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这skr什么样的研究,让两位科学家“相爱相杀”,不能自拔?

|· 本文来自“我是科学家”·|

故事要从一只1786年的青蛙讲起。

作为“被选中”的蛙。它,准确地说,是它的一部分——大腿,正被铁丝挂在意大利北部一处宽敞的阳台上。

此刻的窗外,早春的风搅动着气旋,天空阴云密布,电闪雷鸣,一场暴雨即将倾盆。

一位头发灰白的微胖大叔,没有被耀眼的闪电蛊惑,而是目不转睛地盯着青蛙腿。

他叫伽伐尼,是位科学家。从这一天起,青蛙,将成为他生活的一部分。

伽伐尼关于露天测试青蛙腿的论文插图。图片来源:Helix.com.

伽伐尼开始研究青蛙也是事出有因。

当时,伽伐尼正在研究四足动物的听觉,而实验对象正是青蛙。于是,他自然而然地把“电”这种新鲜事物,应用到了自己的青蛙研究中。

他将死去青蛙的坐骨神经挑出,用发电机产生的电刺激这些神经,就可以造成青蛙腿的跳动,说明人工电可以让青蛙恢复一定“生命”的迹象。

人工电如此?那么自然电呢?大自然中的电闪雷鸣,会不会也能让蛙腿“起死回生”?

于是,就有了故事开头那个暴雨的夜晚。

同样站在闪电之下,伽伐尼没有风筝,他选择的,是青蛙腿。

实验结果是,蛙腿仍然抽动。背后的原因也似乎简单直接——人工电和自然电,都可以刺激了神经,从而带动蛙腿。

然而,随后的一次偶然,去让伽伐尼百思不得其解。

在一次实验时,助手的手术刀碰了青蛙腿,青蛙腿仍然出现了轻微的跳动。但此时,这把手术刀却没有连着导线,那台老式发电机距离试验台,可有着几米的距离。

这只蛙腿的抽动,可能受到了旁边的发电机的影响,伽伐尼这样想。于是,他把发电机移动到远处,又做了次试验。结果,蛙腿还是动了,而且抽动的幅度一样,说明,这好像跟发电机没啥关系。

伽伐尼画像,图片来源:维基百科

随后,他又找了个晴朗的午后,用铁钩子把一排青蛙腿挂在自家阳台,用另一个铜棒去触碰它们。结果,青蛙腿还是动了。

远远放置的发电机,晴朗无电的午后——在这些在没有电的环境中,青蛙腿也有抽动的现象!

伽伐尼决定来个绝的,他创造了一个小的真空环境,把蛙腿放入其中,再用导体接触。没错,还是跳!

这一切都说明:电来自青蛙本身,而不是环境的影响。

原来青蛙是自带电源呐!于是,伽伐尼创造了生物电”的理论,认为金属导体激发了原本储存在青蛙腿里的电,从而带动了它的运动。

他后来还把这套理论扩展到人身上,他说人跟青蛙一样,体内带有电,有的人带电多,所以容易暴躁,甚至癫痫。如今看来,这一猜想当然十分荒谬,但也说明“电”的神秘,留给了人们巨大的想象空间。

伽伐尼论著的插图,显示了不同条件下的“青蛙腿”实验,图片来源:Eoht.info

经过青蛙们的铺路,伽伐尼“生物电”的研究声名鹊起,风头正盛。

然而,另一位意大利科学家,突然跳出来实名反对伽伐尼,他就是伏打(特)

伏打也是当时“电学大军”中的一员。他从十六岁就开始研究电,在这行干了三十年。起初,他读到伽伐尼的论文时,感到这位大佬的理论甚是惊为天人,于是便开始重复伽伐尼的实验。

伏打画像,图片来源:维基百科

现象是重复出来了,可渐渐的,伏打却有了别的看法。

伏打提出了自己的理论:“蛙腿抽动的电能,不是来自青蛙,而是来自与蛙腿接触的金属”。

为了证实自己的假设,他把两种金属放到自己舌头上,此时会有微麻的感觉,这说明在不同的金属间产生了电。而蛙腿,只是受到了金属电的影响,作用跟个电流计一样。

伏打发表了这一结果,当众打脸伽伐尼。

伽伐尼岂能坐以待毙,“既然伏打说不同金属间有电压差,那我用一样的总可以了吧”。他立刻找了两个相同的铁钩子去触碰蛙腿,照样观察到了抽动。

伏打也不是吃素的,他反驳道:“伽伐尼,你的金属不纯啊,里面杂质太多,肯定有小电流。”

伽伐尼压住心里的火儿,找来了高纯的汞来重复实验,结果也成了。青蛙腿一蹦哒,伽伐尼笑嘻嘻。

伏打的打脸被反弹了,开始有点耍无赖,“不管不管我不管,你那个汞也不纯,爱咋咋地”。

“生物电”和“金属电”,似乎都能解释“青蛙腿跳动”现象,二人你来我往,十分热闹。

就在伽伏二人争执不下的时候,突然传出一个劲爆的消息,有人用木炭成功带动了青蛙腿!

伽伐尼一下乐了——“你不是说金属带电吗?那我不用金属,我用木炭还不行吗。”

胜利的天平开始向伽伐尼倾斜。

伏打受到了挫折,但他也没有低头,他此时的理由是:木炭也是导体,导体本身都自带电荷。

伽伐尼逼急了,面对伏打近乎耍赖般的理论,他决定来一个绝杀——啥都不用了,就用青蛙。

随后,伽伐尼小心翼翼地用青蛙的神经去碰青蛙腿的肌肉,蛙腿还是跳了!

