高压装置的发明与运用
物质在高压下的效应是人们认识物质世界极为关键的因素。此外，通过这一领域的研究还有可能合成新材料和模拟实际上无法直接观测的某些自然现象。在高压下，物质原子的空间位置和电子结构都会发生变化，从而发生相变。这对分子也一样。例如冰在压力下有几种不同的结晶状态，且熔点可高达400℃。化学家对高压研究很感兴趣，因为他们渴望通过高压作用合成新的材料；地质学家和地球物理学家则希望利用高压在实验室里模拟地壳和地幔之下的物理化学过程。
虽然高压物理这样吸引人，但是这个领域却开拓得较晚。这是因为技术上的困难很大，产生高压的有效装置很晚才被研制出来。直到1850年左右，科学家才研制达到了3000公斤/厘米2的压强，并在这个压力条件下实现了气体的液化。1893年，德国的塔曼开创了一系列高压物理实验，但主要是研究高压下的相变，如熔化等。
在高压物理理论和技术领域中做出最杰出贡献的人当首推美国物理学家布里奇曼。为了进行高压实验，他设计了一种专门的压力设备，并通过它进行实验研究，从而发现了行之有效的无支持面密封原理，其密封度随着压强的升高而升高。这样，高压装置就不再受到漏压的限制，而只与材料的强度有关。
1910年，布里奇曼等人根据这种密封原理设计出压强可达20000公斤/厘米2的高压装置，这是世界上第一个切实可行的高压装置。后来，布里奇曼又使用了特殊合金——碳化钨，并制成二级高压容器。就这样，他利用自己出色设计的高压设备和娴熟运用现代技术的能力，一步一步地把压强提高，终于做到能在100000公斤/厘米2的压强下进行实验工作。在某些情况下，压强甚至可以达到400000～500000公斤/厘米2。布里奇曼测定了在30000～400000公斤/厘米2流体静压强下的100多种物质的力学、电学、热学性质的数据，引起了其他物理学家的注意，特别是他发现了许多物质的变体，如磷的同位素异构体黑磷，6种以上的冰的异构体等。他还在高压物理各个方面都进行了深入的研究，像测量物质的电导率、热导率、压缩率、抗拉强度和黏滞性等都在技术应用上具有很大价值。他的关于大量材料的压缩率的测定，至今还经常作为标准而引用。他发现的铋、钡、碲等元素的高压相变点也成了测量高压的标准。
在高压物理的应用方面，人们最突出的成果当属人工合成金刚石。1953年，美国通用电气公司在布里奇曼高压装置的基础上，设计了一种叫做“BELT”型的高压装置，并利用它于1955年首次合成了金刚石，引起了整个工业界的轰动。后来，他们又合成了其他多种超硬材料。
目前，世界上的高压实验室总数已经超过了上百个。美国和日本的物理学家利用金刚石高压设备进行研究，得到了许多重要数据。他们利用X射线和激光加热高压容器，肯定了地幔深处的相变。以前人们曾认为地幔的相变是正交晶系变成尖晶石，并最终变成密堆积的氧化物。现在根据高压实验发现存在着有钙钛矿和钛铁矿结构的尖晶石相，这一结果导致了科学家对地震数据的修正。此外，世界上其他国家也纷纷在进行高压方面的研究，以便更快地推动科技的进步。
起电机和霓虹灯的发明
17世纪后半叶，科学家们在为一个科学之谜烦恼：真空管中的水银为何会发光！
事情的简单经过是这样的。1675年的一天，法国天文学家让·皮卡尔（1620~1682）同往常一样，仍在巴黎天文台进行观测、研究。但当他挪动一台水银气压计要把它从天文台运走时，奇怪的事情发生了，在水银上方玻璃管的真空里，突然出现了微弱的闪光。他觉得很奇怪，又将水银气压计摇了摇，证实了他刚才没有看错。后来，人们就将这种闪光现象称为“托里拆利发光”？
