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物理与工程Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．１ ２００８ １９世纪伟大的德国数学物理学者 ——纪念德国物理学家Ｇ．Ｒ．基尔霍夫逝世１２０周年 曾 铁 （上海徐汇业余大学，上海２０００３２） （收稿日期：２００７—０４—２５） 摘 要 本文用编年史的方法介绍了１９世纪德国著名的物理学家基尔霍夫其人其事． 关键词 物理学家；基尔霍夫；简历；科研工作；简评 大学任理论物理学教授，并担任数学物理研究室主任，直 １简历与简评 至去世． 在基尔霍夫和德国著名的物理学家Ｈ．Ｖ．赫姆霍茨 １）德国物理学家、化学家、天文学家和教育家Ｇ．Ｒ． 基尔霍夫（又译：克希荷夫），１８２４年３月１２日出生在德国 的哥尼斯堡市（现属于俄罗斯）一个律师家庭，１８８７年１Ｏ 月１７日在柏林去世． Ｇ．Ｒ．基尔霍夫身材不高，喜欢朗诵和文艺，是一个戏 迷；他口才很好，长于表达．他一生的大部分时间都在大学 从事物理教学工作，讲课生动、有趣，深受学生欢迎．基尔 霍夫为人纯朴、乐观，对工作认真、负责，实事求是．他是一 位优秀的物理教师和大学教授． １８４７年，基尔霍夫毕业于哥尼斯堡大学物理专业，获 得博士学位．他的博士导师是德国著名的数学家Ｆ．Ｅ．诺 埃曼，博士论文是关于物理方面的；基尔霍夫的老师还有 １９世纪德国著名的数学家Ｍ．Ｈ．雅可比（基尔霍夫是诺 埃曼、雅可比创办的数理方法研究生班的学生）和Ｆ．Ｗ． 贝塞尔等． 大学毕业后，他受聘任母校的讲师，从事教学工作； １８４８年转到柏林大学担任讲师，主持讲座． １８５０年，他任布勒斯劳大学副教授．同年，基尔霍夫 认识了大学同事、德国著名的化学家Ｒ．ｗ．本生（１８１１— １８９９）． 等人的努力下，德国的最高学府柏林大学成为了当时世界 的物理研究中心之一．这里，不仅做出了许多重大的科研 成果，还培养了一大批顶级的科学家． Ｇ．Ｒ．基尔霍夫对物理学的贡献颇多，尤其是实验物 理学和理论物理学．他奠定了光谱学的基础，并用光谱分 析研究恒星的化学组成等．他研究过理论力学、光学、电磁 学和热力学问题以及辐射理论、光谱学、天体物理学的基 本问题等．基尔霍夫既重视理论研究，实验研究也取得过 一些成就，他很注重理论与实践相结合． 物理学中有一些用其姓氏命名的公式与定律、定理 等，如：基尔霍夫公式（蒸汽压和绝对温度的关系）、基尔霍 夫热化学定律（定压或定容化学变化中吸收的热量公式）、 基尔霍夫黑体辐射定律、基尔霍夫辐射定律、基尔霍夫电 路定律（第一、第二定律）、基尔霍夫电报方程和力学中的 基尔霍夫假设、非线性弹性力学里的基尔霍夫应力、基尔 霍夫边界条件以及基尔霍夫积分定理、基尔霍夫衍射公 式等． 基尔霍夫是１９世纪中叶以后德国研究理论物理学的 主要人物，又是１９世纪德国物理学派和德国科学全盛时 期的代表之一．这一时期基尔霍夫和赫姆霍茨等人努力地 建立、完善将实验与数学更加紧密结合的理论物理学，并 取得了成效．基尔霍夫的４卷《数学物理学讲义》（１８７６— １８８４）是德国大学理论物理学的经典教科书，对德国物理 在本生的帮助下，１８５４年，基尔霍夫任海德堡大学物 理学教授，并再次与本生共事．在此，他工作了２１年．除教 学外，这一期间基尔霍夫在科学研究中做出了许多成就． １８６１年，Ｇ．Ｒ．基尔霍夫当选为柏林科学院通讯院士； 次年，又被选为俄国彼得堡科学院通讯院士；１８７０年，基 学的发展有着重大的影响．他还与本生合著《光谱化学分 析》一书． 尔霍夫又被选为巴黎科学院通讯院士． １８７４年，基尔霍夫当选为柏林科学院院士．