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6章 大科学家大手笔(1)

制服决口的高超

宋代庆历八年(公元1048年)6月,我国华东一带暴雨成灾,黄河水位猛涨。十几天后,翻滚着黄沙浊浪的黄河水终于冲垮了澶州(今河南濮阳)的一段河堤。

“大水来了!大水来了!”老百姓们惊恐万分。可在那个时代,老百姓对水灾能有什么办法呢?决了堤的黄河水吼叫着一直向北冲去,淹没了就要收割的庄稼,冲毁了村庄,直逼北宋的陪都北京(今河北大名县),严重威胁着陪都北京的安全。

宋王朝面对这种局面非常着急,派了三司度支副使(管理财政的高级官员)郭申锡去治理,想了不少办法,可决口怎么也堵不住。这时,有一位名叫高超的水工站了出来,出了个“三节下埽合龙法”的主意,竟成功地堵住了决口,使黄河水驯服地流回了故道。从此以后,高超和他的治水之道也被后人传为美谈。

据《宋史》记载,庆历八年6月的一次决口共约850米宽(决口为557步,一步合155米),堵塞工程非常艰巨,决口很久没有堵上。原来堵口工程要先从两头同时筑堤,这时困难还不太大。随着工程的进展,两头距离越近,水流就越急,到最后,把两头连接起来,叫做“合龙门”,这是堵口工程成败的关键,也是工程最困难的地方。当时“合龙门”是用“埽”来堵塞的。

“埽”是1000年前我国劳动人民在长期与洪水做斗争中创造的一种堵河决口的器材,是用秸秆、土、石头等卷成的大圆捆,直径一般从一米到三四米不等,长度约100米。做法是把秫秸、树枝、苇草等铺很厚的一层,用碎石泥土做心,卷成一大捆,再用竹索紧紧地捆住。为了便于牵挽,打卷时,中间放若干比埽更长的心索,使两头都有牵绳。

郭申锡监管的这次堵口,只知搬用老办法,做成100米的长埽。但往往在“合龙门”的时候,由于水深流急,埽身太长,一放下去,便被洪水冲跑,连放几次都不成功。洪水依旧奔流着,在场的人们都心急如焚,郭申锡更是像热锅上的蚂蚁,急得手足无措。

就在这个时候,具有丰富实践经验的水利工人高超站了出来,他说:“埽身太长了,不容易把它压到底,不但起不到断流的作用,反而把绳索都拉断了。如果把60步(约合100米)的埽分为三节,每节长20步,彼此相互之间再用绳索连起来。先下第一节,当第一节压到底后,再下第二节,然后再下第三节,就能把‘龙口’锁住。”高超提出的这种分段作业的方法,是很有科学根据的。因为高超从实际出发,对各种方案进行分析、比较,才得出分段作业比一次作业优越的结论。

高超的方案提出后,有人说:“20步的埽,不能一下断水,分成三节,耗费更多,如果不能堵住决口怎么办?”“高超很有信心地说:“第一节20步的埽下去后,水确实不会断,但水势已削弱一半,压第二节埽就省力多了。两节埽一下,水纵然没有断,也只不过是小漏罢了。下第三节埽时,就基本上等于平地施工了。这时候,人力能够得到了充分的发挥。到第三节埽处置好了之后,前两节埽自然被浊泥淤塞,用不着多费人力了。”

高超提出的革新方案,道理讲得透彻,具体做法也交代得很清楚,使在场的人们连连点头称是,非常佩服。但是,郭申锡这个老古板就是听不进去。他以为自己主管这一工作已多年,又把持着水利大权,难道还不如一个普普通通的水工?这面子岂不是过不去吗?他仍然死抱着已被实践证明了不能用的老办法,结果,不分节的长埽下水后又被急流冲断流走。这时,龙门不但没有合,反而越来越宽,水灾直逼陪都,朝廷也发了怒,一下子把郭申锡的职务给撤了。

那时在陪都做留守官的贾昌朝,是一个思想比较开明,又很关心水利的人物。他听了高超的建议以后,心里暗自思量:“此举很有些道理,不妨试试。”他暗地里派人到决口下游的地方去打捞被急流冲下来的长埽,回收了许多秸秆、竹索等材料。然后又组织了人马,按高超设计的方案实施,果不其然,巧合龙门,顺利地堵住了决口,洪水被治住了。

让孕妇捡豆子

朱丹溪是中国历史上有名的神医,他善于观察病情,然后对症下药,治好了不少疑难病症。

有个孕妇一次收拾好碗筷,想将饭篮挂到一个钩上,由于她挺着大肚子,必须踮起脚尖,可是挂时一用力,肚子突然一阵疼痛。此后就腹痛不止,整天不得安宁。家人带她四处求医,吃了不少药,可就是不见成效。

