书城童书科学知识大课堂——科技轶闻趣事
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第14章 机遇故事(6)

一次,威震欧洲的拿破仑将军率兵亲征,虽然打了胜仗,但是官兵伤亡甚大。数百名官兵血流疆场,英勇牺牲,数以千计的伤员,在军营里顶着夏日奄奄一息,连接不断地死于毒血症。目睹那纷纷离去的战士,医生们落下了泪水。然而,医生却惊奇地发现,许多重伤员眼看着苍蝇在伤口产卵、生蛆而无力驱赶,苦不堪言,可是最后却保住了性命,成了免遭死亡的幸运儿。被绿头苍蝇侵扰过的伤员,为什么不出现毒血症,而且他们的伤口愈合速度较快呢?当时,法国医生没有弄清这个秘密。

后来,在美国国内战争时期,美国军医得知法国军医的发现,有意识地把绿头苍蝇的蝇蛆引入伤口,结果也起到了清除伤口的坏死组织、加快伤口愈合的效果。

蝇蛆究竟含有什么物质呢?科学家们对此进行了研究。结果发现,蝇蛆唾液腺中有一种棒状细菌,它能分泌出一种化学物质,把伤口的病原体杀死。美国明尼苏达大学的科学家从这种化学物质里分离出两种化合物——苯醋酸和苯乙醛。这两种物质都有很强的杀菌能力,它们能够通过穿越脂质细胞抑制细菌利用氨基酸发挥作用,还能够阻断病菌菌体内部的化学反应。这不仅揭开了伤口生蛆有利愈合的秘密,而且还为医生们提供了一种新的杀菌药物。

苯醋酸和苯乙醛在pH值为25的酸性环境中,能穿透细菌的细胞膜,在几秒钟内把绝大多数致病菌歼灭。然而,在枪伤或外伤性创口中,常常呈中性或弱碱性,根本不利于苯醋酸或苯乙醛发挥杀菌作用,蝇蛆究竟是怎样调节伤口的pH值的呢?原来,在绿头苍蝇的体内中,pH值为29,这种情况非常适合苯醋酸和苯乙醛的杀菌活动。实际上,蝇蛆就像伤口中的消毒过滤器,把致病菌吞进口中,然后由唾液腺中分泌出来的苯醋酸和苯乙醛,把它消灭。真是难以想像,令人讨厌的蝇蛆,还有这等非凡的功能呢!

牢骚引出的发明

1822年,法国的盖·吕萨克和阿拉戈利用电流的磁效应,把通电导线绕在软铁上,使一块普通的软铁变成了磁铁。几年后,美国的亨利在此基础上发明了磁性强大的电磁铁,利用电磁铁的原理,人们制成了继电器。继电器是在机电式计算机上第一个派上用场的电器部件。

遥控玩具或者家用电器的遥控装置,大多数都离不开继电器。继电器是一种开关,不过它的开启与闭合不是靠人手去拨弄,而是靠微弱的电流。这种弱电流通过一个电磁铁的线圈,使电磁铁磁化并将一个衔铁吸下。衔铁连着一个开关,就可使得另一个大电流接通或断开。有了继电器,一个微弱的电流就可以控制一个大电流的开断。而微弱电流本身的开断不一定需要我们用手去拨动,它可以通过其他各种手段达到,比如无线电信号、导电的水、能导电的人体等。因此,继电器在各种控制电路中有着广泛的应用。

计算机的研制者们欣喜地发现,继电器的应用还有潜力可挖,它可以用来计数。它有开和关两种状态,就可以用来表示二进制中“0”和“1”两个数,用多个继电器就可以记录多位的二进制数。正是因为继电器具备这样的特性,所以,后来在机电式计算机中发挥了关键作用。

