■ 孺子牛的來曆
《左傳·哀公六年》載:“鮑子曰:汝忘君之為孺子牛而折其齒乎?而背之也。”這裏“孺子”,乃是春秋時齊景公幼子的名字。
史載,齊景公非常寵愛孺子。有一次,他在後宮逗孺子玩耍,自己竟趴在地上,口銜繩子,讓孺子當牛騎。孺子正玩得高興,一不小心從“牛”背上跌了下來,那繩子一下子把齊景公的牙齒給折斷了。顯然,當年的“孺子牛”是指齊景公及他對孺子的寵愛。
魯迅先生的詩句“橫眉冷對千夫指,俯首甘為孺子牛”,將其引用,目的是為了用來表達自己對人民大眾的無限忠誠。
■ 一字千金的由來
“一字千金”形容文章寫得出奇的好,渾然一體,一個字也改不得。這一成語最早源於《史記·呂不韋列傳》。
據書中記載,2000多年前,秦國的宰相呂不韋組織他的門客集體編纂了一部大書——《呂氏春秋》。書成之後,他把“稿本”掛在首都鹹陽的城門上,聲稱有能增刪一字者賞給千金。不知是因為這書實在編得好還是人們畏懼呂不韋的權勢,據說,竟沒人能夠拿走這筆高額的“獎金”。於是,這個故事引出了“一字千金”的成語。
這裏還有另外一種說法:西安碑林內有塊《大唐三藏聖教序碑》,是玄奘和尚從印度帶回的佛經,由他精心譯成後,請唐太宗作序文,再加上太子李治作《述聖記》答玄奘的謝表。此碑立於唐高宗鹹亨三年(公元672年)。
當時,朝廷要用晉代大書法家王羲之的字體來刻碑。長安洪福寺高僧懷仁知道此事後,便在王羲之所寫的作品中一個個地搜集,刻成了這塊王羲之字體的《聖教序碑》。
傳說懷仁在集字過程中,有幾個字怎麼也找不到,不得已奏請朝廷貼出告示,誰獻出碑文中急需的一個字,賞金一千。這就是“一字千金”的由來,後人把此碑的拓本稱做《千金帖》。
■ 三令五申的由來
“三令五申”是我國古代的軍令,即軍事紀律的簡稱,它最早出自《史記·孫子吳起列傳》:“出宮中美女得百八十人,孫子分為二隊……約束即布,乃設斧鉞,即三令五申之。”
宋代曾公亮撰《武經總要》時,對“三令五申”有明確說明。所謂“三令”,一令觀敵之謀,視道路之便,知生死之地;二令聽金鼓,視旌旗,以齊其耳目;三令舉斧,以宣其刑賞。所謂“五申”:一申賞罰,以一其心;二申視分合,以一其途;三申畫戰陣旌旗;四申夜戰聽火鼓;五申聽令不恭,視之以斧。
“三令”與“五申”的原意是教育將士應該在戰陣中或軍事行動中明確作戰守則。如今,“三令五申”並不是指必須執行的具體內容,而是再三地向下級命令告誡的含義。
■ 三教九流的由來
“三教”的說法起自三國時期,指的是儒、釋、道三種教派。儒,孔子所創,並非宗教,而漢儒為了抬高孔子的地位,把儒家學說渲染得像宗教一樣,就被人們看做宗教了。釋,指東漢時傳入我國的佛教,以其為印度釋迦牟尼所創而簡稱為釋。道,是東漢時創立的一種宗教,講究煉丹修道,尋求長生不老之法。河南嵩陽書院裏有一尊三神像,在一個頭上雕出了孔子、老子和釋迦牟尼的麵孔。
“九流”的說法,最早見於《漢書·藝文誌》,指的是春秋戰國時期的儒、墨、道、法、雜、農、陰陽、縱橫、各九種學術流派。後來,人們把宗教、學術中的各種流派統稱之為“三教九流”。隨著時間的推移,人們又把它作為貶義詞,泛指那些在江湖上從事各種行當的人。
■ 十惡不赦的由來
“十”在語境中表示最多、全了、滿了。十惡不赦,那就是惡貫滿盈了,常用來形容罪大惡極、不可寬恕的人。
實際上,“十惡”真是律法規定的十條大罪,始見於1300年前的北齊的法律。隋、唐把這十條大罪的內容略加增刪,正式定名為“十惡”寫在法律的最前麵,以示嚴重。以後經曆宋、元、明、清各代,都規定犯了“十惡”罪不能赦免。
古代“十惡”罪的內容是:
謀反,即企圖推翻朝廷;
大逆,即毀壞皇室的宗廟、陵墓和宮殿;
謀叛,即背叛朝廷;
惡逆,即毆打和謀殺祖父母、父母、伯叔等尊長;
不道,即殺戮無辜;
大不敬,即冒犯帝室尊嚴;
不孝,即不孝敬祖父母、父母,或在守孝期間結婚、作樂等;
不睦,即謀殺某些親屬,或毆打女子、控告丈夫等;
不義,即官吏之間互相殺害,士卒殺長官,學生殺老師,女子聞丈夫死而不舉哀或立即改嫁等;
內亂,親屬之間通奸或強奸等。
當時,由於“十惡”成為“不赦”之罪,影響深遠,以致人們一接觸到罪惡大、不可寬恕的事情,很自然地就稱為“十惡不赦”。
■ 五花八門的由來
“五花八門”比喻事物種類繁多,變化莫測,令人眼花繚亂。
在古代,“五花八門”原指“五花陣”與“八門陣”,都是古代兵法中的陣法名稱,後來成為比喻各行各業的暗語。
“五花”為:金菊花——賣茶的女人;木棉花——街上為人治病的郎中;水仙花——酒樓上的歌女;火辣花——玩雜耍的;土牛花——挑夫。
“八門”為:一門巾——算命占卦;二門皮——賣草藥的;三門彩——變戲法的;四門卦——江湖賣藝的;五門平——說書評彈的;六門圍——街頭賣唱的;七門調——搭篷紮紙的;八門聊——高台唱戲的。
後來,人們用“五花八門”泛指行業的繁雜和眾多,隨著時代發展,詞義重心發生變化,即由行業之稱擴展到其他各種事物了。
■ 千裏送鵝毛的由來
“千裏送鵝毛,禮輕情義重”是我國民間流行的俗語,表示禮物雖然不值什麼錢,但人與人的情誼無限。
相傳,唐貞觀年間,回紇使臣緬伯高奉國王命令,帶寶物向唐朝進貢,同時還帶了一隻他們認為世間稀有的白天鵝。緬伯高親自用籠子裝著護送。到了湖北沔陽地區,他見天鵝口渴,便放它到湖裏喝水。一不小心,天鵝展翅高飛,倉促間,緬伯高隻抓得一把鵝毛。這如何是好呢?他想來想去,隻好硬著頭皮,把鵝毛用綢緞包裹好,並附上自己寫的一首詩,送給唐太宗:
天鵝貢唐朝,山高路遠遙;
沔陽湖失寶,倒地哭嚎嚎;
