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第25章 发明创造——从印刷术到微软帝国(2)

伽利略非常高兴。他顾不上休息,立即动手磨制镜片,这是一项很费时间又需要细心的活儿。他一连干了好几天,磨制出一对对凸透镜和凹透镜,然后又制作了一个精巧的可以滑动的双层金属管。现在,该试验一下他的发明了。

伽利略小心翼翼地把一片大一点的凸透镜安在管子的一端,另一端安上一片小一点的凹透镜,然后把管子对着窗外。当他从凹透镜的一端望去时,奇迹出现了,那远处的教堂仿佛近在眼前,可以清晰地看见钟楼上的十字架,甚至连一只在十字架上落脚的鸽子也看得非常逼真。

伽利略发明的望远镜,经过不断改进,放大率提高到30倍以上,能把实物放大1000倍。现在,他犹如有了千里眼,可以窥探宇宙的秘密了。

过去,人们一直以为月亮是个光滑的天体,像太阳一样自身发光。但是伽利略透过望远镜发现,月亮和我们生存的地球一样,有高峻的山脉,也有低凹的洼地(当时伽利略称它是“海”)。他还从月亮上亮的和暗的部分的移动,发现了月亮自身并不能发光,月亮的光是透过太阳得来的。

伽利略又把望远镜对准横贯天穹的银河,以前人们一直认为银河是地球上的水蒸汽凝成的白雾,亚里士多德就是这样认为的。伽利略决定用望远镜检验这一说法是否正确。他用望远镜对准夜空中雾蒙蒙的光带,不禁大吃一惊,原来那根本不是云雾,而是千千万万颗星星聚集一起。伽利略还观察了天空中的斑斑云彩——即通常所说的星团,发现星团也是很多星体聚集一起,像猎户座星团、金牛座的昂星团、蜂巢星团都是如此。

伽利略的望远镜揭开了一个又一个宇宙的秘密,他发现了木星周围环绕着它运动的卫星,还计算了它们的运行周期。现在我们知道,木星共有14颗卫星,伽利略所发现的是其中最大的四颗。除此之外,伽利略还用望远镜观察到太阳的黑子,他通过黑子的移动现象推断,太阳也是在转动的。

这是天文学研究中具有划时代意义的一次革命,几千年来天文学家单靠肉眼观察日月星辰的时代结束了,代之而起的是光学望远镜,有了这种有力的武器,近代天文学的大门被打开了。

让电可以随人携带:伏特和他的电池

伏特(1745-1827)出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。

伏特1792年去国外作一次长途游历,到了德国、荷兰、法国和英国。他访问了一些最著名的同行,例如拉普拉斯和拉瓦锡(1743-1794),有时还和他们共同做实验。他当时还被选为法国科学院的通迅院士,不久又被选为伦敦皇家学会的外国会员。

伏特在四十五岁生日后不久,读到了伽伐尼1791年的文章,这促使他去作出了最大的发明和发现。他开始还有些犹豫,但不久他就开始了工作,用伏特的话说,他实验的内容"超出了当时已知的一切电学知识,因而它们看来是惊人的"。起初他同意伽伐尼用蛙做莱顿瓶的观点,但几个月后,他开始怀疑蛙主要是一种探测器,而电源则在动物之外,他还注意到,如果两种相互接触的不同金属放在舌上,就会引起一种特殊的感觉,有的是酸性的,有时是碱性的。他假定,并且也能令我们惊叹的静电测量证明,两种不同的金属例如铜和锌接触时会得到不同的电势。他测量了这种电势差,得到的结果与我们现在所知的它们之间的接触电势差没有多大差别。至少当连接肌肉和神经的金属电弧是双金属时,只要假定蛙是一种非常灵敏的静电计,伽伐尼实验就到了解释。当然,伽伐尼回答说,甚至当金属电弧是单金属的时,他也能够观察到肌肉的收缩。这是一种严峻的反对意见,伏特对这些指出了金属的不纯和其他原因来为自己辨解。

一天,他拿出一块锡片和一枚银币,把这两种金属放在自己的舌头上,然后叫助手将金属导线把它们连接起来,刹时,他感到满嘴的酸味儿。

接着,他将银币和锡片交换了位置,当助手将金属导线接通的一瞬间,伏特感到满嘴的咸味。

这些实验证明,两种金属在一定的条件下就能产生电流。伏特想,只要能把这种电流引出来,就能大有作用。

伏特经过反复实验,终于发明了被后人称做“伏特电堆”的电池,这就是在铜板和锌板中间夹上卡纸和用盐水浸过的布片,一层一层堆起来的蓄电池。这种电池,今天仍然在使用着。

伏特对这个问题进行了更深入的研究,使他发明了伏特电堆,这是历史上的神奇发明之一。伏特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),它们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(1743-1820)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》。电堆能产生连续的电流,它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大,由此开始了一场真正的科学革命。

