书城科普读物创造与发明
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第16章 世界历史上的发明家(2)

达·芬奇的研究和发明还涉及到了军事领域。他发明了簧轮枪、子母弹、三管大炮、坦克车、浮动雪鞋、潜水服及潜水艇、双层船壳战舰、滑翔机、扑翼飞机和直升机、旋转浮桥等等。2008年,在瑞士西部城市帕耶讷,36岁的瑞士人奥利维耶·维耶提·特帕使用由达·芬奇设计的金字塔型降落伞从距地面600米高的直升机上成功跳下并安全降落。

初级机器人的设计

不太精通人体学的达·芬奇还设计了一套方法以做心脏修复手术。达·芬奇曾称自己没有受过书本教育,大自然才是他真正的老师。为了认识自然,认识自己,这位文艺复兴时期的天才不遗余力地探索着。为了认识人类自身,达·芬奇亲自解剖了几十具尸体,对人体骨骼、肌肉、关节以及内脏器官进行了精确了解和绘制。

令人惊讶的是,当时达·芬奇连人体循环系统工作机理的概念都没有。更为神奇的是,2005年一名英国外科医生还利用达·芬奇设计的方法做心脏修复手术。不过,解剖学的研究在当时并没有给达·芬奇带来声誉,而是遭到了无数的诽谤。

后来,有了对人体的这种深入了解,达·芬奇才在手稿中绘制了西方文明世界的第一款人形机器人。达·芬奇赋予了这个机器人木头、皮革和金属的外壳。但是他也遭遇了“如何让机器人动起来”这个令人伤脑筋的问题。他想到了用下部的齿轮作为驱动装置,由此通过两个机械杆的齿轮再与胸部的一个圆盘齿轮咬合,机器人的胳膊就可以挥舞,可以坐或者站立。更绝的是,再通过一个传动杆与头部相连,头部就可以转动甚至开合下颌。而一旦配备了自动鼓装置后,这个机器人甚至还可以发出声音。由此可见,500多年前,人类就已经有了机器人的雏形。

戴姆勒——“奔驰汽车之父”

戴姆勒简介

戴姆勒作为戴姆勒公司的创始人,既是德国的工程师又是一名伟大的发明家,他的全名叫做戈特利布·戴姆勒。

在1852年的时候,戴姆勒就读于斯图加特工程学院。少年时代的戴姆勒就对燃气发动机产生了浓厚的兴趣,并开始学习研制奥托式燃气发动机。

1872年,戴姆勒设计出四冲程发动机。

1873年,当时还在担任Deutz发动机厂技术部主任的戈特利布·戴姆勒,在给妻子寄去的明信片上,信手画上了一颗三叉星以代表他当时的住处,并特别声明:总有一天,这颗吉祥之星将会照耀我毕生的工作。

1882年,戴姆勒与他的好友——著名的发明家威尔赫姆·迈巴赫离开了Dentz发动机厂。

1883年,他与迈巴赫合作,成功研制出使用汽油的发动机,并于1885年将此发动机安装于木制双轮车上,从而发明了摩托车。

1886年,戴姆勒把这种发动机安装在他为妻子43岁生日而购买的马车上,创造了第一辆戴姆勒汽车。

戴姆勒公司

戴姆勒公司作为戴姆勒自主研发的公司,是世界上资格最老的厂家,也是经营风格始终如一的厂家。从1926年至今,公司不追求汽车产量的扩大,而只追求生产出高质量、高性能的高级别汽车产品。在世界十大汽车公司中,戴姆勒公司产量最小,不到100万辆,但它的利润和销售额却名列前五名。奔驰的最低级别汽车售价也有1.5万美元以上,而豪华汽车则在10万美元以上,中间车型也在4万美元左右。