上覆唐天子,請饒緬伯高;
物輕人義重,千裏送鵝毛。
唐太宗看了這首詩,十分嘉許,立即安撫來使,說:“千裏送鵝毛,禮輕情義重。”並把天鵝毛當做貴重禮品誠懇地收下來,還回送了一些中原土特產。
從此,“千裏送鵝毛,禮輕情義重”便成為一句流行的俗語了。
■ 狗咬呂洞賓的由來
“狗咬呂洞賓”是“苟杳呂洞賓”的訛變。苟杳與呂洞賓是同鄉,苟杳少年家貧,呂洞賓與其拜為兄弟,經常周濟他。後來幹脆把他接到自己家中攻讀四書五經,以求取功名利祿。
一天,呂的一位林姓朋友來訪,見苟杳儀表堂堂、一表人才,便想把妹妹許配給他,但呂洞賓並不同意這樁婚事。苟杳得知此事後,極力懇請呂為他做媒,呂略加思索後,要苟答應一個條件:“林女須先陪我三天。”此事一般人很難答應,但苟杳卻一口應承,並真的踐了約。待三天期滿,苟見新娘,新娘哭說:“郎君為何三夜都是天黑才來,埋頭讀書至天明便去?偏讓我獨守空床!”苟頓時做聲不得,良久悟及,原來是呂洞賓以此告誡自己莫因成婚而誤了讀書。於是謹記在心,終於考取功名做了官。
幾年以後,呂家失火落難,呂洞賓便去找苟杳求助。不料苟杳將呂洞賓留在家中,天天設宴相待,都一個多月了,就不答應資助之事。呂洞賓憤然離去。路上乞討時,獲一人同情,贈送銀子,才解了途中之窘。
至家,舊址上竟然新屋屹立,妻子正披麻戴孝,撫棺守靈。細問,原來是苟杳派人建造新屋,並送來棺材,說呂已客死異鄉。呂撬開棺材,見內有金銀,並附信一封。信雲:“苟杳不是負心郎,路送銀,家蓋房。你讓我妻守空房,我讓你妻哭斷腸!”至此,呂洞賓方恍然大悟,哭笑不得。
■ 有眼不識泰山的由來
“有眼不識泰山”往往形容某些人以下犯上、有眼無珠。孰不知,這條成語中的泰山,並非指山東省境內的那座名山,而是指我國古代的一位著名竹匠。
相傳,春秋時期著名的木匠魯班,經常招收徒弟。魯班十分珍視自己的聲譽,每隔一段時期,就要從徒弟中淘汰個別“不成器”的人。魯班徒弟中有個叫泰山的年輕人,看上去不很靈巧,技藝長進不大。為了維護班門的聲譽,魯班毅然淘汰了泰山。
事隔數年,一次魯班率徒閑逛集市,忽然發現一個貨攤上擺著許多做工講究的竹製家具,技藝達到了爐火純青的地步,顧客爭相搶購。愛才的魯班很想結識一下這位竹器高手,便向人打聽。人們告訴他,是魯班大師的徒弟、赫赫有名的泰山所作。
魯班聽了,不禁大吃一驚,想起當初之舉,深感愧悔,歎道:“我真是有眼不識泰山啊!”
教育學科
■ 學校的由來
公元前3000年左右,我國已有“圖象文字”和“象形文字”了。於是也就有了專門傳授和學習文字的機構“成均”,這就是學校的最初萌芽。
到了夏代,則有了正式以教為主的學校,稱為“校”。孟子說:“夏日校,教也。”商代生產力日益發展,文化日趨進步,科學日漸發達,因而學校又有增加,稱為“學”與“瞽宗”。
“學”又有“左學”、“右學”之別,前者專為“國老”而創,後者專為“庶老”而設。國庶之界在於貴族與平民。“學”以明人倫為主,“瞽宗”以習樂為宗。
西周是奴隸社會鼎盛時期,學校組織比較完善。當時分為國學與鄉學兩種。國學專為貴族子弟而設,按學生入學年齡與教育程度分為大學、小學兩級。鄉學主要按照當時地方行政區域而定。因地方區域大小不同,亦有塾、庠、序、校之別。
一般情況下,塾中優秀者,可升入鄉學而學於庠、序、校;庠、序、校中的優秀者可升入國學而學於大學。國學為中央直屬學校,鄉學是地方學校。
後來,人們稱呼私人設立的學校,叫私塾。庠、序成了鄉學之名。學則和校合並,成為教育機構的通稱,一直沿用到現在。
■ 科舉的由來
科舉取士製度創立於中國,它的誕生對世界文官製度產生了重要影響。
以科舉取人才始於隋朝。隋文帝楊堅統一天下後,為了獲取人才,規定每州每年貢士三人,保薦貢士的標準是文章華美者。公元599年,隋文帝又以“誌行修謹(有德)、清平幹濟(有才)”兩科選拔人才。
科舉製度,到了隋煬帝楊廣執政時,又進一步發展。公元607年定十科舉人,其中影響最大的是“文才秀美”一科,即進士科,提倡文人以詩賦獲取功名。
開科取士的製度在唐朝被繼承和完善起來。唐太宗李世民規定學士和鄉貢要接受吏部考試,科目為秀才、明經、進士、明法、明字、明算、一史、三史等,其中最為考生們熱衷的是明經與進士兩科。
明經主要考帖經,進士主要考詩賦。由於詩賦的形式活潑,考生可以自由發揮,展示自己的才華,所以當時不少名人往往進士登第而入仕途。
但進士科相對於明經科為難。當時有“三十老明經,五十少進士”的說法。但是一旦考中進士,升遷較快,易受到重用,因此在社會上較為人看重,所以考生們大量湧向進士科場。
隋唐興科舉取人才,這是我國封建社會用人製度的一大進步。此製度後來為西方社會所學習和改進,對推動西方大學製度改革作出了積極的貢獻。
■ 獨占鼇頭的由來
鼇為俗字,正字作鱉,本義為海中大鱉。俗稱狀元及第為獨占鼇頭。
因為在殿試中,選出狀元、榜眼、探花三甲後,就宣旨唱名,謂之臚傳。臚傳畢,讚禮官引東班狀元、西班榜眼二人,向前行至殿中之陛下(天子座前的階梯)迎接殿試榜,到達陛前則狀元稍前進,站在中陛石上,這中陛石上雕刻著一條龍和一隻大鱉,即古時所謂螭頭或螭首。
由於狀元一人獨占殿中的大鱉,所以就說他獨占(或作站)鱉頭,後來就借喻為考試得到第一的意思。
■ 考試的由來
中國是考試的發祥地。作為一個文化早熟型的國家,考試製度的最早淵源可以追溯到夏商周時期。
考試一詞由“考”與“試”二字組成,“考”與“試”是意義相近的兩個概念,皆有考查、檢測、考核等多重含義。
