第3章 趣味發(fā)明(3)
書名: 趣味科學(xué)(科學(xué)知識大課堂)作者名: 李楠主編本章字數(shù): 5411字更新時間: 2015-04-15 19:11:30
特里維西克是英國礦山里的一名技師。當(dāng)時礦山里用來運輸?shù)V石的馬拉有軌貨車,速度比較慢,一天下來,只能運出去一部分礦石,已經(jīng)遠遠不能適應(yīng)礦山的運輸需要。特里維西克看到這個情況,設(shè)想用蒸汽機來代替馬力,開發(fā)出新的運輸工具,造出蒸汽機車。從1781年開始,他就開始用心研究。幾年過去了,特里維西克一直在努力研究,解決了一個又一個難題,像怎樣使得蒸汽機變小適合裝在機車上、機車行駛時鍋爐怎樣通風(fēng)、汽缸如何排氣等問題,終于在1804年造出了世界上第一臺蒸汽機車。
這是一臺只有一個汽缸的蒸汽機車,能牽引5節(jié)車廂,每小時可行駛5千米到6千米。
有意思的是,特里維西克的這臺機車沒有設(shè)計制造駕駛室,那駕駛員怎么開車呢?他就在機車行駛時跟在車旁邊走邊駕駛,可以想象,早期的火車一定不快,否則開起來后,駕駛員怎么跟得上呢?
特里維西克在機車造好后,曾經(jīng)在英國倫敦的尤斯頓廣場遺址上進行過試車。那里有一個圍場,他在這圓形的圍場里鋪了一圈軌道,一輛拉著客車的特里維西克火車在上面行駛,向人們表現(xiàn)了它的雄姿,有的市民還乘坐在后面車廂里,兜了幾圈呢!這景況使得圍觀的人心里也癢癢的,都想坐上去風(fēng)光風(fēng)光。
可是好景不長,這輛機車試了幾次后不久,就經(jīng)常發(fā)生零件損壞、翻出軌道、鐵路斷軌等事故。特里維西克做了幾次修理、幾次改革,但還是不能避免事故的發(fā)生。連特里維西克自己也失去了信心,他不愿意再多作研究了,把注意力轉(zhuǎn)向了其他方面,放棄了對火車的探索。
總的來說,特里維西克的嘗試失敗了。
不久,許多工程師弄清了特里維西克蒸汽機車發(fā)生事故的原因,是由于鐵軌打滑造成的。于是,先后有好些人對它進行改進。先是在1812年,有兩名英國人先在兩條鐵軌中間加一條帶齒的軌,又在機車腹部安裝一個轉(zhuǎn)動的齒輪,希望齒輪和帶齒的軌道吻合,結(jié)果失敗了。后來在1813年,又有一名英國人為了解決鐵軌打滑問題,想在機車后面裝上兩只腳,讓它們像人腳一樣交替行走來推車前進,但也失敗了。
就在這時,斯蒂芬森開始了對蒸汽機車的探索。
1781年,斯蒂芬森出生在英國一個煤礦工人家庭,家境清寒,僅僅靠父親微薄的薪水來養(yǎng)活一家8口人。為了生活,斯蒂芬森8歲就去給人家放牛,14歲就跟著父親到煤礦做工了。工頭看他年紀還小,就讓他干些擦機器和保管蒸汽機零件的雜活。天天和蒸汽機打交道,使他對蒸汽機非常熟悉。
煤礦里的運輸跟不上,工人們只好自己推著車,甚至自己背著重重的煤,從礦井下運上來。
工人們彎著腰,累得直喘氣,汗水從滿是煤粉的臉上淌下來??吹礁赣H和工人們這么勞累、這么辛苦,而煤礦里的運輸能力又是那樣低,斯蒂芬森立下宏志,一定要改變煤礦運輸?shù)默F(xiàn)狀,解除工人們的勞苦,發(fā)明出比特里維西克機車更好更實用的運輸工具。
可是,斯蒂芬森沒文化,17歲了還識不了幾個字,于是,他加入了礦上那所專門招收七八歲兒童的礦工子弟夜校,認真地學(xué)習(xí)起文化科技知識。
除了如饑似渴地學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識,斯蒂芬森特別注意到實踐中去學(xué)習(xí)知識。他一有空就去觀察當(dāng)時人們已制成的各種車,它們的優(yōu)缺點在他心里清清楚楚。為了更好更完全地掌握蒸汽機的性能,他曾經(jīng)不遠千里,專門到瓦特的故鄉(xiāng)蘇格蘭做工學(xué)習(xí)了一年多。在這一年里,他深入研究了瓦特蒸汽機的構(gòu)造原理,了解到很多試制蒸汽機車的經(jīng)驗。
