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第16章 非比寻常的科学技术之最(2)

张衡创制地动仪,是世界地震学史上的一件大事,开创了人类使用科学仪器测报地震的历史,在人类同地震作斗争的历史上写下了光辉的一页。对此,长期以来中外科学家一直给予极高的评价,认为它是利用惯性原理设计制成的,能探测地震波的主冲方向。在科学技术还很落后的2世纪初能做到这一点,是极其难能可贵的。欧洲直到公元1880年才制造出地震仪,比中国晚了1700多年。

世界上最大的水车

水车是利用水能作为动力的一种工具,多采用木质,偶尔也会用金属制成。

因为时轮状的,所以又叫水轮。

在国外,公元前1世纪也已使用水车,以代替有畜力或奴隶承当的磨面工作。罗马帝国时期,百姓食用的面粉,就是由水车磨坊供应的。到中世纪后期,水车的作用更大,不仅用于磨面、灌溉,还用于打铁、剧木和制革。

水车虽然使用了2000年,但人类并没有看重这个老朋友,而它也还忠心耿耿地继续为人类服务。特别是在叙利亚,沿奥龙特斯河流域,由许多木质的巨大水车,是这一流域的一大风景。

马恩岛的“伊丽莎白女士”水车是世界上最大的水车,1850年开始修建,1854年完工,由工程师RobertCasement设计。它位于马恩岛东海岸,用于抽出附近铅矿的地下水。为纪念马恩岛总督夫人伊丽莎白,水车以她的名字命名,1954年9月27日举行了启用仪式。

这台世界第一的水车不久就成为马恩岛的旅游景点之一。1929年矿井关闭,水车依然保留下来,当地的地产商将之买下,1965年马恩岛政府收购了这个水车,1991年归属马恩岛遗产委员会管理。2003年下半年,这个水车经过6个月的翻修和重新油漆,于2004年9月份重新开放。

世界上第一台电话机

在当今社会,电话已经成为人们生活中不可缺少的一员,世界上大约有7.5亿电话用户,其中还包括1070万因特网用户分享着这个网络。写信进入了一个令人惊讶的复苏阶段,不过,这些信件也是通过这根细细的电话线来传送的。

那么,是谁发明了世界上第一部电话呢?

欧洲对于远距离传送声音的研究,始于18世纪,在1796年,休斯提出了用话筒接力传送语音信息的办法。虽然这种方法不太切合实际,但他赐给这种通信方式一个名字——Telephone(电话),一直沿用至今。

1863年,德国教师赖斯用木头、香肠薄膜和金属片等原料做成了电话机,完全可以传送信息,尽管信号微弱、效率相对比较低,但是在电话里的声音很清晰。因此,可以断定,赖斯当年的那个简单装置就是世界上最早的电话机。

现在举世公认的“电话之父”则是苏格兰人亚历山大·贝尔。贝尔22岁时被聘为美国波士顿大学的语言教授。有一天,贝尔在实验时,却意外地发现一个有趣的现象:当电流导通和截止时,螺旋线圈会发出噪声。这个细节一般人是不会留意的,贝尔却是有心人。他重复几次,结果都一样。贝尔茅塞顿开,一个大胆的设想在脑海中出现,“在讲话时,如果我能使电流强度的变化模拟声波的变化,那来用电传送语言不就能实现了吗?”这个思想后来成了贝尔设计电话的理论基础。他决计去求教当时大物理学家约瑟夫·亨利,亨利热情地支持他,说:“贝尔,你有了一项了不起的发明理想,干吧!”

从这时开始,贝尔和他的助手沃森特就开始了设计电话的艰辛历程,两年过去了,无数次的试验都失败了。有一天,贝尔正在锁眉沉思时,隐隐传来一阵“吉他”的曲调,他侧耳凝神。听着,听着,豁然醒悟。原来,他们的送受话器灵敏度太低,所以声音微弱,难以辨别。“吉他”的共鸣启发了聪明的年轻人。贝尔马上设计了一个助音箱的草图,一时找不到材料,就把床板拆了下来,连夜赶制,接着又改装机器。1875年6月2日,最后测试的时刻到了,沃森特在紧闭了门窗的另一房间把耳朵贴在音箱上准备接听,贝尔在最后操作时不小心把硫酸溅到了自己的腿上,他疼痛地叫了起来:“沃森特先生,快来帮我啊!”没有想到,这句话通过他实验中的电话传到了在另一个房间工作的沃森特先生的耳朵里。这句极普通的话,也就成为人类第一句通过电话传送的话音而记入史册。1875年6月2日,也被人们作为发明电话的伟大日子而加以纪念,而这个地方——美国波士顿法院路109号也因此载入史册,至今它的门口仍钉着块铜牌,上面镌有:“1875年6月2日电话诞生在此。”

