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70千米/时,自从此前一个世纪蒸汽机车发明以来,这个速度就在人们可以达到的范围之内。拜斯·巴洛特请求莱因铁路局经理出面帮忙,经理帮他从内政部要来一份“免费使用一节机车”的许可。
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最初拜斯·巴洛特想用机车的汽笛充当声源。因为汽笛声音响亮,相距很远也能听见。但通过预备实验他发现汽笛的声调很不纯正很不单一,乐师很难准确断定它的高低。于是拜斯巴洛特扩大了他的助手团队,增加了一批号手,他们都是在乌得勒支能够找到的最好的号手。其中一位号手与两名协助者共同随车厢前进,其余号手分成3组等在轨道旁,每组间隔400米。
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火车前行途中,车厢上的号手按实验要求吹奏“5”音,站在铁轨旁的乐手们各自记录音调的不同。火车回退时角色倒置:轨道边的号手吹奏小号,车厢上的乐师确定他所听到的音高。
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拜斯·巴洛特的实验设想非常筒单,执行起来却困难重重。为了所生成的音调区别尽可能明显。火车就应该尽可能快地行驶,但开得越快,噪声越大,听到的号声越不清楚。另外,要是火车迅速走远,声音很快就听不到了。但如果火车走得很慢,音调的差别就非常细微,难以辨别。拜斯·巴洛特用2只表来测算,最终将速度定在每小时l8—72公里之间。令他恼火的是机车司机无法保保证匀速行驶。巴洛特最大的难题似乎还不在技术方面,而在于人类的特有属性:尽管他对吹奏步骤制订了非常精准的计划,乐手们却做不到在完全相符的时间内吹响小号。这次有个人忘记吹了,下次突然又有2个人一同吹起来。在《渡根多夫物理化学编年史》(Poggendorff’s Annalen der Physik und Chemie)一书中,巴洛特建议效仿者再做这个实验时找些“更加严守纪律的人”。
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巴洛特在6月3日的实验中使用了阀门号,6月5日,他用声音更响的信号重新做了一遍实验,虽然还有一些“不规律性”,但已能够证明多普勒的理论。乐手们一致认为,号手靠近时的音调比号手远离时要高。实验以前曾有几位乐手对理论表示质疑,因为一辆疾驰而过的马车所发出的声响并没有这种音调高低变化的效果,巴洛特的解释十分简单:马车发出的声音并非只有单纯音调,而是不同音高的混合。即便乐感很好,想从这里听出变化也是不大可能的。
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基于同样理由,巴洛特认为多普勒犯了错误:毫无疑问他的理论是正确的,但这并不是对于星体颜色的解释。星体发出的光是混台光,由不同颜色组成。如果因为多普勒效应星体间相对速度变快,就会缺失频率最低的红色。
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多普勒认为通过双星可以观察颜色变化,但他忽略了星球在不可见的红外范围同样发光。红外光线比红光还要更慢一些,通过多普勒效应很容易移动进入可视领域。所以事实上对于人眼接受来说没有发生任何改变。多普勒选择了一个恰恰不是因为多普勒效应才产生的现象——双星的颜色,做他的论文题目。殊不知星球本来就发出彩色的光。
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如果是在今天,多普勒很可能就不用双星而用救护车作为他理论的证据了:每个孩子都知道,救护车靠近时,喇叭的声调变高。远离时就会变低。
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今天,在天文,化学、医药领域,无数技术应用都以多普勒效应为原理。飞机的导航系统靠它工作,没有它就不能提出宇宙大爆炸理论,雷达陷阱也用到了它。
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巴格特没有预见到如此遥远的未来,他觉得多普勒效应用于实践的唯一可能就是“没准儿以后会造出更好的乐器来”。
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◆访问www.walter-fendt.de/ph14d/doppler.htm观看多普勒效应的动画。
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疯狂实验史 1852 贪婪肌
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今天,这位老人的肖像挂进艺术展览馆,收进画册,纪尧姆·本杰明·阿尔茫·迪谢纳·德布洛涅(Guillaume Benjamin Armand Duchenne de Boulogne)医生却从未对人透露过他的姓名。通过医生所作《人类面部表情机制》(Mechanisme de la physionmie humaine)一书,我们只知道他是鞋匠,他的面部表情与他“驯良的性格”、“迟钝的头脑”很相称。
