管、煤气管和地下铁道的地面上都能发生。也曾有人根据“魔杖”的魔力制成金属魔杖，它是用小型活络金属方框代替了柳条叉子，但它比柳条叉子更灵活，转动起来更有力，且能计算出转动的次数。

那么，“魔杖”为什么会具有这种“生物科奇特反应”呢？要弄清这个问题，实在不太容易，因为它涉及面太广。尽管如此，科学家们还是力求找出一个合理的解释，因此一时众说纷纭。

有的说，“魔杖”旋转与生物体产生的生物电流有关，如果把一块强大的磁铁靠近控矿者的后脑勺，“魔杖”的反应就会明显下降。

也有的说，“魔杖”的威力与地球磁场有很大的关系。据生物磁学家研究表明，“生物科奇特反应”最大的地方，那里的磁场强度远远比地球的天然磁场强。

此外，还有人根据磁力——流体动力学现象，认为“魔杖”或许跟地球引力有关……总之，到目前为止，人们还没有完全弄明白“魔杖”里隐藏的秘密，要想揭开它神秘的面纱，还将有待于人们进一步的探索和思考。

湍流之谜

坐在清澈的溪水旁，鸟声奏乐，树木婆娑，怡然世外。这不能不说是人间美事。脚下流水潺潺，“魔术”彰然显露：平缓流动的溪水倏然忽左忽右旋转起来，漩涡一个套一个，井然有序，一个精巧别致的漩涡体系须臾形成。这就是湍流，怡然世外者碰上了令科学家至今还头痛的难释景观。

湍流随处可见，与人类生活紧密相关。在烟囱冒出的滚滚浓烟中；在奔泻着的江河中；在飞机航线上（漩涡气流颠簸飞机）；在大气层中（漩涡气流使天气难以预报）。科学家已对湍流进行了长时间研究，发现湍流的基本形式是小漩涡或涡流。当你搅拌咖啡或糖水时，就会产生一两个漩涡，而在江河流水或大气层中的大规模湍流中却有成百上千的漩涡，它们一个套一个，一个连接一个，彼此相关。这一特性可以列成方程，用计算机显示出来。这种方程叫做非线性方程。

在19世纪，英国物理学家雷诺做过一个名垂物理学史的实验。首先将染料注入水流缓缓流动的管道中心，发现染色线以直线或流线的形式通过管道，他将这种类型的流动叫做层流；后在大管道中将水流加速，结果染料以复杂的方式旋转，通过管子后就交相融合或混合了，水流变成了湍流。他发现，流体变成湍流的可能性可由一个无量纲数表示，后人称这个数为雷诺数，它等于流体的速度乘以管道的直径，再除以流体的粘性系数。雷诺数越大，湍流越容易出现，反之则较难出现。流速大且粘性较小的液体在较大尺寸的物体中流动时容易产生湍流，而粘性大的液体则难产生湍流。水流动时的雷诺数可高达数百万，而汤匙搅拌的糖浆则只有约0.1。地壳下的岩浆则更小，不逾百万分之一。因此，它是决不会变成湍流的（人类之幸事！），除非在随火山爆发喷发时。

当流过圆柱体的流体的雷诺数约为40时，流体在圆柱体周围开始摆动；当雷诺数增至300时，摆动就开始分解为无规则的、沿圆柱体顺流而下的湍流；雷诺数再高达数千时，湍流环绕着圆柱体流动。层流如何转变为湍流是一个妙理幽深诱人研究的问题，现已基本清楚，它原来与紊乱或混沌休戚相关。所谓混沌就是一种极端的无序。美国麻省理工学院的E·N·洛伦兹在20世纪70年代发现的混沌性表明，只有几个因素的简单确定性系统也会产生随机性的行为。例如，一个滴水龙头，当水流速度不高时，会很有规律地滴下水来，连续滴水的时间间隔几乎相同，但当水流速度较高时，水滴虽然仍一滴滴分开落下，其滴嗒的方式却始终不重复，就如一个有无限创造力的鼓手能敲击花样无穷的鼓点。这种毫无规律但仅由速度这个确定性因素决定的滴水现象就是一种混沌现象。混沌系统对初始影响非常敏感，可谓失之毫厘谬以千里。洛伦兹曾在60年代用“蝴蝶效应”风趣地说明了天气为什么难以长期预报：气象台也许能全面地考虑各种气象条件。如果由这些气象条件决定的天气再不受其他因素影响了，气象台原则上应能长期预报天气，然而气象台却无法考虑到诸如（在何时何地有）“蝴蝶拍打它的翅膀”这样一些小因素的影响。这些小因素本身并不能直接左右天气，而是因为天气是一个混沌系统，对这些小因素很敏感，它们很容易与某些气象条件（如风速、风向等）一道（或者说被某些气象条件放大）使整个气象条件发生急剧变化，如使大气层流变成湍流，产生一个个大气漩涡，最终使气候发生变化，造成天气误报。

