专栏

激射50年

激动的光 | 冯衍

(mulberry@gmail.com)

冯衍,南开大学物理博士,在欧洲南方天文台进行激光研究,科学网站“格致”的创办人。今年是激光发明50周年,他将为《新知客》读者开讲各种“激光器”。

1960年5月16日,加州马里布,休斯实验室,世界上第一台激光器(Laser)在此诞生。梅曼(1927〜2007)在一块指尖大小的红宝石晶体的两个平行面上镀银,把它插入一支螺旋形的闪光灯中间,然后把它们一起放在一个铝制的圆筒腔里,得到了红色的脉冲相干光输出。

同一天在巴黎,为缓解紧张局势举行的美苏英法四国首脑会议,以失败草草收场。原因是艾森豪威尔拒绝赫鲁晓夫就月初发生的间谍侦察机事件做出道歉的要求,让冷战时期的美苏关系降至最低点。

这两个事件除了在同一天发生,还真有那么一些联系。首先,二战以及战后美苏间的对抗,让两国增加了对科学研究的投入,这加速了激光的发明。另外,1964年因发明激光而获得诺贝尔奖的汤斯,在二战期间参与过雷达导航轰炸系统的研究。当时军方让他做短波长(1〜1/4厘米)的雷达,以获得更好的方向性,机载的天线也能小一点。

他完成了, 但是因为大气中水汽在这个波段的吸收,这个波段的雷达并不实用。不过,这段工作经验让他于战后发明激微波(Maser)变得顺理成章,他的团队制作成功的第一台激微波就在这个波段。

1953年发明的激微波和激光的原理相同,只是一个在微波波段,一个在可见光/红外波段。所以,1958年汤斯和肖洛提出激光时,把它称为光学激微波(opticalmaser)。但是,由激光历史上另一个著名人物古尔德提出的缩写LASER最终流行起来。

所以说, 激光和互联网一样是从军事研究中发展起来,这也许是它的原罪。大众提到激光,首先想到的是激光武器、科幻小说中的死光枪。但激光在经过几十年的发展之后,已经被使用在日常生活的方方面面,比如条形码扫描器、光盘、打印机、光纤、电视等。这个专栏,就是想在激光发明5 0 周年的时候, 和大家一起挖掘一下它的历史、应用、趣闻,也算一个激光研究者的纪念方式吧。

契丹出南国

植物之名 | 刘夙

(zgheng@263.net)

刘夙,中国科学院植物研究所博士研究生,植物学文献与植物学史专家,“自然之友”植物组指导老师,与陈润生院士合著有《基因的故事》。

今年春节的时候我到了内蒙古赤峰市的宁城县,看到了辽代建筑大明塔。当年的大明塔位于辽中京外城内,今天塔还在,城却不在了。和中京城一同消失的还有建立辽朝的契丹人,大明塔周围的村民已经都是汉族人了,一到春节就会在窗户和门上挂起东北特色的“挂钱”(一种剪纸)。

不过,“契丹”这个名字却在很多中亚和欧洲的语言中留了下来。今天一些国家还管中国叫“契丹”,比如在俄语中中国就是Китай(“契达伊”)。对此感到憋屈的朋友不必着急。俄罗斯人是从中亚人那里借来这个名字的,同样,我们也从中亚人那里借来了“俄罗斯”这个名字。其实俄罗斯本来只叫“罗斯”,这个名称的第一个音是大家熟知的那个舌尖打卷的颤音。中亚的阿尔泰语系诸语言虽然也有这个音,却没有把它放在词首的习惯,所以就在前面又加了个“俄”的元音,我们借来的正是这个被篡改过的名称,就算打平了吧。

在西方,“契丹”(C at haya)则只是指长江以北的中国北方。这都是马可•波罗的功劳,因为正是他在游记中,把中国北方叫“契丹”,中国南方叫“蛮子”(Mangi)的。因为马可•波罗详细描绘的金碧辉煌的元大都就在“契丹”国里,所以在西方人眼中,“契丹”一直是个美妙而神秘的国度,这个名称也就多少带有褒义。

1955年夏,植物学家钟济新在广西花坪采到了一种奇怪的“杉树”标本,第二年又采到了更完善的标本。这些标本经植物学家陈焕镛和匡可任鉴定后,证实它和十年前发现的水杉一样,也是一种新的、原先认为已灭绝的活化石植物,于是他们骄傲地给它起名为Cathaya,汉语名是“银杉”。

这一消息在1957年公布之后, 再次轰动了世界植物学界。现在大家都知道,在中国的西南山区,有一种树孤独地活在一个不属于它的时代,正如它的名字所象征的, 一种叫“契丹”的树,却孤独地长在南国一样。