使旅游业兴旺发达:霍华德·休斯改进了飞机设计

在美利坚合众国,霍华德·休斯的名字就像华盛顿、亚伯拉罕·林肯一样无人不知。这不仅因为他是美利坚合众国少有的几个享有世界声望的富豪之一,美利坚合众国人更是把他作为一个英雄来看待的。他的一生可谓轰轰烈烈,充满了冒险和刺激。他拥有25亿美元的资产,到了晚年,却隐居世外,行踪莫测,不在公开场合抛头露面。

1905年12月24日,霍华德·休斯出生于美利坚合众国休斯敦。霍华德·休斯酷爱驾驶飞机,有一次,当他驾着单人操纵的私人飞机在马利布海岸上空盘旋时,突发奇想:拍一部表现空战的片子不是会很受欢迎吗?他想到1918年第一次世界大战中,英国空军中校达宁率领7架索匹兹骆驼号战斗机,从巡洋舰上起飞,轰炸德军东得伦空军基地。那是一次出色的越洋轰炸,英军只损失1架飞机,炸沉了两艘敌舰和两只飞艇。休斯决定将这次空战搬上银幕。当时还没有表现空战的电影特技,他准备用真正的飞机,拍一部比实战还要刺激还要壮观的空中大战片,片名为《地狱天使》。

拍摄俯冲轰炸场面时,他要求飞行员从距地面30米高处冲下去,撞在地面上爆炸燃烧。飞行员没有一个人愿意干,谁都知道那是要出人命的。没有人愿意冒这个险,休斯说:“那么我来飞给你们看!”他真的上了飞机,而且他的确没有来得及跳出来,当飞机向地面俯冲时,突然翻了个跟头,接着就呼啸坠地。“休斯死了!”人群中发出一片惊呼。

然而,也许是命运之神特别钟爱这个大胆的年轻人,就在飞机即将燃烧时,休斯居然艰难地从驾驶座里爬了出来,他的伤势并不太重,只是脸颊骨折,后来留下一块疤。

洛杉矶的加利福尼亚理工大学附近有一座飞机场,飞机场的一个角落有一个被隔离的飞机库。这里有武装警卫人员负责警戒,没有人知道里面是做什么的。其实,这是休斯工具公司一个秘密研制新型飞机的工厂。休斯对飞机非常着迷,他曾参加了在迈阿密举行的一次全美短程飞行比赛,休斯以302公里的时速一举夺冠。可他并不满足于这样的成绩,他的目标是要打破世界纪录。1927年,美利坚合众国飞行员林白驾机用33小时30分飞越大西洋,轰动了世界,被美利坚合众国人称为“世纪英雄”。休斯为了打破林白创下的纪录,开始致力于新型飞机的研制,他有两位优秀的飞机设计师:帕玛和欧提卡克。他们将未来的飞机命名为H1。

欧提卡克是一位机械工程师,他对制造新型飞机有许多大胆的构想,对疯狂地追求速度的休斯来说,他是个难得的人才。在那个秘密的飞机制造厂里,他们不断改进飞机的外形,选用性能最好的1000匹马力的普拉特·惠特尼引擎,用了15个月的时间,终于制造出机身长度为8.2米,机翼长7.6米的H1型单翼飞机。因为机身特别短,谁也不知道它能在空中飞多久,休斯的公司里没有人敢驾机试飞,休斯决定亲自试飞。

1935年9月12日,一切准备工作就绪时,日已偏西。负责速度测试的裁判技师建议明天再飞,因为现在接近黄昏,飞行逆光刺眼。休斯却等不及了,他早已穿上飞行服,跳进机舱,启动了飞机引擎。飞机升空了。

第一次测试速度达到556公里。裁判技师通过无线电告诉他:这一次不算,因为违反航空协会的规则,没有做水平飞行。于是,休斯在空中绕了个圈,又作第二次水平飞行。“世界纪录,时速已达566公里!”耳机里传来裁判的叫声。

休斯兴奋极了,没有立刻降落,继续飞,还想创造新的世界纪录。第三次飞却只有542公里。他不甘心,再飞一次!“567公里。”又是一个新的世界纪录!