朱丹溪被请来治病。他问明病情,又仔细诊断一番。接着他抬头四处看了看,见墙角有筐小豆,就把约半升小豆撒了一地。之后,他让孕妇喝了一碗糖汤,告诉她把地上小豆捡起来。大家心中升起疑团,但都没说话。孕妇没办法,只好忍着痛,一粒一粒地捡地上的豆子。3个小时过去了,地上的豆子才捡完。孕妇直起身子舒一口气时,惊喜地发现腹痛减轻了许多。朱丹溪又给她开了3帖安胎药。孕妇经这一活动,又吃了药,疼痛很快消失了,不久就顺利地生了小孩。

事后,人们向朱丹溪讨教这次治病的奇特医理何在。朱丹溪说:“因为她起病突然,属于胎位移动。胎位不正,不能光靠药品治疗。所以必须先用自身的活动给予正位,然后再服些安胎药,这样才有效果。我让她捡豆子,这个动作一弯一挺,能使胎位逐步移正。”

以为朱丹溪用了什么妙术的人,此时从心里钦佩他的“实用医术”,直夸他医术高明。

火车自动挂钩

詹天佑一生致力于祖国的铁路建设事业,呕心沥血,拼尽全力,作出了卓越贡献。他负责中国第一条自筑铁路——京张铁路的修筑任务,为祖国争了光。

在京张铁路刚开工的时候,在丰台车站铺轨的第一天,京张铁路工程队的工程列车中有一节车钩链子折断了,造成了车辆脱轨事故,詹天佑费了很大的力气才恢复原状,但影响了部分列车的正常运行。那些看中国人自己修铁路十分嫉恨的外国人,抓住这件事大肆狂叫,说什么詹天佑在铺道的头一天就翻车,证明这条路不用外国人是修不好的。

对于这些无耻谰言,詹天佑毫不介意。但是,列车钩链折断这件事却使细心的詹天佑受到很大启示,想到了改进车钩。詹天佑的大胆设想,传到一些保守人的耳朵里,又遭到他们的讥笑,认为詹天佑连世界上通用多年的车钩也要碰一碰,真是不自量力。詹天佑不怕冷嘲热讽,说:“可怕的是明明有缺点,却不肯改正缺点。”

他想:铁路不仅要有坚固的路基和标准的轨距,而且还必须使列车的车厢之间能够紧紧地联结在一起。特别是高峻险陡的京张铁路,爬向高地或曲线运行时,要求火车必须固如一体,才能保证列车安全;而当时通用的链子钩既没有弹力,又容易拉断,恰恰不具备这些长处。

詹天佑决心对车钩进行改革创新。他经过3年的废寝忘食、刻苦钻研、反复设计和修改,终于改成了一种新式的自动挂钩,在修筑八达岭“人”字形铁路时,得到了采用,在行车安全上发挥了重要作用。这种挂钩装有弹簧,富有弹力,又不用人工联结,只要两节车厢轻轻一碰,两个钩舌就紧紧咬住,犹如一体。要分开又很方便,人站在线路外面,只要抬起提钩杆,两节车厢就分开了。

詹天佑为祖国铁路的建设立下了不朽的功勋,永远受到人民的崇敬。为了纪念他,人们在青龙桥站建造了詹天佑的铜像。

条件反射的实验

1849年9月26日,巴甫洛夫出生在俄国的梁赞。他的父亲是一位牧师,他起初接受的教育也是为了继承父业做一名好牧师。可是,当他读了达尔文的《物种起源》这本书之后,就立志走上献身自然科学的道路。

1870年,巴甫洛夫还没有在神学院毕业,就转进了彼得堡大学。他先学习物理和数学,然后又改学生理学。大学毕业后,他一边在军医学院当助教,一边学习军医学院的医学课程。这一段学习生活对巴甫洛夫来说,十分重要。因为他不仅积累了广博的知识,还学会了使用手术刀。1884—1886年,他又到德国去进修了两年。

回到军事医学院后,他开始研究消化生理,探索出控制消化腺分泌,特别是胃液分泌的神经机制。1889年,他进行了一项著名的实验:在一只狗的脖子上开一个口子,把食管切断。然后,把这2个断头接到皮肤外头来。这样,食管被切断后,给狗喂食物时,食物不会进到胃里,而是从切口处掉到了外面。通过这个实验发现,食物虽然不能到达胃里,可是胃液还是分泌了出来。这个实验告诉人们:胃液的分泌不是食物刺激的结果,而是食物刺激了口中的味觉神经,味觉神经将信号传达到了大脑,由大脑控制着胃液的分泌。

由于巴甫洛夫的这项研究揭示了消化生理的详细情况,因而获得了1904年度诺贝尔生理学与医学奖。

这时候,巴甫洛夫又把他的研究兴趣转移到了大脑上。食物刺激口中的神经导致胃中的一系列反应,也被称为无条件反射。这就像灰尘落进眼睛里,人就会眨眼一样,是与生俱来的反射,不需要任何训练就会产生,动物和人都是这样。

