[趣味物理]新魯賓孫

儒勒·凡爾納的一部小說《神秘島》里，講到幾個主角在那荒無人煙的地方沒有火柴和打火器是怎樣取火的。我們知道魯濱遜是靠閃電幫忙的，靠閃電燃著了一株樹木。──《神秘島》里的新魯賓孫，卻不是靠偶然的外界幫助來取火，而是靠那位博學的工程師的機智和他的物理學的淵博知識。

　　你如果看過這部小說，大概還記得那位天真的水手潘克洛夫打獵回來的時候看見工程師和那位通訊記者坐在熊熊的火堆前面的那種驚奇情形。

　　“可是誰生的火呢？”水手問道。

　　“太陽。”史佩萊回答。

　　通訊記者并沒有開玩笑。的確，使水手這樣驚奇的火堆，競是太陽生起來的。那水手驚奇得簡直不能相信自己的眼睛，他驚訝得愣住了，甚至都沒有想到問一聲工程師。

　　“這么說，你大概帶著放大鏡吧？”水手終于向工程師問道。

　　“不，但是我做了一面。”

　　說著，他把這面放大鏡指給水手看。這只是兩塊玻璃，是工程師從他自己和文佩萊的表上拿下來的表玻璃。他把兩塊玻璃對合起來，中間裝滿水，用泥土把接合縫粘好，──于是就得到一面地道的放大鏡，工程師用它把太陽光聚在干燥的地苔上，就取得了火。

　　我想，讀者一定很想知道，為什么一定要在兩塊玻璃中間裝滿水。難道這兩塊表玻璃中間如果是空氣就不能把太陽光聚集起來嗎？

　　不錯，的確是不可能聚集的。表玻璃的內外兩個表面是平行的，是兩個同心球面；但是我們已經從物理學上知道，光線射過這種平行表面的介質，是幾乎不會改變它的方向的。接著這光線射過了另一塊同樣的玻璃，這里它也同樣地不會折射，因此，通過這兩塊玻璃以后，光線并不會聚集到焦點上。要想使光線聚集到一點，一定要用一種透明的又能夠使光線曲折得比在空氣里大的物質裝在這兩塊玻璃之間。儒勒·凡爾納小說里那位工程師就正是這樣做的。

　　盛水的普通玻璃瓶，假如它是球形的，也可以用來取火。這件事情從前的人早就知道，他們并且注意到這時候瓶里的水仍舊是冷的。曾經發生過這樣的事情，一只盛水的圓瓶放在打開著的窗口上，竟燃著了窗簾和臺布，并且燙壞了桌面。從前藥房櫥窗里時常用裝有顏色水的很大的圓瓶做裝飾，這種瓶有時候竟會引起極大的災害，使得附近容易燃燒的藥品燃燒起來。

　　一只小圓瓶裝滿了水，可以把太陽光聚集來燒沸表玻璃上所盛的水：這只要用直徑12厘米的圓瓶就可以了。如果用直徑15厘米的圓瓶，在焦點那里可以得到120攝氏度的溫度。用盛水的圓瓶來點香煙，就跟用玻璃透鏡一樣容易。關于用玻璃透鏡來燃著煙草，羅蒙諾索夫就曾經在他的一篇《談玻璃的用處》的詩里，有過這樣的描寫：

　　我們在這里用玻璃從太陽處取得了火焰，

　　愉快地學著普羅米修斯的樣。

　　咒罵著那無稽讕言的卑劣，

　　用天火吸煙，哪里會有罪孽！

　　但是我們應該指出，這種水做成的透鏡的取火作用是要比玻璃透鏡弱得多的。這是因為，第一，光在水里的折射要比在玻璃里小得多，其次，水會吸收光線里極大部分的紅外線，而紅外線對于物體的加熱是有重大作用的。因此我們可以用很簡單的計算來證明，儒勒·凡爾納那部小說里所提到的那個聰明的取火方法，其實是并不可靠的。

　　有趣的是，這種玻璃透鏡的特性，古代的希臘人早就知道了，那還是在眼鏡和望遠鏡發明以前的1000多年哩。這件事情，希臘喜劇詩人亞理斯多芬（公元前440～公元前380）在著名的喜劇《云》里就曾經提到過。在那個喜劇里，索克拉特向斯特列普吉亞德提出了一個問題：如果有人寫了一張債券，說你欠他5個塔蘭特，你要怎樣去把它消滅呢？

　　斯：我想到一個消滅這張債券的方法了，而且是這么好的一個方法，你得承認它是再奇妙沒有的了！你一定看見過藥房里用來燃著東西的那種精致而透明的東西吧？

　　索：就是那個“取火玻璃”嗎？

　　斯：正是。

　　索：那又怎么樣呢？

　　斯：等公證人寫的時候，我把這東西放到他身后，把太陽光射過去，把所有文字全給燒掉……

　　為了幫助讀者了解，讓我提醒大家，亞理斯多芬時代的希臘人是在涂緒的木板上寫字的，這種蠟碰到熱就會熔化。