和人類最親密的發(fā)明

每個人心中都有一位創(chuàng)造大師，不過，這位大師特別愛睡覺，當(dāng)他醒來的時候，我們就成了發(fā)明家。

牧童牽牛

唐詩有云：“借問酒家何處有，牧童遙指杏花村。”這表明早在一千年以前，中國的兒童已經(jīng)擔(dān)當(dāng)了放牛的重任了。力大無比、脾氣倔犟的牛怎么會輕易服從幼童的號令呢？妙在一條牽牛的繩子和系繩子的地方。繩子系在牛鼻子上，那里肌膚細(xì)嫩，神經(jīng)密集，稍有刺激就會引起牛強(qiáng)烈的反應(yīng)。如果牛不與牧童合作，鼻子的痛苦將無法忍受。所以牧童只要輕輕牽動繩子，無論多么不聽話的牛都會惟命是從。這種牽牛的方法不但建立了牛與人良好的合作關(guān)系，而且有效地解放了農(nóng)業(yè)勞動的生產(chǎn)力，使牧牛成了悠閑的工作，壯勞力可以干更重要的活。

這是以小搏大的典型，是控制論在生活中最成功的應(yīng)用。

繩套馬脖

從前，馬是歐洲農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)闹饕獎恿ΑＨ藗冇民R拉車耕地的時候，想當(dāng)然地把繩子套在馬脖子上，馬兒往前走，繩子就勒著氣管和頸動脈，跑得越快，勒得越緊，使馬全身缺氧，大腦缺血，苦不堪言，干不了幾年活就累死了。

很久以后，人們才發(fā)現(xiàn)問題出在繩套上：應(yīng)把它套在馬前肢上端胸部隆起的大肌肉上，并且將細(xì)繩子改成寬而柔軟的帶子。這個小小的改動，使馬的氣管和主動脈獲得了自由，能夠使出比從前大得多的力量，深翻堅(jiān)硬的土地，拉動沉重的貨物，提高奔跑的速度，還大大延長了馬匹的役使壽命。

這次變革不僅使歐洲的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了巨大的飛躍，而且促進(jìn)了交通運(yùn)輸和城市的發(fā)展，增進(jìn)了商業(yè)的繁榮。

你看，人們粗心要付出多大的代價！

馬鐙的奧妙

在發(fā)明馬鐙以前，人在馬背上是坐不穩(wěn)的。因?yàn)槿耸侵绷⑿凶撸噪p腳為支點(diǎn)保持平衡的。

一旦上了馬背，雙腳懸空，踩不著東西，只能以臀部為支點(diǎn)，人不習(xí)慣以這種支點(diǎn)保持平衡，稍一晃動就會掉下來。

馬鐙不僅是上馬的“臺階”，更是騎手在馬背上控制身體姿態(tài)的支點(diǎn)。騎手把幾十年在地上練就的平衡本領(lǐng)“移植”到馬背上，有了馬鐙，騎術(shù)就產(chǎn)生了飛躍。人的靈巧和馬的速度完美地結(jié)合在一起，在狩獵、戰(zhàn)爭和郵件傳遞中發(fā)揮了重要作用。

相傳歐洲的某個民族學(xué)會了使用馬鐙，他們的騎兵所向無敵。戰(zhàn)敗的人匍匐在地，恐懼地看著穿草而過、疾如流星的武士和駿馬，以為是一種長著人身馬腿的天神，于是，就產(chǎn)生了人頭馬的神話。

弓箭

弓箭的發(fā)明是兵器發(fā)展史上，也是控制技術(shù)史上的里程碑。弓可以把人體肌肉的能量積聚起來，在一瞬間釋放出去，推動箭桿高速飛行，遠(yuǎn)距離殺傷敵人。同時，它可以讓射手從容不迫地瞄準(zhǔn)目標(biāo)，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)精確命中。今天看來，它的動力系統(tǒng)是一個可觸發(fā)的蓄能機(jī)構(gòu)，它的控制系統(tǒng)是與動力系統(tǒng)分離的定位裝置。