上述蝴蝶拍打翅膀（这样一些小因素）对大气湍流的形成起到了“种子”的作用。物理学家认为，湍流就是因这些“种子”（或小因素）的影响被急剧放大而形成的。物体表面某些不规则或规则的部分，如溪底某个凸起的尖石（溪流在这里可能形成湍流）或圆柱体（水流过圆柱体时可能形成湍流）等是种子，物体的各种振动及原始漩涡均是种子。从时间角度看，层流具有明显的周期性，湍流则无周期性可言，或者说周期为无穷长。所谓周期性是指系统具有每隔一定时间就恢复原来状态的特性。科学实验表明，层流周期随雷诺数增加（或减少）而变化。在某一雷诺数上周期将倍增，雷诺数进一步增加会导致进一步的倍增，周期增至无穷大后，层流就成了湍流。物理学家菲金鲍姆还发现了预测连续周期倍增间隔的方法，这个连续间隔比率由一个通用“幻数”4.66920给出。如上所述，科学家虽已对湍流（问题）花了不少功夫，但距最终揭示这个问题的谜底和准确预测湍流还路途遥远。这正是：物含妙理总堪寻，自然探谜无已时。

海洋生物发光之谜

按照人类的地球起源学说，大海是一切生物的摇篮，人类是由湿淋淋光条条地从大海中爬出的肺类鱼进化来的。海中世界其实是令人神往而又神秘莫测的。在那里，声音轻快地回荡，音响仿佛来自四面八方，让人（如潜水员）方向难辨。

声波在空气中传播的速度为340米／秒左右，声音（除了来自正前方和正后方的）到达两个耳朵的时间是有差别的，我们平时就是根据这一瞬间时间差辨别声音的方位。但声音在海水中的传播速度约1500米／秒，是空气中的4倍多，所以在空气中能辨方向的某个声音（即这个声音到达两耳有能辨认出来的时间差），在海水中几乎是同时传入两个耳朵，到达两耳的时间差特别小（不到空气中的1／4），人耳莫辨。例如，一只汽船的突突响声，这对海洋中的潜水员来说，就如水中嗡嗡作响的锯子，虽然相隔很远就能听到，但汽船在哪个方位却无法判断。声音在空气中传播起来似乎无多大阻碍，能传播很远，在水中则阻碍更小，能传播更远。但声音从空中往水下传播则相当困难，它一碰到水面，就几乎全部被反射回去，只有万分之一左右的声能由声音携带继续传播，故绝大多数从海面上传来的声音在水下是听不到的。

水下目力所及也是一个丰富多彩、变幻莫测而又具有浓厚诗情画意的世界。光在水下的传播与在空气中的不同。人在游泳时，一睁开眼睛，看到的只是一片混混沌沌模糊不清的世界。但若戴上一个面罩，水下一切则变得清晰可见。这是由于光波在水下传播的速度比在空气中的慢，水中传播的光线不能在视网膜上聚焦的缘故。人眼最外层有一层液体，在陆地上我们之所以能看清物体，是由于来自物体的光经过了这层液体的折射，然后经过眼内其他屈光介质的作用，被聚焦在视网膜上。在水中，如果不戴面罩，眼睛就直接与海水接触，光线穿过海水直接照到我们眼睛的外层上，折射程度远不及在空中传播时快而大，这使光线在视网膜上不能很好地聚焦。戴上面罩后，情况就不同了，眼睛与海水之间存在一个空间，光线从水中射入罩中的空气层，然后再射入眼睛，这和在陆地上的视觉过程几乎一样。但这里光线得折射两次：一次是射进面罩，一次是进入人眼。多一次折射，物体看起来就变得更近更大，比原来（一次折射）大出约三分之一，并且近约三分之一。因此，一条3寸长的鱼变成了4寸长，相距四米的人，看起来如站在三米处一样。

水下拍摄的照片或电影，大多数是蓝色的，这是由于海水具有选择性吸收——某些颜色的光线被吸收而另外一些颜色的光线则不能传播的缘故。白光是由赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色不同频率的光混合而成的。当它照到一个物体上时，有些颜色的光波被吸收了，有些颜色则被反射了。我们平时所说的一个物体的颜色，就是该物体所反射（或自身反射）的光的颜色。例如，一个身穿红衬衫的人，它反射的主要就是红光，其他颜色的光大多被吸收了。在空气中，不同颜色的光波是以同一速度一起传播的，但在水中就并非这样。水吸收某些波长的光，但并不是吸收全部的光，它对红光的吸收更厉害。太阳光从空中射入海水不到20英尺，其中的红光就全部被吸收。接着是橙色和黄色的光，它们在海水中也传播不到40和70英尺。75英尺后，只剩下蓝光，其他颜色的光均被吸收了，这就是借用海面射进来的光拍摄的水下照片都是蓝色的缘故。使用特殊光源后，水下摄影师也能使海底世界的五颜六色尽收眼底。摄影时，他们将光源尽量靠近所要拍摄的物体，以缩短光在水下传播的距离，减少选择性吸收，使物体的“真色彩”原形毕露。

水下世界大多是昏暗的。中午时阳光直射，光线较容易透过水面。其他如清晨和傍晚时辰，光线都属斜射，大部分光均被水面反射，水下比水上光线要暗得多。光线穿透水面的最佳时间是上午十点到下午两点。穿过水面的光线除被水吸收外，水中含有的微量杂质和微生物（如浮游生物）尽管十分微小，人眼难辨，也吸收和反射光线。在一些区域，由于它们的影响，水下能见度变得极低，一个中等的物体近在咫尺也难以辨认。

