第一部分
魯班
魯班,生於公元前507年,約卒於公元前444年左右。姓公輸,名般,又稱公輸子、般輸、魯般。魯國(今山東曲阜)人,中國春秋時期科學家。
魯班應稱作公輸般,因為他是魯國人,“般”與“班”同音,古時通用,所以人們常稱他為魯班。
魯班出身於手工業家庭,所以從小便受到熏陶,跟隨家裏人參加各種建築工程勞動,積累了豐富的實踐經驗。
魯班是我國古代最優秀的土木建築工匠之一,也是相傳有許多發明創造的大發明家。從古至今兩千多年來,他一直被土木建築工匠們尊奉為祖師。
魯班在機械、土木、手工藝等方麵都有所發明。在公元前450年左右,他來到楚國,開始幫楚國製造進攻型的武器。他曾創製出雲梯和鉤強用以攻打宋國,但是被墨子及時地製止了。後來在墨子的勸說下,魯班開始專門從事製造一些實用的生產生活工具,造福於人民。
魯班的發明創造有很多。據《物原》、《古史考》等很多古籍記載,木工所使用的不少工具都是他創造的。像曲尺(也稱矩),就是魯班發明的,所有又叫做“魯班尺”。還有墨鬥、刨、鑽、鑿子、鋸、鏟子等器具,傳說都是魯班發明的。
魯班還是一個很高明的機械發明家,他做的鎖,機關於內裏,表麵看不出痕跡,必須要有配置好的鑰匙才能打開。《墨子·魯問篇》中有這樣的記載:“公輸子削竹木以為鵲,成而飛之,三日不下。”說的是魯班造出的木鳥能乘風力飛翔,三天不會降落。另傳說魯班還製造過一種機動的木車馬,這部機械由木人駕馭,內置機關,可以自由任意行走。後世的許多科學家,都受其影響,努力的探索過其中的奧妙。
魯班還發明過不少的農機器具,先進的農業工具是古代農業發達的重要條件之一。在《世本》和《物原·器原》記載他製作了石礎、礱、磨、碾子等當時很先進的糧食加工機械。
古代民間還傳說他曾主持造過橋梁,他的妻子雲氏為了使工人們不受日曬雨淋而發明了雨傘。
當然,有些關於魯班的傳說未免誇張,可能與史實有些出入。可是這些有關他的發明創造的故事,實際上就是我國從古至今一代代充滿智慧的勞動者的故事。
愛德華·琴納
愛德華·琴納,英國醫生,牛痘接種法的創始人。琴納出生於英格蘭格洛斯特郡伯克利的一個普通人家,父親是當地的一名鄉村牧師。他有兩個哥哥,比他大近20歲,也繼承父業做起了牧師。在他5歲的時候,父親不幸去世,小琴納就和母親一起跟隨長兄一家人一起生活。
到了該上學的年齡,長兄將他送進了教會學校。但好動的琴納麵對神學著作毫無興趣,他最大的愛好是“玩”。他常常和小夥伴們一起在伯克利村附近的小丘、山穀、草地和樹林漫遊。他喜歡掏鳥窩,特意去捕捉各種昆蟲、小動物,他也對植物的種子、各種礦物、化石充滿著濃厚的興趣。他還利用林耐的雙名命名法對自己收藏的標本進行分類。他的小屋,簡直就是一個動物園、植物園、貯藏室三者的結合體。
琴納的小學校長沃什伯恩是一個嚴厲而又十分守舊的人,他不喜歡學生提出各種問題,反對學生閱讀神學以外的課外讀物,認為琴納閱讀生物學著作完全是浪費時間,甚至是危險的。有一次,他把琴納叫到自己的辦公室,嚴厲地對他說:“你現在的思想觀點很危險,我得提醒你,科學與宗教是直接對立的,你最好不要去碰科學。你那愚蠢而又肮髒的愛好會得罪上帝的!”
在這樣的學校裏,琴納感到身心受到了極大的摧殘,無心學習,經常逃課。長兄見他對神學實在無興趣,就尊重他的意願,讓他跟隨索德伯裏城的外科醫生盧德格學習醫學知識。當時琴納年僅13歲。在盧德格家,琴納開始了八年的學徒生活。學徒生活雖然十分清苦,但琴納認為可以學到許多有用的知識,因而覺得很有樂趣。
1770年,在盧德格醫生的大力推薦下,琴納來到了倫敦最著名的外科醫生亨特那裏學習。三年之後,琴納返回了伯克利農場,開始了自己的行醫生涯。
琴納作為一名醫生,之所以能載入史冊,是因為他找到了治療天花的辦法,即牛痘接種法。
天花,在歐洲曆史上有一段時期被人們稱為“死神忠實的幫凶”。隻要有一人得了天花,恐怖就會籠罩整個地區和國家,甚至整個歐洲。天花的傳染性非常強,輕微的接觸都會使周圍的人染上天花病毒,而且傳播速度極快。人們經常是談“天花”色變。
一連好多年,琴納所在的伯克利山穀都沒有發生過天花。一天,突然有消息傳來,說有一個人已經染上了天花。這引起了整個山穀以及附近居民的普遍恐慌,似乎一場大的災難已經降臨。
琴納作為當地醫生,對病人采取治療措施是他義不容辭的責任。但最令他感到頭疼的問題是病人的護理,因為護理人員最容易受到傳染。一般的人是不能護理天花患者的,隻得去找以前患過天花、現在已經痊愈的人。但這樣的人實在太少了。病人的家屬最後找來了一位擠奶女工。琴納見她皮膚光滑白嫩,臉上也沒有天花的麻痕斑點,就認定她以前沒有得過天花,因此不同意讓她擔任病人的護理工作。
“我確實沒有得過天花,但我曾經出過牛痘。因此肯定不會染上天花。”擠奶女工堅定地說。
擠奶女工的話讓琴納想起了盧德格對他說的“奶區迷信”。即長期與奶牛接觸的人很少會染上天花。於是他同意讓這位擠奶女工來護理病人,並對她交待了應該注意的事項。
幾個月後病人終於痊愈了,琴納臉上留下了永遠消不去的麻點,而那位擠奶女工卻安然無恙,皮膚依然白嫩。這件事激起了他多年來藏在心底的疑團:天花與牛痘究竟有什麼關係呢?如何來解開這個疑團呢?琴納記起了亨特的教誨。他決定從調查入手。他來到多個牧場,向一些老牧場主詳細詢問有關牛痘方麵的知識,諸如人是如何感染上牛痘的?感染上牛痘的人有沒有人再得過天花?
