愛迪生對前人的研究成果進行了認真的分析和研究,他覺得這些發明都不太可能應用於實際生活中,他要發明一種物美價廉,能長期使用,可以進入普通百姓家的電燈來。他認為弧光燈成本高,耗電多,而且光線刺眼,用作家庭照明不太合適;而白熾燈造價低廉,光線明亮而又柔和,對人體也沒有傷害,最適合於家庭照明,因此他就把自己的研究方向定在了白熾燈泡上。

經過幾次試驗,愛迪生找到了問題的症結,最大的難題就是玻璃泡中的耐熱材料不好找,一般的物質燒幾分鍾就斷了。

有一天,他拿起玻璃泡左右端詳起來,為什麼任何物質燒幾分鍾就不行了呢?他猛然想起:燈泡裏麵有空氣,而空氣含有氧氣,氧氣可以促進物質的燃燒。如果把玻璃泡中的空氣抽掉,效果會如何呢?他趕緊進行試驗,試驗的結果證實了他的推測,燈泡照亮的時間延長了一倍,但時間還是太短了。愛迪生決定在作燈絲的物質上下功夫。

他首先用碳絲,然後又用了白金、鋇、釕、鉬、鈦、鋯、銠等金屬,但效果都不好。一年多來,他試驗的各種耐熱材料竟足足有1000多種,但麵臨的仍然是失敗。麵對困難,愛迪生沒有灰心,周圍人的冷言冷語卻撲麵而來,甚至報刊上也有人撰文表示對愛迪生的不信任。一篇題為《愛迪生先生發明了什麼》的文章這樣寫道:“盡管這位感情衝動的發明家發表過許多銳不可當的談話,但具有高深造詣的電學專家並不認為愛迪生先生所走的實驗道路是正確的。”甚至有報刊斷言:“愛迪生研製電燈的宏願已經成為泡影。”

愛迪生對這些嘲諷持漠然態度。他覺得,一旦選擇了自己的道路,無論遇到什麼艱難困苦,一定要走下去。新的試驗又開始了,一次偶然的機會,愛迪生發現棉紗烤焦後作為燈絲竟然可以燃燒45小時,這可比其他的金屬強多了。順著這個思路,他又用杉木、稻草、藤條、椰子棕、椰子殼、月桂、黃楊等進行試驗,燈泡的壽命也隨之上升為100小時、120小時、150小時,最後上升到300小時,這已經是重大突破,然而愛迪生仍然不滿意。

科學的實踐,偶然中存在著必然,必然中又存在著偶然。又是一次偶然的機會,他發現用竹片作燈絲竟然可以燃燒1200個小時,而這種燈泡價錢也很低廉,可以進入百姓家庭。這樣一來,以前諷刺他的報刊也轉變了基調,鮮花和各種榮譽湧向愛迪生。愛迪生並沒有陶醉,他很清楚,這是他的辛勞換來的結果。

後來,愛迪生又將燈絲改成鎢絲,燃燒壽命上升到2000小時以上,整個世界頓時變得明亮了起來。

1929年10月21日,在愛迪生發明白熾燈泡50周年的紀念大會上,各界人士歡聚一堂。愛迪生用激動的聲音說道:“謝謝諸位!謝謝諸位!如果我曾經或多或少激勵了一些人的努力,我的工作曾經或多或少地擴展了人類的理解範圍,因而給這個世界增添了歡樂,那我也就感到心滿意足了。”說完,掌聲雷動。而這位82歲的老人卻因激動在掌聲中昏了過去。

1931年10月18日淩晨3時24分,科學界的一盞明燈熄滅了。愛迪生的精神卻永遠激勵著後人。

卡茂林·昂尼斯

1911年初春,一個寒意尚未消盡的夜晚,荷蘭萊頓實驗室燈火通明,大物理學家卡茂林·昂尼斯還在緊張地忙碌著。

幾個星期以來,他一直想采用一種手段力求使汞的溫度冷卻到接近絕對零度(即0K,K=-273℃),但他沒有成功,眼睛熬紅了,身體消瘦了,始終沒有找到合適的冷卻劑。後來,還是他的學生兼助手霍爾斯特提醒了他,可不可以試一下3年前液化成功的液態氦。今天,他試著利用液態氦進行冷卻,終於使汞的溫度冷卻到接近絕對零度。他十分高興,幾個星期以來的疲勞一掃而光。當他將電流通過汞線,測量汞線的電阻隨溫度的變化時,一個奇異的現象出現了:當溫度降到42K時,電阻突然消失了。昂尼斯的神經立即繃了起來,他簡直不敢相信自己的眼睛。他讓助手重新做了一遍測試,結果發現還是出現了電阻消失的現象。昂尼斯和助手緊緊地擁抱在一起,流下了滾燙的淚水。就是在這一天晚上,人類的一項偉大的發現誕生了,昂尼斯稱這種現象為物質的超導性,他稱汞這時進入了“超導態”,稱電阻為零的溫度為轉變溫度。

不久,昂尼斯又發現了其他幾種金屬也可進入“超導態”,如錫和鉛。錫的轉變溫度為38K,鉛的轉變溫度為6K。由於這兩種金屬的易加工特性,就可以在無電阻狀態下進行種種電子學試驗。此後,人們對金屬元素進行試驗,發現鈹、鈦、鋅、镓、鋯、鋁、锘等24種元素是超導體。從此,超導體的研究進入了一個嶄新的階段。

昂尼斯的發現具有重要的科學價值和實用價值。多少年來,科學界一直都在嘲笑那位幻想製造“永動機”的天真人士。那麼,“永動機”難道永遠都是夢想嗎?會不會有一天人類真的製造出“永動機”?

