第二章創造發明之路(2)(3 / 3)

紡紗機的動力問題是由理發師阿克萊德解決的,他在1769年製成了水力紡紗機。隨後,童工出身的克倫普敦又於1774年—1779年間設計成功了一種“繆爾”紡紗機。這種新的紡紗機吸取了珍妮紡紗機和阿克萊德的水力紡紗機的優點,以水力為動力,能同時轉動300—400個紗錠,而且紡出的紗線既結實又均勻。這種紡紗機經不斷改進後,直到今天還被使用。

但由於當時用水作動力,新技術的推廣又受到了很大限製。棉紡織工業的發展迫切要求出現一種方便的、強大的動力來源,這又促使人們加緊改進早在18世紀初就出現的蒸汽機。在這方麵,瓦特作出了重大貢獻,到了1883年,一種可以投入使用的蒸汽機終於設計出來了。

這樣,首先從棉紡織工業開始,人類首次實現了從動力到傳動到工作機的機械化曆程,從而使人類進入了第一次產業革命時代,現代工業也由此產生了,人類終於邁入現代文明的大門。在現代工業技術從棉紡織工業開始以互相促進之勢迅速發展的過程中,哈格裏沃斯發明的珍妮紡紗機是關鍵的一環。對於像哈格裏沃斯這樣的工人在棉紡織工業中所進行的發明創造,恩格斯曾給予了以下的評價:“這些發明使社會的運動活躍了起來,它們的最直接的後果就是英國工業的誕生,首先是棉紡織業的誕生。”

然而哈格裏沃斯在他生活的年代卻並沒有因為他的貢獻而享受到特殊的榮譽。他幾次申請專利都被英國政府退了回來,直到1770年,在紡織機已經廣為使用的情況下,他才拿到一張已經毫無意義的專利證書。1778年,他在貧困中去世。

五、列文虎克:發明顯微鏡的人

在列文虎克的心目中,生活的主旋律就是觀察,再觀察,實驗,再實驗。他不信奉任何教條,隻相信自己的眼睛而作出自己的思考和判斷。他研製了世界上第一台顯微鏡,從而使人們看到了微生物。

安東尼·列文虎克1632年10月出生於荷蘭德爾夫特市一個備受當地人尊敬的家庭,父母從事釀酒和編筐等這些為荷蘭人很看重的行業。童年時,父親不幸去世,母親希望他將來能成為一位政府官員,於是把他送進學校。列文虎克沒有按照母親的意願去做,16歲時,他離開了學校而到阿姆斯特丹一家布店當學徒,整整度過了6個年頭。

1659年,列文虎克回到阿姆斯特丹開辦了一個布店。此後20年,他像一般小市民一樣默默無聞地為生計奔波。周圍的人把他視為一個學識淺陋的無名之輩,他不懂作為有教養標誌的拉丁文,惟一的書本是荷蘭文聖經。

但這個極其普通的人卻有一個特殊的愛好:愛磨透鏡並到了癡迷的程度。他聽說用一塊由純淨玻璃磨成的透鏡看到的東西比肉眼看到的要大得多,於是,好奇心大發,自己開始琢磨製造透境。他4次求教,眼鏡商、煉金術士和金銀匠都是他的老師。在掌握基本的知識和技能之後,列文虎克整日整夜進入小小的磨製室,忘了妻子、兒子和朋友。功夫不負有心人,列文虎克終於磨製出與當時荷蘭最好的磨鏡師的產品一樣精美的透鏡。特別是他製作的小透鏡,直徑不到1/8英寸,非常勻稱完善。掌握這種小透鏡的磨製及組合技能的人,在全歐洲找不出第二個。列文虎克還將透鏡裝在一個長方形金屬片的小孔徑之間,製作了最簡單的顯微鏡。他不滿足於此,仍不斷鑽研,力臻完善,使顯微鏡的分辨力和精確度越來越高。在製作過程中,列文虎克使用了最好的玻璃和水晶,甚至使用了金剛石。他一生中共製作了247台顯微鏡和172塊透鏡,並為荷蘭皇家學會裝備了一套包括有20台顯微儀器的實驗室。

有了顯微鏡之後,列文虎克就開始進行各種生物實驗。由於沒有受到係統的自然科學訓練,他無選擇地在不同的對象上研究。他通過顯微鏡觀察鯨魚的肌肉纖維和自己的皮膚屑片;觀察牛眼水晶體的奇妙組合;研究羊毛、海狸毛的內部構造,這些細毛在顯微鏡下就像木頭一樣粗;他還精細地解剖了蒼蠅的頭,並把它的腦粘在細針上放在顯微鏡下觀察,當列文虎克看到跳蚤的構造完美的刺和腳時,不禁大為驚歎。