將“考”與“試”二字連用,始於西漢董仲舒的《春秋繁露》,該書《考功名篇》說:“考試之法,大者緩,小者急;貴者舒,而賤者促。諸侯月試其國,州伯時試其部,四試而一考。天子歲天下,三試而一考。前後三考而黜陟,命之曰計。”
由此可見,最初“考”字更側重於考核政績的含義,“試”字更側重於測度優劣的含義。當“考”與“試”合為一個詞之後,其內涵逐漸演變為特指考查知識或技能的方法和製度。
■ 幼兒園的由來
1802年,空想社會主義者歐文在蘇格蘭辦了一個實驗社會改革的大紡織廠,並為工人2~6歲的孩子開辦了“性格形成新學園”。這就是最早的幼兒園。
世界上最有影響的幼兒園是由德國教育家弗雷德裏克·弗洛伯爾創辦的。弗洛伯爾(1782~1852)生於德國圖林根地區。那時,在德國隻有少數富裕人家的孩子才能享受教育的權利,大多數學齡前兒童幾乎終日待在家裏。
麵對不公平狀況,1837年,弗洛伯爾在德國布蘭肯堡大膽地招收了一批兒童,成立了世界第一個教育學齡前兒童的組織。在這個組織裏,弗洛伯爾既不對孩子們進行單調的操練,更不體罰。他經常把孩子們帶到大自然中去,有時他們一起在花園或室內勞動。
他注重培養孩子們手工勞作的技能和集體活動的能力。他還教授孩子們演奏樂器,講授體育活動的知識,包括各種做遊戲的方法。
在多年的試驗後,弗洛伯爾正式將這一組織命名為兒童花園,即幼兒園。他之所以以此命名,是因為他想讓孩子們像花草樹木那樣,在人們的精心澆灌和培育下茁壯成長。
他的這種想法受到人們的歡迎。後來,世界上許多國家都紛紛采用了這個名稱。英語則用“kindergarden”一詞來表示幼兒園。
■ 大學的由來
中古時期的“大學”是有共同興趣的社會組織的統稱,最早的大學隻是學者或教師組成的社團,沒有建築物,一般都是臨時租一個大廳,或是一個大房間。
後來這種組織有所發展,有了永久性的房舍,並得到法律上的承認,變成了永久性的機構。第一所大學是9世紀建立在意大利索勒諾的一所醫校,於1231年改為大學。
12世紀末,意大利的巴隆那成立了一所較健全的大學,在這所大學裏設有法律、醫學、藝術,以及神學。中古時期最著名的高等學校是巴黎大學,正式成立於12世紀後半期。巴黎大學成為歐洲許多大學的榜樣。
英國的牛津大學和劍橋大學,美國的哈佛大學,都是以巴黎大學為藍圖而創立的。
■ 學分製的由來
學分製是目前高等學校的一種較普遍的管理製度。它以學分為計算學生學習數量的單位,學生隻有讀滿一定數量的學分,方能畢業。學分製可以作為教學計劃製訂、課時分配、教師工作量安排等的依據。
學分製是在選課製發展的基礎上產生的。18世紀末,由於科學技術的迅速發展,高等學校的傳統課程設置已不能滿足科技和生產的需要。學校必須增設新科學技術課程。
因此,課程體係變得越來越大,使得學生在一定年限內,已不可能全部修完這些課程,隻能在一定的專業或學科範圍內修習其中部分的必修課程,因此產生了選課製。最早實行選課製的是德國,而這種製度的普及和改進則是在美國,美國從18世紀末到19世紀中葉逐步地在大學中推行選課製。
到了19世紀末20世紀初,美國資本主義經濟迅速發展,社會分工和專業分工越來越自由化,導致了多種多樣的教學計劃地出況。這就需要一個能適應各種教學計劃的計量單位來進行教學管理,於是產生了學分製。
■ 學位、學銜的由來
學位製度起源於中世紀的歐洲。1130年,意大利的波倫那大學首次授予一位研究古羅馬法的學者以博士學位,不久又出現了碩士的稱號。博士為學位的第一級,碩士為第二級。
約13世紀初,法國巴黎大學才首創學士製,作為學位的最低一級。法國最初的學士稱號,是大學“錄取學生”的同義詞。但英國的學士學位是作為大學畢業成績良好的一個憑證。後來世界上很多國家都采用英國授予學士學位的方法,一直沿用至今。
學銜製早於學位製。在中世紀歐洲的一些大學中,教師分為教授、講師、助教三級。
學銜與學位兩者的關係,世界上從來沒有過統一的標準,都是各國根據各自的具體情況製定的。
■ 學位稱呼的由來
我國古代並沒有學位製度,但學士、碩士和博士的稱呼卻古已有之。碩士,在古代是對博學多聞、德高望重之人的一種尊稱。
在古代博士是一種官銜,從事編纂著作或教授學生、培養人才的工作,它的官階品位並不高。
學士最早隻是指在學校讀書的弟子。魏晉以後,成了以文學、技藝供奉朝廷的官吏,品位也不高。唐太宗時設文學館,學士的地位大大提高了。自宋至清,學士的品位一直很高。清朝的大學士官階為正一品,是文官之首。
日本明治年間從西方引進學位製度時,借用漢語中的博士、碩士、學士這些詞彙來翻譯英文。
到了清末民初,中國又從日本把這種譯法搬了回來。這樣,博士、碩士、學士的稱呼在中國才同現代學位製度有了關聯。
■ 博士後的由來
在國外,取得博士學位以後,許多博士經常協助導師在博士後科研流動站從事科研工作。獲準進入博士後科研流動站從事科學研究工作的博士學位獲得者,習慣上稱為博士後。
我國於1985年經國務院批準試行博士後研究製度。有關部門規定:在國內外獲得博士學位不久,品學兼優,身體健康,年齡在35歲以下(試辦期間年齡放寬到40歲),尚未分配工作或無正式工作崗位的青年,均可申請做博士後研究人員。
博士後研究人員進站的工作期限一般為兩年,期滿後必須流轉出站或轉到另一個站。在不同站流動的總期限不得超過4年。
博士後研究人員在戶口、工資、科研經費、基金、住房、職稱、工作分配和配偶、子女戶口隨遷方麵,享受一係列特殊優惠政策。
■ 留學生的由來
現在把留居國外的學生統統稱做“留學生”。其實這個名稱最早是由日本人發明的。其由來要追溯到唐代。