調查費時費力,但經過多年的努力,他終於得出理論上的結論,即感染過牛痘的人是不會得上天花的。理論需要通過實踐來檢驗。於是琴納張貼了一張廣告,征集得過牛痘的誌願人員,要在他們身上注射天花病毒進行試驗。最後終於找到了五個誌願者。在他們身上注射病毒半個月之後,誌願者沒有任何不良反應,半年之後,還是平安無事。琴納的研究工作取得了巨大的成功。
但琴納還想在人體上先接種牛痘,觀察其反應,然後再接種天花,進行理論驗證,但沒有人敢於這樣做,他的研究工作隻得暫時停了下來。
1796年4月,一位中年婦女帶著8歲的兒子傑米·菲浦士來到琴納的診所,要求在兒子身上進行試驗。琴納大為感動,激動地說:“你真偉大!你知不知道,現在有許多人,包括專業的外科醫生在內,都不相信我的理論,有人認為是瀆犯神明,有人認為會長出牛臉來。”
琴納在傑米·菲浦士身上的試驗又獲得了巨大的成功。在注射牛痘、再接種天花後,傑米沒有出現任何不良反應。這充分證明:琴納用接種牛痘預防天花的免疫方法成功了!
然而,當琴納將辛辛苦苦曆經三十多年的觀察、試驗、研究後的重大成果拿到皇家學會請求發表時,遭到的卻是人們的冷嘲熱諷。琴納雖然十分失望,卻沒有氣餒,他相信科學終將戰勝愚昧。1798年,琴納自費出版了《接種牛痘的原因和效果的調查》這一科學巨作。在鐵的事實麵前,頑固不化的人們終於低下他們高貴的頭顱。法國皇帝拿破侖公開鼓勵全體法國公民接種牛痘,維也納醫生卡羅博土也大力推廣牛痘接種。在俄國、丹麥、普魯士、意大利、土耳其乃至東方的印度,都有人開始用牛痘接種來預防天花。
琴納的價值終於得到了世人的肯定,英國政府給他頒發了科學獎金。1823年,琴納逝世。為了紀念這位天花的“克星”,人們特地為他建造了一座巨大的人體雕塑——琴納正在聚精會神地為抱在自己懷裏的嬰兒接種牛痘呢!雕塑下的碑座上刻著這樣一句話:向母親、孩子、人民的英雄致敬!
威廉·赫謝爾
紅外線研究方麵的新進展,使天文學家有可能測量火星上的大氣的濃度,使醫生更容易診斷癌症,使探險者在極地考察時能有更好的儀器。
紅外線是不可見的光。它位於光譜上紅色光的外側。它的存在早在1800年就為人所知了。當時一位名叫威廉·赫謝爾的英國天文學家用溫度計測量色譜,當他把溫度計移到紅色帶的邊沿時,溫度計的讀數升高了。他把溫度計挪出紅色帶,放在沒有顯示光存在的地方,溫度計的讀數反而升得更高。
赫謝爾爵士知道自己發現了一種新的光,它是肉眼看不見的,但能被溫度計覺察出來。他命名它為紅外線,意思是說它在紅色光的下方。
紅外線得到實際運用隻是近些年的事。本來太空署有一個用降落傘在火星登陸的計劃,後來通過衛星進行紅外線掃描,發現火星的大氣太稀,不能軟著陸,於是這個計劃就打消了。
1961年,英國的醫生們發現,乳房癌的溫度略高於正常的組織。這個發現導致醫學紅外線照相機(或稱自記溫度計)的誕生。它廣泛地用於診斷癌症,判斷燒傷的深度,以及找出中風的前兆。
科學家們用紅外線來檢查北極服裝的保溫效率,發現在衣服的拉鏈外最會喪失體溫。多虧有了熱攝影術,如今極地工作者們穿得更暖和了。
H·C·奧斯特
19世紀以前,人們普遍認同吉爾伯特的觀點,認為電和磁是不相關的。直到伏打電池的發明以及磁效應的發現,電與磁的研究才如雨後春筍般成長起來,很多物理學家改變了自己原來的研究而投向電磁研究,從而取得了一個又一個研究成果,推動認識世界之本質。
1819年冬,H·C·奧斯特在哥本哈根大學開辦一個自然科學的講座。
講座已經連續講了很長時間,這使得奧斯特能夠很長時間地研究講座問題——電磁問題。他在備課和講課的過程中發現了很多新問題。
一次,奧斯特為大家講電流與發熱。早期的物理學家發現,電流通過任何導線時,就會發熱,多少會依照導線的性質而改變。這種熱效應在現在的電熱、電暖方麵有很大的實用價值。
熱效應就是奧斯特講座的內容。奧斯特為大家講述:“電流通過導線時會產生光和熱,產生的熱向四周輻射。”然後,他讓助手通電。他特意在電流附近安置了磁針。
這是為什麼呢?
原來,在這堂課之前,奧斯特有過一個想法,他讓電流通過極細的鉑絲,在導線下放置了小磁針,然而出現了一個意外,使他沒能成功地得出結論。
利用這次講座的機會,他順便安置了一個磁針。在助手接通電源的那一瞬間,奧斯特掃了一眼磁針,隻見小磁針忽然動了一下!