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迪谢纳研究的可不只是被试的命运,读者也许注意得到,医生并没有为了做这个实验挑选一张更好看点儿的脸:“这个老人是我绝大多数电子物理实验的拍照模特,他的脸粗俗而丑陋。在善于处世的人眼里,这样的选择可能显得非常奇怪。”
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不过迪谢纳偏爱牙齿尽脱的老头确有充分理由;一方面布满褶皱的皮肤使肌肉清晰显露出来,另一方面长期以来他都在忍受面部知觉完全丧失的痛苦。这是个非常宝贵的优势,迪谢纳可以“有效地研究肌肉的个别活动,就像在摆弄一具尸体”。这一点他也考虑到了。“我的确可以不用这个老人而使用一具尸体。”但是亲身经历告诉他,没有什么事情比用电流在死人脸上制造表情更加令人讨厌了。“因此我的这位老人适合做被试。”尽管这位老鞋匠的许多照片让人不时想起用刑的场面,但像医生所担保的那样,他感知不到任何刺激,实验过程中他的呼吸始终规律而平稳。
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1842年,36岁的迪谢纳从英吉利海峡边的滨海布洛涅迁至巴黎,当时他没有固定职务,曾在多个医院救治病人,其中包括位于塞纳河下游左岸的萨佩特里尔医院,这里许多病人的瘫痪症状没有完全确诊。迪谢纳用电击个别肌肉的方法研究癫痫患者、麻痹患者和裁瘫患者的表现,曾编订了一份神经病症目录册。
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迪谢纳推断,如果麻痹的肌肉可以通过电击得到刺激,肯定是控制机制受到了损害,也就是说大脑或通向大脑的传导系统出了问题;如果不能接受刺激,问题就在于肌肉本身了。为纪念其贡献,今天人们把这一有名的肌肉萎缩病例定名为“迪谢纳肌营养不良症”。面部肌肉也在迪谢纳研究范围之内。研究中,他不仅追寻科学目标,也希图实现美学目的。他相信自己能够通过使用电极和一些交流电破译“决定人类面部表情的规律”:这是上帝创造出的普适的“面部表情正字法”,因为有它,某一特定感受便可以促使所有的人活动相同的面部肌肉组合。
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迪谢纳尝试使用电流刺激脸部,从而引发看起来尽量真实的感触。他最多同时借助4个电极制造出发怒、喜悦或者吃惊的面部表情:有时还使用电流在左右脸部分别做出不同表情。肌肉在何种情绪时活动,他便用这种情绪给肌肉定名,像忧伤肌(医学术语:depressor anguli oris)、痛苦肌(医学术语:corrugator supercilii)和贪婪肌(部分医学术语:nasalis),他还发现,真心的笑和虚伪的笑区别在于orbicularis oculi,pars lateralis,这是环绕在眼部周围的一块肌肉,只有在自然发笑时才会活动。它“不服从意志指挥”,迪谢纳写道。“发现它没有活动,便可以识别出虚情假意的朋友。”
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电流刺激也有不足之处,就是电流对肌肉的作用只能停留很短时间。要不是当时刚好出现了照相术使转瞬即逝的现象长久固定,那么今天也只会有寥寥几个对历史感点兴趣的神经学家知道迪谢纳其人。他的实验拍照也为他在照相史上确立了一席之地。迪谢纳第一本书中“丑陋的鞋匠”部分的一张照片原件今天可以卖出惊人的高价。
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1872年查尔斯·达尔文在其作品《人与动物情绪变化之表达》(The Expression of Emotions in Man and Animals)中也使用了若干迪谢纳所拍的照片。
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这位老人虽然是迪谢纳最有名的被试,但并非是唯一的一个。比如他还曾对一位年轻女士做过实验,用电击治疗其眼疾。在她逐渐适应这套难受的程序之后,迪谢纳为她策划了一些富于戏剧感的场景:时而祈祷,时而露出淫邪的微笑,有时是站在摇篮边的母亲,有时成了麦克白夫人。照片带有一定的超现实色彩,因为图像中总能看到迪谢纳的手从一边伸来,把电极按在女士的脸上。
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迪谢纳并非只将其工作看成获取认识的手段。他也想利用对面部的研究总结出某些规则,指导艺术家“真实可信而又淋漓尽致地表现心灵的活动”,从而改变艺术的进程。
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迪谢纳给许多古典艺术大师开出的“医疗证明”并非“良好”。因为他们虽然正确把握了大致的面部特征,但此外许多东西却是“在实际操作中完全不可能的”。希腊祭司拉奥孔的塑像向来被艺术史家视为杰作,但迪谢纳认为它没有表现前额。罗得岛雕塑家渡利多罗斯、阿格桑德罗斯和阿塔诺德罗斯很显然对影响表情的皮肤之下的肌肉corrugator supercilii一无所知。
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