這時機會已悄悄地來到斯蒂芬森身邊。有一天,礦上的蒸汽機壞了,技師修了老半天也沒修好,老板、工人們都急得團團轉(zhuǎn),蒸汽機不動,就不能開工干活。斯蒂芬森走了過來,充滿信心地說:“讓我試試!”老板回頭一看,原來是擦機器的雜工,疑惑地看看他,由于時間已來不及了,只好似信非信地點點頭:“好吧!”斯蒂芬森在一雙雙眼睛的注視下,沉著冷靜,很快就把蒸汽機修好了。大家都驚呆了,老板高興地拍拍斯蒂芬森的肩,說道:“小伙子,好樣的!從今天起,提升你為工程師?!彼沟俜疑α?,他以自己的真本事,贏得了人們的信任,終于脫穎而出,從一個機器房的小雜工升到了機械工程師。
初試成功以后,斯蒂芬森發(fā)明創(chuàng)造的勁頭更足了。1814年,33歲的他終于設(shè)計制造出了第一臺新型蒸汽機車。這臺機車能拉30噸貨物,每小時可行駛7千米。的確,斯蒂芬森的機車比以前的機車快多了,但還有許多地方不太完善。就是這列火車在試車時,車上的一個螺絲帽被震松了,車子翻了,車廂里的英國國會議員和英國交通公司的董事長也被摔傷了。
這下可闖禍了。本來就反對火車的人,更是抓住這事不放,紛紛指責(zé),硬是說火車沒有馬車安全,而且還說蒸汽機噴汽時產(chǎn)生的響聲,把鐵路附近的牛馬都驚跑了。他們斷定,用火車做交通工具是不可能的。在反對派強大的聲勢下,煤礦老板也退縮了,斯蒂芬森的第一臺機車就像特里維西克的火車一樣,默默無聞地被擱置一邊。
但是,斯蒂芬森并沒有退卻,他開始了改進火車的工作。他想了許多辦法,減小機車的噪音;用小管子把汽筒里的廢蒸汽引到煙筒里去,這種蒸汽向上的沖力大,煙也出得更快,爐中空氣循環(huán)加快,煤燒得也更旺,機車的牽引力就增加了好幾倍;同時,他對鐵路也做了改進,在枕木底下鋪了許多小石子,防止鐵軌因為火車的震動而斷裂,現(xiàn)代鐵路從此初具雛形。
就在這時,一個好機會又降臨到他身上。1823年,英國政府聘請斯蒂芬森任修建鐵路的總工程師,在拉茲河畔的海港城市斯托克頓和以盛產(chǎn)煤炭著稱的達林頓之間,修筑世界上第一條40千米長的鐵路。這條鐵路主要用于運輸。只是,這條鐵路不是為行駛火車鋪設(shè)的,而是為馬車運輸鋪設(shè)的,所以,鐵路鋪成后,只準馬車行駛。作為總工程師的斯蒂芬森,抓住這個機會,努力去說服一個又一個政府官員,終于使英國政府同意讓火車在上面行駛。
1825年9月27日,火車通車典禮在斯托克頓城正式舉行?!奥眯刑枴闭羝疖囃蠏熘?3節(jié)車廂,載著450名乘客,像一條鐵龍臥在鐵軌上,等待出發(fā)。它的主要部分,是一個鐵木合制的臥式圓桶鍋爐,鍋爐上面有兩個垂直汽缸,通過機軸來帶動鍋爐底下的4個車輪轉(zhuǎn)動;機車上也沒有駕駛室,司機就站在車上操作;機車旁邊還掛著一個裝滿煤炭的鐵籃子,夜間行駛時,點燃籃子里的煤,便是一盞照亮火車前進的明燈了。
看,斯蒂芬森正要親自駕駛他親手造的火車?!伴_車!”只見“旅行號”緩緩啟動,越來越快,越來越快,火車以每小時24千米的速度向達林頓城駛?cè)ァ?
頓時,鐵路兩旁觀看的人群歡呼起來,有些人興奮地跟著火車奔跑,有些人騎著馬隨著火車飛奔。且不說人,馬也跑不過火車,他們早已被火車遠遠地甩在后頭了。
成功了!成功了!斯蒂芬森駕駛著“旅行號”勝利到達終點,掌握、歡呼聲響成一片,乘客們一個個激動地走下車,和歡迎的人們一起,把斯蒂芬森團團圍住,熱烈祝賀他的成功。
火車,從此真正被世人承認,并登上了交通運輸?shù)臍v史舞臺。
斯蒂芬森當(dāng)之無愧地被世界公認為火車的發(fā)明人。
瘋狗腦髓的功用
春天來到了北方。葛洪(284~364,東晉醫(yī)學(xué)家)查清兩種怪病后才離開病區(qū),趁著和煦的春光,繼續(xù)往洛陽行進。
有一天中午時分,他路經(jīng)一座村落旁邊,只見四周田野上一片片金黃耀眼的菜花,蜜蜂爭著在花叢中飛舞采蜜,村里炊煙繚繞,雞聲喔喔,顯得非常寧靜。突然間從村邊傳來一聲驚叫,接著擁出一群人,有的舉著鋤頭,有的拿著扁擔(dān),圍著個什么東西在打,一邊猛打還一邊高喊:“打死它!打死它!”