随着电与人类关系的逐步密切,许多人开始考虑将电学成果应用于计算技术。而在这方面首先取得实质性进展的是霍利瑞斯制表机。

它的设计人霍利瑞斯既不是工程师,也不是科学家,而是一名普普通通的统计人员。

霍利瑞斯是美籍德国移民的后裔,毕业于哥伦比亚大学附属专科学校,他曾在美国人口调查局工作过,对统计工作的特点和艰巨性非常了解。

当时的美国每隔几年就要做一次人口调查,调查的项目十分详细,光是按年龄的划分就有10类:5岁以下、6~10岁、11~20岁、21~30岁、……直到80岁以上年龄段。大家知道,美国人口主要是由移民组成的。18世纪末、19世纪初,美国的人口还不多,广大的西部还都是人烟稀少的森林、草原和沼泽地,这个时期做人口统计当然没有太大的困难。随着人口的迅速繁衍和大规模移民潮的涌入,美国人口剧增,这就使得人口调查和统计工作的难度一次次增加。

大量的人口资料堆积如山,使统计工作者望而生畏,以致1880年的人口调查统计任务一直拖到1887年也没有结果。霍利瑞斯制表机就是在这种背景下应运而生的。

一天,霍利瑞斯和一位在人口调查局工作的官员比灵斯聊天,几句话就扯到了令人厌烦而又无法回避的人口调查问题上,两个人开始发牢骚,比灵斯更是抱怨不停。念了一阵苦经之后,比灵斯忽然提到一个他已考虑了多日的设想,那就是使用穿孔卡片帮助统计。让每个接受调查的人都使用相同规格的硬纸卡片,按照不同的个人情况在不同的位置上穿孔,然后使用一种特殊的机器把这些信息读出并加以统计,至于机器如何设计他就不得而知了。

比灵斯的设想给霍利瑞斯以极大的启发,激起了霍利瑞斯的创造灵感,使他仿佛看到了解决问题的曙光。他过去听说过提花编织机上穿孔卡的故事,那件事发生在1728年。一位法国工程师发明了一种自动提花织布机,其中设计了一连串长长的穿了孔的卡片,让卡片转动,使得那些与卡片上的洞眼正好对着的织针顺利通过;而不相对的织针通不过。这样,纱线就织出了规定好的花纹。现在已是19世纪末,时代不同了,要求也不一样。霍利瑞斯懂得,仅用机械的方法显然会黔驴技穷,只有配上最新的电工技术才会使问题得到解决。

那时候,电工技术在美国是一样很时髦的手艺,霍利瑞斯虽然没有专门学过电学,但对电工技术还是很内行的,因为他常在业余时间摆弄各种电器。在同事、家人、邻居的心目中,他可是个热心而又能干的人。最后,他将弱电流技术和过去的穿孔卡片技术融为一体,设计制造了可用于人口调查的制表机。

霍利瑞斯制表机主要由五个部分构成:接受压力机、继电器、计数器、分类盒、电池。制表机上阅读穿孔卡片的设计别具匠心,现在我们就以一个孔的位置为例介绍一下。先将卡片平放在相应位置上,孔的位置上方是一根带弹簧的金属棒,下方是一个水银杯。工作时,金属棒被轻轻地压下来,如果该位置上没有孔,金属棒被卡片纸挡住下不来,不能出现后续动作。

反之,由于该位置事先已穿好了孔,金属棒就“长驱直入”地插入下方水银杯中。

水银和金属棒都是导体,它们接触以后,就好比接通了开关,形成了回路,产生电流。由于所加的电压低,形成的电流很弱,不会产生损坏制表机的电火花,也不会对人体造成伤害。

另一方面,电流虽弱,但可以使继电器吸合,产生大电流。大电流使相应的计数器加1,这样就完成了此项目的一个人的统计。这种设计实在太巧妙了!金属棒有很多根,它的数目由统计项目和分类的多少来决定。

其实在今天,我们仍然有不少表格需要填写,像中学生升学填表,大学生毕业填表,甚至有时在考试中也有用填表作为答案的。不过,今天不用再穿孔,而只要你在相应位置上用笔涂黑就行。读表的装置也比那时高明得多了,用的是光电阅读器,它可算是穿孔卡片方法的“直系后裔”了。