１８７５年， 又被选为英国皇家学会会员．１８７７年，基尔霍夫与本生获 英国皇家学会首届“戴维奖”． １８８３年，经基尔霍夫的推荐德国物理学家Ｈ．Ｒ．赫兹 任德国基尔大学物理学无薪讲师． １８７５年，因事故致残不能做实验，基尔霍夫转到柏林 Ｇ．Ｒ．基尔霍夫提出的热辐射定律、辐射平衡和绝对 黑体概念等，是开辟２Ｏ世纪物理学新纪元的关键之一； １９００年，普朗克的量子论就发轫于此．基尔霍夫最先注意 到研究黑体辐射能量分布的重要性，他的黑体辐射研究和 光谱分析法，对近代物理学发展起了很大的促进作用，后 者对氢光谱规律的发现具有启发作用． 俄国著名的光学家Ａ．斯托列托夫，德国物理学家Ｈ．
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物理与工程Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．１ ２００８ Ｒ．赫兹（选修过基尔霍夫的理论物理课程）以及１９１８年诺 贝尔物理学奖得主、量子论的创始人、德国物理学家Ｍ． Ｋ．Ｅ．Ｉ ．普朗克（１８５８—１９４７）和１９１３年诺贝尔物理学奖 得主、荷兰物理学家Ｈ．Ｋ．昂尼斯（１８５３—１９２６）都是基尔 霍夫的学生．１８７１年１Ｏ月一１８７３年昂尼斯在海德堡大学 基尔霍夫私人实验室学习、工作；１８７７—１８７８年普朗克在 柏林大学听过基尔霍夫的课．基尔霍夫去世后，１８８９年普 朗克到柏林大学继任基尔霍夫的教职，并任数学物理研究 室主任；普朗克还负责编辑基尔霍夫文集．普朗克晚年回 忆他和赫姆霍茨、基尔霍夫的这段师生关系时说，这两位 物理学家的人品与治学态度对他有深刻的影响． ２）鉴于基尔霍夫的研究及其重要的影响，美国数学 家、数学史名著《古今数学思想》的作者Ｍ．克莱因称基尔 霍夫是“１９世纪伟大的德国数学物理学者之一”． １８７３年，Ａ．斯托列托夫撰文道：“这个定律（即基尔霍 夫光谱定律）给物理学和天体学开辟了各种现象的新世 界，它像其他伟大的学说一样，有它自己悠久的历史—— 基尔霍夫详细地列举了他的前辈的许多研究成果，但是所 引用的这些成果本身清楚地说明了，在偶然的观察或偶然 的猜测与全面地研究客观物体和完整地认识它的重要性 之间，有多大的区别．” 赫姆霍茨称赞基尔霍夫“是把理论和实验结合在一起 的最光辉的典范之一”．Ａ．斯托列托夫认为，这样的结合 是现代物理学的发展方向． １８８７年，德国著名的物理学家Ｉ ．玻尔兹曼（１８４４— １９０６）在关于基尔霍夫其人其事的一篇讲话里说：“我们不 否定所有那些基尔霍夫的前辈们的功绩，但一点也不因此 而降低我们对基尔霍夫的惊奇，如果我们考虑到本世纪有 多少重要的思想家成年累月地都在研究光谱，而其研究成 果又是这样接近于基尔霍夫的发明，但是并没有完成它． 那么，我们的惊奇甚至会更加增长——为什么基尔霍夫发 明了光谱分析．这就是基尔霍夫的独特的才能．假如说有 一种幸运的机会帮助了基尔霍夫，那么这种机会就是来自 本生的奖励和长期的支持．”玻尔兹曼还说，伟大的事件 都是在他的头脑中完成的．“假说的高度准确性、实验的精 确性、庄重而沉着的发展、铁一般的连续性、没有因困难而 沉默，并使各个角落生辉，这就是对他的特点的写照．他的 风度很像思想家贝多芬，谁若是怀疑数学作品不可能像艺 术作品那样优美，那就请他去阅读基尔霍夫的关于吸收和 发射的文章，或者去阅读他的力学中介绍流体动力学的那 部分，我们有权把他描述的公式与欧拉、高斯的公式相提 并论．” １９０１年，俄国物理学家米海尔松在总结光谱学的发 展情况时指出：“最近的整整４Ｏ年中，光谱分析领域中没 有作出任何一项发现，哪怕是在某一方面可以和基尔霍夫 及本生的发现相提并论的也没有．