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第57章 科技·发明(5)

为了加强影片的戏剧效果,该片导演弗里兹·朗格在火箭发射的镜头中设计了倒数计时的发射程序,即:3,2,1,发射!

影片上映后这一发射程序引起了火箭专家们的兴趣,经研究,专家们认为这种倒数计时发射程序是十分科学的。它反映出即将完毕、发射就要开始的紧迫感。

正因为如此,在以后的真正火箭发射时就利用了倒数计时的程序。

023指南针的由来

指南针是中国古代的一种定向仪器,被列入中国古代四大发明之一。

关于“指南车”的生动描述,见于中国上古的神话传说之中。根据传说,黄帝为了拯救万民,与蚩尤激烈交战,蚩尤利用法术生成一场大雾,令黄帝军队无法交战。黄帝发明了可以辨别方向的指南车,终于挫败了蚩尤的军队。

在春秋时期,人们开始认识到奇异的磁现象。那时的人们认为:磁石如同慈母怀子一样,能将铁吸至自己身边。所以,在春秋时的文献中,“磁石”一般多写作“慈石”。

到了战国时期,人们对磁石的认识有了进一步的发展。哲学家韩非子的着作中不但记载了磁现象,还记有可通过磁性来辨别方位的观点。于是,在那时候,终于出现利用天然磁铁矿石琢成的指南器具,当时称为“司南”。

司南的形状与勺子相似,磁勺的头总是指向北方,指向南方的则是磁勺的柄。既然司南的指向是北而不是南,那为什么不称“司北”呢?这与我国对方位的传统认识有关。

我国古代一直以“南”为南北方位之主,面向南方为尊位。曾有“南面而王,北面而朝”之说,即面朝南方的称帝王,面朝北方的则是朝拜君王的臣子。因此,指南针虽指北,人们仍叫它“司南”。

由于司南须摆放在平整光滑的地方才会产生效果,所以人们又赋予它“罗盘”的名称。那时候,司南总是在看风水一类的活动中得到应用,代表着中国的神秘文化。

南宋时,一种指南针——旱罗盘的形状被改变成乌龟的形状。乌龟是中国古代“四灵”之一,旱罗盘的改变,也许寄托着中国人对科学事业的美好祝福,那时的中国人在建筑和修路时,开始将指南针用作定向工具。

在中国航海事业的早期,人们导航时所依靠的不过是星辰、月亮、云流、风向等自然事物和自己的经验。到了11世纪,指南针开始用于航海。这说明,中国人将指南针当成重要的航海工具走在欧洲人之前很久。他们把经过磁化的钢针穿上几根灯草,放在一只盛满水的碗里,它就能浮在水上为航船指示方向。

其实,指南针所指的方向还不是真正的北,而是偏北。因为磁力所指的北极与真正的北极有稍微的差别(这个误差被称为偏角)。在12~13世纪时,中国人对这一点就已经认识清楚,并在航海图中将偏角明确表示出来。而欧洲人直到15世纪,对偏角才有所认识。

12世纪,南海航路成为指南针向西传播的通道。中国的指南针先传到印度,又从印度向阿拉伯传播,最后由阿拉伯人辗转带到了欧洲。

第一个仿制出指南针的欧洲人,是一个名叫古约的法国科研者。1205年,他尝试着制造出一个完全有效的指南针。当然,他的制造不可能无所依傍,而是参考了中国指南针的制造技术。14世纪初,意大利人乔亚把用纸做成的方向刻度盘和磁针连接在一起传动。这是指南针发展过程中的一次飞跃。

15世纪,在逐渐兴起的海上探险活动中,指南针得到了广泛运用。这使开辟新航路的行动受到了有力的促进。

进入16世纪以后,指南针的一种新装置问世,它就以发明者的名字被命名为“卡尔达诺装置”。它由三个具有互相垂直旋转轴的同心环组成的装置,使罗盘在内环上被紧紧固定,整个装置通过外环牢牢架设在船体上。这样,不管海上出现多么大的风浪,船体如何东摇西晃,罗盘总能保持水平,准确指示南方。

后来,人们创造出一种提供真北基准的指向仪器,它就是着名的“电罗经”。这种仪器有两个突出的优点:一是如果接近金属不会发生偏转,二是指针的方向是真北而不是磁北。

指南针和电罗经的成功问世,都为现代导航仪器的出现铺平了道路。

024机器人的由来

人们对机器人的幻想,已持续了2000多年。早在1000多年前,我国就有“木牛流马”的传说。13世纪,德国科学家曾试制过能替主人开门的机器人。16世纪,捷克斯洛伐克有人试制过帮助人劈柴打水的机器人。

不过,这种种幻想、传说和试验中的机械装置,当时都不叫机器人。第一次使用“机器人”一词的,是捷克一个名叫卡伯的剧作家。1923年,他写了一部寓言剧,名叫《罗素姆的万能机器人》。在剧中,他提到了一台可以自动操作的机器,称之为机器人。