蓝光在水下也只能传输100多米。在200米深处，已是伸手不见五指，到1700米深处，照相底片经过两个小时也不曝光，这里已是海深阳光远，终年漆黑一片。虽然阳光达不到这里，却有各种发光生物发出的闪闪光亮（亮度当然很弱）。水母犹如夜里的萤烛，冉冉游动；巨大的、银盾状的翻车鲀，若隐若现，在海幕上游弋，呈现出美妙的绿、黄、蓝、白和红交相辉映的景色；印度洋3千米深海中的乌贼同时发出三种光：肛门上两个发光点发出铁锈色的红光，腹部发青光，两眼发蓝光；形状如同小乒乓球似的夜光虫则发出蓝绿色的光；金眼鲷发光的亮度与一个电力不足的手电筒发出的相当，借助它的光亮，在黑暗中可清楚地识别两米远处的手表上的指针和表盘；蛙人在夜间的海里，在15米远处便可看到隐灯鲷发出的光。海洋里能发光的生物种类繁多，据不完全统计，光细菌类就有10个属120多种，其他海洋动物中也有10个门35个目，其中有原生物、棘皮动物、软体动物、鱼类等等。海洋生物发出的光叫做冷光，科学家迄今还没完全清楚为什么这些生物灯点燃时既无火而且发光时又无热。

海洋磁光之谜

经常在印度洋上往返的船只，尤其是往返于通往盛产石油的波斯湾四周海域的船只，常常会遇到令人眼花缭乱的发磷光的海面。

海员们看到的海面上的磷光，其颜色可谓光怪陆离，其形状可谓千奇百怪。

有的磷光带长而平行。1908年，当一艘轮船从莫比尔驶向坦帕时，大约在傍晚7点左右，轮船碰上从水面上飘来的一条光亮带，颜色一会儿蓝，一会儿绿，非常好看，把整个船都照得通明，仿佛船上蒙上了一层彩球的弧光。紧接着半英里宽的漆黑海水，船身像罩上了一层黑幕，然后又出现了第二条色彩同样鲜艳的水上亮带。这条亮带同第一条宽度差不多。当船只驶出发光海流时，漆黑的海水和夜色成为漆黑一片。1926年5月30日，“可兰娜”号轮船驶经大约北纬26°40′，东经56°33′处，即柯因岛与拉拉克岛之间偏北方向时，也看到了一条奇特的、闪闪发光的磷光水带。初看时，它仿佛是一条由东到西穿过地平线向前伸展的水带。当船接近这一海域时，看到磷光带闪着奇特的光。穿过它时，发现它是一条约半英里宽的、从东向西方向一直延伸到地平线的光线带。走近时看到的光，就像无数支光束从海底照射上来。每一束光都照亮了约20—30平方码的海面，它们不断地一闪一灭，彼此互不干扰，闪灭规律大约1—1.5秒循环一次。

报道最多的，则是轮状磷光。1953年4月5日，“不列颠女皇”号轮船从澳哈港驶往波斯湾时，看到一条条苍白色闪光在海面上高速运行，有几英尺宽，一直延伸到目所不及的远方。光束似乎完全平行，间隔相等，每秒钟就有一道光从船下穿过。5分钟之后，变作浑圆形式旋转，从各个方向接近船只。大约一刻钟之后，光突然形成一旋转放射运动，运动中保持其相等的几何图形与一秒一次的转动频率。光不断以每秒20—30次地从平行线形状变为车轮状。每变化一次，光轮就似乎换了个地方，有时会同时出现两个轮廓清晰的光轮。整个旋转过程中，光条似乎一直在变换方向，有时作顺时针方向旋转，有时作逆时针旋转。这次磷光大约持续了25分钟。1959年9月27日，一艘从斐济的劳托卡到印尼民丹岛的轮船，也看到了两个光轮旋转的闪电。

有的磷光不是在海面，而是在空中。1955年5月13日，一艘名叫“克利培根”号的轮船在从蒙巴萨到格拉斯哥的航行途中，看到了一种大约1.5秒波动一次的光浪，在船的附近海域出现，闪闪发光，并且悬于海面上约12英尺高。

有的磷光，则呈放射状光环。1956年4月17日，“桑·里奥浦都”号从利特尔顿驶往艾迈迪港，途经北纬26°23′，东经54°38′，看到了一条发出微光的大光带，光浪在海面上杂乱地四处穿梭移动，这些光带是从均匀地散布在约2英里范围内的海面上的几个中心点发射出来的，就像在水坑中雨滴形成的圆形水波纹，每条光带约70码宽，射出微弱的白光，闪光间隔时间大约一秒多钟一次。运动速度极快。除此之外，还有的磷光呈“Z”字形，还有的磷光使海水呈乳白色，等等。

对于出现的种种磷光现象，科学家们做出了种种不同的解释。有人认为，是生物发光体在海面上留下自己的痕迹，是由于海底地震波能产生声浪的结果。可这一解释无法说明地震波能产生重叠、相互对应的旋转球这种现象，更不能解释为什么水的上空也会出现这种发光物体。种种现象表明，这种奇景也许并不和生物发光有关，尽管生物发光的解释看来是最合适的。

