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第21章 为人类的发展做出巨大贡献的发明(3)

其后,布莱叶又设计出一套数字与音乐的盲文符号。有一天,一个双目失明的小女孩在大庭广众之下精彩地演奏钢琴,听众个个兴高采烈表示感谢。这个女孩说不应感谢她,而应感谢布莱叶。她说是布莱叶的盲文使她学会音乐与弹钢琴,并告诉大家,布莱叶现已患重病,恐怕不久于人世。

事过多年,人们终于认识到布莱叶盲文的重要性,报纸纷纷报道他的事迹,政府也对他发明的盲文读书法开始重视。布莱叶的朋友们到他家告诉这些消息时,布莱叶哭了,他说:“这是我有生以来的第三次哭泣:第一次是双目失明的时候,第二次是当我听到介绍巴比埃盲文的时候,现在第三次哭泣是因为自己没有虚度年华。”几天后,布莱叶不幸与世长辞,年仅43岁。

布莱叶是在1829年即他20岁时发明“6点基本符号”的“点子盲文”,后来,人们将这种盲文以他的出生地命名为“卡富里盲文”或以他的姓名命名为“布莱叶盲文”。1887年,这种盲文得到正式公认,从此逐渐流行直至今日。世界上伟大的作品都有盲文版,以供盲人阅读。

历史上发明了多种盲文。例如,1876年的“康熙盲文”,1900年的“心目克明盲文”等。

十九、祸起发现无理数

在古希腊,有一个很着名的“毕达哥拉斯学派”。这个学派的创始人是着名哲学家、数学家毕达哥拉斯(约前580-前500),主要成员还有毕达哥拉斯的学生米太旁登的希帕索斯(约前5世纪),古希腊数学家阿基塔斯(公元前428-前365或347)。该学派集宗教、政治、学术为一体,组织严密,有共同的哲学信仰和政治理想、严格的训练和较高的学术水平。该学派由领导人向门徒传授知识,而门徒的研究成果则由领导人加以总结,算做学派集体的成果,所以,后人很难分清毕达哥拉斯学派的成果哪些属于毕达哥拉斯本人,哪些属于其门徒。该学派的许多成果在当时是最先进的,但由于学派内有对新成果对外秘而不宣的规定,否则违纪者将被处死,所以当时的影响很小。后来因政事动乱,门徒散失,约公元前4世纪中叶该学派逐渐消亡。该学派区别于其他学派的一个主要特点是很重视数学,全力用数来解释一切,认为“万物皆数”,宣称上帝用数来统治宇宙。用该学派的主要成员之一菲洛劳斯(约前5世纪)的话来说,是“若略去数和数的性质,则任何事物及其关系都不可能清楚地理解”。他们由此对数作了深入研究,得到了很多结果。例如,根据“简单整数比原理”创造了一套音乐理论;得到“形数”(三角数、平方数、五角数等)的一些基本性质;发现了完全数。

问题就出现在“万物皆数”的信条上。这一信条把数的概念神秘化,因此该学派错误地认为:宇宙间一切现象都可以归结为整数(“万物皆依赖于整数”)或者整数的比,除此以外,别的什么都不存在。由此,酿成了数学史上的一大悲剧。

公元前5世纪的一天,希帕索斯在研究边长为1的正方形时发现,正方形对角线的长既不是整数,也不是任何两个整数的比。这时,他感到迷惑不解,根据老师的看法,这是世界上根本不存在的东西啊!