這個現象太驚人了。
下課之後,奧斯特異常欣喜,他重複實驗,並且設計不同的方案仔細研究。用了三個多月的時間,做了60多次實驗,終於發現了電流的磁效應,即從電生磁。革命性的發現從奧斯特的實驗中誕生了。
奧斯特出生於丹麥的魯德克賓市。1806年,剛29歲的他被聘為丹麥哥本哈根大學的教授。一直到去世,他都是學院技術理論的領導人之一。
奧斯特之所以能打破舊的思維,發現革命性的現象,與他的哲學思想密切相關。
18、19世紀時,偉大的康德是自然哲學思潮的代表人。自然哲學重視自然界中物體之間的相互聯係,尤其是自然力及其相互轉化的思想影響了很多科學家。這種哲學批評牛頓的機械論成分。到了謝林,他更明確地提出自然力是統一力的思想觀點。
奧斯特一直對康德哲學情有獨鍾。他周遊歐洲,更是一位熱心的自然哲學學派的擁護者和信奉者。他堅信客觀世界的各種力具有統一性。
1812年開始,奧斯特受到了富蘭克林研究的影響。富蘭克林發現,萊頓瓶放電會使鋼針磁化。於是奧斯特認為,電不是轉化不成磁,而是應該尋找怎樣才能轉化成磁的辦法。
1812年,奧斯特出版了《關於化學力與電力的統一研究》,他提出導線可能產生磁效應。
1820年7月21日,《關於磁針上電流碰撞的實驗》一文發表,論文指明,電流所產生的磁力既不與電流的方向相同也不是相反,而是與電流方向垂直。此外,電流可以穿透周圍的非磁物質而影響磁針。
這一個偉大發現轟動歐洲。
科學界裏,安培敏感地抓住了這個問題。他繼續實驗,加以發展並用複雜的現象研究,提出了著名的安培定律。
從1820年7月21日奧斯特發現電流的磁效應到12月4日安培提出定律,一共隻有四個月多一點兒,時間很短,但卻很重要。
其意義在於:電磁學經曆了從現象的總結到理論歸納的質的飛躍,開創了電動力學理論。
漢弗萊·戴維
1778年12月17日,漢弗萊·戴維出生於英國西南部康沃爾郡彭讚斯城一個下層中產階級家庭。漢弗萊6歲那年進入當地的文法學校。在校期間,他是個貪玩的學生,整天熱衷於釣魚,到野外尋找樂趣。但他天賦極高,總是能很快地理解課本上的知識。為了使他的才能有更大的發揮,父親聽從老師的勸告,在1793年把他送到彭讚斯城繼續學習,住在母親的養父約翰·湯金先生住的閣樓上。在這裏,透過窗子可以欣賞大海的波浪,日出和日沒,還可以寫詩。大自然永遠使他心潮澎湃,他常高聲朗誦十四行詩來抒發自己的感情。
在這裏,戴維迷上了化學試驗。可是父親的突然去世破壞了他的計劃。母親寄來的錢,甚至連吃飯都不夠。戴維被迫停止了使他入迷的實驗,把化學實驗裝置鎖在櫃櫥裏。在這種情況下,湯金先生建議戴維去約翰·博萊斯先生的藥房工作。博萊斯是個有著豐富實踐經驗的好醫生,戴維在他的實驗室裏全力以赴地工作,以實現成為一個醫生的理想。他走進珍藏著大量醫學文獻書籍的圖書館,在浩瀚的巨著中,他發現了拉瓦錫的著作,接著找到了尼柯爾森的《化學辭典》。年輕的戴維讀了這些化學家的著作以後才理解到,研究化學才是他的真正誌向,他開始從事化學研究,貝爾斯邀請戴維到克裏夫頓他的實驗室去工作。
戴維愉快地接受了邀請。他承擔的第一個任務,是研究一氧化二氮的特性。按照美國科學家塞繆爾·米切爾的意見,這種氣體吸入呼吸器官,會使人患嚴重疾病。但戴維查明,一氧化工氮對人體絕對無害。
後來經過多次實驗證明,這個結論是正確的。他把實驗結果寫成《關於吸入一氧化二氮有關的化學及科學研究》這篇論文,從此他一躍成為聞名於世的科學家。戴維為了做實驗,經常吸入各種氣體做實驗,在一次進行含一氧化碳的煤氣吸入實驗時,他險些喪命。然而,摯愛著真理的戴維早已把一切置之度外了。
戴維一生對科學界作出了很多貢獻。1829年5月29日逝世,終年才51歲。
到1800年,戴維把研究目標轉向電化學。伏特發明的電堆(後來的電池)於1800年公開之前,這一了不起的新發明就已經私下傳開。戴維也不失時機地進入這個新領域,並在短短六個月內發表了6篇論文。
1801年,應朗福德伯爵的邀請,戴維到倫敦皇家研究院擔任化學助教職務。
1802年,23歲的戴維被晉升為教授,在擠滿聽眾的禮堂裏,戴維的講課很快使他博得了卓越雄辯家的聲譽。在很短的時間內,戴維成了倫敦風靡一時的人物。到處是讚美和仰慕。塵世的浮華,沒有衝昏這位年輕科學家的頭腦。戴維仍然講授應用化學和農業化學課程,致力於各種科學研究工作。同時,他繼續關心電的化學作用問題。1806年,在英國皇家學會貝卡講演會上,戴維發表了《有關電的若幹化學作用》的論文,引起學術界的轟動。盡管當時英法兩國之間正進行著戰爭,但法國科學院仍為這篇論文贈予他3000法郎獎金。
