歷史 物理

1912年諾貝爾物理獎:古斯塔夫・達倫

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撰文者:余海峯 博士
發文日期:2017-03-01
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  • 1912年的諾貝爾物理獎,頒給古斯塔夫・達倫(Gustaf Dalén)。達倫發明了能自動調節燃點的海上指路浮標和燈塔,免去經常調節和維修的需要,保障了很多海上工作人員的性命。
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    [古斯塔夫・達倫的諾貝爾獎官方照片。]
     
    在沒有全球衛星定位系統的時代,海上航行是很危險的事。19世紀末,西方發展速度以指數上升,越來越多船隻往來國家之間。縱使船員已有足夠知識去辨認方向及船隻的方位,但觸礁的機會仍然很高。

    燈塔與浮標的用途就是防止船隻在近岸海域觸礁。舊式的燈塔與浮標的燈光比較暗淡,需要比較長的時間(幾秒)才能看到,因此很難發出複雜的訊號。可是,海上交通日益頻䌓,各個地方的燈塔與浮標需要發出不同的訊號,船隻才能辨認出不同地方。

    約於1895年,人們發現了量產乙炔(acetylene)的方法。燃燒乙炔發出的光比較強,因此人們希望能使用乙炔去改良燈塔與浮標。但是,乙炔是一種容易爆炸的氣態碳氫化合物,直接應用乙炔既不安全、又不方便。
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    [達倫發明的燈塔。Image courtesy of Holger.Ellgaard/Wikimedia Commons]
     
    在1896年,佐治・克勞德(Georges Claude)與A・赫斯(A. Hess)發現乙炔會溶於丙酮(acetone)之中。溶於丙酮之中的乙炔可燃而不會爆炸,但在容器的設計上仍有難題:當乙炔燃燒了一定分量後,容器中的液體便會減少,相對地氣體乙炔佔的空間就會越多,最終亦難避免爆炸的危險。

    達倫發現了一種叫agamassan的帶孔物質。他把乙炔、丙酮和agamassan放進容器中,經過特別的處理後,容器中的agamassan能夠吸收非常大量的乙炔。在agamassan的孔中的乙炔會燃燒而且不會產生足夠乙炔爆炸的空間。

    Agamassan被用來代替舊式的燈塔與浮標的發光裝置。其優點是乙炔發出的光強得多,即使訊號短至幾分之一秒亦能被輕易察覺,因此能夠發出複雜的訊號。

     
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    [雙目失明的達倫與妻子艾瑪的照片,攝於1937年。Image courtesy of Wikimedia Commons]
     
    達倫更發明了一種裝置,能夠自動開關燈塔與浮標的發光裝置。利用冷縮熱脹的簡單原理,達倫造出一個會在太陽升起時關閉、西沉時開啟的燃料閘開關。這樣做能夠大大減低燃料在白天的浪費,因為在陽光之下船隻不用路標也能看清周圍環境。達倫發明的這個自動調節系統在白天大霧下亦同樣適用。

    減少燃料的浪費,省卻金錢的同時亦免去了很多修理工作,間接保障了許多維修工人的性命。同時,浮標和燈塔的造價和維修費用下降,各地政府便可省下金錢去建造更多的浮標和燈塔,使海上航行變得更安全。

    達倫並沒有出席1912年的諾貝爾獎頒獎典禮。他當時身受重傷,諾貝爾獎由他的兄弟代領。達倫在頒獎典禮前不幸地於做實驗時發生爆炸。他的雙眼從此失明。諾貝爾獎委員會於頒獎致詞時以達倫與諾貝爾做例子,感謝許多科學家犧牲自身性命安全,為人類文明作出貢獻。
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