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蒙娜麗莎的微笑，迷人而神秘，直到今天還有人在破解其中之謎。只是破解這個謎談何容易，要知道制造這個謎的人，曾經自己就破解了許多自然科學之謎。他就是達·芬奇。近日，達·芬奇發(fā)明的自行車來到北京，一個科學天才與他當年的設想再次讓我們仰望了一下。 事實上，達·芬奇在天馬行空中，一直將奇思妙想寫在手稿上，直到去世也沒有發(fā)表。然而，“科學家達·芬奇”的稱號對達·芬奇來說是當之無愧的，有人甚至評價為世界十大科學家之首。 達·芬奇科學成就： 天文學 達·芬奇對傳統(tǒng)的“地球中心說”持否定的觀點。他認為地球不是太陽系的中心，更不是宇宙的中心，而只是一顆繞太陽運轉的行星，太陽本身是不運動的。達·芬奇還認為月亮自身并不發(fā)光，它只是反射太陽的光輝。他的這些觀點的提出早于哥白尼“太陽中心說”。甚至在當時，達·芬奇就幻想利用太陽能了。 物理學 達·芬奇重新發(fā)現了液體壓力的概念，提出了連通器原理。他指出：在連通器內，同一液體的液面高度是相同的，不同液體的液面高度不同，液體的高度與密度成反比。他發(fā)現了慣性原理，后來為伽利略的實驗所證明。他認為一個拋射體最初是沿傾斜的直線上升，在引力和沖力的混合作用下作曲線位移，最后沖力耗盡，在引力的作用下作垂直下落運動。他的這一發(fā)現使亞里士多德的落體學說產生了動搖。他發(fā)展了杠桿原理，除推導出作用力與臂長關系外，還算出了速度與臂長的關系。他指出了“永動機”作為能源的不可能性。 建筑 在建筑方面，達·芬奇表現出卓越的才華。他設計過橋梁、教堂、圓屋頂建筑和城市下水道。在城市街道設計中，他將車馬道和人行道分開；設計城市建筑時，具體規(guī)定了房屋的高度和街道的寬度。米蘭的護城河就是他設計和建造的。 水利工程 達·芬奇對水利學的研究比意大利的學者克斯鐵列早一個世紀。為了排除泥沙，他作了疏通亞諾河的施工計劃。他設計并親自主持修建了米蘭至帕維亞的運河灌溉工程。由他經手建造的一些水庫、水閘、攔水壩便利了農田灌溉，推動了農業(yè)生產的發(fā)展。有些水利設施至今仍在發(fā)揮作用。 軍事和機械 發(fā)明了飛行機械、直升機、降落傘、機關槍、手榴彈、坦克車、潛水艇、雙層船、殼戰(zhàn)艦、起重機等等。 地質學 達·芬奇根據高山上有海中動物化石的事實推斷出地殼有過變動，指出地球上洪水的痕跡是海陸變遷的證明，這個思想與300年后赫頓在地質學方面的發(fā)現頗為近似。并且在麥哲倫環(huán)球航行之前，他就計算出地球的直徑為7000余英里。 他是直升機之祖 這位文藝復興時期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創(chuàng)人類飛行的歷史。 “如果他當初發(fā)表了他的著作的話，科學一定會一下就跳到一百年以后的局面。猜測這種情況對人類的學術與社會的進步，當然是毫無用處的，但是我們可以萬無一失地說，如果真有這種情況發(fā)生的話，人類的學術和社會的演變一定都會大不相同，”科學史家丹皮爾津津樂道的這位科學巨人正是達·芬奇。 事實上，達·芬奇時代的人們也與前人一樣，有著飛行的夢想。在佛羅倫薩呆了一段時間后，達·芬奇又來到米蘭。1483至1486年期間，達·芬奇繪制了一幅飛行器草圖。 在達·芬奇的設想中，這是一種依靠飛行員自身提供動力來驅動的飛行器。這位天才稱自己的設計為“撲翼飛機”，達·芬奇讓自己的飛機同時具備了推動力和提升力。 讓我們姑且根據達·芬奇畫的草圖來還原出這架飛機。飛機的外形由木頭、帆布等當時的材料制成，在飛行器兩側是一雙膜狀的翅膀，結構和形狀酷似蝙蝠或翼龍，這雙翅膀展翼可以達到11米。飛行員背負著這個巨大的飛行器，通過不停地踩動一個動力滑輪來驅動，而這個推動力又通過手搖曲軸得到放大，同時向提升裝置提供動力。 設計出這款飛機時，達·芬奇心中一直有個理念：只要力量足夠就可以飛行。看來，這位文藝復興時期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創(chuàng)人類飛行的歷史。事實上，這個最早的飛行器的機械設計十分完美，但是，由于人自身所提供的動力和飛行器本身的自重相比不成比例，是無法實際應用的。事實上，達·芬奇稱自己的發(fā)明也是提供一個直升動力，而不是真正能工作的飛機。直到今天，人們還將達·芬奇的設計視為直升機的先祖。 