另外一个可能的答案是生物发光的电磁作用，也许是和地球向空间放电有关的某种东西。在很低的极光景象和海洋磷光活动中，有时可观察到一种发亮的薄雾，这也可以说明这种可能性。有时也不能不完全考虑水生有机物的聚集特点。

要真正了解几何图形磷光景象，我们必须回答下列问题：为什么会集中在印度洋？其他生物发光现象十分频繁的海域为什么并不出现这种现象？它们与太阳的活动有关吗？它们是地震激发的结果吗？船只雷达与水下爆破的效果又怎样？这些光轮同更为平常的“白色”或“乳白色”的海有关吗？

次声杀人探秘

1890年，帆船“马尔波罗”号满载冻羊肉和羊毛从新西兰起航开往英国。该船一直没驶到预定港口，最后作为失事而注销。过了20年，有人意外地发现，“马尔波罗”号正在火地岛岸边满帆航行。发现“马尔波罗”号的那艘船的船长在报告中说，“马尔波罗”号的一切都完好无损，保持着正常航行状态，甚至连“水手们”也像是守在自己的岗位上。在舵轮旁有一具遗骸，舱口处有3具，10名值班水手也在岗位上，舱里有6具遗骨，那可能是轮休的水手。遗骸上还残留着衣服碎片。船上到底发生了什么事？虽经过仔细研究，仍是一无所获。航海日记虽然找到了，但上面已生满霉菌，一个字也看不清了。

1948年，一艘内燃船“乌兰格·麦塔奇”号上发生的事就更令人奇怪了。人们突然收到海船的求救电报“SOS”，并收到以下电文：“所有的军官、船长……都死了。我也要死……”。救援者登上那条船，看到了一幅奇怪的景象：所有的人都死在自己的岗位上，脸上凝结着极端恐怖的表情。

有的全体乘员不知什么原因突然同时死亡，有的则不知怎么回事竟全体弃船而去。1953年内燃机货轮“霍尔球号”就是这样。1969年6月，报上也曾报道过这样的新闻：“在亚速尔群岛附近海域，发现两艘空空无人的快艇，船上的食物、饮用水和救生器材完好无损……”

不但人是这样，有的鲸鱼也会出现集体“自杀”的现象。1980年6月30日上午，澳大利亚新南威尔士州北部西·罗克斯附近，就发生过成群的巨头鲸冲上海滩的现象。人们为保护这些珍贵动物，费尽九牛二虎之力，企图把它们拖回海去。可这一切努力都枉费心机，被拖回海里的鲸鱼，又固执地冲回海滩。鲸鱼干燥的皮肤上出现了血泡，鲜血不断从破裂处流出。多数鲸鱼窒息而死。

对这一系列奇怪的现象，人们进行了各种各样的分析，最后发现，原来罪魁祸首是次声波。

这种次声波是一种频率较低的、人耳听不见的声音，一般在20赫兹机械波以下。天气的激烈变动，如狂风暴雨、电闪雷鸣、极光放电、火山喷发、地啸、海啸和台风等，都可能产生强烈的次声波。据分析，强烈的7赫兹次声波就可致人死亡，而一般风暴所产生的次声波平均在6赫兹左右，有时，热带风暴完全能产生7赫兹的次声波。前面介绍的种种现象，都是这种次声波造成的。

我们明白了次声波，问题并没有结束，还有些问题等待着人们研究，比如，怎样减少次声波的产生？采取什么措施才能控制次声的出现？次声的安全极限是多少？

空气的来源探秘

空气、阳光、水被称为生命三要素，但是在这三要素中，空气对于我们人类来说是更为重要的。人在没有阳光照射时会活很长时间，没有水，人也可以生存5～10天，然而没有空气，人只能活几分钟甚至更短。其实我们呼吸空气只是呼吸空气中的那一部分氧气，氧气是生命活动的根本，氧气从呼吸道进入体内通过血氧交换到达全身各部，使机体组织细胞能够新陈代谢，进行着正常的生理活动。

氧气在空气中以体积计算约占21％，以重量计算约占23％。空气中含量最多的是氮气，按上述两个方面计算分别占78％和75.5％，另外空气中还有水蒸气、二氧化碳、氩、氖等气体。空气在标准状态下每公升重约1.29克，随着距离地面越高空气则越稀薄。

但是空气最早是怎么形成的呢？

根据天文学家推测，行星是由一些巨大的气体和尘埃旋转而形成的，而构成这些气体尘埃的各种元素比例，一般等于它们在宇宙中所占的百分比。在地球形成之前与其他行星一样，其构成约有90％是氢原子，9％是氦，其余还有极少量的氖、氧、碳等元素。地球的尘埃在高速旋转中逐渐靠拢形成一个核心，这就是地核的雏形。在构成之中一些气体也被笼绕在圆体形成物中间，这些堆积物越来越大，使其内部的压力越来越高，因而最后造成火山喷发。这些被裹在地表以下的气体则喷发出来，其中的氢不是被燃烧，就是由于其比重太轻，而迅速脱离地球逃逸了。氖、氦也同氢一样消失了。而剩下来的气体不是由于比重较大，就是由于水蒸气的凝结而来不及逃逸的，这就形成了大气，它包绕了地球的表面。这些剩余的气体有水蒸气、氨、甲烷和少量的氩。水蒸气冷凝后便落到地球表面，于是就形成了海洋。

