指南针的“始祖”之谜
“预兆资产阶级社会到来的三项伟大发明”之一的指南针，原理简单，结构也不复杂，但如果你对它的“身世”稍感兴趣的话，就会发现许许多多的谜团。
长期以来，指南针“族史”上最大的谜团是：它的“始祖”究竟是谁？产生于何时？最初样式如何？
我们知道，指南针是根据物理学上的磁学原理发明的。它的出现与人们对磁力及磁的指极性的发现是分不开的。最早明确提出磁石能吸铁的记载是公元前3世纪的《吕氏春秋》：“慈（磁）石召铁，或引之也。”时代相隔不远的《鬼谷子·谋篇》上也有“若磁石之取针”的记载。
现代磁学告诉我们，地球本身就是一个大的磁体，它的两个极所处的位置分别接近于地球的南极和北极。所以当我们把磁体支挂起来，无论如何拨动，当它静止时，必然是一端指向北方，一端指向南方的。对于磁体这种指极物性的记录，在公元前3世纪时的《韩非子》中已有记载：“夫人臣侵其主也，如地形焉，即渐以往，使人主失其端，东西易向，而不自知。故先王立司南，以端朝夕。”
所谓“端朝夕”就是正四方的意思。显而易见，我们的祖先至迟在公元前3世纪已普遍地认识到磁的指南性和吸铁性了。那么磁的吸铁性和指极性最早究竟发现于何时呢？虽然不少学者曾辛勤探究，但终因文献记载的缺乏和局限，而使它们成为数千年来争论不休的一个谜。
由于磁体的吸铁性及指南性最早发现于何时还不能确切地断定，故如指南针这样的磁指南器最早产生于何时也就自然而然地不甚了了。就目前而论，“司南”说占上风。
“司南”说根据《韩非子·有度篇》：“故先王立司南，以端朝夕”，认为战国时期就有了我国最早的磁指南器——司南“此外，还可依据《论衡·是应篇》：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”据考证：司南是将天然磁石琢成勺形，其勺底呈球状，其南极磨成勺子的长柄。然后放在地盘上，盘的四周刻着“八干”（甲，乙，丙，丁，庚，辛，壬，癸），“十二支”（子，丑，寅，卯，辰，巳，午，未，申，酉，戌，亥），“四维”（乾，坤，巽，艮）二十四方位；盘子中央有直径5至10厘米磨得很光滑的地方用来放勺。使用时，将勺轻拨，使之转动，等勺停下来时，它的长柄便指向南方。
但有些细心的学者根据上述史料反问道：不是说“先王立司南”吗？
那么这“先王”到底是指何代的先王呢？这不可不谓是对“司南”说的挑战。天然磁石磁性不强，很难想象其经打磨震动后还能指南。此外当时的人很难定出磁石的南北极。如不按南北极方向制勺，则勺纵有磁性也不会指南。
为什么要制成勺形，而不能制得更简单些呢？这就是“指南鱼”说的主要观点。此外，有学者认为，除《韩非子》，《论衡》二书有“司南”的资料外，六朝以前的其他文献均无司南的记载，甚至还把司南与指南车混淆。他们认为目前发现的关于磁性指南仪器的最早明确记载是北宋曾公亮著的《武经总要》中的“指南鱼”。
这是一种用薄铁叶剪成的二寸长的鱼形物，通过淬火，磁化等手段而赋予磁性，“用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也”。
无论是“司南”说，还是“指南鱼”说，都言之有理。但如果说最早明确记载磁性指南仪器的是《武经总要》，似乎是过于保守了。究竟孰是孰非呢？或者说还有没有第三种可能呢？这有待于矢志于此的学者和读者，从浩瀚的文献中去发掘。另外，也有待于考古的新发现。
从指南针发展史来看，它的大发展与人造磁体的出现是分不开的。那么，人造磁体又是何时“诞生”的呢？
西汉时的《淮南子·万毕术记》中记载：“取鸡血与针磨捣之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上，即相拒不休。”但这是否是最早出现的人造磁体呢？这还是一个问号。
此外，通常学者认为北宋沈括的《梦溪笔谈，是最早记载指南针的》“方家以磁石磨针锋，则能指南”。
《梦溪笔谈》还详细地介绍了指南针的4种装制方法：水浮法，指甲旋定法，碗唇旋定法，缕悬法。然而新近出版的《中国史稿》第五册写道：北宋仁宗庆历元年（1041年）《茔原总录》提到，要定四正的方向，必须取丙午方向的针，等到针摆动停止时，中而格之，才能得到正确的方向。这样，便将指南针的记载向前推了几十年。