他把这一发现告诉了老师。毕达哥拉斯听后惊骇不已,他做梦也没有想到,由自己的“万物皆数”的信条竟引出了一个与之相悖的结果。于是他下令封锁这一消息,告诉希帕索斯,不准再谈,并且警告他不要忘记入学时的誓言,即不得泄露学派内的机密,否则将会被处死。

对此,希帕索斯又反复研究,在确信研究无误之后,进行了进一步的思索。他想,不承认它存在,岂不就等于说正方形的对角线没有长度吗?这简直是睁着眼睛说瞎话!为了发现真理、坚持真理,希帕索斯将自己的发现传了出去。

毕达哥拉斯得知希帕索斯竟敢蔑视自己的权威和派规,将发现宣扬出去之后,便恼羞成怒,决定以“叛逆”的罪名,对他严加惩罚。希帕索斯听到风声后,预感到必将难逃厄运,于是在东躲西藏之后,乘上一只船企图逃离希腊。然而,在茫茫的大海上,他还是被毕达哥拉斯派来追杀的人抓到砍死,并抛尸大海,葬身鱼腹。

对这一事件,后来古希腊数学家普罗克拉斯(410-485),在对欧几里得的《几何原本》所作的《评注》中说:“听说,首先泄露无理数的秘密者们终于全部覆舟丧命。因为对不能表达的和无定形的必须保守秘密,凡揭露了或过问了这种生命象征的人必定会立刻遭到毁灭,并万世受那永恒的波涛吞噬。”

对这一悲剧,还有另外几种说法。例如,将希帕索斯驱逐出学派,并为他立了一块墓碑,表示他已经死了。

希帕索斯发现“不可公度”(也称“不可比”、“不可通约”等)之后,还给出了它的逻辑证明。其后,在施乐尼的另一位古希腊数学家西奥道诺斯(约前5世纪末)又证明了除4、9、16之外,从3~17间整数的平方根也是“不可比”的,而他对“不可比”的证明方法--反证法,与现代教科书中的方法相同。

上述“不可比”数的发现,终于纸没能再次包住火。“不可公度量”的发现,导致毕达哥拉斯学派“万物皆依赖于整数”的信条破灭,造成了“逻辑上的丑闻”,从而引发了“第一次数学危机”,并导致古希腊数学从重视“数”到重视“形”(几何)的转变。在数学思维中,直觉、经验、实验都不绝对可靠,必须采取逻辑推理和证明的方法,对于古希腊几何学的发展和公理体系的建立有何重要意义?这些成果,都极大地推动了数学的发展。

因为发现了数学上的一种不同于原来数的“新数”就会被处死,这在现代人看来似乎不可思议的事,科学史上却层出不穷。这些史实不但表明科学之路漫长曲折,而且表明在“利益”和“真理”发生冲突时,像毕达哥拉斯学派这样的人会抛弃“真理”而选择“利益”,这正是不少悲剧的根源所在。

二十、水泥和钢筋混凝土的发明

以前的房屋多由泥土盖成,后来用砖和石灰黏合砌成。而古罗马人在石灰中加入沙子拌成灰浆砌屋,还用沙子、石灰、砾石和水拌成“混凝土”(与现在的混凝土概念不同)作为建筑材料。后来,人们发明了各种各样的“水泥”。一种英国人发明的“水泥”得益于一次偶然的机会。

1756年,英国英吉利海峡的一座灯塔突然失火,导引船只的灯塔台被毁。这对于号称“海上大国”的英国来说,无疑是个重大的损失。

必须立即修复这座灯塔,这一任务落到工程师史密顿的身上。史密顿着手准备,打算用灰浆来黏合,要求工人在三天内将白色石灰石运往灯塔附近的小岛烧制石灰。谁知运来的石灰石是带有黑色的劣质品,用这些劣质品造高标准的灯塔岂不是在开玩笑?