葛洪趕過去一看,原來是人們在圍打一只瘋狗,那瘋狗已被打倒在地閉了氣,可仍然瞪著紅通通的發(fā)直的眼睛,伸出的長長的舌頭上流著口涎。被咬的是個小伙子,他出門擔(dān)水,不提防沖來這只瘋狗咬了他。小伙子此時抱著受傷的腿坐在地上,嚇得兩眼發(fā)直,臉色煞白,冷汗一滴滴地順著鼻尖往下滴。
葛洪深深知道被瘋狗咬傷后的嚴重惡果:人被瘋狗咬了,會得一種“犬病”(即狂犬病、瘋狗病)。病人興奮若狂,受不得一點刺激,吹一點風(fēng),聽一點聲音,就會引起抽搐痙攣;看見水,甚至聽到水的響聲就要抽風(fēng),所以又叫做“恐水病”。得這種病的人最后往往全身麻痹癱瘓而死。當(dāng)時的醫(yī)生們對這種病都無能為力。葛洪早在家鄉(xiāng)的時候,就看到過患瘋狗病死去的人;來到北方游學(xué),又遇到過幾個這樣的病人。為了找出醫(yī)治這種病的辦法,他曾經(jīng)下過一番功夫。經(jīng)過多次的訪問、觀察,他發(fā)現(xiàn)凡是被瘋狗咬傷的人,一般每過7天都要發(fā)病一次;如果連續(xù)21天不發(fā)病,那么就可能脫離危險;但一直要過100天不發(fā)病,才算擺脫了這種恐怖的病癥。得過這種病的人,還切忌吃狗肉和蠶蛹,如果吃了這兩種東西,即使痊愈了的病人也會復(fù)發(fā),而一旦復(fù)發(fā)就少有活命的希望了。
葛洪曾深入民間,摸索總結(jié)了治瘋狗病的種種簡易方法。例如,可先吸去病人傷口中的毒血,然后用艾絨灸10次,第二天起再每天灸一次,連灸百日,病人就可脫離險期;又可用薤白或地黃搗成汁敷在病人傷口上,同時讓病人口服這種汁水,連敷連服下去,就可以逐漸好轉(zhuǎn);還可用礬石研成細末撒在傷口上,然后包扎起來,防止傷口惡化;另外,用干姜研成細末讓病人連服帶敷,也有一定效果。
但葛洪并不滿足于這些治療方法,因為這些方法雖有一定效果,可是把握性不很大,更不能保證以后不復(fù)發(fā)。他一直想尋求另外的治療途徑。
此時此刻,他目睹受傷小伙子的慘狀,又看到旁邊那只死瘋狗的猙獰樣子,一下觸動了靈機。他想到:瘋狗咬人,一定是將嘴里的毒傳進人體,才使人中毒得病的。《黃帝內(nèi)經(jīng)》這本醫(yī)書上有以毒攻毒之法,那么,治療瘋狗病,可不可以取瘋狗身上的毒物來試一試呢?
