书城科普读物青少年素质养成必读故事:让青少年热爱科学的故事
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第14章 灵感来袭的瞬间(1)

鲁班发明“铁草”

鲁班不但凭借自己的技艺帮助了很多人,还发明了许多木工工具,如墨斗、刨子、钻子、凿子、铲子等,最有趣的是他发明锯子的过程。

有一次,鲁国的国君要他负责修建一座大宫殿,并且必须按期完成,否则,就要给予严厉的处罚。

接受任务后,鲁班抓紧准备一切用料,其中包括大量的木材。他就召集他的徒弟上山去采伐。当时,采伐木头用的是斧头,砍呀、砍呀,徒弟和工匠们砍了许多天,直累得腰酸背痛,还是没砍下多少棵树。

鲁班的心里非常着急。如果木料供应不上,就不能按期完工。这样,不仅自己要受到处罚,而且也会连累徒弟和工匠们。

“能不能想个什么办法加快伐木的进度呢?”鲁班为此绞尽了脑汁,还是想不出好办法。

这天上午,他又心事重重地到山上去察看。为了抄近路上山,他决定沿着陡坡的羊肠小道上去。山路崎岖,草林茂盛。他用手攀着树枝、杂草,使劲地往上爬。爬着爬着,他脚下一滑,差点儿摔下去。由于太使劲,手被握着的茅草划破了,鲜血从手心流了出来。鲁班伸手一看,只见手上有几道细细的口子。鲁班感到很惊奇,心想:“几根柔软的小草竟也这么厉害,我倒要看个究竟!”于是,他又抓住小草,用力一抽,只见手掌又被划了几道口子。鲁班顾不得痛,也顾不得擦去手上的血,拿起小草左看右看,琢磨着草上有什么名堂。

终于,他发现了茅草的秘密。原来茅草叶子的边缘上,有许许多多排列整齐的小齿儿。正是这些锋利的细齿割破了鲁班满是茧皮的手!

“哈哈!有了!”鲁班心里一亮,心想,“如果仿造茅草的样子,在铁片上打出细齿来,不就能把树弄断了吗?”

鲁班找来了铁匠,让铁匠打了一批带有细齿的铁片。用这种“铁草”去锯树,果然又快又省力气。

活字印刷术的诞生

毕昇是北宋活字印刷术的发明者。他出身贫寒,从小当学徒。过去没有印刷技术,书籍只能靠人抄写。一部书要花好多时间才能抄完,因此书籍显得十分宝贵。

五代时的大官僚冯道,开始用雕刻版印刷发行“五经”。印一页书,必须先把字雕刻在木板上。刻一部书要花费几个月或者一年的时间,如果是一部大书,就需要花几年的时间和大量的人力、物力。

到了北宋时候,雕刻印刷大为盛行。相传杭州西山有位号称“神刀王”的雕刻师傅,技术出众,很负盛名,但他有个怪脾气,从来不肯收徒弟。那时毕昇还是个小孩子,听别人说后,就慕名前往拜师。“神刀王”看他虽然小小年纪,但聪明灵巧,十分讨人欢喜,就破格收下了这名小徒弟。毕昇跟着师傅早起晚睡,勤奋学习雕刻技术,在短短的时间里,他的技艺就有了长足的进步。

几年后的一天,“神刀王”雕刻晋代大书法家王羲之的《兰亭序》,让毕昇在一旁观看揣摩。哪知毕昇不小心碰到了师傅的胳膊,结果最后一行的一个“之”字刻坏了。这样,整块木板就要报废。当时“神刀王”并没有责备他,可毕昇还是难过得饭也吃不下、觉也睡不着,一连好多天都为此事而感到难过。同时他也在想,木板雕刻印刷这么麻烦,能不能改进一下呢?此后,毕昇一有空闲,总是考虑这件事。

一天,师傅让他到街上买菜。他边走边想,经过刻制图章的摊前,看到一个个的图章排得很整齐。他想,如果印刷也能像刻图章一样把所需要的字一个一个地排起来,就不会因为一个字坏了而影响整块雕版了。他想起了在家和小朋友一块捏泥人的游戏,我何不用泥来试试呢?