永恒的夢想一直被認為是理想主義的行為,在現實生活中是難以實現的。比如鍾擺,理想的狀態應該是擺動後永不停止。但是,由於空氣的阻力和自身的摩擦力,它運動一段時間就會停下來。

電烙鐵接通電源後就會發熱,進而達到熔化焊錫的程度,這是由於電流的熱效應。但是,在許多情況下,我們所需要的不是熱能,像我們希望從白熾燈得到光,從電動機得到機械能,從發動機得到電能衰減。他做了一個重要實驗,將電流通過冷卻到4K的鉛線回路,一年後電流仍然沒有減弱地流動著。

由於電流可以產生磁場,昂尼斯相信,超導線圈可以形成大的工業磁體。這樣的超導磁體由於超導線圈內沒有電阻損失,則無需提供連續的能源而運行。因而,人類永恒的夢想就可以實現。

魯道夫·狄塞爾

拖拉機在田野裏發出轟鳴,載重汽車在公路上奔馳,輪船在海洋上破浪前進,它們都需要柴油機提供的動力。柴油機的應用十分普遍。它作為一種熱效率較高的動力機,直到今天,在許多地方和生產部門中仍然發揮著重要的作用。柴油機的發明者,是近代德國的一位工程師,名叫魯道夫·狄塞爾。

1858年3月18日,狄塞爾出生在巴黎一個德國僑民的家庭裏。

1879年,21歲的狄塞爾以優異成績在慕尼黑工科大學畢業。畢業後,他成為林德教授的助手。不久,又到瑞士文特圖爾的蘇爾壽機器工廠進行短期實習。第二年,狄塞爾到達巴黎,在林德冷凍公司所屬的巴黎製冰廠工作,擔任這個廠的工程師。從1880年到1890年,狄塞爾在巴黎整整工作了10年。在這10年中,他一直致力於動力機的研究和改進。

研究工作是從對蒸氣機的改造開始的。自從瓦特發明蒸汽機以來,蒸汽機作為惟一的動力機,得到了廣泛的應用。但是,蒸汽機在使用過程中,暴露出它的很多缺點。例如:體積大、操作不方便、運行不夠安全,等等。特別是它的效率不高,在10%以下,有的效率甚至隻有5%~6%。隨著工業生產的發展,需要一種使用方便、效率更高的動力機。

為了克服蒸汽機的缺點,很多人都在進行研究和改進。人們發現,蒸汽機的很多缺點,都是由於它的外部燃燒方式帶來的。隻有改變這種外部燃燒方式,使燃料直接在汽缸內部燃燒,熱能直接做功,才會提高動力機的效率。正是根據這些設想,有位名叫裏諾的法國工程師,曾在1860年製成一台煤氣機。裏諾的煤氣機雖然是比蒸汽機體積要小的一種內燃機,但是燃料消耗很大,熱效率也隻有4%左右。

動力機的效率,指的是它在使用過程中,起動力作用的能量在使用的燃料能量中所占的比例。既然煤氣機的效率還不如蒸汽機的效率高,當然也就沒有應用價值廠。不過,煤氣機的內部燃燒方式優於蒸汽機,因而是可取的。

狄塞爾在研究如何改造蒸汽機的時候,也是本著將外部燃燒方式改變為內部燃燒方式的思路,進行探索的。他花費了大量時間和精力,進行新型動力機的研究和製造工作。在這個過程中,他打算製造一部用氨氣來驅動的新型動力機。在研究“氨氣發動機”時,他深入地探討了卡諾的理論。卡諾是法國的著名物理學家。他曾設想通過內燃來為熱力發動機提供熱源,從而提高熱力發動機的效率。要想做到這一點,就需要找到一種比蒸汽更好的工質。所謂“212質”,是“工作介質”的簡稱,指的是機器中借以完成能量轉化的媒介物質。卡諾認為,可以將空氣作為工質。其他一些工程師也曾提出過用空氣、碳酸和乙醇來代替蒸汽,作為工質。狄塞爾在卡諾理論的啟發下,打算用氨氣來作為工質。

狄塞爾為什麼會想到用氨氣來作為工質呢?這同他在巴黎期間的實際工作有著密切的關係。由於他是製冰廠的工程師,非常了解氨氣的性質和用途。在製冰生產過程中,離不開氨。氨是一種製冷劑,它在製冷機中能夠把熱量從低溫處傳送到高溫處。正因為氨氣具有促使熱量轉移的性能,所以狄塞爾就想利用它來代替蒸汽。他想把氨氣作為熱力發動機中的媒介物質,促使熱能轉化為機械能,成為動力做功。

可是,狄塞爾花了大量時間進行研究和實驗,結果都失敗了。實踐證明,利用氨氣作為工質來製造熱力發動機,是不可能做到的。他認識到這一點之後,就果斷地把研製“氨氣發動機”的計劃放棄了。對“氨氣發動機”的研究,可以說是狄塞爾走過的一段彎路。但是,這件事也說明,狄塞爾對在科學技術方麵的發明創造,表現了實事求是的態度。

1890年,狄塞爾回到德國,到奧格斯堡機器製造廠工作。從這時起,他全力投入到內燃機的研究之中,決心製造出一部經濟實用、效率更高的新型熱力發動機。

當時,無論從理論上或者技術上來說,研製內燃機的條件都已經完全具備了。前麵已經提到,將熱力發動機從外部燃燒方式改變為內部燃燒方式,從而提高效率,這方麵的研究工作早就有人進行了。裏諾在1860年發明的煤氣機,應用價值不高。1862年,法國人德羅夏提出了四衝程內燃機的理論。理論問題解決了,但是要製造出能夠實際應用的內燃機,卻不是一件容易的事情。直到1876年,有一位名叫奧托的德國工程師,才根據德羅夏的理論,經過反複研究試驗,對裏諾的煤氣機進行重大改造,製成了一台四衝程內燃機,使熱效率提高到了14%。但是,奧托的內燃機仍然用煤氣作燃料,缺點不少。1883年,德國的另一位工程師戴姆勒製成了汽油發動機,進一步提高了效率。

