一支试管内溶液的颜色一会儿变红,一会儿又变蓝,呈现出有规律的节奏和漂亮的颜色,煞是迷人。这种现象叫“化学振荡”。提起振荡,人们并不陌生,如钟摆的往复摆动,弹簧的自由伸缩,心脏的收缩和舒张,电路中的电流或电压在最大值和最小值之间重复变化的过程等都是振荡。说起化学振荡,其实,也是一种随时间周期性重要变化的过程,只是这一过程发生在化学反应中。
最初发现化学振荡现象是在1873年。德国化学家李伯曼曾经做过一个有趣的“汞心脏”实验。当时,李伯曼把水银放在玻璃杯的中央,再把重铬酸钾和硫酸的混合溶液慢慢地注入杯中,然后将一个铁钉放在紧靠水银附近的溶液中。他惊奇地发现,水银珠就像心脏似的跳动了起来。他认为,这是由于化学反应使得水银的体积发生了周期性变化造成的。此后,化学家们还发现了许多别的化学振荡现象。
化学振荡究竟是怎么一回事呢?这种现象一出现,就有人对它进行了研究。
1910年,洛特卡提出了一个以质量作用定律为基础的振荡反应数学模型;到了1931年,沃尔特拉在洛特卡模型的基础上,又提出了一个更完善的模型,这个模型就以他俩的名字来命名,称为洛特卡—沃尔特拉模型。虽然这一模型为化学界所普遍接受,但它并不是尽善尽美的。
尽管化学家对化学振荡现象还不甚了解,生物学家对化学振荡却如获至宝,企图用它解开“生物钟”的奥秘。不论在植物体、动物体还是人体内,都存在着一些周期性的现象。例如植物的花开花落、春华秋实;动物的冬眠夏徙、昼出夜归;人类的一日三餐、早起晚寝。这些现象的周期虽然不很精确,却是客观存在的。即使在消除了外部节律的人造环境中,这些“生物钟”现象依然我行我素。于是,生物学家便关注起了生物体的内部节律:生物体内是不是存在着某种周期性的化学反应?是不是由于化学振荡现象在其中“捣鬼”?果真如此,事情也未必会水落石出。因为任何化学反应都将受到外部环境因素的影响。如温度、光照等等,而“生物钟”却不是这样。化学振荡和“生物钟”究竟有何瓜葛?要解答这个问题,首先必须搞清楚化学振荡的本质,对此,化学家们正在做积极地探索。比利时著名科学家普利高津教授曾断言:化学振荡现象只能在化学耗散过程才可能出现。这为解开化学振荡之谜开辟了一条新的途径。现在许多科学家正在努力探索,企图解开“化学震荡”之谜。