最初的指南针没有方向盘，但不久后人们便给浮式指南针加上固定有二十四向的圆形方位盘，这就是水罗经盘。
只要看一下磁针在方位盘上的位置，便能定出方向来，这无疑是指南针发展史上的一大进步。有关罗盘的记载，目前所知，最早见诸南宋曾三异的《因话录》，但罗盘最古记载这顶桂冠是否非《因话录》莫属呢？下结论似乎还为时过早。
亲爱的读者，你有兴趣探一探指南针“身世”的迷宫吗？
最早的敞肩拱桥之谜
中国河北省赵县城南2.5千米的胶河上，有—座中外驰名的大石桥，它就是造型优美，独树一帜的赵州桥。赵州桥全长50.82米，净跨37.02米，但桥洞的高度只有7.32米。桥面宽约10米，中间走车，两边行人。这样，一方面由于桥洞的跨度大，船只的来往可以行动自如；另一方面桥身低，坡度小，人来车往方便省力。
赵州桥是中国现存最古老的一座石桥，由隋朝工匠李春，李同等建造。距今约有1370年历史的赵州桥是世界桥梁工程史上最早的敞肩拱桥。欧洲一直到19世纪中叶才出现像赵州桥这样的敞肩拱桥，比中国晚了1200年。
神秘的遗传密码
美国生物学家沃森还在学生时代时，就对基因研究产生了浓厚的兴趣。他意识到，理解基因的关键是了解DNA的结构。1951年，他在丹麦的哥本哈根大学进修生物化学。有一次，在意大利的生物学研讨会上，当他见到英国科学家威尔金斯利用X射线衍射技术发现的DNA结晶照片时，异常兴奋，于是他决定加入英国牛津大学卡文迪许实验室。
在那里，他遇到了一位比他年长12岁的年轻物理学家英国人克里克。
克里克和他有着共同的理想，虽然他们两人所学的专业不同，性格也迥然不同，但是，他们却成为了研究基因结构的“黄金搭档”。
当时，对于DNA的研究，国际上有很多科学家都已从各个角度深入开展，但沃森和克里克的刻苦钻研使他们走在了前列。
沃森于1952年测出了烟草花叶病毒蛋白质外壳的结构，但是对DNA的研究仍然没有明显的进展。他们要解决的问题是DNA的主要成分——4种有机碱之间是怎样排列的。1953年的春天，沃森突然意识到这4种有机碱之间必然要结成稳定的“搭档”，也许是以3个碱基为一组。随后他们从威尔金斯拍摄的DNA的X射线衍射图像中得到了启发。于是，这两个名不见经传的小伙子勾画出了一个DNA的双螺旋模型。
DNA被他们想象成两条栏杆组成的旋转梯子，而两条由糖和磷酸组成的长链就是栏杆，4种碱基对形成横档上的梯子。这个大胆的构想巧妙，奇特，它完全能解释已知的DNA作为遗传物质所应有的特征，并且清晰地表明了DNA是如何复制的。后来，这个模型在电子显微镜拍摄到直观图像后得到了证实。
1953年4月和5月，在著名的英国《自然》杂志上，两位默默无闻的年轻人——英国物理学家克里克和美国生物学家沃森，发表了他们共同完成的论文。在这篇划时代的论文中，他们提出DNA（即“脱氧核糖核酸”）结构的双螺旋模型。
发现DNA的双螺旋结构模型是20世纪生命科学发展的里程碑，人类从此找到了解读生命奥秘的“金钥匙”。从此，一个分子生物学的时代开始了。
宇宙射线及其被发现之谜
事情还得从1901年讲起，英国几位物理学家几乎同时发现：放在实验室里的几台带电的验电器，在周围没有任何放射性物质的情况下，时间一长，它们就会偷偷地放掉电荷。而且无论如何改善仪器的绝缘性能，这种漏电现象都始终消除不了。
物理学家们为了减少外界对验电器的干扰和影响，就将它装入封闭的铅盒里屏蔽起来，可是放电现象依然难以从根本上消除。这一现象使物理学家们受到启发，肯定是某种穿透性极强的射线穿过室内，引起了空气电离，从而使验电器漏电，电荷消失。物理学家又从多方面作了更进一步的观测，发现靠近地面的整个大气层都处在微弱的电离状态之中。这种现象说明，引起空气电离的射线并不局限在实验室中，它是到处都有的。对此，物理学家们都发表了自己不同的看法，其意见主要有两种：一种认为，这是因为大气之外存在着辐射源，这种辐射可能与阴极射线或伦琴射线相似，但穿透本领特别强；另一种则认为空气中不断产生的离子是由散布在地壳中的天然放射性元素放射出来的。