书城童书万事万物由来大全集
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第54章 科技·发明(4)

那时候,绘画的基本材料,有石膏、陶器、象牙、石头和木头等物。如果想在石头和木头上作画,就要先涂上一层石膏。颜料的溶剂非常简单,有时用的是清水,有时则用植物胶汁液,还有蛋清之类的东西。有意思的是,原始人为了保护自己的得意之作,往往还要在画上涂一层蜡。

其实,真正的壁画是在公元前2500年出现的。克里特岛上留下的壁画,包括作画人运用的颜料,都对后来的画家产生巨大影响。16世纪杰出的绘画大师米开朗琪罗,在画西斯廷教堂天顶的时候,就将这种古老的画法体现在绘画之中。

从公元前5世纪起,一种新奇的画法出现了,这就是蜡画法。它不仅用于绘画,还用来装饰战船。这种画法的最大特点是,用热蜡做颜料的溶剂,较之于用蛋白做溶剂来调颜料的画法,画出的色彩会更浓重一些。

油画,尽管人们在公元6世纪已经了解它了,但这种艺术到了15世纪才逐渐成为时尚。先是在比利时的佛兰德,后来是在意大利,油画兴盛起来。其实,这种画没有任何神秘之处,所用的颜料是用亚麻籽油作为溶剂的。

用油画颜料作画的效果是非常理想的。人们在无色或有色的光滑面上,尽情使用油画颜料作画,颜料能够达到的深度和精细度,是用蛋白做溶剂的壁画画法所无法比拟的。这样一来,油画终于成为西方绘画艺术的主流并长盛不衰。

至于别的画法,比如水彩画、彩色蜡画和树胶水彩画,近年来采用很多新的颜料代替了已有的颜料。

017、风车的由来

风车的发明权应归功于东方人。在公元700年,中国人和阿富汗人就创造了风车。风车在一根高于地平线的轴上转动,叶片中间产生一种涡轮作用。

到了12世纪,在欧洲出现了风车。凡是有风车的地方,都是地势平坦、河流缓慢、无法建造水轮机的地方。欧洲最早的水平轴风车出现于1185年的英国约克郡。那辆风车上安装着迎风的叶片。仅仅过了几年,风车就普及了。

在13世纪,风车在整个欧洲可以说随处都能见到。因为在欧洲这片土地上,风车比水轮占有多种优势。因为这里冬天河上结冰,水轮在冬天根本无法利用。那个时候,在伊伯莱斯附近就建有大约120台风车。即使在敌军围城期间,人们照样可以利用风车来磨面粉。

在13~14世纪,风车与水轮催生了各种节省人力的磨坊。这样一来,使工业生产的地理位置得到改善,如在有水能的地方,各种工场很快出现,人们利用这种宝地来晒粮、洗衣、锯木、粉碎矿石、抡锤、推碾子,给武器上光。

风车也有风力工场,人们利用这种地方来染颜料、捣麦芽浆酿酒、捣纸浆造纸、给玉石抛光、给硬币轧花边等。风车的机械动力在14~15世纪的时候,使整个欧洲发生了一场工业革命,并使思想家开始实验一些更为先进的动力机械,如蒸汽机。

风车已经成为整个荷兰的象征,因为荷兰没有落差较大的河流,只能利用风力。而风车也成了西班牙拉曼查地区的象征,因为那里的风力较大,完全可以利用。在巴黎的几台风车遗迹,已成为当地人的骄傲。红磨坊酒店就是那里最著名的遗迹之一。

018、核能的由来

核能的全称叫“原子核能”,它的发现与人们对原子世界的探索密切相关。

1932年,英国物理学家查德威克通过不断试验,终于发现了中子,这是一个了不起的发现。中子是一种中性的粒子,它的质量与质子大体相当。没过多长时间,有人提出理论,认为原子核是由质子和中子组成的模型。

