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第65章 探索发明——世界科技之最(1)

最早的显微镜

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器,主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。它是人类进入原子时代的标志。

在科学史上具有深远意义的显微镜是一位少年在偶然的机会中发现的。1590年,荷兰有一位名叫杨森的少年,父亲是一位眼镜师,因而镜片就成了他平时经常摆弄的玩物。一天,他无意中发现将两片大小不同的镜片重叠在一起,当移动到适当的距离时,眼前很小的东西会一下子配放大了好多倍。他把这个奇异的发现告诉了父亲,两人随即动起手来,做成了两个不同口径的铁片筒,把它安装在大铁桶里面,使其自由滑动,用以调整两个头镜的距离。然后就在外面套一个大铁桶。就这样,世界上最早的显微镜诞生了。

最古老的数学文献

数学的萌芽可以追溯到几万年以前,零星的有关数学的考古发现也至少有5000年的历史了。但是现存专门纪录数学的比较系统的文献,是前1700年左右的埃及的草片文书,它最为古老。

古埃及人用墨水在一种治沙草“纸”上纪录各种文献,这种“纸”有的是草叶,有的是把草的髓部压紧后再切成薄片。1858年,苏格兰古董商兰德在尼罗河边的小镇上买下了一批草片文书,全部是数学文献,人称兰德草片,现藏在英国博物馆。1893年俄国的戈里尼晓夫也买了一批草片,后被称为莫斯科草片。兰德草片偏重、许多草片联在一起,称为草卷,最大的一卷高0.3米,长达5.5米。

最早的保险刀

剃须刀用的保险刀现在已被人们广泛的应用。它是在公元19世纪末发明的。

在1895年的一个早晨,名叫吉勒特尔的人在剃胡须时产生灵感,用一种刀片装上刀架,这样就能安全使用。于是他急急忙忙地从家里跑出去,购买了碎钢片、钟表发条使用的钢带、手钳和几把锉刀,随后利用这些东西制成了最早的保险刀,又向有关部门申请专利,终于在1904年获准。

仅仅依靠设想和原始的模型并不能保证发明在商场上获得成功。为了制造锋利的刀刃,他花了6年时间。起初,他得不到专家和政府的支持,陷于困难之中,幸而有另一位发明家尼克森的支持与帮助,使吉勒特尔的发明有了进一步的发展。他决定了刀片的大小、形状和厚度,发明了薄钢板的猝火法、退火法,决定了刀片的外盖和完全支架的尺寸,并设计出刀片开刃机。

最早的塑料制品

赛璐珞,又叫硝酸纤维塑料,是世界上最早出现的塑料。那么,这种最早的塑料是怎样发明的呢?

从前,台球是用象牙做的,可是象牙只能从大象身上才能得到。1860年,美国一个工厂主悬赏10000美元的奖金来征求制造台球用的象牙代用品。许多工人都跃跃欲试,其中美国人约翰·卫斯里·海厄特日以继夜地研究制造台球的代用材料。有一次,海厄特把焦木素和少量的樟脑及乙醇混合在一起,却惊奇地发现这种混合物外贸酷似象牙,并受热会软,冷了又变硬的特征。在1869年制造出了廉价的台球,赢得了这笔奖金。

最早的高压锅

高压锅又叫压力锅,用它可以将被蒸煮的食物加热到100℃以上,于1679年由法国物理学家帕平发明。它以独特的高温高压功能,大大缩短了做饭的时间,节约了能源。但是工作压力大的压力锅对营养的破坏也比较大。

帕平(1647—1712),既是一位物理学家,又是一位机械工程师,做过惠更斯的助手。在研究中他发现,水的沸点受气压影响,气压越高,沸点越高。于是他设计制作了一个密封的容器,把水相当紧密地封闭起来,水受热蒸发产生的水蒸气不能扩散到空气中,只能保留在容器内,就使容器内部的气压高于1个大气压,也使水要在高于100℃时才沸腾,这样容器内部就形成高温高压的环境,食物也就熟的快了。这就是帕平的第一只高压锅。

最早的拉链

1893年在芝加哥举行的十届博览会上,被称为“钩环索扣”的新奇展品吸引了不少参观者。这种能代替纽扣的“钩环索扣”是由许多钩子和环构成的。

移动和沟环连在一起的滑块,就能使钩环啮合或脱开。这便是世界上最早的拉链。

世界上第一根拉链,是美国人加德森受到了衣领上风纪扣的启发而发明的。1893年他获得了这项奖发明的专利权。由于当时的拉链是手工制作,价格昂贵,加之扣入的钩子很容易从环中脱出,所以拉链问世后遭到了冷遇,但加德森没有气馁。在此后的十年中,他锲而不舍地对拉链作了多次改进。终于到了20世纪20年代后期,拉链风靡欧美各国。