以前，人們投擲石塊或標(biāo)槍時，胳膊既要用力，又要掌握方向，難以兼顧，采用弓箭后便可兩全了。后來，人們做了大量更大的弓，用很多匹馬來拉它，拉開之后弦卡在弩機(jī)上，引而不發(fā)。需要時，扣動弩機(jī)，就把又粗又大的箭彈射出去，在更遠(yuǎn)的地方，以更大的威力殺傷敵人。

今天的槍炮火箭，從原理上說和弓箭是相通的。只是它們的動力來自爆炸釋放的化學(xué)能，它們的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采用了更先進(jìn)的光學(xué)和電子技術(shù)。現(xiàn)代科學(xué)里，常常能看到古代智慧的影子。

小蜜蜂與青銅器

中國古代精美的青銅器，大多是在蜜蜂的“慷慨援助”下制造出來的。鑄造青銅器先要做一套模子，把熔化的銅錫合金倒進(jìn)模子里，冷凝之后就鑄造完成了。模子什么樣，鑄出來就是什么樣。模子是制造青銅器的關(guān)鍵，如何才能把模子做得精巧細(xì)致呢？一只小小的蜜蜂引發(fā)了古人的靈感。

蜂蠟是蜜蜂分泌的筑巢“材料”，受熱會變軟，遇冷就發(fā)硬，很容易在上面刻畫出各種精細(xì)的文字和圖案。比如要鑄一只青銅虎，先用泥塑成一個坯，樣子大體和虎差不多，然后在泥坯的表面敷上一層蜂蠟，刻上虎的眼睛和鼻子。等刻畫完畢后，再用火烤一下，使蠟層的表面熔化，冷卻之后，蠟虎光潔無比，然后用泥敷在蠟虎上面做成外模，在泥坯和外模之間的夾層里灌注熔化的青銅。于是，青銅取代了蜂蠟，就鑄成了一只惟妙惟肖的空殼老虎。

淘金

黃金是一種奇妙的金屬，人人喜愛。從古至今，人們大多用同一種方法從自然界獲得它。這種辦法就是“淘”。用水“淘”出來，而不是用火“煉”出來。發(fā)明這種方法的年代已不可考證，最早的發(fā)明人也不知是誰了。

在自然界中，黃金總是以元素狀態(tài)存在，呈微小的顆粒狀隱藏在沙石里，無法用手揀出來。

人們在容器里裝上含有金粒的泥沙，加進(jìn)大量的水，反復(fù)擺晃，再讓它們沉降。由于黃金比重大，相同體積的黃金和水相比，金比水重將近20倍。晃動過程中金粒逐漸沉積在容器底部，連續(xù)不斷地用水把上面的泥沙沖走，再不斷加進(jìn)新的含金泥沙，周而復(fù)始，幸運(yùn)的淘金者一天能從幾噸泥沙里淘出一克黃金，而更多的人常常一無所獲。

自然界的黃金越來越少，淘金越來越困難。年復(fù)一年，人們靠運(yùn)氣和勞苦重復(fù)祖先的勞作方式，卻很少想運(yùn)用智慧創(chuàng)造尋找黃金的新辦法。

毛筆

在歐洲參觀一個博物館時，我看到了莎士比亞時代用的筆，那是在鵝毛上削一斜刀制成的“鵝管筆”，不禁由衷贊嘆我們祖先發(fā)明的毛筆。

蓬松細(xì)密的毛做成筆頭，構(gòu)成了一個毛細(xì)管水庫。許許多多平行排列的毛細(xì)管能迅速地把黑汁吸進(jìn)去，并能克服重力作用使它們穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)呆在筆頭里，在寫字的時候不會滴下來。筆和紙接觸時，由于表面張力的作用，筆頭中的墨汁又會順順當(dāng)當(dāng)順著筆尖流下來，作成清秀飄逸的書畫。

