克鲁克斯的管

哲学家以赛亚·伯林(Isaiah Berlin)在一篇比较俄罗斯作家伊万·屠格涅夫(Ivan Turgenev)和列夫·托尔斯泰(Leo Tolstoy)的著名文章中引用了希腊诗人阿基洛科斯(Archilocus)的神秘短语:“狐狸知道很多事情;刺猬知道一件大事。”因此，伯林将作家分为两类，一类是固执地遵循单一思想，另一类是撒下更广泛的网，但可能不够深入。化学史上的狐狸之一是维多利亚时代伟大而有争议的博学家威廉·克鲁克斯(William Crookes)。

克鲁克斯是摄政街一位成功裁缝的儿子。他富有的父亲让他对摄影产生了兴趣，并在家里为他建了一个地下室实验室，这最终使克鲁克斯参加了新成立的皇家化学学院的课程8月霍夫曼吸引了一些最聪明的年轻学生。

他很快成为霍夫曼的助手，负责管理一些新招募的员工，包括年轻的威廉·珀金。他还交了很多朋友，包括查尔斯·惠特斯通乔治·斯托克斯和迈克尔·法拉第。他们的影响确保了，尽管他的导师对有机化学很感兴趣，但克鲁克斯自己的兴趣更偏向于“物理”。

克鲁克斯是科学摄影的先驱，他意识到科学摄影可以让科学家观察到肉眼看不见的现象。几年前，他甚至拍摄了火焰光谱的照片古斯塔夫·基尔霍夫而且罗伯特本生，尽管他没有意识到他的结果的重要性。但在参加了一场暗示本生用光谱发现铷的皇家学会演讲后，克鲁克斯把他的注意力放在了自己的元素上。

他曾在牛津和切斯特做过短暂的教学工作，并开始编辑伦敦摄影学会(LPS)的杂志，但随后有了一个改变人生的想法:他将开始创业化学新闻这是一份廉价的每周小册子，报道了最新的化学发展。他很快就被有限合伙人解雇了，但他的想法逐渐得到了成功。

与此同时，在他的家庭实验室里，他继续在每一个他能找到的矿物样品中寻找一种新元素，有条不紊地寻找无人认领的光谱线。最后，在他为霍夫曼分离出硒的样品中，在预期的硒、钠和锂线中，他看到了一种明亮的绿色发射物——一种他命名为铊的新元素。

在接下来的10年里，克鲁克斯在与法国化学家克劳德-奥古斯特·拉米(Claude-August Lamy)的激烈竞争中努力测量铊的原子量。为了尽量减少空气的浮力作用，他慢慢地用一个Sprengel泵，用放电测试真空。他最终获得了40年不变的体重。但令他惊讶的是，测量结果取决于温度——温度高的物体似乎比温度低的物体轻。

在他出色的助手查尔斯·吉明厄姆的帮助下，克鲁克斯发明了一种更加灵敏的方法来测量微小物体的重量，将云母片或髓球平衡在悬浮在真空灯泡中的玻璃纤维上。这些微妙的平衡在光照下会移动;是光在施加压力吗?英国皇家学会对他的提议褒贬不一，迫使他回到实验室。

他和金哈姆一起发明了一种“光磨”或辐射计——四个箔片，表面是黑色和白色的，悬挂在针尖上的细长玻璃十字架上。在灯光照射下，叶片会疯狂地旋转，“证明”了这个假设。这是一种非常灵敏的仪器，可以非常精确地测量光强。然而，这个解释是错误的。曼彻斯特的奥斯本·雷诺兹(Osborne Reynolds)用詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)的动力学理论解释了这种运动，证明了叶片的速度取决于灯泡内的气体压力。克鲁克斯默默地、不情愿地承认了。

但他现在专注于抽气灯泡中的放电。复制法拉第和朱利叶斯的实验Plücker，克鲁克斯使用了吉米汉姆的新泵——几个平行排列的斯宾格尔泵——来移动到更低的压力。管子里神秘的光指向粒子的运动，克鲁克斯观察到一个黑暗的区域，这个区域后来以他的名字命名。

从不退缩的克鲁克斯展示了“他的”管子的壮观演示。由于管内有一个金属十字架，在发光的壁上可以看到一个尖锐的阴影，证明“射线”从阴极沿直线传播。如今，在学校里仍然可以看到许多克鲁克斯的管子，我还记得我十几岁时在内罗毕一间昏暗的教室里看到它们时，它们令人瞠目结舌的惊叹。

尽管克鲁克斯声称发现了“物质的第四种状态”只对了一半，但他的实验把放电现象坚定地提上了物理学的议事日程。威廉·Röntgen将首先用克鲁克斯管观察x射线，约瑟夫·汤姆森将识别电子，开始亚原子研究，最终为我们提供了雷达和电视。

但克鲁克斯的兴趣把他带到了其他有趣的方向。他的双关语格言“Ubi Crookes, ibi lux”非常贴切。他用碳丝制造灯泡(具有讽刺意味的是，吉米汉姆去为斯旺和爱迪生工作了)。他对稀土的光谱学研究帮助平息了本世纪大部分时间里一直困扰着这一几乎不可分割的元素群的争议。在他的晚年，克鲁克斯开发了玻璃的配方，以保护工厂工人的眼睛免受铸造厂和玻璃厂的强光照射，这些发明在今天的玻璃吹制工使用的钕规格中得到了呼应。化学新闻一直是化学家的必读书目直到1919年他去世。

如果克鲁克斯是一个多重身份的人，你是刺猬还是狐狸?

安德烈·塞拉(@Sellathechemist)教授化学伦敦大学学院、英国