美国的人口统计机关当时曾征集过能加快统计速度的发明,除霍利瑞斯以外,还有两名应征者。他们采用了颜色卡片,但分类和计算仍依靠手工,与霍利瑞斯的发明相比真是相形见绌,霍利瑞斯成了竞争中的惟一胜利者。

有了制表机的武装,人口调查的难题自然迎刃而解。1890年,共做了6300万人的调查登记,资料汇总到首都华盛顿以后,一个月就完成了统计制表工作。而1880年,仅作了5000万人的调查登记,统计制表工作花了7年半的时间,还多花了几百万美元。

人们对制表机的成功大加赞赏许多大企业的会计业务、产品统计都竞相仿效,后来还风行于世界各地,奥地利、加拿大、挪威、俄国等都改用制表机进行人口调查。霍利瑞斯制表机,尤其是它的读写卡片装置的巧妙设计,对以后的机电式计算机和电子计算机的研制都有极大的影响。

种族歧视的恶果

家喻户晓的常用药阿司匹林是19世纪末、20世纪初发明的。这种为人类健康带来巨大好处的白色药片的发明,可认为是世纪发明的开端。在100年间,全世界的人们大约服用了10亿片,它用来治疗头痛、发烧,近年来又在治疗风湿病上大显身手。科学发展是有延续性的,发明成果的培育和成熟也在成长中渐显光辉,阿司匹林的百年历史可以说是20世纪发明成功史中一个辉煌的篇章。在阿司匹林发明中还有一段令人辛酸的动人故事,向世人诉说着真理必定战胜邪恶、历史尊重科学的道理。

已经有整整100年历史的阿司匹林最早是德国拜尔公司生产的。根据一般文献上的记载都说阿司匹林的发明人是德国的费利克斯·霍夫曼。

但是有一位治学严谨的英国医学史学家瓦尔特·斯尼德认为,根据文献记载,阿司匹林的发明者不仅仅是费利克斯·霍夫曼一个人。在这项发明中,起着非常重要作用的还有一位犹太化学家阿图尔·艾兴格林。

1934年费利克斯·霍夫曼宣称是他本人发明了阿司匹林。当时的德国正处在纳粹统治的黑暗时期,对犹太人的迫害已经愈演愈烈。在这种情况下,狂妄的纳粹统治者更不愿意承认阿司匹林的发明者是一个犹太人这样的事实。于是,他们将错就错把发明家的桂冠戴到了费利克斯·霍夫曼的头上,为他们的“大日耳曼民族优越论”贴金。

为了不让阿图尔·艾兴格林说明真相,他们不许他开口说话,并威胁他说,一旦他说明真相,拜尔公司就不再雇佣他。后来,德国纳粹终于还是把阿图文·艾兴格林关进了集中营。二战结束后,大约在1949年左右,阿图尔·艾兴格林又重新提出了这个问题,但提出后没过几天他就去世了,从此以后这件事情便无人问津。

经过一番周折和努力,英国医药史学家瓦尔特·斯尼德得到德国拜尔公司的特许,查阅了拜尔公司实验室的全部档案,终于以确凿的事实恢复了这项发明历史的本来面目。他指出:在阿司匹林的发明中,阿图尔·艾兴格林功不可没。事实是在1897年的时候,费利克斯·霍夫曼的确第一次合成了构成阿司匹林的主要物质。但是他是在他的上司、知名的化学家阿图尔·艾兴格林的指导下,并且完全采用艾兴格林提出的技术路线才获得成功的。这位严肃的医药史学家指出:“我希望那个对于发明阿司匹林实际上有功的人,应该得到公认。”

事实胜于雄辩,历史崇尚公正。全世界的人们享受着发明成果的同时,也更加缅怀这位蒙受屈辱但已昭雪的伟大的犹太化学家——阿图尔·艾兴格林!