原子核虽然很小,但非常“结实”,很难被外力攻破。中子的发现,使人们找到了一种“攻破”原子核的武器。这是因为中子的特点是不带电,这使它非常容易与原子核接近。

到了1934年,意大利物理学家费米利用慢中子,对周期表上的各元素的原子核进行逐个轰击,希望它们能够发生蜕变,出现意想不到的效果。当轰击到第92号元素铀的原子核时,出现了比较复杂的情况,他也弄不清其中的原因,铀原子受中子轰击后是否可以变成一种新元素?他把这个有待证实的元素称为铀X。

1938年底,德国化学家哈恩通过试验发现,铀原子核受中子轰击后发生化学反应,变成了钡和氪的原子核。身为犹太人的奥地利女物理学家迈特纳,与侄子弗里施对哈恩的论文进行了细致研究,认为铀原子核受中子轰击后会分裂成两半。他们借用生物学中的一个词,把铀核的一分为二称之为“裂变”。

与铀核裂变一同出现的,是大量能量被释放出来。一个只有几电子伏能量的慢中子,轰击铀核使它产生裂变反应,由于质量受到亏损,它所释放的能量竟然有几亿电子伏之多。

多次科学实验,终于证明了一个令人吃惊的事实:所有物体的每1克质量的变化,都会释放出与2500万千瓦/小时电相当的能量!这种能力实在是太强大了!

但是,为什么人们感觉不到普通物质会释放出如此巨大的能量呢?这是因为在日常生活中所见到的物理反应、化学反应之中,前后的总质量并没有发生变化。

比如,燃烧1吨煤,就能够产生出相当多的热量,可是,从质量变化来说,煤的质量与燃烧所耗的氧气的质量加在一起,和燃烧后生成的二氧化碳总质量相比,只失去了0.000028克质量。失去的这点质量实在是太微不足道了。

费米还进一步进行推想:如果在铀核裂变的过程中同时释放出一些中子,那么,新一代中子会导致更多的原子核产生分裂。假如能这样一代比一代更快、更大规模地进行下去,这就会造成“链式反应”。这样一来,这种核裂变的链式反应能不能导致“核爆炸”的出现呢?科学家们通过仔细研究,认为这种现象是可能出现的。

核能的发现,为核的应用前景铺平了道路。这主要表现在:建造核电站用于发电,造福于人类;制造核武器用于作战,使人类安全受到严重威胁。

019、太阳能的由来

太阳传到外大气层的辐射能量非常巨大,比人类消耗的全部能量还要大出28000倍之多。而到达地球大气层的太阳热能,被反射回去的居然有35%,18%被大气层吸收,转变成风力,一次又一次地降临地球,另外的47%则穿透大气层,来到地球表面。这样一来,世界上所有国家的能量消耗,与落在他们屋顶上面的免费太阳能相比,是远远赶不上的。

太阳能虽然相当丰富,可以随便用,但实在太分散了,收集、利用它简直是太困难了,因为代价太高,所以费用不菲。

不过,人类利用太阳能的历史却很久远。人们很早就学会在冬天晒太阳,中国人居住在北半球,总是喜欢把房子建成坐北朝南的样子,其实主要是为了采集阳光,让屋子更暖和些。

在公元前214年,科学家阿基米得在叙拉古海的沿岸设置了大量金属镜,用来反射阳光,将兵临海上的罗马舰队烧得大败而归。后来,有很多的人用镜子聚光,将纸屑点燃,甚至用来点烟。

1615年,法国工程师德高斯向公众宣布,说自己发明了一种太阳能水泵,可以利用太阳能为民众造福。仅仅过了一个半世纪,瑞士物理学家德索苏就创制出一种太阳能锅,令世人瞩目。它由一套同心玻璃透镜组成,使太阳能在中央容器上聚焦,能用来烧汤。这些早期的探索,极大地影响了后世。

到了1861年,法国的莫谢教授创造出一种太阳能发动机。这种机器用一面镜子使太阳光在小锅炉上聚焦,用这种能量来驱动蒸汽机运转。1869年,他还出版了第一本讲太阳能的书。后来,在巴黎博览会上,他还颇为得意地展出了一种太阳能冰箱。

