人类之所以能够走出原始的洞穴住进豪华的别墅;从脱下遮盖的树叶,兽皮到穿上华丽的盛服;从钻木取火,刻槽为渡,刀耕火种到使用现代化的各种科学技术……,哪一项成果不是发明创造的结晶?由此,我们可以毫不夸张地说:创造发明是神圣而又伟大的,没有创造就没有人类的一切!从这个意义上来说,人类社会的进步与发展史就是一部创造发明史。
为世界点燃一盏灯:爱迪生创造灯泡
1879年,在美国,人们奔走相告,在即将赴北极探险的“佳内特号”考察船上,装有由爱迪生发明的电灯。
在“佳内特号”考察船出发的前夕,许多人涌向码头,踏上船,希望亲眼看看电灯的模样。
“那电灯比油灯、蜡烛亮多了!”
“这艘船装上这么个外形像茄子一样的玩艺儿,像黑夜里有了一轮太阳!”
“这东西真是太神了,不可思议!”
人们七嘴八舌地谈论着自己的观后感。激动、惊喜的心情溢于言表。
虽然在今天看来,这种内部装有炭做成的灯丝的灯泡,只不过比手电筒亮一点,但是,在当时,着着实实让人吃了一惊。
在爱迪生这位伟大的发明家的一生中,发明了许多东西,然而,能够立即得到人们的热烈欢迎的,却只有电灯。因为电灯的好处是人们看得见、模得着的。它的出现,意味着人们又有了一轮太阳,人们的活动不再受到黑夜的制约了。
早在1821年,英国的科学家戴维和法拉第就发明了一种叫电弧灯的电灯。这种电灯是用炭棒作灯丝。它虽然能发出亮光,但是光线刺眼,耗电量大,寿命也不长,因此很不实用。
“电弧灯不实用,我一定要发明一种灯光柔和的电灯,让千家万户都能用得上。”爱迪生暗暗下决心。
于是,他开始试验作为灯丝的材料:用传统的炭条作灯丝,一通电灯丝就断了;用钉、铬等金属作灯丝,通电后,亮了片刻就被烧断;用白金丝作灯丝,效果也不理想。
就这样,爱迪生以极大的毅力和耐心,试验了1600多种材料。一次次的试验,一次次的失败。很多专家都认为电灯的前途黯淡。英国一些著名专家甚至讥讽爱迪生的研究是“毫无意义的”,是“在做一件蠢事”。一些记者也报道:“爱迪生的理想已成泡影。”
面对失败,面对有些人的冷讥热嘲,爱迪生没有退却。他明白,每一次的失败,意味着又向成功走近了一步。
一次,爱迪生的老朋友麦肯基来看望他。麦肯基看到爱迪生玩命地工作,忧心仲仲地说:
“先生,您可别累坏了身体!”
爱迪生望着麦肯基说话时一晃一晃的长胡须,突然眼睛一亮,说:“胡子,先生,我要用您的胡子。”
麦肯基剪下一堆胡子交给爱迪生。爱迪生满怀信心地挑选了几根粗胡子,进行炭化处理,然后装在灯泡里。可令人遗憾的是,试验结果也不理想。
“那就用我的头发试试看,没准还行。”麦肯基说。
爱迪生深深被老朋友的精神感动,但他明白,头发与胡须性质一样,于是他没有采纳老人的意见。麦肯基小坐了一会儿,就要告辞了。爱迪生起身,难备为这位慈祥的老人送行。他下意识地帮老人拉平身上穿的棉线外套。突然,他又喊道:“棉线,为什么不试试棉呢?”