避孕套的那些事

生活潜规律 | 孙尉翔

(andrewx100@gmail.com)

孙尉翔,华南理工大学材料科学研究所博士研究生,主要研究非线性流变学,在科学网开设博客,常年热评科学事件,他主要为《新知客》读者解析各种日常生活所遇到的材料问题。

绝大部分市面上的避孕套的材料是天然乳胶,这种材料可以说是历史最悠久的高分子材料了。对天然橡胶材料人们并不陌生,抽血的时候护士用来绑住你上臂的材料就是天然橡胶管,橡皮筋是天然橡胶的另一大产品。《新知客》1月号深度报道了同性恋群体的状况,让我想到了避孕套推广活动的艰难,其中之一就是因避孕套使用不当而增加的HIV感染风险,被赖到了避孕套本身预防效果的头上。仅仅从材料学角度来看,避孕套的一些使用不当已经十分明显。

一张天然橡胶薄膜,如果你想用力把它扯烂,将需要很大的拉力,因为天然橡胶材料抗拉伸;如果你在拉的同时,给薄膜剪上一道小口, 那么它会很快从这道口开始撕裂,因为天然橡胶的物理特性不耐撕裂。所以,如果避孕套有小孔,使用时的风险就会大大增大。因为避孕套在使用时正是处于被拉伸状态,小小的缺口都会很容易扩大成漏洞。

天然橡胶的一个非常致命的弱点是,它易老化降解。我们都见过陈年的橡皮筋变得又黑又粘,失去弹性,那是老化得很严重的情况了。如果材料已发生一定程度的老化,就算用手拉拉还算有些弹性,但在特殊情况之下已经不可靠了。所以, 如果使用过期的避孕套,就有可能增大风险。

天然橡胶亲油憎水,遇到油类液体,就会吸收膨胀,弹性降低,材料整体变脆易碎。有许多人在使用避孕套的时候,需要额外添加润滑剂(尤其是男同性恋),不了解的人可能会在屋子里乱找什么液体来润滑,例如用食用油等等油性的液体。这些油液会被避孕套吸收,降低避孕套的性能,增大感染的风险。另外,沐浴液等洗洁用品含有表面活性剂,也会降低避孕套的性能。专用性交润滑剂如KY系列,都是水性的润滑剂,则避免了此问题。

总之,因为忌讳而装作看不见,这种心理最要不得。

中国天文的世界遗憾

浪漫天文学 | 李旻

(leemin@nju.edu.cn)

李旻,南京大学天文系硕士毕业留校任教,同时研究X射线高能天体物理学,兼任江苏省天文学会秘书长。组织、负责中国最长的日全食中心线联测——后羿2009等科研项目。

古代中国天文学曾在目视观测方面达到了当时世界的最高水准。无论是登封的观象台,还是目前在紫金山天文台保存的明、清时代的天文仪器:浑仪、简仪、圭表、天球仪等,都是人类文明发展史上的珍宝。另外苏州保存的石刻《天文图》是目前保存的世界上最古老的东方实测星图。

但是非常遗憾,中国以天文遗产为名录,专门申报的世界遗产却为零。

埃及因为修建阿斯旺水坝,整体迁移保留下来的阿布辛贝勒神庙,在每年2月22日和10月18日,阳光会穿过大门,沿着神庙的中轴,进入内殿,照亮内殿中三座神像—拉-何拉克提(升起的太阳神)、法老、太阳神阿蒙。如此精确的构造没有精确的天文学观测积累是无法设计的。

世界遗产这个概念就是从保护阿布辛贝勒神庙开始出现的,神庙是全球第一个世界遗产。全球很多著名的世界遗产都是天文学遗产,如英国的巨石阵、智利的印加帝国遗址托雷翁(Torreon)—一个外表看起来是印加帝国城堡的天文观测场所。

已经过去的2009年是国际天文年,其中一项内容就是天文学与世界遗产。这个议题关心的是,天文学作为人类最古老的学科,它本身就是世界遗产;天文学在不同国家、文明发展过程中以不同方式发展所留下的遗迹、遗址及很多非物质历法、天文观测方法也应该是世界遗产的重要组成部分。

在2009年的暑假,一群中学生在苏州举行的“2009中国世界遗产国际夏令营”中第一次提出了中国古代天文仪器、遗址的联合国世界遗产申请方案,学生们通过自己的实地勘测、考证,给出了申遗的书面文本。我们的遗憾不仅在于中国古代天文学至今没有正式的遗址、器材列入联合国世界遗产被保护。

我们的遗憾在于虽然我们过着春节,用着二十四节气,偶尔会送个小浑天仪做礼品,却忘了它们是天文学发展史,以及人类文化非常珍贵的一部分。