我國唐代經濟文化都相當發達,日本政府為了汲取中國的先進文化,曾多次派遣唐使來中國。
遣唐使因是外交使節,不能在中國停留時間太長。日本政府便想出各種辦法,一是派遣一些在遣唐使回國時也與他們一同回國的學生,當時稱之為“還學生”;一是派遣一部分在遣唐使回國後仍繼續留在中國學習的學生,這部分人就叫“留學生”。
以後,“留學生”一詞也在我國被沿用下來。
■ 語文的由來
清末廢科舉興“新學”時,有一門功課叫“國文”,教的是文言文。“五四”以後,白話文興起,小學“國文”改稱“國語”,側重白話文,提倡教學接近群眾實際語言;中學仍稱“國文”,側重文言,但加入一定的白話文。
1949年6月,華北人民政府教育部研究全國範圍使用的教材,確定中小學都應以學白話文為主,中學逐漸加點文言文,作文則一律寫白話文,要求在口頭上和書麵上,使學生能掌握接近生活實際、切合日常應用的語言能力;並采納葉聖陶先生的建議,不再用“國文”和“國語”兩個名稱,一律將教材稱為“語文”。
“語文”包括口頭語言和書麵語言兩個方麵:口頭的謂之語,書麵的謂之文;口頭的包括聽和說,書麵的包括讀和寫。
使用“語文”這個名稱,表明了要進行全麵的語言訓練,糾正封建社會長期遺留下來的書麵語言和口頭語言分家,教學裏隻管讀文章、寫文章,不管口語訓練的弊病。
■ 常用數學符號的由來
“+”“-”號都誕生在德國,至今已有500多年了。那時候,德國有個叫魏德曼的數學家,他非常勤勞,整天廢寢忘食地計算。
當時,還沒有什麼現成的符號可以使用,他在工作中,一邊計算,一邊自言自語地說:“在橫線上加一豎,就表示增加的意思。‘+’,你就叫加號吧!從加號中拿掉一豎就是減少的意思。好!‘-’,你就叫減號吧!”從此以後,“+”、“-”號就被他帶到了世界上。
“=”的名字叫“等號”,它是由16世紀的英國學者雷科特創造出來的。當年他在研究數學時,經常碰到兩個數字相等的情況,又無法標記,就決心創造一個符號。
比較了許多圖形和符號,他覺得“世界上再也沒有比兩條平行而又相等的直線更相同的了”。於是,他就用兩條平行線段來表示兩個相等的數,並給它取名為“等號”。
“×”號和“÷”號分別叫“乘號”和“除號”。乘號是18世紀美國數學家歐德萊發現的。乘法也是增加的意思,但又和加法有所不同,怎麼辦呢?他就把加號斜過來寫,表示數字增加的另一種運算法,並給它取名叫“乘號”。
“÷”號誕生在瑞士。當時,學者哈納在算賬時遇到要把一個整數分成幾份的問題,但沒有符號可以表示這種算法。於是,他就用一條橫線把兩個圓點分開來表示這種算法,並取名為“除號”。
■ 算術的由來
公元3世紀,亞曆山大科學院的丟番圖綜合整理了當時人們在數字方麵的經驗知識,彙編成《算術》一書。
他在書中提出了二百多個難題,成為一本係統的數學著作,但當時在羅馬帝國並未引起人們的重視。後來這本書傳入阿拉伯帝國,引起了阿拉伯人巨大的興趣,並對此書進行了研究。
1202年,生於比薩的意大利數學家萊昂納多發表《算經》一書,將阿拉伯筆算法引入西方。到了16世紀,經過阿拉伯人修正的丟番圖的《算術》又傳回西方。
這部著作於1621年印刷出版,它標誌著西方數學發展的新起點。在以後的17、18世紀,人們進行了一係列的研究,建立了古典算術。
而在我國,算術發展得很早。秦漢時即有算術專著《九章算術》了,並且我國古人在勾股定理、π值計算方麵都要領先於西方。
■ 代數的由來
公元852年,花剌子模數學家和天文學家阿爾-花剌子模寫了一本有影響的代數教科書。它的阿拉伯文書名是《aljabrW’al-muqabalah’》,意思是“結集一些未知數,使之與已知數匹配的技術”,其中的“aljabr”(結集)一詞,後來逐漸演變為拉丁文algebra。英文的“代數學”一詞也是algebra,是從拉丁文吸收去的。
清朝末年,有人翻譯西方代數書時,按音譯為“阿爾熱巴拉算法”。1859年,清代的翻譯家、數學家李善蘭(1811~1882年)在翻譯西方數學著作時,第一次把“algebra”譯為“代數學”。從此,“代數”這個名詞便一直在我國沿用下來。
■ 幾何學的由來
幾何學源於古代埃及。相傳古代埃及的尼羅河流域每年洪水定期泛濫,衝毀兩岸的莊稼、房屋,並且帶來大量泥沙。每當洪水退後,人們隻好重新勘定劃分田地,於是產生了最早的“測地學”。
據說,埃及人在實踐中發現,畫一個邊長比例為3、4、5的三角形,與長度為5的邊相對的角是直角,於是利用這個方法在地麵上畫出了直角。
後來,巴比倫人也知道了這個方法,並且發現,在三條邊長的比例為5、12、13的三角形中,與長度是13的邊相對的角也是直角。
公元前5世紀,年輕的希臘人畢達哥拉斯發現了眾所周知的畢達哥拉斯定理,也就是我國古時候所發現的勾股定理。
大約公元前300年,古希臘數學家歐幾裏得總結和整理了前人積累的測地學知識,創造性地編成了著名的幾何學經典著作——《幾何原本》。
公元1607年,我國科學家徐光啟與意大利傳教士利瑪竇合作翻譯了《幾何原本》的前6卷。在翻譯時,徐光啟一連想了十多個音似的漢字,但都不十分貼切。
一天散步時,他忽然想到一句古詩“河漢清且淺,相去複幾許”,猛然間,他從“幾許”想到“幾何”,geometry的字頭geo,音譯為“幾何”再貼切不過了。而漢文“幾何”的意義是“多少”,與原來的音、義非常近似。於是“幾何”開始在我國廣泛應用,並成為數學中重要的內容了。
■ 米和碼的由來
我國常用的長度單位分別為“千米”“米”“厘米”“毫米”,“米”是我們最為常用的。那麼“米”又是如何來的呢?
