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《新京报·新知周刊》

 
 
 

日志

 
 

达·芬奇:地球上最后一个通才  

2007-07-27 19:34:00|  分类: 人物 |  标签: |举报 |字号 订阅

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造汽车,造飞机,造机器人,杰出画家竟是百科全书式科学巨匠
达·芬奇:地球上最后一个通才
 
www.thebeijingnews.com · 2007-7-22 6:49:48 · 来源: 新京报
 
  

蒙娜丽莎的微笑,迷人而神秘,直到今天还有人在破解其中之谜。只是破解这个谜谈何容易,要知道制造这个谜的人,曾经自己就破解了许多自然科学之谜。他就是达·芬奇。近日,达·芬奇发明的自行车来到北京,一个科学天才与他当年的设想再次让我们仰望了一下。

 

事实上,达·芬奇在天马行空中,一直将奇思妙想写在手稿上,直到去世也没有发表。然而,“科学家达·芬奇”的称号对达·芬奇来说是当之无愧的,有人甚至评价为世界十大科学家之首。

 

达·芬奇科学成就:

 

●天文学

达·芬奇对传统的“地球中心说”持否定的观点。他认为地球不是太阳系的中心,更不是宇宙的中心,而只是一颗绕太阳运转的行星,太阳本身是不运动的。达·芬奇还认为月亮自身并不发光,它只是反射太阳的光辉。他的这些观点的提出早于哥白尼“太阳中心说”。甚至在当时,达·芬奇就幻想利用太阳能了。

 

●物理学

达·芬奇重新发现了液体压力的概念,提出了连通器原理。他指出:在连通器内,同一液体的液面高度是相同的,不同液体的液面高度不同,液体的高度与密度成反比。他发现了惯性原理,后来为伽利略的实验所证明。他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升,在引力和冲力的混合作用下作曲线位移,最后冲力耗尽,在引力的作用下作垂直下落运动。他的这一发现使亚里士多德的落体学说产生了动摇。他发展了杠杆原理,除推导出作用力与臂长关系外,还算出了速度与臂长的关系。他指出了“永动机”作为能源的不可能性。

 

●建筑

在建筑方面,达·芬奇表现出卓越的才华。他设计过桥梁、教堂、圆屋顶建筑和城市下水道。在城市街道设计中,他将车马道和人行道分开;设计城市建筑时,具体规定了房屋的高度和街道的宽度。米兰的护城河就是他设计和建造的。

 

●水利工程

达·芬奇对水利学的研究比意大利的学者克斯铁列早一个世纪。为了排除泥沙,他作了疏通亚诺河的施工计划。他设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程。由他经手建造的一些水库、水闸、拦水坝便利了农田灌溉,推动了农业生产的发展。有些水利设施至今仍在发挥作用。

 

●军事和机械

发明了飞行机械、直升机、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、潜水艇、双层船、壳战舰、起重机等等。

 

●地质学

达·芬奇根据高山上有海中动物化石的事实推断出地壳有过变动,指出地球上洪水的痕迹是海陆变迁的证明,这个思想与300年后赫顿在地质学方面的发现颇为近似。并且在麦哲伦环球航行之前,他就计算出地球的直径为7000余英里。

 

达·芬奇设计世界上第一款直升机。

达·芬奇设计的第一辆汽车草图与模型图。

达·芬奇亲自解剖了几十具尸体,对人体骨骼、肌肉、关节以及内脏器官进行了精确了解和绘制。他甚至还设计了心脏复原手术。

 

 

对机械世界痴迷不已

水下呼吸装置、发条传动装置,滚珠装置、反向螺旋、纺织物扩张器……

水下呼吸装置、拉动装置,发条传动装置、滚珠装置、反向螺旋、差动螺旋、纺织物扩张器……达·芬奇将他无数的奇思妙想呈现在世人面前。故事的开头不得不说起达·芬奇初到佛罗伦萨学画的经历。事实上,这段经历开启了艺术家达·芬奇的大门,也开启了科学家达·芬奇的大门。

 

1460年,达·芬奇随父亲来到佛罗伦萨,开始了他的学徒生涯,同时开始学画。学画的达·芬奇参与安装佛罗伦萨圣母玛丽亚大教堂穹顶灯塔上巨型铜球,由此接触并感受到了各式各样机械系统的神奇。

 

佛罗伦萨圣母玛丽亚大教堂是文艺复兴建筑的开端。达·芬奇在安装穹顶灯塔上巨型铜球时,亲眼目睹了三速提升机等机械装置的效率,深感其中的神奇。由此,布鲁内莱斯基的机械系统设计理念对达·芬奇产生了很大影响。当时一批“锡耶纳工程师”对达·芬奇的科学世界也产生了重要影响。

 

而锡耶纳的工程师们设计的一种外形像船的河道淤泥挖掘机,用来清除浅水狂口的沙砾和淤泥,还有一种能够提高装载量又加快行驶速度的桨叶船,这些锡耶纳工程师的发明,让达·芬奇对机械的魔力产生了巨大的兴趣。

 

从此,达·芬奇对机械世界痴迷不已。

 

他是直升机之祖

 

这位文艺复兴时期的天才早在莱特兄弟之前就有可能开创人类飞行的历史。

 

“如果他当初发表了他的著作的话,科学一定会一下就跳到一百年以后的局面。猜测这种情况对人类的学术与社会的进步,当然是毫无用处的,但是我们可以万无一失地说,如果真有这种情况发生的话,人类的学术和社会的演变一定都会大不相同,”科学史家丹皮尔津津乐道的这位科学巨人正是达·芬奇。