这些天才的研究者们开 辟了一个崭新世界，并确定了它的范畴和驾驭它的最主要 的规律．这些规律最重要的特点是它们的不可动摇性，直 到现在还是如此．”米海尔松还强调：“在这些研究中，基 尔霍夫定律暂时仍然是惟一的、基础巩固的和或多或少是 带有普遍意义的规律，也几乎是惟一的指导路线．” 诺贝尔物理学奖得主、德国物理学家Ｍ．Ｖ．劳厄曾 说：“基尔霍夫获得的知识（１８５９）是划时代的．” ２主要研究成果 １）１８４５—１８４６年，基尔霍夫在大学学习期间基于欧 姆定律，提出了网络电路的基尔霍夫定律，即节点电流定 律和回路电压定律，扩大、充实了欧姆定律．１８４７年，他在 其第一篇论文“电流流经平面——例如网络平面的情形” 里明确给出了这两个定律．基尔霍夫电路定律发展了欧姆 定律，它能正确、迅速地求解任何多回路电路问题，是解决 复杂电路问题的重要工具．基尔霍夫电路定律是网络分析 的重要定律之一，它适用于交流、直流电路（处理交流电路 问题，该定律用复数形式表达）．在这篇论文里他给欧姆定 律下了严格的定义，并由此导出了基尔霍夫电路定律；他 还首创了一个实验，即模拟导电媒质中的平面电势场（该 实验基础物理学及实验室仍在使用）．鉴于这个定律的重 要性和实用性，它一面世，立即推展并被各国采用． 基尔霍夫建立电网络理论时，提出了“连通图”、“树” 和“支撑树”等图论的基本概念，并用几何图（两个直角三 角形与两个矩形的组合）代替电网络（电路图）．他研究了 电路中电的流动与分布问题，并阐明了电路里两点间的电 势差和静电学中的电势这两个物理量在量纲和单位上是 相同的． 基尔霍夫从理论上求出了当电流流向圆盘导体边缘 的两点时，圆盘外的等势线是一些圆，接着，又用验电器做 实验证实了这个结论．他还研究了导电媒质和电路系统的 电流问题，并根据静电学原理最先证明导体与电介质中的 电场是完全相似的． １８４７年，基尔霍夫引入“电势”概念，并研究如何把电 势这一概念从静电学推广到稳恒电路．他将欧姆定律中的 一维电流扩展为固体里的三维电流，并定义了一种张力， 以便对这种三维电流作出新的度量．长期以来，电势和电 压的概念常被混为一谈，将这两个概念区分开来，又在能 量关系上把二者统一起来的功劳应属于基尔霍夫． １８４８年，基尔霍夫又从能量的角度考察，澄清了电势 差、电动势和电场强度等概念，使得欧姆电学理论与静电 学概念协调起来． 在弹性理论里，基尔霍夫解决了弹性薄杯的振动与平 衡这一课题，得到了弹性薄杯的振动方程．他还解决了三 棱形棒条和金属丝的振动与平衡问题等．１８５０年，基尔霍 夫给出了板振动的正确理论． １８５７年，基尔霍夫证明沿导线传播的电信号传播速
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率等于电流的静电单位和电磁单位之比值，且等于光速ｃ； 他认为这个相同并非偶然，此乃光理论与电磁理论统一的 先兆．他讨论了电信号沿圆形截面导线的传播问题，基尔 霍夫从势函数和欧姆定律着手建立了基尔霍夫电报方程． 他假设，在迅变条件下电荷分布在导线的表面，并导出了 这种电荷产生的电势公式．他还根据诺埃曼的矢量势与电 动势的关系，得出了迅变条件下的欧姆定律．由基尔霍夫 电报方程可知，电势在电缆中传递的速率等于光速ｃ．１８６７ 年，丹麦物理学家Ｌ．洛仑兹基于基尔霍夫电报方程，分析 后预言透明介质中可以存在一种横向电流波，它以光的速 度传播．如是，洛仑兹提出了电动力学中的一个重要概念， 即推迟势．基尔霍夫还研究了几种不同形状导线中电流及 其分布的问题． １８５８年，基尔霍夫在热化学里提出了一个重要定律， 这就是反应热与温度的关系，即定压下在两个不同温度下 进行的同一种化学反应，其反应热不同． 