列文虎克不是一個喜歡沽名釣譽的人,加上他有點看不起周圍的人,所以他不願張揚他的驚人發現。有一位英國皇家學會的通信會員、醫學和解剖學家格拉夫,他獨具慧眼,非常讚賞列文虎克,並勸他向皇家學會報告,與此同時,皇家學會也得知此消息並向列文虎克發出請求。列文虎克以其簡單明了、質樸風趣的語言向皇家學會作了報告。此後50年中,列文虎克與皇家學會間的通信達幾百封,這些通信後來實際上成為列文虎克的著述。1673年到1723年,荷蘭皇家學會哲學學報曾發表其中的英文或拉丁文摘要共120篇。

列文虎克所做的、最具曆史意義的是第一次觀察和發現了細菌。這是列文虎克貌似平淡的一生中最興奮最得意的時刻。作為一個觀察迷,在觀察和研究了各種各樣的動植物的顯微結構後,列文虎克又對雨水發生了興趣。他把一支裝滿雨水的試管放到顯微鏡下一看,瞬間他的呼吸好像停止了,看起來什麼都沒有的雨水裏卻是一個無比怪異的世界,裏麵有無數的、各種各樣的、比任何肉眼看得見的小動物還小1000倍的“狄爾肯”(意即活潑的小動物),列文虎克稱之為“微動物”。他描述說:“它們停下來,停住不動,好像到了一個地方,接著就飛快地轉圈子,像陀螺一樣旋轉……它們的行為極為可愛,翻來滾去,花樣不一。”列文虎克還發現這些微動物的活動範圍“還比不上一粒細沙大”。他斷定它們“比一隻大虱子的眼睛小1000倍”。為印證自己的發現,列文虎克觀察了室內的水,屋頂上的水,河水和井水,這些水裏都存在同樣的小動物。他還摸索出利用胡椒水進行的非凡的培養方法。

在給皇家學會的報告中,列文虎克宣稱:可以把100萬個這樣的小動物放到一粒沙裏,在胡椒水裏的數目則與荷蘭的人口一樣多。很多學會會員認為這是荒謬絕倫的說法。幾位了解列文虎克性格的會員要求作出進一步的報告,但遭到列文虎克的拒絕。最後,皇家學會隻能委托羅伯特·胡克和內赫邁阿·格魯去製作透鏡進行實驗,其結果證實了列文虎克的發現。不久,列文虎克當選為皇家學會會員。

細菌的發現為列文虎克的觀察和實驗提供了新的基點和視野,新發現接踵而來。1668年,列文虎克從魚尾上發現了毛細血管,血液經過這些毛細血管從動脈流到靜脈。這個發現證實了意大利生物學家馬爾比查關於毛細血管的論斷,完成了英國人哈維對血液循環的發現。1674年,列文虎克觀察到魚、蛙、鳥類的印形紅血球和人類的圓盤型紅血球並作了準確描述。1675年,他在青蛙內髒中發現寄生的原生動物,再次在動物學界引起不小的轟動。1677年,列文虎克對人、狗和免的精子進行了研究,認為在精液的活潑彎曲前進的形成物(微動物)中,未來的機體已預先形成,在精液組織裏可找到真正的胚胎。1683年,列文虎克發現了人體內的細菌,從牙垢裏他看到“幾乎像小蛇一樣用優美的彎曲姿勢運動”的生物。

由於技術條件所限,列文虎克盡管用他的最好的顯微鏡橫看豎照,看到的隻是一個個球體或螺旋體,而其內部構造則無法窺測了。列文虎克的描述和繪圖更多的是一種推測,因而準確度很低。列文虎克曾對德爾夫特運河裏撈起的胎貝和水生貝類進行過觀察,從中得出的結論是:這些微小的、看不見的微動物能夠吃掉和殺死比它們大得多的生物,但他沒能區分它們的性質,指出哪些是殘忍有害的,哪些又是和善、對人類有益的。但無論如何,盡管列文虎克沒有像巴斯德、科赫一樣巨大的影響和顯赫的名聲,但他是發現微小生物的最早的人之一,200年後,人們才真正認識到,這些生物是細菌。

每當人們想起列文虎克,除了念及他的驚人的發現外,還感到他有奇特無比的性格,堅不可摧的好奇心,堅持不懈的毅力和勤勞執著的工作態度。在他心目中,沒有任何教條的束縛,也不受流行的常識和偏見的影響,他隻相信自己的眼睛,自己作出的思考和判斷。他讚美上帝,但他真正的上帝是真理:“我絕不固執己見,隻要指出我能理解的合理理由,我會立刻放棄自己的意見而接受別的見解,更重要的是因為我原來隻有一個目的就是把真理放在我麵前,隻要我能把握到的,並以我已有的微薄才能,使世界擺脫它古老的異教迷信,轉向真理,並堅持真理。”對真理的追求決定列文虎克整個生活的主旋律是觀察,再觀察,實驗,再實驗。當他85歲時,他的朋友勸他該放下心安度晚年了,列文虎克回答:“秋天成熟的果實最耐久。”他把老年當作最美好、最充實的秋天。

