和人類最親密的發明

每個人心中都有一位創造大師，不過，這位大師特別愛睡覺，當他醒來的時候，我們就成了發明家。

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，中國的兒童已經擔當了放牛的重任了。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，那里肌膚細嫩，神經密集，稍有刺激就會引起牛強烈的反應。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系，而且有效地解放了農業勞動的生產力，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用。

繩套馬脖

從前，馬是歐洲農業和交通運輸的主要動力。人們用馬拉車耕地的時候，想當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，人們才發現問題出在繩套上：應把它套在馬前肢上端胸部隆起的大肌肉上，并且將細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村經濟產生了巨大的飛躍，而且促進了交通運輸和城市的發展，增進了商業的繁榮。

你看，人們粗心要付出多大的代價！

馬鐙的奧妙

在發明馬鐙以前，人在馬背上是坐不穩的。因為人是直立行走，以雙腳為支點保持平衡的。

一旦上了馬背，雙腳懸空，踩不著東西，只能以臀部為支點，人不習慣以這種支點保持平衡，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的支點。騎手把幾十年在地上練就的平衡本領“移植”到馬背上，有了馬鐙，騎術就產生了飛躍。人的靈巧和馬的速度完美地結合在一起，在狩獵、戰爭和郵件傳遞中發揮了重要作用。

相傳歐洲的某個民族學會了使用馬鐙，他們的騎兵所向無敵。戰敗的人匍匐在地，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，就產生了人頭馬的神話。

弓箭

弓箭的發明是兵器發展史上，也是控制技術史上的里程碑。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，遠距離殺傷敵人。同時，它可以讓射手從容不迫地瞄準目標，在適當的時機精確命中。今天看來，它的動力系統是一個可觸發的蓄能機構，它的控制系統是與動力系統分離的定位裝置。

以前，人們投擲石塊或標槍時，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上，引而不發。需要時，扣動弩機，就把又粗又大的箭彈射出去，在更遠的地方，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能，它們的瞄準系統采用了更先進的光學和電子技術。現代科學里，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鍵，如何才能把模子做得精巧細致呢？一只小小的蜜蜂引發了古人的靈感。

蜂蠟是蜜蜂分泌的筑巢“材料”，受熱會變軟，遇冷就發硬，很容易在上面刻畫出各種精細的文字和圖案。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。發明這種方法的年代已不可考證，最早的發明人也不知是誰了。

在自然界中，黃金總是以元素狀態存在，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，加進大量的水，反復擺晃，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，連續不斷地用水把上面的泥沙沖走，再不斷加進新的含金泥沙，周而復始，幸運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。年復一年，人們靠運氣和勞苦重復祖先的勞作方式，卻很少想運用智慧創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明的毛筆。

蓬松細密的毛做成筆頭，構成了一個毛細管水庫。許許多多平行排列的毛細管能迅速地把黑汁吸進去，并能克服重力作用使它們穩穩當當呆在筆頭里，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當順著筆尖流下來，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，可以連續控制筆尖和紙的接觸面，平滑地改變筆道的粗細，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、藝術珍品，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，遇水不會發生化學反應，也不會被酸堿腐蝕，所以人們形容某事證據確鑿，就說是“白紙黑字”。

祖先們發明了巧妙的方法，利用油脂或木材不完全燃燒制出微細的炭粒，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孔，也能迅速滲入紙的纖維孔隙之中，構成具有厚度的筆跡。

在近代化學工業出現以前，墨是最好的書寫顏料。

無線通信的誕生

100年前，意大利人馬可尼發明了無線電技術，實現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威的德國，請教那里的專家。

權威們告訴他這是做夢。要讓電磁波從歐洲到達美國，必須先在大西洋上空放一面大鏡子，讓電波先到達鏡子，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，他不斷改進天線和收發報機，終于實現了越過大西洋的無線通信。因為天上確有一面極大的“鏡子”可以反射電磁波，這就是電離層，只是當時誰也不知道。

