问题

历史上有过哪些偶然的重大科学发现?

回答
历史的长河中,科学的进步并非总是遵循着严谨的计划和预设的路径。许多伟大的发现,如同意外的星辰划破夜空,是由偶然、直觉、甚至错误引导而诞生的。这些“偶然”的发现,往往因为其颠覆性的力量,彻底改变了我们对世界的认知,并催生了新的科学领域。以下是一些详细讲述的偶然的重大科学发现:

1. 青霉素的发现:伟大的“错误”带来的生命奇迹

人物: 亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming)
时间: 1928年
发现过程:

亚历山大·弗莱明是一位苏格兰细菌学家,他毕生致力于研究细菌,尤其关注如何对抗感染。在1928年的夏天,他正从假期返回伦敦的圣玛丽医院实验室。弗莱明有一个习惯,他倾向于将实验培养皿随意堆放,而不是在用完后立即清洗。这在当时看来是有些粗心大意的,但也正是这个习惯,为一项划时代的发现埋下了伏笔。

弗莱明当时正在研究葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的生长情况。他注意到一个被丢弃的培养皿上,原本培养着大量葡萄球菌的区域,周围出现了一圈清晰的、没有细菌生长的区域。而这个区域的中心,是一个蓝绿色的霉菌斑点。

起初,弗莱明可能会认为这是一个失败的实验,应该直接丢弃。然而,他的敏锐观察力和科学好奇心让他停了下来。他仔细研究了这个霉菌,并将其送往实验室的真菌学家马丁·布劳恩(C. J. La Touche)鉴定。布劳恩确认这是一种青霉菌(Penicillium notatum)。

弗莱明意识到,这个青霉菌似乎分泌了一种能够杀死葡萄球菌的物质。他将这种物质命名为“青霉素”(Penicillin)。他进行了进一步的实验,发现青霉素不仅能杀死葡萄球菌,还能杀死其他多种引起疾病的细菌,并且对人体细胞没有毒性。

偶然之处:

凌乱的实验室习惯: 如果弗莱明当时是个一丝不苟、立即清理实验器具的科学家,这个长满霉菌的培养皿很可能早就被丢进垃圾桶,青霉素的秘密也将永远埋藏。
未完全消毒的空气: 可能是实验室空气中的青霉菌孢子意外地污染了一个葡萄球菌培养皿。
恰到好处的霉菌生长: 霉菌在生长过程中释放的青霉素浓度需要达到足以抑制细菌生长的水平。

后续影响:

尽管弗莱明在1929年发表了他的发现,但由于当时技术条件的限制,他未能分离和提纯出足够稳定的青霉素进行大规模临床应用。直到二战期间,牛津大学的霍华德·弗洛里(Howard Florey)和恩斯特·钱恩(Ernst Chain)在弗莱明的研究基础上,成功地从青霉菌中提取和纯化出青霉素,并证明了其强大的抗菌效果。这标志着抗生素时代的到来,彻底改变了医学治疗,挽救了无数因细菌感染而濒临死亡的生命。弗莱明、弗洛里和钱恩因此共同获得了1945年的诺贝尔生理学或医学奖。

2. 微波辐射的发现:雷达测试中的意外高温

人物: 珀西·斯宾塞(Percy Spencer)
时间: 1945年
发现过程:

珀西·斯宾塞是美国雷神公司(Raytheon)的一名电子工程师,他在二战期间致力于改进磁控管(magnetron)的生产技术。磁控管是制造雷达的关键部件,在战争中发挥了至关重要的作用。

一天,斯宾塞正在一个装有工作磁控管的区域附近进行实验。他口袋里放着一块巧克力。突然,他感觉到口袋里的巧克力开始融化了。起初,他以为是自己的体温所致,但随后他又走到一台工作的雷达设备附近,将一袋爆米花放在了设备上方。令人惊奇的是,爆米花迅速膨胀,变成了香喷喷的爆米花。

斯宾塞的直觉告诉他,这并非巧合,而是那个正在工作的磁控管产生的某种能量引起了这些食物的加热。他开始系统地进行实验,用各种食物进行测试,包括鸡蛋、香肠等,结果都证实了这一点。他发现,磁控管发出的微波辐射能够有效地加热食物。

偶然之处:

口袋里的巧克力: 如果他口袋里没有放巧克力,或者巧克力没有恰好在他经过磁控管附近时融化,这个发现的契机就可能错失。
爆米花的快速加热: 爆米花种子中的水分在微波作用下受热蒸发,从而爆裂,这是一个非常直观的现象,吸引了斯宾塞的注意。
恰好在工作的磁控管附近: 斯宾塞的实验室环境和工作内容使得他有机会接触到高能的微波辐射。

后续影响:

斯宾塞的发现直接催生了微波炉的发明。雷神公司在1947年推出了第一台商用微波炉,尽管最初体积庞大、价格昂贵,但它彻底改变了人们的烹饪方式,带来了前所未有的便利。如今,微波炉已经成为家庭厨房中不可或缺的电器。

3. 合成染料的发现(紫红碱):化学家的一次“失败”尝试

人物: 威廉·珀金(William Perkin)
时间: 1856年
发现过程:

