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克希荷夫誕辰|科學史上的今天:3/12

1859 年夏天,德國物理學家克希荷夫與化學家本生 (Robert Bunsen) 一如往常相偕走出實驗室,到外面散步放鬆一下。他們邊走邊聊,討論起幾天前鄰鎮那場大火發生時,他們好奇地用分光鏡分析火光的結果。突然克希荷夫停下腳步,瞄了一眼天上的太陽,對著本生說:「本生,我一定是瘋了!」沒想到本生會心一笑地答道:「我已經瘋了啊!克希荷夫。」

為什麼有這樣奇怪的對話?這就得細說從頭了。他們兩人是在 1851 年於同一所大學任教時結識,隔年本生轉任海德堡大學教授,克希荷夫則於 1854 年應本生之邀也來到海德堡大學,在研究物理之餘,與本生一起研究化學元素的光譜。

其實很早之前人們就不同元素燃燒時會產生不同顏色,也有些人分析其光譜而發現各有不同的亮線,但都未進一步作有系統的研究。而今本生與克希荷夫手上有能產生清澈火焰的本生燈,以及他們兩人共同發明的分光鏡,可以一一分析各種元素的光譜與模式。有天晚上,16 公里外的城鎮發生大火,他們在實驗室都還能見到火光。他們一時興起用分光鏡分析火光,竟然辨認出鍶與鋇特有的亮線。

幾天後克希荷夫散步時突然想到,既然他們可以分析出 16 公里外的燃燒物質,或許也可以分析陽光而得知太陽的成分。但這點子畢竟太瘋狂,所以他才會說自己一定瘋了,沒想到本生其實也有相同的念頭。他們馬上動手實驗,發現所謂的「夫朗和斐線」中的許多條暗線正是一些已知元素的亮線,包括氫、鈉、鎳、鈣和鐵。克希荷夫提出解釋:陽光穿過太陽大氣層時被這些元素吸收了特定的波長,所以才呈現暗線。

他們的論文發表後震驚學界。二十幾年前,大哲學家孔德 (Auguste Comte) 才斷言我們永遠無法得知恆星的化學組成,如今這個大家普遍認同的知識極限竟被打破了!他們不但因此開創了天體光譜學,還努力發掘未曾見過的光譜而於 1861 年發現了銣和銫兩個新元素,創造了以光譜分析尋找新元素的方法。

除了創立光譜學並提出三項定律,克希荷夫在各個領域也都做出許多貢獻,因此包括電路學、光學、流體力學、熱化學乃至數學都有以他為名的定律。「黑體輻射」的概念與名詞也是由他所創,為量子力學埋下了開展的契機。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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