狄塞爾早在大學學習期間,就已經萌發了研製內燃機的想法。這時,奧托和戴姆勒的成功又使他受到極大的鼓舞。於是,他便在奧托和戴姆勒發明的內燃機的基礎上,進一步深入研究。狄塞爾雄心勃勃,希望超過他們。為了使發動機得到更廣泛的應用,他打算使用價格低廉的燃料,作為內燃機的熱能來源。

起初,狄塞爾也曾試圖使用煤粉作燃料,設計出煤粉壓燃式內燃機,並於1892年獲得了專利。但這種內燃機在實際操作中並不成功。經過實驗,發現利用壓縮點火方法實現煤粉燃料,非常困難。於是,他便放棄煤粉,改用柴油作為內燃機的燃料了。

不過,使用柴油作燃料,仍然遇到了很多困難。例如:汽油的燃點(也叫“著火點”或“發火點”)低,容易點燃;而柴油的燃點比汽油要高,不容易點燃。因此。利用柴油作燃料,必須解決怎樣在汽缸裏點燃柴油的問題。

狄塞爾不畏困難,積極進取。他深入鑽研卡諾等人的有關理論,反複進行計算和實驗,終於找到了解決問題的辦法:他將自己的研究心得加以總結,於1892年寫成了題為《合理的熱機的理論和設計》的論文。這篇論文發表後,得到了工程界和一些著名教授的重視。

狄塞爾在這篇論文中提出的“合理的熱機”,就是他設計的一種新型內燃機。他認為,這種新型內燃機,可以代替蒸汽機以及當時正在使用的其他內燃機。那麼,這種新型內燃機是怎樣操作的呢?按照狄塞爾的設計,先向汽缸內送人空氣,然後強力壓縮空氣,使空氣的溫度升高。接著,向汽缸內噴人柴油。在高溫高壓之下,柴油就會自然著火。汽缸內的溫度由於柴油的燃燒而變得更高,使氣體急劇膨脹,從而推動活塞做功。

這種內燃機不用設置點火裝置,因此就結構來說比汽油發動機更為簡化了。同時,它開始吸進汽缸內的是純淨的空氣,而不是空氣與燃料的混合物,因此,在加大壓縮壓力時,不會發生“爆燃”。這樣,也就可以提高壓縮壓力,使壓縮的空氣溫度達到或超過柴油的燃點,引燃柴油。狄塞爾認為,柴油燃燒時火力很強,因此,使用柴油的內燃機,是一種輸出功率很大的發動機。

新式內燃機雖然研究設計出來了,但要把它製造出來,還有很長一段路程。首先麵臨的是經費問題。為此,狄塞爾又不得不到各地去進行宣傳。他耐心地向工廠老板們介紹這種機器的性能、優點和實用價值,希望得到他們資助。經過不懈努力,他終於說服了克虜伯公司和奧格斯堡機器製造廠的老板?他們表示,願意在資金方麵給予合作。要做成一件事,是多麼不容易啊!

經費問題解決後,狄塞爾幹勁倍增,1893年,他製成了第一台使用柴油的發動機,一般稱之為柴油機。但是,這台柴油機在試驗時卻沒有成功。據說,當時在場觀看的人很多;他們懷著各種心態,注視著狄塞爾的試驗操作。試驗開始時,機器運轉得還比較正常。可是,就在往汽缸裏噴人燃料的瞬間,突然發生了爆炸。隨著一聲巨響,安裝在汽缸蓋上的測功指示器被炸飛了,一股濃煙從排氣管內噴射出來,火花向四處飛濺。人們見到這種情景,嚇得紛紛逃跑了。

第一次試驗失敗後,各種各樣的議論接踵而來。除了冷嘲熱諷之外,還有人對狄塞爾的設計是否合理表示懷疑。麵對著失敗帶來的沉重打擊,狄塞爾並沒有灰心喪氣。他鎮靜地總結經驗教訓,尤其是仔細檢查機器結構和操作過程,以便發現問題,找到解決辦法。狄塞爾認為,這次試驗雖然總的說來沒有成功,但是其中也有成功的地方。例如,通過試驗證明,將燃料噴入高壓空氣中是能夠自動著火的。這一點特別重要,因為它符合狄塞爾設計時所依據的原理。於是,狄塞爾的信心反而進一步增強了。

狄塞爾針對發現的問題,繼續進行研究和改進。經過7個月的辛勤勞動,1894年2月,他又製成了一台柴油發動機。這台柴油機在試驗時實現了運轉,可是運轉的時間很短,僅僅有1分鍾,就停了下來。故障在哪裏呢?經過檢查發現,原因在於汽缸內承受的壓力太大,使汽缸內壁產生了裂痕。這次試驗雖然仍未完全成功,但是同第一次試驗比較起來,顯然是前進了一大步。

狄塞爾毫不氣餒,鼓起幹勁繼續進行研究和改進。針對汽缸出現的問題,他取消了原來設計的等溫燃燒過程,采用水冷式汽缸,並且適當降低了壓縮空氣的壓力。這次重新設計和改製的柴油機,又花費了長達三年的時間,直到1897年,才算最後完成。

這是何等勞累的三年啊。狄塞爾在這次研製工作中,特別慎重。他根據前兩次試驗失敗中獲得的教訓,重新審視了自己原來提出的理論和設計,經過反複推敲,毅然拋棄了不正確的部分。同時,他還把科學技術發展中出現的新知識,特別是有關內燃機方麵的技術知識吸收進來。正因為如此,狄塞爾的內燃機理論,在幾年的研製過程中進行了不斷的修改,也就更為完善了。