戴姆勒的载重汽车、专用汽车、大客车品种繁多,仅载重汽车一种,就有110多种基本型,戴姆勒也是世界上最大的重型车生产厂家。

1984年戴姆勒公司投放市场的6.5吨至11吨新型载重汽车,采用空气制动、伺服转向器、电子防刹车抱死装置,使各大载重汽车公司为之震动。

戴姆勒在中国

20世纪80年代,戴姆勒公司和中国北方工业公司合作,向中国转让奔驰重型汽车的生产技术。

2005年8月,戴姆勒与北京汽车工业控股有限责任公司成立了合资企业北京奔驰-戴姆勒·克莱斯勒汽车有限公司,生产梅赛德斯系列的奔驰E级和C级轿车。并且在2007年6月,戴姆勒与福建省汽车工业集团有限公司以双方各占50%的股份共同合资组建福建戴姆勒汽车工业有限公司,生产梅赛德斯-奔驰威霆、唯雅诺和凌特轻型商用车。

戴姆勒也正与北汽福田汽车股份有限公司进行洽谈,计划在中国提供中型和重型载重车产品和技术。

亚历山德罗·伏特——富有智慧的伯爵

伏特简介

伏特是意大利著名的物理学家,1745年其出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。他的父亲在和一位高贵的妇女结婚之前,一直是耶稣会的一位新教徒,已有11年之久,这位妇女也是一位宗教信仰很深的人。

伏特的父亲有3位担任圣职的兄弟,有9个儿女,其中5个加入教会。伏特非常崇拜他担任副主教的兄弟和他最好的朋友、大教堂牧师加托尼。但伏特在接受耶稣会教育后,宁愿过一种世俗生活,虽然他周围的宗教社会整个说来还是快乐的,热爱生活的,而且是相当开明的。但是伏特还是喜欢世俗一些的生活。

伏特与电学

年轻时候的伏特就开始尝试进行电学实验了,他读了所有他能够找到的电学方面的书,并且对电学的研究工作深感兴趣。他的好友加托尼送给他一些仪器,并在家里让出了一间房子来支持他的研究。

伏特16岁时开始与一些著名的电学家通信,其中有巴黎的诺莱和都灵的贝卡里亚。

贝卡里亚是一位很有成就的国际知名的电学家,他劝告伏特少提出理论,多做实验。

事实上,伏特年青时期的理论思想远不如他的实验重要。随着岁月的流逝,伏特对静电的了解至少可以和当时最好的电学家媲美。不久他就开始应用他的理论制造各种有独创性的仪器,用现代的话来讲,要点在于他对电量、电量或张力、电容以及关系式Q=CV(即电量等于电容与电压的乘积)都有了明确的了解。并于1769年发表了自己的第一篇科学论文。

伏特制造的仪器的一个杰出例子就是起电盘。这一发明是非常精巧的,以后发展成为一系列静电起电机。

由于起电盘的发明,1774年伏特担任了科莫皇家学校的物理教授,1779年任帕维亚大学物理学教授。他的名声开始扩展到意大利以外,苏黎世物理学会选举他为会员。

伏特虽然没有发现电,但是他却想出了一个可将电携带的好点子。要知道“伏特电池”可是现代电池的先驱。

伏特最早发现导电体可以分为两大类。

第一类是金属,它们接触时会产生电势差,第二类是液体(在现代语言中称为电解质)。

这两类金属与浸在里面的金属之间没有很大的电差。而且第二类导体互相接触时也不会产生明显的电势差,第一类导体可依次排列起来,使其中第一种相对于后面的一种是正的,例如锌对铜是正的,在一个金属链中,一种金属和最后一种金属之间的电势差是一样的,仿佛其中不存在任何中间接触,而第一种金属和最后一种金属直接接触似的。

伏特最后得到了一种思想,他把一些第一种导体和第二种导体连接得使每一个接触点上产生的电势差可以相加。他把这种装置称为“电堆”,因为它是由浸在酸溶液中的锌板、铜板和布片重复许多层而构成的。