在科學領域，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。

永動機和溫度計

400年前，永動機曾是歐洲的熱門話題，不斷有人向皇宮送上自己設計的方案和樣機。有一天，意大利物理學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成的系統，不需加熱，不用外力推動，容器中的水可周而復始、上上下下地循環流動。伽利略認真考察了幾個晝夜，發現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。

正巧，伽利略的一位行醫的朋友曾請他設計一個可以測量病人是否發燒的儀器，他一直沒有想出好辦法。眼前這件所謂永動機給了他啟發：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的溫度計。

具有良好科學素質的人總是善于從各種事物中捕捉發明創造的靈感，甚至能從最荒謬的事物中發掘出它合理的成分。

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用。

有位醫生無意中撿到一枚穿線孔斷了一半的縫衣針，出于職業習慣，用放大鏡仔細查看它，發現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；而且接種時創口很小，不易感染。有了這種科學的工具，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肆虐一時的天花。

人類需要永不止息的創造，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驚受怕，因為秋千不是用有棱角的木板、鐵板做成的，而是巧妙地利用了廢舊汽車輪胎。

舊輪胎做秋千有許多優點：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，焚燒時會造成嚴重的環境污染。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，當我們以新的目光審視這個世界的時候，就能創造出很多快樂和美。

數的發明

扳著指頭數

古時候的人，數東西、數數都是扳著手指頭數，一個人有10個指頭，從1數到10，10個指頭扳過一遍，記個整數，再從頭數起，很自然形成了“逢十進一”。

可是，原始民族互相不往來，在記數的時候，各有特點，逢幾進一也就是五花八門了。

有的民族，數數的時候，習慣使用一只手，數來數去只有5個指頭，于是，記數就成了“逢五進一”。這叫五進制。

美洲的瑪雅人，數數的時候，喜歡手腳并用，數完手指再數足趾。手和腳的指頭共有20個，就來了個“逢二十進一”，它是二十進制。奇怪的是，在丹麥語中，至今仍然留有二十進制的痕跡。在丹麥語中，60是用3×20來表達的，90這個字的意思是“5個20上的一半”。意思是說，先數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制。表達243這個數，就應該是4個60加3，也就是4×60+3。六十進制有它的優點，60的質因數是2、3、5，約數很多，有2，3，4，5，6，10，12，15，20，30。做除法的時候，60可以被許多數整除，出現小數的機會少。

今天，計算角度和時間，仍然部分采用六十進制，比如1小時等于60分鐘。

此外，還有二進制、八進制等等。

不過，作為記數，目前全世界都統一用十進制了。

給數字定位

今天，給你兩個數字8和1，可以毫不費力地組成18和81兩個數。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，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制，81必須寫作2····，上面的每一個點表示20，下面那個點是1，這就是20+20+20+20+1＝81。

歐洲人使用羅馬數字，數字很多，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法，還帶有刻木記事和結繩記事的痕跡。一條長繩上有許多結，大結是10，小結是1，總數是多少，你去邊算邊數唄！如果記的是一個上萬的大數，恐怕就很難數了。

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

我國是最早采用十進位加位值制的國家。

十進位值制是一大發明，對數學的發展有劃時代的意義。

“0”從哪兒來

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

只有了解零，才會發明出“0”這個數字。可是，最初的人認為零只代表“沒有”，既然是“沒有”，摸不著看不見，也就不需要用數字來表示了。在我國古代，遇到10、100、1000……這些帶有0的數，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。

我國古代采用十進制，又同時使用位值制，很快就發現了零的用處不小。比如，要記下203這個數，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，這就有點像0了。我國的數學書中，最早出現0的時間是1247年。

今天通行世界的阿拉伯數字是印度發明的。印度的數字中，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，羅馬教皇曾經下令禁止使用，甚至對帶頭使用0的人施加刑罰。

十個數碼的來歷

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

查一查歷史，這十個數字的老家，其實并不是阿拉伯，而是印度。