从两种金属到同种金属,从杂质金属到高纯金属,从金属到木炭,从木炭到纯青蛙。伏打怼了伽伐尼一路,但每次都被伽伐尼“见招拆招”,强势碾压。屡败屡战的伏打似乎也偃旗息鼓,渐渐不再发声。

如此一来,当时的伽伐尼的“生物电”理论大获全胜。

在当时,人们甚至觉得“电”可能成为联系生死的一种桥梁——诗人雪莱的妻子玛丽·雪莱受到伽伐尼的研究报告启发,写下了人类历史上第一本科幻小说——《弗兰肯斯坦》,讲的就是疯狂科学家通过电击复活死尸。这也从侧面反映出伽伐尼理论对当时社会的影响。

科幻小说——《弗兰肯斯坦》内页。图片来源:维基百科

1798年,伽伐尼死了。他的整个后半生,都在孜孜不倦地电着青蛙腿。

然而,故事还没完。

伏打其实并没有泄气,转身酝酿了另一个大招——他不再跟青蛙们较劲,而换了一种不用杀生的方式来证实自己的“金属电”理论。

伏打找来一块锌板和一块铜板,把它们分开浸泡在盐水中(代替原实验用的青蛙腿)。在这个简单的设计里,他居然检测到了电流。这一装置,后来被命名为伏打堆”

伽伐尼电池。图片来源:维基百科。

而这个“伏打堆”,就是人类历史上,第一块电池!

1800年,伏打最终证明了自己的理论。但人们的鼓掌欢呼,在伏打看来无关紧要,因为他最想给展示的那个人——伽伐尼——已经在坟墓里躺了两年。

伏打没有停下脚步,而是进一步改进了伏打堆。因为两块金属板产生的电压太低,他就将六个这样的单元串在一起,得了将近4V的电压。这个电压在今天不算什么,几个小电池串起来就能办到。然而,在当时,伏打堆已经可以为科学实验提供足够的电能了,从而为随后的电气时代”拉开了帷幕。

伏打亲手制作的“伏打堆”,现藏于意大利伏打博物馆,图片来源:维基百科

另外,幸亏伏打想到用盐水作为电解液(这一思路一直延续到现在),否则,今天的手机大概就要塞进几个青蛙腿了(误)。

后来,拿破仑征服了意大利,特意在巴黎接见了伏打。为了表彰他对科学所作出的贡献,封他为伯爵,并给予了伏打一大笔钱

伏打给拿破仑展示“伏打堆”,图片来源:Vox.com

“科学致富”的伏打,名声越来越大,以至于“电压”的单位“伏特”,就是以他命名的。

伏打死后,为了纪念他,当年意大利的官方货币上画上了“伏打堆”,甚至连他出生的小镇,都改名叫了科莫伏打(Camnago Volta)。

故事说到这里,就算收场了。

从当代科学的角度看,伽伐尼和伏打的理解都没错。伏打研究的是金属间的电位差,而伽伐尼发现的电”则来自于生物体内的细胞——每个小细胞,其实都是一个小电池,伽伐尼的“生物电”,是这些“小电池”作用的积累。这也解释了为什么青蛙神经连接蛙腿,也能造成蛙腿跳动的现象。

伽伐尼和伏打二人相爱相杀,虽然分歧严重,但仍然彼此尊重。伏打甚至以伽伐尼的名字发明了“Galvanism”这一术语,以描述化学活动产生的直流电。

现在的电池,即叫伽伐尼电池,又叫伏打电池。

当然,我们也要感谢青蛙。这个物种作为小型实验动物,与果蝇、小白鼠一道,极大促进了人类的科学进步。

小彩蛋—伽伐尼伏打的互怼“番外篇”

当年,伽伐尼与伏打争得不可开交。因为二人都是权威人物,“生物电”和“金属电”各有一众“电粉儿”。为了记述当时的情景,人们甚至创作了一首歌谣:

打南边来了个伽伐尼,手里提拉着二斤青蛙腿。
打北边来了个伏打,腰里别着两块金属。

南边提拉着青蛙腿的伽伐尼说青蛙腿带电,金属只是激发用,
腰里别着两块金属伏打说金属带电,才让青蛙腿跳。

伽伐尼非说是青蛙腿不是两金属,
伏打坚持是两金属不是青蛙腿, 

伽伐尼抡起青蛙腿抽了别金属的伏打一青蛙腿,
伏打摘下金属打了提拉着青蛙腿的伽伐尼一金属。

也不知是提拉着青蛙腿的伽伐尼抽了别金属的伏打一青蛙腿,
还是别着金属的伏打打了提拉青蛙腿的的伽伐尼一金属。

(注:本歌属作者虚构,如有雷同实属巧合)

(编辑:小柒)

参考文献:

  1. Pera, M. (2014). The ambiguous frog: the Galvani-Volta controversy on animal electricity. Princeton University Press.
  2. Galvani, L. (1953). Commentary on the effects of electricity on muscular motion (No. 10). Burndy Library.
  3. Johnson, G.(2008)The Ten Most Beautiful Experiments
The End

发布于2018-07-31, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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