莱斯利的罐

BBC广播4频道最近的一个系列节目讲述了“不是法律的法则”，这是一些有趣的经验法则，就像搞笑诺贝尔奖一样，让你发笑，然后思考。例如，斯蒂格勒定律(Stigler’s Law)指出，每一条被命名的定律实际上都是由别人构想出来的。本专栏的资深读者可能在器械方面也发现了类似的模式。阿布德哈尔登的烘干手枪是路德维希·斯托奇发明的，李比希的电容器可以追溯到克里斯蒂安·冯·魏格尔和约翰Gadolin，而帕金三角形是由被遗忘的莱纳德·索恩最先制作的但就像所有的“定律”一样，例外总是有趣的，约翰·莱斯利确实发明了莱斯利罐或立方体。他还建立了另一个规则:欧姆定律。

莱斯利是一个橱柜制造商的儿子，他的父亲教他足够的数学，使他能够在财政大臣金诺尔勋爵的资助下，在13岁时进入圣安德鲁斯大学。虽然他正式学习的是神学，但他主要学习的是科学和数学。毕业后的几年，他过得很艰难，靠做家教勉强维持生计，还试图找到一份学术工作——这对苏格兰的无神论者来说是一个严峻的挑战。最终，他成为了乔赛亚·韦奇伍德儿子托马斯的家庭教师，在那里他可以使用一个很好的图书馆，可以自己做实验。正是在这里，他展示了电压和电流之间的关系，后来被称为欧姆定律(尽管他直到1824年才发表了他的发现);他还表明，电阻取决于导体的性质、面积和长度。韦奇伍德夫妇给了莱斯利150英镑的年金，让他在一段时间内保持经济独立。

1801年，莱斯利被赫歇尔对可见光谱红端之外的不可见辐射的观察所激发。这种辐射热是完全神秘的，莱斯利花了几个月的时间做实验。研究结果将于1804年出版书有时被称为莱斯利《盗火线》．它为20世纪后半段对红外辐射的理解奠定了基础。莱斯利把这本书献给了托马斯·韦奇伍德，他说他是“我最好的朋友”。这本书的前半部分可读性很好，开篇描述了他在实验中使用的三个关键设备。值得一步一步地遵循第一章。

“我不得不反复试验，才能找到一个足够熟练的艺术家，以相当精确的精度制作反射器。”

莱斯利首先委托了一套抛物线和椭圆反射镜他说，“为了得到我想要的东西，我花了不少麻烦。”我不得不反复试验，才能找到一个足够熟练的艺术家，以相当的精度执行反射器。为了指导制作者，莱斯利制作了一些形状的红木条作为量规。这种高度抛光的金属外壳直径约1英尺，可以通过聚焦太阳光在几秒钟内点燃木头。

作为热源，莱斯利委托制作了空心立方体罐(“罐子”)，由多种尺寸的抛光锡制成，并安装了温度计。立方体被放在与中心高度相同的木架上反射镜．每个立方体的一面被打磨得闪闪发光，另一面涂上油烟/烟灰，第三面粘上一张纸，而第四面可以涂上颜料或其他材料。通过旋转支架，任何面都可以以特定的角度定向，或者向反射器呈现不同的面。

最后一个部件是差动式温度计。莱斯利将两个玻璃球与一个u型宽口径毛细管连接在一起，毛细管中充满了胭脂虫(一种昆虫衍生的红色染料)染色的硫酸。一个涂有油烟的灯泡(“焦点球”)被放置在反射器的焦点上。热水注入罐子的热量导致毛细管中的酸柱随着黑色球泡中温暖的空气膨胀而移动。

通过在不同温度下加水并观察毛细管的运动来校准仪器。莱斯利证明了筒的不同面辐射非常不同(发射率这个词是几十年后的)，并且具有相同的吸收能力。他发现纸屏、锡纸屏和玻璃屏的不透明度不同;他把整个仪器浸在一盆水中，证明水也是不透明的。他还表明，辐射强度取决于源到反射器的距离，以及立方体表面与反射器夹角的正弦值——这些观测结果是我们理解太阳辐射平衡的基础。他补充说，“传输的速度也一定非常大，因为尽管我用一对风箱沿着罐的表面用力吹气，但我没有在反射器的焦点上产生任何明显的变化。”如果你现在笑了，多亏了莱斯利不遗余力的照顾。

1805年，莱斯利被选为爱丁堡大学的数学教授，当时他接受了哲学家大卫·休谟对相关性和因果关系的怀疑，以及他的无神论，这引发了一场风暴。莱斯利后来成为自然哲学教授，授课中穿插着演示。随着年龄的增长，他越来越胖，越来越自负和虚荣，他把头发染成了紫色，成了一个有趣的人物。然而，他的立方体仍然是学校科学实践课程的核心部分。

思考莱斯利的一生，我想知道今天的老师是否有时间问他们的学生法律是什么，以及什么时候法律根本就不是法律。