20世纪40年代,人们创造了一些自动操作机器,让它们在原子能工业生产中对放射性物质进行处理。这是世界上最早的机器人。

1954年,美国工程师乔治·迪波尔创办了一家机器人制造公司,并且经过7年努力,于1961年制造出一个机器人。1962年,这家公司出售了一批专供工业企业使用的机器人,它们属于捡拾安放型机器,能从一个地方将物体搬到另一个地方,但活动范围很小。

1969年,日本川崎公司制造出日本第一批机器人。从那以后,其他国家竞相效法,一个制造、使用机器人的热潮席卷全球。机器人产量的急剧增加和广泛使用是从1979年开始的。因此,这一年被称为“机器人元年”。

机器人作为一种先进的机械装置,不但能模拟人的四肢动作、部分感觉,还被人类赋予了一定的思维能力,它是用电器元件、电子仪器控制,通过液压传动元件操纵杠杆机构,来实现预期目的的。

现代机器人自从被应用以来,已经经历了三代的发展。

第一代机器人,仅仅能做出固定的和变换工作程序的简单机械动作。1966年,美国一架飞机发生事故,导致一颗氢弹落入地中海。如果用人去捞取,一定会遭到射线的危害。于是,美国派出一个有电视眼和机械手的简单机器人负责氢弹的打捞,结果顺利地完成了任务。

同年,美国一家医院在进行放射线源的安装时,有半支香烟头大小的放射性钴C60掉了出来。于是,这种简单的机器人再度出动,把危险物质拾起来重新放入铅盒内。

1967年,前苏联也开始利用机器人。当时,该国发射月球卫星,就将挖取月岩和土壤的光荣任务分派给机器人。

第二代机器人在视觉、触觉方面有一定功能,能够对周围环境有所“理解”,进而开展工作。它由电子计算机控制,能够对周围环境反馈的信息进行存贮和处理,然后按既定的要求操作。1958年的时候,美国人首先提出过这种设想。到了1961年,这种设想变为了现实,电子数字计算机控制的机械手模型问世。

1970年,一个电子液压控制的机器人在丹麦出现,它是操纵挖掘机的能手,发明者是该国的科学家索伦森。美国则研制出模仿人的肩、肘、腕和手指动作的机器人,行走时可以变换好几种速度。

第三代机器人具有人的简单智力和学习功能。它的自由度和灵活性很高,在复杂条件下,它对于处理物品的形状和相对位置的任务,完全能做到应付裕如。它还具有识别环境及其变化,并作出正确判断和进行工作的能力,在“思考”学习方面显示出一定的智能。

在20世纪70年代初,日本就研制出一种拥有智力的机器人,它可以看清图纸,在传送带上代替人完成装配工作。随后,智能机器人又被日本人研制出来。这种机器人体内装有电脑、有视力的电视摄像机和有触觉的传感器,以及与手腕功能相似的机械手。

1973年7月,一种有腿的机器人被日本早稻田大学的一个研究组成功地研制出来。这种机器人具备人造耳,可根据人的口头指令做出反应,能通过人造眼和有触觉的手对物品进行识别,以及通过人造口回答人们所提出的问题。

1974年,美国航空航天局和麻省理工学院为了加快对月球表面的研究,又使机器人具备电视摄像机和激光器的人造眼,以及编入几千个指令的电脑。

20世纪80年代以后,智能机器人和人类相比,已经具备部分视觉、触觉、温度感觉功能,能讲简单的语言,对图纸和图像进行识别,并做出反应和进行大量操作。

现在品种繁多、性能各异的机器人,除分布于工业、军事、商业各领域,还能从事看病、裁剪、绘画、弹琴、做饭、看孩子、搞卫生、看门、帮助观众找人等劳动。

025望远镜的由来

15世纪时,荷兰有一位叫汉斯·利珀希的眼镜匠,他住在密特尔堡小镇上。1607年的一天,他的几个孩子拿出好几个眼镜片,上楼玩弄起来。

这时候,有一个孩子别出心裁地问:“我在想,一块镜片能把眼前的东西变得很大,那么,要是把两块镜片重叠起来,眼前的东西又会变得怎么样呢?”于是,他们很快把几块镜片重叠起来进行观察。

果然,镜下的东西迅速变了模样。他们又推开窗户,拿着镜片进行远视。这一瞧非同小可,但见远方的树木、河流、教堂、别墅等自然景物和建筑群,一下子就在自己的眼皮底下。他们立即伸手去摸,却是空空的一片。这时,孩子们禁不住高兴地叫喊起来。

孩子们越看越高兴,就跑到利珀希那里,将这件事当做趣闻来讲。利珀希听了之后,学着孩子们的样子,果然也看清了远处的景物。利珀希对此产生了浓厚的兴趣。他反复查看这两只镜片,发现一只是老花镜片,另一只则是近视镜片。

他继续观察,了解到老花镜片在前,近视镜片在后,只要将两只镜片之间的距离加以适当的调整,就能够看清不同距离的东西。

经过认真的研究,利珀希制成了一架望远镜。它有一个筒,有30厘米那么长,里边装有一只老花镜和一只近视镜片。这架望远镜虽然非常简单,却是世界上第一架望远镜,有着非常重要的意义。