當然,在新型柴油機製造過程中,狄塞爾還遇到了經費不足、材料缺乏和技術跟不上等困難。但所有這些困難,他都以頑強的精神一個個地克服了。他的研製工作,一直是在奧格斯堡機器製造廠進行的。除了奧格斯堡機器製造廠對他的支持外,他還得到了克虜伯公司在財力上的援助。應當承認,這些也都是狄塞爾獲得成功的條件。

狄塞爾研製的柴油發動機,在1897年正式誕生了。它運轉時輸出的功率,起初為18馬力,後來達到25馬力。柴油機的熱能損耗較少,使用時效率可以達到38%,超過了其他熱力發動機的效率。1898年,在慕尼黑舉行的國際展覽會上,狄塞爾發明的新式柴油機首次公開展出,得到人們的普遍讚揚。由於柴油機與狄塞爾的名字是緊密聯係在一起的,因此人們也將他的柴油機稱為“狄塞爾機”。

亞·斯·波波夫

今天,無線電技術已經廣泛地應用到航空、航海、軍事、生產、科學研究等方麵,在經濟發展和社會進步中起著越來越大的推動作用。無線電的發明者,有人說是波波夫,有人說是馬可尼。究竟是誰呢?實事求是地說,他們兩人都是無線電的發明家。不過,從發明時間上來說,亞曆山大·斯捷潘諾維奇·波波夫比馬可尼要早一點。本文介紹的是波波夫。

1859年3月16日,波波夫出生於俄國皮爾姆省上圖爾斯克縣圖爾英礦山工人鎮(現名紅圖爾英斯克城)。1894年,波波夫研製出接收機後,首先把它應用在雷電的檢測方麵。原來,波波夫和他的助手雷布金觀察到,雷雨時,天空中放出的閃電,在他們製作的金屬屑檢波器上也有反應。這個現象啟發了他們。於是,波波夫冒著生命危險,繼續進行實驗。在1894年6月的一個夜晚,當雷雨交加時,他用接收機成功地記錄下了空中的閃電。他把這台裝置稱為“雷電記錄儀”(也叫做“雷雨指示器”)。這台雷電記錄儀實際上也可以說是世界上第一台無線電接收機。雖然這台接收機還沒有應用到通訊方麵,但是它卻可以記錄出幾十公裏範圍內雷電的信號。

1895年5月7日,俄國物理化學協會在彼得堡召開學術會議。波波夫在會上宣讀了題為《金屬屑同電振蕩的關係》的論文。同時,當場進行了無線電接收機(即“雷電記錄儀”)的實驗表演。他在大廳的講台上放好接收機,助手雷布金在大廳的另一頭操作火花式電磁波發生器。當電磁波發出時,接收機的電鈴馬上響了起來。斷開發生器,鈴聲立即停止。實驗完全成功。人們發出一片驚奇和讚揚之聲。原來不相信電磁波能夠傳遞信號的人,在觀看這次表演後,都不得不信服了。後來,蘇聯政府為了紀念波波夫,把5月7日這一天定為“無線電發明日”。

這次成功的實驗,增強了波波夫的信心。他決定繼續進行研究,把記錄雷電的裝置變成能夠進行通訊的無線電報機。因此,就在表演結束的時候,波波夫對大家說:“我敢於表示這樣一個希望,那就是,當我把這台接收機的儀器作進一步的改進之後,利用高頻電磁振蕩產生的電磁波,完全有可能把信號傳送到遙遠的地方去。”

波波夫對無線電接收機的改進是逐漸實現的。1895年夏天,他在雷電記錄儀上增加了其他設備,安放在彼得堡林學院的氣象站,觀測暴風雨來臨的情況。同年9月,他進一步把雷電記錄儀變為接收無線電台,可以把莫爾斯電碼信號記錄在電報機紙帶上。作為一種氣象觀測裝置,雷電記錄儀經過改進後,在很多地方得到了應用。這台儀器在1896年舉行的全俄展覽會上展出,波波夫因此而獲得了獎勵證書。

1896年1月,波波夫在俄國物理化學協會的刊物上,發表了《檢測和記錄電振蕩的儀器》一文,詳細闡述了他的無線電接收機的電路和作用原理。在同一期的雜誌上,還發表了波波夫在1895年5月7日進行實驗表演的報道。這個消息,引起了全世界研究電磁學的學者們的關注。這份專業學術刊物上公開發表的文章和報道,表明波波夫對無線電報的研究,領先於意大利的馬可尼。

同年3月24日,在俄國物理化學協會舉行的年會上,波波夫和助手雷布金,又用經過他們改進了的裝置,成功地進行了一次無線電通訊實驗。當時,有1000多人觀看了這場實驗表演。表演進行時,雷布金在林學院的化學館裏,操作發報機;波波夫在物理學會會議大廳裏,接收信號。兩地的距離為250米。實驗結果,波波夫準確地收到了雷布金用莫爾斯電碼發來的無線電信號,電報文字內容是:“亨利希·赫茲”。這是電磁波的發現者赫茲的名字,它表示了波波夫對赫茲的崇高敬意。這份電報的電文雖然簡短,但是它卻有著重大的意義。人們公認,這是世界上利用無線電通訊裝置發出和接收到的第一份有明確內容的電報。波波夫的無線電通訊目標實現了。

波波夫並沒有滿足於已經取得的成績,他還在繼續從事研究。與此同時,意大利的馬可尼也在積極進行無線電通訊的研究工作。相比之下,馬可尼的研究條件比波波夫優越得多。在沙皇俄國,政府根本不重視科學技術。由於波波夫的發明得不到關心和支持,因此他的研究工作一直處於非常困難的狀態。