麦肯基毫不犹豫地解开外套,撕下一片棉线织成的布,递给爱迪生。爱迪生把棉线放在U形密闭坩埚里,再把坩埚放进火炉,用高温处理。棉线经这样炭化处理后,再取出来。爱迪生接着用镊子夹炭化棉线,准备将它装到灯泡内。可由于炭化棉线又细又脆,加上爱迪生过于紧张,拿镊子的手在微微颤抖,因此棉线被夹断了。最后,费了九牛二虎之力,爱迪生才把一根炭化棉线装进了灯泡。
此时,夜幕降临了。爱迪生的助手把灯泡里的空气抽走,小心翼翼地封上口,并将灯泡安在灯座上。一切工作就绪,大家静静地等待着结果。接通电源,灯泡发出金黄色的光辉,把整个实验室照得通亮。爱迪生和他的助手们无比兴奋,他们互相拥抱,互相祝贺。13个月的艰苦奋斗,试用了6000多种材料,试验了7000多次,终于有了突破性的进展。
但这灯泡究竟会亮多久呢?
爱迪生和他的助手聚精会神地注视着灯泡。1小时,2小时,3小时……这盏电灯足足亮了45小时,灯丝才被烧断。这是人类第一盏有实用价值的电灯。这一天——1879年10月21日,后来被人们定为电灯发明日。
“45小时,还是太短了,必须把它的寿命延长到几百小时,甚至几千小时。”爱迪生没有陶醉于成功的喜悦之中,而是给自己提出了更高的要求。
于是,他又继续做试验。受棉丝试验成功的启发,他又试用了椰子鬃、麻绳等,结果都不尽如人意。
一天,天气闷热,爱迪生满头大汗,浑身都几乎湿透了。他顺手取来桌面上的竹扇,一边扇着,一边考虑着问题。
“也许竹丝炭化后效果更好。”爱迪生简直是见到什么东西都想试一试了。
试验结果表明,用竹丝作灯丝效果很好,灯丝耐用,灯泡可亮1200个小时。
后来,经过进一步试验,爱迪生发现用炭化后的日本竹丝做灯丝效果最好。于是,他开始大批量生产电灯。他把生产的第一批灯泡安装在“佳内特号”考察船上,以便考察人员有更多的工作时间。此后,电灯开始进入寻常百姓家。
这种用竹丝做灯丝的灯泡人们用了几十年。后来又对它进行了改进,即用钨丝做灯丝,并在灯泡内充入惰性气体氮或氩。这样,灯泡的寿命又延长了许多。我们现在使用的就是这种灯泡。
架起沟通的桥梁:贝尔发明了电话
亚历山大·格雷厄姆·贝尔(AlexanderGrahamBell,1847-1922)美国(英国裔)发明家和企业家。他发明了世界上第一台可用的电话机,创建了贝尔电话公司。被世界誉为“电话之父”。
电报的发明,把人们想要传递的信息以每秒30万公里的速度传向远方。这是人类信息史上划时代的创举。但久而久之,人们又有点不满足了。因为发一份电报,需要先拟好电报稿,然后再译成电码,交报务员发送出去;对方报务员收到报文后,得先把电码译成文字,然后投送给收报人。这不仅手续繁多,而且不能及时地进行双向信息交流;要得到对方的回电,还需要等较长的时间。
人们对电报的不满,促使科学家们开始新的探索。
最早提出远距离传送话筒接力传送信息的建议。虽然这种方法不太切合实际,但休斯为这种通话方式所取的名字——“电话”,却一直沿用至今。
19世纪30年代之后,人们开始探索用电磁现象来传送音乐和话音的方法,其中最有成就的要算是贝尔和格雷了。
亚历山大·格雷厄姆·贝尔,1847年生于英国苏格兰,他的祖父亲毕生都从事聋哑人的教育事业,由于家庭的影响,他从小就对声学和语言学有浓厚的兴趣。开始,他的兴趣是在研究电报上。有一次,当他在做电报实验时,偶然发现了一块铁片在磁铁前振动会发出微弱声音的现象,而且他还发现这种声音能通过导线传向远方。这给贝尔以很大的启发。他想,如果对着铁片讲话,不也可以引起铁片的振动吗?。这就是贝尔关于电话的最初构想。
贝尔发明电话的努力得到了当时美国著名的物理学家约瑟夫·亨利的鼓励。亨利对他说:“你有一个伟大发明的设想,干吧!”当贝尔说到自己缺乏电学知识时,亨利说:“学吧”。在亨利的鼓舞下,贝尔开始了实验,一次不小心把瓶内的硫酸溅到了自己的腿上,他疼痛得喊叫起来:“沃森先生,快来帮我啊!”想不到,这一句极普通的话,竟成了人类通过电话传送的第一句话音。正在另一个房间工作的贝尔先生的助手沃森,是第一个从电话里听到电话声音的人。贝尔在得知自己试验的电话已经能够传送声音时,热泪盈眶。当天晚上,他写给母亲的信中预言:“朋友们各自留在家里,不用出门也能互相交谈的日子就要到来了!”
