达.芬奇的科学

莱奥纳多达芬奇在五百年前发明了潜艇,滑翔机和坦克.然后等一六二零年制造出第一艘潜艇；一一年第一具载人滑翔机飞上天空：一九一零年代,第一批坦克投入使用.

确实如此.达芬奇的发明大多已经遗失,而不得不在几百年以后从头再来,这是因为达芬奇是一个文艺复兴人.在文艺复兴时期,充满奇妙创意的古希腊手稿都被带到意大利,所有人都兴奋不已,一夜之间,他们都投身于各种艺术,以及有点古怪的科学之中.要成为一位文艺复兴人,你得涉足所有学科――因此,在理想的情况下,人们并不特别精通于科学,写作或者花式游泳――他们得精通所有一切.

精通一切是个很不错的计划,就是难度太大,’但是达芬奇还是能设法搞定.实际上几乎可以说他就是一个文艺复兴人：他是至今为止最伟大的画家之一――他能够绘制地图；他会雕刻；他观察天象；他用自己发明并制造的乐器谱曲演奏：他研究岩石：他设计建筑――甚至规划城镇；他描绘植物和化石；他剖开人体而没有让他滴出一滴血等(没关系,只不过是尸体.但也很了不起,因为他在尸体的心脏和大脑注入蜡液,因此能够制作出好看的人体标本).

达芬奇还相当英俊、好动、视力极佳,而且身强力壮――据说他会单手将马蹄铁折断.他心地也十分善良,是个素食者,会写下笼中的鸟儿然后将它放生.

当然,他还是一位发明家.作为一位文艺复兴人,这意味着达芬奇十分忙碌.他做了大量的笔记,全是些令人啧啧称奇的创意和伶俐巧妙的图解,但他从来没有时间将它们整理出来发表.而且,他有点担心人们会窃取他的创意,或者利用它们来互相残杀.另外,他总是不断地在旅行,所以在他活着的时候,他的很多发明只有他自个儿知道.在他死后,他的档案也就散落在世界各个角落,大多数落在艺术家们手里,于是他更具科学性的作品就没能受到重视.至今这种情况仍在继续有关达芬奇的书籍都倾向于只介绍他的艺术才华.

传奇开始

公元一四五二年,达芬奇诞生于托斯卡纳区的文西村附近.我们不太了解他的早期生活,但我们知道他在一个激动人心而又动荡不安的年代长大.当时意大利被分为五个地区,每一个地区有一个大城市管辖：罗马、佛洛伦萨、米兰、威尼斯和那不勒斯.这些地区大都是由残忍的家族统治――达芬奇为其中两个家族工作,分别是柏格斯以及梅迪西斯.尽管他们基本上都很可怕,但却喜欢艺术.另外,每个家族之间总是频频争斗,与土耳其、法国也是彼此战斗频繁,因此他们喜欢艺术家,也喜欢制造武器的人.达芬奇两样都行,所以他们更是十分喜欢他.

在一开始,达芬奇在艺术方面要比在科学方面更为投入.一四六九年,他被带到著名艺术家维洛奇欧的工作室.据说达芬奇帮助这位大师画了一幅肖像画的头部,令维洛奇欧惭愧得几乎想退休.还有一次,他画了一只怪物,挂在一个黑漆漆的房间里,并用一束光照着它,结果把他的父亲吓了个半死.

达芬奇是名同性恋者,在当时那个时代,同性恋还被视作是一种罪恶,甚至会执行火刑处死.他在一四七六年被匿名控告为同性恋者,尽管后来罪名没有成立,这也成为不久之后他离开佛洛伦萨前往米兰的原因之一.(后来被证明是同性恋者的还有米开朗基罗博那罗蒂和拉斐尔桑齐奥,他们被后世尊为文艺复兴时期的艺术三杰.)

这个时期,他已经对科学和工程产生了与艺术同等的兴趣,于是他写了一封信给米兰的统治者鲁德维克斯佛查,列举自己能做出来的所有奇迹似的发明,那些发明能够帮助他打赢所有将开始的战争――譬如固若金汤的桥梁和投掷石块的机器,他提到了他还会一点画画,所以毫无疑问他被接受了.在一四八二年,路德维克雇用他来等弹竖琴.幸运的是,他竖琴弹得同样好

成为一名竖琴家并不妨碍达芬奇从事发明,他平静的生活也没能阻止他构思众多战争武器.这些发明并没有制造出来,即便是有,也极少,更别说是被使用了――有些过于昂贵,有些过于先进,还有些则过于古怪.坦克就实在有点古怪――他的轮子朝反方向转动.可能达芬奇想给偷窃他构想的人制造一个陷阱,可能它只不过是一个错误,或者它根本就是一个玩笑.