威廉·珀金是一位年仅18岁的英国化学学徒,他受到著名化学家奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼(August Wilhelm von Hofmann)的启发,致力于研究如何从煤焦油中合成出天然的抗疟疾药物奎宁(quinine)。

在1856年复活节期间,珀金在家中的简陋实验室里进行实验。他试图通过氧化苯胺来合成奎宁。然而,这次实验并没有成功合成出奎宁。相反,他得到了一种粘稠的黑色残渣,看起来毫无价值。

按照当时普遍的科学操作习惯,这样的“失败”实验产物通常会被丢弃。但年轻的珀金却被这种黑色残渣引起了好奇。他尝试用酒精清洗这个残渣,发现这种黑色物质在酒精中溶解后,呈现出一种鲜艳的、从未见过的紫色。他将这种物质染在丝绸上,发现它能够牢固地附着在丝绸上,并且颜色非常持久。

珀金意识到,他意外地发现了一种具有商业价值的合成染料。他将这种染料命名为“紫红碱”(mauveine),或者更通俗地说,“紫红”。

偶然之处:

失败的奎宁合成尝试: 如果珀金成功合成了奎宁,他可能不会继续去研究这个黑色的副产品。
对“失败”产物的执着: 许多科学家可能会因为实验失败而放弃,但珀金的好奇心让他看到了隐藏在“废料”中的可能性。
恰好的清洗剂和染色介质: 酒精的溶解性和丝绸的染色特性,使得这种紫色的染料得以被发现和展示。

后续影响:

紫红碱的发现是合成染料工业的开端。在此之前,染料主要来源于天然物质,产量有限且成本高昂。珀金的发现证明了通过化学合成可以创造出新的、鲜艳的色彩。紫红碱迅速风靡欧洲,特别是被法国皇后尤金妮(Empress Eugénie)喜爱,被称为“紫红时代”(Mauve Decade)。这一发现不仅为纺织业带来了革命,也开启了有机合成化学的新篇章,为后续更多合成染料和药物的发现奠定了基础。珀金因此也成为了一个商业成功的科学家典范。

4. X射线的发现:高压放电实验中的异常显影

人物: 威廉·康拉德·伦琴(Wilhelm Conrad Röntgen)
时间: 1895年
发现过程:

威廉·康拉德·伦琴是一位德国物理学家,他一直对阴极射线管(cathode ray tube)进行研究。阴极射线管是一种玻璃管,内部抽成真空,通过施加高电压产生电子流。伦琴当时正是在一个漆黑的实验室中,进行着阴极射线管的实验。

他用厚厚的黑色硬纸板包裹住了整个阴极射线管,以防止任何可见光泄露出来,这样他就能更好地观察到阴极射线本身的效果。然而,当他启动阴极射线管时,他注意到实验室角落里一个涂有荧光物质(氰亚硒酸钡,barium platinocyanide)的屏幕竟然发出了微弱的荧光。

伦琴感到非常困惑,因为他认为没有任何可见光能够穿透厚厚的纸板,更不可能激发远处的荧光屏。他尝试了各种方法来排除光源,但荧光现象依然存在。他开始怀疑,有一种看不见的、能够穿透物质的射线正从阴极射线管中发出。

为了验证他的猜想,他进行了大量的实验。他发现这种未知的射线可以穿透许多物质,但会被更致密的物质如金属铅所阻挡。他用一张感光胶片放在一个物体后面,然后让这种射线照射,结果在胶片上形成了物体的阴影。他甚至让他的妻子用手放在胶片和射线管之间,结果在胶片上清晰地显现出了她手部的骨骼结构以及她手指上的婚戒。

偶然之处:

漆黑的实验室环境: 如果不是在完全黑暗的环境下进行实验,这种微弱的荧光很可能不会被注意到。
荧光屏的意外放置: 氰亚硒酸钡荧光屏的摆放位置,恰好能接收到这种新射线。
“不应该发生”的现象: 伦琴的科学训练让他知道,阴极射线本身无法穿透厚纸板,这种异常的现象反而激发了他进一步探究的动力。
使用手的实验: 这是一个极具历史意义的偶然,他选择用自己妻子的手作为实验对象,生动地展示了X射线的穿透能力和医学应用潜力。

后续影响:

伦琴将这种未知的射线命名为“X射线”(Xray),因为“X”在数学中通常代表未知数。他的发现立即引起了全球科学界的轰动。X射线的发现不仅在物理学上具有划时代的意义,更重要的是,它开启了医学影像学的时代。医生们第一次能够通过非侵入性的方式观察人体内部结构,极大地提高了疾病诊断的准确性和效率。伦琴因此获得了第一届诺贝尔物理学奖(1901年)。X射线至今仍是医学影像学中最重要的技术之一。

这些偶然的发现故事,都告诉我们一个重要的道理:科学的探索之路充满了未知与惊喜,保持敏锐的观察力、不懈的求知欲和对“异常”现象的敏感性,往往能带来意想不到的重大突破。有时候,最伟大的发现就隐藏在看似微不足道的“错误”或“意外”之中。

网友意见

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比如火药的发现,是道士在炼丹的时候偶然发现的。

比如青霉素的发现,是偶然间注意到霉菌的杀菌能力。

其实越到现代,偶然的发现就越小。科学研究已经比较系统化了。

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