長度單位“米”是1791年由法國科學家以地球經線長度的四千萬分之一作為通用長度單位確定下來的。當今“米”作為長度單位,已在國際上廣泛應用。
與“米”相對應的還有一個長度單位,就是“碼”。國際上比較通用的長度單位“碼”,其出現比“米”還要早得多,有將近900年的曆史了。
它是英製長度單位,由英王亨裏希一世規定的。一天,亨裏希一世坐在寶座上,伸直手臂,蹺起大拇指,對大臣們說:“看見沒有,從我的鼻尖到大拇指的距離,就以此作為基本長度單位。”從那以後,“碼”作為長度單位一直沿用至今。據測算,1碼等於0.9144米。
■ π的由來
用尺子量可以知道長度,用秤稱可以了解重量,可是怎樣才能知道圓形的麵積呢?這個問題一直困擾著研究數學和丈量土地的人們。
不過,人們很早就知道,無論圓的麵積發生多大的變化,它的周長和直徑的比總是不會變的。這個比率就是人們常說的圓周率,現在用希臘字母π來表示。知道π的精確值,計算圓的周長、麵積、直徑、半徑時,就會感到非常方便。可是,人們發現π是個無限不循環的無理數。很多年過去了,許多數學家為了π的精確值耗費了無數心血。
在圓周率的研究中,中國取得了巨大的成就。
公元前1世紀,在《周髀算經》一書中就提出了“周三徑一”說,意思是圓的周長和直徑的比是3∶1。
但魏晉時期,數學家劉徽通過運算,卻發現“周三徑一”所提出的比率,隻是圓的內接正六邊形周長與直徑的比。他認為,圓內的多邊形邊數越多,周長就越接近圓的周長。他用這一思想指導實踐,創造了更符合科學原理的“割圓術”。從圓的內接192邊形一直算到內接正3072邊形,結果得出了π=3.1416的結論。
在中國南北朝時期,數學家祖衝之(429~500年)在圓周率的研究中取得了重大突破。他經過大量的科學實踐,計算π的數值在3.1415926和3.1415927之間。他是當時世界上計算圓周率最準確的數學家,為後人打開數學寶庫提供了鑰匙。
同時,他還算出了兩個近似的分數:“密率”是355,“約率”是22/7。其中,約率就是阿基米德計算出的數據,密率則是他首先發現的。他在《綴術》這部數學著作中記錄了自己的研究成果。可惜這部名著毀於戰火,沒有流傳到今天。
為了紀念祖衝之的傑出貢獻,後人給“密率”起了一個別名,叫“祖率”,還把月球上的一座環形山命名為“祖衝之山”。
在西方,人們在很早的時候就開始計算π的數值。公元前2世紀的數學大師阿基米德通過不斷計算,把圓周率算到了小數點後麵3位數。300年後的托勒密把圓周率精確到小數點後麵4位小數。
1427年,阿爾·卡西突破了祖衝之的研究成果,使圓周率的數值精確到小數點後麵16位。在歐洲,直到17世紀,安東尼鬆才算出了“密率”。
1973年,一位法國數學家算出了圓周率π的後100萬位數字,法國原子能委員會將其視若珍寶,特將它編印出版。這個成就被列入當年的“世界紀錄大全”。
到今天為止,世界上還沒有第二個人能依靠手工準確無誤地將圓周率的數值計算到100萬位以上。
■ 圓周值的由來
春秋戰國時,墨子給圓下過定義,他說圓是一條封閉曲線,它的中心與圓周上任何一點的距離都相等。
這個學說比希臘數學家歐幾裏得提出的要早100多年。那麼,又是誰將圓周定為360°的呢?這要追溯到3700多年前的古巴比倫。
當時巴比倫人認為,從視覺上來說,太陽從東邊地平線升起到西邊地平線落下,這條運行軌道即是天穹半圓。從地球上看,視覺中太陽的直徑剛好是天穹半圓的1/180,即180個太陽直徑恰是天穹半圓的長度。太陽每移一個直徑的位置,正好需要1“分”時間,因此,半圓就是180°,那麼整個圓周當然就是360°了。
■ 算盤的由來
中國古代眾多發明之中,算盤的應用範圍是非常廣的。它是古代最先進的計算工具,甚至改變了傳統的計算方法。
關於算盤的發明年代,至今有漢代、唐代、宋代、元末明初四種說法。專家們爭論不休,莫衷一是。
算盤的源頭一直可以追溯到古代的“籌算”。“籌算”就是用一種竹簽做籌碼來計算數值的方法。但用算籌計算非常麻煩,人們渴望有一種簡便的計算工具。為了適應人們的需要,算盤和珠算方法就出現了。
東漢的《數術記遺》一書,是最早提到珠算的書籍,既然珠算已經有了,很可能那時算盤已經被發明出來了。有人認為,宋代名畫《清明上河圖》中,還有出現算盤的畫麵。至於“算盤”一詞,則最早見於元代學者劉因的《靜修先生文集》一書中。
到了明朝,在《魯班木經》這部著作中,記錄了製造算盤的方法。而1573年的《盤珠算法》被人們公認為最早的珠算專著。書中繪有當時的算盤圖式,與現在通行的算盤毫無二致,此書的孤本現存於日本內閣文庫之中。
1592年,一個名叫程大位的人寫了一部《直指算法統宗》,使珠算得到推廣和普及。這部書共有17卷,收入了595個數學問題,而求解這些難題的計算工具就是算盤。此書的問世對明末乃至清代的傳統數學影響很深。
算盤有著簡單的結構,它的形狀為長方形,四周是木材製成的框子,框內有一根橫木,把算盤分為上下兩部分:上一珠當5,下一珠當l,具有“隨手撥珠,便成答數”,“珠動則數出”的長處。
算盤上從右到左排列著一根根木柱,分別代表個位、十位、百位、千位、萬位……與之相應的,則是一整套珠算口訣。人們口誦真訣、用手撥珠進行運算,非常簡便、迅捷。除此之外,算盤攜帶起來還非常方便。因此,人們越來越喜歡算盤,而中國全境的財會人員都開始運用這一先進工具。
明代以後,算盤逐漸向世界各地傳播。在日本、朝鮮、東南亞、印度及歐美,算盤的興盛持續了好幾個世紀。商業史家也很重視對算盤的記載,並不得不承認,它在頻繁的商業活動中扮演過非常重要的角色。
20世紀中葉以後,廉價而且準確的電子計算器被發明出來,算盤終於風光不再,漸漸成為懷舊者手中的玩賞之物。
■ 0與負數的由來
“0”這個字符,最早是在《詩經》一書中出現的,意為“暴風雨末了的小雨滴”。很顯然,它與現在所說的“0”毫無相同之處。
用“0”表示“沒有”,其源頭可以追溯到古書中缺字用“□”符號代替的習慣。古代的文獻資料中,凡是遇到缺字,一律用“□”代替,表示空缺。後來,“零”表示什麼也沒有,也用它來代替。人們用毛筆寫“□”,寫得快了,就變成了一個按順時針畫的圓圈“0”。於是,“0”就產生了。
魏晉之際出現了一位名叫劉徽的數學家。一次,他在為《九章算術》作注時,把“0”作為一個數字寫得很清楚。有了“0”表示空位的數字後,數學上的計數就變得更加方便、簡捷。
在世界上,古印度也是較早使用“0”的國度。直到17世紀,歐洲發現中國用畫圓圈來表示數字的方法很好,於是加以采用。可是他們畫“0”時,是按逆時針方向來畫的。
其實,中國人對數學的貢獻是巨大的。不但“0”是中國發明的,而且負數的發明權也應算到中國人身上。
