书城科普读物运用传奇故事解读科学发现创造
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第1章 前人的伟大发明(1)

一、玻璃的发明

玻璃性脆而透明,是人类生活中不可缺少的材料,广泛应用于生活用品、包装用品、建筑照明材料等方面。

据公元1世纪古罗马作家普林尼的记载,玻璃是由腓尼基水手发明的,腓尼基是地中海东岸的国家,位于现今的黎巴嫩和叙利亚沿海一带。公元前10世纪,腓尼基人以航海、经商、贩运奴隶为生。一次,一些腓尼基人驾船来到巴勒斯坦,傍晚时海船停泊在海边。宿营前,水手们上岸生火做饭,但附近找不到支锅的东西。有个水手回到船上找,将两块泡碱(化学名叫碳酸钠盐)拿上岸来,用这两块泡碱支起炊锅,生火烧饭。一会儿饭做熟了,火将泡碱和沙滩上的沙子烧熔在一起。水手们发现熔化在一起的泡碱和沙子是一种新颖的东西。它坚硬、透明,非常美丽,这就是水手们偶然发现的玻璃。消息传出,人们按照水手们讲述的方法和原料,在生产技术上又加以不断的改进,制作出了实用玻璃。从此,玻璃流传到各国得到广泛应用。

在我国,玻璃古称“玻绲”、“颇绲”、“水玉”。1975年在陕西宝鸡发现西周墓葬出土文物中有上千件玻璃管、玻璃珠。经科学鉴定,这是一种铅钡玻璃,与西方的钠钙玻璃分别属于两种不同的玻璃材料,说明了早在3000年前的西周时期,我国就已经开始制造玻璃了。战国至秦汉时期,玻璃制造业进一步发展,有俗称“蜻蜓眼”的多色玻璃珠。三国以后,玻璃制造方法一度失传。北魏时期,大月氏商人到山西大同传授烧制玻璃技术。后来玻璃制造技术得到了不断发展。

二、安全挡风玻璃是怎么出现的

20世纪初法国有一位化学家叫别涅克。他喜欢看报,每天都要阅读报纸。一天,他在报上看到一则消息。巴黎发生一起车祸,有许多乘客被挡风玻璃的破碎片刺伤。看后,他想要发明一种震不碎的玻璃,装在车上不就可以避免被碎玻璃刺伤了吗?于是他就在日常生活和工作中寻找解决这个问题的办法。

一天,别涅克在实验室里做化学试验。工作结束后,他和往常一样,要把室内打扫干净。在扫地时,不小心将一只烧杯碰掉了,摔在地上。他正要将碎玻璃杯扫掉,一看烧杯还没有摔破,只是有些裂纹,别涅克觉得奇怪。为什么这只烧杯掉地上没有被摔碎呢?他拣起烧杯仔细地看看。这是一只装过硝酸纤维溶液的烧杯,烧杯里面的溶液已经挥发了,只剩下一层贴在玻璃杯上的薄膜。别涅克手拿这只烧杯琢磨着,是这层薄膜在起作用,烧杯掉地上才没有摔破吗?这一发现引起了别涅克的注意。经过反复试验,他终于发明了一种新型的玻璃。这种玻璃不易震碎,使用起来很安全的。如今,安全挡风玻璃已被人们广泛地应用在汽车、飞机和宇宙飞船上。

三、镜子根据什么原理发明

公元前3000年,埃及和亚洲西部一带的人们已经掌握了铜锡合金的生产技术。埃及人把青铜板打平磨光,可以照出人影。这就是古时候人们使用的铜镜子。这种镜子照出的人像模糊不清,效果不是很理想。

公元13世纪,地中海沿岸的意大利玻璃工业非常发达,特别是威尼斯城生产的玻璃闻名世界。1291年意大利政府以保护玻璃生产安全为名,强迫全国所有的玻璃工匠全部集中到穆拉洛岛上从事生产,实质上是防止玻璃生产技术被别的国家学走。意大利政府给迁入岛上的工匠极其优厚的待遇,并出高价鼓励他们发明创造。但是有一条严格的规定,任何人不能泄露生产技术,对泄露生产技术者一律处以死刑。