1876年3月7日,贝尔获得发明电话专利,专利证号码174655。1877年,也就是贝尔发明电话后的第二年,在波士顿和纽约架设的第一条电话线路开通了,两地相距300千米。也就在这一年,有人第一次用电话给《波士顿环球报》

发送了新闻消息,从此开始了公众使用电话的时代。一年之内,贝尔共安装了230部电话,建立了贝尔电话公司,这是美国电报电话公司前身。

世界上第一台电视

如今电视机已进入千家万户,成为人们生活中不可缺少的一部分。电视到底是谁研究发明的呢?现在人们也很难说清。一说是苏格兰人贝尔德,一说是美籍俄国人弗拉基米尔·兹沃利金,一说英国人约翰·洛奇·伯德,还有人说是美国爱达荷州15岁的孩子非拉·法斯威士,总之电视的发明倾注了许多人的心血。

最早对电视的研制发生兴趣的人是意大利血统的神父,叫卡塞利。他由于创造了用电报线路传输图像的方法而在法国出了名。但他对电视的发明只开了个头。他只能用电报线路传输手写的书信和图画,电报线路上的其他信息干扰了他的图像,常常会使被传输的图像变成散乱的小点和短线。

1908年,一个叫比德韦尔的英国人给《自然》科学杂志写信时谈到了他自己设计的电视装置。这封信使苏格兰血统的电气工程师坎贝尔·斯温登非常感兴趣。他开始想办法用一根线路传输所有的信息。1911年他获得了电视系列基础的专利。但坎贝尔·斯温登在世时,并没有发明出相应的电视装置。

几乎是与坎贝尔·斯温登的同时,俄罗斯彼得格勒理工学院的波里斯·罗生教授在1907年制造出了自己的电视装置。他用了一台跟若干年前在德国研制出的机械发射机相类似的机器作为发射器,接收机是阴极射线示波器,这个装置仅能勉强看到显像管屏幕上的图像,很不清晰。但他的这个实验却强烈吸引了他的一个学生,那就是现在大百科全书中记载的电视发明人弗拉基米尔·兹沃利金。他研究出关于获得电视信号最好方法的结论与其老师相同,但却避免了发生器方面的错误。在1923年他获得了利用储存原理的电视摄像管的专利。1928年兹沃利金新的电视摄像机研制成功。

与此同时,美国爱达荷州的年仅15岁的高中生非拉·法斯威士,在1921年向他的老师提出了电子电视的概念,但是,法斯威士在6年后才制成能传送电子影像的析像器。法斯威士的析像器与佐里金的光电摄像管虽然设计上有差别,但在概念上却很相近,由此引发了一场有关专利权的纠纷。美国无线电公司认为,佐里金优先于法斯威士于1923年就为其发明申请了专利,但却拿不出一件实际的证据。而法斯威士的老师拿着法斯威士的析像器的设计图纸,为非拉·法斯威士作证。经过多年不懈的努力和坎坷,法斯威士终于获得成功。

美国专利局在30年代后期认定他才是电视机的主要专利的所有者。1957年,面对4000万名电视观众,他宣布:“我15岁时发明了电视。”1971年,《纽时报》

称他为世界上最伟大、最具魅力的科学家之一。

后来,法斯威士虽然继续研究电视技术,但由于身体欠佳,使研究的范围越来越窄,未取得更大的成就。而美国无线电公司开始大量生产电视机,获得了丰厚的利润,他们把佐里金和时任美国无线电公司总裁的大卫·萨尔诺夫推举为“电视之父”。

世界上第一台洗衣机

今天,对于许多人来说没有洗衣机的生活是难以想象的。但几千年来,人们都是用手在水里搓、用棒槌砸或搅。聪明人发明了搓衣板,更聪明的人把衣服放在水桶里,放上很原始的洗涤剂,如碱土、锅灰水、皂角水等,用棒搅拌也能洗干净衣服。在海上,海员们则把衣服拖在船尾上,让海水冲去衣服上的污垢。

后来有人发明了手动洗衣机,即把需要洗涤的衣物放到一个盛着水的木盒子里,用一个手柄不断翻转木盒子里的衣物,也可以把衣物洗干净。

1677年,科学家胡克记录了关于洗衣机的一项早期发明:霍斯金斯爵士的洗衣方法是把亚麻织品放在一个袋子里,袋子的一端固定,另一端用一个轮子和一个圆筒来回拧。用这种方法洗高级亚麻织品可以不损坏纤维。1776年,人们发明了洗衣机的雏形,借助外力来洗衣服,19世纪中叶,以机械模拟手工洗衣动作进行洗涤的尝试取得了可喜的进展。1858年,一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。该洗衣机的主件是一只圆桶,桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。但这台洗衣机使用费力,且损伤衣服,因而没被广泛使用,但这却标志着用机器洗衣的开端。次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机,当捣衣杵上下运动时,装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸,洗衣时缸内放入热肥皂水,衣服洗净后,由轧液装置把衣服挤干。