于是,他一有空就用胶泥做成一个个的方块,在上面刻成反字。晒干后,涂上墨,果然印出了字。他高兴极了!后来,他又向烧瓷的师傅请教,经过烧制后,字模变硬了,而且非常灵便,成了活字。排版时,把活字排在铁框里固定好,就可以像雕版一样印刷了。活字印刷不仅节省了大量的材料、时间,而且大大增加了印刷数量、提高了印刷质量,使书籍得到更广泛的流传。

毕昇的发明,比欧洲早400多年。他成了活字印刷的“祖师爷”,对人类文化的发展作出了不可磨灭的贡献。

欧洲的活字印刷术

中国的印刷术传入欧洲,成为推进欧洲历史前进的巨大动力。因为在这以前的欧洲,都是靠人手抄书的。这种情况极大地限制了知识的普及,只有僧侣才能读书和受高等教育,印刷术的传入改变了这种状况。但当时欧洲使用的也是雕版印刷术。15世纪,欧洲也出现了一位如同中国北宋时期毕昇一样的人物,这个人的名字叫科斯特。

科斯特是荷兰北部哈拉姆城一个小旅店的老板。他是个很善于动脑的人,为人也仁慈,小孩子们都喜欢他。有一次,科斯特带着一群孩子去森林玩,为了讨孩子们喜欢,他在一些小块木头上面刻字,然后从口袋里找出一点纸来,给每个小孩印一张。回来时,他触发了灵感,产生了如同毕昇发明活字版一样的想法。他想:为什么不可以用活字呢?把一面字排好,印刷起来,然后再排一面,这样就可以连续做下去。那些刻字工人想用他们刻出的字版来超过那些抄写经典的僧侣们,但他们要费很多工夫才能刻出一面稿子来,这太费时间了!而且用完以后就不能再用了,只好烧掉。这么慢的速度,每面都要重新刻。要是用能随意移动的字该多好啊!

沿着这个思路,他继续想下去:如果能把每个字用木头分开,刻得平整又清楚,大大小小的成排成列,这是可以办到的。但还可以更简化一点儿,用硬一点的金属熔化后铸成模型。把字母刻在钢头上,然后打在较软金属铸成的模型上,这就可以制成一个活字了。每打一次就是一个模型,每一个钢头就可以打出许多活字模来。这样,科斯特抱着试试看的想法造出了许多活字,他用钢头刻字母,然后铸出活字来,排成一段段文章,合并成一面。就这样,他印出了一页页的书。

科斯特成功了,他印出了欧洲第一部活字印刷的书。这个日期现在已经说得不太准确了,有人说是1420年,也有人说是1428年,还有人说是1440年。不管怎样,活字印刷总算在欧洲出现,并得到了飞速的发展。

关于欧洲活字印刷的发明者,另外一种说法是德国的约翰内斯·古腾堡。传说,欧洲在15世纪以前是没有扑克的。15世纪时,到中国旅行的欧洲人把中国的骨牌游戏带回了欧洲。当时骨牌在欧洲风靡一时,而制造骨牌也成为了一个重要产业。欧洲制的骨牌,最初完全是用手工,雕刻之后,涂上颜色。

后来知道用印刷的方法,先把模样刻在薄金属板上,然后用有颜色的墨水印在纸片上。再以后便用木板代替金属板,工作效率更高了。据说古腾堡有一天晚饭后和他的妻子玩骨牌,他手中摸着骨牌,心里想:这牌我也会做!第二天,他照骨牌的样子刻了块木片,再用墨水印出骨牌来。同时,他把妻子的名字也用同样的方法印出来,这使他的妻子喜出望外。

有了这小小的成功,古腾堡进而刻印较复杂的东西。他又印了些圣像,挂在店门口,惹得行人纷纷争购,这给他带来了意外的收入。他更热心于印刷的研究了,在获得修道院的允许后,他刊印了《贫者的圣书》。

在实践中,他逐渐体会到,在一块木板上刻上字,比起用独立的字模拼版来要困难得多。于是他开始用木头刻字模,然后创造出排列用的字框,活字印刷终于获得了成功。这时是1445年,古腾堡觉得非常高兴。

洗澡时发现的秘密

阿基米得博学多才、智慧过人,他用他的发明创造为自己的祖国作出了许多杰出贡献,备受希伦国王的信任。国王曾训谕他的臣民们说:“无论阿基米得讲什么,都要相信他。”

有一次,国王做了一只纯金的冠冕,他怀疑工匠用其他的金属混杂在王冠里,但又找不出确凿的证据和方法来检验。于是,他想到了才智过人的阿基米得,要求他想办法检验一下。阿基米得被难住了,他苦思冥想,但一直想不出办法。这天,他去洗澡。他刚站进澡盆的时候,水就往上升起来,他坐了下去,水就溢到盆外来了;同时,他感觉到身体在水中的重量减轻了许多。他恍然大悟,忙从澡盆里跳出来,高兴得忘乎所以,大声喊着跑出去:“我知道了!我知道了!”周围的人莫名其妙,以为他得了神经病,原来他发现了检验国王冠冕的办法。

他找了一个刚好能包容下王冠的水罐,将里面注满水,又向国王要了一块跟给工匠做王冠用的一样重量和大小的纯金。检验开始了,他分别将王冠和纯金放入水罐里。结果发现放王冠时水罐里溢出的水要比放纯金块所溢出的水要多。于是阿基米得据此指出,王冠里一定混杂了比纯金比重小的其他金属。

