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在第三次通过赤热的镁屑之后，拉姆赛把剩下的气体拿出来测定它的密度。普通氮气的密度是氢气的14倍，而这种剩下的气体，密度却是氢气的14。88倍，果然是一种比氮气重的气体。　
　　　　　　　拉姆赛并没有****这个初步成绩。他把这剩下的气体一次又一次地通过装有赤热的镁屑的瓷管。结果是每通过一次，气体的体积总要缩小一点，密度总要增大一点，变成氢气的17倍，18倍，19倍；最后体积不再缩小了，密度增大到氢气的20倍也不再变了。拉姆赛计算了一下，剩下的气体的体积是原来空气中的氮气的体积的1／80。　
　　　　　　　卡文迪许的小气泡得到了。这是一种什么气体呢？这又要用光谱分析了。　
　　　　　　　拉姆赛把这种气体装在密闭的玻璃管里，玻璃管的两端封有两根白金丝做的电极，这就是气体放电管。通上了高压电，玻璃管中的气体就闪闪发光。用分光镜检查，发现光谱中有橙色和绿色的话线。这是已知的元素所没有的话线，表明这种剩下的气体的确是一种新的气体元素。　
　　　　　　　瑞利在两年前提出的问题，现在完全弄清楚了。用氮的化合物制成的氮气，原来是纯粹的氮气，它的密度是1。2508克每升。由空气中得到的氮气不是纯粹的，里面混有少量密度为1。9086克每升的未知的气体，因而这种不纯的氮气的密度是1。2572克每升。　
　　　　　　　就这样，物理学家和化学家合作，又取得了惊人的发现。　
　　　　　　　他们已经知道，这种新气体既不跟氧化合，也不跟镁化合。他们正是利用新气体的这种性质，使它跟氮气分开的。　
　　　　　　　那么它跟哪些物质化合呢？他们做了许多试验，结果表明，这种新气体跟氢，跟氯，跟氟，跟各种金属，跟碳，跟硫，都不发生化学反应。不管加温也好，加压也好，用电火花也好，用铂黑作触媒也好，它还是不跟任何物质起反应。根据这个性质，科学家给新气体元素起了个名字叫做argon（希腊文“懒惰”的意思）——我国译作“氩”。　
　　　　　　　第三位小数的胜利
　　　　　　　1894年8月7日，拉姆赛给瑞利去了一封信，建议俩人一起宣布他们的新发现。经过几天准备，8月13日，他们来到了英国的科学城牛津。那时候，牛津正在召开自然科学家代表大会，各门科学家共聚一堂。他们申请出席作临时报告，要宣布一个重要的新发现。　
　　　　　　　瑞利走上讲台，宣布他和拉姆赛发现了一种新元素。他说：“这元素到处都有，从四面八方围绕着我们，和氧气氮气一样，都是空气的组成。”他还说：“在每立方米空气中大约有15克这种气体。计算下来，在我们开会的大厅中就有几十公斤这种气体。”　
　　　　　　　他们的报告震惊了到会的全体科学家。这是可能的吗？长期以来，人们不仅知道空气是由氧气和氮气组成的，而且还精确地测定了它们的组成比例。空气中含有0。03％的碳酸气，也早测出来了。难道还有含量高达1％的新气体，竟长期未被发现？真是不可思议！大家议论纷纷，有的赞赏，有的怀疑。　
　　　　　　　这个问题太重要了，于是决定半年以后召开关于氩的专门讨论会。　
　　　　　　　1895年1月31日，伦敦大学的讲堂里坐满了科学家。瑞利和拉姆赛走上讲台，详细报告了他们发现氩气的经过、实验装置和氩气的性质。　
　　　　　　　瑞利用土烟嘴当场证明了氩气的存在，大家就更加惊奇了。　
　　　　　　　瑞利做了一根夹层的套管，套管的外层是一根粗玻璃管，内层是8个土烟嘴接在一起，用胶粘成的一条细管子。土烟嘴就是英国人常用的那一种，表面没有上釉，因而管壁上有无数的细孔。套管夹层的两头，都用火漆封死。另外有一根管子一头通进夹层，另一头跟抽气泵相连接，可以把夹层内的气体抽掉。　
　　　　　　　瑞利往土烟嘴管的一头通人从空气中得到的氮气，气体由另一头出来的时候就少了许多。原来一部分气体穿过土烟嘴管壁的小孔，跑进夹层，被抽气泵抽走了。　