为了证明这两种说法的正确性，1909年，瑞士物理学家高凯尔带着验电器亲自到高空做了一次实验。实验中，高凯尔发现随着气球越升越高，验电器不仅一直都在放电，而且放电的速度还越来越快。按照高凯尔的设想，如果第二种意见是正确的，那么随着高度的增加这种来自地壳内的射线强度一定会慢慢地减弱。当气球升到射线达不到的高度时，电离现象就应该消失了。很显然，高凯尔的实验推翻了这种说法。引起空气电离的射线绝不会是地壳中的天然放射性元素放射出来的。那么，第一种说法是否正确呢？为了弄清楚空气中来历不明的离子，物理学家赫斯不顾个人的安危，只身一人乘坐气球进行高空探测。
事故真的发生了。气球发生了故障，赫斯从高空中摔了下来，昏迷了近20个小时。大家都以为他不会再醒过来了，甚至开始为他准备后事。但奇迹发生了，在医院的奋力抢救下，他竟于第二天醒了过来。
1911年，赫斯前后做了10次大胆的气球飞行，最高升至5350米。后来他还在高楼，高山和海洋上进行测量。他收集到了大量的资料，这些资料充分说明了引起空气电离的射线来自太空。而且，这种天外飞来的射线与太阳，月亮，天河或行星的位置没有关系，它发源于整个宇宙空间。
1925年，这种辐射线被正式命名为“宇宙射线”，而此前，人们一直称它为“赫斯辐射”。从宇宙空间飞来的高速原子核便是宇宙射线。
赫斯献身科学的精神和他在这一研究领域中作出的重大贡献使他获得了诺贝尔物理学奖。他也成为了科学工作者学习的榜样。
金属有“记忆”之谜
1963年的一天，由于实验的需要，一群工程技术人员正在美国海军的某个研究机构中为加工一批镍钛合金丝而紧张地忙碌着。由于他们手中的合金丝是弯曲的，使用起来很不方便，所以在做实验之前得先拉直它们。
实验开始后，当实验温度升到一定值时，工程技术员发现他们费了不少工夫才拉直的合金丝竟然又全部变回了原来那种弯曲的形状。后来工程技术员又多次做了这个实验，得到的结果都完全相同。
经过多次细致而深入的研究，人们终于发现，这些合金之所以具有恢复原有形状的特性，是因为随着环境的变化，这些合金内部原子的排列也会出现变化。如果温度回到原来的数值，合金内部原子的排列也会回到原来的排列方式，其晶体结构也会随之改变。这种具有记忆形状能力的合金被人们称作“形状记忆合金”。记忆合金不仅能重复恢复原态达几百万次，而且不会产生疲劳和断裂。这样的“记忆力”让人感到震惊。让我们以镍钛合金为例，来看看形状记忆合金具有“记忆”的秘密吧。40℃是镍钛合金的“记忆温度”，也就是说，镍钛合金的晶体结构在40℃上下是不一样的，它的转变温度便是40℃。在转变温度以上，其晶体结构处于稳定状态；在转变温度以下，则处于不稳定状态”假如人们想让在转变温度以下，改变了形状的晶体结构再恢复到稳定状态，那么只要将其加热到转变温度以上，它的稳定状态就会得到恢复，它的形状也会随之恢复到原态。除此之外，镍钛合金的拉伸强度也非常惊人，可达1000兆帕。也就是说，即使在每平方毫米那么小的断面上，你也需要用1000多牛顿的力才能够把它拉断。除了镍钛合金，人们还开发出了铜系合金和铁系合金等一系列的多种记忆合金。人们充分利用记忆合金的这种神奇的本领解决了航天，工业生产，医疗，电子器具等方面的诸多难题。如阿波罗登月舱的宇航员的影像和声音能从38万千米外的月球传送到地球上来，就是利用了记忆合金这种神奇的功能。阿波罗登月舱要在月亮上设置月面天线，而月面天线的直径便长达数米。科研人员就先用记忆合金制成半球形天线，然后降低温度，将其压成一小团装入小巧的登月舱中。当天线随着登月舱到达月球表面时，由于太阳光的照射，其温度就会升到转变温度，天线便恢复了本来的形状。耐腐蚀性也是记忆合金的一大特点。因此，牙医便利用镍钛合金制成一种矫齿丝，借助于人的口腔温度，来为患者做牙齿矫正手术。在使用口腔矫齿丝之前，医生会先为准备矫正的牙齿做一个石膏模型，然后把口腔矫齿丝按照模型弯成牙齿的形状，并将其固定在牙齿上。为了让矫齿丝更加趋向于其原来的形状，每过一段时间便更换一次。牙齿就是在这个变形过程中慢慢得到矫正的。
