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蒙娜麗莎的微笑，迷人而神秘，直到今天還有人在破解其中之謎。只是破解這個(gè)謎談何容易，要知道制造這個(gè)謎的人，曾經(jīng)自己就破解了許多自然科學(xué)之謎。他就是達(dá)·芬奇。近日，達(dá)·芬奇發(fā)明的自行車來到北京，一個(gè)科學(xué)天才與他當(dāng)年的設(shè)想再次讓我們仰望了一下。 事實(shí)上，達(dá)·芬奇在天馬行空中，一直將奇思妙想寫在手稿上，直到去世也沒有發(fā)表。然而，“科學(xué)家達(dá)·芬奇”的稱號對達(dá)·芬奇來說是當(dāng)之無愧的，有人甚至評價(jià)為世界十大科學(xué)家之首。 達(dá)·芬奇科學(xué)成就： 天文學(xué) 達(dá)·芬奇對傳統(tǒng)的“地球中心說”持否定的觀點(diǎn)。他認(rèn)為地球不是太陽系的中心，更不是宇宙的中心，而只是一顆繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的行星，太陽本身是不運(yùn)動的。達(dá)·芬奇還認(rèn)為月亮自身并不發(fā)光，它只是反射太陽的光輝。他的這些觀點(diǎn)的提出早于哥白尼“太陽中心說”。甚至在當(dāng)時(shí)，達(dá)·芬奇就幻想利用太陽能了。 物理學(xué) 達(dá)·芬奇重新發(fā)現(xiàn)了液體壓力的概念，提出了連通器原理。他指出：在連通器內(nèi)，同一液體的液面高度是相同的，不同液體的液面高度不同，液體的高度與密度成反比。他發(fā)現(xiàn)了慣性原理，后來為伽利略的實(shí)驗(yàn)所證明。他認(rèn)為一個(gè)拋射體最初是沿傾斜的直線上升，在引力和沖力的混合作用下作曲線位移，最后沖力耗盡，在引力的作用下作垂直下落運(yùn)動。他的這一發(fā)現(xiàn)使亞里士多德的落體學(xué)說產(chǎn)生了動搖。他發(fā)展了杠桿原理，除推導(dǎo)出作用力與臂長關(guān)系外，還算出了速度與臂長的關(guān)系。他指出了“永動機(jī)”作為能源的不可能性。 建筑 在建筑方面，達(dá)·芬奇表現(xiàn)出卓越的才華。他設(shè)計(jì)過橋梁、教堂、圓屋頂建筑和城市下水道。在城市街道設(shè)計(jì)中，他將車馬道和人行道分開；設(shè)計(jì)城市建筑時(shí)，具體規(guī)定了房屋的高度和街道的寬度。米蘭的護(hù)城河就是他設(shè)計(jì)和建造的。 水利工程 達(dá)·芬奇對水利學(xué)的研究比意大利的學(xué)者克斯鐵列早一個(gè)世紀(jì)。為了排除泥沙，他作了疏通亞諾河的施工計(jì)劃。他設(shè)計(jì)并親自主持修建了米蘭至帕維亞的運(yùn)河灌溉工程。由他經(jīng)手建造的一些水庫、水閘、攔水壩便利了農(nóng)田灌溉，推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。有些水利設(shè)施至今仍在發(fā)揮作用。 軍事和機(jī)械 發(fā)明了飛行機(jī)械、直升機(jī)、降落傘、機(jī)關(guān)槍、手榴彈、坦克車、潛水艇、雙層船、殼戰(zhàn)艦、起重機(jī)等等。 地質(zhì)學(xué) 達(dá)·芬奇根據(jù)高山上有海中動物化石的事實(shí)推斷出地殼有過變動，指出地球上洪水的痕跡是海陸變遷的證明，這個(gè)思想與300年后赫頓在地質(zhì)學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)頗為近似。并且在麥哲倫環(huán)球航行之前，他就計(jì)算出地球的直徑為7000余英里。 他是直升機(jī)之祖 這位文藝復(fù)興時(shí)期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創(chuàng)人類飛行的歷史。 “如果他當(dāng)初發(fā)表了他的著作的話，科學(xué)一定會一下就跳到一百年以后的局面。