他立即向村上的人說明了自己的主意。人們聽說他是個醫(yī)生,又見他熱情和藹,老成持重,就都愿意了。那個被瘋狗咬傷的小伙子是位貧家子弟,家長和本人都無其他法子可想,聽葛洪說得有理,頓時產(chǎn)生了希望,苦苦懇求葛洪當(dāng)場醫(yī)治。于是,葛洪用刀砍開瘋狗的腦殼,取出白生生的腦髓,敷在小伙子的傷口上。為了觀察效果,他暫時留在這座小村莊里。過了7天,那小伙子果然沒有發(fā)??;又過了14天,小伙子仍舊安然無恙。
試驗初步成功,葛洪高興極了。從此以后,凡是碰到被瘋狗咬了的人,只要可能,他都叫人立即把瘋狗打死,依照這種辦法治療。經(jīng)多次證明,這法子都靈驗,被瘋狗咬過的人,只要是在7天內(nèi)敷了瘋狗腦髓的,一般都不會發(fā)?。慌紶栍邪l(fā)病的,也比通常的病人輕得多。
葛洪當(dāng)時創(chuàng)造的這種治療瘋狗病的方法,用今天的科學(xué)觀點來說,實際上就是免疫法?,F(xiàn)代醫(yī)學(xué)知識認為:細菌或病毒侵入人體,人體本身就有排斥、消滅它們的能力,所以不一定就發(fā)病;只有在身體抵抗力差的時候,細菌和病毒才能使人發(fā)病。免疫的方法,就是先讓人體進行抗毒訓(xùn)練來提高抗病能力,然后使人免于得病。在歐洲,免疫法最初是從19世紀法國的巴斯德開始的,他用人工的方法使兔子得瘋狗病,然后又把病兔的腦髓取出來制成針劑,用來預(yù)防和治療瘋狗病。至于免疫法的普遍使用,則是近代醫(yī)學(xué)的成果。葛洪卻在比巴斯德早1500年的時候就運用了類似的原理,有了免疫思想的萌芽。因此,他實在是世界上免疫法的先驅(qū)。
尋找魔彈
在19世紀,細菌學(xué)和免疫學(xué)進步很快。醫(yī)學(xué)家在實驗中已經(jīng)發(fā)現(xiàn),當(dāng)細菌侵襲人體時,人體內(nèi)部能產(chǎn)生一些物質(zhì),抵消細菌和細菌產(chǎn)生的毒素的作用。這些物質(zhì)具有一定的針對性,既能準確地與所攻擊對象發(fā)生作用,又不會給周圍組織造成很大危險。然而,這些物質(zhì)的作用是有限的,還有大量的疾病,人體產(chǎn)生的那種抵抗物質(zhì)對它們卻無能為力。
那么,能不能制造出這樣一種物質(zhì)呢?讓它們進入人體后,只發(fā)揮消滅“細菌”敵人的作用,而不破壞人體組織的健康。如果能的話,那該多么好?。∷拖袷巧裨捴械摹澳棥币话?,能夠識別敵人,消滅敵人。
“能制造出這樣一種‘魔彈’來嗎?”保羅·艾利希反復(fù)地思考著這樣一個問題。
艾利希于1854年3月14日出生在德國一個小城鎮(zhèn)里,從小就愛好化學(xué),因此,當(dāng)他進入醫(yī)科大學(xué)后,就開始研究某些化學(xué)物質(zhì)對動物組織的作用。當(dāng)時,還很少有人將化學(xué)與醫(yī)學(xué)結(jié)合起來研究。艾利希的研究得到了老師的支持,老師還鼓勵這位有頭腦的青年,在科學(xué)研究上開辟自己的道路。
當(dāng)時,德國的化學(xué)染料工業(yè)十分發(fā)達。在染料研究中,人們發(fā)現(xiàn)有些染料可以使動物組織著色;有些染料還可使某些特定的細胞而不是所有的細胞著色;還有些染料只能使某種細胞的某一部分著色。這項研究是由德國醫(yī)生科赫開始的,但還存在著進一步完善和加以發(fā)揮的余地。艾利希被這些事實深深地吸引住了。他的博士論文就是探討用染料進行動物組織染色的理論和技術(shù)問題的。此后,他還用染色技術(shù)提出了白細胞的分類方法。
思想活躍的艾利希在進行這一課題的研究時,很自然地想到,既然用適當(dāng)?shù)娜旧椒梢员鎰e出特定的細胞,那么,它也有可能辨認出特定的細菌。不久,他果然找到了一種可以使結(jié)核桿菌染色的辦法,改進了科赫所用的方法。不幸的是,在研究結(jié)核桿菌染色中,艾利希感染上了輕度結(jié)核病,所以,他不得不暫時停下自己的工作,去進行療養(yǎng)。
療養(yǎng)中的艾利希依然思考著他在試驗中遇到的一系列問題。此時,德國醫(yī)學(xué)家貝林正進行消除細菌在人體內(nèi)作用的研究,試圖找到一種“體內(nèi)消毒劑”,以便使侵入人體內(nèi)的細菌無害化。他將白喉桿菌的肉湯培養(yǎng)物滅活以后,給試驗動物注射幾次,發(fā)現(xiàn)試驗動物的血液里出現(xiàn)了能中和這些桿菌所產(chǎn)生的毒素的抗毒素。這種抗毒素能使另外的動物獲得免疫,可以用它去治療已經(jīng)出現(xiàn)白喉癥狀的患者?,F(xiàn)在我們把這種經(jīng)過上述方法,從試驗動物的血液里提取出來的抗毒素叫做抗毒素血清。
1889年,艾利希療養(yǎng)歸來后聽說了貝林的發(fā)現(xiàn)。他與貝林共同研究,于1892年研制成功白喉抗毒血清。以后,用白喉抗毒血清治療白喉的方法,很快得到推廣,使白喉的病死率大幅度降低。