1317年他们首创平板玻璃的生产技术。

1508年,岛上的玻璃工匠达尔卡罗兄弟俩,在试制镜子过程中采取新的方案,把水银(汞)倒在制成的锡箔镜子上,水银慢慢溶解了锡,形成了一层薄薄的锡汞合金。这种锡汞合金比锡箔层更加致密,反光能力更强,照人时影像逼真,与真人一样。镀银镜子试制成功了。这是一个新发明,从此开始了人类用化学方法制镜的新纪元。这种镜子很快闻名全国。

16世纪初,法国国王结婚,意大利国王派出专使送给法国王后德美第西斯一件小礼物--一面小镜子。王后拿起镜子一看,自己美丽的容颜立刻出现在镜子里,她欣喜若狂,到处炫耀这件宝物。在当时这是法国唯一的一面玻璃水银镜,据说价值15万法郎。于是,法国贵族们都争相效仿王后,千方百计地要得到一面镜子。在法国出现了镜子热,人们喜爱镜子成了一股风气,他们用镜子装饰房间橱柜、马车等。威尼斯商人迎合法国贵族们的需求,把大量玻璃镜子运进法国。因而法国的大量金钱流入意大利威尼斯商人手里。

为了挽回经济损失,法国国王召集大臣们商议对策。一位大臣建议自己国家开办镜子工厂。可是当时法国没有人会造镜子,国王觉得很难办成。一位老臣走近国王旁边,悄悄地建议抢劫意大利的造镜子工匠。国王听后转忧为喜,立即派一名亲信出任法国驻意大利大使,命令他不惜代价地从意大利穆拉洛岛偷渡几名工匠回国。大使通过秘密渠道用大量金钱买通了岛上一个小杂货店老板。

在一个漆黑的夜晚,法国一条小木船偷偷地驶进穆拉洛岛礁石丛中,三个威尼斯工匠钻进了小船。几分钟后这条小船向遥远的彼岸驶去。就这样,三名制镜工匠被秘密运到了法国。

几个月后,法国有了一座玻璃镜生产工厂。法国制造的镜子式样美丽、精巧、新颖、大方、一下赢得了市场。镜子的生产技术再也不是秘密了,很快由法国传到世界。

四、望远镜的诞生

荷兰有个眼镜店的老板名叫朗伯尔,每天都忙于眼镜的生意。他有个儿子名叫汉斯,经常找几个小朋友在一起玩耍。

1608年春的一天,小汉斯趁他父亲不注意,从柜台里悄悄地拿走了几块眼镜片,其中有老花镜片、近视镜片等。汉斯跑到外边找几个小朋友在草坪上玩。他把镜片分给小朋友,让大家学着大人戴眼镜的样子,把眼镜片拿着举在自己的眼睛前看,因为大家的眼睛都很正常,所以通过镜片谁也看不清楚。但是大家都喜欢拿镜片玩,翻来覆去的举着看。其中有个小朋友手里拿着两块镜片,一只手拿的是近视镜片,另一只手拿的是老花镜片。他双手拿着镜片反复地举到眼睛上看,开始是两手轮换举着看,然后双手举着看,在无意中,他又把两块镜片一前一后的举到眼睛前看。突然惊叫起来:“唉呀!快来看哪,远处的教堂怎么离我这么近哪?”几个小朋友闻声而来,争着要看,按照同样的办法试着看,果真是这样,远处的教堂近在眼前好像伸手就可以摸到清清楚楚。小朋友们高兴地欢呼着。

郎伯尔正在店里忙着,忽然听到孩子们的欢呼声,不知出了什么事,就走出店门看看。听到孩子们说:“太好看了。”他也好奇地接过孩子手中的镜片,照他们说的办法,拿两块放在眼前看,果真如此。他惊喜地说:“太好了,孩子们,知道吗?咱们发明了可以望远的镜子。”

