独具慧眼的定量实验发明法

晓　舟

每当太阳从东方冉冉升起的时候，我们可能以为它一出来就会被看到，其实不然，它出现的时候要比我们看到时还早。这是因为阳光经过很长的路程后才到达地球，光速也是有限的。那么，光速究竟是多少呢?光一秒钟能够跑多远呢?要回答这一问题，就要用定量实验来测定。

世界上最早用实验方法测定光速的是伽利略。他在1607年做了一个实验。当时，他叫甲乙两个人在夜间各带一只灯，分立在两个山顶上，甲先迅速取下灯罩对乙发出信号，乙在看到信号后，立即取下灯罩，对甲发出信号。两山的距离和光往返的时间来计算光速。由于当时的技术条件限制，测得的光速很不精确。

后来，法国科学家斐索于1849年用一只旋转的齿轮测量光走过某一给定距离的时间，齿轮以一定的速度运动并让光通过齿间。斐索测得的光速为313000公里每秒。后来，法国科学家傅科用一只旋转的镜子测定光速。他让镜子以一定的速度转动，使它在光线发出并从一面静止的镜子反射回来这段时间内，恰好旋转一周。随着科技的发展，人们不断地改进实验装置和技术，到1932年用旋转棱镜测得光速为299774±2公里每秒。20世纪60年代，激光器的出现，使光速的测定越发精确，1972年测定的光速值为299792公里每秒。目前国际计量委员会承认的光速是299792458米±1.2米每秒。

从伽利略开始，中间经过斐索和傅科等人，一直到20世纪80年代，用来测定光速的实验都是一种定量实验。

所谓定量实验，是为了深入了解事物和现象的性质，揭露各因素之间的数量关系，确定某些因素的数值而进行的实验。

在发明创造中，许多问题需要发明创造者做到胸中有“数”，即对求解的问题或设计的方案一定要注意到它的数量方面，要有基本的数量分析。

例如，在有关化学领域的发明创造中，人们不仅需要确定农药或医药组合物的组分，而且需要确定各组分的含量，这时定量实验就必不可少了。可以说，离开了定量实验，有关新农药、新医药的发明创造只是一种空想。在一些有关方法的发明中，也常常依赖定量实验。比如，现有技术是在50～130度温度范围内，物质A与物质B生成物质c，物质c的产量与温度成正比。能否选择一个最佳的温度范围，使物质C的产量明显地超过预期量呢?于是，有人通过定量实验，发现在63～65度的温度范围内能达到这一要求。这种选择发明所具有的创造性是建立在定量实验的基础之上的。

即使是产品类发明创造，也常常离不开定量实验的参与。例如，人们发现臭氧虽然与氧气是同种元素组成的物质，但性质却大不相同。臭氧比氧气重，有特殊气味。在雷雨时，闪电使一些氧气转变为臭氧，大气中存在低浓度的臭氧，使雷雨后的空气格外清新。臭氧有极强的除臭、杀菌、防霉效能。生活中碰到的难闻的气味，如含硫化合物的臭蛋味，醛类化合物的刺激性气味，胺类化合物的血腥味等，与臭氧发生反应后的最终产物都没有异味，没有毒性，不存在二次污染的可能。基于这种发现，有人提出了开发电冰箱电子灭菌除臭器的创意。通过定性实验，我们可以解决利用臭氧能否杀菌除臭的问题。但在下列问题上，则必须依靠定量实验：弥设计的电子线路能产生多大臭氧浓度?针对不同的消毒物品，应提供多大臭氧浓度?平均杀灭菌率大概多大?能在多少时间内杀灭电冰箱中危害人类的细菌和病毒?如果不解决上述问题，开发设计的电冰箱灭菌除臭器是无法成为顾客乐意接受的商品的。

因此，定量实验法也是发明创造中独具慧眼的一种技法。运用定量实验法，首先要明确它与定性实验的联系。一般说来，定性实验是定量实验的基础，只有先确定了某些因素是否存在，不同因素之间是否有联系，才能进一步安排定量实验。同时，也只有通过定性实验了解和掌握了试样的定性组成及其大约含量，才能正确地选用定量分析的方法。其次，定量实验的一个突出特点是测试或测量，因此，掌握或了解有关量的测试或测量的方法，对发明创造者来说是一种不可缺少的能力。