在數學裏,比0還小的數就是負數。在日常生活和商業活動中,為了計算付出的錢數和盈餘的錢數,需要相對應的數值。於是,負數應運而生。
最遲在公元前2世紀的漢朝,中國人就知道使用負數了。《九章算術》一書正式提出了負數的概念,還羅列了負數加減法的運算法則。
對此,劉徽在注釋中進行了解釋——人們運算時如果使用籌算板,一般用黑籌表示負數,紅籌表示正數。另外,有人還用斜列表示負數,正列表示正數;還有的中國人用三角形表示正數,而將矩形作為負數的代表。
南宋楊輝在《詳解九章算法》一書中,把“益”、“從”、“除”和“消”,分別改為了“加”與“減”,這就使正負與加減的關係顯得更加明確。元代的朱世傑寫成了《算學啟蒙》一書。在這本著作中,他首次將“正負術”的概念寫入書中的《總括》,還提出了正負數的乘法法則。這種研究成果標誌著正負數研究邁出了新的步伐。
公元630年,在印度的婆羅摩笈多,小點、圓圈成了表示負數的符號。希臘的數學家丟番圖在解一個方程的時候,也運用了負數的概念。這些情況表明,中國人對正負數的認識,與印度相比要早7個世紀,與歐洲相比,則提前了10個世紀之久。
■ 小數的由來
小數點,這個看起來微不足道的符號,是在歐洲文藝複興時期出現的。但小數這個概念,則是中國人首先提出來的。
自古以來,中國人計算數值時,總是使用十進製計數法,很容易形成十進製分數,即小數。小數的出現,與測量的關係非常大。用尺子量東西,遇到不足一個測量單位的,就需要用更小的單位來表示。這些非常小的單位,是原單位的1/10、1/100、1/1000……漢代的數學家劉歆,在一篇為標準量器所寫的銘文中,提到的一個長度已準確到9.5個單位。
魏晉時期,在數學家劉徽的著述中,首次提到了小數。他在計算圓周率的過程中,用到尺、寸、分、厘、毫、秒、忽7個長度單位;對於忽以下更小的單位,他就統稱為“微數”。他還記述了一個1.355尺的直徑。
其實,數學專著《九章算術》已經談到平方根和得到的非整數的解,對留有餘數的計算結果進行了詳細說明。但他並不滿足於餘數,對一係列的十進製小數位用“微數法”進行表示。
南北朝的數學大師祖衝之,在計算圓周率的過程中,求得直徑為1丈的“圓周盈數三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽”,這就是人們常常提到的圓周率。他計算出的圓周率,在3.1415926~3.1415927之間,精確到了小數點後6位。
宋元之際,人們提到小數概念時顯得更加明確了。楊輝在《日用算法》一書中,提到了斤兩換算的口訣:“一求,隔位六二五;二求,退位一二五。”用現在的話說,1/16等於0.0625,2/16等於0.125。這裏的“隔位”、“退位”,已與後世小數點位置的含義相似。
秦九韶曾寫有《數術九章》一書,在該著作中,他把單位注在表示整數部分個位的籌碼之下。這實際上是世界上最早的小數表示法。
歐洲和阿拉伯國家,長期使用古巴比倫的60進位製。因此,10進製小數在那裏受到了限製。15世紀初,中亞有一個名叫阿爾·卡西的數學家,他是外國首位應用小數的人。他在《算術之鑰》這部著作中,提出了10進分數與60進分數之間的互換法則。
至於歐洲的數學家,他們直到15世紀末才開始進行小數的研究。1492年,佩洛斯的《算術》一書寫成,這部書是歐洲最早提到小數的學術著作。而小數點的使用,是1585年斯特文在《論十進》一書中才明確下來的。
■ 十進製的由來
“滿十進一”,指的是數學方麵較為重要的“十進位製”。
中國是全球最早發明和使用十進製的國家。在古代中國,以一、二、三、四……這類符號來記數有悠久的曆史。至遲在商周之際,中國人已經使用了十進製的計數法。
英國人李約瑟在《中國科學技術史》一書中,高度評價了十進位記數法。他指出:“總的說來,商代的數字係統,是比古巴比倫和古埃及同一時代的字體更為先進,更為科學的。”至遲在公元前3世紀的戰國,中國人對十進位製的算籌記數法,已經掌握得非常純熟了。
在古代,世界上使用十進製的國家並不太多,而十二進製和十六進製在外國則極為盛行。在秦朝以前,中國的度量衡製度並沒有得到統一,四進位、六進位、八進位和十進位製都得到應用。
秦始皇統一中國後,製定了統一度量衡製度的法令,以實現四海一家的夢想。到西漢末年,全國通用的新標準在製定後得到貫徹,除“衡”的單位以外,全國已基本上使用十進位製。到了唐朝,衡的單位又多了“錢”這個成員。
1“錢”,就是1/10“兩”。人們還發明了“錢”以下的十進製單位,包括“分”、“厘”、“毫”、“絲”、“忽”等。後來,“斤”以上的“均”、“石”兩個單位被政府廢除,改用“擔”這個單位。
可是,“擔”、“斤”、“兩”這三個單位,都不是十進位製的單位。“擔”與“斤”是百進位製,1擔等於100斤;“斤”與“兩”是十六進位製,1斤等於16兩。
除了關於度量衡的實踐以外,數學家寫下的大量著作中,記載了很多反映十進製的事實。漢代徐嶽在《數術記遺》中說:黃帝早就製定規矩,把數分為十等。而在實際的運用中又出現了下數、中數、上數三等的劃分。
下數“十十變之”,十萬曰億,十億曰兆,十兆曰京;中數“萬萬變之”,萬萬曰億,萬萬億曰兆,萬萬兆曰京;上數“數窮則變”,萬萬曰億,億億曰兆,兆兆曰京。這就是說,萬以上的數有各種相異的記數法,如十進、萬進等等。
在世界範圍,印度使用十進位製也很早,但與中國相比則晚了1000年。在歐洲,法國是使用十進位最早的國家。1799年,政府規定將十進製度量衡單位作為正式的計量單位。1840年,法國在全國統一使用十進製。但中國在這方麵,比法國提前了2000年。
■ 二進製的由來
17世紀時,萊布尼茨在哲學和數學兩方麵都取得了巨大成績。他很讚成二進位製,認為二進製算術具有深刻的理論邏輯意義。他在給中國傳教的布維特信中說,推行二進製算術,能對傳教事業起到促進作用。
沒想到,布維特卻回信說,他已在中國著作《易經》中見到了二進製算術,據說《易經》在中國已有3000年的曆史了。萊布尼茨看到信後非常驚異。於是,他發表了一篇論文,認為是中國人發明了二進製算術。
當時,布維特所看到的《易經》,是邵雍在11世紀編輯的版本。盡管64卦確實包括兩條直線,但在布維特之前,並沒有人把這當做二進製算術。
而在日後,二進製算術已成為計算機技術中的一個關鍵環節。在20世紀,二進製無人不知。1932年,溫·威廉斯正在劍橋卡文迪許實驗室從事研究工作。他設計了一種用來數粒子的高速電子計數器。這種計數器是把數目存儲在一個“二進製的刻度盤上”。
1938年,法國計算機專家庫菲格納爾提出,可以將二進製算術用於計算機技術之中。幾乎與此同時,衣阿華州立大學的物理學家亞塔納索夫,正在研究如何在電子方程計算機上運用二進製的原理,他向毛奇利描述了他的機器。