猜測這種情況對人類的學(xué)術(shù)與社會的進(jìn)步，當(dāng)然是毫無用處的，但是我們可以萬無一失地說，如果真有這種情況發(fā)生的話，人類的學(xué)術(shù)和社會的演變一定都會大不相同，”科學(xué)史家丹皮爾津津樂道的這位科學(xué)巨人正是達(dá)·芬奇。 事實(shí)上，達(dá)·芬奇時(shí)代的人們也與前人一樣，有著飛行的夢想。在佛羅倫薩呆了一段時(shí)間后，達(dá)·芬奇又來到米蘭。1483至1486年期間，達(dá)·芬奇繪制了一幅飛行器草圖。 在達(dá)·芬奇的設(shè)想中，這是一種依靠飛行員自身提供動力來驅(qū)動的飛行器。這位天才稱自己的設(shè)計(jì)為“撲翼飛機(jī)”，達(dá)·芬奇讓自己的飛機(jī)同時(shí)具備了推動力和提升力。 讓我們姑且根據(jù)達(dá)·芬奇畫的草圖來還原出這架飛機(jī)。飛機(jī)的外形由木頭、帆布等當(dāng)時(shí)的材料制成，在飛行器兩側(cè)是一雙膜狀的翅膀，結(jié)構(gòu)和形狀酷似蝙蝠或翼龍，這雙翅膀展翼可以達(dá)到11米。飛行員背負(fù)著這個(gè)巨大的飛行器，通過不停地踩動一個(gè)動力滑輪來驅(qū)動，而這個(gè)推動力又通過手搖曲軸得到放大，同時(shí)向提升裝置提供動力。 設(shè)計(jì)出這款飛機(jī)時(shí)，達(dá)·芬奇心中一直有個(gè)理念：只要力量足夠就可以飛行?？磥?，這位文藝復(fù)興時(shí)期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創(chuàng)人類飛行的歷史。事實(shí)上，這個(gè)最早的飛行器的機(jī)械設(shè)計(jì)十分完美，但是，由于人自身所提供的動力和飛行器本身的自重相比不成比例，是無法實(shí)際應(yīng)用的。事實(shí)上，達(dá)·芬奇稱自己的發(fā)明也是提供一個(gè)直升動力，而不是真正能工作的飛機(jī)。直到今天，人們還將達(dá)·芬奇的設(shè)計(jì)視為直升機(jī)的先祖。 他設(shè)計(jì)出初級機(jī)器人 更為奇妙的是，達(dá)·芬奇還設(shè)計(jì)了一套方法以做心臟修復(fù)手術(shù)。 達(dá)·芬奇曾自稱自己沒有受過書本教育，大自然才是他真正的老師。而認(rèn)識自然，認(rèn)識自己。這位文藝復(fù)興時(shí)期的天才不遺余力地履行著。為了認(rèn)識人類自身，達(dá)·芬奇親自解剖了幾十具尸體，對人體骨骼、肌肉、關(guān)節(jié)以及內(nèi)臟器官進(jìn)行了精確了解和繪制。 在多次解剖后，達(dá)·芬奇發(fā)現(xiàn)了血液對人體所起到的新陳代謝作用，血液把營養(yǎng)帶到身體的各個(gè)部分，又把廢物從各部分帶走。在具體的解剖觀察中，達(dá)·芬奇發(fā)現(xiàn)了心臟由4個(gè)腔組成并畫出了心臟瓣膜圖。 事實(shí)上，當(dāng)年達(dá)·芬奇連人體循環(huán)系統(tǒng)工作機(jī)理的一點(diǎn)概念都沒有。更為神奇的是，2005年，一名英國外科醫(yī)生還利用達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)的方法做心臟修復(fù)手術(shù)。不過，解剖學(xué)的研究在當(dāng)時(shí)并沒有給達(dá)·芬奇帶來聲譽(yù)，而是遭到了無數(shù)的誹謗。 不過，就是對人體的這種深入了解，達(dá)·芬奇在手稿中甚至繪制了西方文明世界的第一款人形機(jī)器人。 達(dá)·芬奇賦予了這個(gè)機(jī)器人以木頭、皮革和金屬的外殼。而如何讓機(jī)器人動起來，才是讓達(dá)·芬奇大傷腦筋的。在達(dá)·芬奇的構(gòu)想中，他想到了用下部的齒輪作為驅(qū)動裝置。由此通過兩個(gè)機(jī)械桿的齒輪再與胸部的一個(gè)圓盤齒輪咬合，機(jī)器人的胳膊就可以揮舞，坐或者站立。更絕的是，再通過一個(gè)傳動桿與頭部相連，頭部就可以轉(zhuǎn)動甚至可以開合下頜。而一旦配備了自動鼓裝置后，這個(gè)機(jī)器人甚至還可以發(fā)出聲音。 原來，500多年前，就已經(jīng)有了機(jī)器人的雛形。 