1895年,波波夫曾向政府有關部門提出申請,希望撥款1000盧布,用來設置無線電報實驗室。可是,陸軍部大臣竟然回答說:“我不能允許把錢用於這樣的幻想。”這時,幸虧喀琅施塔得海軍司令部司令、海軍上將馬卡洛夫注意到波波夫的研究工作意義重大,替他據理力爭,後來才得到了300盧布的撥款。

在研究經費極為緊缺的情況下,波波夫並沒有灰心喪氣。他看到,無線電通訊具有重要價值,應該在這方麵為祖國做出貢獻。因此,不管是遇到多麼大的艱難困苦,他也沒有放棄自己的研究和試驗。既然海軍部門的領導人重視這項工作,於是他便把無線電通訊試驗放在海上進行。

1897年春天,在喀琅施塔得軍艦停泊場,波波夫進行了無線電通訊實驗。他在相距640米的艦船之間,用自己製造的無線電報設備,進行無線電通訊。這表明,第一條無線電通訊線路已經建立起來了。隻不過由於這項通訊工作具有軍事意義,所以在當時沒有公布出來。

隨著通訊裝置的不斷改進,通訊距離也就越來越遠了。1897年夏天,波波夫和雷布金分別乘坐兩艘軍艦進行無線電通訊聯係。這兩艘軍艦之間的最大距離為5公裏,一艘名叫“阿非利加號”,一艘名叫“歐羅巴號”。起初,從兩艘軍艦上分別發出的無線電信號,對方都可以收到。可是有一陣,又突然收不到信號了。再過一會兒,又可以收到了。是什麼原因使通訊聯係出現中斷呢?他們檢查了自己的收發報機,都沒有什麼毛病。後來他們了解到,原來是有一艘名叫“依利英中尉號”的巡洋艦,剛才從“阿非利加號”和“歐羅巴號”中間駛過。當“依利英中尉號”駛過的時候,擋住了信號。也就是說,金屬物體對電磁波產生了反射。這時,雙方都收不到對方發出的信號,所以通訊聯係就暫時中斷了。

波波夫對這一發現進行深入思考。他想,既然無線電波在前進中遇到障礙時會反射回來,並且留下陰影,那麼,人們不是也可以利用這一點作為探求信息的一種手段嗎?於是,他把自己的這一發現和設想,寫進了《海上無線電通信實驗》的報告,交給喀琅施塔得海軍司令部。可是,這個發現和設想沒有得到重視。30多年以後,別的科學家根據金屬物體可以反射電磁波的原理,發明了雷達。波波夫當年具有重大價值的發現和設想被埋沒了,多麼可惜啊。

1898年和1899年,波波夫在波羅的海和黑海繼續進行無線電通訊的研究和實驗。1899年11月,俄國戰鬥艦“阿普拉克辛海軍上將號”在哥格蘭德島附近觸礁擱淺。這時,波波夫幫助海軍,在距出事地點40多公裏的地方設立了無線電台;通過這個無線電台,戰鬥艦與陸地及時地不斷取得聯係,結果使艦上的人員全部安全脫險。3個月後,通過這條無線電通訊線路,又救出了27個海上遇難的漁民。喀琅施塔得海軍司令馬卡洛夫對波波夫的成就表示熱烈的祝賀。從此以後,海軍總部開始重視波波夫的發明了。他們同意在俄國軍艦上建立無線電台,並讓波波夫訓練使用無線電報的人。

在一係列試驗過程中,波波夫和他的助手雷布金等人還觀察到,在無線電裝置上不僅能夠接收到信號,而且還可以聽到聲音。於是,波波夫立即進行研究,於1899年製作出一種接收有聲電報的儀器,能夠用聽覺接收信號。這個裝置,實際上為後來的無線電話和無線電廣播的出現打下了基礎。

李·德福雷斯特

在20世紀科學技術的百花園中,電子技術之花迎風傲立、格外引人注目。正是因為有了它,我們才有了收音機、電視機,才有了自動控製、無線電通訊,飛機才能更好地翱翔藍天、輪船才能更好地漂洋過海……電子技術扶持了一大批高精尖技術的發展,其中包括航空航天技術、自動化技術、激光技術、電子計算機技術、核能技術,等等。人們很難想像,如果科學技術的百花園中沒有電子技術這團花簇,人類社會該是何等的平淡乏味。

電子技術的發展,經曆了二極管、三極管、晶體管、集成電路、大規模集成電路和超大規模集成電路等階段。其中三極管的發明,在電子技術發展史上具有重要意義。它起到了承前啟後、繼往開來的作用。正是由於三極管的發明,才使得電子學的發展出現了劃時代的飛躍。因此,對於三極管的發明者、美國發明家李·德福雷斯特,我們沒有理由不表示深深的敬意。

1873年8月26日,德福雷斯特在美國衣阿華州的康斯爾布拉夫斯地區降生。不過,他雖然出生於衣阿華州,他的童年和青年時期,卻是在亞拉巴馬州度過的,因為他的父親是亞拉巴馬州一所黑人學校的校長,他跟著父親長大成人。

德福雷斯特發明的三極管,對於無線電技術的發展具有極其重要的作用。與二極管相比,它除了可以用於整流、檢波以外,特別引人注目的是它的放大功能。這是一種十分有用的新功能。如果同時使用幾個三極管,就能將所接受的弱電流放大到幾萬倍甚至幾十萬倍。所以,三極管的發明為無線電通訊和廣播開辟了道路,它不但擴大了無線電收發報機的使用距離,而且使收音機和多種多樣的電氣設備成為現實。它的出現,改變了無線電世界的麵貌,所以德福雷斯特把三極管譽為“空中帝國的王冠”。