後來,毛奇利在賓夕法尼亞大學穆爾電氣工程學院工作,並被分配到一個研究小組進行研究。這個小組為現代的通用數字電子計算機提出了最早的設計方案。
後來,紐曼在賓夕法尼亞研究小組的總結報告中說:“雖然按十進製製造數字計算機,符合長期以來形成的傳統,但我們很想按二進製來設計我們的設備。”從此以後,二進製算術真的成為計算機語言。
有人指出,沒有二進製,就不會出現今天的電子計算機。
■ 阿拉伯數字的由來
要進行商品交換,就需要數數。在古代,一個農民如果僅僅與自己的家人一起生活,從自己耕種的土地和周圍的大自然中收獲,也許就不需要計量。但他如果碰到另外一個農民,而這個農民所種的莊稼與他的不一樣,他們就會有交換的需要。更多的人之間,各自有自己的產品,交換、計數就顯得更加有必要了。
早期的人類智力不發達,和兒童一樣。他們數起數來,有時會扳起手指頭來計數。可以說,人類最早的計算器就是手指頭。
隨著人類文明的進步,像人們喜歡用文字記錄語言一樣,人們對數字符號也有同樣的需要。於是,各種算術係統在全球各地迅速得到應用。
人們所說的阿拉伯數字,是在2500年前出現的,它的發明其實應歸功於印度人。後來,歐洲人從阿拉伯人那裏學到了這些數字,就以為它的發明者是阿拉伯人。
在公元前3世紀的阿索卡的佛像雕刻中,數字1、4和6已經出現。而在100年後的納納加特紀念碑上,人們又發現了2、4、6、7和9這些數字。大約在2世紀,除8以外的所有的阿拉伯數字都出現在書籍中。而數字0則是從中國傳到印度的。
在印度境外,美索不達米亞人最先使用阿拉伯數字。公元650年,美索不達米亞主教塞波克特寫下了一份筆記,該筆記就準確地提到了印度數字的確切的資料,隻是沒有提到0。到8世紀末,阿拉伯帝國的巴格達地區成功地翻譯出印度的天文表,阿拉伯學者才知道這些數字及其含義。
公元825年,一個名叫花刺子模的學者寫了一本《論數字》的小書。300年後,巴思的阿德拉德將其譯成拉丁文。隻是能讀懂拉丁文的歐洲人不多,所以這部著作並沒產生多大影響。
人們在西班牙發現了公元976年的手稿。這份手稿說明,在那個時期,歐洲人才了解了阿拉伯數字。
其實,不管阿拉伯數字到底是哪一國的產物,它對整個人類社會的重要影響是不言自明的。甚至,阿拉伯數字實際上成為人類最通用的語言。
■ 加速器的由來
在居裏夫人成功地發現了鐳之後,近半個世紀對原子的研究,都沒有出現新的進展。那個時候,人們缺乏倍數足夠大的顯微鏡來觀察原子,更不用說觀察比原子更小的核子了。
早在1919年,英國物理學家盧瑟福就產生了一個重要的科學設想:用氦核對氮原子進行攻擊,使若幹氮原子轉變成氧原子。1932年,英國物理學家查德威克發現了中子,科學家們非常興奮,於是信心百倍地參與到這個新領域之中。
1931年,為加利福尼亞大學服務的勞倫斯教授通過不懈努力,設計出一種“回旋加速器”。這台機器雖然不大,直徑連12厘米都不到,但內部卻極為精密。它沿環形軌道加速原子核的粒子,最多能把粒子加速到125萬電子伏。
從原理上說,加速器與小孩兒蕩秋千非常相似,它的運轉由於不斷推動而加快速度。在粒子加速器中,粒子在兩個強的電磁極之間通過,電磁極對粒子施加推力,一直到最高速度,這就意味著能量得到很大增加。
最後,當粒子束的能量達到理想程度時,就用磁場使它偏折,對靶子材料中的原子核進行轟擊。從射入粒子與原子核碰撞的情況,可以獲知有關物質結構的許多情況。整個“加速”、“轟擊”過程,可以拍成照片,作為科學工作者分析的材料。
人們通過速度、質量、電荷和別的特性,能夠看出軌跡照片。這就為科學家正確分析原子、核子、中子提供了技術上的條件。
從那以後,加速器的體積不斷加大。到目前為止,建於日內瓦附近的Q6加速器稱得上是世界第一。它的直徑接近5公裏,能發出30000000萬電子伏的脈衝。中國人對這方麵的研究也很感興趣,在北京,近年開始建造超大規模的加速器。
世界各國對核的研究還在進行,研究的目的是尋找原子結構中一些難題的答案。在研究過程中,人們又發現了一些非常奇怪的粒子,它們的行為和作用尚不為人所知。但是,沒有一種粒子是構成原子核、原子和宇宙的最小的不可再分的單位。
在科學探索的過程中,加速器會和以前一樣發揮巨大的作用。
■ 聲納的由來
聲納的作用是利用超聲波在水中的傳播和反射,完成導航和測距等任務。最初推動聲納研製的原動力是為了在海上作戰,而不是為了考察海洋。
1914年9月22日,德國的U-9型潛艇擊沉了3艘英國巡洋艦,英軍死傷者達到1200餘人。整個軍事行動僅用了3個小時。麵對德國潛艇的威脅,英國海軍迫切需要一種能探測水下勁敵的辦法。
早在1912年,理查森為了避免“泰坦尼克號”沉沒的悲劇再度發生,就已經提出使用超聲波,通過回聲對水下的物體進行探測。可是,直到“一戰”爆發前,這種想法依然沒有變為現實。
在1915年的巴黎,郎之萬和希洛斯基兩位科學家再次提出使用超聲波的問題。第二年,郎之萬通過水下的超聲波試驗,很快探測到從100米遠的鐵板反射回來的聲音。接下來的問題就是要想出一種方法來產生超聲波脈衝,以及接收從水下物體反射回來的聲音,接收回聲的方法要使水下物體的位置能計算出來。
多年前,比埃爾·居裏和雅克·居裏第一次發現了壓電效應。他們通過細心觀察,知道石英在受到壓縮時會產生一個很小的電流。反過來,向石英施加一個電流,石英就會產生輕微的膨脹現象。顯然,石英和其他壓電物質既能做聲音的發射器,也能接收聲音。於是,郎之萬開始利用石英板進行研究工作。
幾乎同時,正在為帕克斯頓港的皇家海軍服務的波義爾教授,也進行了這種接收器的試驗,並取得了圓滿的成功,從而促進了有源聲納係統的發展。到1918年底,波義爾領導一個皇家海軍研究小組,試驗他們研製的聲納裝置,試驗地點是在一艘海軍軍艦上。
英國的這項代號為“阿斯迪克”的研究,在戰爭中進行嚴格的保密。當時,從事研究的人不能提到石英,要是必須提到它,就改說“阿斯迪克”。以至於直到20世紀50年代後期,當美國采用聲納來代替聲音導航和距離修正時,英國還把這種潛艇探測裝置稱之為“阿斯迪克”。
可是,聲納的缺點很突出,就是海流以及含鹽量、溫度不同的各層海水,會阻擋脈衝信號並使它失真,這種水層正是核潛艇良好的隱蔽場所。為了克服這個致命缺點,後來科學家們又研製出可變深度聲納(VDS),可以由絞車沉到海水阻礙層以下,最大深度可達到150~200米左右。
■ 魚群探測器的由來
1926年,一艘法國輪船在紐芬蘭海域航行。突然,船上用來探測海洋的回聲探測儀上,收到了一種出現多次、非常反常的信號。後來,船上的人發現,當一群鱈魚遊近時,這種信號就顯得更加強烈。他們認為,這種回聲信號與成群的鱈魚密切相關。