郎伯尔按照这种方法,制作出了世界上第一个望远镜。从此,人类观察事物又多了一个有用的工具。

五、天文望远镜的诞生

世界上第一架天文望远镜诞生于1609年8月,是意大利着名的科学家伽利略发明的。

伽里列奥?伽利略(1564-1642)是意大利数学家、物理学家和天文学家。1564年2月伽利略生于意大利比萨城。他父亲曾是一位贵族,也是名卓越的音乐家,但精于数学。伽利略从小就很聪明好学,喜爱图画和音乐,他父亲不愿自己的儿子做画家或音乐家,让他到修道院学拉丁文和希腊文,17岁时又送他到比萨大学学医。在大学里伽利略学习成绩很好,善于独立思考,勇于提出问题。他喜欢搞各种试验,很快显示出了惊人的才能。

伽利略大学毕业后,曾任大学教授和罗马科学院院士。他生活在欧洲文艺复兴时代,在文艺复兴运动的精神陶冶下成长,受英国哲学家培根提出的“实践第一”思想影响,用实验的方法,发现了摆的等时性定律和抛物体运动的规律。又从着名的比萨塔上抛下不同重量的物体,发现物体加速度与重量无关,确立了自由落体定律。

后来哥白尼的《天体运动论》使伽利略迷上了天文学,他希望自己能亲自证明哥白尼学说的正确性。

1609年他从朋友那里得知,荷兰有位眼镜商发明了望远镜。伽利略凭着自己的物理学功底,对眼镜商的望远镜加以深入研究,发明了天文望远镜,可以放大33倍。

1609年8月一个晴朗的夜晚,伽利略第一次用天文望远镜观察星空。他发现月球表面凹凸不平,木星有四颗卫星围绕它旋转,金星和地球是在围绕太阳转动,并确认较小天体围绕较大天体转动是一种规律,从而有力地证明了哥白尼“地动说”是正确的。伽利略将自己的新发现写成一个小册子《星际使者》发表后,在全世界引起了巨大轰动。人们评价说:“哥伦布发现了新大陆,伽利略发现了新宇宙。”

六、显微镜的诞生

显微镜的发明使人类用肉眼不能看到的无限小的微观世界。

显微镜的发明人是生物学家、英国皇家学会会员列文虎克。列文虎克于1632年出生在荷兰德尔夫特城一个普通的工匠家里。6岁时父亲因病去世,16岁由于生活困难而辍学,在阿姆斯特丹一家杂货铺做学徒。

列文虎克没有受过正规教育,是一名自学成才的科学家。他从当学徒时起就非常勤奋好学。白天他忙碌于柜台和顾客之间,晚上当人们进入梦乡时,他却在灯下读着从不同地方借来的数学、地理、历史、天文和动植物学等书籍。在他住处隔壁是家眼镜店。工匠们上夜班磨制镜片发出沙沙声引起列文虎克的好奇,于是他走进作坊,见工友们正在熟练地磨制着镜片。他走上前去向工匠们问好,在闲聊中听工匠师傅讲“好玻璃能够研磨成小凸镜,用这种小凸镜看东西,能变大许多倍”。这话引起了列文虎克学习磨制镜片的兴趣。他拜一位老工匠为师,开始学习磨制镜子的技术。列文虎克心灵手巧,很快掌握了磨制方法。一天早晨他磨制一块光亮的小凸镜,直径仅有3毫米,他拿着它看物体,突然发现变大了许多倍。列文虎克觉得手拿小凸镜看东西不方便,于是找一块薄木板,在上面钻个小孔将小凸镜镶在里面,再拿起它观察物体,奇迹出现了,蚂蚁腿肉眼看很细,用小凸镜看变得很粗壮强健。鸡毛上的一根细绒毛用小凸镜看像树枝一样粗。列文虎克看着这些神奇的景象,几乎不敢相信自己的眼睛,他兴奋地跳了起来。

列文虎克没有就此停下来,他为了探索大自然的奥秘,继续研磨和改进小凸镜。他想再加上一块小凸镜,放大的倍数一定会更大。于是他进行试做,用两根不长的铜管串到一起,两端都装上小凸镜,铜管中间安装一个旋钮,用来调节两端镜片距离,以适应看物的需要。制成后他自己先试看,果然图像变得更大更清晰了。于是,他发明了世界上第一架显微镜。