他設計出初級機器人 更為奇妙的是，達·芬奇還設計了一套方法以做心臟修復手術。 達·芬奇曾自稱自己沒有受過書本教育，大自然才是他真正的老師。而認識自然，認識自己。這位文藝復興時期的天才不遺余力地履行著。為了認識人類自身，達·芬奇親自解剖了幾十具尸體，對人體骨骼、肌肉、關節(jié)以及內臟器官進行了精確了解和繪制。 在多次解剖后，達·芬奇發(fā)現了血液對人體所起到的新陳代謝作用，血液把營養(yǎng)帶到身體的各個部分，又把廢物從各部分帶走。在具體的解剖觀察中，達·芬奇發(fā)現了心臟由4個腔組成并畫出了心臟瓣膜圖。 事實上，當年達·芬奇連人體循環(huán)系統(tǒng)工作機理的一點概念都沒有。更為神奇的是，2005年，一名英國外科醫(yī)生還利用達·芬奇設計的方法做心臟修復手術。不過，解剖學的研究在當時并沒有給達·芬奇帶來聲譽，而是遭到了無數的誹謗。 不過，就是對人體的這種深入了解，達·芬奇在手稿中甚至繪制了西方文明世界的第一款人形機器人。 達·芬奇賦予了這個機器人以木頭、皮革和金屬的外殼。而如何讓機器人動起來，才是讓達·芬奇大傷腦筋的。在達·芬奇的構想中，他想到了用下部的齒輪作為驅動裝置。由此通過兩個機械桿的齒輪再與胸部的一個圓盤齒輪咬合，機器人的胳膊就可以揮舞，坐或者站立。更絕的是，再通過一個傳動桿與頭部相連，頭部就可以轉動甚至可以開合下頜。而一旦配備了自動鼓裝置后，這個機器人甚至還可以發(fā)出聲音。 原來，500多年前，就已經有了機器人的雛形。 他本可讓文明提前一百年 點燃現代汽車發(fā)明靈感之火的正是這輛“達·芬奇汽車”。 最酷的事實是達·芬奇長達7000多頁的手稿(現存約5000多頁)至今仍在影響科學研究，他就是一位現代世界的預言家，而他的手稿頁被稱為一部15世紀科學技術的真正百科全書。 很早，達·芬奇就對當時的四輪馬車不滿。在他的科學世界中，早就有了汽車的影子。事實上，點燃現代汽車發(fā)明靈感之火的正是這輛“達·芬奇汽車”。 既然是汽車就要考慮動力問題，達·芬奇在汽車中部安裝了兩根彈簧以解決這個問題。人力轉動車的后輪使得各個齒輪相互咬合，彈簧繃緊就產生了力，再通過杠桿作用將力傳遞到輪子上。 那么怎么控制車速呢？達·芬奇也想到了。他在車身上安裝了一個圓盤裝置，圓盤表面設置了很多方形的木塊，和每個輪子連接的鐵桿另一端與圓盤相接，這就是用于控制車速的裝置。圓盤扇放置的木塊數量越多，與鐵桿之間的摩擦就會越大，阻力也越大，輪子的運轉速度越慢，行駛的距離越長。 當然，達·芬奇也想到了剎車裝置。位于齒輪之間有一個木塊，拉動繩索將木塊卡在齒輪之間，車就可以停止。不過，這輛汽車不能載人，因為僅靠彈簧的動力根本無法行駛很長的距離。 同時，達·芬奇還將彈簧巧妙地運用在了鐘表設計上。后來大型鐘表采用的原理，就是出自達·芬奇的設想。只是在這個設想中，彈簧的彈力被物體的重力所代替，物體向下的重力通過眾多齒輪咬合作用被均勻傳遞，鐘表便得以保持勻速運動。 此外，挖河機、潛水機、起重機、照相機、加熱機、溫度計……達·芬奇曾有過無數的發(fā)明設計。而這些發(fā)明足足可以讓我們的世界科學文明進程提前100年。 對機械世界癡迷不已 水下呼吸裝置、發(fā)條傳動裝置，滾珠裝置、反向螺旋、紡織物擴張器…… 水下呼吸裝置、拉動裝置,發(fā)條傳動裝置、滾珠裝置、反向螺旋、差動螺旋、紡織物擴張器……達·芬奇將他無數的奇思妙想呈現在世人面前。故事的開頭不得不說起達·芬奇初到佛羅倫薩學畫的經歷。事實上，這段經歷開啟了藝術家達·芬奇的大門，也開啟了科學家達·芬奇的大門。 1460年，達·芬奇隨父親來到佛羅倫薩，開始了他的學徒生涯，同時開始學畫。學畫的達·芬奇參與安裝佛羅倫薩圣母瑪麗亞大教堂穹頂燈塔上巨型銅球，由此接觸并感受到了各式各樣機械系統(tǒng)的神奇。 佛羅倫薩圣母瑪麗亞大教堂是文藝復興建筑的開端。達·芬奇在安裝穹頂燈塔上巨型銅球時，親眼目睹了三速提升機等機械裝置的效率，深感其中的神奇。由此，布魯內萊斯基的機械系統(tǒng)設計理念對達·芬奇產生了很大影響。當時一批“錫耶納工程師”對達·芬奇的科學世界也產生了重要影響。 而錫耶納的工程師們設計的一種外形像船的河道淤泥挖掘機，用來清除淺水狂口的沙礫和淤泥，還有一種能夠提高裝載量又加快行駛速度的槳葉船，這些錫耶納工程師的發(fā)明，讓達·芬奇對機械的魔力產生了巨大的興趣。 從此，達·芬奇對機械世界癡迷不已。 |
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