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实现人工降雨理想的化学家朗缪尔

四川省南充市江东初级中学校 任小平

 

  20世纪是生产力突飞猛进、科学技术日新月异的世纪。嫦娥奔月、龙宫探宝等古代神话中的幻想，20世纪大多已成为现实。几千年来人类“布云行雨”的愿望，如今也已经实现。而首次实现人工降雨的科学家，就是杰出的美国物理化学家、人工降雨干冰布云法的发明人、1932年诺贝尔化学奖获得者欧文·朗缪尔。
　　欧文·朗缪尔1881年1月31日生于美国纽约市布鲁克林。他的祖先是英格兰人。朗缪尔从小对自然科学和应用技术极感兴趣，一生都是在学习和研究应用科学技术中度过的；1988年他所毕业的中学，是布鲁克林普拉特学院的手工技术中学；1903年他所毕业的大学，是哥伦比亚大学采矿学院；1903年他获德国格丁根大学的博士学位，他的导师是倾向于应用研究、并获1920年诺贝尔化学奖的能斯特；1905年——1909年他在纽约州斯克内克塔迪通用电气公司研究实验室进行科学研究。他四十年如一日，以该实验室为家。他的研究范围之广，在美国科学史上是没有先例的。他是在大工业公司工作而荣获诺贝尔奖金的科学家中的第一人。
　　欧文·朗缪尔年轻时就有一个伟大的理想：实现人工降雨，使人类摆脱靠天吃饭的命运。他对表面化学的出色研究使他获得成功。
　　他理解干旱季节时农民盼雨的心情。他想：“即使在干旱时节，空气中也含有水蒸气和云雾，但为什么不能降下雨滴呢？麦子拔节时有时天空已乌云滚滚，怎样才能使这乌云变为瓢泼大雨呢？”朗缪尔一生热衷户外活动，喜欢登山、航海、航空，喜欢探索自然现象的奥秘，他后期研究主要在大气科学领域，所以格外关心天气。
　　当时在人们中流行着一种观点：雨点是以尘埃的微粒为中心形成的，若要下雨，空气中除有水蒸气外还必须有尘埃的微粒。这种流行观点，严重地束缚着对人工降雨的实验与研究。因为要在阴云密布的天气里扬起满天灰尘谈何容易。
　　朗缪尔是个治学严谨、注重实践的科学家。他对化学的最大贡献，是开拓了化学新领域——表面化学。他对物质的表面现象，如蒸发、凝聚、吸附、单分子表面膜、界面现象等有过长期研究，并因对表面化学作出杰出贡献而获1932年诺贝尔奖。他后期研究的大气科学，都与表面化学密切相关，例如风引起的水表面运动，积云中雨的产生，过冷云层中雪的形成等各种自然现象，以及云中冰晶成核作用，都涉及固体、液体的表面作用。
　　朗缪尔当时是研究实验室的副主任。在他的实验室里保存有人造云，这就是充满在电冰箱里的水蒸气。朗缪尔想方设法，使冰箱中水蒸气与下雨前大气中水蒸气情况相同。他还不停地调整温度，加进各种尘埃进行实验。
　　1946年7月中的一天，骄阳当空，酷热难熬。朗缪尔正紧张地进行实验，忽然电冰箱不知因何处设备故障而停止制冷，冰箱内温度降不下去。他决定采用干冰降温。固态二氧化碳气化热很大，在-60℃时为87.2卡/克，常压下能急剧化为气体，吸收环境热量而制冷，可使周围温度降到-78℃左右。当他刚把一些干冰放进冰箱的冰室中，一幅奇妙无比的图景出现了：小冰粒在冰室内飞舞盘旋，霏霏雪花从上落下，整个冰室内寒气逼人，人工云变成冰和雪。
　　朗缪尔根据事实认识到：尘埃对降雨并非绝对必要，干冰具有独特的凝聚水蒸气的作用，即作为“种子”的云中冰晶成核作用。温度降低也是使水蒸气变为雨的重要因素之一，他不断调整加入干冰的量和改变温度，发现只要温度降到-40℃以下，人工降雨就有成功的可能。朗缪尔发明的干冰布云法是人工降雨研究中的一个突破性的发现，它摆脱了旧观点的束缚。有趣的是，这个突破性的发明，是于炎热夏天中在电冰箱内取得的。
　　朗缪尔科学工作的一个特色，是他能以极简单而又精巧的仪器设备，研究各式各样的错综复杂的自然现象。并根据实验结果，总结出具有普遍意义而又简明深刻的规律或原理。在电冰箱内进行人工降雨研究，只是显示他科学工作特色的一个例子。朗缪尔的杰出，不仅在于他的研究范围广泛、成果辉煌；而且在于他不追求昂贵复杂的仪器设备，而迷恋简便的实验技术和精巧的实验装置。
　　朗缪尔决心将干冰布云法实施于人工降雨的实践。1946年时他虽已是65岁的老人，但他精神焕发、生气勃勃，像年轻人一样燃烧着探索自然奥秘的热情。人们看到老科学家勇于创新的精神和老当益壮的英姿，回想起1932年8月他为观察日食曾驾驶飞机飞升9000m高空的往事，无不为之感动。1946年的一天，在朗缪尔的指挥下，一架飞机腾空而起，飞行在云海上空。试验人员将207kg干冰撒入云海，就像农民将种子播下麦田。30分种以后，狂风骤起，倾盆大雨洒向人间。第一次人工降雨试验获得成功。
　　朗缪尔开创了人工降雨的新时代。根据过冷云层冰晶成核作用的理论，科学家们又发现可以用碘化银等作为“种子”，进行人工降雨。而且从效果看，碘化银比干冰更好。碘化银可以在地上撒播，利用气流上升的作用，飘浮到空中的云层里，比干冰降雨更简便易行。
　　朗缪尔希望能合理地进行人工控制天气。他希望在暴风雨来临之前，用人工降雨的方法，将它消灭在萌芽状态。当然，人工控制天气是一个复杂的问题，因为这牵涉到生态环境问题，在认识自然、利用自然、改造自然的过程中，必须注意人和自然的关系，认识到人和自然是有机统一体。人类发挥主观能动性改造自然必须合理，不能忽视自然条件的许可性。若走上极端，破坏了赖以生存的生态环境，也会受到不以人意志为转移的自然规律的惩罚。
　　朗缪尔的科学研究非常广泛，他主要在以下领域作出过重要贡献：①高温低压下的物理化学现象；②物质结构；③界面现象和表面膜；④大气科学等。他刚进美国通用电气公司时，最先研究的是高温低压下的物理化学现象。当时该公司试用钨丝代替碳丝制造灯泡，但钨丝灯泡寿命不长。朗缪尔认为可能与灯泡内残存气体有关。他把氢气、氮气、二氧化碳气、水蒸气和稀有气体分别充入灯泡内，研究它们与钨丝反应的情况，发现充氩或充氮(最好是氮-氩混合气)，可以提高白炽灯的寿命。今天我们所使用的白炽灯泡，仍然是充氮氩的。朗缪尔1913年的发明，今天还使人类受益。
　　为了纪念朗缪尔的科学贡献，他所发现的单分子吸附层理论的一个等温式，被命名为“朗缪尔吸附等温方程”。阿拉斯加的一座山，被命名为“朗缪尔山”。石溪纽约州大学的一个专科学院，被命名为“欧文·朗缪尔学院”。
　　朗缪尔1957年8月16日安详地闭上了双眼。他已经尽了最大的力量为人类服务，而且人工降雨的理想已经变为现实。