列文虎克所做的一切曾受到許多誤解和嘲諷,既包括德爾夫特市的凡夫俗子,也包括一些自以為學識淵博的權威,因而也使得他以一種清高和挑剔的態度來看待世人,他願意接觸的僅僅是哲學家和愛好科學的人,他也從不讓自己最好的工具離開自己,以免它們成為別人手裏新奇的玩具。萊布尼茨曾勸過列文虎克:“如果你不把研磨精良透鏡的技藝和觀摩這些新奇動物的方法傳給青年人,那就要失傳了。”但這位孤獨不羈的荷蘭人說:“大多數大學教授所教的課程,目的差不多全在於借助知識賺錢,或者對人顯示自己的博學來贏得世人的尊敬,這些都與我們肉眼發現不了的事物毫無關係。我深信一千人當中沒有一個能做這樣的研究,因為這要費無限的時間,要花費許許多多的錢,還因為一個人要想有成就,必須嘔心瀝血,孜孜不倦……”

1723年8月,列文虎克與世長辭,享年91歲。

六、瓦特:蒸汽機的發明者

1765年春,一位瘦削的青年男子在英國格拉斯哥草原上漫無目的地散步。他眉頭緊皺,似乎被某個難題所困擾。忽然之間,他的視線被天邊不斷變化著形狀的雲彩牢牢地吸引住了,他凝視著天空。不知不覺中,這一片片雲彩在他的眼中變幻成一團團熾熱的蒸汽,它們正自由地從一個容器進入另一個容器。這個年青人豁然開朗,他激動地轉過身,一口氣跑回家裏的實驗室內,擺弄起一堆鐵罐子來。

這位青年男子就是瓦特。正是格拉斯哥草原上的雲彩,使他想出幾個月來一直糾纏著它的蒸汽機的冷凝問題的答案。由於冷凝器的發明,蒸汽機終於變成了真正具有實用價值的動力機械。從此,火車在大陸上奔,輪船在大海上航行,人類的生產和生活隨之發生了翻天覆地的變化。

瓦特於1736年1月19日出生於英國蘇格蘭格拉斯哥市的格林諾克鎮。瓦特的父親是一位熟練的造船裝配工人,後來改行經商。瓦特小時候身體不太好,性格也十分靦腆,在學校裏,他很少為人注意,除數學之外,各科成績平平,因此被認為是一個“愚鈍而不聰明”的孩子。後由於身體的緣故,他被迫退學,在家由母親教他讀書寫字。瓦特從小就對各種機械感興趣,而且十分喜歡思考,經常提出一些大人們難以回答的問題。一個為人們所熟知的傳說十分典型地刻畫了少年瓦特的好奇性格:一次,他望著燒開水的水壺長時間發呆,突然,他問祖母:水壺蓋底下到底有個什麼東西,能把蓋子頂起來?瓦特在少年時也常常到父親的工廠去,模仿工人們動手操作工具、製作各種機械模型、修理航海儀器。瓦特的好學精神和極強的動手能力為他日後的發明創造打下了堅實的基礎。

1753年,瓦特的母親不幸去世,而他的父親此時經商也遭到失敗,家中變得一貧如洗,瓦特也被迫外出謀生。1754年,他來到格拉斯哥一家鍾表店幹活,但工資太低難以糊口,第二年他又來到倫敦,拜當時有名的機械師約翰·莫根為師,學習製造象限儀、羅盤和經緯儀等儀器。瓦特在這裏學習十分刻苦,每天都要工作到深夜。一年下來,他的手藝有了很大的提高,但他的身體卻每況愈下。他在給別人的一封信中說道,自己“經常像撕破煙喉一樣的咳嗽,背像針刺一樣疼痛,全身感到懶倦”。這使他不得不辭別師傅,回到家鄉休息。過了一段時間,他又來到格拉斯哥。在這裏,瓦特遇到了英國大名鼎鼎的經濟學家亞當·斯密。斯密對瓦特嫻熟的技藝深表讚賞。在他的推薦下,瓦特被格拉斯哥大學聘用,成為一名儀器修理師,也就在這裏,瓦特與蒸汽機結下了不解之緣。

最早想到以蒸汽代替人力的人並不是瓦特。公元前2世紀,人類就開始了這方麵的探索。1712年,英國的紐可門製造的蒸汽機已經投入實際運用,但這種蒸汽機有兩大缺點:一是燃料耗量大而效率很低,二是隻能作往返的直線運動,所以除了用於礦井抽水之外,不能在生產部門使用。1764年,格拉斯哥大學的一台紐可門蒸汽機壞了,讓瓦特修理。當時瓦特對蒸汽機及其構造原理並不熟悉,但他還是爽快地接受了任務。經過認真鑽研,瓦特很快修好了這台機器。在運轉試驗中,瓦特以一位機械師的眼光發現了這種蒸汽機效率較低的原因——蒸汽在氣缸中膨脹做功,又在汽缸中冷凝,汽缸一次次地被加熱,又一次次地被冷卻,從而浪費了很多潛熱。要提高蒸汽機的效率,關鍵在於解決蒸汽的冷凝問題。瓦特開始陷入思考:怎樣才能找到一個既能保持汽缸的原有熱量,又能使蒸汽凝縮的辦法?