列文虎克一生磨制成419块凸镜片,研制的显微镜放大倍数高达300倍。他用显微镜观察了所有他感兴趣的东西。凸镜下的微观世界吸引了他。

1665年他观察了动物细胞的毛细血管,是世界上第一个观察到毛细血管里的血液循环是依赖于心搏的人。

1674年,他刺破手观察人体的血液,发现红色血液中有许多流动不息的血液细胞。“使血液呈现红色的血球是如此之小,一百万个红血细胞加在一起也没有河边的沙粒大。”他把这个惊人的发现描述出来,寄给当时的最高学术机构--英国皇家学会。他成了世界上第一个发现并研究红血球的人。

1675年,一天正下大雨,列文虎克望着雨点,突然想起,何不弄点雨水看看里边会有什么呢?于是他用瓦罐接些雨水,取出一点放在显微镜下一看,太惊人了!小滴雨水里竟有那么多活蹦乱跳的、小得令人难以置信的小动物。这些微小动物都是些单细胞有机体,即原生动物。他是世界上第一个发现微生物的人,他用显微镜为人类揭开一个绚丽多彩的微观世界。

列文虎克一生中写出了375篇论文,发表在英国皇家学会《哲学学报》上。1680年列文虎克作为业余生物学家,以卓越的成就当选为法国科学院院士,英国女王和俄国彼得大帝曾亲自拜访过他,并向他表示敬意。

七、照相机的发明

现在人们使用的照相机,说起来也简单。照相机本身是一个小暗室,按下快门,可使装在照相机里的胶片曝光。然后再把胶片送到暗室里放进显影液里冲洗,一张相片就洗出来了。但是,在照相机还没有问世之前,人们发明照相机,确实不容易;它是历经几十年,许多人们反复试验才研制成功的。

早在17世纪末,法国有位画家借助蜡烛光把人影投射在纸上,用铅笔勾画出人影的轮廓。这是最古老的照相方法。1802年英国人维立德制成了印相纸,可以把人影照下来。1839年法国人达盖尔非常热衷于照相技术,他从书本上了解到银子具有见光后慢慢变黑的特性。他便在暗室里放一块银板试着拍照。待拍照完,拿出银板看时,什么也没有,他很失望。随手把银板放在药品柜里了。第二天,他想拿银板继续试验。当打开药品柜拿起银板时,他惊奇地发现,银板上面出现了影像。达盖尔想了解这影像是怎么出现的。他又试着把几个拍过照的银板分别放在几个不同地方。又过一天,他发现只有放在药品柜里的银板才能出现影像。达尔盖想一定是药品柜里的某种药品蒸发起的作用。他就试着把拍过照的银板与各种药品分别放到一起进行试验。结果发现是水银蒸发能使底片显像。这样达盖尔发明了照相术。

1888年美国的科学家爱迪生和依斯曼根据达盖尔的发明,加上维立德的相纸,他们研制成功了照相机和胶卷。从此照相机诞生了,很快传遍了世界各地。

八、彩色照相机的发明

1839年法国人达盖尔发明黑白照相术以后,有许多人开始探索新发明,想发明彩色照相机。

其中有英国物理学家麦克斯韦(1831-1879)。他就读于爱丁堡大学和剑桥大学,任剑桥大学教授,并建立了剑桥大学卡文迪许实验室。他是英国皇家学会会员,是电磁理论的奠基人,在热力学、光学、分子、物理学和液体性质的理论方面有一定成就。

1861年麦克斯韦用三个玻璃杯分别装入红、蓝、绿三种颜色液体,作为照相机的滤色“镜片”。对同一个物体先用蓝色玻璃杯作“镜片”拍一次,又用绿色玻璃杯作“镜片”拍一次,再用红色玻璃杯拍一次。这样拍得三张底片。麦克斯韦将这三张底片同时投射到一幅屏幕上,他惊喜地看到了合成的彩色图像。后来人们利用麦克斯韦发明的方法,成功拍摄出了彩色照片。