1807年11月19日,戴維發表了發現堿金屬的報告,又一次引起學術界的震動。這位科學家從自己的成就和普遍讚揚聲中受到了鼓舞,在實驗室裏展開了更深入的工作。初步的研究使他發現了兩種新金屬:鉀和鈉。但這是不夠的,關於它們的性質,戴維一無所知,因為還不能大量地提取這些金屬,鈉和鉀具有非常活潑的反應能力。
戴維開始了一係列的實驗,在一次實驗中,鈉和鉀兩種金屬與水產生極其強烈的反應,爆炸聲中戴維的右眼受傷導致失明。然而,戴維並未因此退卻,他仍然執著地去探求堿金屬的性質。在初步確定了鈉和鉀的性質後,他於1808年又相繼用電解法分離出了鋇、鍶、鎂、硼等新元素。1812年4月8日,鑒於他在發展科學方麵建立的功勳,漢弗萊·戴維被英國王室授予爵士稱號。
1815年,英國幾個煤礦發生了大災難,礦井中瓦斯爆炸事故使數千名礦工喪生。受煤礦災害事故預防會的委托,戴維開始了關於火焰與氣體的防爆問題的研究工作,結果研製成功全世界普遍采用的安全燈。這一發明使礦工們永遠擺脫了瓦斯的威脅。這是戴維在應用科學領域內最重要的成就,也是他最後一項重要研究成果。當時戴維說,這項工作是為了給人類造福而不是謀私利的,所以他未索取專利權。由於這一功績,戴維獲得了朗福德勳章。1820年,他當選為皇家學會會長。
戴維矢誌化學而不惜生命,取得了巨大的成就。可以說戴維的成功,是在自己天賦的基礎上,用勤奮和刻苦換來的。他矢誌真理,勇於探索的精神將是永遠值得後人學習的。
喬治·斯蒂芬遜
喬治·斯蒂芬遜,英國人,蒸汽機車的發明者,1814年製造出了世界上第一台蒸汽火車機車。
1781年6月9日,斯蒂芬遜出生於英格蘭的一個普通家庭。父親是煤礦的一個蒸汽機司爐工,母親是一位勤勞樸實的家庭婦女。一家八口人,全靠父親一個人的微薄工資生活,日子過得十分艱難,幾個孩子都沒有上學的機會。斯蒂芬遜8歲那年,他就去給人家放牛了。但斯蒂芬遜有著強烈的求知欲,經常向人們問各種各樣的問題。他還經常給父親送飯,看到轟隆轟隆轉個不停的機器,他感到十分好奇,不停地向父親打聽這打聽那。但父親僅僅是一個司爐工,懂得的知識很少,並不能完全解答他的問題。斯蒂芬遜心想,等我長大了,一定想辦法把這台機器弄懂。
14歲那年,斯蒂芬遜當上了一名見習司爐工,兒時的夢想實現了一半,他終於有機會麵對這個轟隆隆的大機器仔細瞧一瞧、摸一摸了。但他並不滿足,他的最終想法是弄清機器裏麵是怎麼回事,為何能夠運轉。他在不斷尋找著機會。然而一年過去了,他還是沒有找到恰當的機會。有時,他手直發癢,真想把機器打開,仔細瞧一瞧,但現實不允許。
功夫不負有心人,機會終於來了。有一天,總工程師說要把這台機器清洗一下,斯蒂芬遜自告奮勇地說他願意下班後清洗。待其他工人師傅都下班回家後,斯蒂芬遜打來一盆水,把機器外部擦了一遍。按要求,他隻能清洗機器外麵,但斯蒂芬遜覺得這樣的機會太難得了。他大膽而又小心翼翼地把這台機器全部拆開了。在仔細研究了裏麵的內部結構後,才準備重新裝上。但拆散容易,裝配卻很難。等他把一大堆零件重新安裝好的時候,室外已經是滿天的星鬥了。
回到家,斯蒂芬遜一晚都沒睡好覺,他擔心這台機器再也不能像從前一樣運轉了。這樣會耽誤生產,他可負不起這樣的責任。第二天,他一大早就來到了礦上。生火、添煤、發動機器後,機器飛快地運行起來,似乎比平時運行得還快一些,一顆懸著的心終於落了地。
從此,斯蒂勞遜對機器越發著迷了。他想看這方麵的書,但識字太少,很多書都看不懂。於是每天晚上,他都跑到煤礦的夜校去上課。一個十七八歲的小夥子每天和七八歲的孩子一起聽課,他從不覺得害羞,相反更加努力學習。不久,他的文化知識水平有了很大的提高。
22歲那年,斯蒂芬遜成了一名機械修理工。29歲那年又晉升為工程師。這時他已經注意到了蒸汽機的巨大作用,1807年美國的富爾頓發明了蒸汽船,大大提高了船的速度;此時已經有人在開始試製蒸汽機車,但都沒有取得成功。斯蒂芬遜心想,如果真的能夠製造出蒸汽機車,對於陸上交通運輸業的發展將會起到史無前例的促進作用,我為什麼不可以朝這方麵去努力呢?