他在一封写给皇家学会会长班克斯的著名信件中介绍了他的发明,用的标题是《论不同导电物质接触产生的电》。这开始创造新一轮的科学革命。

伯爵称号

伏特最伟大的成就就是伏达电堆,这是在他55岁时研究出的,这在当时立即引起所有物理学家的欢呼。1801年他去巴黎,在法国科学院表演了他的实验,当时拿破仑也在场,他立即下令授予伏特一枚特制金质奖章和一份养老金,于是伏特成为拿破仑的被保护人,正如20年前,他曾经是奥地利皇帝约瑟夫二世的被保护人一样。

1804年他要求辞去帕维亚大学教授而退休时,拿破仑拒绝了他的要求,赐予他更多的名誉和金钱,并授予他伯爵称号。甚至拿破仑倒台后,伏特也与归国的奥地利人和睦相处,没有发生多少麻烦。因此他安然地度过了那个激烈变化的历史时期,无论是谁当权,他都受到了相同的尊敬,而且他对政治毫不关心,只专心于他的研究。

伏特在完成了电堆的工作后,就从舞台上消失了。对他发现的利用完全落在其他人身上。他可能是年纪太大了,无法再与年青的新生力量竞争,也可能在心理上受到了他以前的巨大成就的阻碍。他没有脱离过学校,他的工作可能太个人化了,他的著作与教学缺乏正规的数学模式,这可能限制了他表达自己思想的能力。

伏特最后的8年是在他的坎纳戈别墅和科莫附近度过的,他完全过一种隐居的生活。1827年3月5日,伏特去世,终年82岁。为了纪念他,人们将电动势单位取名伏特。

贝尔——“电话之父”

贝尔与电话

电报传送的是符号。发送一份电报,得先将报文译成电码,再用电报机发送出去;在收报一方,要经过相反的过程,即将收到的电码译成报文,然后,送到收报人的手里。这不仅手续麻烦,而且也不能进行及时双向信息交流。因此,人们开始探索一种能直接传送人类声音的通信方式,这就是现在无人不晓的“电话”。

1861年,德国一名教师发明了最原始的电话机,利用声波原理可在短距离互相通话,但无法投入真正的使用。

如何把电流和声波联系在一起而实现远距离通话?

亚历山大·贝尔是注定要完成这个历史任务的人,他系统地学习了人的语音、发声机理和声波振动原理,在为聋哑人设计助听器的过程中,他发现电流导通和停止的瞬间,螺旋线圈发出了噪声,就这一发现使贝尔突发奇想“用电流的强弱来模拟声音大小的变化,从而用电流传送声音。”贝尔越想越激动。他想:“这一定是一个很有价值的想法。”于是,他将自己的想法告诉电学界的朋友,希望从他们那里得到有益的建议。

然而,当这些电学专家听到这个奇怪的设想后,有的不以为然,有的付之一笑,甚至有一位不客气地说:“只要你多读几本《电学常识》之类的书,就不会有这种幻想了。”

贝尔碰了一鼻子灰,但并不沮丧。此后,贝尔便一头扎进图书馆,从阅读《电学常识》开始,直至掌握了最新的电磁研究动态。

有了坚实的电磁学理论知识,贝尔便开始筹备试验。他请来18岁的电器技师沃特森做试验助手。接着,贝尔和沃特森开始试验。他们终日把自己关在试验室里,反复设计方案、加工制作,可一次次都失败了。

1875年5月,贝尔和沃特森研制出两台粗糙的样机。可是,经过验证,这两台样机还是不能通话。

贝尔经过反复研究、检查,确认样机设计、制作没有什么问题。“可为什么失败了呢?”贝尔苦苦思索着。

一天夜晚,贝尔站在窗前,锁眉沉思。忽然,从远处传来了悠扬的吉他声。贝尔从吉他声中得到启迪,并且马上设计了一个制作方案,制作了一个音箱。

1875年6月2日,他们又对带音箱的样机进行试验。贝尔在实验室里,沃特森在隔着几个房间的另一头。贝尔一面在调整机器,一面对着送话器呼唤起来。

忽然,贝尔在操作时,不小心把硫酸溅到腿上,他情不自禁地喊道:“沃特森先生,快来呀,我需要你!”