“王冠”被發明出來了,但它的發明者卻因為發明它而被弄得兩袖空空,身無分文了。三極管研製成功了,但德福雷斯特卻已經到了窮困潦倒的地步。為了把自己的這項發明推向社會,他開始了艱難的“推銷”過程。

就像其他新生事物一樣,三極管被發明出來以後,並沒有很快就被社會接受和認可。德福雷斯特帶著自己的發明,走訪了美國幾家大電氣公司,希望能說服他們給這項新發明以資助。可是,那些公司看到他那窮酸樣子,不相信他會發明出如此重要的東西,他們不但沒有給他以必要的資助,相反,還把他看成是在技術上招搖撞騙的江湖騙子。德福雷斯特為了說服他們,話語中不免流露出急切的心情,再加上他破爛的衣著,這愈加引起他們的疑心。後來,德福雷斯特為了給這項發明籌措資金,使用了不那麼真實的郵件,於是對他有疑心的公司就將他作為一個“騙子”送給了警察局。這位傑出的發明家竟然莫名其妙變成了“公開行騙”的嫌疑犯。

1906年春季的一天,紐約一家地方法院以詐騙罪對他進行公開審判,檢察官指控他“公開行騙”,說他的公司的財產就是一個白熾燈之類的奇怪裝置,還起了一個三極管這樣的怪名,實際上一文不值,但他卻以之到處招搖撞騙,企圖騙人錢財。

麵對檢察官的指控,德福雷斯特站在被告席上,勇敢地、充滿激情地為自己做了辯護。他利用這個機會,向法官、記者和旁聽的老百姓詳細介紹了自己的發明經過和三極管的原理、性能及其作用。他的話打動了法官,征服了旁聽者。法庭宣判他無罪,旁聽者則從中了解到了三極管的價值。第二天,許多報紙報道了這一消息,三極管和德福雷斯特的名字開始被越來越多的人所知道。

1906年6月,德福雷斯特發明的真空三極管獲得了專利權,越來越多的人開始關注他的這項發明。1910年,他采用美國發明家費森登的聲音調製係統,用自己的三極管播放了歌唱家安麗科·凱魯索的歌聲。1916年,他建立了一個廣播電台,用來播送新聞。不過,就像許多發明家一樣,他做生意並不成功。他常常陷入訴訟之中,其錢財往往是左手進右手出,雖然有了舉世聞名的發明,可經濟上卻常常頗感窘迫。後來,他意識到了這一點,索性以39萬美元的價格,把這項發明的專利權,賣給了美國電話電報公司,自己則以這筆錢來從事自己所喜愛的發明創造。客觀地說,他對自己的發明索價不高。因為自那之後,他的三極管主導著900億美元的電子工業,保持了整整一代的發明地位。一直到晶體管問世,三極管才相形失色。

在三極管的價值被社會廣泛認可以後,德福雷斯特並沒有停止自己從事科技發明的步伐。在20世紀20年代初期,德福雷斯特研製出了一種“輝光燈”,它能把聲波轉化為按同樣規律變化的電流。電流的變化又引起燈泡亮度的變化,這種變化可以和活動影片一道加以照相,在膠片的一側形成亮度不斷變化的聲軌。放映這種活動影片時,再按相反的過程,把聲軌記載的聲音變化複原出來。這就可以放映有聲電影了。要知道,當時人們能看到的電影,都是無聲的,而德福雷斯特的這一發明,為有聲電影的出現奠定了基礎。1923年,德福雷斯特用他的第一部有聲活動影片做了示範表演,接著,不到5年,有聲電影開始盛行起來。

德福雷斯特一生中有許多發明,其中最重要的還是三極管。由於他發明了三極管以及三極管在無線電事業中的重要地位,所以人們有時稱他為“無線電之父”。他也以此自居,曾經用這個題目寫了一篇自傳。不過,這一稱號並非為他所獨有,發明二極管的弗萊明、發明無線電收發報機的馬可尼,甚至連遠在俄國的波波夫,都有資格享用這一稱號。所以,美國著名科普作家阿西莫夫才用幽默的口吻寫道:“毫無疑問,很少發明有過如此之多的父親。”

1961年6月30日,德福雷斯特在美國加利福尼亞州的好萊塢與世長辭,享年88歲。他發明的三極管,奠定了近代電子工業的基礎,使無線電技術獲得飛速發展,同時也為未來的信息革命開辟了道路。對於這一切,德福雷斯特功不可沒。

尼沃·貝克蘭德

在著手製造絕緣材料時,他最先發明了真正的塑料,並因而改變了世界。

尼沃·貝克蘭德是一個在比利時出生的化學工業家,他有一個發現贏利機會的竅門。19世紀90年代他發明維洛克斯(Velox)並取得成功。Velox是一種改進了的相紙,這種紙使攝影師不必用太陽光形成圖像。用Velox,他們能依賴人工光線,那時意味著汽燈,進而使用電燈。這是一種更可靠、更方便的攝影方式。

1899年,喬治·伊斯曼的攝影和開發服務機構想使拍照成為一個家喻戶曉的活動,用當時令人嘔舌的一百萬美元的高價購得Velox的全部權利。

由於這一意外的運氣,貝克蘭德、他妻子琴琳和兩個孩子遷居到斯拉格·洛克,一處在紐約容克斯的宏大地產,在那裏,可俯視哈得遜河。在一個他改成實驗室的倉庫裏,他向他的下一個更大目標邁進。正在迅速發展的電器工業似乎隻對他說了一個字:絕緣體。