有了這方麵的想法以後,斯蒂芬遜馬上行動起來。他不斷向人請教,總結和吸取前人製造蒸汽機車的經驗教訓。他認識到,要讓機車拖起沉重的貨物,必須使蒸汽機放出的能量更多。他又找來有關蒸汽機方麵的書研究起來。經過大量的知識積累,他決定付諸實踐。他動手把當時的立式鍋爐改成了臥式鍋爐,用擴大爐膛的辦法,來增加鍋爐的受熱麵積和蒸汽。而且,把立式鍋爐改成臥式後,高度大大降低了,機車行走、轉彎時也就平穩、靈活多了。此外,他還在車輪的圓邊上加上輪緣,防止火車發生出軌事故,保證行車安全。
經過反複的研究和試驗,斯蒂芬遜在1814年製造出了一台名叫“半統靴號”的火車頭。他親自駕駛這個火車頭,在煤礦上進行試車表演。可惜的是,火車頭的震動太厲害,在試車過程中,由於機車上的螺栓震鬆了,以至翻了車,把一名乘車的英國國會議員和英國交通公司的董事長摔傷了。接著,人們的指責紛紛而來,一些原來讚成試驗火車的官員,現在也開始反對了。
麵對困難,斯蒂芬遜決定繼續對機車進行研究和改進。為了減輕火車行進時的震動,斯蒂芬遜在火車上裝置了減震彈簧,又針對其他問題相應地進行了改進。
成功往往與“耐心”聯係在一起。又經過11年的努力,1825年9月27日,斯蒂芬遜終於駕駛著他新製造的“旅行號”機車在多林克頓到達林頓的鐵路上進行試車了。這一次,機車以每小時24公裏的速度,越過中途的一個大斜坡,安全地到達了終點站達林頓。隨機車同行的還有450名乘客,載重量已經達到了90噸。人們發出了一片歡呼聲!
斯蒂芬遜終於成功了,各種媒體的讚譽接踵而來。在榮譽麵前,斯蒂芬遜沒有陶醉,而是繼續研究,以求更大的改進。
不久,英國政府決定在利物浦和曼徹斯特兩大城市之間修築鐵路,聘用斯蒂芬遜為總工程師。經過幾年的努力,世界上第一條鐵路終於通車了,世界從此進入陸上運輸的鐵路時代。斯蒂芬遜也將以其偉大的曆史性貢獻被人們讚頌。
雷奈·利奈克斯
我們經常體檢,現在常用的檢查內髒的簡便儀器是聽診器。
它有一個“盒子”,是涼涼的金屬製品,用來貼在想診斷的部位,有兩根長長的管子掛到醫生的雙耳,就像聽錄音機時的耳機。如果帶上它,可聽到肚子內部的聲響。
據說,有一位醫生,他是間諜。後來被當地反間諜機構查出來,當搜查他的竊聽器時卻沒有找著。原來這個醫生用他的聽診器靠近在牆上,用來偷聽屋內情況,如果人們在交談,自然可以聽得很清楚。
在聽診器沒有被發明出來以前,醫生診斷病情用的基本上是一種方法,傳統的搖動或用耳朵直接聽。
如果診斷胸膜炎,就要去搖動病人的身體,時而把耳朵貼在胸腔上聽。這種辦法很麻煩而且又不十分準確。況且還很不方便,比如說男女之間,就較為麻煩。
一個偶然的遊戲,刺激了一個簡單而又實用的發明。
據說在1809年,法國醫生雷奈·利奈克斯在巴黎。一天,天氣很好,他在廣場上散步。
一群孩子在做遊戲。廣場邊上有一根很粗很圓的大木頭,被刨了皮不知要做什麼用。一個孩子在木頭的一邊,耳朵緊緊地貼在木頭的截麵上,在認真地聽著什麼。
忽然他高興地喊了起來:“聽到了!我聽到了,你敲了6下!”
利奈克斯循著孩子的目光看去,木頭的另一端也有一個孩子趴著。
於是,他走過去看他們究竟在幹什麼。隻見孩子的手裏拿著小釘子。他問到:“親愛的孩子們,能告訴我你們怎樣玩嗎?”
這幾個小朋友做示範給他看。原來很簡單,不過是一人敲一人聽而已。
利奈克斯於是伏在木頭的一端,他聽到了清脆的敲擊聲。突然,他想到了什麼,眼睛一亮,說:“這下好辦了!”
利奈克斯迅速回到了醫院,恰好有患者來檢查。他於是卷了一個紙筒,用耳朵貼近一端,另一端去聽病人的心跳及呼吸,比早時清楚一些,他高興極了。
從此,利奈克斯按照這個模糊的思路開始試驗。他找來各種材料,不同種類的木頭,不同種類的金屬,空心棒、實心棒,等等。
經過試製,利奈克斯做出了“胸部檢查器”,就是現在聽診器的雛形,是用橡膠管做成的並且帶了兩個喇叭狀的聽筒。
利奈克斯發明了聽診器,可以比原來清楚許多倍地聽到胸腔與腹腔的聲音。但是聲音各不相同,不同的位置不一樣,一樣的位置每個人也不盡相同,至於怎樣確定病因,則是診斷學上急於解決之事。
利奈克斯認真研究,他積累了豐富的臨床經驗,悉心記錄各種資料,歸納總結出疾病所對應的聲音以及一些誤診情況。
1819年,利奈克斯發表了專著《心肺病與聽診法》。這樣,聽診器與診斷學有機地結合在一起了。
從此,聽診器成為初步診斷方便、快捷且實用的工具。
1826年,利奈克斯染上結核病,不幸逝世,年僅45歲。
埃利阿斯·霍威
衣食住行是人類生活的基本要素。因為有了現代製衣業,人們不僅不再擔心寒冷的威脅,而且生活也變得豐富多彩起來。這一切,都是因為有了縫紉機,製衣行業工人擺脫了原始的手工縫紉的緣故。縫紉機的出現,是製衣行業劃時代的大事。對此,我們應該感謝美國發明家埃利阿斯·霍威,是他運用自己的智慧,使縫紉機由理想變成了現實。
1819年7月9日,在美國馬薩諸塞州一個貧窮農民的家庭裏,一個男嬰呱呱墜地。這個男嬰就是日後成為著名發明家的埃利阿斯·霍威。