休斯脸上露出得意的微笑,却仍不愿停下,又飞第五次、第六次……突然间,引擎停止了工作,他这才发现主油箱已经没有油了。他连忙去按瞬间补油的按钮,可是无济于事,太迟了,发动机已经完全停下来。

休斯打算以滑翔的方式紧急着陆,但却控制不了飞机,H1正以垂直下落的速度向地面冲去。这时,天已经暗下来,地面上的航空协会会员们忽然看不见休斯的飞机了,无线电也失去了联系。众人吃惊不小。休斯竭尽全力,总算控制住飞机,在一片甜菜地里平安迫降了。当航空协会的人赶到那里时,只见飞机完好地躺在那儿,休斯一手拿着笔记本,一手握着铅笔,正得意地从机舱里爬出来。他满面笑容:“我创下了世界纪录,难道不是吗?”直到现在,那架飞机还被保存在华盛顿的斯密生航空博物馆里。

休斯筹划著作横跨美利坚合众国大陆的飞行,他将H1又作了一次较大的改进。更新的机型于1937年1月18日竣工,他将它称为“带翅的子弹”。当天下午,他驾驶着这颗“子弹”从洛杉矶机场起飞,开始了他的世纪之行。飞机很快地爬高到6000米高空,并以时速534公里的平均速度向西飞去。第二天凌晨零点42分,休斯终于平安到达纽约新华克机场,所用时间是7小时28分25秒。在当时美利坚合众国,无论哪一种飞机,横跨美利坚合众国大陆飞行都要9小时以上,有的甚至超过10小时。休斯的纪录是其它航空公司望尘莫及的。这项飞行纪录保持了7年之久。

视力低下者的福音:富兰克林的双焦距眼镜

本杰明.富兰克林(1706-1790)—资本主义精神最完美的代表,十八世纪美国最伟大的科学家,著名的政治家和文学家。他一生最真实的写照是他自己所说过的一句话“诚实和勤勉,应该成为你永久的伴侣。”

1706年1月17日,本杰明.富兰克林出生在北美州的波士顿。富兰克林一生只在学校读了这两年书。十二岁时,他到哥哥詹姆士经营的小印刷所当学徒,自此他当了近十年的印刷工人,但他的学习从未间断过,他从伙食费中省下钱来买书。同时,利用工作之便,他结识了几家书店的学徒,将书店的书在晚间偷偷地借来,通宵达旦地阅读,第二天清晨便归还。他阅读的范围很广,从自然科学、技术方面的通俗读物到著名科学家的论文以及名作家的作品。

1746年,一位英国学者在波士顿利用玻璃管和莱顿瓶表演了电学实验。富兰克林怀着极大的兴趣观看了他的表演,并被电学这一刚刚兴起的科学强烈地吸引住了。随后富兰克林开始了电学的研究。富兰克林在家里做了大量实验,研究了两种电荷的性能,说明了电的来源和在物质中存在的现象。在十八世纪以前,人们还不能正确地认识雷电到底是什么。当时人们普遍相信雷电是上帝发怒的说法。一些不信上帝的有识之士曾试图解释雷电的起因,但都未获成功,学术界比较流行的是认为雷电是“气体爆炸”的观点。

在一次试验中,富兰克林的妻子丽德不小心碰到了莱顿瓶,一团电火闪过,丽德被击中倒地,面色惨白,足足在家躺了一个星期才恢复健康。这虽然是试验中的一起意外事件,但思维敏捷的富兰克林却由此而想到了空中的雷电。他经过反复思考,断定雷电也是一种放电现象,它和在实验室产生的电在本质上是一样的。于是,他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文,并送给了英国皇家学会。但富兰克林的伟大设想竟遭到了许多人的嘲笑,有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷电分家的狂人”。

富兰克林决心用事实来证明一切。1752年6月的一天,阴云密布,电闪雷鸣,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,风筝很快就被放上高空。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,父子俩焦急的期待着,此时,刚好一道闪电从风筝上掠过,富兰克林用手靠近风筝上的铁丝,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:“威廉,我被电击了!”随后,他又将风筝线上的电引入莱顾瓶中。回到家里以后,富兰克林用雷电进行了各种电学实验,证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说,在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。

富兰克林对科学的贡献不仅在静电学方面,他的研究范围极其广泛。在数学方面,他创造了八次和十六次幻方,这两种幻方性质特殊,变化复杂,至今尚为学者称道;在热学中,他改良了取暖的炉子,可以节省四分之三燃料,被称为“富兰克林炉”;在光学方面,他发明了老年人用的双焦距眼镜,戴上这种眼镜既可以看清近处的东西,也可看清远处的东西。他和剑桥大学的哈特莱共同利用醚的蒸发得到负二十五度(摄氏)的低温,创造了蒸发致冷的理论。此外,他对气象、地质、声学及海洋航行等方面都有研究,并取得了不少成就。

富兰克不仅是一位优秀的科学家,而且还是一位杰出的社会活动家。他一生用了不少时间去从事社会活动。富兰克林特别重视教育,他兴办图书馆、组织和创立多个协会都是为了提高各阶层人的文化素质。