由于筆頭是圓錐形的，筆和紙的接觸面積可以連續(xù)改變，可寫蠅頭小楷，也可寫出雄渾蒼勁的大字。筆頭有彈性，著筆力量大小不同，可以連續(xù)控制筆尖和紙的接觸面，平滑地改變筆道的粗細(xì)，使中國書畫具有變幻無窮的魅力。

我們的祖先把動物身上的毛拔下來插在竹管里，就變成了不可思議的毛筆。

墨的魅力

中國的毛筆和墨是一對“孿生兄弟”。墨是使用毛筆最理想的書寫顏料。許許多多跨越歷史長河的典籍文獻(xiàn)、藝術(shù)珍品，都是用墨書寫出來的，這是記錄歷史和智慧的載體。

墨比任何顏料都黑，書寫時具有最大的反差。清晰，準(zhǔn)確，不會有似是而非的印跡。常溫下，墨在空氣中不會氧化，遇水不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會被酸堿腐蝕，所以人們形容某事證據(jù)確鑿，就說是“白紙黑字”。

祖先們發(fā)明了巧妙的方法，利用油脂或木材不完全燃燒制出微細(xì)的炭粒，它們可以與黏合劑混合壓制成墨，做成人們喜愛的各種樣式，又容易在研磨時均勻地懸浮在水中形成膠體，成為流動性很好的墨汁，不會堵塞毛筆筆頭中的毛細(xì)孔，也能迅速滲入紙的纖維孔隙之中，構(gòu)成具有厚度的筆跡。

在近代化學(xué)工業(yè)出現(xiàn)以前，墨是最好的書寫顏料。

無線通信的誕生

100年前，意大利人馬可尼發(fā)明了無線電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了橫跨英吉利海峽的無線通信。他想讓電波越過大西洋，把信息從歐洲帶到美國。年輕的馬可尼來到在研究電磁波方面最具權(quán)威的德國，請教那里的專家。

權(quán)威們告訴他這是做夢。要讓電磁波從歐洲到達(dá)美國，必須先在大西洋上空放一面大鏡子，讓電波先到達(dá)鏡子，再把它反射到美國去，只有這樣，才能讓直線傳播的電磁波繞過地球的障礙。先回去做鏡子吧！

馬可尼沒有做夢，也沒有做鏡子，他不斷改進(jìn)天線和收發(fā)報機(jī)，終于實(shí)現(xiàn)了越過大西洋的無線通信。因?yàn)樘焐洗_有一面極大的“鏡子”可以反射電磁波，這就是電離層，只是當(dāng)時誰也不知道。

在科學(xué)領(lǐng)域，尋找真理的人們值得相信，倒是那些自以為掌握了真理的人們值得懷疑。

永動機(jī)和溫度計(jì)

400年前，永動機(jī)曾是歐洲的熱門話題，不斷有人向皇宮送上自己設(shè)計(jì)的方案和樣機(jī)。有一天，意大利物理學(xué)家伽利略奉命入宮審查樣品。

這是一件全封閉的玻璃容器與管道構(gòu)成的系統(tǒng)，不需加熱，不用外力推動，容器中的水可周而復(fù)始、上上下下地循環(huán)流動。伽利略認(rèn)真考察了幾個晝夜，發(fā)現(xiàn)水流動的原因是由晝夜溫差引起氣體脹縮造成的，它不是永動機(jī)。

正巧，伽利略的一位行醫(yī)的朋友曾請他設(shè)計(jì)一個可以測量病人是否發(fā)燒的儀器，他一直沒有想出好辦法。眼前這件所謂永動機(jī)給了他啟發(fā)：何不用氣體脹縮來測量病人的熱度？他請了玻璃工匠做了一個精巧的帶細(xì)管的小瓶，把小瓶倒插在水中，讓病人的手握著小瓶，小管中的液面位置就可以反映病人的溫度。這就是世界上第一支科學(xué)的溫度計(jì)。