1884年一个名叫莫顿的人获得了蒸汽洗衣机的专利。他的专利证书上是这样介绍他发明的洗衣机:即便是一个小孩,在一刻钟内也能洗六条被单,而且比其他洗衣机洗得更白。再后来有人用汽油发动机替代蒸汽机带动洗衣机。

而真正现代意义上的洗衣机的诞生要等到电动机发明之后。第一台电动洗衣机由阿尔几·费希尔于1910年在芝加哥制成。除了手柄被一个电动机取代了之外,洗衣机别的部分都与用手工转动的洗衣机相同。这是一种真正节省劳力的设计。但这种电动洗衣机进入市场后,销路不佳。

洗衣机真正被人们接受,是在第一次世界大战之后。1922年,霍华德·斯奈德发明了一种搅动式电动洗衣机,并在爱荷华州批量生产。该洗衣机因性能大有改善,开始风靡市场。第二年德国厂商也生产了一种用煤炉加热的洗衣机。这种洗衣机有一只开有小孔的容器,衣服放入后,由电动机带动和容器相连的轴,使容器不断顺逆转动。

直到二次世界大战前夕,美国才大批量生产立缸式洗衣机。洗涤缸内装有涡轮喷洗头或立轴式搅拌旋翼。20世纪30年代中期,美国本得克斯航空公司下属的一家子公司制成了世界上第一台集洗涤、漂洗和脱水于一身的多功能洗衣机,靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚,使之去污除垢,并使用定时器控制洗涤时间,使用起来更为方便。

1937年投放市场后大受欢迎,一下子就卖了30多万台。到20世纪60年代,滚筒式洗衣机问世。高效合成洗涤剂和强力去垢剂的出现大大促进了家用洗衣机的发展。

最强的磁场

磁性是物质的一个基本属性,磁场是物质存在的一种形式。宇宙万物,小到基本粒子,大到庞大的星系,都有磁性,就是在广漠的星系际空间,也到处弥漫着磁场。在永磁体或电流周围所发生的力场,即凡是磁力所能达到的空间,或磁力作用的范围,叫做磁场;所以严格说来,磁场是没有一定界限的,只有强弱之分。与任何力场一样,磁场是能量的一种形式,它将一个物体的作用传递给另一物体。磁场的存在表现在它的各个不同的作用中,最容易观察的是对场内所放置磁针的作用,力作用于磁针,使该针向一定方向旋转。

自然界磁场的强弱相差非常悬殊。

我们居住的地球,其表面磁场最大为0.68高斯;离我们最近的天体月亮,磁场相当弱,个别地区才大到300伽玛(3伊10-3高斯);在银河系的星际空间,磁场弱到10-6高斯;至于星系间空间,估计其磁场强度只有10-9高斯。宇宙中比地球磁场强的天体有的是。太阳的普遍磁场为1~2高斯;许多磁星的磁场在102高斯以上,最强的达104高斯;一种晚期恒星白矮星,它个子虽小,磁场却高达107高斯,可是与致密天体中子星相比,简直是小巫见大巫了,中子星的磁场高达1012~1014高斯。

英国埃克塞特大学和德国不来梅国家大学的科学家们发现了被认为是宇宙中最强的磁场。在《science》杂志上发表的这篇论文中,DanielPrice博士和StephanRosswog教授展示了两颗中子星发生剧烈碰撞时的图景,在碰撞过程中产生的磁场比地球磁场强1000万亿倍。中子星碰撞被认为与短伽马射线爆有关,而短伽马射线爆是除宇宙大爆炸外最强烈的爆炸现象。

埃克塞特大学物理学院的DanielPrice博士说:“我们首次设法模拟了中子星碰撞中的磁场现象,模拟表明这种强磁场足以产生伽马射线爆。伽马射线爆是我们能够探测到的最强的爆发,迄今为止科学家们对它产生的原因了解的还非常少,甚至是根本没有了解。强磁场被认为在伽马射线爆产生过程中起了很重要的作用,但是还没有人能确定到底需要多强的磁场才能产生伽马射线爆。”

他还说:“令我们感到惊讶的是,如此强的磁场产生的速度却非常快——中子星相互碰撞之后的一或两毫秒的时间内就能产生强磁场。”

不来梅国际大学的StephanRosswog教授另外说:“更让人难以置信的是,模拟中产生的磁场强度只比自然界中可能产生的最强的磁场略小一点。为了进行模拟,我们在几个月的时间里夜以继日地编写程序。仅仅是计算一次碰撞后的几毫秒时间内的状况就使我们在超级计算机上工作了好几周。”

中子星是超新星爆发的残骸,大质量恒星的核燃料燃尽后,它会爆发,喷射出外层气体,只留下中间的一个非常致密的核。当两颗中子星在各自的轨道上运行时,它们会缓慢地螺旋运动到一起,最终导致了剧烈地碰撞。

世界上第一台留声机

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