這一偶然的發現,使人們得到了這樣的啟示:聲音如果與海洋裏的生物群相遇,也能反射回來。這個啟示成了人們研製魚群探測器的根據。於是,許多科學家進入了相關的研究領域,包括研究聲波在水中的傳播特性、電能和聲能的轉換裝置。
1934年,有人在探測魚群時,運用了導航的電子音響探測儀。到了40年代,科學家們幾經挫折,終於研究出專門用於捕魚的魚群探測器。
常見的魚群探測器屬於一種聲納探魚儀。它的結構非常簡單,有一個送波器,還有一個受波器。它的工作原理是:接通探測器的電源後,記錄器就發出一個起始信號,使發射器產生一個超聲頻率的電脈衝信號,再向換能器傳遞;換能器把脈衝轉換成相同頻率的聲脈衝,發射到海水之中,聲脈衝與魚群相遇後被反射回來;換能器接收到反射聲波後,轉換成同頻率電脈衝信號,輸入記錄器,從而使魚群的位置得到確切顯示。
上世紀50年代以來,魚群探測技術得到了迅速的發展。到60年代,探測深度已經達到了1700米,還出現了熒光屏的顯示聲納。70~80年代,挪威人發明了CD環視聲納係統,如果利用船上的計程儀、羅經、聲納和計算機,熒光屏上就會出現一個以漁船為中心的捕撈過程的圖像,包括漁場位置、方向、漁船和漁具的相對移動以及魚群的洄遊情況。
時至今日,漁民們在捕魚時已經使用了彩色探魚儀,這使得探魚效果提高得很快。
■ 激光器的由來
在20世紀最重大的科學技術成就之中,激光器確實值得大書特書。它以高亮度、高方向性、高單色性、高相幹性的突出特點,在科技領域被人們廣泛應用。
1916年,愛因斯坦寫成了《關於輻射的量子理論》一文,並且公開發表。他在文章中第一次提出受激輻射的概念。這是一種放大了的相幹光子,而兩個光子的方向、頻率、位相、偏振完全一致。
後來,人們對物質的微觀結構有了更透徹的認識,微觀粒子的能量分布、跳躍和光子輻射也有了更有說服力的證據,這就在客觀上使愛因斯坦的輻射理論完善起來,為激光的產生鋪平了道路,為激光器的發明準備了條件。
1954年,美國科學家湯斯和他的助手戈登、蔡格一起研究,發明了氨分子束微波激射器。它能夠產生1.25厘米波長的微波,雖然隻有很小的功率,卻開了利用分子體係作為微波輻射器的先河。這件事在激光器的發明史上影響深遠。
1960年7月,年輕的美國科學家梅曼製成了全球第一台激光器——紅寶石激光器。這標誌著一種嶄新光源的出現。激光器與半導體、原子能、計算機一樣,被人們稱為20世紀的四大發明之一。
激光是一種神奇無比的光源。與電光源相比,它的優點相當突出。
首先,激光的亮度更高,是太陽的1億倍。如果從地球上發射一束激光,能毫不費勁地到達38萬公裏之外的月球。
其次,激光的色度更純,單色性與氪燈發射的紅色光相比,要高出10萬倍。
而且,激光的光束更直,它隻朝一個方向發射光束,屬於平行光。用通俗的話說,激光既不打彎,又能使極遠的地方接收到光束。
激光器在工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事諸多方麵,得到了的普遍應用,導致許多領域發生了變革。
■ 發電機的由來
提起發電機的發明,就不能不提科學史上的兩個巨人,一位是法拉第,另一位是西門子。
第一台發電機是西門子製造出來的,電磁學理論是這台機器的理論基礎。而享有盛譽的英國物理學家法拉第,則奠定了電磁學的實驗基礎。
1820年,奧斯特進行了多次試驗,發現了電流對磁針能產生作用。法拉第聽到這個信息,敏銳地認識到它的重要性。1821年,他在日記中寫下了一個重要的科學設想:用磁生電。
之後的一天他突然發現,一個通電線圈產生的磁力,盡管不能在另一個線圈中導致電流產生,可是,當通電線圈的電流剛接通,或是掐斷的一刹那,另一個線圈中的電流指針能產生微小的偏轉,則是毫無疑問的。
他抓住這個發現進行了好幾次試驗,終於得出一個結論:如果磁作用力發生變化,那麼另一個線圈中就會產生電流。
他發現線圈在磁場運動中能夠產生電流,從而明白了製造發電機的原理。按照這個原理,最初製造的幾種發電機,其所需的磁場是用永久磁鐵來提供的,用蒸汽機帶動線圈轉動。但這種發電機的磁場不夠強,發電效率不高,所以要想推廣開來也很困難。
1866年,那時德國的西門子還是一位工程師,他發明了一台發電機。這台機器能夠提供強有力的電流,從而使發電機這種機器由實驗中的樣品,轉變為用於現實生活中的產品。
以前,西門子曾在軍隊裏當過炮兵。那時的他就對科學研究非常著迷,對新發展起來的電報表現出了異乎尋常的興趣。1847年,他組建了以自己名字命名的公司,開始生產電報設備,建立電報線路。這家公司後來成為跨國集團。
為了解決德國電鍍工業對電力的需要,1866年,公司實驗室成功地研製出一項產品,即用電磁鐵代替永久磁鐵的自激磁場式發電機。它的發電效率高,發電容量大,為現代電力工業打下了牢固的基礎。
發電機問世以後,發電廠一座座建立起來,輸電網也出現了。發電機如同光明之源,它的問世,標誌著人類已經步入電氣化時代。
■ 電動機的由來
早在1821年,法拉第就相信,通過一些科學手段,電力可以轉變為旋轉運動。可是,最初問世的電動機,其作用不過是供人玩樂罷了。1835年,美國的一個鐵匠達文波特,製成了全球第一台實用電動機。這台機器成為後世電動機製造業的藍本。
從原理上說,讓電流從金屬線圈通過,形成電磁鐵,就可以產生供人利用的強力磁場。電磁鐵與普通磁鐵(永久磁鐵)一樣有南北極,兩者的差別是電磁鐵的南北極能夠互換,隻倒轉電流方向就可以了。
如果在兩極之間懸一個指南針,它會先指向一個方向,電流如果發生逆轉,它又會指向相反方向。一個簡單的電動機製造起來非常容易,隻是等到指南針轉了半圈,就要迅速地把電磁鐵線圈中的電流逆轉。這樣一來,指南針的旋轉就會得到延續了。
1839年,在電動機的體積和馬力加大之後,這種機器又用來製造驅動力,使一台印刷機運轉。該印刷機印刷的第一份資料,是美國最早的電學期刊《電磁和機械情報》。可是,由於電動機的電力是從電池中得到的,成本太高,所以推廣起來太困難了。
1873年,一個叫格蘭姆的比利時工程師創製了第一個直流發電機。在設計上,它與電動機相似的地方很多。同年,這一發明應用於他在巴黎開辦的工廠中。
1885年,美國出現了一種全新的電動機——感應電動機。它的發明者是台斯拉。這位科學家曾因應用法拉第所發現的電磁感應現象而出了名。
1902年,一個名叫丹尼爾森的瑞典工程師,將自己的構想向同行們宣布:用一個安裝在軸上的磁鐵,代替感應電動機的非磁性轉子。如果這樣做了,由電磁線圈產生的旋轉磁場就會帶動轉子轉動,不用再利用感應電流了。
這種電動機的轉速,與磁場的轉速毫無二致,這就是同步電動機。單從功率來比較,它所產生的功率比感應電動機要小一些。但它的轉速非常精確,裝在鍾表、電唱機和磁帶錄音機裏尤為合適。