具有良好科學(xué)素質(zhì)的人總是善于從各種事物中捕捉發(fā)明創(chuàng)造的靈感，甚至能從最荒謬的事物中發(fā)掘出它合理的成分。

針頭和天花疫苗

天花疫苗問世之后，接種成了當(dāng)時的難題。由于每次接種的疫苗很少，無法用注射器。于是，有的人就用刀尖在皮膚上劃個小口，讓疫苗從刀口里滲進(jìn)去，但深淺寬窄難以掌握；有的人用針尖蘸上疫苗在皮膚上扎，但有彈性的表皮常常把疫苗阻擋在外面。由于接種方法不合理，妨礙了天花疫苗的廣泛應(yīng)用。

有位醫(yī)生無意中撿到一枚穿線孔斷了一半的縫衣針，出于職業(yè)習(xí)慣，用放大鏡仔細(xì)查看它，發(fā)現(xiàn)那簡直就是一支鋒利的鋼叉——能不能用它作接種疫苗的工具呢？實(shí)踐證明，“鋼叉”

形狀的針頭很容易刺入皮膚；針頭底部的半圓形弧線可以準(zhǔn)確限定刺入的深度；又由于液體表面張力的作用，疫苗液滴自然附著在針頭的彎月面上，保證每次送入皮下的疫苗一樣多；而且接種時創(chuàng)口很小，不易感染。有了這種科學(xué)的工具，天花疫苗迅速普及到世界的許多地方，幫助人們制服了曾經(jīng)肆虐一時的天花。

人類需要永不止息的創(chuàng)造，任何一位正在思考和勞作的人，都有可能成為開拓者和發(fā)明家。

輪胎秋千

西方的孩子們也喜歡秋千。與中國不同的是，他們玩秋千時不用擔(dān)驚受怕，因?yàn)榍锴Р皇怯糜欣饨堑哪景濉㈣F板做成的，而是巧妙地利用了廢舊汽車輪胎。

舊輪胎做秋千有許多優(yōu)點(diǎn)：安全、舒適、造價低廉。最主要的是解決了廢舊汽車輪胎的處理問題。在西方，廢舊輪胎是一種主要的垃圾公害，焚燒時會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。這種“變廢為寶”的秋千使公害變成了兒童的天使。

人們有許多事情沒有做好，當(dāng)我們以新的目光審視這個世界的時候，就能創(chuàng)造出很多快樂和美。

數(shù)的發(fā)明

扳著指頭數(shù)

古時候的人，數(shù)東西、數(shù)數(shù)都是扳著手指頭數(shù)，一個人有10個指頭，從1數(shù)到10，10個指頭扳過一遍，記個整數(shù)，再從頭數(shù)起，很自然形成了“逢十進(jìn)一”。

可是，原始民族互相不往來，在記數(shù)的時候，各有特點(diǎn)，逢幾進(jìn)一也就是五花八門了。

有的民族，數(shù)數(shù)的時候，習(xí)慣使用一只手，數(shù)來數(shù)去只有5個指頭，于是，記數(shù)就成了“逢五進(jìn)一”。這叫五進(jìn)制。

美洲的瑪雅人，數(shù)數(shù)的時候，喜歡手腳并用，數(shù)完手指再數(shù)足趾。手和腳的指頭共有20個，就來了個“逢二十進(jìn)一”，它是二十進(jìn)制。奇怪的是，在丹麥語中，至今仍然留有二十進(jìn)制的痕跡。在丹麥語中，60是用3×20來表達(dá)的，90這個字的意思是“5個20上的一半”。意思是說，先數(shù)4個20，到了第5個20取它的一半，也就是4×20+10。

古巴比倫人卻采用六十進(jìn)制。表達(dá)243這個數(shù)，就應(yīng)該是4個60加3，也就是4×60+3。六十進(jìn)制有它的優(yōu)點(diǎn)，60的質(zhì)因數(shù)是2、3、5，約數(shù)很多，有2，3，4，5，6，10，12，15，20，30。做除法的時候，60可以被許多數(shù)整除，出現(xiàn)小數(shù)的機(jī)會少。