人人都知道,如果洗澡时钻进澡盆里,澡盆的水必然上升,由于水的浮力,身体的重量也必然减轻。阿基米得察觉出,如果王冠放入水后,所排出的水量没有跟同样大小的纯金所排出的水量一样多,则金匠替国王所制的王冠一定夹杂了其他金属。

阿基米得在这平常的事里发现了十分重要的秘密,这就是有名的浮力原理。根据这个原理,他得出了有名的阿基米得定律:物体沉于液体中,物体减轻之重量,等于所排除液体之重量。

电影诞生的故事

1872年的一天,在美国加利福尼亚州的一个酒店里,斯坦福与科恩发生了激烈的争执:马奔跑时蹄子是否都着地?斯坦福认为奔跑的马在跃起的瞬间,四蹄是腾空的;科恩却认为,马奔跑时始终有一蹄着地。争执的结果是谁也说服不了谁,于是就采取了美国人惯用的方式——打赌来解决。他们请来一位驯马好手来做裁决,然而,这位裁判员也难以断定谁是谁非。这很正常,因为单凭人的眼睛确实难以看清快速奔跑的马蹄是如何运动的。

裁判的好友——英国摄影师麦市里奇知道了这件事后,表示可由他来试一试。他在跑道的一边安置了24架照相机,排成一行,相机镜头都对准跑道。在跑道的另一边,他打了24个木桩,每个木桩上都系上一根细绳,这些细绳横穿于跑道,分别系到对面每架照相机的快门上。

一切准备就绪后,麦市里奇牵来了一匹漂亮的骏马,让它从跑道一端飞奔到另一端。当马跑过这一区域时,依次把24极引线绊断,24架照相机的快门也就依次被拉动而拍下了24张照片。麦市里奇把这些照片按先后顺序剪接起来,每相邻的两张照片动作差别很小,它们组成了一条连贯的照片带。裁判根据这组照片,终于看出马在奔跑时,总有一蹄着地,不会四蹄腾空,从而判定科恩赢了。

按理说,故事到此就应结束了,但这场打赌及其判定的奇特方法却引起了人们很大的兴趣。麦市里奇一次又一次地向人们出示那条录有奔马形象的照片带。一次,有人无意识地快速牵动那条照片带,结果眼前出现了一幕奇异的景象:各张照片中那些静止的马叠成一匹运动的马,它竟然“活”起来了!

生物学家马莱从这里得到启迪,他试图用照片来研究动物的动作形态。当然,首先得解决连续摄影的方法问题,因为麦市里奇的那种摄影方法太麻烦了,不够实用。马莱是个聪明人,经过几年的不懈努力后,终于在1888年制造出一种轻便的“固定底片连续摄影机”,这就是现代摄影机的鼻祖了。从此以后,许多发明家将眼光投向了电影摄影机的研制上。1895年12月28日,法国人卢米埃尔兄弟在巴黎的“大咖啡馆”第一次用自己发明的放映摄影兼用机放映了《火车到站》影片,这标志着电影的正式诞生。

当然,19世纪末电影的诞生从根本上说是科学技术与艺术相结合的综合产物,其诞生和发展是摄影艺术、光学、声学、电学技术逐步提高与完善运用的成果。在电影诞生之前,许多发明家已经为电影的诞生作过艰苦的工作和基础性的贡献。除上面所提到的科学发明家外,还有许多,如摄影术的发明人——法国的达盖尔、尼普斯;美国的大发明家爱迪生等。而斯坦福与科恩的打赌事件如同使这些科学技术结合在一起发生聚变的催化剂,迅速导致了电影综合技术的产生,使电影这门伟大的艺术叩响了20世纪的大门。

留声机的问世

爱迪生最大的功绩是发明了电灯,然而在他的发明创造中,最引起当时社会震惊的,莫过于留声机了。在1877年秋天,爱迪生发明的留声机轰动了整个纽约,各家报馆的新闻记者像潮水般地涌来报道这一特大新闻。这一发明一经传出,就激起当时社会急速而巨大的狂热,并持续数月之久。铁路特开专车前去参观,许多人开始不相信这个发明,疑心他是先在里面藏了个什么会说话的东西骗人的,有个教堂的主教用最高速度对着收音盘背诵《圣经》中的一串专门名词,当这些名词一字不漏地从机器中重复出来时,人们才相信这东西确实不是虚假的,并且齐声称奇。报纸把留声机称为“19世纪的奇迹”。

然而,爱迪生这个著名发明的构思,却是幸福的偶然性促成的。一次,爱迪生一人静静地在实验室里研究改进在纸带上打印符号的电报机。这时,电报机内的一种单调的声音吸引了他。在试图排除这种声音时,爱迪生出乎意料地发现,这是纸带在小轴的压力下发出的声音。在改变小轴的压力时,声调的高度也随之变化。这就使他产生了一个念头:借助运动载体上深度不同的沟道来记录和回收声音。