基尔霍夫首先论证了溶液的热力学，计算出水在各种 聚集态（冰、水、饱和与非饱和蒸汽）时的能量，还计算了蒸 汽的压力和在平行六面体中热的分布等． １９世纪５ｏ年代，基尔霍夫等人曾对许多电磁现象的 实验资料进行过数学分析和概括工作，但都没有什么结 果．经典电磁理论的奠基人、英国著名的物理学家Ｊ．Ｃ．麦 克斯韦（１８３１－－１８７９）受他们的影响，着手对电磁现象和电 磁感应现象进行数学分析与理论概括，最终获得了重要成 果．基尔霍夫得出的电磁波入射波和反射波的速度都非常 接近光速Ｃ的结论，以及发现了电磁波和光波在传播上的 同一性等，为麦克斯韦创立统一的电磁场理论打下了基 础．基尔霍夫是当时麦克斯韦电磁理论为数不多的拥护者 之一． １８５９年，基尔霍夫提出光谱定律：（１）炽热物体发出 连续光谱；（２）受激物体发出明线光谱；（３）通过某种蒸气 的日光，在蒸气原发射光谱的位置处产生黑线（吸收光 谱）．同时，他找到了明线光谱和吸收光谱之间的关系． １８５９年，基尔霍夫在研究夫琅禾费线来源问题的过 程中，得到了热辐射定律，并确认夫琅禾费线是太阳大气 里某些元素吸收的结果．根据热平衡原理，他推出物体的 发射本领和吸收本领的比值与物体的特性无关，该比值是 温度和电磁波波长的普适函数．基尔霍夫指出，在热平衡 条件下，理想辐射体即“完全黑体”发出的辐射能量对频率 的分布，仅决定其温度（热辐射的频谱分布）；黑体辐射的 性质只由温度决定，与物体的质料无关等．他说物体的吸 收本领大，其发射本领也大，反之亦然，并找到了物体的吸 收与发射本领的内在联系． 基尔霍夫把热力学规律应用于光学上，促进了光学和 热力学的互动与发展，有利于能量转化规律以及光变成热 和热变成辐射的研究．他发现了光和物质相互作用的规 律，并建立了辐射热力学．在他的工作之后，光谱学与辐射 物理与工程Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．１ ２００８ 热力学研究很多年还处于基尔霍夫理论的直接影响之下． １８６０年，基尔霍夫研究空腔辐射（黑体辐射）问题时， 最先引入、定义了绝对黑体这一概念，并用黑体作为理想 模型来研究热辐射．他指出：当物体和辐射场交换能量而 处于局部热动平衡时，在单位时间和频率区间内，该物体 单位表面积发射的能量Ｅ与它对同一频率区间的辐射的 吸收系数Ａ ，只是温度Ｔ和频率ＩＪ的函数，与物体的其他 特性无关，即Ｅ／Ａ 一Ｋ（Ｔ、ｖ）；Ｋ（Ｔ、ｖ）就是绝对黑体的发 射本领．基尔霍夫说，对于实验物理学家和理论物理学家 来讲，找到函数Ｋ（Ｔ、ｖ）是一个重要任务．为此，许多物理 学家先后开展了这方面的研究，并取得了一些重要成果． 如：Ｊ，斯特藩与玻尔兹曼的热辐射四次方规律，ｗ．维恩的 位移定律，瑞利一金斯公式等，最后，普朗克得到了函数 Ｋ（Ｔ、ｖ）正确的表达式． 基尔霍夫指出，在相同温度下实际物体的热辐射（温 度辐射）总小于黑体辐射；黑体能吸收落在其上的一切波 长的能量，它的发射与吸收本领在所有物体中均最大．他 还推出了非黑体和黑体的光谱辐射度之比等于非黑体的 黑度系数（光谱发射率）这一关系式．他还说，由等温物体 包围的任一空腔里有一种普遍的空腔辐射形成，此辐射仅 取决于温度，和空腔壁的性质无关；只要知道了物体的吸 收与发射系数，就可把该物体的辐射强度的问题归结为这 种空腔辐射． １８６１年，基尔霍夫发表论文，研究两个直径不同的带 电球上的电荷分布问题，他得出的解是一个很容易计算、 分析的级数． 基尔霍夫用数学方法研究细管中声音的传播问题时， 得到了一系列规律． 基尔霍夫研究过电场与磁场的相互作用，并探讨、概 括静电学和静磁学各种现象的规律．