　　　　　　　瑞利取了1立方厘米剩下来的气体。当着大家的面称了一下，结果比1立方厘米普通的氮气重了12％～15％。　
　　　　　　　这个实验说明什么问题呢？为什么空气中的氮气通过了土烟管会变重呢？　
　　　　　　　解释只有一个，空气中的氮气不是纯粹的气体，而是氮气和某种更重的气体的混合物。在通过土烟管的时候，虽然它们都会透过土烟管的细孔，被抽掉一部分，但是轻的气体透过得快，重的气体透过得慢，结果在剩下的气体中，氮气占的比例减小了，氩气占的比例则大大增加了。　
　　　　　　　物理学家瑞利当众用物理方法——扩散法，也就是他在前几个月中研究成功的新方法，分离出空气中的氩气，证明了这种新气体的存在。　
　　　　　　　接着拉姆赛也走上了讲台，把他们用不同方法制成的氮气，当众做了各种表演实验。　
　　　　　　　在事实面前，大会的参加者公认了他们的新发现。　
　　　　　　　氩气的发现是从1。2508和1。2572之间的差数开始的。小数点后边第三位数字的差别引出了氩气。　
　　　　　　　人们不禁想起100多年前的卡文迪许，他实际上已经捉住了氩气——一个小气泡，并且指出这个小气泡不跟氧气化合。但是他那时候还没有称量千分之几克的精密天平，也没有光谱分析法，他只好把这个小气泡放走了，没有能够真正的发现氩气。　
　　　　　　　19世纪末氩气的发现是精密度的胜利，是天平的胜利，是小数点后边第三位数字的胜利。　
　　　　　　　从天上来到人间
　　　　　　　氩气的存在得到了公认。但是这仅仅是开始，拉姆赛还在继续研究氩气的各种性质。　
　　　　　　　1895年2月1日早晨，他接到伦敦化学教授亨利&；#183；梅尔斯的一封来信。信中说：“不知道您是否试验过氩气跟金属铀的反应？如果没有的话，我认为您应该试一试。1888…1890年间，美国地质学家希莱布兰德曾经把钇铀矿放在硫酸中加热，结果冒出来许多气泡。这种气体既不能自燃，又不能助燃。希莱布兰德当时认为这是氮气。不过也可能是氩气。我认为应该检查一下，说不定钇铀矿中含有铀和的氩的化合物！”　
　　　　　　　拉姆赛把手头的实验告了一个段落以后，立刻根据亨利&；#183；梅尔斯的提示进行研究。他派人找遍了伦敦的化学药品商店，才买到了1克钇铀矿。　
　　　　　　　一个新的实验开始了。拉姆赛的助手特莱凡斯把钇铀矿放在硫酸中加热，气泡冒出来了，收集到了几立方厘米的气体。　
　　　　　　　拉姆赛和特莱凡斯又用了整整4天的工夫，把气体中能跟其他物质化合的杂质除掉。实际上杂质很少，大部分是跟任何物质都不起反应的气体。　
　　　　　　　气体装进前面讲过的那种放电管中。通上高压电，气体放出光来。　
　　　　　　　拉姆赛用分光镜作检查的时候，本来以为会看到氩的谱线，但是出乎意料之外，他看到的是一条黄线和几条微弱的其他颜色的亮线。　
　　　　　　　拉姆赛想，可能是白金电极上沾了点钠盐，或是分光镜出了毛病。他仔细作了检查，并没有这一类问题。　
　　　　　　　那么就应该检查一下，这条黄线是不是与销的谱线重合了。拉姆赛于是故意在放电管内放进去一点钠，重新封好再观察它的光谱。　
　　　　　　　结果光谱中出现了钠的谱线，但是以前看到的黄线还在老位置上，在钠的谱线旁边。毫无疑问，这条黄线不是钠的，而是属于某一种别的物质的。这是一种什么物质呢？　
　　　　　　　拉姆赛把他所知道的各种物质的光谱都重新回忆了一遍，没有一种跟它相似。经过长久的思索，他记起了詹森和罗克耶在27年前发现的太阳上的氦。氦的光谱不就是黄线吗！如果这条黄线跟那条黄线重合的话，那么钇铀矿中放出来的气体就既不是氮，也不是氩，而是太阳元素——氦了。　
　　　　　　　太阳元素就这样容易地找到了？这个结论是不是太大胆了？拉姆赛是十分严谨的科学家，他决定请他的朋友，当时英国最好的光谱学专家克鲁克斯（他曾经用光谱法发现了元素铊）帮忙。他派人把放电管送到克鲁克斯那里，并且附了一封信。他没有肯定说这是氦，而是说他找到一种新气体，建议叫做krypton（希腊文“隐藏”的意思）——我国译作“氪”，请克鲁克斯仔细确定一下新气体的谱线的位置。　