最早的风车

利用风的机械做功,需要风力发电机。最早的风车就是一种简单的风力发电机,它是由一位名叫阿布·罗拉的古波斯奴隶发明的。

公元前650年,罗拉曾对人发誓说:他想出了一种借风作为动力来代替畜力的方法。他的誓言引起了奴隶主的兴趣。奴隶主决定让罗拉试一试。于是这位聪明的奴隶终于造出了世界上第一台风车。

罗拉的风车是一个用砖砌成的高塔般的建筑物,它的壁上有两个很大的通风口。里面有一根大转轴,轴上装着用芦苇编织的风叶。风从一个通风口进来,推动叶片旋转,再从另一个通风口出去。这种风车适合于常年风雪比较固定的地方。

后来,风车在波斯被广泛地应用起来,公元950年,有两位伊斯兰教地理学家到波斯旅行,对这种利用风力的创举赞叹不已,并将这些见闻记入了史册。

最早的眼镜

眼镜发明于何时,世界上各国的传说与记载不一。最原始的眼镜是利用透镜来放大,以便清晰地看到实物。1267年,英国学者与科学家罗杰·培根制成了实物,用以阅读《圣经》,但没有普及使用。意大利北部威尼斯图书馆及比萨修道院发现了这种实物。最古老的眼镜式样是针销或铆合。镜片镶在简单的木框中。每个木框有一个短柄,在两个短柄端铆合。

到了16世纪,眼镜制造技术又得以改进,出现了用根鼻梁宽窄相当的镜桥连接在一起的眼镜。后来又出现了夹鼻眼镜,再后来出现了用镜角挂到耳朵上的眼镜。最早的这样一副眼镜是埃尔格雷克在16世纪末制成的。

最大的照相机

在照相机诞生的最初几十年,要放大一张照片是很困难的,而且放出的照片影像非常模糊。那时,要获得一幅形象清晰的大尺寸照片,就要使用相应的照相机。

在相继出现的形形色色的大型照相机当中,最大的一个要算1900年,美国芝加哥奥尔顿铁路公司设计制造的“猛犸”照相机。这架巨大的照相机,是专门为拍摄该公司生产的豪华列车而制造的。当它装上225千克重的玻璃感光板以后,总重量达635千克,需要15个人操作。

最早的空调

1902年,被称为“制冷之父”的威利斯·哈维兰德·卡里尔设计并安装了第一部空调系统。

威利斯·哈维兰·卡里尔,美国人,1876年11月生于纽约州,24岁在美国康奈尔大学毕业后,供职于制造供暖系统的布法罗锻冶公司。1901年夏季,纽约市布鲁克林区的萨克特·威廉斯印刷出版公司由于空气湿热,油墨老是不干,纸张因温热伸缩不定,印出来的东西模模糊糊。为此,找到了布法罗锻冶公司,寻求一种能够调节空气温度、湿度的设备。布法罗锻冶公司将此任务交给了富有研究精神的年轻工程师卡里尔。1902年7月17日,卡里尔给萨克特·威廉斯印刷出版公司安装了一台自己设计的设备,取得了较好的效果,世界上第一台空气调节系统(简称空调)由此产生。值得一提的是,空调发明后的最初20年间,享受空调的对象一直是机器,而不是人,主要是用于印刷厂、纺织厂。

最早的洗衣机

1858年,一个名叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制造成了世界上第一台洗衣机。该洗衣机的主件是一只圆桶,桶内装有一根带有桨状叶片的直轴。直轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。同年,史密斯取得了这台洗衣机的专利权。但这台洗衣机使用起来很费力,且损伤衣服,因而没有被广泛使用,但这却标志着用机器洗衣服的开端。

次年,在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机,当捣衣杵上下运动时,装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。

19世纪末期的洗衣机已经发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸,洗衣时缸内放入热肥皂水,衣服洗净后,由轧液装置把衣服里的水挤干。

最早的微波炉

微波炉最早的名称是“爆米花和热团加热器”,它的发明纯属偶然,源自一个武器研发项目。其发明者是美国自学成才的工程师珀西·勒巴朗·斯宾塞。第二次世界大战爆发后,他在一家公司从事雷达技术开发。一天,他在实验室做实验时,一块巧克力棒粘在了短裤上。斯宾塞注意到,当他运行磁控管时,裤子上的巧克力棒融化了。一般人可能认为,是他身上的体温降巧克力融化,斯宾塞没有按照这种逻辑思维去判断这件事,相反,思维敏捷的他给出了一个更为科学的解释:肉眼看不见的辐射光线“将其煮熟了”。斯宾塞对他的发现充满了好奇,将其作为一种新奇事物看待。他利用这种装置让鸡蛋爆裂,还去烤爆米花。

斯宾塞继续实验磁电管,最后,他用箱子将其包装起来,作为一种烹饪美食的新工具推向市场。最早上市的微波炉大约有6英尺(约合1.8米)高,重达750磅(约合340千克),价格也很昂贵,售价约5000美元一台。

