书城科普读物创造与发明
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第15章 世界历史上的发明家(1)

自古以来,人类的好奇心就像我们未知的世界一样永无止境。千百年来,对未知文明的追寻点燃了无数发明家的梦想,他们在各自的领域里进行着执着的探索和研究,世界也因他们而精彩。

约翰·古登堡——推动世界文明的巨人

年轻时的古登堡

约翰纳斯·根士弗拉埃希约于1400年出生在德国美因茨,依当时习惯,他后来将自己的姓“根士弗拉埃希”改为他家的住址——古登堡,在1434~1444年,他随父亲移居斯特拉斯堡。他不像人们所传说的那样出生在名门望族,而是一个市民,一个金匠行会会员,珠宝匠的儿子。他曾经生产过镜子,当他用一个压具把镜子装到框子里去时,他产生了一个想法,能不能用同样的压具把排成词或句子的活体铅字托住,然后利用它来印刷。

如同很多发明家一样,促使他努力探索的原因是贫穷。古登堡回到家乡,认识了一个姓孚士德的人,这个人毫无功绩,但却名垂青史——是一个贪得无厌,头脑简单,但却很有钱的一种人。当时的情形是这样的,创造革新刚开始,工作进展不快,而发明家却已一贫如洗,负债累累。这个土财主向法院告了他,虽然是土财主自己违约,不按期付钱,但他还是赢了这场官司,法官判决将古登堡的排字机给这位土财主。如果不是美因茨的教会从中调停,这位发明家也可能因此而被毁灭。

因为在当时,不可能是别的组织或个人,只有教会才能第一个发现这项具有无限威力的新发明。因为古登堡对教会的威胁,所以应该把这个发明家及他的排字机一起送去见阎王。但是教会却成了这一新发明的第一批使用者。这个带来新光明的发明者亲自印刷的第一批文件却是黑暗时代的赎罪书;教会同意教徒用钱来赎免自己的罪恶,德国代理人觉得通过印刷要比手写快得多,用这个办法只消几个小时就可以印出几百份,一切有罪恶感的人马上可以在灵魂上得道解脱,前提是只要他们愿意付钱。所以教会大力支持古登堡的印刷技术。

古登堡的贡献

古登堡对印刷的贡献远远超出他的任何一项发明或革新。他成为一位重要人物,主要是因为他把所有这些印刷结合起来变成一种有效的生产系统,这种印刷有别于先前所有的发明,它基本上是一个大规模的生产过程。打个比方说,一枝步枪可能比一副弓箭更有杀伤力,但是一个印刷本比一个手抄本从效果来看却并无差别,因此印刷的优越性就在于大规模生产。

古登堡创造的不是一种小配件、小仪器,甚至也不是一系列的技术革新,而是一种完整的生产过程。

人们对古登堡的生平贡献往往知之甚少。他对印刷术的贡献是在15世纪中期做出的。他最有名的印刷产品,即所谓的《古登堡圣经》大约于1454年在美因兹印刷。让人奇怪的是,古登堡的任何一本书上都没有他的大名,甚至在《古登堡圣经》上也没有,不过该书显然是用他的机器印刷的。他似乎不是一位杰出的商人,并且未能从自己的发明中赚大钱。

古登堡于1468年在美因兹去世。不过他的印刷技术却随着他的印刷工人向外流传。他的发明奠定了欧洲现代文明发展的基石,是欧洲文艺复兴和宗教改革的先声。甚至可以说印刷术的发明也是诱发工业革命的关键性技术。

虽然印刷术源自中国,但是现代的印刷术却是由西方再辗转传入中国的,所以古登堡对世界知识的传播、文明的演进,具有重要的影响。

如果没有古登堡,近代印刷术会延迟几百年出现,那么知识的传播会延迟更久,世界不会是现在这个繁荣的局面。

古登堡的印刷术使得印刷品变得非常便宜,印刷的速度也提高了许多,印刷量增加。它使得欧洲的文盲大量减少,所以说,古登堡为人类社会文化的传播作出了惊人的贡献,他是推动世界文明的巨人。

富兰克林——避雷针的发明者

雷电之谜

在18世纪以前,人类对于雷电的性质还不了解,那些信奉上帝的人,把雷电引起的火灾看作是上帝的惩罚。但一些富有科学精神的人,则已在探索雷电的秘密了。

1749年,波尔多科学院悬赏征求这样一个问题的答案:“在电和雷之间有什么类似之处?”一个叫巴巴雷特的医生在论文中宣称:电跟雷是一回事。他的论文因此而中奖。然而,真正以科学实验寻求答案的,却是美国的富兰克林。

富兰克林的费城实验

富兰克林自幼勤奋好学,他的父亲曾极想让他上大学,以便成为一个新教神学家。无奈家境太苦,所以富兰克林只上了两年公立小学和一年私立小学之后便停学了。停学后,富兰克林曾先后在自家和他家的作坊当过学徒。后来又进了他大哥开的印刷所,一边做工,一边自学。