值得一提的是：在达芬奇所有的笔记中,字母都是反过来写的(别人要借助镜子才能读出他写的东西).一些人说这是他保护自己创意的一种手段,还有人说这是因为他是个左撇子.

征服天空

在一开始,达芬奇的发明只不过是脑袋中的构想,他并没有考虑许多细节――他还没费什么心思想过这背后的科学问题.但从一四八零年开始,他以解剖尸体(特别是动物的尸体)来探索物体表面之下的道理.另一个让他痴迷的构想征服天空也就是在此时诞生的.

达芬奇的降落伞和他的很多发明一样,是个伟大的构想,而且它被真正展示过如何运作.(尽管它需要一点改善,才能正确运作――降落伞需要在顶部开一个洞,否则它会在降落的时候剧烈晃动.

达芬奇的直升机设计是他为数不多的真正有影响力的发明之一：尽管被遗忘了好几个世纪,但它的确激发了伊果西科斯基的灵感,后者在一九四零年造了第一架成功的直升机.但它并不是第一个直升机设计――早在一三二五年,就存在一些类似的小玩具了,尽管它们的设计是基于风车原理.这些小玩具并不像达芬奇设计的那样自身具备动力,这就意味着,如果达芬奇制造出一个能运作的模型――他似乎的确制造了一个――那么,它就会成为世界上第一架有动力的飞行器.但是,和降落伞一样,用它来飞行并不是什么好玩的事；基座会朝着螺旋桨相反的方向旋转.(现代直升机如果尾部没有一个辅助推进器的话,也会发生相同的情况.)

达芬奇只画了一个直升飞机草图和一个降落伞草图,但他却画了很多其他飞行器的草图――大多数都和他研究的鸟一样有着能拍打的翅膀.在达芬奇进行发明的大多数时间里,他还是比较科学的,但当他在思考飞行的时候,他总是会有那么一点天马行空,因此他的一些发明并不怎么符合现实：比如说用翅膀替代划桨的飞行器.这个飞行器需要的所有零件,重量加起来估计有三百公斤,而这都得靠一个人力转动手轮和踏动脚板来离开地面,看来速度得非常非常快才行.

遗憾的是,达芬奇的飞行器没有什么机会运作,尤其是因为它所能攫得都是些笨重的材料.达芬奇的主要问题是(这个问题同样影响着他其他很多的发明)当时没有任何轻巧的动力来源一没有发电机,没有汽油引擎,没有燃料电池.他所能拥有的只有人类的肌肉,马的力量,以及非常原始的蒸汽动力.他曾在其他一些发明中使用过河水的动力,可是河水不太适合于飞行,马匹也不太合适(它老是吃掉放在舱室里的杂志).

达芬奇还是想出了一个驱动飞行器的方法一尽管有点古怪.这个方法是飞行员转动一 个手轮――把很有力量的弓弯曲,就像一把十字弩那样.当松开弓的时候它就会带动翅膀,使它们进行短暂的拍打.然后机器就会坠落,除非飞行员能够迅速地再一次拉进那把弓(而且不断重复).

达芬奇飞行器的另一个问题是,尽管他做过很多对于鸟的研究,他还是误解了它们飞行的基本原理――他以为鸟是因为上下拍动翅膀才能够飞行,就好像一个人在做扩胸运动那样.但实际上并非如此.因此,即使他能够获得很好的动力来源,他的翅膀拍打式飞行器也无法飞上天空.

出走

达芬奇可能在米兰待了好几年,很开心地设计武器和飞行器,直到一四九九年法国入侵.于是他逃到威尼斯,但那儿的情况也好不到哪儿去――他们正准备对付土耳其的一次进攻.

这些海军计划对达芬奇来说有着与飞行器相同的吸引力,因为他迷恋水不亚于迷恋飞行.尽管这些发明没有一个付诸实施,但达芬奇不久就被威尼斯的老大――凯撒雇用为一名全职的工程师,随他到处旅行.尽管那些年代里不乏残酷的统治者,凯撒仍然是其中特别残酷的一个.达芬奇在一段时间里故意视而不见,但有一次,凯撒检测装原谅了一些试图谋害他的人,并邀请他们共进午餐,结果却将他们处以绞刑.对这种情况,达芬奇实在是忍受不下去了.他回到佛洛伦萨,并帮助佛洛伦萨军队攻击比萨,他计划用一条运河截流亚诺河以断掉比萨的水源对比萨来说很幸运的是,运河堤坝破裂,河水又回到了原来的路线.

文艺复兴还有那么一点现代化

大约在一五０三年,达芬奇完成了至今最著名的一幅油画――《蒙娜丽莎》.