这些大气由于太阳紫外线的辐射，其中水蒸气又分解成氧和氢，氢又逃逸掉了，于是仅剩下氧，氧与氨化合生成氮和水，与甲烷化合生成二氧化碳和水，这就是地球在几百亿年生命开始之前的大气。氮和氧作为生命的始初物质，为生命的诞生和孕育作出了极为突出的贡献。

随着生命在偶然的情况下出现以及臭氧层形成的保护层之下，生命的光合作用开始进行，于是大气中的二氧化碳被吸收，同时释放出氧气，地球才真正地走向了能够孕育生命和利于生命生长的正常轨道。这些大约距今有五亿年了。我们今天生活在这种被我们称之为空气的大气中，当然也是一个偶然的机会了。

以上所说的这一切只是我们根据对于其他星球观测到的现象而对地球大气形成的一种推理，至于为什么众多的比地球还古老的星球最终并未产生生命，是不是与大气的构成有关，我们目前尚无法回答；同样对于我们地球本身的这种大气形成机理，也不敢说就是如此之明确。因而，空气的形成对于我们来说不仅仅是千古之谜了。

金属疲劳探秘

谈到金属疲劳，大家一定觉得很奇怪，难道金属也会疲劳吗？会的。它跟人一样，超过了一定限度，就会疲劳。

我们不妨用铁丝做个实验，如果直着去拉，那是很难折断的，但要是反复弯折，就很容易弄断了。这说明，像钢铁这样的金属，在反复变化的外力作用下，它的强度要比在不变外力作用下小得多。人们便把这种现象叫做金属疲劳。

金属虽然像人一样会发生疲劳，但却同人的疲劳有着本质的区别；人疲劳后，经过一定的休息就可以恢复，而金属疲劳则永远不能恢复，因而造成许多恶性破坏事故，如轮船沉没，飞机坠毁，桥梁倒塌等。据估计，在现代机器设备中，有80％——90％的零部件的损坏，都是由金属疲劳造成的。因为金属部件所受的外力超过一定限度，在材料内部抵抗最弱的地方，会出现人眼察觉不到的裂纹。如果部件所受外力不变，微小的裂纹就不会发展，材料也不易损坏。如果部件所受的是一种方向或大小经常重复变化的外力，那么，金属材料内部的微小裂纹就会时而张开，时而相压，时而互相研磨，使裂纹扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度，金属材料被削弱到不再能承担外力时，只要有一点偶然的冲击，零部件就会发生断裂。所以，金属疲劳造成的破坏往往都是突如其来，没有明显的迹象让人察觉。

金属“疲劳”一词，最早是由法国学者J·V·彭赛提出来的。但对金属疲劳进行研究的，则是德国科学家A·沃勒，他在19世纪50年代就发现了表现金属疲劳特性的S——N曲线，并提出了疲劳极限的概念。尽管对金属疲劳的研究已经有100多年了，作为综合性的应用学科，已经从物理学中的固体力学和金属物理学领域中分离出来，但许多问题仍没有得到解决。

现在，人们对金属疲劳问题仍在不懈地探索着。其中人们最为关注的，是如何对现代化工业设备采取预防和保护措施，防患于未然。比如，选择具有较高抗疲劳性能的材料、防止应力集中、合理布局结构、提高构件表面加工质量和采用一些新技术和新工艺等。

再就是从理论上探讨金属疲劳造成破坏的原理是什么。在这方面，科学家们进行了各种各样的分析和研究。在疲劳破坏机理的研究中，就有人提出循环软化、滑移、错位、空洞合并和拉链等说法；在疲劳积累损伤方面，目前已建立了几十种损伤理论，包括线性理论、修正理论经验公式和半经验公式等；在疲劳裂纹扩展方面，已提出了几十个裂纹扩展公式。但这些观点和实验方法，都具有很大的局限性和片面性，还需科学家们付出更大的辛劳和努力。

金属疲劳问题是现代工业面临的大敌，如不及时解决，将会遗患无穷。所以，现在世界各国的科学家都在进行不懈的努力，力图克服这个领域中的种种疑难。相信在不远的将来，这方面的研究会有重大的突破。

合成生命探秘

在研究中发现，凡是生命机体所存在的元素在大自然中均可以找到。这些元素不外乎氧、碳、磷、硫、氢、钾、钠等以及一些极少量的微量元素。这化学元素单纯地化合分解，是离不开无机这个世界的。

可是人们无法理解的是，最初生命在地球上诞生是如何从无机迈向有机的。对于地球生命的起源说法很多，目前认为地球原始大气中主要有水蒸气、氨、甲烷、硫化氢、氰化氢、二氧化碳等，在地球表面的凹陷处还有着液体的水，这就是原始的海洋；海洋中溶解有大气中的各种气体，由于当时地球表面并没有形成臭氧层，因太阳的光照强度较大，这就形成了足够的能量使得海洋中的低分子逐渐聚合形成较大的分子；这样随着时间的推移以及各种理化条件的变化，使这些低分子像滚雪球一样，逐渐增大；据专家们分析，大分子是形成生命的基本条件，因而，在较为古老的时候，某一时刻内便发生了一个突变，于是生命从此开始了。