富兰克林17岁时离开波士顿,先后在纽约、费城等地流浪,后来又到了英国,不久又返回北美。在社会这所大学中,他把自己培养成了一名出色的社会活动家。

1746年,40岁的富兰克林开始全力投入电学研究。富兰克林认为,既然莱顿瓶里的电可以引进引出,自然界的电也应该能通过导线从天上引下来。

1752年6月,富兰克林冒着生命危险,进行了著名的费城风筝试验。这一天,狂风漫卷,阴云密布,一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道,带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝,他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大,风筝很快就被放入高空。刹那,雷电交加,大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线躲进一个建筑物内。此时,刚好一道闪电从风筝上空掠过,富兰克林的手上立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动,大声呼喊:“我被电击了!我被电击了!”随即他用一串铜钥匙与风筝线接触,钥匙上立即放射出一串电火花。随后,他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。

避雷针的发明与推广

实验之后不久,富兰克林就发明了避雷针。方法是:在建筑物的最高处立上一根2米至3米高的金属杆,用金属线使它和地面相连接,等到雷雨天气,雷电驯服地沿着金属线流问地下,建筑物就不会遭雷击了。

富兰克林为了推广避雷针的使用,专门写了《怎样使房屋等免遭雷电的袭击》的文章。文章发表后,美国的各个城市马上就开始安装避雷针。但这却遭到教士们的反对,他们说雷电是上帝的震怒。也有人因缺乏电的知识对避雷针的使用持怀疑态度。避雷针在法国也受到了强烈反对。

尽管有人反对,但避雷针还是普及开来了,因为事实证明,拒绝安装避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击,而比教堂更高的建筑物由于装上了避雷针而安然无恙。

避雷针是早期电学研究中的第一项具有重大应用价值的技术成果,它不仅使人类免受“雷公”肆虐之苦,而且也使雷电和上帝脱离了关系。

瓦特——蒸汽机车的发明者

蒸汽机的历史

蒸汽机最早的实用是在17世纪上半叶,法国工程师巴本在使用蒸汽动力技术实用化方面迈出了一大步。而在巴本的蒸汽机之后,英国工程师萨弗里又发明了不带活塞的蒸汽泵。萨弗里的蒸汽泵解决了当时矿工用传统的提水机械来排水时需要动用大量的人力和畜力的现状。1689年,萨弗里获得了该项专利。蒸汽泵成为第一台正式投入实用的蒸汽机。

蒸汽机的下一步改进是由英国工程师纽可门完成的。萨弗里的蒸汽泵激发了纽可门的灵感,使他在这一领域里创造出了更好的蒸汽机。为改进蒸汽机,纽可门曾专门拜访了年迈的科学家胡克,并与萨弗里一起探讨了改进方案。之后,他开始与一名水管工人着手制造一种改良的蒸汽机。

1705年,他们制造的第一台蒸汽机问世。又过了半个世纪,工业生产对于动力机器的需要空前增长,纽可门的蒸汽机却并不完美,它仅仅只能把1%的热能转换为机械能,因此耗费了大量的燃料。此时,为了满足新的需要,瓦特蒸汽机应运而生。

詹姆士·瓦特与蒸汽机

1736年,瓦特出生于苏格兰克莱德河畔的小镇格林诺克(位于格拉斯哥市附近),父亲为木匠兼商人,瓦特是六个孩子中最小的一个。少年时代的瓦特没有接受完整的正规教育,但曾就读于格林诺克文法学校,并在父亲的工厂学习技术。

1755年,瓦特只身前往伦敦,在一家精密仪器制造厂当学徒。2年后,成为格拉斯哥大学仪器制造厂工人,并拥有了自己的车间。

1763年,瓦特受命修理格拉斯哥大学的一台纽可门蒸汽机。

1764年,学校里的一台纽可门蒸汽机模型出现了故障,请瓦特前去维修。在修理的过程中,瓦特意识到该类型蒸汽机的两大弊病:首先,活塞动作不连续而且非常慢;其次,该汽缸在不断地加热与冷凝的过程中,能量大量流失,热效率十分低下。

1765年,瓦特设计发明了带有分离冷凝器的蒸汽机,克服了纽可门蒸汽机的缺陷。这种新型蒸汽机的热效率是纽可门蒸汽机的3倍以上,因此,学校教授、苏格兰物理学家、化学家约瑟夫·布莱克决定资助瓦特继续研制蒸汽机。