對貝克蘭德最開始的戲弄——許多人稱他為“貝克蘭德醫生”——是正在提高的蟲膠的成本。許多個世紀以來,昆蟲沉澱在樹上的這種樹脂樣分泌物在南亞產生了一種家庭手工業。那裏,農民們將蟲膠加熱、過濾,生產出一種用於覆蓋保存木製品的漆。蟲膠碰巧也是一種有效的絕緣體。早期的電器工人就用它當作電線圈絕緣的外套,將帶有蟲膠的紙一層一層壓在一起,形成一圈絕緣體。

20世紀的頭幾年,電氣化變得極為迫切,對蟲膠的需求很快超過供給。貝克蘭德想,他要是能找到替代蟲膠的合成纖維就好了。

別人幾乎都在推他去做這件事。早在1872年,德國化學家阿道夫·凡·伯葉就在研究聚集在玻璃器皿底部的堅硬的剩餘物,玻璃器皿過去一直是酚(一種從煤焦油中蒸餾出的像鬆脂樣的溶劑,燃氣工業大量生產它)和甲醛(一種從苯醇中蒸餾出的有香氣的液體)之間反應物的沉積地。凡·伯葉把眼光盯在新的合成染料上,而不是絕緣體上。對他來說,玻璃器皿中的廢渣沒有什麼化學意義。

對貝克蘭德和其他瞄準新生的電器工業尋找商業機會的人來說,那玻璃器皿中的廢物卻是指向某種偉大事物的燈塔。某些難以掌握比例的成分、光和壓力等,這些條件都是有待解決的問題。對貝克蘭德和他的對手的挑戰是要找到一些條件,產生一種更可操作的象蟲膠一樣的物質。理想一點說,這種物質應能分解在溶液裏生成具有絕緣作用的漆,而且與橡膠一樣可塑。

約是1904年前後,貝克蘭德和助手開始著手尋找。三年以後,在實驗室的記錄本上一頁接一頁地記滿了失敗的實驗之後,貝克蘭德終於開發出一種材料,他在筆記本裏給它起的名字叫“膠木”,最後變成了他的“木膠器”,用它,可以比此前使用更多的辦法控製甲醛—酚的反應。

開始將酚和甲醛加熱(存在酸或堿以使反應能進行),產生了類似於蟲膠的液體,該液體可以像漆一樣很好地覆蓋物體表麵;進一步加熱會使該液體變成一種糊狀的、更黏的物質。接著,當貝克蘭德把這種東西放入木膠器中時,他獲得了一種硬的、半透明的、無限可塑的物質。用一個詞說就是:塑料。

他填寫專利申請後,很快開始讓其他化學家知道他的發明。1909年,貝克蘭德在美國化學協會紐約分會的一次會議上,將世界上最早的全合成塑料告白於天下。潛在的客戶發現,塑料可以製成各種可塑的絕緣體,如閥門零件、管道塞、台球、旋鈕、鈕扣、刀把及其他各類東西。

這是20世紀的煉金術。從像煤焦油那樣醜陋的東西中竟生出了如此多樣的物質。但這不是最早的塑料。賽璐珞在商業上已被廣泛用於代替龜甲、獸角、骨頭和其他材料達數十年,它作為一些更好的傳統材料的廉價仿製品早已贏得聲譽,它起源於經化學處理的棉花和其他含纖維素的植物。膠木則徹徹底底是在實驗室製造出來的,是100%的合成材料。

貝克蘭德建立了通用膠木公司,既進行膠木的生產,又經營允許別人生產膠木的準許權。競爭者們很快銷售“關門”產品,托馬斯·愛迪生曾將其用於一次失敗的嚐試中,這一嚐試是想用“不能打碎”的錄音碟一統新生的錄音工業。非自然的膠木的問世導致了20世紀早期“IntelInside”商標的翻版。用真東西製成的商品都帶有“真實標誌”並伴有膠木的名字。伴隨著引發出的專利戰爭,貝克蘭德與他的競爭者協商,進行合並,使他成為真正的膠木帝國的掌舵人。

膠木在許多地方變得如此引人注目,公司將它宣傳成“有不隻一種用途的材料”。膠木變成了萬能的材料,從香煙嘴、玫瑰經念珠到收音機外殼、配電器蓋及電話罩都要用膠木。1924年《時代》雜誌封麵人物貝克蘭德的故事裏報道說,那些熟悉膠木潛力的人們聲稱:“幾年內,膠木將被用於現代文明的每一件機械裝置之中。”

膠木是塑料時代的先驅,隨後,研究者們又大量研製出一係列的塑料。

1945年,即貝克蘭德死後的第一年,美國的塑料年生產量超過40萬噸。1979年,即《畢業生》這部影片上映後的第12年,塑料的年生產量超過了鋼鐵的年生產量。去年,生產了近4700萬噸塑料。

今天,塑料幾乎到處都是,從我們補牙洞的填料到電腦上的芯片,都是塑料製成的。研究人員正在開發一種可伸縮的半導體,由塑料而不是矽片組成,這樣,這些半導體可以製造出像平麵顯示電視屏幕一樣的奇景,它在你的起居室的牆上能像畫卷一樣掛起來。

塑料現在可能不像1967年那樣被人詆毀,但它仍是人們既愛又恨的東西。每當雜貨店職員問你:“要紙的還是要塑料的?”於是舊的和新的、天然的和化合的、可由生物降解的和不能由生物降解的,各種選擇就悄悄地層開在顧客的心中,展開在需要確定答案的那一刻。