这一推测在美国化学家米勒模拟原始大气成分进行的实验中获得了证实。这种无生命的混合物在通过模拟原始地球的光照、放电等形式的作用下竟出现了复杂的分子结构，这些分子结构直接地暗示着蛋白质和核酸合成的可能性。但是，它们毕竟只是一些复杂的分子而已，距离生命的物质还差得很远。

关于从无机界向有机界的跨跃实验，早在一百多年前就被在实验室中完成了，当时是德国化学家维勒首先用无机物氰酸铵合成了尿素。这一历史性的突破，无疑为生命起源的研究提供了极为有价值的参考资料。

然而更令人振奋的是，1965年我国科学家在世界上首次合成了具有生物活力的牛胰岛素。正如无机向有机迈进一样，人工牛胰岛素的合成是有机物低分子向生物高分子跨跃的又一个里程碑，为人工蛋白质的合成开辟了一个新的天地。

地球上生命的最为基本的物质是蛋白质和核酸。这两种物质相互依存，相互利用。蛋白质的合成是核酸传递的遗传信息，而核酸的合成必须有具有生物活性的蛋白质——酶的催化。因而，我们说人工合成蛋白质必需首先揭开核酸这个秘密，利用核酸所传递的密码和信息进一步完成蛋白质的合成。

通过长期的研究、探索，人们对于生命的基本物质蛋白质和核酸的化学成分、性质都已经有了较为深入的了解，但是利用我们目前所掌握的知识和科学手段来进行人工生命的合成，还有许多难以逾越的障碍。因此说，生命的合成目前还无法实现，这些都有待于科学的进一步发展。

微生物固氮的奥秘

有人说现代农作物的增长一靠优良的品种，二靠化肥。足以证明化肥在农业上的作用已被升高到了一个极为重要的地位。目前我们所应用于农作物的化肥不外乎氮、磷、钾三大类，而氮肥又居这些化肥之首，因为氮是植物生长不可缺少的元素。

在我们呼吸的空气中氮气占据了极大的比重，约为79％。然而，空气中的氮对于农作物来说是爱莫能助的，因为空气中的氮是由二个氮原子组成的氮分子，即氮气，而植物体只能吸收利用单个游离的氮原子。植物每天面对着这巨大的天然的氮原料却不能利用，这不能不说是一种遗憾。但是空气中的氮分子也并不是一点作用也不起的，当受到雷击、火山爆发或流量撞击时，空气中的氮分子同样也可以分解成为游离的氮原子与氢、氧等元素结合而被植物体所利用。可是这种天然制造的机会太少了，远远不能满足植物生长的需求。于是全世界各地建成了数以十万计的大中型氮肥厂，来满足植物生长的需要，这仍没有完全解决农作物肥料危机的问题。

在对于氮化肥的研究中，科学家们设计了许多方法，其中最为著名的就是固定氮法，简称固氮法。就是使空气中的游离氮转变成氮化物。然而如要人工固氮建立一个较大的氮肥厂的话，其造价和工程技术都是难以逾越的障碍。科学家们发现一些微生物自身能够将空气中游离的氮气转化为机体所能利用的氮化物，于是科学家们将这些微生物称为之固氮微生物。固氮微生物一般分为两类：一类为在土壤中能独立生活的自生性固氮微生物，包括喜气性的自生性固氮菌、厌气性的固氮梭菌以及某些能固氮的蓝藻等。另一类为与植物营共生的共生性固氮微生物，包括与豆科植物共生的根瘤菌以及其他细菌、放射线菌等。由于这些固氮微生物的存在，能够使土壤中的氮含量增加，从而促进农作物的生长。科学家根据观察统计，地球上的微生物年固氮量相当于现今全世界氮肥厂年产量的3倍。这个数字对于我们来说，简直是太可观了。如果将微生物这种固氮方法应用到氮肥的制造上，那么完全可以关闭全世界2／3的氮肥厂。

关于微生物固氮的奥秘，科学家们已有了初步的认识，原来这些微生物体内有一种特殊的酶——固氮酶，尽管众多固氮微生物之间分态与形态上的差别很大，但是在固氮酶的组成上却有着极为相同之处：这些固氮酶都是由钼铁蛋白和铁蛋白组成的复合物，它们将氮分子转化成可利用的氨分子只消一瞬间，其工作效率比工业合成氨高出近千倍。但是这种固氮酶却十分惧怕氧气，只要一遇到氧，就立刻失去了活性，这与其他酶比较起来是较为特别的了。固氮酶在氧的环境中，既没有催化活性，也不能进行生物合成。这些固氮微生物也深知道这种不利的因素，于是它们有的利用高强度呼吸使固氮酶周围的氧迅速耗尽，为固氮创造一个无氧环境，有的将固氮酶包绕在细胞内，以防止氧气的接触。