026显微镜的由来

1590年,荷兰的眼镜制造匠詹森发明了显微镜。它的结构相当简单。

据说有一天,詹森13岁的儿子,偶然发现用两块凸镜在一定距离观察物体时,物体显得格外大。这个孩子惊奇的叫喊引起了詹森的注意。

詹森把这两块凸镜固定在直径不同的圆筒上,并使小圆筒能在大圆筒内自由滑动,放大率近10倍。这便成了今天显微镜的原始雏形。这架具有划时代意义的显微镜是一种双透镜,也就是“复式显微镜”,现仍保存在荷兰东兰德省的博物馆里。

詹森虽然是显微镜的发明者,但他对显微镜并不重视,根本不了解它的重要价值。

1610年,着名科学巨匠开普勒对一种双透镜仪器有所描述。1612年,科学大师伽利略使用了这种双透镜装置。1619年,一位荷兰实验者科尼利斯·德布雷对外宣称,说他发明了“复式放大镜”。1625年,约翰·费博正式给这种装置取了一个“显微镜”的美名。

17世纪晚期,荷兰有一位名叫列文虎克的布料商兼眼镜商,他对显微镜的研究很感兴趣,研制出一种新的显微镜。

列文虎克从小没有受过正规教育,成年以后,他在阿姆斯特丹一家布店当店员。一次,有个朋友告诉他,一家眼镜店能够磨制放大镜,人通过放大镜,就能看清肉眼无法看清的东西。他对这个神奇的放大镜充满了好奇心,但又因为价格太高而买不起。于是,他就找到这家眼镜店,经常进去瞧瞧,认真观察别人磨制镜片的工作,偷偷学习磨制镜片的技术。

1665年,在列文虎克的手中,一块直径只有0.3厘米的小透镜被成功地制造出来。他非常高兴,给这面镜子做了一个架子,使镜子镶在架子上,又在透镜下边装了一块铜板,上面钻了一个小孔,使光线从这里射进来而对所观察的东西进行反射。这面小透镜就是列文虎克制造的第一台显微镜。

列文虎克继续研究,对显微镜进行了重大改进。几年过去了,他终于制出了能把物体放大300倍的显微镜。

1675年的一个雨天,列文虎克想知道雨水当中到底有些什么,就在自家院子里舀了一杯雨水,用显微镜进行细致的观察。他发现水滴中有许多奇形怪状的小生物在蠕动,而且数量多得惊人。用他的话说,在一滴雨水中,所含的小生物比全荷兰的人数还要多出很多倍。

显微镜真是进行科学研究的有力武器!以后,列文虎克又通过显微镜发现了红血球和酵母菌。一个个微小世界的秘密,在显微镜底下得到破解。

从1675年开始直到去世的50多年里,列文虎克对自己的研究成果进行阐述,并配以插图。他对细菌、精液、原生动物以及红血球进行了认真的描述,还涉及到昆虫的口器和植物体的结构。他还通过书信形式,将自己的许多发现通报给了位于英国伦敦的皇家学会。

列文虎克最引人注目的成绩,当属对原生动物和精液细胞的发现,他称这些物质为“小生命”。这一发现使卵源论者和精源论者之间的争论得以解决。

世人已公认列文虎克是世界上微生物世界的首位发现者。1680年,为了肯定他的功绩,英国皇家学会选举列文虎克为会员。没过多久,法国科学院也向他敞开大门,宣布他为该院的院士。

目前,显微镜已经能够放大到1500倍左右。但是,由于科学日新月异的发展,它仍然不能满足科学研究的需要。于是,紫外线显微镜、电子显微镜、透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等相继出现,使人类对微观世界的认识得到了进一步提高。

027航天飞机的由来

航天飞机作为一种翱翔于宇宙之间的新型飞行器,可以重复使用。它不但能够飞行,还可以完成运载的任务。

航天飞机作为一种运载工具,具有与火箭一样的功能,但火箭只能使用一次,远不如它能够节约成本。它可以像飞船和卫星那样在轨道上运行,而又克服了飞船和卫星无法在空中修理的缺点;它可以像飞机那样进行机动飞行、滑翔和升降,但飞机是不能离开大气层的,而航天飞机却不受大气层的限制。

早在20世纪70年代,航天飞机的研究工作就在美国开始启动。1976年,洛克威尔国际公司终于推出他们的研究成果——轨道飞行器“立宪”号。由于当时的人们觉得它不是美国独家的技术产物,而是世界科学家共同努力的结晶,于是决定对它的名字进行改动,它的新名最终确定为“企业”号。

1978年,美国科学家通过不断研究,终于创造出“哥伦比亚”号航天飞机。在这艘航天飞机的制造过程中,科学家们使用了先进的主发动机、助推器和控制系统,最重要的是,当代最有效的热防护系统也在这项科学课题中得到使用。

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