1872年,在智利拉斯萨林纳斯,一位名叫威尔逊的英国工程师创制出第一套太阳能蒸馏器。它的结构包括64个镶玻璃的框架,每天生产19000升淡水,但所需的费用与烧煤蒸馏器相比,只是它的l/4。

这种蒸馏器的原理是仿效地球的水循环制成的:太阳的热力不断蒸发海水,使之进入大气中,然后凝结成雨,降落到地面上。这种太阳能机器是最简单的,直到今天仍然在很多干旱少雨的沿海地区得到广泛应用。

20世纪70年代以来,以石油为代表的能源危机出现,人们极想利用太阳能。这样,太阳能的利用得到很多人士的大力推动。利用太阳能给水加热、供暖、发电以及太阳能电池发电,是现在太阳能利用发展的几个颇为重要的方面。

020、炼钢的由来

公元前15世纪的时候,居住在高加索中南部的亚美尼亚人就知道如何炼钢。他们的炼钢技术名叫“渗碳法”,具体方法是将熟铁反复加热锤打,使碳素在熟铁表面渗入。这种原始的炼钢办法后来得到人们的重视,一直到18世纪还在应用。

早在2000多年前的汉代,中国人就掌握了一种名叫“炒钢”的技术,并在中国影响深远。近年来,考古学家在河南巩义挖掘出一些汉朝的遗物,其中就有那时颇具规模的炒钢宝炉。

“渗碳法”这种炼钢技术流传了很长时间,虽然造出的刀剑锋利惊人,被当成是至宝。但这种千锤百炼的办法实在太耗费精力了,炼出来的钢数量也很有限,与人们需要大量钢铁的情况已经大不适应了。

1740年,英国人哈尔曼以印度的“坩埚”炼钢法为基础,通过不断实验,创制了一套现代的炼钢技术。他把铣铁、碎玻璃和木炭盛在坩埚里,放在反射炉里从上加热。经过这番研究,铣铁就能够熔化成钢落入坩埚底部,然后使之进入模型,冷却后就能作为制造工具和武器的材料了。

说到现代炼钢技术,其发明权则应属于另一个英国人贝塞麦。

1854年,英、法、土联军在近东和俄国作战,打得非常激烈,这场硬仗就是克里米亚战争。贝塞麦发明的来复线派上了用场,它使大炮射程更远,也能更准确地击中目标,可当时的大炮因为所用的钢铁原料质量不佳,炮管总是会破裂。

军方给贝塞麦下了一道指令,要求他研制出一种坚固耐用的大炮,以利于克敌制胜。而他却知道,要使炮的质量达到上乘,关键是要炼出高质量的钢。为解决这一难题,他阅读了大量与冶金技术相关的资料,考察了英格兰的炼铁厂,随即又创建了冶炼实验工厂。

有一次,贝塞麦正在实验工厂炼铁,他使鼓风箱运转起来往坩埚里吹风,偶然发现一块铁片在锅边上紧紧粘住。当他将这块铁片取下来,仔细察看时,发现这是一块炼成了的钢。此时他十分兴奋,于是下定决心要将铁片变钢的奥秘揭开。

经过多次试验,贝塞麦终于明白了。原来,由于氧气吹进坩埚,导致生铁中的碳大部分被氧化,成为货真价实的钢。想到这一点,他茅塞顿开,想出一个从锅底部吹进大量氧气的好办法。

很快,这种办法得到了实际运用,因而造成了一种新式转炉。这是一个罐形装置,可以转动和倾斜。铁水进入转炉,人们再加入清除杂质的物料,然后从炉底吹入强烈的热风,就产生了钢。

1855年7月的一天,贝塞麦发现,从埚口有许多雨点般的火花飞出,仅仅过了一刻钟,就没有火花了,火焰由红变白,再变弱,最后完全消逝。他迅速取出样品进行化验分析,证实这次炼出来的是相当优秀的纯钢。以往要用几个星期才能炼成的钢,现在只用了十几分钟就完成了。

