和人類最親密的發(fā)明

每個(gè)人心中都有一位創(chuàng)造大師，不過(guò)，這位大師特別愛(ài)睡覺(jué)，當(dāng)他醒來(lái)的時(shí)候，我們就成了發(fā)明家。

牧童牽牛

唐詩(shī)有云：“借問(wèn)酒家何處有，牧童遙指杏花村。”這表明早在一千年以前，中國(guó)的兒童已經(jīng)擔(dān)當(dāng)了放牛的重任了。力大無(wú)比、脾氣倔犟的牛怎么會(huì)輕易服從幼童的號(hào)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(huì)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(wú)法忍受。所以牧童只要輕輕牽動(dòng)繩子，無(wú)論多么不聽(tīng)話的牛都會(huì)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(dòng)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(jiǎng)恿ΑＨ藗冇民R拉車耕地的時(shí)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(dòng)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(wèn)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(gè)小小的改動(dòng)，使馬的氣管和主動(dòng)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(dòng)沉重的貨物，提高奔跑的速度，還大大延長(zhǎng)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(jià)！

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(dòng)就會(huì)掉下來(lái)。

馬鐙不僅是上馬的“臺(tái)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(zhēng)和郵件傳遞中發(fā)揮了重要作用。

相傳歐洲的某個(gè)民族學(xué)會(huì)了使用馬鐙，他們的騎兵所向無(wú)敵。戰(zhàn)敗的人匍匐在地，恐懼地看著穿草而過(guò)、疾如流星的武士和駿馬，以為是一種長(zhǎng)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(lái)，在一瞬間釋放出去，推動(dòng)箭桿高速飛行，遠(yuǎn)距離殺傷敵人。同時(shí)，它可以讓射手從容不迫地瞄準(zhǔn)目標(biāo)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)精確命中。今天看來(lái)，它的動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)可觸發(fā)的蓄能機(jī)構(gòu)，它的控制系統(tǒng)是與動(dòng)力系統(tǒng)分離的定位裝置。

以前，人們投擲石塊或標(biāo)槍時(shí)，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(lái)，人們做了大量更大的弓，用很多匹馬來(lái)拉它，拉開(kāi)之后弦卡在弩機(jī)上，引而不發(fā)。需要時(shí)，扣動(dòng)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(shuō)和弓箭是相通的。只是它們的動(dòng)力來(lái)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(guó)古代精美的青銅器，大多是在蜜蜂的“慷慨援助”下制造出來(lái)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(lái)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(huì)變軟，遇冷就發(fā)硬，很容易在上面刻畫(huà)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(gè)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(huà)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(wú)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(ài)。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(lái)，而不是用火“煉”出來(lái)。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(shuí)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(wú)法用手揀出來(lái)。

人們?cè)谌萜骼镅b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(dòng)過(guò)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(wú)所獲。

自然界的黃金越來(lái)越少，淘金越來(lái)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(gè)博物館時(shí)，我看到了莎士比亞時(shí)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(gè)毛細(xì)管水庫(kù)。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(shí)候不會(huì)滴下來(lái)。筆和紙接觸時(shí)，由于表面張力的作用，筆頭中的墨汁又會(huì)順順當(dāng)當(dāng)順著筆尖流下來(lái)，作成清秀飄逸的書(shū)畫(huà)。

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(guó)書(shū)畫(huà)具有變幻無(wú)窮的魅力。

我們的祖先把動(dòng)物身上的毛拔下來(lái)插在竹管里，就變成了不可思議的毛筆。

墨的魅力

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

墨比任何顏料都黑，書(shū)寫時(shí)具有最大的反差。清晰，準(zhǔn)確，不會(huì)有似是而非的印跡。常溫下，墨在空氣中不會(huì)氧化，遇水不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)被酸堿腐蝕，所以人們形容某事證據(jù)確鑿，就說(shuō)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(ài)的各種樣式，又容易在研磨時(shí)均勻地懸浮在水中形成膠體，成為流動(dòng)性很好的墨汁，不會(huì)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(shū)寫顏料。

無(wú)線通信的誕生

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

權(quán)威們告訴他這是做夢(mèng)。要讓電磁波從歐洲到達(dá)美國(guó)，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(guó)去，只有這樣，才能讓直線傳播的電磁波繞過(guò)地球的障礙。先回去做鏡子吧！

馬可尼沒(méi)有做夢(mèng)，也沒(méi)有做鏡子，他不斷改進(jìn)天線和收發(fā)報(bào)機(jī)，終于實(shí)現(xiàn)了越過(guò)大西洋的無(wú)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(shí)誰(shuí)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(dòng)機(jī)和溫度計(jì)