对于固氮酶为何惧氧，科学家们也作了认真的研究，他们认为，氧可能从四个部位抑制固氮酶的生物活性，即电子受体部分、电子光化学传递部分、三磷酸腺苷水解部分和固氮酶与底物结合的中心部分。至于这些学说是否正确，我们目前还尚无法解答。并且微生物固氮过程对于我们来说也只是一个大概认识，其中的细节过程，我们还并没有完全探明，希望早日揭开这个秘密，将这种固氮的基因转移到农作物上，这样的话我们就无需那么多的氮肥厂了。这一目标能够实现么？目前还无法推测。

等离子产生之谜

物质有三态：气态、液态、固态。这是常识，大家对此笃信不疑。若说有第四物质态，即等离子体态，大家可能觉得新鲜，有点茫然。这并不奇怪，人类在其生存空间里很少能观察到天然等离子体态。惟有雷雨天，闪电撕裂云层，声嘶力竭，甚至不惜以残酷屠杀生命杀戮人类的方式向大自然、向人类极力宣告自己的存在。

可叹人类太愚钝，直到19世纪末20世纪初才破译第四物质态的宣言。随着温度升高，物质由固态逐渐变为液态乃至气态。若将温度升至几千度几万度，气体分子或原子会失去电子，成为带正电的离子，脱离原子核束缚的电子成为自由电子。这个过程称为电离。当气体中离子和电子充分多时，带电粒子间及带电粒子与环境间的电磁相互作用起着主宰作用。这种电离气体就是等离子体，对应的状态称为第四物质态。

生物圈外99％以上的宇宙由处于第四态的物质构成，称为空间或天体等离子体。距地万米左右的电离层是与我们相距最近的空间等离子体，是由太阳辐射导致上层大气部分地电离而产生的。紧邻电离层的是磁层。磁层距地几十公里到几百公里，其等离子体密度小于电离层的等离子体密度。磁层外称为行星际空间，充满来自太阳的带电粒子辐射——太阳风。太阳风来自太阳大气的最外层（称为日冕）。日冕是一种较稀薄但完全电离的等离子体。与地球一样，其他许多行星周围也存在磁层。与太阳相似，其他很多恒星附近也存在各种等离子体，例如中子星（主要由中子组成，质量大或体积小）磁层中的磁场强度高达1012高斯，而地球磁层中的磁场不到1高斯。

在星体间的空间，等离子体密度小，且质量小，只占宇宙全部等离子体的很小部分（不到百分之一），大部分等离子体都聚集在星体内部。宇宙中大多数恒星内部均存在剧烈的聚变反应，温度一般在上千万度以上，物质呈完全电离的等离子体态。例如，太阳自50亿年前始，其内到现在一直在进行剧烈的氢核聚变反应，每秒“燃烧”约500万吨等离子体氢核，产生大量热能，并生成氢核等离子体。

上面所述是天然等离子体，此外还有人工等离子体。普通火焰（温度一般从几百度到一二千度）就是密度极小的等离子体，钠钾等碱金属蒸汽是温度稍高的等离子体。辉光放电也是一种等离子体，是气体在气压较低的条件下通过放电产生的。近年来利用不同气体中的辉光放电现象发展了一种称为气相沉积的技术，用于制造多种薄膜。电弧（气体在稍高气压下的放电）等离子体在工业上应用颇多，如等离子体焊接、等离子体冶金、等离子体喷涂等。激波管是一种可用来产生几万度以上高温等离子体的装置，氢弹爆炸是氢同位素氘核等离子体在上亿度高温下发生的不可控聚变反应。此外，金属和半导体从某种意义上说也是等离子体（称固体等离子体），它们本应属固态，但由于其中存在自由电子，使得某些性质类似于等离子体。

等离子体家族成员众多，关系复杂，对人类（生存）起着举足轻重的作用。然而人类对一些至关重要的等离子体却不够了解。它们有何特性？如何利用和控制它们？它们是怎样产生的？又如科学家至今还不清楚雷电产生的机理，至今还不能控制聚变反应（反应速率、能量释放等）。预计解决这些问题还需要一些时日。

混沌现象探秘

不知你注意过没有，水滴有时会很有规律地从水龙头滴下，连续滴水的时间间隔几乎相同。有失眠者因老想着下一滴水什么时候会滴下而心烦意乱，不能入睡。但如果水流速度较高，则水滴虽然仍一滴滴分开落下，其滴嗒方式却始终不重复，就像一个有无限创造力的鼓手能敲出花样无穷的鼓声。

对这两种截然不同的滴水方式，美国加利福尼亚大学的科学家R·S·斯霍等慧眼独具，发现它与一种比较普遍的科学现象——混沌现象紧密相关。

所谓混沌，是一种极端的无序。美国麻省理工学院的E·N·洛伦兹在20世纪70年代发现的混沌性表明，只有几个因素的简单确定性系统也会产生随机性的行为，这种随机性是一种极本质的性质，搜集更多的信息，并不能使其归于消失。如上述的两种滴水方式，一种滴水时间间隔具有周期性，另一种则是随机性的，主要就取决于水流的速度，而水流速度是固定的，即具有确定规则。

