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第23章 趣味物理(4)

“调虎离山计”成功了。正当德军全神贯注设置新防线的时候,诺曼底登陆战役开始了。6月6日凌晨1时,一场暴风雨刚刚过去,英美联军借助有利的气象条件,突然发起攻击。首先派出20架干扰飞机打头阵,干扰德军雷达的“视力”,使得残存的雷达变成“瞎子”、发挥不了作用。随后出动了一支强大的部队,向诺曼底半岛发动了真正闪电式的进攻。德军做梦也没有想到,英美联军会从英吉利海峡抢渡,直到在诺曼底海滩发现蜂拥登陆的联军主力部队时,才如梦初醒。然而大势已去,追悔莫及。英美联军没有遭到任何强有力的抵抗,顺利取得了诺曼底登陆战役的胜利。

电子战,在诺曼底“霸王行动”战役中大显身手,作出了不可磨灭的功绩,使联军的伤亡减少到最小程度,而德军损失惨重,仅联军俘获的德军就超过4万人。

在现代化战争中,这种敌对双方使用电子设备和器材进行干扰和反干扰的斗争,就叫“电子对抗”,对于这一新名词,有人干脆把它称为“电子战”。

确实,电子战不像枪战炮战,它没有用电子去消灭杀伤敌人,或者摧毁敌方阵地,而是侦察对方电子装备的性能和位置,干扰和破坏这些系统的正常工作,降低对方电子设备的效能,使雷达变成“瞎子”、无线电通信变成“聋子”,制导兵器(如导弹)失去控制,同时又保证自己的电子装备免受侦察、干扰和压制,使效能得到充分的发挥,成为一种名副其实的“无形的战争”。

电子战的应用范围非常广泛,目前,应用较多的是雷达对抗和无线电通信对抗,它们分别是军队指挥联络和武器操纵控制不可缺少的“耳目”和“神经中枢”。在现代电子战中,谁压倒了对方的雷达系统和无线电通信系统,谁就在更大程度上取得了战争的主动权。上面所讲的在第二次世界大战中诺曼底登陆战役故事,就是一个例证。

纳米“天梯”

古代有个传说,昆仑山的顶峰上有棵参天大树,不知有几千丈高,树顶直插蓝天,谁要是能够沿着这棵大树向上爬,爬到树顶,就能进入天庭。这棵树就是上天的天梯。

古人想上天,却不知道怎么上天,这才想出天梯这个主意。现代人对天梯做了分析。1982年,科普作家朱毅麟在《我们爱科学》杂志上说,上天的天梯应该有35800千米高,谁要是爬到了梯子顶上,就再也不会坠落。这个人就成为一颗地球同步卫星,呆在天上了。

朱毅麟又说,几万千米高的梯子底部必须是直径358千米粗的柱子,才能支撑得住,才不会被自己的重量压弯。天哪,底座那么粗,竟相当一个江苏省的面积。

到了90年代中,一位外国科学家也谈到了天梯。他说,从同步卫星上,扔下一副绳梯来,一直垂到地球表面,人就可以顺着绳梯爬上天去。他说的绳梯,不是麻绳,也不是尼龙绳,普通的绳子都很重,支持不住自身的重量——35800千米长的重量。采用碳纳米管来作绳梯,就能支持得住自身的重量。

碳纳米管,是一个十分新鲜的名词。碳,你是熟悉的,做铅笔芯的石墨就是碳,很纯的碳。

碳纳米管,是指用碳做成的细管,这种管子很细很细,细到不能用普通的尺子来度量,必须使用精确到纳米的尺子。

纳米,是1米的十亿分之一。十亿分之一,没有一个形象的概念,不妨算算看:一个身高1米的儿童,假如身高缩小到千分之一,也就是1毫米的时候,就只能与一根圆珠笔芯比高矮了;再缩小千分之一,成为1微米,就没有头发丝粗了,一根头发丝还有70微米粗哩;再缩小千分之一,那么这个儿童就小得用电子显微镜都看不见了。

纳米的尺度的确很小很小,人眼是看不清的。最近一二十年,随着新型显微镜的出现,人们看得清只有1纳米大的物质了,看得见原子了,于是就出现了一门新技术:纳米技术,或者是毫微技术。

碳纳米管,就是用纳米技术造出来的新材料,了解它们特性的专家说,它们可能成为未来理想的超级纤维。

1985年,美国科学家克劳特和斯莫利等用激光束去轰击石墨表面,意外地发现了碳60。他们分析,它是一个由60个碳原子构成的空心大分子。对不对呢?当时还不能十分肯定。

1990年,科学家用最新的显微镜——扫描隧道显微镜进行了观察,看到了碳60的直观形象。

碳60的外形,特别像一个足球,中心是空的,外边围绕着60个碳原子,碳原子组成了12个五边形和20个正六边形。碳60有一个别名:巴基球,一个巴基球的直径是07纳米。

科技人员很快就发现,碳60可能是实现超导的好材料。我国北京大学对碳60进行研究,把实现超导的温度提高了将近一倍。

人们对巴基球给予了更大的期望,并且以极大的兴趣发现,巴基球还可以做得更大,再增加10个碳原子,还可以做成碳70。有人认为,如果不是只用60个碳原子,而是用9×60个碳原子制成碳540,那么,在室温条件下就可以实现超导!