他在连续介质力学方 面也进行过研究，解决了一些问题，且结果一般比较简单． 比如：弹性体的振动、物体在流体里的运动、流体的流动与 波动等．基尔霍夫还用速度图法研究过以直线壁和自由面 为边界的理想流体二维定常流场问题等． 基尔霍夫也研究过气体通过多孔壁的扩散和物体的 导热性能等问题． １８６８年，基尔霍夫在由黏性引起的流体中声吸收公 式的基础上，提出了由热传导引起的声吸收问题，他指出 这部分的吸收系数除与媒质的热导率成正比外，还与声波 频率成二次方关系． 基尔霍夫研究薄板理论时，曾就薄板小挠度微分方程 提出过两个假设： （１）原垂直于板中面的线段仍垂直于变形后的中面； （２）在垂直于板中面的载荷作用下发生弯曲时，板中 面不受拉伸． １８７４年，德国人Ｈ．阿龙将这两个假设推广至薄壳 体；１８８８年，经英国学者Ａ．Ｅ．Ｈ．乐甫修正，便形成了至今
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物理与工程Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．１ ２００８ 还在使用的薄壳理论之一，这就是基尔霍夫一乐甫假设： ①壳体厚度远小于中面最小曲率半径； ②壳体的变形和位移量都很小，而且转角与应变是 同级小量，在变形几何关系里可不计二次以上的高阶项； ③中面法线方向的正应力分量远小于与法线垂直方 向上的正应力分量，前者在应力一应变关系中可不计； ④变形前中面的法线在变形后仍为法线，且在变形 过程中壳体厚度不变． １８７６年，基尔霍夫出版《力学讲义》．他就力的概念和 力学写道：“力学是关于运动的科学；我们说它的任务是： 以完备而又简单的方式描述自然界中发生的运动．”该书 肯定力是一种计算用的量，代表质量和加速度的乘积，但 他反对德国物理学家Ｍ．马赫的关于质量的定义等一些力 学观点． １８７７年，基尔霍夫完成了圆板电容器电容的计算．他 在发表的相关论文里发展了赫姆霍茨的工作，并应用施瓦 茨定律计算了边缘效应；经过一系列巧妙的数学运算，他 导出了考虑边缘效应近似计算电容器电容的简单公式（这 些公式仍在使用）． １８８２年，基尔霍夫发表论文“论光线”．利用１９世纪初 的格林公式（定理）和惠更斯一菲涅尔原理，他将电磁场的 波动方程转化为积分形式，导出了惠更斯一菲涅尔原理的 数学表达式，即基尔霍夫衍射积分公式，并给出了公式的 适用条件，即关于 屏面上和孔面上的两个近似．他指出：满 足波动方程的函数值，如给出此函数和它在某封闭平面上 沿法线的导数值，则在空间某一点可找到这个函数值．基 尔霍夫这项重要的研究是１９世纪初法国物理学家菲涅尔 创立的衍射问题作图法的物理基础，它属于电磁波衍射的 标量衍射理论，也是现代光学和无线电技术处理衍射问题 的有力工具． ２）１８５９年初秋，本生因焰色反应出现了困难，咨询基 尔霍夫，即用蓝色玻璃观看本生灯着色灯焰以检查物质的 组成时，有时物质发出的颜色人眼很难分清、辨别（如锶 盐、锂盐和钙盐均会发出红色的火焰），定性鉴别甚至不可 能了，这如何处理？基尔霍夫说：“不要直接观察火焰，应 当观察火焰的光谱．那样，所有的颜色都会清楚得多了．” １８５９年秋，基尔霍夫借鉴牛顿的分解太阳光实验和 德国光学家Ｊ．Ｖ．夫琅禾费（１７８９ １８２６）的火焰光谱实 验，他和本生用两根望远镜镜筒（一支做平行光管、一支做 窥管）及放大镜和一块三棱镜等组成了一个摄谱仪．摄谱 仪的色散能力和分辨力大大提高了分辨不同颜色火焰和 不同物质的本领，而且方便、易行、准确． 他们利用煤气焰、煤炭焰、氢焰和氢氧焰，首先研究了 碱金属和碱土金属的火焰光谱．