1767年,瓦特前往伦敦,得到化工技师约翰·罗巴克的资助,二人开始合作研制蒸汽机。

1769年,瓦特造出了第一台样机,并获得了发明冷凝器的专利,但瓦特并不满足于这一成绩,因为他还没能造出足以让矿山主争相购买的蒸汽机。

1776年3月8日,是一个值得纪念的日子,这一天,瓦特首次创造的蒸汽机在煤矿开始运行了。在此之后,瓦特又对蒸汽机作了多方面的改进。

1790年,瓦特机几乎全部取代了老式的纽可门机。至18世纪末,世界各地共有约500台瓦特式蒸汽机在不停地运作。

1817年,小詹姆士·瓦特为“卡列多尼亚号”远洋蒸汽船设计制造蒸汽机,该船下水时,整个英国都为之振奋、欢呼。瓦特亲眼目睹了这一场景,见证了儿子的成功。

纪念瓦特

为了纪念瓦特的贡献,国际单位制中功率的单位被定为“瓦特”,在机械运动中,瓦特的定义式1焦耳/秒。而在电学单位制中,瓦特的定义是1伏特·安培。

蒸汽机是人类继发明用火之后,在征服自然方面所取得的又一巨大胜利。它的发明和使用,推动了当时正在蓬勃兴起的英国工业革命,使世界工业进入大规模的蒸汽时代。虽然,后来电力逐渐替代了蒸汽的力量,但我们绝不能忘记是瓦特蒸汽机为人类开启了机械化时代。

奥托——“内燃机之父”

内燃机之父

尼考罗斯·奥古斯特·奥托于1832年出生在法国霍尔照森镇。他在襁褓时父亲就去世了。奥托读书时是一个出色的学生,但却在16岁从中学辍学,参加了工作,获得了经商的经验。开始他在一个小镇上的一家杂货店工作,随后来到德国的法兰克福市当一名店员,接着又成为一名推销员,并且在1860年之后开始研究内燃机。

内燃机的诞生历史

人类最早产生内燃机设想的是1794年英国人斯特里特提出的从燃烧中获取动力的设计,他在历史上第一次提出了燃料与空气混合的概念,这是人类对内燃机最早的研究。到1833年的时候,英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞做功的设计。之后人们又提出过各种各样的内燃机方案,但在19世纪中叶以前均未付诸实践制作。

1860年,法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构,设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4%左右。英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩,随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用,并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。

1862年,法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后,提出提高内燃机效率的要求,这就是最早的四冲程工作循环原理。

奥托的四冲程内燃机

在1860年,奥托听说艾蒂安·勒努瓦最近发明了燃气机──第一台可使用的内燃机。他开始认识到如果勒努瓦燃气机能够使用液体燃料来开动,它的用途就会大大地增多,因为在这种情况下它不必与一个煤气管道相连接。他很快就发明出一种汽化器,但是他的专利申请却被专利局否决了,因为已经有一个法国人发明出了类似的装置。但奥托并没有因此而灰心丧气,而是竭尽全力改革努勒瓦燃气机。早在1861年,他就设想要制造一台基本上全新型的发动机,一种使用四冲程的发动机(与使用两部冲程的努勒瓦原型发动机不同)。1862年2月,奥托制造出一台四部冲程发动机工作样机。他在把这台新发动机变得实用的过程中遇到了困难,特别是在点火装置方面的困难,不久便把它搁置一旁。但是他又发明了“常压发动机”,一种革新的二部冲程发动机,靠煤气做动力。1863年他获得该项革新的专利权。

点火系统的改进

1876年,奥托设计出来一个改进的点火系统,有了这个系统就可以制造出一台实用的四冲程发动机。第一台这样的样机于1876年5月制造出来,翌年就获得了一项专利权。四冲程发动机的功率和性能具有明显的优越性,因此一下子就打入了市场,大获成功。仅在随后的10年中就销售了3万多台,各种类型的勒努瓦发动机很快就被淘汰了。

专利权的争议

1886年,奥托因发明四冲程发动机而获得的德国专利权被一项专利权起诉给推翻了。

原来法国人阿尔方斯·博·罗夏早在1862年就设计出一种基本相似的装置,并获得专利权。但是人们不应该把博·罗夏看作是一位有影响的人物,因为他的发明从未打入市场,实际上他也从未制造出一台四冲程的样机。

奥托也不了解有关他发明的任何情况。奥托公司虽然失去了有价值的专利权,但他仍在继续赚钱。到1891年他在德国科隆去世时,公司生意兴隆,价值万贯。

达·芬奇——天才的发明家

达芬奇简介

列奥纳多·达·芬奇,是意大利文艺复兴三杰之一,也是整个欧洲文艺复兴时期最完美的代表。他是一位思想深邃,学识渊博、多才多艺的画家、寓言家、雕塑家、发明家、哲学家、音乐家、医学家、生物学家、地理学家、建筑工程师和军事工程师。他是一位天才,他一面热心于艺术创作和理论研究,研究如何用线条与立体造型去表现形体的各种问题;另一方面他也同时研究自然科学,为了真实感人的艺术形象,他广泛地研究与绘画有关的光学、数学、地质学、生物学等多种学科。他的艺术实践和科学探索精神对后代产生了重大而深远的影响。

达·芬奇的军事发明