史密顿心急如焚,无奈时间不等人,只好死马当活马医,用用再说,于是进行烧制,想不到烧出来的竟是比灰浆好得多的优质品。他立刻进行分析,发现其中含6%~20%的黏土时性能最好。当然,灯塔建得比预料的还要好。

其后,“水泥”的品种越来越多。1786年,帕克获得了“罗马水泥”的专利权,1816年,法国就用这种水泥建成了多尔多涅大桥。1824年,一位叫J?亚斯普丁的英国石匠和建筑承包商也摸索出用石灰、黏土、铁渣等原料制造另一种“水泥”的最佳比例,并完善了“水泥”的生产方法。他把这种“水泥”称为“波特兰水泥”,然而实际上仍然是“罗马水泥”。他之所以采用这一名称,因为想表明这种“硅酸盐水泥”与美国名叫“波特兰石”(Portlandstone)的建筑材料有关。而1844年英国I.B.约翰逊制成的“水泥”才是真正的“波特兰水泥”。1862年,E?朗根发现高炉渣具有潜在的水凝硬结能力,1901年起“矿渣水泥”进入市场。1921年则出现膨胀水泥,才使预应力混凝土构件有了必需的建筑材料。此外,“水下水泥”、“防腐蚀水泥”等品种也相继出现,让人眼花缭乱。

钢筋混凝土也诞生在一次偶然事件中。

约瑟夫?莫尼埃是法国有名的园艺师,用水泥修了一个花坛。由于水泥花坛硬而易碎,所以不知被谁碰碎了一块。他看了看这块水泥,为花坛的破损而惋惜。为了防止再次碰损,他就在坛上立起了“请勿踏花坛”的木板,但字牌并没起多大作用,不久花坛又被碰破了。他为此大伤脑筋,但没有办法。

1865年的一天,他把一盆木本花移植到花坛里,一不小心,“砰”的一声,花盆被打破了。这时他发现,花盆内的泥土却只在地上打个滚,并没有破碎。经过分析得知,原来是花庞大的根系纵横交错形成网状,把松软的泥土箍得很牢固的缘故。这使他受到启发,如果仿照花木的根系用铁丝织成网状,再用砂石、水泥浇在一起砌成花坛,不就很牢固而不易破损了吗?

于是,他按自己所想的方案,用这些材料砌起了花坛。果然,这个花坛一直没有破损,他甚至有意去碰撞它,也没有损坏。

后来,他又用钢筋代替铁丝制成花盆,并于1867年7月16日取得用这种方法修建蓄水池的发明专利权。1875年,他还用同样的方法造了第一座钢筋混凝土桥。

大致与莫尼埃同时代的J?兰博,在1855年,曾制造过一艘钢筋混凝土小船。1865年,建筑承包商威尔金森在英国纽卡斯尔也用钢筋混凝土建造过一幢房子。这些事实表明,钢筋混凝土是水泥发明之后的必然产物,是由一群人大致在同一时代各自独立发明的。

其后,混凝土和钢筋混凝土也得到迅猛发展。先后出现了钢筋混凝土制作的管和水箱(1868)、平板(1869)、楼梯(1875)、梁(1877)、铁路枕“木”(1878)。1889年,E?霍夫曼发明出一种加气混凝土。1918年,在英国伯明翰制造的一艘混凝土船是最早问世的第一件轻质结构物。1920年,托尔克雷特混凝土即喷射式混凝土--一种高度压缩的混凝土开始应用。1923年,丹麦E?Ch?巴尔制造出一种泡沫混凝土。此外,还有一种被一些人称为“钢筋水泥”即“钢骨水泥”的构件,是用金属丝网加固的薄壁(15~30毫米)状高强度混凝土构件,是意大利P.L.内尔维于1955年发明的。

二十一、魔方的发明

神奇的魔方是少年朋友喜欢玩的玩具,有些年轻人也玩得入迷。魔方已传遍了世界各地,所到之处无不受到人们的欢迎。

20世纪70年代,匈牙利布达佩斯美术学院有位教授伊尔诺?鲁比克发明了魔方。

伊尔诺?鲁比克教授为了提高教学效果,将教育与实践相联系,经常结合教学的需要,自制各种各样的教具。

1974年,他用一些小方块拼成一个大立方体,为了区分立方体的每个面,把每个面涂上不同的颜色。只要稍稍加以转动,小方块的位置就变化了,这时大立方块的位置也会变化,大立方体的每个面上都会出现各种各样的颜色的小方块,很有趣。鲁比克教授为自己的设计成功感到高兴。

但他马上就发现了问题,这些稍稍转动后的小方块已无法还原,就是说,无法把立方体的每个面都调成同一种颜色。这是怎么回事呢?