他俩在“由光谱观测进行 化学分析”的论文中说：“一种元素即使处于不同化合物 中，即使在火焰中发生了化学变化，即使火焰的温度不同， 即使所用的火焰类型不同，但这些因素对某一元素的特征 光谱线的位置都没有影响．”他们强调：“但这并不是说化 合物总是与组成它的元素具有同样的光谱线．”他们还提 出了通过光谱分析发现新元素的可能性；任何存在于自然 界的元素，如其量太少，以至不能用通常的分析化学技术 加以分析和鉴定，那么可通过其火焰光谱加以鉴定． 本生和基尔霍夫证实元素（原子）加热至白炽状态时， 会发出特有的色光，这种色光经过三棱镜后就能得到明线 光谱．他们还通过本生灯着色火焰实验，为已知的元素“画 了像”，即元素的特征光谱（每种元素均有几条特有的、颜 色不同的明线谱线，它们均有固定的位置）；他们编绘了彩 色的元素光谱图． 基尔霍夫以他的经典实验，使当时许多困惑的光谱学 问题完全弄清楚了．他从纯经验的摸索和光谱记录（图画） 的积累，过渡到严格的理论描述与对被观察的事实之分 析，再过渡到事先就能预见结果的实验．如此，灵敏（依据 火焰光谱可发现少于３×１０ ｍｇ的食盐）地对物质进行 定性化学研究的新方法——光谱分析法正式诞生． 基尔霍夫与本生运用光谱分析法，判定夫琅禾费线属 太阳中心辐射的吸收光谱，并认为太阳大气中有钠但没有 锂，或者含量很少．基尔霍夫对太阳光谱进行了多次测定， 证明地球上存在的３Ｏ多种元素，在太阳大气里都存在．如 是，他首次认证太阳大气温度很高，太阳光球的温度则更 高，并确认了太阳（恒星）的化学组成．他俩通过实验还证 实许多暗线与多种元素的发射光谱线是相对应的，并测量 了其波长．不过，基尔霍夫错误地假定光谱的发射是在消 耗热能的情况下进行的． 基尔霍夫先用灯焰烧灼食盐，得到了钠明线（Ｄ线）； 再使太阳光通过灯焰和分光镜，阳光较弱时，钠明线依然 存在；逐渐增强阳光，当达到某一强度时钠明线消失，并在 同一位置上出现了钠暗线．进而，他弄清了‘暗线Ｄ产生的 原因． 他们将掺入金属盐的火焰，用具有连续光谱的炽热的 固体来照射，为此制造出了夫琅禾费线（几百条暗谱线中 的一小部分）．他们将摄谱仪窄缝的一半投射太阳光线，窄 缝的另一半投射被研究的火焰光线．结果，像所预料的一 样，夫琅禾费线与火焰的发射光谱线完全重合． １８５９年１Ｏ月，基尔霍夫基于光谱分析的证据，向柏林 科学院先后呈送了两份报告，确认太阳中有氢、钠、铁、钙、 镍、铅、铜、锡等元素，并详细报告了他的光谱学研究新成 果．他还在一次科普讲座中说，根据太阳光谱的黑线可以 知道太阳上有黄金． １８５９年，基尔霍夫在其第一篇光学论文“论夫琅禾费 线”里说：“在同本生一道进行的、使我们有可能按照复杂 的混合物在焊接吹管中的火焰光谱的外形，来认识其定性 组成的研究的这段时间中，我作了一些观察，这些观察使 我得出了关于夫琅禾费线的起源的出乎意料的结论，它又 提供了让我们判断太阳大气的物质组成的可能性，可能还
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将使我们能判断最亮的静止天体上的物质组成．” “在火焰后面放上足够强的光源时，而这个原有光谱 中有已知颜色的明亮锐线的有色火焰，将使通过它的那些 光线减弱，强光源的光谱中将出现相应的暗线．由此可作 出结论，太阳光谱中的暗线并不是由地球的大气所引起， 而是由于这些物质存在于赤热的太阳大气中，上述暗线在 这些物质的火焰光谱上是明线．” “夫琅禾费曾注意到，在烛光的火焰光谱中能看到两 条亮线，它们与太阳光谱中的两条暗线Ｄ相重合，若在火 焰中引入被煮过的食盐，则得到的两条亮线更亮，让太阳 光在到达窄缝之前通过一个用煮过的盐着色的大的火焰 之后，我画出了太阳光谱．