现在,我们来观察这只玻璃罩下面的火焰形状。瞧,它的火苗儿很稳定,很匀称。不成问题,随着大气的干扰,按照蜡烛的大小,火焰的形状也会有所不同,但大体说来,就像图9那样,是一种明亮的长椭圆形。大家看,长椭圆形的上端比下边亮,烛芯在当中,烛芯周围和接近底部的一块地方比较暗,因为那儿的燃烧不如上面来得完全。
图9
这儿有幅火焰燃烧图(图10),还是好多年前一位名叫胡克尔的科学家做实验的时候画的。他画的虽然是一盏油灯的灯火,但借来说明蜡烛的火焰仍然是适合的。油灯的油碟或油壶,相当于蜡烛顶部的杯子,熔化的鲸脑油等于灯油,灯芯和烛芯原本是一样的东西。胡克尔在灯芯上画了这个小小的火苗儿,又在火苗儿周围,如实地描绘出一种肉眼看不见的袅袅上升的物质。要是你以前没见过这幅火焰图,或者对这一主题还不熟悉,那么,这些情况你是不会知道的。现在,胡克尔把火焰周围的空气逼真地画了下来,这是火焰不可缺少的,总是与它同时并存的一个重要部分。这些空气形成了一股上升的气流,对火苗儿起着牵拉作用。你们看,跟胡克尔图上画的一模一样,火焰的确被上升的气流拉长了,拉得高出了一大截。如果拿支点着的蜡烛放在太阳底下,让它的影子映在一张纸上,也会看到同样的情况。应该注意的是,亮得可以使其他东西产生黑影的蜡烛,居然也能叫它把自己的影子映在白纸上,让我们亲眼看看火焰周围那股不属于火焰而只是拉着它一起向上伸展的物质,的确是件令人惊奇的事。
图10
现在,我用明亮的伏打电池灯作为我们的人造太阳,再在“太阳”和这块幕布之间点上一支蜡烛,于是,幕布上便出现了火焰的影子。大家看看蜡烛的阴影,再瞧瞧烛芯的阴影,像图11所画的,有一部分比较阴暗,另一部分比较清晰。但是,说来也真怪,影子里最阴暗的地方,实际上恰恰是火焰中最明亮的部分;你们再看,正如胡克尔指出的那样,拉长火苗儿,供给它空气,冷却熔化的烛油杯口的,也就是这股源源上升的热气流。
图11
为了进一步说明火焰怎样随着不同方向的气流跑上跑下,我还可以给大家做个小实验。这儿有一种火焰,虽然它不是蜡烛的火苗儿,但我相信,对于不同的事物,你们现在已经有足够的能力进行对照比较了。这回我要做的,是把牵拉着火焰往上跑的上升气流,倒一个方向,变成一种下降的气流。这一点,只要用摆在我面前的这套小设备是很容易办到的(图12)。刚才已经交代过,我用的并不是蜡烛的火焰,而是酒精燃烧时吐出来的火苗儿,所以也冒不出多大烟来。同时,我还要用另一种物质 给火焰上点颜色,好让大家清楚地看出它的来踪去迹,否则,单是酒精独个儿燃烧,那火苗儿的上下方向便很难辨别了。请看,这种酒精用火一点,马上吐出了一股火焰,等到空气一冲,它就自然而然地往上伸延。在一般情况下,火焰为什么老是往上跑,现在看来是很容易理解了,那是形成燃烧的空气把它牵拉上去的。不过,大家再瞧,我只要对准火苗儿往下一吹,就能叫它掉过头来钻进下面这个小烟囱里去,因为那里的气流方向已经改变了。我还见过一种奇妙的灯,它吐的火苗儿扶摇直上,冒出的黑烟却悠然下降,或者恰恰相反,火焰朝下,黑烟朝上。这更充分说明,我们是有力量使火焰方向发生各种各样变化的。
图12
另外有几点,也非解释一下不可。我们看到的这些火焰,由于周围的气流方向各有不同,因此它们的形状也变化多端,相差很大。但是,假如高兴的话,我们也有办法叫这些不同形态的火焰一律稳定下来,全变成一动不动的样子,以至可以用照相机给它们照个相。实际上,我们也非得给它们拍个照不可,因为只有这样才能真正使它固定不动,才能把有关它的全部奥秘发掘出来。这是我要说明的第一点。其次,我要在这儿点上一堆大火,这堆大火燃烧起来很不匀称,火焰的形状也极不一致,而是以出奇旺盛的生命力,迸发出许许多多欢跃蹿跳的小火苗儿。在这里,我将采用另一种燃料,这种燃料,是蜡烛烛油的忠实而又恰切的好代表。我这儿有个大圆球,是用可以当作烛芯的棉花做的,这个棉花球在酒精里浸过,现在我用火将它点着,看它和普通蜡烛有何不同。首先,请看这些漂亮的往上直蹿的火苗儿,多么活跃矫健,多么美丽而富于生气,跟蜡烛的火焰完全不同。另一方面,与通常所见一样,这儿也有大团火焰自下而上地燃烧着。但除此之外,它还分化出好多异乎寻常的小火舌,却是蜡烛燃烧时所没有的。为什么会这样?我也得向大家解释清楚,因为只有把它彻底弄懂了,才能对我后面所谈的能更好地理解。
抢葡萄干的游戏 (图13),我想在座的人都玩过的吧?要说明火焰烧到一定阶段时的物理状态,这种游戏是最具体最生动的活教材。不过,正式的抢葡萄干,盘子应该相当烫,葡萄干和白兰地也要热了才行。可我这只盘子里却没有白兰地,而是装的酒精。现在,我们把盘子当作蜡烛顶上的杯子,酒精算是烛油,这些葡萄干不就等于烛芯了吗?瞧,我将葡萄干扔进盘内,再把酒精点着,刚才看到的那些美丽的小火舌又出现在我们面前了。这种火舌是从盘边爬进去的空气形成的,什么道理呢?因为气流的冲力很强,火焰燃烧极不规则,空气无法朝相同方向流动。既然空气流动得极不规则,因此火焰也不可能以单一的姿态出现,而是分化成许多不同形状的小火舌,各自为政地在那儿燃烧。实际上,我们也可以说,这些各自为政的小火舌,就是一支支独立的蜡烛。但是,绝不能因为一下子看到了这些小火舌,便产生这样的想法,认为这就是火焰特有的形状,不是的,无论在什么时候,火焰的形状都不如此。不管哪种火焰,刚才棉花球吐出来的也包括在内,它本身的形状都和我们看到的大不相同。它是由无数个别的小火舌合成的,这些小火舌千变万化、层出不穷,一个接着一个飞快地出现着,以至我们的眼睛根本没法把它们区别开来。以前,我曾经有目的地分析过一种普通的火焰,下面这张示意图(图14),可以说明它的各个不同的组成部分。这些组成部分也不是一下子出现的,只是因为它们接连得非常迅速,所以看起来好像同时并存一样。
图13
图14
糟糕得很,谈来谈去还是停留在抢葡萄干的游戏上,没能更进一步深入下去。不管怎样,我也绝不能再占用大家计划之外的时间了。对我来说,这是一次很好的教训,往后我要更严格地抓住主题,多讲一些原理,不在这些具体实例上花费大家这么多时间了。