“我听到了,我听到了。”沃特森高兴地从那一头冲过来。他顾不上看贝尔受伤的地方,把贝尔紧紧拥抱住。贝尔此时也忘了疼痛,激动得热泪盈眶。

当天夜里,贝尔怎么也睡不着。他半夜爬起来,给母亲写一封信。信中他写道:

“今天对我来说,是个重大的日子。我们的理想终于实现了!未来,电话将像自来水和煤气一样进入家庭。人们各自在家里,不用出门,也可以进行交谈了。”

可是,人们对这新生事物的诞生反应冷漠,觉得它只能用来做做游戏,没什么实用价值。

贝尔一方面对样机进行系统地完善,另一方面利用一切机会宣传电话的使用价值,以便人们能够认识到它的价值。

1878年,贝尔在波士顿和纽约之间进行首次长途电话试验(两地相距300千米),结果也获得成功。在这以后,电话很快在北美各大城市盛行起来。

电话在中国

电话传入中国,是在1881年,英籍电气技师皮晓浦在上海十六铺沿街架起一对露天电话,付一定的钱才可通话一次,这是中国的第一部电话。1882年2月,丹麦大北电报公司在上海外滩扬于天路办起中国第一个电话局,用户25家。1889年,安徽省安庆州候补知州彭名保,自行设计了一部电话,包括自制的五六十种大小零件,成为中国第一部自行设计制造的电话。

冯·诺依曼——“计算机之父”

诺依曼与计算机

1944至1945年间,冯·诺依曼研制出了现今所用的将一组数学过程转变为计算机指令语言的基本方法。

当时的电子计算机缺少灵活性、普适性。冯·诺依曼基于机器中固定的、普适的线路系统,经过不懈钻研,终于克服了当时电子计算机中缺少灵活性的缺点,为计算机的发展作出了重大贡献。

计算机工程的发展应大大归功于冯·诺依曼。计算机的逻辑图式,现代计算机中存储、速度、基本指令的选取以及线路之间相互作用的设计,都深深受到冯·诺依曼思想的影响。他不仅参与了电子管元件的计算机ENIAC的研制,并且还在普林斯顿高等研究院亲自督造了一台计算机。稍前,冯·诺依曼还和摩尔小组一起,写出了一个全新的存贮程序通用电子计算机方案的EDVAC,这份长达101页的报告轰动了数学界。一向专搞理论研究的普林斯顿高等研究院也批准让冯·诺依曼建造计算机,其依据就是这份报告。

程序内存

程序内存是诺伊曼在研制计算机之外的另一杰作。通过对ENIAC的考察,诺伊曼敏锐地抓住了它的最大弱点——没有真正的存储器。ENIAC只有20个暂存器,并且它的程序是外插型的,指令存储在计算机的其他电路中。这样,解题之前,必需先相好所需的全部指令,通过手工把相应的电路联通。这种准备工作要花几小时甚至几天时间,而计算本身只需几分钟。计算的高速与程序的手工存在着很大的矛盾。

针对这个问题,诺伊曼提出了程序内存的思想:把运算程序存在机器的存储器中,程序设计员只需要在存储器中寻找运算指令,机器就会自行计算,这样,就不必每个问题都重新编程,这就大大加快了运算进程。这一思想标志着自动运算的实现,标志着电子计算机的成熟,已成为电子计算机设计的基本原则。

主要贡献

另外,冯·诺伊曼还是20世纪最重要的数学家之一,在纯粹数学和应用数学方面都有杰出的贡献。他的工作大致可以分为两个时期。