为什么叫“托里拆利发光”呢？意大利物理学家托里拆利（1608~1647）是伽利略的学生。他闻名于世的成就是1643年和伽利略的另一位学生、物理学家维维亚尼（1622~1703）在佛罗伦萨作的“托里拆利实验”。这个著名的实验用一根长约1米的玻璃管灌满水银后倒立在小银槽内，结果发现管内水银面下降到高出槽内水银面76厘米时就不再下降了。这76厘米汞柱就是当时大气压的值，而管内水银面以上的“真空”就被称为“托里拆利真空”。由此可见，人们将前述水银闪光称为“托里拆利发光”就很自然了。
那么，为什么会产生这种闪光呢？许多科学家都想揭开这个谜。
最终揭开这个谜的是英国（一说德国）物理学家佛朗西斯·豪克斯比（1688~1763）。他在1703年前后，经过一系列的实验、观察、研究、终于发现，这种闪光是由于挪动气压计时，水银与玻璃管内壁摩擦生出的电激发水银蒸气产生的。
既然摩擦会生电，那么不就可以由此制成起电机吗？经过几年研制，豪克斯比终于制造出又一种起电机：一个抽空空气的玻璃球可绕轴转动——人用手柄摇，用布帛等物品与这个转动的玻璃球接触，就“摩擦起电”了。他曾用它起电，演示出许多静电现象。
不过，起电机最早却是由德国物理学家格里克（1602~1686）于1660年发明的。这种起电机与豪克斯比的起电机相比主要不同之处是，他用的是实心硫磺球，而不是空心玻璃球。在豪克斯比之后，又有许多科学家发明了各种各样的起电机，例如18世纪上半叶，英国戈登用玻璃圆筒、瑞士普兰达与英国詹斯登用圆玻璃板，分别代替玻璃球，使摩擦起电机更接近了现代形态。又如，德国特普勒（1836~1912）和霍尔兹（1836~1913）在1865年又发明了另一种形式的起电机——感应起电机。
既然水银气可以因电的激发而发光，那其他气体又会不会在电激发下发光呢？又可不可以由此制成一种灯具呢？
1910年，法国发明家克劳德（1870~1960）终于作出了这种灯具——霓虹灯。他在一根抽空的玻璃细长管内充入氖气，然后通电，灯管便发出美丽的红光。人们先后发现，充入不同气体，发光的颜色会不同。例如，充汞蒸气，光呈蓝绿色；充钠蒸气，光呈黄色；充氮气，光呈金黄色；充氢气，光呈粉红色；充二氧化碳气，光呈白色；充氩气，光呈淡紫色；等等。
1910年12月3日，巴黎大宫殿首先点上了克劳德的氖霓虹灯。1912年，巴黎蒙马特尔大街的一家理发馆首先用这种霓虹灯作广告，以招徕更多的顾客。当今世界，包括霓虹灯在内的各种灯具，已将一座座城镇变成五光十色的“不夜城”。
“王水”中的秘密
1943年底的一个晚上，被德国鬼子占领的丹麦首都哥本哈根笼罩着一片恐怖气氛，一队队摩托车和囚车亮起魔鬼般的“眼睛”向四面八方散开，向它的目标窜去——法西斯匪徒的又一次大搜捕开始了。
著名的丹麦科学家尼尔斯·玻尔也被列入搜捕名单之中。他必须在德国鬼子到来之前收拾好要带走的东西、藏好应藏的物品，逃到瑞典，再取道伦敦去美国。他把其他物品都收拾好了，最后，他的目光停留在实验台上。除各种实验仪器外，台上还放着一瓶重水和一枚熠熠闪光的诺贝尔金质奖章，它被放在一个小盒子里。
看到这枚奖章，20年前的往事历历在目。1922年12月10日，在瑞典斯德哥尔摩金碧辉煌的大厅里，他在庄严悦耳的乐曲声中从瑞典国王手中接过诺贝尔物理学金质奖章，这是为了表彰他在原子结构和原子发射谱线方面的研究成果。现在戴上它，或者即使藏在带走的物品之中，如被发现，也会暴露自己的身份，后果不堪设想；留下吗，又会落入敌人之手。正在左右为难的时候，他的目光落在实验台上那瓶“王水”上。“咦，它不是溶解一切金属吧？”于是他想出一个绝妙的主意，将奖章溶解在“王水”中。他迅速将奖章放进“王水”……奖章体积越来越小，最后消失得无影无踪，而“王水”却仍然晶莹透明。这时玻尔长长地舒了一口气，连忙拿起“重水瓶”，在茫茫的夜色中踏上了漫长的征途。
当德国鬼子窜进他的实验室时，他已经在丹麦抗敌组织的帮助下通过厄勒海峡的一条秘密通道，漂泊在波罗的海的小船上了。接着，他和家人到达瑞典，最终逃离虎口，到达美国。