最早的真空吸尘器

1901年,世界上第一台真空吸尘器在英国诞生,其发明者是休伯特·布思。

休伯特·布思是一位英国工程师。1901年,他用电动马达制造出了世界上第一台真空吸尘器。这台真空吸尘器有一个汽油发动机,而且是第一台有一个高效的过滤器的真空吸尘器,即它有一块留住污物的滤布,使干净的空气重新回到房间。但是,由于它的体积太大了,所以不能在室内使用。几年后,许多公司改进了吸尘器,使它适合在室内使用。1908年,小型电子吸尘器问世。

最早的电熨斗

电熨斗的雏形诞生在欧洲。早在17世纪,欧洲人就自己熨烫衣服了。他们用一块底面是平的铁块在火中加热,然后熨烫衣服。由于不容易把握温度,因此常常把衣服烫个口子。

1882年,美国发明家亨利·W.西利发明了第一个实用的电熨斗。电熨斗内部装有一个金属丝元件,当电流穿过时,金属丝会发热。1926年,纽约出现了第一个蒸汽熨斗,它产生的蒸汽喷流使正在熨烫的衣物变得潮湿。由于温度恒定,不会把衣服烫坏,因此使用起来比较方便。

最早的软盘

1971年,在阿兰·舒格特的领导下,IBM公司的一位工程师发明了软盘。由于其具有柔韧性,所以被称为“软盘”。舒格特继续为电脑公司改进其设计,1976年,创制了一种5英寸的软盘和驱动器。1981年,索尼公司首先引进了现代电脑中标准的3英寸的驱动器和软盘。

最早的圆珠笔

匈牙利的新闻工作者艾尔斯兹尔·比罗与其兄弟乔治合作,于1938年制造出了世界上第一支圆珠笔。

比罗看到报纸上的墨水干燥得很快,而且墨迹不模糊,从中获取了灵感。这种比较浓稠的墨水无法通过普通的钢笔尖流出,因此他设计了圆珠笔从而革新了钢笔设计。首先开发这一设计的是英国皇家空军,因为其飞行员需要一种不同于自来水笔的在高纬度下不会漏墨水的笔。最终,比罗与英国皇家空军的成功合作使圆珠笔成为公众关注的中心。

最小的晶体管

世界上最小的晶体管诞生于美国。2002年1月4日,美国朗讯贝尔实验室用一个单一的有机分子,制造出了世界上最小的晶体管,针尖般大小的空间可以容纳1000万个这种晶体管。

据美国《科学》周刊报道,这种晶体管被称为“纳米晶体管”,因为它们的大小接近1纳米,即十亿分之一米。这种纳米晶体管是以碳为基础,以包含氢和硫的有机半导体分子为晶体管材料,以金原子层为电极。

最早的电容器

莱顿瓶电容器亦称储电器,是储藏电荷的容器,是无线电电子技术中常用的重要组件。

世界上最早的电容器是18世纪40年代在荷兰莱顿制造的,电容器的外壁都贴上一层锡箔,成为电容器的两个极板,内层常用金属链条与伸到瓶口外的金属杆相连,金属杆顶上再装上一个金属球。当带电体跟金属球接触时,带电体上的电荷就会沿着金属杆和链条传到瓶的内壁,而外壁由于静电感应而带上异种电荷。这样,内壁的电荷就能储存在里面保存很长一段时间。等需要用的时候,只要与金属球接触一下,就可把储存的电荷再放出来。

最早的核电站

核电站以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量,来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机,推动汽轮发电机发电。核电站使用的核燃料含有易裂变的物质铀—235。一座100万千瓦的核电站每年只需要补充30吨左右的核燃料,而同样规模的火电厂每年要烧煤300万吨。

世界上最早的核电站诞生在苏联,位于苏联奥布宁斯克的物理和电气工程院。1954年6月,这座核电站开始发电,功率为5000千瓦。

最早的柴油机

1769年,英国人詹姆斯·瓦特对原始蒸汽机作了一系列的重大改进,取得了蒸汽机的发明专利。至19世纪末,蒸汽机已在工业上得到了广泛应用。但是,德国工程师狄赛尔却看到了蒸汽机的笨重、低效率等缺陷,并开始研制高效率的内燃机。

经过精心的研究,他终于在1892年首次提出压缩点火方式内燃机的原始设计。翌年,狄赛尔成功地制造出了世界上第一台试验柴油机。先将机器发动,等运转稳定后放入燃料,柴油机顿时发出震耳欲聋的轰轰声并转动起来。1896年,狄赛尔又制造出第二台试验柴油机,到次年进行试验,其效率达到26%,这便是世界上第一台等压加热式柴油机。

最早的避雷针

世界上最早的避雷针是美国科学家富兰克林发明的。1752年7月的一个雷雨天,富兰克林冒着被雷击的危险,将一个系着长长金属导线的风筝放飞进雷雨云中,在金属线末端拴了一串铜钥匙。当雷电发生时,富兰克林手接近钥匙,钥匙上进出一串电火花,手上还有麻木感。

此次试验后,富兰克林认为,如果将一根金属棒安置在建筑物的顶部,并且以金属细线连接到地面,那么所有接近建筑物的闪电都会被引导至地面,而不至于损坏建筑物。

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