能不能实现?怎么实现?请把这个问题记在心中。

碳60的发现已经获得了诺贝尔化学奖。科学家们又在想,碳原子不仅可以排列成足球的形状,而且可以排列成圆筒形。球形只能扩大,成为越来越大的球;圆筒形却可以加长,越加越长,成为一根纤维。

现在,碳纳米管已经制成,它的直径是14纳米,每一圈是由10个六边形组成的。要进一步增强它的强度,需要做到长度跟直径之比达到20∶1。

碳纳米管的出现,为制造天梯带来了希望。不过,眼前的碳纳米管的数量少得可怜,在实验室里,一次只能制造几克。而当作材料来使用的话,碳纳米管必须每次能制造出几吨或几十吨。这就意味着必须找到大量生产的新方法。

科学家预言会找到新方法,不过,他们又坦率地说,现在还不知道新方法是一个什么样的过程。请把这个问题记在你的心中。

碳纳米管是靠纳米技术制造出来的新材料,它的特点是基本颗粒特别细微。我们现在使用的常规材料的基本颗粒,看起来很细,实际上很粗。说细,也许它的直径可以细到几毫米几微米;说粗,是说它含几十亿个原子。而纳米技术生产的材料,颗粒非常细微,只含几十个到几万个原子。

超细微的颗粒,组成了纳米材料,立即展现出种种奇异的性能:

纳米铁的断裂应力比常规铁一下子提高了12倍;

纳米铜的强度比常规铜高5倍;

纳米陶瓷是摔不碎的;

用纳米级微粉制出来的录像带真正地实现了高保真,图像清晰,噪音少;……

常规材料的历史是几千年、几百年,而现在的纳米材料,历史只有几年、十几年。对常规材料,我们已很熟悉,知道的比不知道的多;对纳米材料,我们非常陌生,不知道的比知道的多。

“长耳朵”的山洞

山洞长有耳朵,你一定不会相信。但是,世界之大,无奇不有,有些山洞的确像长有耳朵一样,哪怕你在洞底喃喃细语,洞口的人也听得清清楚楚。

意大利西西里岛就有这样一个奇特的山洞。它从洞顶到洞底深40米,人在洞顶贴耳俯壁细听,可以听到洞底人的呼吸声;如果讲话,更是听得一清二楚。这个洞有一个奇怪的名字,叫“狄阿尼西亚士的耳朵”。关于它有这样一个传说:

古时候,意大利有一个名叫狄阿尼西亚士的暴君,他凶暴残忍,阴险狡猾。人民为他做牛做马,不敢乱说乱动,稍有不慎,就会被投进监狱。狄阿尼西亚士的监狱设在一个山洞里。看守成天伏于山顶洞口,用耳朵监视犯人。犯人之间的交谈,对统治者的不满言论,筹划中的越狱行动,一字一句都会被看守听到,然后汇报给狄阿尼西亚士。许多人因此而惨遭杀害。

犯人不知怎么回事,处处小心,讲话也细声耳语。然而,看守仍然知道他们讲的内容。犯人终于明白了,囚洞处处有耳。从此,这个山洞就被叫做“狄阿尼西亚士的耳朵”。

中国四川北部的大巴山也有这样一些怪洞,当地人把它们叫做“偷听岩”。大巴山以前的习俗,要把新婚夫妇送到怪洞里去度过新婚之夜,以表示对自己祖先的告慰。这个怪洞便成为新人名副其实的洞房。新人在洞子里无论怎样小声讲话,都会有回声应答,洞外的人也听得清清楚楚。一些年轻人为了偷听新人的悄悄话,往往要守一个通宵。第二天,他们便用新人的私房话去取笑新人。

这些长有“耳朵”的山洞,其实就是回声在作怪。世界各地有许多类似的回音洞、回音山、回音谷、耳语壁、琴声石等音响怪地。欧洲还广泛流传一个“回音鬼和小玛丽”的童话。童话讲的是很久以前,有一个名叫玛丽的小姑娘,唱出的歌声美妙动听,远近闻名。小玛丽家的附近有一座高山,山里住着一个回音鬼。他十分迷恋小玛丽的歌声,每当小玛丽到山里唱歌的时候,他都要学着唱。小玛丽唱一句,回音鬼就跟着唱一句。一高一低,非常有趣。小玛丽很想见见回音鬼,却始终见不着。后来,她出嫁到城市里去了;再唱歌,也听不到回音鬼的和声了,她就再也不唱歌了。