今天，計(jì)算角度和時間，仍然部分采用六十進(jìn)制，比如1小時等于60分鐘。

此外，還有二進(jìn)制、八進(jìn)制等等。

不過，作為記數(shù)，目前全世界都統(tǒng)一用十進(jìn)制了。

給數(shù)字定位

今天，給你兩個數(shù)字8和1，可以毫不費(fèi)力地組成18和81兩個數(shù)。你心里很清楚，8在個位上是8，在十位上就是80。

可是在古埃及，81這個數(shù)，必須寫為8個10，再寫一個1，才能組成81。所以，在讀出81以前，必須做一個加法10+10+10+10+10+10+10+10+1＝81。

瑪雅人使用的是二十進(jìn)制，81必須寫作2····，上面的每一個點(diǎn)表示20，下面那個點(diǎn)是1，這就是20+20+20+20+1＝81。

歐洲人使用羅馬數(shù)字，數(shù)字很多，L代表50，X代表10，I代表1，那么，必須寫作LXXXI，就是50+10+10+10+1＝81。

剛才說到的三種記數(shù)法，還帶有刻木記事和結(jié)繩記事的痕跡。一條長繩上有許多結(jié)，大結(jié)是10，小結(jié)是1，總數(shù)是多少，你去邊算邊數(shù)唄！如果記的是一個上萬的大數(shù)，恐怕就很難數(shù)了。

難就難在沒有采用位值制。位值制，在我國公元前4世紀(jì)的《墨經(jīng)》上就說得很清楚：一少于二而多于五，說在建位。1這個數(shù)，在個位上就比2少，換到十位上就比5多。每個數(shù)字的大小，除了本身的數(shù)值，還要看它在整個數(shù)中所處的位置。采取這個辦法，記數(shù)只需要幾個數(shù)字就夠了。

我國是最早采用十進(jìn)位加位值制的國家。

十進(jìn)位值制是一大發(fā)明，對數(shù)學(xué)的發(fā)展有劃時代的意義。

“0”從哪兒來

今天我們使用的數(shù)字一共是10個：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。從1到9，幾乎是同時出現(xiàn)的，惟獨(dú)0是一個特別的數(shù)字，出現(xiàn)得很晚。

只有了解零，才會發(fā)明出“0”這個數(shù)字。可是，最初的人認(rèn)為零只代表“沒有”，既然是“沒有”，摸不著看不見，也就不需要用數(shù)字來表示了。在我國古代，遇到10、100、1000……這些帶有0的數(shù)，就另外采用十、百、千、萬的符號來表示。在埃及，也是另有符號的。

我國古代采用十進(jìn)制，又同時使用位值制，很快就發(fā)現(xiàn)了零的用處不小。比如，要記下203這個數(shù)，就少不了中間那個零，于是在表示時，只好在2和3之間留一個空位，記作二三。

零是個空位，很容易被忽視，天長日久，就改用看得見的正方形來表示空位，203就記作二□三。到了寫在紙上的時候，畫個圓圈比畫個正方形方便一些，203又記作二○三，這就有點(diǎn)像0了。我國的數(shù)學(xué)書中，最早出現(xiàn)0的時間是1247年。

今天通行世界的阿拉伯?dāng)?shù)字是印度發(fā)明的。印度的數(shù)字中，最早也沒有0，需要0的時候，用“·”來代替，203的最初寫法是2·3。

令人不解的是，0傳到歐洲以后，羅馬教皇曾經(jīng)下令禁止使用，甚至對帶頭使用0的人施加刑罰。

十個數(shù)碼的來歷

0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，這十個數(shù)字，有人叫做數(shù)碼，我們習(xí)慣上把它稱作“阿拉伯?dāng)?shù)字”。“阿拉伯?dāng)?shù)字”，這是歐洲人的叫法，他們是從阿拉伯人那兒見到這些數(shù)字，才逐漸接受了的，所以印象深刻。

查一查歷史，這十個數(shù)字的老家，其實(shí)并不是阿拉伯，而是印度。