他本可讓文明提前一百年 點(diǎn)燃現(xiàn)代汽車發(fā)明靈感之火的正是這輛“達(dá)·芬奇汽車”。 最酷的事實(shí)是達(dá)·芬奇長達(dá)7000多頁的手稿(現(xiàn)存約5000多頁)至今仍在影響科學(xué)研究，他就是一位現(xiàn)代世界的預(yù)言家，而他的手稿頁被稱為一部15世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的真正百科全書。 很早，達(dá)·芬奇就對當(dāng)時(shí)的四輪馬車不滿。在他的科學(xué)世界中，早就有了汽車的影子。事實(shí)上，點(diǎn)燃現(xiàn)代汽車發(fā)明靈感之火的正是這輛“達(dá)·芬奇汽車”。 既然是汽車就要考慮動力問題，達(dá)·芬奇在汽車中部安裝了兩根彈簧以解決這個(gè)問題。人力轉(zhuǎn)動車的后輪使得各個(gè)齒輪相互咬合，彈簧繃緊就產(chǎn)生了力，再通過杠桿作用將力傳遞到輪子上。 那么怎么控制車速呢？達(dá)·芬奇也想到了。他在車身上安裝了一個(gè)圓盤裝置，圓盤表面設(shè)置了很多方形的木塊，和每個(gè)輪子連接的鐵桿另一端與圓盤相接，這就是用于控制車速的裝置。圓盤扇放置的木塊數(shù)量越多，與鐵桿之間的摩擦就會越大，阻力也越大，輪子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越慢，行駛的距離越長。 當(dāng)然，達(dá)·芬奇也想到了剎車裝置。位于齒輪之間有一個(gè)木塊，拉動繩索將木塊卡在齒輪之間，車就可以停止。不過，這輛汽車不能載人，因?yàn)閮H靠彈簧的動力根本無法行駛很長的距離。 同時(shí)，達(dá)·芬奇還將彈簧巧妙地運(yùn)用在了鐘表設(shè)計(jì)上。后來大型鐘表采用的原理，就是出自達(dá)·芬奇的設(shè)想。只是在這個(gè)設(shè)想中，彈簧的彈力被物體的重力所代替，物體向下的重力通過眾多齒輪咬合作用被均勻傳遞，鐘表便得以保持勻速運(yùn)動。 此外，挖河機(jī)、潛水機(jī)、起重機(jī)、照相機(jī)、加熱機(jī)、溫度計(jì)……達(dá)·芬奇曾有過無數(shù)的發(fā)明設(shè)計(jì)。而這些發(fā)明足足可以讓我們的世界科學(xué)文明進(jìn)程提前100年。 對機(jī)械世界癡迷不已 水下呼吸裝置、發(fā)條傳動裝置，滾珠裝置、反向螺旋、紡織物擴(kuò)張器…… 水下呼吸裝置、拉動裝置,發(fā)條傳動裝置、滾珠裝置、反向螺旋、差動螺旋、紡織物擴(kuò)張器……達(dá)·芬奇將他無數(shù)的奇思妙想呈現(xiàn)在世人面前。故事的開頭不得不說起達(dá)·芬奇初到佛羅倫薩學(xué)畫的經(jīng)歷。事實(shí)上，這段經(jīng)歷開啟了藝術(shù)家達(dá)·芬奇的大門，也開啟了科學(xué)家達(dá)·芬奇的大門。 1460年，達(dá)·芬奇隨父親來到佛羅倫薩，開始了他的學(xué)徒生涯，同時(shí)開始學(xué)畫。學(xué)畫的達(dá)·芬奇參與安裝佛羅倫薩圣母瑪麗亞大教堂穹頂燈塔上巨型銅球，由此接觸并感受到了各式各樣機(jī)械系統(tǒng)的神奇。 佛羅倫薩圣母瑪麗亞大教堂是文藝復(fù)興建筑的開端。達(dá)·芬奇在安裝穹頂燈塔上巨型銅球時(shí)，親眼目睹了三速提升機(jī)等機(jī)械裝置的效率，深感其中的神奇。由此，布魯內(nèi)萊斯基的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念對達(dá)·芬奇產(chǎn)生了很大影響。當(dāng)時(shí)一批“錫耶納工程師”對達(dá)·芬奇的科學(xué)世界也產(chǎn)生了重要影響。 而錫耶納的工程師們設(shè)計(jì)的一種外形像船的河道淤泥挖掘機(jī)，用來清除淺水狂口的沙礫和淤泥，還有一種能夠提高裝載量又加快行駛速度的槳葉船，這些錫耶納工程師的發(fā)明，讓達(dá)·芬奇對機(jī)械的魔力產(chǎn)生了巨大的興趣。 從此，達(dá)·芬奇對機(jī)械世界癡迷不已。 |
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