前传：02.彩色的火焰
就在大家惊叹门捷列夫元素周期表的神奇的时候，出麻烦了。英国的瑞利勋爵在做实验的时候，发现空气里面居然有以前从没被发现的物质。这个瑞利勋爵是剑桥大学卡文迪许实验室的教授。这个位置本来是麦克斯韦担任的，但是1879年麦克斯韦去世了。1879年是个重要的年份，前一套书《宇宙大爆炸》开篇就讲到这个年份有多重要。这个职位就由瑞利担任。称为卡文迪许物理学教授。其实就相当于剑桥大学物理系的系主任。瑞利就注意到了卡文迪许老前辈的一项发现。这大约已经过去100年了。一个容器，倒扣在碱液里面。伸进两个电极，打出电火花。我们都见过电焊的时候发出的电弧，通常伴随着刺激的气味，那就是空气中的氧气和氮气生成了二氧化氮。二氧化氮是酸性的，会被碱性液体吸收。于是呢，空气里面的氮气和氧气就越来越少了。最后过量的氧气用硫化钾溶液吸掉。有反正折腾来折腾去，总有个小气泡消不掉。这个气泡到底是啥呢，人家卡文迪许老爷子没搞清楚。100年过去了，没人搭理这茬儿啊。瑞利发现了这件事儿，觉得好奇。他当时在测量各种气体的密度。别的密度都测的很准确。但是氮气的密度老是测不准。从含氮的化合物里面搞出来的氮气，和空气里面去掉氧气剩下的氮气。密度居然不一样。居然要差了1.2‰，这要是搁别人那儿，根本不当回事儿。可是瑞利是个特别仔细的人。他总觉得这事儿不对劲啊。魔鬼总在细节里，很多科学发现，都是在小数点后面好几位给挖出来的。他一次次的重复试验，就是对不上茬。
瑞利勋爵
瑞利广发英雄帖，看谁有兴趣来帮他。喊了半天，没人理他。后来是个叫拉姆塞的年轻后辈蹦出来了。他说我有兴趣。我跟您一起搞。这个拉姆塞用的是另外的办法。他把空气不断通过炽热的镁粉，镁粉很活泼，高温下会跟氧气和氮气发生作用。最后折腾来折腾去，总是留下个小气泡。小气泡测定成分显然还不够啊。大规模的烧镁粉。左后搞出好多升这种奇特的气体。瑞利自己也搞出了500毫升。这下好了。可以足够实验用了。他们想尽办法把这东西跟其他元素放在一起，加热也罢，放电也罢。人家就是刀枪不入，跟谁都不反应。整个一个滚刀肉。这到底是个啥玩意儿？
拉姆塞一看，折腾不动这东西，那么就不得不把我老师搞的法宝请出来了。他老师是谁啊？他老师叫基尔霍夫。大名鼎鼎的物理学家。更重要的基尔霍夫还有一位好基友啊。基尔霍夫的朋友，简称基友。那就是上文书提到过的本生。这个本生擅长自己鼓捣化学仪器。要是缺个瓶瓶罐罐的，人家自己能造。他发明了本生灯，这种灯其实就是一种煤气灯。温度很高，能达到2300度。而且煤气灯的火焰没有颜色。不会对实验产生干扰。基尔霍夫就跟本生两人在海德堡大学一起工作。那时候本生正对一个现象着迷，不同的金属盐，撒到本生灯上，会发出各种各样的颜色。这东西五颜六色的多好看啊。本生发现，这东西的颜色好像跟金属元素有关系。比如你方的是含钠的盐，发的就是黄色的光。含钙的就是砖红色。本生就兴奋啦，逮着什么烧什么。基尔霍夫在旁边看不下去了，别烧啦。你这儿烧起来没完啦。本生就跟他说，这颜色代表不同的元素。基尔霍夫毕竟是搞物理的。他立刻脑子一转念。人凭着主观印象描述颜色，那根本不靠谱儿啊。要想精确描述颜色。只能靠光谱分析。他跟本生一说，本生一拍大腿，说干就干。基尔霍夫立刻去找来三棱镜，两个人一顿敲打，造出了世界上第一台光谱仪。他俩又玩儿开了，又是一通烧。能烧的都找来烧一遍。不看不知道，一看吓一跳。比如说钠盐的光谱，是两条黄色的谱线。不是连续光谱，谱线很窄。各种元素的谱线都不太一样。要是连续的光谱还不好辨认呢，现在一根根细细的谱线，那就好比是每个元素独有的条形码。本生还考基尔霍夫，一大把金属盐撒上去。看基尔霍夫报出光谱线，然后对应着一查表。里面的元素报的一个不差。这两个人乐疯了。他俩发现了一种鉴别元素的新方法。而且灵敏度很高。这是1859年的事儿了。第二年，圆明园就被烧了。只是感慨一下，人家欧洲在干什么，这边儿大清朝在干什么……
基尔霍夫和光谱仪
就在1859年10月20日，他们俩就向柏林科学院做了个报告。报告的题目别提多吓人了。他们居然说搞清楚了太阳上的元素组成。一帮科学家在台底下听着啊，心里纳闷儿，你俩啥时候去太阳上溜达了一圈啊？
原来很久以前发现夫琅和费线就是跟元素的光谱线对应。他们推测，这些暗线应该是化学元素吸收光谱造成的。既然如此就可以根据太阳的夫琅和费线来判断太阳上的元素。看来太阳上的化学元素与地球相比大差不差。底下听众集体惊呼，天体物理由此进入了新阶段……
返回头来再说瑞利和拉姆塞。他们实在没辙了，想起老师基尔霍夫的光谱仪来了。但是他老师一直是烧金属盐来测定光谱啊。气体该怎么办呢？这东西没法拿到火焰上烧啊。难不倒科学家们。他们发明了一种办法，在气体瓶子里放电，用电场来激发气体辉光。这种办法到现在还在大规模使用着，我们每天都能见到的日光灯就是这个原理。水银蒸气在电场的激发下发光。这东西当然用不是瑞利和拉姆塞搞出来的，他们有个外援叫克鲁克斯。是人家搞出来的，就以人家名字命名叫做克鲁克斯管了。当然啦，他们也没想到这种放电的管子居然又导致了另一个重大发现诞生。一张嘴说不了两家事，但是这个重大的发现也就在这前后要一个雷天下响了。咱们暂且不表……