那么，德国鬼子为什么要搜捕玻尔呢？原来，玻尔坚决反对纳粹分子的观点世人皆知，作为反法西斯专制的不屈战士，理所当然地被德军视为最危险的敌人。加之他的母亲是犹太人，因此玻尔也成为“半个犹太人”，而德国法西斯迫害犹太人是人所共知的。因此，从1940年德国占领丹麦后，玻尔的处境就十分危险。但玻尔仍坚守在自己的祖国，直到上述1943年底他得到德军准备将他劫往德国的准确情报后，才毅然逃出虎口。此外，他还帮助过许多丹麦籍犹太人潜逃出境，否则他们也会死在希特勒的煤气炉上。
玻尔一生中有许多趣闻轶事，以下再记叙几件。
第一件——忙中出错。玻尔在瑞典到英国途中，被安置在一架“蚊”式飞机的弹舱里。飞机被气浪颠簸，也可能遭遇德机，情况很危急。虽然环境如此险恶，但蜷缩在弹舱里的玻尔仍然在全神贯注地思考他要解决的科学问题。以致没有戴上飞机上必备的联络耳机，因此没能听到飞行员让他戴上氧气面罩的通知。当飞机升到空气稀薄的高空时，他已经因缺氧昏过去了。在伦敦机场上，欢迎他的人们发现他已奄奄一息。但更使玻尔懊恼的是，在匆忙出逃时带走的、在生死攸关的航程中豁出命来保护的“重水瓶”，竟是一瓶地地道道的丹麦啤酒！原来，装重水的瓶子是一只啤酒瓶——他也会忙中出错。
第二件——还原奖章。1945年德国投降后，玻尔又回到哥本哈根的实验室。那瓶王水依然清澈如故，他打开瓶盖小心翼翼地放入一块铜。铜逐渐消失，瓶中出现了一块黄金，这是两年前溶入其中的那枚奖章的全部金子。他将金子取出，重新铸成了与原来一样的奖章。原来，黄金与王水发生了如下的化学反应：
Au+HNO3+3HCl=AuCl3+2H2O+NO↑
AuCl3+HCl=HAuCl4。
这HAuCl4是氯金酸。他把铜放入其中后，铜把金从氯金酸中置换出来，得到黄金。这就是玻尔智取奖章的故事。
第三件——两位不同的老师。玻尔在哥本哈根大学完成全部学业后，便直奔英国卡文迪许实验室，拜该室第三任主任——以发现电子闻名于世的英国物理学家J.J.汤姆逊为师。个性直爽的玻尔觉得老师的原子结构模型——“面包夹葡萄干”有些缺陷，便对汤姆逊谈了自己的不同看法。不料这竟得罪了老师：初投门下的无名小卒竟敢向我的原子模型开火！这样，玻尔的论文也未能在英国发表。不到几个月，玻尔便悄然离开了汤姆逊。
这场风波对玻尔是一个打击，但事物总是一分为二的。后来的事实表明，这对玻尔一生的转折以致对物理学的发展，倒成了一件好事。
他离开汤姆逊后不久，从朋友口中得知英国物理学家卢瑟福一向关心青年，于是他转而投向曼彻斯特大学，在卢瑟福的实验室里工作。在此这前几个月，卢瑟福也发表了他不同于汤姆逊的模型——核式结构模型。玻尔也发现汤姆逊的模型有缺陷，但不敢贸然向卢瑟福摊开看法，因为他怕再遇到汤姆逊式的怒火。但在经过一段时间激烈的思想斗争之后，他终于怀着惴惴不安的心情敲响了卢瑟福书房的大门。卢瑟福热情地接待了他，仔细地倾听他的看法。卢瑟福赞赏学生的勤奋与创造精神，鼓励他把研究成果整理成论文。论文初稿出来后，又提出重要修改意见，经过师生俩一连几个长夜的倾谈和逐字逐句的推敲，改定了这篇论文。卢瑟福将它和玻尔回国后又写出的另外两篇论文推荐给英国《哲学杂志》，其中一篇名为《原子和分子结构》。这些论文于1913年发表在该杂志后，在国际物理学界引起极大的轰动。玻尔在论文中提出的原子结构的“玻尔模型”使他荣获1922年诺贝尔物理学奖，也因此被誉为“原子结构学说”之父。他的成就，有一半应归功于汤姆逊对待新生事物态度截然相反的、德行高尚的老师——卢瑟福。
玻尔的学说虽然并不完善，但却代表着对经典物理学的一次彻底突破。他成为“与爱因斯坦齐名”的人。欧洲科学界甚至在他逝世后认为他“比任何人，甚至爱因斯坦在内都更多地改变了20世纪”。这是因为，玻尔和他创立并领导的哥本哈根理论物理研究所，为量子力学的发展作出了划时代的贡献。