说到电话的发明,还有一段鲜为人知的故事。
由于贝尔1876年3月10日所使用的这部电话机的送话器,在原理上与另一位电话发明家格雷的发明雷同,因而格雷便向法院提出起诉。一场争夺电话发明权的诉讼案便由此展开,并一直持续了十多年。最后,法院根据贝尔的磁石电话与格雷的液体电话有所不同,而且比格雷早几个小时提交了专利申请等这些因素,作出了现在大家已经知道结果的判决,电话发明权案至此画上句号。
尽管如此,电话仍然是一个时代的产物,它凝聚着包括贝尔在内的许多电话发明家的智慧和汗水。
标新立异的发明家:无线电的创始人尼古拉·特斯拉
尼古拉·特斯拉(NikolaTesla,1856年-1943年,1856年7月10日出生)是世界知名的发明家、物理学家、机械工程师和电机工程师。塞尔维亚血统的他出生在克罗地亚(后并入奥地利帝国)。特斯拉被认为是历史上一位重要的发明家。他在19世纪末和20世纪初对电和磁性的贡献也是知名的。他的专利和理论工作形式依据现代交变电流电力(AC)的系统,包括多相电力分配系统和AC马达,帮助了他带起第二次工业革命。
在美国,特斯拉在历史上或通俗文化上的名声可以媲美任何其他的发明家或科学家。1893年他展示了无线通讯并成为了电流之战的赢家之后,就成为了美国最伟大的电子工程师之一而备受尊敬。许多他早期的成果变成现代电子工程的先驱,而且他的许多发现为开创性的重要。在西元1943年,美国最高法院承认他为无线电的发明者。特斯拉从不在意他的财务状况,于穷困且被遗忘的情况下,享年86岁。
1881年,他移居去了匈牙利的布达佩斯,去为那里一家电报公司(美国通讯公司)工作。那里,他遇见了Neboj·aPetrovi?,一个从奥地利来的年轻发明家。尽管他们的收入微薄,他们仍然一起做了一个项目,使用双涡轮机来产生持续的电流。当电话业务在布达佩斯展开时,特斯拉成为了公司主要的电气专家。并在不久以后为这个国家设计了第一个电话系统。
1889年,特斯拉决定迁往有让他有做高频高压实验地方的科罗拉多州的科罗拉多斯普林斯,并开始在那儿搞研究。到达后不久他向法国记者说,他正在做用无线传电将讯号从派克斯峰(他附近的一座山)送到巴黎的实验。特斯拉的日记有着他跟电离层及地下经纵波或横波传播的地电流相关的实验说明。在实验室中,特斯拉证明了泥土是导电体及制造出人工闪电(放出的电有数百万伏,最长的有135英尺长)。特斯拉亦有研究大气层电力,观察他用接收器收到的闪电讯号。由复制品可见,特斯拉的接收器及金属检波器电路有着令人意想不到的复杂性(例如:分散式高Q螺旋共振管、无线电波反馈、原外差效应及再生技巧)。特斯拉声称他这时观测到驻波。在科罗拉多实验室里,他“记录”到他相信是外太空电波讯号的讯号,不过他的宣称和数据都被科学社群给否决了。他提到从他接收器的数据中有着重覆的讯号,跟他已经提及过的雷电及土壤干扰上得到的讯号本质上很不同。他以后更明确地重提那些讯号是一组组地出现,一个、两个、三个及四个地合出一起的组。特斯拉的后半生都在尝试向火星发讯。1996年科拉姆和科拉姆发表了一篇木星上的等离子环形圆纹曲面讯号分析,当中指出了科罗拉多的火星沉落,和特斯拉仍在的1889年夏季的木星讯号中止一致。