　　　　　　　1895年3月23日早晨，拉姆赛正在自己实验室中研究这新气体的光谱，邮递员送来了一份电报，里面写着：　
　　　　　　　“氢——这是氦，请过来看。克鲁克斯。”　
　　　　　　　太阳元素真的由天上来到人间了！　
　　　　　　　拉姆赛立刻来到克鲁克斯那里，用克鲁克斯的精密的光谱仪仔细观察。的确，这气体正是氦。　
　　　　　　　当天，拉姆赛给法国科学院院长贝特罗拍了个电报，通知他说：氦在地球上发现了。　
　　　　　　　真是无巧不成书，就像詹森和罗克耶几乎同时发现太阳上的氦一样。在拉姆赛发现氦的两个星期以后，瑞典青年化学家兰格列也在党铀矿中找到了氦。他的老师克利夫把他的发现也报告给同一个贝特罗院长，发信的日期是1895年4月8日。　
　　　　　　　（二）
　　　　　　　新任务和新问题
　　　　　　　拉姆赛是世界上第一个拿到了太阳元素的化学家。当然，他立刻开始研究氦的性质，用氦作了各种各样的实验。　
　　　　　　　太阳上的氦是没法拿来称的，天文学家们猜想，氦是一种很轻的气体。拉姆赛第一个称出了氦的密度，证明天文学家的预测是对的。氦果然是很轻的气体，空气比它几乎重6。5倍。只有氢比氦还轻，其他气体都比氦重。　
　　　　　　　拉姆赛试验了许多物质，看看它们会不会跟氦发生反应。结果证明，氦和氩一样，不跟任何物质化合。它们都是“惰性气体”。　
　　　　　　　能不能在空气中找到氦呢？氦既然是不跟任何物质化合的气体，它必然会跑到空气中去。　
　　　　　　　拉姆赛开始了新的搜索——在空气中寻找氦。　
　　　　　　　如果空气中真有氦的话，只要把空气中的其他气体都去掉，把氧气去掉，把氮气去掉，把新发现的氩气也去掉，剩下的就是氦气了。　
　　　　　　　这工作的头两步——除去氧气和氮气，拉姆赛在寻找氩气的时候已经作过了。只要把空气通过装有赤热铜屑的磁管，空气中的氧气就会跟铜反应，生成氧化铜而被除掉，剩下的就是氮气和氩气的混合气，里面可能有氦气。　
　　　　　　　空气中的氮气通过装有赤热镁屑的磁管，氮气就会跟镁反应，生成氨化镁而被除掉，剩下的就是拉姆赛和瑞利共同找到的氩气了。他们找到的氩气中会不会就有氦气呢？氦气跟赤热的铜和镁也不起反应的，空气中如果有氦气的话，它必然会混在氩气中。　
　　　　　　　怎样把氦气和氩气分开呢？要是能找到一种只跟氩气化合而不与氦气化合的物质，问题就解决了。可惜就是找不到那样一种物质。因为两者都不跟任何物质化合。这就是说，分离氧气和氮气的那种方法，不能用来分离氩气和氦气。　
　　　　　　　看来问题是难以解决了。　
　　　　　　　需要把空气变成液体
　　　　　　　拉姆赛并没有灰心，他想到了化学家分离酒精和水的方法。　
　　　　　　　酒精的沸点是78摄氏度，比水的沸点低，所以蒸发得比水快。化学家利用了这一点，把混有水的酒精放在蒸馏瓶里加热：一开始出来的一批蒸气是纯酒精的蒸气，后来的一批蒸气是酒精和水的混合蒸气，最后一批蒸气就是纯粹的水蒸气了。只要把头一批蒸气冷却，就可以得到纯粹的酒精。这个方法叫做分馏法。　
　　　　　　　拉姆赛决定用分馏法把空气中的氩气和氦气分开。但是酒精和水是液体，而氦气和氩气是气体。要用分馏法使它们分离，首先就要把它们变成液体，或者说，首先要把空气变成液体。　
　　　　　　　拉姆赛想，把空气变成液体，再让它慢慢蒸发，那么组成空气的各种气体——氮气、氧气、氩气、氦气（如果有的话），在蒸发的时候就会有先有后，先是最容易蒸发的，然后是比较难蒸发的。　
　　　　　　　要使空气变成液体可不是容易的事，必须冷到零下192摄氏度。在地球上，连北极也没有这样冷，必须有一台制造寒冷的机器——制冷机。　
　　　　　　　在今天，使空气变成液体是一件很平常的事。但是在当时，全世界只有几个实验室能制造液态空气。　