在适当减弱太阳光的情况下，在 两条暗线Ｄ的原来位置上出现了亮线，但是，如阳光的强 度增加了，并且越过某种极限值，则形成的暗线Ｄ比没有 经过被煮过的盐着色的火焰时清晰得多．” “从这些观察里我得出结论：着色火焰的光谱具有非 常亮的谱线，而某种颜色的光通过着色火焰时就被减弱， 这时，在亮线的原来位置上就出现了暗线．如在火焰之后 放一很亮的光源，在火焰的光谱上这些线一般来说会消 失．我进一步断定，太阳光谱的暗线与地球周围的大气无 关，它们的产生是由于在太阳周围赤热的大气中存在一种 能在火焰光谱里的同一位置上给出亮线的物质．可以认 为，在火焰光谱中与Ｄ线重合的那些亮线的出现是由于存 在着钠的缘故．因此，太阳光谱里的暗线Ｄ可以使我们作 出结论：在太阳周围的大气中存在钠元素．” “尽管含有金属的化合物的外形各异，尽管在各种火 焰中化学过程如此多种多样，或者火焰温度有很大的差 别，都一点也不影响这些金属所对应的那些谱线的位置．” 论文中他叙述了一个实验结果：太阳光谱的夫琅禾费 线与涂有碱金属盐类物质的本生灯火焰的吸收光谱线是 完全相同的；任何物体只能吸收它所发射的那些光线，还 提出了光谱转换定则． 上述引文表明，不仅对地面上的物体，而且对太阳等 遥远的星球的物质组成都可以进行光谱分析．从此，物理 学出现了一个新的分支——天体物理学．将光谱分析法用 于研究天体的性质，促进了天体物理学的产生与发展，这 也为天文学家提供了了解恒星化学构成的工具． 物理与工程Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．１ ２００８ 这篇重要论文的最后，基尔霍夫说：“研究光谱可获得 一种崭新的、有意义的兴趣．” １８６０年，利用摄谱仪他和本生根据经化学处理过的 某种矿泉水产生的两条未知的天蓝色光谱线，分析发现了 新元素——铯（天蓝色之意）；１８６１年，他们依据化学处理 后的某种云母溶液的沉积物产生的未知的暗红色光谱线， 又发现了一种新元素——铷（暗红色之意）．这两种碱金属 对可见光特别敏感，光电效应很强烈，光电管里常使用 它们． 他们的研究和发现公布后，立即引起了强烈的反响， 光谱分析法被称为“化学家的神奇眼睛”．随后，光谱分析 在发现稀土元素、稀有气体等方面起了重要作用．一些科 学家借助此法又陆续发现了一些新元素，如：１８６０年英国 物理学家ｗ．克鲁克斯发现了铊，１８６３年德国科学家Ｆ．赖 希发现了铟，１８７５年法国科学家布瓦博德朗发现了镓． １８７８年，英国天文学家Ｊ．Ｎ．Ｌ．洛克在太阳色球层光谱中 发现了一条未知物质的暗线，深入研究后，他指出这表明 太阳里有一种特有的元素，并命名为“氦”（太阳之意）． １８９４年，英国化学家ｗ．拉姆塞在一种铀矿里发现了这种 先在太阳上发现的元素．光谱学和天体物理学的发展证明 了太阳、恒星的元素和地球上的元素具有一致性，也证明 了天与地物质的统一性． １８６２年，基尔霍夫发表关于光谱分析发展史的论文， 该文表明光谱分析法的发明权属于他． 基尔霍夫还发现太阳的某些元素的谱线具有一定的 规律，尤其是氢元素的谱线，随着波长的减少，它们靠得越 近．他的这些研究及结论，引起了瑞士物理学家Ｊ．Ｊ．巴尔 末的注意．１８８５年，巴尔末首先找到了规律，推出了一个 描述氢元素（原子）谱线系波长的通用公式． 参考文献 ［１］ Ｍ．ｖ．劳厄．物理学史．北京：商务印书馆，１９７８ ［２］申先甲等．物理学史简编．济南：山东教育出版社，ｌ ９８５ Ｅ３Ｊ《化学发展简史》编写组．化学发展简史．北京：科学出版社，１９８０ ［４］ 中国大百科全书（力学）．北京：中国大百科全书出版社，１ ９８５ ［５］宋德生等．电磁学发展史．南宁：广西人民出版杜，ｌ ９８７ ［６］ 马文蔚．物理学（中册）．北京：高等教育出版社，ｌ ９９９
