颜色改变世界-颜色与科学。
在画家的调色板中,色彩是艺术创作的灵感;在服装设计师的图纸上,色彩是个人审美的基石;但是在科学家的实验室里,颜色可以帮助他们揭开大自然的许多秘密。
让细菌“穿上五颜六色的衣服”
众所周知,人类的很多疾病都是由细菌引起的,科学家们也因为看不透它们的真面目而绞尽脑汁。细菌不仅微小,肉眼看不见,而且几乎无色透明。即使在显微镜下,它们也只是一片白色模糊的浆糊。19世纪,一位名叫罗伯特·科赫的德国医生提出了一种鉴定细菌的方法,将细菌用染料染色,然后穿上“奇装异服”。诚然,这个想法确实很新颖,但做起来并不容易。在之前的实验中,罗伯特·科赫经历了多次失败。每次他在干净的细菌涂片上滴一滴染料溶液,溶液的颜色就会迅速融化,完全覆盖在涂片上。但当他小心翼翼地用水冲洗时,细菌身上的“花衣”也会被流水带走。最终,罗伯特·科赫发现了一种不会轻易被水吞噬的苯胺染料。细菌“穿上”这件洗不掉的“蓝色套装”后,第一次在显微镜下向人类展示了自己纤细而清晰的身体。罗伯特·科赫乘胜追击,不久就“逮捕”了严重危害人类健康的结核菌。
如今,罗伯特·科赫发明的“细菌染色法”得到了高度认可,成为人类医学史上一座光辉的里程碑。
科学家还发现,不同的细菌对颜色有不同的爱好。比如有一种细菌,爱穿紫色衣服——它们能被结晶紫染料和碘染成紫色,医学上称为“固紫阳性菌”,对付它们的武器就是青霉素。另一类“固紫阴性菌”喜欢“穿”红色的衣服——它们可以被以色素为主的粉色精华染成红色,氯霉素就是它们的“克星”。通过了解细菌的这些特性,化学家可以检测出哪种细菌在患者体内作恶,让医生“为该细菌开药”。
从雷诺实验到当代“风洞”
20世纪80年代初,物理学家雷诺兹突发奇想,在一个装有自来水的长玻璃管里装上染色液。然后不可思议的一幕发生了:玻璃管中出现了一条与水管轴线平行的直线,随着水流的逐渐加速,水流猛烈地涌动起来。通过这个实验,雷诺兹发现液体、气体和流体的运动特性和速度密切相关,这个发现成为当代流体力学的基石。
飞机在空中飞行时,空气实际上是以同样的速度流向飞机的。因此,当一架飞机设计制造成功后,我们不需要像过去那样进行冒险试飞,只需将完成的飞机模型放在一个巨大的鼓风机前即可。由于鼓风机产生的风速几乎等于飞机的飞行速度,设计者可以精确地测量飞机各部分的压力,从而改进加工,甚至重建飞机。
当然,人们只能感受到这种强烈的“人造风”,根本看不到它的运行轨迹,这就给实验数据的具体计算带来了很多麻烦。基于雷诺实验的启示,设计师将煤油连续均匀地注入鼓风机,随之而来的空气会变成彩色的烟雾,让人更直观地感受到风的力量及其运行轨迹。这就是当代“风洞”的由来。
分散在大西洋的染料加拿大北部是一片寒冷贫瘠的土地,尤其是在冬天,那里的温度经常低于-20℃。但是在纬度和加拿大差不多的挪威,气候要暖和得多。按照常理来说,同纬度地区的气温应该大致相同,但是为什么两个地区的气候会有这么大的差异呢?据说大西洋上常年有一股很强的暖流,影响了挪威的气温,但是暖流从哪里来,又去了哪里?科学家对此一无所知,这也成了气候学上一个著名的悬案——墨西哥湾流之谜。
19世纪,德国有一个叫费希尔的化学家。他在洗澡的时候,不小心弄脏了浴池——池里清澈的水突然变黄了,闪闪发光。原来,费希尔教授正在专心研究一种荧光染料。这种染料有一个特点,就是在紫外线的“激发”下能发出各种鲜艳的颜色,着色能力强。费希尔教授的头发染上了一点染料颗粒,浴池变成了一个“大染缸”。
受此启发,当代科学家决定在海洋上制造一个巨大的“染缸”,以揭开墨西哥湾流的神秘面纱。他们在大西洋里种了几吨荧光染料,让暖流印上了黄绿色的荧光“标记”。经过几个月的追踪,暖流的轨迹终于清晰地呈现在科学家面前——暖流起源于中美洲的墨西哥湾,经过英国和斯堪的纳维亚,穿过北海,进入巴伦支海,最后消失在北冰洋。据测算,如果将这股暖流完全转化为热能,相当于在欧洲西北海岸线上每隔一米燃烧约6万吨煤。有了这么超大的“天然暖气管”,难怪挪威的气温比加拿大高很多。
红色的交通灯、蓝色的天空、绿色的植物——色彩总是在我们身边。这些看似不同的颜色往往被我们忽略,甚至让我们忘记了它们对人类历史发展的贡献。当牛顿拿着一个棱镜,成功地将太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、蓝、紫七种颜色时,说明了颜色和科学是密不可分的。颜色改变了世界,这个过程还在继续。
原文来自《科学24小时》
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