　　　　　　　当时在英国，研究这方面问题的专家就是那位向瑞利建议查卡文迪许实验资料的物理学家——杜瓦。杜瓦还发明了保存液态空气的容器——杜瓦瓶。这是一个夹层的玻璃瓶，内壁镀银，夹层抽成了真空。真空不能传热，外面的热传不到瓶内去，因而瓶内的液态空气可以保存比较长的时间。后来人们想，瓶外的热既然不能传进去，瓶内的热当然也不能传出来，于是把杜瓦瓶改造成保存开水的热水瓶。我们常用的热水瓶和保存液态空气的杜瓦瓶，实际上是同一种容器。　
　　　　　　　杜瓦有个缺点，思想非常保守。他的实验室里有把空气变成液体的机器，虽然方法既复杂又困难，他还是把他的发明保密。不仅如此，连制成的液态空气，他也不肯轻易给人。　
　　　　　　　可是拉姆赛的工作需要很多的液态空气，这怎么办呢？　
　　　　　　　制造冷
　　　　　　　说来也巧，正当拉姆赛急需液态空气而又得不到的时候，一种既简单又方便的制冷机发明了。　
　　　　　　　这种制冷机是两个人各自在自己的国家里发明的，但是运用的原理恰好一样。他们是德国的林德和英国的汉普松。　
　　　　　　　制冷机的原理是这样的：　
　　　　　　　空气受到强烈的压缩，就会发热。让发热的压缩空气冷却下来，再突然让它膨胀，它就要吸收很多的热，而迅速变冷。　
　　　　　　　林德和汉普松都利用了这个物理原理，制成了制冷机。　
　　　　　　　他们把空气送进机器，强力的泵把空气压缩在细管子里，然后让压缩的空气通过一个小孔，喷进细管子外面的空室，让它迅速膨胀变冷。用这变冷了的空气来冷却细管子里后进来的压缩空气。这部分冷却过的压缩空气，膨胀后就变得更冷。这样第二批冷却第三批，第三批冷却第四批，越来越冷，最后温度下降到零下192摄氏度。这时候，空气就变成液体了。液态空气积存在空室里，只要打开龙头，就像自来水一样放出来了。　
　　　　　　　英国的发明家汉普松和拉姆赛都住在伦敦。他知道拉姆赛需要用液态空气进行重要的研究，就把他的新机器制得的第一批液态空气750立方厘米，装在杜瓦瓶中送给了拉姆赛。　
　　　　　　　意外的收获
　　　　　　　“液态空气来了！”　
　　　　　　　“液态空气来了！”　
　　　　　　　在拉姆赛实验室中工作的年轻人奔走相告。他们放下手头的工作，都来看这从来没见过的东西——液态空气，更想看看拉姆赛怎样从液态空气中提取氦。　
　　　　　　　杜瓦瓶中的液态空气像清水一样，慢慢地冒着小气泡。瓶子一摇动，气泡就增多，发出咝咝的声音。　
　　　　　　　在找氦之前，拉姆赛用液态空气，向他的学生们做了好几个奇妙的实验。　
　　　　　　　一个小橡皮球放进液态空气里，再拿出来扔在地上。橡皮球没有跳起来，而是摔碎了！原来橡皮在液态空气的温度下失去了弹性，变得像玻璃一样脆了。　
　　　　　　　拉姆赛在试管里装了小半管水银，中间插一根铁棍，把试管放在液态空气中。水银冻成了固体，拿着铁棍一拔，就连水银一起拔了出来。拉姆赛用这把水银锤子在墙上钉了一个钉子，原来水银冻得比铁还硬。　
　　　　　　　拉姆赛又把一块面包放进液态空气里。他让大家把窗帘都放下来。拿出面包来一看，这块冻硬的面包在漆黑的房间里发出天蓝色的光辉。　
　　　　　　　拉姆赛一个又一个地做着实验，各种常见的东西放进了液态空气，都希奇古怪的变了样。年轻人不时发出惊叹声。但是他们也越来越着急了：宝贵的液态空气越来越少了，还找不找氦呢？　
　　　　　　　拉姆赛停止了实验，让大家都去吃午饭。他自己也离开了实验室，让杜瓦瓶里的液态空气继续蒸发。　
　　　　　　　大约过了一个半钟头，拉姆赛才回到实验室。杜瓦瓶里的液态空气剩下不多了，但是他一点也不可惜。他认为：氦气比氧气和氮气蒸发得慢，多耽搁一些时间，可以让氧气和氮气先跑掉，氦气就会剩在杜瓦瓶里。　
　　　　　　　等到液态空气只剩下大约10立方厘米的时候，拉姆赛不让它们白白地跑掉了。他把最后这一点液态空气蒸发成的气体仔细收集起来。他认为，最后的这部分气体中，一定会有氦气。