这年8月,他在英国将这项炼钢的新技术予以公开。1877牢,英国人托马斯使用碱性耐火材料,使转炉有了一层碱性内衬。这样一来,过去容易被磷腐蚀的转炉,其性能有了极大的提高。

1952年,奥地利的林茨公司和德纳威茨公司进行合作,通过不断研究,创造了氧气顶吹转炉炼钢法。这种转炉是从上部用高速喷嘴向炉里吹氧气,而不是从底部将氧气吹入,这样就将炉子的容量扩大,也使产品质量得到很大提高。

目前在多数情况下,现代化钢厂还是使用这种耐用的转炉。

021、采矿的由来

一些证据说明,人类最早发现的矿是铜矿,而釆燧石矿是后来才有的事情。人类在能进行金属加工以前就使用了燧石器具。在塞尔维亚,人们已经发现了大约公元前4500年历史上最早的铜矿,而在西欧发现的燧石矿是在大约公元前4000年时开采的。

人们采燧石矿时,总是用鹿角制成的锹进行挖掘。而牛肩胛制成的铲主要供清除废石之用。

埃及贵族们总是向往黄金,他们将带着锁链的囚犯放出,让他们在东部沙漠和南到努比亚的地区不停地开采金矿,使金子源源不断地流向宫廷和富人的府第。在今天的伊拉克的纳杰夫沙漠和西奈半岛上,有许多绿宝石和铜矿被发现。到了公元前2000年,埃及人对这些矿产非常垂涎,就动用武力占有了这些矿产。所罗门国王所控制的矿实际上是铜矿。

早在汉朝时期,聪明的中国人就对煤矿有所关注,并进行开采。在河北省发现的一个古代煤矿,其竖井垂直有150英尺那么深。罗马人看中了西班牙的铜和银以及英国的煤和铁,下令进行开采,而西班牙的几处古铜矿和银矿,都有600英尺的深度。

矿产能带来巨大的财富,吸引着许多开掘者。它的被开采,使其他技术蓬勃发展起来。

考古学家在西班牙的里奥·廷托通过不断挖掘,发现了公元前1世纪时的罗马脚踏水轮系统装置,这个装置能从约100英尺深处调动水源。水轮的铜轴上装有八个轮,在高度不同的水箱里用脚踏轮,水就从一级水箱提到另一级水箱,最后提到地面。到了公元1500年后,西班牙人将类似的汲水系统应用于中南美洲的金矿和银矿。

开矿还加快了照明、通风以及测量技术进步的速度。最早的铁轨车是矿里使用的斗车,而铁制工具的改进品,以及为清除矿内积水而设计的抽水系统,对蒸汽机的发明功不可没。

022、火箭发射倒计时的由来

现代火箭、导弹的发射、核装置的起爆等,都是采用倒数计时而不是顺数计时的发射程序,这里有一段颇有意思的故事。

自从1912年美国的莱特兄弟发明制造了飞机后,人们再次萌发了太空旅游的念头。于是,1926年3月16日,世界上第一枚液体火箭终于在美国的马塞诸塞州试飞成功。

此后,西方顿时掀起了太空旅行热,尽管当时遨游太空还不能实现,但为了迎合这一潮流,德国的乌发电影公司决定拍摄第一部描述太空旅行的科学幻想故事片——《月球少女》。

为了加强影片的戏剧效果,该片导演弗里兹·朗格在火箭发射的镜头中设计了倒数计时的发射程序,即:3,2,1,发射!

影片上映后这一发射程序引起了火箭专家们的兴趣,经研究,专家们认为这种倒数计时发射程序是十分科学的。它反映出即将完毕、发射就要开始的紧迫感。

正因为如此,在以后的真正火箭发射时就利用了倒数计时的程序。

023、指南针的由来

指南针是中国古代的一种定向仪器,被列入中国古代四大发明之一。