可是,巴甫洛夫进行了这样一项实验:在给狗喂食之前,打开电灯。你可以想象,狗是不会流唾液的。可是,在打开灯以后,紧接着给狗喂食,它的唾液就流了出来。

以后,凡是给狗喂食的时候,就打开电灯,也就是让灯光和食物总是同时出现。这样动作重复多次以后,只要灯光一亮,即使没有食物,狗也会流出口水来。狗已经把灯光同食物的出现联系了起来,所以,对灯光像对食物一样起反应,这就是条件反射。

巴甫洛夫经过深入细致的研究,证明了条件反射是高级神经活动的基本形式。他创立了条件反射学说,也就是高级神经学说。他的研究,弄清了许多复杂的问题,对生理学和医学都有着巨大的贡献。

巴甫洛夫在一生中,做了大量的生理学实验,他86岁时,写下了一份遗嘱。这个遗嘱不是写给他自己子女的,而是把自己的经验和希望留给献身于科学事业的青年。

1936年2月27日,巴甫洛夫与世长辞了。他的一生,正像他在遗嘱中要求青年去做的那样:“科学要求人们花费毕生的精力。即使你有两倍的寿命,也仍然是不够用的。”

人造卫星的发明

第二次世界大战结束后,美国和前苏联拉开了一场和平竞赛,尤其是在火箭和宇航技术上的相互较量。这两个世界超级大国各自组织了由一批科学家、高级工程技术人员参加的机构,开始暗暗地较上了劲。

1955年7月29日,美国公开宣布:要在1957年的“国际地球物理年”发射人造卫星。

这时,前苏联的火箭总设计师谢尔盖·科罗廖夫正殚精竭虑地致力于前苏联的航天技术的发展。当他从收音机里听到美国这一消息时,非常焦虑,他连夜赶写了一份关于加快研制苏联人造地球卫星的计划,送给了当时的苏联领导人赫鲁晓夫。

苏联政府很快批准了科罗廖夫的报告,加快了在哈萨克大草原建设卫星发射基地的步伐。科罗廖夫受命于非常时刻,他率领一批火箭专家、高级技术人员,开始了一场争分夺秒的战斗。

凭着渊博的火箭知识,科罗廖夫知道,要把人造卫星送入绕地球运行的轨道,必须具有足够推力的运载火箭。但是,他们当时只有单级火箭,而单级火箭的推力显然太小了。

怎么办?科罗廖夫苦苦思索着。如果这个问题解决不好,他们的计划也就无从实现了。突然,他想到了“宇航之父”齐奥尔科夫斯基,为什么不向他请教呢?

听完科罗廖夫的问题,齐奥尔科夫斯基陷入了沉思:单级火箭推力太小,那么双级、多级火箭呢?

“双级、多级火箭?”

“对!就像火车一样,一列火车可以有10节车厢,也可以有15节车厢,就根据载客量的多少而定。这火箭,是不是也来个‘列车’呢?”齐奥尔科夫斯基说。

科罗廖夫顿时豁然开朗,他根据齐奥尔科夫斯基“火箭列车”设想,开始设计具有大推力的运载火箭。在研制过程中,他不断完善“火箭列车”的设想,提出串联或并联的方式组成多级火箭或捆绑式火箭。

转眼间,两年过去了,科罗廖夫的研制计划迎来了最关键的时刻。1957年10月4日夜晚,哈萨克大草原卫星发射基地上,一派紧张、激动的景象。卫星发射基地的中央,矗立着一支巨大的两级火箭。在强烈的探照灯光照射下,它是那么得耀眼,就像一柄利剑,傲然指向神秘莫测的苍穹。

发射的时刻终于到来了。科罗廖夫缓缓稳步向前,亲手点燃了导火线,然后迅速撤入掩蔽部。

最后30秒、20秒、10秒……

四周一片寂静,唯有导火线哧哧燃烧的声音,人们紧张得连大气也不敢喘。

5秒、4秒、3秒、2秒、1秒!

轰的一声巨响,在耀如白昼的火光中,火箭冲天而起。

发射成功了!科罗廖夫和同伴们紧紧地拥抱在一起。

火箭载着世界第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”,把这颗重836千克、带有2个无线电发射机的铝合金小球送入了地球轨道。

经过艰苦卓绝的努力,科罗廖夫终于了却了夙愿,抢在美国之前将人造地球卫星送上太空。从此,浩瀚的太空增加了一族新的成员——人造天体。

当科罗廖夫和同伴们收到这颗小球上发射回来的无线电波时,他们无比激动地大声欢呼:“成功了!我们成功了!人类进入了宇宙航行时代!”

数学家的智慧