霍威出生後,因家裏貧窮,生活上很艱苦,也沒受過多少教育。為了減輕家裏的負擔,他隻上了3年小學,然後,就不得不到附近的農田去勞動,以維持生計。也許老天有意跟他過不去,他生來腿腳就有點兒不太好,行走不便,不適合搞農業。看到這種情況,他父親隻好在他年齡再大些的時候,把他送到一個棉花機械製造廠裏,讓他學門手藝。
1835年,16歲的霍威離開家庭,開始到機械廠去做工。霍威雖然腿腳不太好,但他心靈手巧,工廠裏有關機械製造方麵的事情,他一學就會。隨著對工廠生產環節的熟悉,他對機械技術越來越感興趣,而且還產生了自己搞機械發明的念頭。
霍威之所以想搞機械發明,其最大動力是為了擺脫貧困,用自己的智慧使生活變得好起來。為了謀生,他在好幾個機械廠工作過,但不論工作崗位如何變化,他搞機械發明的念頭始終沒有打消過。後來,他到了波士頓,在波士頓市內一家機械工廠的服務店裏當店員。這家店裏經常有哈佛大學的教授們前來光顧,討論一些有關機械方麵的問題。這種情況,給霍威帶來了意想不到的收獲。
一天,一位教授對霍威談到有關機械應用的問題。他說,現在最需要的是能夠縫東西的機器,如果誰能發明出這種機器,誰就能發大財。言者無心,聽者有意,霍威牢牢記住了教授的這番話。聯想到自己在機械廠的所見所聞,他覺得教授的話完全正確。他在棉花機械廠工作過,知道早在上個世紀,跟人們穿衣有關的紡和織的每一環節都已經實現了機械化,但把織成的布縫成衣服這個環節還是手工。這種狀況,使得製衣行業效率低下,成本高昂,而且也使得該行業分工粗糙,製成的衣服款式單一,不夠精致。在這種情況下,如果能發明出縫紉機來,用機器縫衣,就能改變這種局麵。縫紉機一定會受到社會的歡迎,而自己也會因此擺脫貧困。
沒多久,霍威結了婚,接著又連續生了幾個孩子。在這種情況下,他的生活更加拮據,妻兒也跟著受苦。麵對生活的重壓,霍威又想起了那位哈佛大學教授的話,聯想到自己熟諳機械技術的特長,再看看窮困潦倒的家境,早日脫貧的願望終於使他下定了決心,要自己動手,研製出縫紉機來。
但是,要研製出縫紉機來,對於一個像他這樣既無文化,又無資金的窮工人來說,又談何容易?在他前麵,也不是沒人嚐試過,但始終沒有成功。要說明這一點,我們不妨先回顧一下縫衣技術的發展史。
人類縫衣技術的發展史,可以追溯到針的發明。發明有針眼的針,是人類曆史上最偉大的技術進步之一,其重要性可與火的發現相提並論。有了帶針眼的針,才有了真正意義上的縫製衣服,它是人類文明發展的象征。
針的出現早得驚人,其年代可上溯到4萬年前。從針的發明到縫紉機的出現,中間經曆了漫長的時間。到了18世紀中葉,英國人韋森霍爾發明了一種雙尖針,這種針的針眼在中間。他於1755年獲得了這種針的專利權。他的同胞托馬斯·聖於1790年獲得了另一種裝置的專利權。托馬斯·聖的發明在許多方麵具有現代縫紉機的特點,但它沒有帶針尖和針孔的針,因此不能作為縫紉機來用。如果韋森霍爾和托馬斯·聖兩人都把注意力轉向機器縫紉而又互相吸取對方發明的長處的話,縫紉機是有可能在18世紀末葉以前問世的。
到了19世紀30年代,法國聖艾蒂安的一個叫坦莫尼爾的窮裁縫,設計出了一種比較原始的縫紉機。這種縫紉機雖然主要是用木頭做的,相當笨,但它已經具有一定的實用價值。坦莫尼爾用它來給軍隊縫製軍衣。但是很不幸,他的發明引起了製衣行業工人的恐懼感,他們覺得自己的生存受到了威脅,於是對坦莫尼爾群起而攻之,洗劫了他的手工工場,砸毀了他的縫紉機。坦莫尼爾隻身逃脫,幸免於難。麵對挫折,坦莫尼爾沒有氣餒,他對自己的縫紉機進一步做了改進,於1848年在英國和美國獲得了專利。但遺憾的是,對於他的專利,無人問津。他設計的縫紉機由於還存在許多缺陷,在市場上無法出售。1857年,坦莫尼爾在貧困中去世。
現在,輪到霍威了。霍威研製縫紉機的時間,差不多與坦莫尼爾同時。對於坦莫尼爾的進展,他絲毫不知,他們是相互獨立完成各自的發明的。一開始,霍威想不出該如何設計縫紉機。他發現,這件事的難度比他原來預料的要大得多。但霍威不是那種碰到難題就回頭的人,一旦選定目標,他就會堅定不移地走下去。
霍威設計了一個又一個方案,但這些方案都失敗了。1844年的一天,他經過一家織布店,店裏織布機上穿橫線的梭子來回擺動的情形吸引住了他。他想,如果能將這種梭子和有孔的尖針結合起來,就有希望把縫紉機發明出來。可是,該如何讓它們結合呢?他百思不得其解。一天,他突然產生了一個關鍵的念頭:傳統上針眼都是在針尾處,如果把針眼移到針尖處,再使用兩根線,通過滑梭縫合,不就可以了嗎?想到這裏,他立即動手做實驗。經過百折不撓的努力,1845年,經曆了長達5年的摸索之後,他終於試製出了一台理想的縫紉機。這是一台曲線鎖式縫紉機,縫紉速度可達300針/分,遠遠超過了人工。1846年,他獲得了縫紉機發明專利權。為了在市場上推廣他的縫紉機,他還舉行了一次縫紉機與人工表演比賽。比賽結果,他的縫紉機比5名熟練縫紉女工縫得還快。
