4.火焰的形状和结构是什么样的？

现在我们来看火焰的外观和结构。这关乎我们了解蜡烛这种物质在芯顶燃烧最终造就的形态。在烛芯之顶，我们方能看到如此美丽与光明的景象，这景象唯有出自于燃烧或火焰，没有其他东西能与之相比。金银固然绚丽灿烂，宝钻固然光彩夺目，但这些都不敌火焰的辉煌之美。哪种钻石能够像火焰一样闪亮呢？在夜里，钻石的光泽是来自火焰的照亮。火焰照彻黑暗，钻石只有等到火焰照射到它，才会璀璨生辉，否则便黯淡无光。蜡烛发光是独立的，缘于自己，也缘于制造出它的人。

图5

现在我们来观察玻璃罩下面这个火焰的形状。它稳定而均匀，一般形态就像图中（图5）所示。不过，火焰的形状会随空气的扰动而变化，根据蜡烛的大小也有所不同。总体上看，它是明亮的椭圆形，顶部比底部更亮一些，烛芯在中央，烛芯周围比较暗的部分接近底部，因为那里燃烧不如顶部完全。

这里有一张手绘图，是由很多年之前一位叫胡克的先生所画，当时他做了仔细的观察和研究。这张图是一盏油灯的火焰，但是借用来讲解蜡烛的火焰也还合适。油灯的油碟相当于烛焰的烛碗儿，灯油就是熔化的鲸蜡，芯捻儿是一样的。胡克在灯芯上面绘了小小的火焰，然而他的绘画真实之处在于，他画出了从火焰上面升起的肉眼看不到的东西。如果你们之前没见过这幅图或对这一主题还不熟悉，你们就不会知道有这种情况。他在这里再现了火焰周围的空气，这对火焰必不可少，并且总是与火焰并存。一股上升的气流就此形成，把火焰拉长。你们看，火焰真的被这股气流拉长了，拉得很高，就像胡克画出来的延伸气流。如果拿一支点燃的蜡烛，放到阳光下，让它的影子投到一张纸上，你就会看到这气流。令人称奇的是，蜡烛这种亮得足可以让别的物体产生阴影的东西，竟然能让自己的影子投到一张纸或纸板上，让人确确实实地看到包围火焰的气流，尽管它不属于火焰，但能拉着火焰向上升腾。

图6

现在我把伏打电池灯看作是太阳，你们会看到我们的“太阳”和它发出的光。我们在模拟的太阳与幕布之间放上一支蜡烛，就在幕布上看到了火焰的影子。你们注意观察蜡烛和烛芯的影子，有阴暗的部分，如图所示（图6），也有比较清晰的部分。但是，很有意思的是，我们看到影子里最暗的部分，实际上恰是火焰最亮的部分。看这儿，正是这股上升的热气流，如胡克所画的，它拉长火焰，给火焰提供空气，同时冷却烛碗儿的外缘。

我可以再给大家做个实验，说明火焰随着气流会发生上升与沉降。看这个火焰，尽管它不是蜡烛的火焰，但是毫无疑问，这一次你们已经有足够的辨别能力进行比较了。我要做的就是把牵拉火焰的上升气流，变成一股下降的气流。用摆在我面前的这套仪器，这不难做到。我刚才说过，这个火焰不是蜡烛的火焰，是燃烧酒精产生的火焰，所以不会冒很多烟。我还要用另一种物质把火焰染上颜色 1，以便你们能够观察到它的踪迹。因为单就酒精燃烧，你们很难看得清楚火焰的上下方向。现在把杯中的酒精点燃，我们看到它马上产生火焰，而且，火焰自然向上。现在你们很容易明白，在通常情况下火焰为什么向上燃烧：这是因形成燃烧的空气把火焰向上拉的缘故。但是现在我把火焰向下吹，大家看到它向下进入这个小小的烟囱，这是因为气流的方向在那里发生了改变（图7）。在这一场报告结束之前，我要给大家看一盏灯：它的火苗朝上，黑烟朝下；或者是相反，火苗朝下，黑烟朝上。你们看，我们有力量使火焰的方向发生各种变化。

图7

现在还有几点我必须再谈谈。大家看到，由于周围气流的方向不同，火焰的形状也变来变去。但是如果我们愿意，也可以让火焰稳定下来，一动不动，以致我们可以给火焰照相——实际上我们也不得不给它们照相——如果我们希望对它们有什么发现，我们就得让火焰在眼前静止下来。但是我要说的不止这一点。如果我生起一堆大火，这火便不再保持火焰原来的属性，不再保持始终如一的形态，而是爆发出强大的奇迹般的活力。我会采用另外一种燃料，它与制造蜡烛用的蜂蜡或油脂极为相似。我用这一个大棉球当烛芯。现在，我把它浸到酒精里，把它点燃，如此这般，它和普通蜡烛有什么不同？看，外观上一个很大的差异是：这个活泼有力、美妙生动的火苗，全然不同于蜡烛的光亮。大家看那些向上蹿升的精美火舌，看到了它具备一般火焰从下向上燃烧的相同特征，但是除此之外，还看到了在蜡烛燃烧中看不到的熊熊火舌。那么为什么会这样呢？我必须给大家讲解清楚，因为只有你们完全弄懂后，才能够在我后面的报告中理解我在说什么。

大家一定都玩过抢葡萄干的游戏 2，对吗？说到火焰燃烧到某一段的状态，我不知道还有什么游戏，比抢葡萄干更能完美地说明火焰的奥秘。第一步，要有一个盘子，听我说，如果要正式地玩这个游戏，盘子就该相当烫才行，葡萄干和白兰地酒也要热的，但是我这盘子里没有这些。把酒精倒进盘子里，盘子相当于烛碗儿，酒精相当于烛油。葡萄干不能当作烛芯用吗？我现在把葡萄干投入盘里，点燃酒精，我刚才提到的那些漂亮火舌出现了。大家看到空气侵入盘子，在盘边形成这些火舌。为什么？因为气流力量很强，火焰燃烧很不均匀，空气不能按照一个方向流动。由于空气流动极不规则，原本应该看到的完整单一的火焰并未出现，而是分成了许多形状不一的小火舌。这些小火舌每一个都独立地燃烧着。实际上，可以说，这些小火舌就是一支支独立的蜡烛。但是不能因为同时看到了全部小火舌，便认为火焰就是这样的形状。其实无论什么时候，火焰都没有固定的形状。所有的火焰，包括你们刚刚看到棉球吐出的那种火焰，它们的实际形状也与我们看到的极为不同。这些无数的不同形状的小火舌合在一起，一个接一个地快速闪现，以致我们的眼睛在瞬间无法区别它们，只好把它们认作一个整体。在前面，我曾经有目的地分析了火焰的一般特征，这幅图（图8）说明了构成它的不同部分。这些部分不会一起出现，只是因为我们看到它们快速闪现，就以为它们同时并存一样。

图8

非常糟糕的是，说了这么多，还是没有离开抢葡萄干的游戏。但是无论如何，我不该拖延报告的时间。对我来说这是一个教训，在后面的报告里，我一定要把大家的注意力集中在事物的原理方面，而不是在这些实例上消耗太多的时间。

1 酒精里溶解有氯化铜，燃烧时就会产生美丽的绿色火焰。

2 一种圣诞节晚上玩的游戏，在盛有葡萄干的盘子中倒入白兰地酒，然后点燃白兰地，周围的人从盘子中抢葡萄干吃。