四年之后,他再一次动身启程,这一次是回到米兰.他受到法国国王路易十二的邀请,当时米兰在路易十二的统治之下.但他仍痴迷于分析和发明东西,正如他所说：

尽管人类才华创造了无数发明,并制造出各种机器,但没有一种发明能比自然的创造更加美丽,更加合理或者更加直接.因为在它的作品中.没有一丝缺憾,没有一点多余.

于是他开始解剖人体,研究人类与机器之间类似的特性.心脏是一个特别讨厌的问题：一旦从人体取出,它就会萎缩成一滩糊状.于是达芬奇将蜡液注入尸体的心脏,并用模具做成石膏模型.他画了一些令人赞叹的关于心脏的图,但是始终没有弄清楚它究竟是什么东西――一个保持血液循环的水泵.

和往常一样,战争中断了达芬奇的工作,而且当一五一二年法国人被赶出米兰时,他意识到他又得搬家了.这一次是前往罗马,他在那里为新的主教梅第西工作,后来主教还给他一间工作室和一些助手.但他与他们相处得并不好――他认为他们在偷取他的创意.他们还杀死小鸟,这一点铁定会惹他不高兴.但是在那段时间,他还是发明出了一些东西：a并不是武器b可以实际使用.其中一个构思巧妙的螺纹切削机,在接下来的四百年中一直有人使用.他还建造了一个自动称重机,一支新型水钟,以及一个测量温度的仪器都很前卫.和所有的发明一样,如果当时人们并不特别需要它们,它们都无法获得成功.等到一个的确需要它们的年代,它们却早已被遗忘,于是只能从头再发明一次.但是如果事情有那么一点不一样,十六世纪就可能变得更为现代化,而且谁知道二十一世纪会变成什么样！

还好,达芬奇并不过于看重这些事情――实际上,他还有点喜欢恶作剧.当他被雇来发明杀人机器的时候,他没什么机会自娱自乐.但当环境变得和平多了的时候,他就可以做点有意思的事情：譬如邀请朋友来玩,然后用风箱给公牛的肠子充气,直到充气的肠子沾满整个房间.

还有一套能够自己站起和坐下的铠甲(这被认为是现代机器人的雏形),这肯定在当时吓倒了不少人.

在他生命的最后阶段,他在飞行方面取得了真正的突破：发明悬睦式滑翔机,它是可以真正运作的,因为它不需要动力.但此时他已经太老了,没有精力去制作这种滑翔机.他死于一五一九年,享年六十七岁.他的创意和发明原本可以改变整个世界,但在科学界.他几乎所有的作品都整整失落了二百年,目前,有三分之二仍然下落不明.

莱奥纳多达芬奇的天才造诣

在文艺复兴早期, 人们还沉迷于人类过去 创造的艺术以及尊崇的 价值观,而达芬奇率先 反对经院哲学家们把死 板的教义当成解释一切 的法典.他鼓励人们向 大自然学习,到自然界 中寻求知识和真理,并 提出知识起源于生活. 这个认识后来得到了伽 利略的发展,并由英国 哲学家弗兰西斯培根 从理论上加以总结,成为近代自然科学的最基 本方法.达芬奇的实验工作方法更为后来哥白 尼、伽利略、开普勒、牛顿等人的发明创造开辟 了道路.以下便是迭芬奇的天才造诣：

天文：这芬奇对传统的“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,他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,迭芬奇就幻想利用太阳能了.

物理：迭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 一液体的波面高度是相同的,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.迭芬奇还预示了物质的原 子原理,形象生动地描述了原子能的威力：“那 东西将从地底下爆起,等使人在无声的气息 中突然死去,城堡也遭到彻底毁坏,看起来在空 中似乎有破坏力.”

医学：迭芬奇在解剖学和生理学上也取得 了巨大的成就,被认为是近代生理解剖学的始 祖.他是设想用玻璃和陶瓷制作心脏和眼睛的 第一人.他发现了血液的功能,认为血液对人体 起着新陈代谢的作用.他说血液不断地改造全 身,把养料带到身体需要的各个部分,再把体内 废物带走.达芬奇研究过心脏.他发现心脏有 四个腔,并画出了心脏瓣膜.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.达 芬奇还提出老年人的死因之一是动脉硬化,而产 生动脉硬化的原因是缺乏运动.

建筑：达芬奇设计过桥梁、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.其中包 括水库、水闸、拦水坝,有些设施至今仍在使用.

军事：达芬奇的研究和发明还涉及到机关 、、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.

机械：达芬奇早就对当时的四轮马车不满. 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 舍,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迭-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 汽车不能栽人,因为仅靠弹簧的动力根本无法行 驶很长的距离.

其他小玩意：钟表、剪刀、温度计、水下呼吸 机、加热机等

选自《科学家和他们的巧思妙想》