縫紉機發明成功了。霍威心想,這下子大概可以脫貧了吧?然而,情況並非如此。表演比賽他是贏了,但他並沒有得滿分,觀眾們對他的縫紉機印象不是太好,覺得太複雜了。聽說他還申請了專利,人們覺得他是在瞎胡鬧,誰如果掏大價錢買這個專利,那他一定是白癡。製衣行業的工人擔心由此引起失業,也對他的發明持敵對態度。
本以為縫紉機發明出來以後能夠發財,他為此還欠了賬,沒想到結果是無人問津。麵對這種結局,霍威感到很失望。既然在美國推廣不開,那就換個國家試試,也許能柳暗花明又一村,出現意想不到的轉機。那麼到哪個國家呢?他一下子想到了英國。他想,英國是當時世界上紡織機械發展得最快的國家。曾經引起了18世紀產業革命的珍妮紡紗機就是在英國被發明出來的。紡織業的迅速發展,使得英國人對與之相關的織物機械也應該很關心。再者,英國和美國都是英語國家,到那裏沒有語言障礙。還有,英國曾經長期統治美國,因此兩者有很深的淵源關係,很多方麵都很相似,到那裏去,比較容易適應。想到這裏,他下定決心,準備到英國去推廣這種新式機器。
這時,正好霍威的弟弟要到英國去,於是霍威就托他的弟弟將這種縫紉機帶到了英國。在美國無人問津的縫紉機,在英國卻得到了製衣行業的認可。一個名叫威廉·托馬斯的緊身衣製造商看中了這項發明。他向霍威的弟弟詢問有關專利轉讓費用問題。霍威的弟弟看到終於有人關注這台機器了,感到很高興。他擔心報價太高了會把買主嚇跑,於是就以很低的價格把這台機器連同它在英國的製造權都賣給了托馬斯。托馬斯很會做生意,他花很少的錢從發明家手裏買來了這個專利,僅此就足以賺一大筆了。為了更好地推廣這種機器,賺更多的錢,托馬斯心想,要是能把發明家請來,當場示範,豈不效果更好?於是,通過霍威的弟弟,他向霍威發出了邀請。
聽說自己的機器在英國找到了出路,霍威很高興。他以為自己長時間的辛苦終於得到了報答,於是就高高興興地帶著妻兒漂洋過海來到英國,為托馬斯傳授技術,進行現場示範,幫他推廣這種新式縫紉機。當時,霍威還不知道有關商業習俗,沒有事先跟托馬斯談好報酬,就幫他幹開了。誰知當托馬斯一旦技術學到手,他就拋棄了霍威。可憐霍威一家老小,不得不在倫敦的貧民窟的一間小屋子裏棲身,生活十分窘迫。霍威叫天天不應,喚地地不靈,他不知道自己怎麼如此命運多舛。
流落在異鄉他國的霍威,忍受不了這種衣食無著的困苦生活,他決定重新回到自己的祖國謀生。就這樣,他典當了自己製作的機器,托人在船上當了一名幫廚工,千辛萬苦,好不容易才回到了美國。
回到美國後的霍威,經濟上十分拮據,可禍不單行,他的妻子又得了重病,不久就告別了人世。就在這時,霍威又發現,原來無人問津的他的那項發明,現在居然被一些廠家偷偷地生產著,還在市場上銷售著。麵對這種情況,霍威十分憤怒,他決定訴諸法律,奪回本該屬於自己的那份權益。
霍威正式向法院提起訴訟,控告那些製造商們的侵權行為。就這樣,他與那些財大氣粗的製造商們打起了官司。本來,這場官司的是非十分分明,可法院習慣了慢條斯理地工作,對他的控告愛理不理,一拖就是很長時間。在霍威堅忍不拔的努力之下,經過了令人難以忍受的漫長的受理過程之後,他的發明專利權終於在1854年被證實和確認有效。法院宣告那些製造商們未經過霍威的允許就生產縫紉機是侵權行為,他們侵犯了霍威的合法權益。
現在,輪到那些傲慢無理的製造商們瞠目結舌了。他們的命運掌握在霍威手裏:霍威不讓他們生產,他們就得停工;霍威如果向他們索取巨額賠償,他們就得傾家蕩產。霍威的朋友也有人勸霍威趁此機會出一口惡氣,收回製造縫紉機的權利,建立工廠,自己生產,把這個行業壟斷起來。
對於朋友的建議,霍威經過慎重思考,決定不跟那些製造商們過不去。根據在英國的親身經曆,他覺得如果自己建廠、自己生產,未必能在美國把縫紉機推廣開來,最終失敗的可能還是自己。於是,在那些製造商們支付了合理的專利轉讓費用後,他允許他們繼續生產縫紉機。事實證明,他的這一決定是十分明智的。在那之後,縫紉機製造領域裏競爭十分激烈,而霍威卻苦盡甜來,在他的競爭者繼續統治這一領域的情況下,他卻安然地度過其生命的,最後10年。1867年10月3日,霍威在紐約州的布魯克林與世長辭。去世後,他給人們留下了200萬美元的遺產。
現代的縫紉機比起霍威的發明已經有了很大的改進,種類大大增加了,有的裝上了電動機,還出現了用電腦控製的多功能縫紉機。但總體上來看,縫紉機的基本特點卻沒有什麼變化,依據的仍然是霍威的設計。
霍威發明的縫紉機是工業革命的重要成果之一,它不但把許多人從繁雜的手工縫製中解放了出來,為他們從事其他社會活動創造了條件,而且也促使縫衣工作進一步專業化,使社會分工更加細密,效率和成衣質量都大為提高。正是因為有了縫紉機,人們的衣服才有可能被設計得多種多樣,我們的世界也才有可能更加豐富多彩。而這一切,都跟霍威的貢獻分不開。正因為如此,1915年,霍威被選人美國偉人紀念館,受到人們的瞻仰和崇敬。