 

事实上,达·芬奇时代的人们也与前人一样,有着飞行的梦想。在佛罗伦萨呆了一段时间后,达·芬奇又来到米兰。1483至1486年期间,达·芬奇绘制了一幅飞行器草图。

 

在达·芬奇的设想中,这是一种依靠飞行员自身提供动力来驱动的飞行器。这位天才称自己的设计为“扑翼飞机”,达·芬奇让自己的飞机同时具备了推动力和提升力。

 

让我们姑且根据达·芬奇画的草图来还原出这架飞机。飞机的外形由木头、帆布等当时的材料制成,在飞行器两侧是一双膜状的翅膀,结构和形状酷似蝙蝠或翼龙,这双翅膀展翼可以达到11米。飞行员背负着这个巨大的飞行器,通过不停地踩动一个动力滑轮来驱动,而这个推动力又通过手摇曲轴得到放大,同时向提升装置提供动力。

 

设计出这款飞机时,达·芬奇心中一直有个理念:只要力量足够就可以飞行。看来,这位文艺复兴时期的天才早在莱特兄弟之前就有可能开创人类飞行的历史。事实上,这个最早的飞行器的机械设计十分完美,但是,由于人自身所提供的动力和飞行器本身的自重相比不成比例,是无法实际应用的。事实上,达·芬奇称自己的发明也是提供一个直升动力,而不是真正能工作的飞机。直到今天,人们还将达·芬奇的设计视为直升机的先祖。

 

他设计出初级机器人

 

更为奇妙的是,达·芬奇还设计了一套方法以做心脏修复手术。

 

达·芬奇曾自称自己没有受过书本教育,大自然才是他真正的老师。而认识自然,认识自己。这位文艺复兴时期的天才不遗余力地履行着。为了认识人类自身,达·芬奇亲自解剖了几十具尸体,对人体骨骼、肌肉、关节以及内脏器官进行了精确了解和绘制。

 

在多次解剖后,达·芬奇发现了血液对人体所起到的新陈代谢作用,血液把营养带到身体的各个部分,又把废物从各部分带走。在具体的解剖观察中,达·芬奇发现了心脏由4个腔组成并画出了心脏瓣膜图。

 

更为奇妙的是,达·芬奇还设计了一套方法以做心脏修复手术。事实上,当年达·芬奇连人体循环系统工作机理的一点概念都没有。更为神奇的是, 2005年,一名英国外科医生还利用达·芬奇设计的方法做心脏修复手术。不过,解剖学的研究在当时并没有给达·芬奇带来声誉,而是遭到了无数的诽谤。

 

不过,就是对人体的这种深入了解,达·芬奇在手稿中甚至绘制了西方文明世界的第一款人形机器人。

 

达·芬奇赋予了这个机器人以木头、皮革和金属的外壳。而如何让机器人动起来,才是让达·芬奇大伤脑筋的。在达·芬奇的构想中,他想到了用下部的齿轮作为驱动装置。由此通过两个机械杆的齿轮再与胸部的一个圆盘齿轮咬合,机器人的胳膊就可以挥舞,坐或者站立。更绝的是,再通过一个传动杆与头部相连,头部就可以转动甚至可以开合下颌。而一旦配备了自动鼓装置后,这个机器人甚至还可以发出声音。

 

原来,500多年前,就已经有了机器人的雏形。

 

他本可让文明提前一百年

 

点燃现代汽车发明灵感之火的正是这辆“达·芬奇汽车”。

 

最酷的事实是达·芬奇长达7000多页的手稿(现存约5000多页)至今仍在影响科学研究,他就是一位现代世界的预言家,而他的手稿页被称为一部15世纪科学技术的真正百科全书。

 

很早,达·芬奇就对当时的四轮马车不满。在他的科学世界中,早就有了汽车的影子。事实上,点燃现代汽车发明灵感之火的正是这辆“达·芬奇汽车”。

 

既然是汽车就要考虑动力问题,达·芬奇在汽车中部安装了两根弹簧以解决这个问题。人力转动车的后轮使得各个齿轮相互咬合,弹簧绷紧就产生了力,再通过杠杆作用将力传递到轮子上。

 

那么怎么控制车速呢?达·芬奇也想到了。他在车身上安装了一个圆盘装置,圆盘表面设置了很多方形的木块,和每个轮子连接的铁杆另一端与圆盘相接,这就是用于控制车速的装置。圆盘扇放置的木块数量越多,与铁杆之间的摩擦就会越大,阻力也越大,轮子的运转速度越慢,行驶的距离越长。

 

当然,达·芬奇也想到了刹车装置。位于齿轮之间有一个木块,拉动绳索将木块卡在齿轮之间,车就可以停止。不过,这辆汽车不能载人,因为仅靠弹簧的动力根本无法行驶很长的距离。

 

同时,达·芬奇还将弹簧巧妙地运用在了钟表设计上。后来大型钟表采用的原理,就是出自达·芬奇的设想。只是在这个设想中,弹簧的弹力被物体的重力所代替,物体向下的重力通过众多齿轮咬合作用被均匀传递,钟表便得以保持匀速运动。

 

此外,挖河机、潜水机、起重机、照相机、加热机、温度计……达·芬奇曾有过无数的发明设计。而这些发明足足可以让我们的世界科学文明进程提前100年。

 

编译/本报记者 李健亚

 

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