萊特兄弟

萊特兄弟指的是威爾伯·萊特和奧維爾·萊特,他們是飛機的發明者,使人類第一次飛上了藍天。

1867年4月16日,威爾伯·萊特出生於美國印第安納州紐爾斯卡市東邊的米爾維爾村,他是家中的第三個男孩。四年之後,父母又給他添了一個弟弟,取名奧維爾·萊特。他們的父親是一名牧師,母親是一位木匠的女兒,家中一共有七口人,生活並不富裕,但他們的母親很會持家,日子也總算過得去。

威爾伯和奧維爾兄弟小時候十分貪玩,喜歡做多種遊戲。他們在學校時的成績很一般,不過有一個共同的優點,就是動手能力特別強。他們經常給小夥伴們製作多種玩具。在他們的小屋裏,總是堆滿著各種各樣的舊機械,地上散滿了鐵釘、鐵片、鐵絲等零碎的東西。父母對他們做各種玩具並不反對,甚至比較支持。有一次,身為主教的父親在外地出差時,還特地給他們帶回來一件玩具。這是一個用軟木、竹片和薄紙製成的蝙蝠,腹部安著橡皮筋,隻要轉50次,繞緊橡皮筋,一鬆手,紙蝙蝠就會飛起來。小兄弟倆對這個玩具愛不釋手,但他們並沒有僅限於玩。過了幾天,他們就模仿這個玩具,做成了一個比它大一倍的紙蝙蝠,橡皮筋也長了一倍。這個大紙蝙蝠居然也飛起來了,而且飛得很高。他們想再嚐試做一個更大的紙蝙蝠,想讓它飛得更高更遠,但始終沒有成功。父親知道了這件事後,讚揚了他們愛動腦子,敢於嚐試,又提示他們說,蝙蝠的體積太大,重量增加了,單靠橡皮筋的動力是不能使它飛起來的。小兄弟倆對父親的話似懂非懂,他們從這件事中體會到了飛行的樂趣。從這以後,他們經常去郊外觀察鳥類的飛行,仿照鳥類飛行的特點,回家製作可以飛行的玩具。他們曾經做成了一隻安上橡皮筋的大飛鳥,但試飛時卻被樹枝掛破了。

中學畢業後的萊特兄弟未能有繼續上大學的機會,但他們利用業餘時間讀了不少書。其中既有童話故事、文學著作,也有政治書籍、曆史著作。特別是閱讀了一些科學書籍,例如《大英百科全書》、《錢佰斯百科全書》、馬雷的《動物機器》等,這對於他們日後的科學發明給予了很大幫助。他們做過多種工作,最後兄弟兩人合作改進了印刷機,受到普遍的好評,自己也開始印刷廣告。稍後他們創辦了一份報紙,創刊時命名為《西部新聞》,是周刊。由於社會反應良好,報紙改為日報,更名為《晚間新聞》。19世紀90年代,自行車在美國風靡一時,他們又覺得自行車作為普通交通工具的時代已經來臨,於是兩人合作開辦了一家“萊特兄弟自行車行”。雖然經營得不錯,但他們發現這並非是自己的興趣所在,於是很快就放棄了。

19世紀90年代以後,已經有不少人在探索如何使人類飛上藍天。在這些探索者中,德國的李林塔爾成就最大。他成功地研製出了滑翔機,並試飛取得成功,受到了社會的高度注意。萊特兄弟倆在1895年得知李林塔爾進行滑翔試驗的消息後,童年時代的愛好重新被激發了出來。他們決定從事這方麵的研究。他們購買了許多有關數學、空氣動力學方麵的書籍來自學,一有時間,就到郊外去觀察鳥類的飛翔,並仔細拜讀了李林塔爾的著作《鳥類飛行——飛機駕駛術的基礎》,從而把理論與實踐緊密地結合起來。

正當他們在做有關的準備工作時,噩耗傳來。1896年8月,李林塔爾駕駛的一架滑翔機墜落,李林塔爾不幸當場遇難。這則消息極大地震撼了萊特兄弟,他的家人知道他們準備研製飛機的消息後也極力反對。但萊特兄弟沒有在阻力麵前止步,決心把李林塔爾未完的事業繼續進行下去。

1899年8月,兄弟倆製成了他們的第一架雙翼風箏式飛機,在郊外試飛取得了成功。這雖然隻是一架飛機模型,但這是他們進行飛機研製探索走出的第一步。接著,他們借鑒前人的經驗,開始研製滑翔機,取得了很大的進展。1900年8月,萊特兄弟的第一架滑翔機製造完成。同年9月,他們在基蒂霍克進行試飛。第一次試飛,雖然機身離開地麵隻有25米,向前滑翔30米,但它畢竟飛起來了,邁出了一大步。接著他們又進行了改進,幾次試飛之後,萊特兄弟的飛行試驗創造了曆史的最好紀錄。但滑翔機畢竟要借助風力,飛行距離十分有限。於是,萊特兄弟果斷地將研究重點轉移到動力飛機上。

萊特兄弟向十幾家生產汽油發動機的製造商寫信,求購一台性能良好的發動機,但製造商們知道他們是用於研製飛機後,都拒絕出售。萊特兄弟隻能自己動手製造。經過長期的艱苦努力,世界上第一架動力飛機終於在他們手中誕生了。1903年10月,萊特兄弟又一次來到基蒂霍克進行試飛。14日,他們通過擲硬幣的方式決定出由誰來進行第一次試飛,因為兄弟兩人各不相讓,爭著由自己進行第一次試飛,最後威爾伯有幸成了世界上第一位操縱動力飛機的人。第一次試飛並不成功,隻飛行了三秒半就掉了下來。17日,他們進行了第二次試飛。這一次是由奧維爾操縱,試飛比第一次有進步,飛機在空中連續飛行了12秒。當天他們進行了多次試飛,最後,飛行時間達59秒,飛行距離達260米!試飛成績一次比一次好,他們高興極了,這意味著他們向成功邁進了一大步。