路易斯·達蓋爾
很少能找出一種發明像照相術這樣有著如此多的用途,除了日常生活,它還被廣泛應用於教育、科研、醫學、信息、傳媒等各個領域,讓我們在回憶過去的時候,產生無盡的遐想。如果我們把我們的紀念品放在一起,就會發現,照片占了相當大的比例。
19世紀30年代,路易斯·達蓋爾成功地發明了一種有實用價值的技術——照相術。關於它的發明,還有一段曲折的經曆呢。
達蓋爾1787年生於法國北部的康布雷城,青年時代他是個藝術家。在30多歲時,他設計了“西洋鏡”,這是用特殊的燈光效果展示的全景圖畫。當他從事這項工作時,他開始產生興趣想發展一種不用刷子和油漆就能自動重現世界上的景象的機器。從此,他開始了研製照相機的嚐試。
最初,他設計一架有實用價值的照相機的努力沒有取得成功。1827年時他遇見了尼埃普斯、有可能那時尼埃普斯也在努力發明一架照相機(到那時多少已經取得了一點成功)。兩午後他們變成了合作夥伴。1833年尼埃普斯去世,達蓋爾獨自繼續堅持這一努力。到1837午時,他成功地發明出一種可以實用的照相係統,這被稱為達蓋爾照相術。
1839年,達蓋爾將他的照相過程向公眾公布,但沒有申請專利。作為回報,法國政府授予尼埃普斯的兒子和達蓋爾終身年金。達蓋爾發明的公布在公眾中引起了巨大的轟動,他成了當時的英雄人物,並接受了眾多的榮譽。與此同時,達蓋爾照相術也迅速得到普遍的應用。達蓋爾自己很快就退休了,於1851年在距巴黎不遠的鄉村住宅中去世。
沒有什麼發明是完全歸功於一個人的工作的。確實,在達蓋爾之前,許多其他的工作為達蓋爾的成功做了準備。暗箱(一種類似於小孔成像相機的裝置,但沒有底片)至少比達蓋爾早800年就發明出來了。16世紀時,卡爾達諾在如何將透鏡安裝在暗箱的孔上邁出了重要的一步,這拉開了現代照相機的令人興奮的序幕。但是由於它產生的圖像根本不能保存,幾乎不能認為它就是照相機。另一項重要的準備性發現是1727年由舒爾茨完成的,他發現銀鹽對光敏感。盡管他用這個發現製造出一些暫時存在的圖像,但舒爾茨沒有真正對這一現象深入研究。
最接近於達蓋爾成就的先行者是尼埃普斯,他後來成了達蓋爾的合夥人。大約在1820年時,尼埃普斯發現產於朱迪亞(古巴勒斯坦南部地區)的瀝青對光敏感。通過這種光敏材料與暗箱結合,尼埃普斯成功地製造出世界上第一架照相機(他於1826年製造的一架照相機現仍被保存著)。正是由於這一原因,一些人認為尼埃普斯才是照相機的發明者,但是尼埃普斯的照相方法完全不實用,它要求有8個小時的曝光時間,即使是這樣,得到的結果仍然是一幅相當模糊的圖像。
用達蓋爾的方法,圖像被記錄在一張塗有碘化銀的平板上,15到20分鍾的曝光時間就足夠了。這樣一來,這一方法盡管還很麻煩,但卻可供實用了。在達蓋爾將他的方法公之於眾後的兩年時間內,其他人對這一方法提出了一些小改進:在用作光敏材料的碘化銀中加入溴化銀。這一微小的變化對於大大減少必需的曝光時間起了很重要的作用,因而使得用照相術產生圖像變得實用。
1839年,在達蓋爾公布他的發明之後不久,英國科學家塔爾博特宣布他發展了一種不同的照相方法。像我們使用的方法一樣,它使用負片。一個令人感興趣的記錄表明,塔爾博特實際上在1835年就已經製作出了他的第一張照片,這比達蓋爾照相術提前了兩年。塔爾博特由於同時還在從事其他幾項研究工作,而沒能迅速將他的照相實驗進行到底。
達蓋爾去世了,達蓋爾非常大眾化的發明對以後曆史的發展起了巨大的促進作用。人們對照相機的研究工作並沒有因此而停止。英國人塔爾博特在銀板照相機發明的同時,創造了“塔爾博特攝影法”,使一張底片可以得到多張照片。又是幾十年過去了,美國人也趕了上來。美國的喬治·伊斯曼發明了卷式軟片,為照相降低成本、走進千家萬戶做了準備。1891年,照相機的價格讓不少人能夠承受,成了家庭中簡單而普及的娛樂工具。
後來,人們開始對原來的黑白照片不再感到滿足,他們需要更高水平的攝影技術,希望照片這種東西能全麵地展現生活全部色彩。彩色攝影技術就這樣應運而生了。除了用於家庭娛樂,它還逐步被推廣到科學研究的各個領域和工業、軍事、醫學、商業等諸多方麵,從而推動了這些行業的發展。
約瑟夫·弗勞恩霍費爾
對光的速度的測量是技術的大發展,但是這最重要的技術不是因為對光速度的研究,而是對光顏色的研究。
牛頓通過光通過棱鏡的情形來觀察光的性質。他在把實驗裝置裝備好時,就會在棱鏡後麵的屏幕上產生光譜,這是一道彩虹。所謂“紅移”與“藍移”就是根據光譜位置來說的。
牛頓發現白光並不單純,而且白光是最不單純的光,白光可以分成多色,多色光又可以合成白光。
約瑟夫·弗勞恩霍費爾(1787~1826年)是慕尼黑的一名磨鏡師和玻璃製造工匠。他曾經設計過精密的磨床,他還改進了望遠鏡,並且對各種玻璃的性質十分熟悉,知道怎樣加工成優質的光學儀器。