鲁比克教授急着想还原,却越扭动越乱。这种奇怪的现象使他惊呆了。他像是着了魔,无论走路、吃饭、睡觉,无时无刻不在琢磨这个神奇的立方体。他手不离这个立方体,扭来扭去,花了一个月的时间仔细研究各个小方块之间的联系,终于将立方体各面的颜色还原了。

鲁比克教授高兴极了,在兴奋中想到了,当揭开这个奥秘时,他为自己的成功感到无比喜悦,那么,如果让别人也来试一试,不也会有同样的感觉吗?将这种教具做成智力玩具,一定会得到人们的喜爱。估计谁拿到它玩都将着魔,因此起名叫“魔方”。

二十二、金属披叠板的创造

日本有一位企业家石川20世纪60年代在日本北海道地区经营一家瓦厂。冬季里北海道地区天气寒冷,雪下得很厚,积雪的时间很长,一片北国风光。当时人们居住的屋顶大部分使用石川瓦厂生产的传统瓦。此瓦特点是物美价廉,但防寒性差,每逢冬季人们为了保暖,都要在瓦的上面铺盖一些稻草。

石川看到这些,知道自己生产的瓦存在着缺陷,开始思索着如何进行改进。他曾设想将瓦加厚增加御寒性,但瓦重了,再加上很厚的积雪,屋梁就难以承受。因此只能考虑用一种轻质材料,做出的瓦既轻又保暖,还美观,这样人们一定会欢迎的。石川时刻注意观察寻找能够制造防寒保暖瓦的轻质材料。

一天,石川与朋友聊天时,听说有一种“聚氨酯”的材料,可以保温隔热、阻燃性能好。他很快买到了聚氨酯,学着别人使用的方法,经过反复研究和多次试验,最后用两层薄金属板叠起来,中间夹一层发泡聚氨酯,用这种板做瓦,具有防寒、保暖、防火、重量轻、便于切割加工、易运输等特点,是理想的建筑材料。石川把自己试制成功的板命名为“金属披叠板”,他的瓦厂转产后,也改名为“爱奇工业公司”。

伴随着日本经济的快速发展,国民经济收入也不断增加,人们手中有了钱,要求改善自己的居住条件,渴望建一座冬暖夏凉的住宅。石川的爱奇工业公司生产的金属披叠板,恰好迎合了人们的心理需求。于是,他加大力度做广告宣传,金属披叠板很快成了市场的热门货。

二十三、轻质泡沫金属材料的创造

日本有位冶炼工程师,知识面广,事业心强,对科学技术的发展水平、工农业生产和人们的生活需求有比较全面的了解,很注意从日常生活中汲取灵感,得到创意。

日本是个资源贫乏的国家,工业生产很需要重量轻、经济、坚硬的金属材料。当时有人在寻求这种重量轻而坚硬的金属材料,但没有办法解决这个大难题。这位冶炼工程师更是心急如焚,他在日常生活和工作中时刻观察,细心思索,希望得到启发。一天中午下班,他路过面包店买几个面包回家。在吃面包的时候,面包的松软引起了他的注意,他联想到自己要解决的难题,面包的松软是因为面包内有许多气孔;气孔是因为面包在烤制过程中释放出气体,在面团里形成了无数个小空泡。想到这里,这位冶炼工程师深受启发。沿着这条思路,他开始进行冶炼轻而坚硬的金属材料实验。他在熔化的金属液体中加入一定量起泡剂,再迅速冷却下来,就形成轻质的泡沫金属材料。实验成功了。这种新产品满足了工业上的特殊需要,节省了大量贵重金属,深受用户的欢迎。

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