400年前，永動(dòng)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(dòng)，容器中的水可周而復(fù)始、上上下下地循環(huán)流動(dòng)。伽利略認(rèn)真考察了幾個(gè)晝夜，發(fā)現(xiàn)水流動(dòng)的原因是由晝夜溫差引起氣體脹縮造成的，它不是永動(dòng)機(jī)。

正巧，伽利略的一位行醫(yī)的朋友曾請(qǐng)他設(shè)計(jì)一個(gè)可以測(cè)量病人是否發(fā)燒的儀器，他一直沒(méi)有想出好辦法。眼前這件所謂永動(dòng)機(jī)給了他啟發(fā)：何不用氣體脹縮來(lái)測(cè)量病人的熱度？他請(qǐng)了玻璃工匠做了一個(gè)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(wèn)世之后，接種成了當(dāng)時(shí)的難題。由于每次接種的疫苗很少，無(wú)法用注射器。于是，有的人就用刀尖在皮膚上劃個(gè)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(wú)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(jiǎn)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(shí)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(shí)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(kāi)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(guó)不同的是，他們玩秋千時(shí)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(jià)低廉。最主要的是解決了廢舊汽車輪胎的處理問(wèn)題。在西方，廢舊輪胎是一種主要的垃圾公害，焚燒時(shí)會(huì)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(méi)有做好，當(dāng)我們以新的目光審視這個(gè)世界的時(shí)候，就能創(chuàng)造出很多快樂(lè)和美。

數(shù)的發(fā)明

扳著指頭數(shù)

古時(shí)候的人，數(shù)東西、數(shù)數(shù)都是扳著手指頭數(shù)，一個(gè)人有10個(gè)指頭，從1數(shù)到10，10個(gè)指頭扳過(guò)一遍，記個(gè)整數(shù)，再?gòu)念^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(lái)，在記數(shù)的時(shí)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(shí)候，習(xí)慣使用一只手，數(shù)來(lái)數(shù)去只有5個(gè)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(shí)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(gè)，就來(lái)了個(gè)“逢二十進(jìn)一”，它是二十進(jìn)制。奇怪的是，在丹麥語(yǔ)中，至今仍然留有二十進(jìn)制的痕跡。在丹麥語(yǔ)中，60是用3×20來(lái)表達(dá)的，90這個(gè)字的意思是“5個(gè)20上的一半”。意思是說(shuō)，先數(shù)4個(gè)20，到了第5個(gè)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(gè)數(shù)，就應(yīng)該是4個(gè)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(shí)候，60可以被許多數(shù)整除，出現(xiàn)小數(shù)的機(jī)會(huì)少。

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

此外，還有二進(jìn)制、八進(jìn)制等等。

不過(guò)，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(gè)數(shù)字8和1，可以毫不費(fèi)力地組成18和81兩個(gè)數(shù)。你心里很清楚，8在個(gè)位上是8，在十位上就是80。

可是在古埃及，81這個(gè)數(shù)，必須寫為8個(gè)10，再寫一個(gè)1，才能組成81。所以，在讀出81以前，必須做一個(gè)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(gè)點(diǎn)表示20，下面那個(gè)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(shuō)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(zhǎng)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(gè)上萬(wàn)的大數(shù)，恐怕就很難數(shù)了。

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

我國(guó)是最早采用十進(jìn)位加位值制的國(guó)家。

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

“0”從哪兒來(lái)

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

只有了解零，才會(huì)發(fā)明出“0”這個(gè)數(shù)字。可是，最初的人認(rèn)為零只代表“沒(méi)有”，既然是“沒(méi)有”，摸不著看不見(jiàn)，也就不需要用數(shù)字來(lái)表示了。在我國(guó)古代，遇到10、100、1000……這些帶有0的數(shù)，就另外采用十、百、千、萬(wàn)的符號(hào)來(lái)表示。在埃及，也是另有符號(hào)的。

我國(guó)古代采用十進(jìn)制，又同時(shí)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(gè)數(shù)，就少不了中間那個(gè)零，于是在表示時(shí)，只好在2和3之間留一個(gè)空位，記作二三。

零是個(gè)空位，很容易被忽視，天長(zhǎng)日久，就改用看得見(jiàn)的正方形來(lái)表示空位，203就記作二□三。到了寫在紙上的時(shí)候，畫(huà)個(gè)圓圈比畫(huà)個(gè)正方形方便一些，203又記作二○三，這就有點(diǎn)像0了。我國(guó)的數(shù)學(xué)書(shū)中，最早出現(xiàn)0的時(shí)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(méi)有0，需要0的時(shí)候，用“·”來(lái)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(duì)帶頭使用0的人施加刑罰。

十個(gè)數(shù)碼的來(lái)歷

0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，這十個(gè)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(jiàn)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(gè)數(shù)字的老家，其實(shí)并不是阿拉伯，而是印度。