随机性即系统行为的不可预测性。投掷一枚钱币，你无法预测它会出现正面还是反面；天空中飘飞的气球，摇摇晃晃，四处乱窜，不知在什么时候什么地方会突然转弯，无法预见其飞行路径。设想你正在山溪旁悠闲自在地欣赏潺潺清流，溪水忽左忽右，似有灵性，与你嬉戏玩闹捉迷藏，满溪乱窜，卷起一个个漩涡，不时把水花溅到你身上，你无法预见漩涡将在何时何地产生。布朗运动是物理学中随机性的一个典型例子。在显微镜下观察液体中的一颗尘粒，可以看到它在作不间断的无规则运动，忽左忽右，忽前忽后，运动趋势无法预见，更不能预见其运动轨迹。布朗运动是尘粒周围处于热运动的数目巨大的水分子不断碰撞尘粒的结果。

如上所述，既然混沌是由某些本身丝毫不带随机性的固定规则所产生的，它应具有确定性，这（与混沌的极端无序不可预测比较）似乎是自相矛盾的。其实，混沌系统的行为在短时间内是可预测的，但由于混沌系统对外界干扰（即使是微小的干扰）的响应非常强烈，时间一长就无法预测了。为了理解上述佯谬，可以设想做这样一个小实验。将一滴蓝色的食品着色剂放入一面团中，然后擀揉。擀揉操作分两个步骤进行，首先是将面团擀平（这时着色剂就扩散开来），然后把它折叠过来。起始这滴着色剂只是被延长，但最终它将发生折叠，经过相当长一段时间后，着色剂就被拉伸和折叠好多次，面团中出现很多蓝色与白色交替出现的层。只需这样操作二十次，最初液滴的长度就会被拉长一百万倍以上，厚度会减小到分子水平（10-10米），这时蓝色颜料已与面团充分混合了。混沌的原理也大致如此。

混沌现象比较普遍。如在天气变化、流体运动、生物进化等过程中都可以找到。由于混沌系统行为的随机性，如上所述，不可能预测系统的长期行为。但由于系统行为又是由某些确定性的因素及其规则决定的，因此又有可能在一定时间内预测。科学家希望通过对混沌现象的深入研究，较好地解决一些科学上的有关问题。如高能粒子加速器中的束流损失、束控热核反应装置中磁约束的泄漏、核电站循环水系统可能发生的有害回流、天气预报、人类生男生女的选择等，都与混沌现象有关。

人类对混沌现象的认识还刚入门，由于滴水龙头系统易于控制，且变量少，有些科学家希望通过研究它来探索混沌现象的本质和起源。

生物导弹探秘

在海湾战争中，爱国者与飞毛腿展开了一场导弹大战，令世人瞩目。导弹作为现代化战争中一种必不可少的武器，正日益受到更为广泛的关注。

也许你还不太知道，在医学工程中也有一种导弹，它利用高度的准确率将一枚枚载有杀死特定某种物质的药物，发射到预定的目标，执行这种特殊功能的载体，就是目前研究中的生物导弹。

战争所应用的导弹之所以能够准确地击中预定目标，是因为其弹头上装有一种先进的制导系统。据专家的报告，一枚优良的导弹能够在几千公里以外发射而击中预定目标，误差范围不超过15米。这种现代化的高精尖技术，遗憾地被用于屠杀生命上了。而生物导弹与之相反，是用于解救人类的生命。

对于生物导弹的制导系统的研究，是生物导弹作用大小的关键所在。我们知道，癌症是目前人类难以攻克的顽症，对于癌症的治疗目前所采用的无非是化疗和放疗，这两种治疗虽然对癌细胞有一定的杀灭作用，但是同时也有许多正常的组织细胞在治疗中被杀死，另外化疗药物随着血液循环抵达癌组织时，药物浓度已经很低了，产生不了有效的作用浓度。于是，人们想到能不能用什么方法来使病变局部的药物浓度提高而又不杀死正常的组织细胞呢？

科学家们在研究中发现，如果将癌细胞从机体组织中提出一部分，将其移植到裸鼠体内，然后多次繁殖，使癌细胞失去原有的生物活性，这时将其与抗癌药物相结合重新注入体内，奇迹出现了，这些载有抗癌药物的癌细胞具有极高的方向辨别力，进入体内后迅速地回到了原来癌细胞所生长的部位，并且将结合于其身上的抗癌药物也一同地带到了原有的癌组织中，这时抗癌药释放出来，有效地杀死了癌细胞。这些最初被提取出来的癌细胞，由于其减毒移植后仍具有较强的认亲性，因而是一种极为理想的导弹头。

这种实验目前已被应用到了临床。医学通过对胃腺癌的研究，制成了生物导弹，在临床上收到了良好的效果。但是目前却仍只是停留在胃腺癌的水平上，因为腺癌比起其他类型的癌细胞来说较为容易被培养分离。在针对其他癌细胞的生物导弹研究中，遇到了极大的困难。

生物导弹作为生物化学和医学领域中的一门新兴科学，已经受到广泛的重视，目前，国内外许多医疗科研单位都在积极研究，但是其提取、分离、结合载体等过程极为复杂，并且制作周期较长，还很难广泛地应用于临床。因此，对于这些方面的研究改进是我们今后努力的方向，希望人类在制造杀人导弹的同时，多多关注救人的导弹。