山洞长“耳朵”也好,回音也好,这都是一种声音反射现象。声音在传播过程中,遇到障碍物时,会改变传播方向。物理学把这叫做声音的反射。反射回来的声音叫做回声。我国着名的四大回音建筑:北京天坛的回音壁、河南的蛤蟆塔、四川的石琴和山西的莺莺塔都独具匠心地利用了声音反射原理,具有奇妙的回音效果。

例如,天坛回音壁就是一个很好的声音反射体。它的砖墙平顺坚硬而光滑,反射性能很好。

当人们在甲点讲话时,声音沿着圆形的围墙,从一点反射到另一点,几次反射以后,最后到达乙点。由于砖墙对声能的吸收很少,所以,声音在围墙上被不断反射不像在空气中传播时容易散开减弱,虽然它已经传播了很远的距离,到达乙点时,听起来还很清楚。可是,当人们面对树林叫喊时,为什么却一点回音也听不到呢?这是因为声音遇到树干、树枝、树叶等凹凸不平的物体时,会向各个不同的方向反射。这种情况叫做声波的散射。散射使一部分声波能量被树枝、树叶吸收,返回的声波很弱,有时还被其他方向的声波抵消了,不能形成清晰的回声。所以,表面规则(如平面)、光滑、坚硬的障碍物反射性能较好;表面凹凸不平、粗糙、多孔的障碍物反射声音的能力较差。

根据回声原理,声学专家和建筑专家在建筑剧场、音乐厅、演播室、电影院等时,为了取得最佳音响效果,对建筑结构的形状、大小都要精心设计,选择好恰当的建筑材料。而根据声音反射原理制成的声纳,与其他高科技结合在一起,在20世纪中后期已广泛应用于海洋探测,成为国防及航海业不可缺少的“眼睛”。

麻雀为何电不死

我们大家都知道,高压线有几千伏到几万伏的电压,如果人站在地面上触到带电的高压线,就有触电身亡的危险。

这天,黄刚跟小强早早就来到了城边的鸟市,他们不是来买鸟的,而是来观赏鸟的。这里的鸟可多啦,除了卖主的叫卖声,更多的声音是鸟儿的鸣叫声,有黄鹂在歌唱,有鹦鹉在学舌;有独唱,有二重唱,有小合唱……望着这些活泼漂亮的小鸟,听着这悦耳的声音,小强不禁感叹起来:这些又可爱又可怜的小鸟儿,一定非常向往蓝天。让这些小生灵返回大自然,自由自在地在天空中、在树林里飞翔、鸣叫,那该多好啊!小强把目光转向了城外,转向了头顶上的空间,多么晴朗的天空啊!

忽然,小强站在那里不动了。黄刚拽了一下小强的袖子,催他跟着人流往前走,可是小强仍直勾勾地望着远方高处。

黄刚说:“喂,发什么呆呀!你是来看鸟呀,还是来望天呀?”

“我不是望天,”小强用手指着高处说,“你看那不远处的高压线上,站着一排小鸟。”

黄刚顺着小强手指的方向望去,果真有不少麻雀,站在高压线上。黄刚说:“这有什么可瞧的,这鸟市这么多小鸟幸福地生活在饭来张口的鸟笼里,自然会招来它们同类的羡慕,也许是嫉妒……”

小强性急地打断了黄刚的联想:“我不是让你讲这些,你看那些麻雀站在哪上了?”

“这不明摆着,站在高压线上。”黄刚有点不明白了,这王小强究竟琢磨什么呢?

“我问你,假如你站在高压线上会怎么样?”

听了小强的话,黄刚大叫起来:“我疯啦!干嘛偏要上那鬼地方!”

“别叫唤,”小强说,“我说的是假如。你说会怎么样?”

黄刚说:“能怎么样?不是掉下来摔死,就是被电死!”

小强说:“假如人站在高压线上会被电死,那么,小麻雀也会被电死,可是那些小麻雀为什么仍活得好好的?”

“哎呀,对呀,”黄刚一拍脑袋,“我怎么就没有看出问题来呢?小强,还是你聪明,你善于观察、善于动脑筋。”

小强不耐烦地说:“你什么时候学会恭维人了,真够人受的。你说麻雀为什么没有被电死呢?”

我们可以从电灯谈起。

给电灯接线时,必须接上两根线——火线和地线,如果只接一条线或切断一条线,电灯就不会发光,因为电路不通。

当人们站在地面上时,不与电线中的火线接触,身体就不会有电流通过,也就不会触电。如果穿上绝缘性能很强的胶鞋,用手去摆弄火线也不触电,因为胶鞋把人的身体与地面隔开了,换句话说,此时人的身体与大地绝缘了,身体接触的只是一条火线,不会有电流通过身体。

麻雀停留在高压线上时,身体只接触了一根电线,不管是地线还是火线,反正不会有电流从麻雀的身体通过,只要麻雀没有同时接触两根电线,即便是万伏高压线,也不会把麻雀电死。

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