特斯拉开始推理关于用电和磁翘曲(或仅是改变)空间和时间的可能性,并且想使其能被人们所控制。在他临终之时,特斯拉深深着迷于波粒二象性,也就是电磁波既是波,也是粒子的理论,一个早已被量子物理所纳入的主张。特斯拉对此领域的研究使其有了一个想法,那便是操弄一定模式的电磁波去创造出“光之墙”。此神秘之墙能使时间、空间、重力和物质被意志所改变,并产生出一系列似乎只在科幻小说中出现的事物,包括反重力太空船、空间传送和时间旅行。他最奇异的发明可能就属“意识摄像”机器。特斯拉设想,当一个意识在脑中形成,就会有一个相对应的图案在视网膜上出现,并且这段经由神经元传导的电子档案能被一个机器读出且记录下来。这段资讯能之后再被一个人工视神经处理,然后回放到银幕上。
在使用电的现代世界上到处都可以看见特斯拉的遗产。撇开他在电磁学和工程上的成就,特斯拉也被认为对机器人、弹道学、资讯科学、核子物理学和理论物理学上等各种领域有贡献。特斯拉晚年被视为一个疯狂科学家并由于宣称可以创造怪异的科学发明而被注意。许多他的成就已伴随着一些争议被应用,去支持着许多的伪科学,如幽浮理论和新世纪神秘理论。特斯拉当代的钦佩者视他为“创造出二十世纪的人”。
让人类看的更远:伽利略研制望远镜
伽利略(GalileoGalilei,1564-1642),意大利物理学家、天文学家和哲学家,近代实验科学的先驱者。
1604年的冬天,在南方的天空突然出现一颗异常明亮的星星,这颗宇宙的不速之客吸引着许多人的注意,而后又在第二年的秋天神秘地消失。人们不禁提出一连串的疑问,这是一颗什么样的星?它从哪里来,又到哪里去?夜空中的点点繁星究竟是按照怎样的规律运动的?但是,所有这些问题,谁也说不清楚。
伽利略每天晚上都在观察着那颗神秘的星辰,只要天气晴朗,他是决不放过这千载难逢的机会的。他的脑海也不断浮想出许许多多问题,他越来越感到,人类对宇宙的秘密了解得太少了。
但是,光凭肉眼观察毕竟是有限的,当时还没有发明望远镜。伽利略一直在想,能不能想办法使人的视力更加锐敏,更加扩展,像神话中的千里眼那样可以看清遥远的星星呢?
转眼到了1609年6月,伽利略听到一个消息,说是荷兰有个眼镜商人利帕希在一偶尔的发现中,用一种镜片看见了远处肉眼看不见的东西。“这难道不正是我需要的千里眼吗?”伽利略非常高兴。不久,伽利略的一个学生从巴黎来信,进一步证实这个消息的准确性,信中说尽管不知道利帕希是怎样做的,但是这个眼镜商人肯定是制造了一个镜管,用它可以使物体放大许多倍。
“镜管!”伽利略把来信翻来覆去看了好几遍,急忙跑进他的实验室。他找来纸和鹅管笔,开始画出一张又一张透镜成像的示意图。伽利略由镜管这个提示受到启发,看来镜管能够放大物体的秘密在于选择怎样的透镜,特别是凸透镜和凹透镜如何搭配。他找来有关透镜的资料,不停地进行计算,忘记了暮色爬上窗户,也忘记了曙光是怎样射进房间。
整整一个通宵,伽利略终于明白,把凸透镜和凹透镜放在一个适当的距离,就像那个荷兰人看见的那样,遥远的肉眼看不见的物体经过放大也能看清了。