患脚气病的鸡

今天,维生素被人们视为无足轻重的药品。但是,若干年以前,不知道多少人就因为少了它而怪病横生,被夺去了宝贵的生命。维生素从发现到发明经历了100多年的历程,多少科学家为它献出了毕生的精力。

远在2000年前,罗马恺撒大帝曾率领大军远征非洲。士兵在沙漠中长途跋涉,由于吃不到水果和青菜,多数人关节疼痛,行走困难,身上还出现乌青块,像得了瘟疫似的纷纷病倒了。

当时人们称这种病为坏血症。15世纪以来,欧洲的航海事业日益发达,飘洋过海的海员们,也由于吃不到蔬菜、水果,往往也成批地死于坏血病。据统计,当时长期从事航运工作的海员,得坏血病者竟达80%以上。

除了坏血病外,其他怪病如夜盲症、癞皮病、脚气病等恶魔般地威胁着人们的健康。据19世纪末的统计,患癞皮病者的意大利有10万人,法国17万人,美国17万人,全世界总计患此病者达100万人之上。100多年前,脚气病在印度尼西亚、日本等国广为流行,仅印度尼西亚每年就约有10万人死于这种病。长期以来,这些形形色色的怪病,几乎到处蔓延,严重摧残人的健康。它们的根源在哪里呢?有没有办法来征服它们呢?当地的人把它看成妖怪作祟,只好求神画符以求消灾,但是愚昧的行为未能使脚气病收敛。

当时,印度尼西亚是荷兰的殖民地。1896年夏天,荷兰政府派遣克里斯琴·伊克曼医生率领一支医疗队来到酷热的印度尼西亚调查原因。他们驻扎在荷兰驻印度尼西亚的陆军医院。

不久,伊克曼医生发现一个奇怪的现象:不仅这里的人会得脚气病,连家养的鸡也会得脚气病。

这是为什么呢?

起初,伊克曼认为这是一种不知名的细菌入侵而引起的,所以,他千方百计找寻致脚气病的细菌。他把鸡脚和鸡内脏做成各种切片放在显微镜下观察,可是没有找到任何致脚气病的细菌。他又把喂鸡的饲料作严格消毒,但照样会使鸡得脚气病。

一年过去了,探究脚气病奥秘的工作一个接一个失败了。许多同事劝他偃旗息鼓回荷兰,另起炉灶,但是他毫不气馁地继续干着,不达目的誓不罢休。

一天,养鸡场的饲养员请了病假,医院只得另请一个饲养员。

说来真怪,在新饲养员的饲养下,患脚气病的鸡都恢复了健康,原先又粗又肿的鸡腿变得细长,公鸡又神气十足地喔喔啼叫,母鸡也咕答、咕答地下蛋了。

难道新饲养员有什么法术吗?伊克曼在思索着……几个月后,请病假的饲养员又回来了。不久,鸡的脚气病又蔓延起来了。

于是,伊克曼仔细了解两个饲养员养鸡的过程,并亲自做了实验,终于揭开了其中的奥秘。

原来,老饲养员用配给的精白大米作饲料来喂鸡,所以鸡也像人一样得了脚气病;而后来的饲养员为了捞油水,把喂鸡的精白大米克扣下来,代之以米糠,鸡的脚气病却给治好了。伊克曼从中得到启示:在米糠中一定存在一种物质,它不仅可以治愈脚气病而且可预防脚气病。

于是,伊克曼就用米糠浸泡出的水给患脚气病的人喝,真的像仙丹一样,结果药到病除,从此挽救了千万人的生命。因此伊克曼荣获1929年度的诺贝尔生理学奖。

伊克曼断定米糠有治愈脚气病的物质后,便着手提取它。但是,伊克曼毕竟是个医生,对化学是门外汉,经过几番努力,仍以失败告终。

接着,其他的化学家继续伊克曼的工作,但也都失败了。直到1913年,波兰一名叫丰克的化学家才巧妙地提到米糠中的神秘物质。