第3章 日常用品大發明(1 / 3)

肥皂

肥皂之所以能去汙,是因為它有特殊的分子結構,分子的一端有親水性,另一端有親油脂性。在水與油汙的界麵上,肥皂使油脂乳化,溶解於肥皂水中;在水與空氣的界麵上,肥皂圍住空氣分子形成泡沫。原先不溶於水的汙垢,因肥皂的作用,無法再依附在衣物表麵而溶於肥皂泡沫中,最後被清洗掉。

據說古埃及國王胡夫熱情好客,經常設宴招待客人。一天來往客人較多,廚房裏的物品又放置雜亂,人們難以轉動身子。可就是在忙亂中偏偏出了差錯,食品師不小心踢翻了油燈,油灑了一地。夥夫們都趕來收拾場地,他們用手將沾有油脂的灰捧到廚房外扔掉,再到水盆裏洗手。這時他們意外地發現手洗得特別幹淨。當國王知道這件事後,就吩咐手下人做出沾有油脂的炭塊餅,放在洗漱的地方,供客人使用。這正是肥皂的雛形。

無獨有偶,古羅馬人的肥皂也經曆了同樣的命運。起初,古羅馬人用羊油脂和山毛櫸炭灰壓製成一種稱做“薩波”的物質,並用它來把頭發染成淺棕紅色。後來,有一次羅馬人在節日裏忽遇大雨,頭發被淋濕了,人們卻意外地發現頭發幹淨了。從此,羅馬人便將“薩波”作為清潔劑來使用。

公元70年,羅馬帝國學者普林尼第一次用羊油和草木灰製取塊狀肥皂獲得成功,羅馬開始了肥皂生產。這項技術在歐洲逐漸傳播開來。公元2世紀,肥皂已專門用來洗東西。到8世紀,大多數的南歐國家已生產和使用肥皂了。法國的馬賽和意大利的熱那亞、威尼斯、薩沃納等都是生產肥皂的主要城市,因為這些地方有橄欖油和苛性堿,原料來源方便。公元1000年後,尤其在西班牙,製造肥皂成了一種重要的行業。

各地生產的肥皂盡管銷往各處,被廣泛使用,但仍屬價格昂貴的奢侈用品。直到19世紀,普通家庭一般自製“軟皂”,把動物油和樺木灰混合起來,製造很容易。“硬皂”則是工業製品,由植物油和海藻灰提煉的堿混合而成,往往加進香料。

1791年,法國化學家盧布蘭用電解食鹽的方法製取火堿成功,從此結束了從草木灰中製堿的古老方法。19世紀初,合成堿被發明出來,這就使大規模地廉價生產肥皂成為可能,等到20年代,大規模的製堿法出現了,從此肥皂價格下跌,成為普通家庭的生活必備品。

紙幣

紙幣的使用源於中國。早在漢武帝在位時期就出現過鈔票。當時,連年征戰匈奴耗盡了國家財力,私人鑄錢更是使錢幣大幅度貶值,曾導致錢幣麵值持續出現劇烈浮動。在這種情況下,武帝便下令發行每張價值為40萬銅錢的鈔票,收回大部分硬幣。這種鈔票用白鹿皮製作而成,上麵印有特殊圖案。

公元800年左右,中國重新發行紙幣,被稱為飛錢,因為它很容易被風吹跑。這種紙幣不能充分交換,隻是私人銀行交給商人用以兌換現金的憑證。它在京城發放,商人在返回各省後可用之兌換現金。這些都不能算作真正意義上的紙幣,直到北宋年間出現了交子。

北宋時期,重商思想抬頭,商品經濟進一步繁榮。隨著各地區貿易聯係的加強,交易額越來越大,需要大量輕便的貨幣作為支付和流通手段。北宋前期,宋王朝為了掠奪川蜀地區的財富,在此地區禁使銅錢,而使用鐵錢。由於鐵錢不便攜帶,於是有商人收取鐵錢而出現一種類似存款收據的證券,正背麵都有出票人的印記,有密碼花押,票麵金額在使用時填寫,這就是交子,可以兌換,也可以流通。交子的出現正適應了商品經濟發展的要求,所以很快流行起來,被商人們廣泛使用,中國因此成為最早流通紙幣的國家。

交子原由商人分散發行,太宗初年,成都16家富商聯合建立交子鋪發行交子。後來由於富商經營不善而使交子不能兌現,失信於民,引起政府幹涉並收歸官辦。1023年,北宋政府在益州設立交子務,在次年2月開始發行官交子,規定市麵上隻許流通政府印發的交子,將商人個別發行的交子全部收回。官印交子有一定的發行限額和流通期限,每三年持舊交子換新交子。交子按規定可以隨時兌現,屬於信用貨幣性質。交子的票麵金額開始時臨時填寫,後改為印固定金額。1105年,交子改稱錢引,除閩、浙、湘、粵外,在國內其他各地發行。

印製紙幣的思想向西緩慢傳播。1292年,蒙古人在伊朗印發了中國式鈔票。1661年,印製紙幣傳到了歐洲。當時,由於缺少銀子,瑞典銀行家便著手生產票據。在18世紀,許多小的私人銀行家開始發行紙幣,隻要銀行有償付能力,這些紙幣就能通用。直到1883年,英國銀行才發行了合法的紙幣。8年後,一項法令給了這個銀行以發行紙幣的壟斷權,並禁止發行沒有百分之百的黃金作後盾的紙幣。美國在1776年脫離英國而獨立之前,就製造出第一批紙幣美元,並成為美國獨立的一個強有力的象征。現在,世界上大多數國家和地區都已擁有自己的紙幣,並習慣了把紙幣作為商品流通的媒介。

玻璃

玻璃到底誕生於何時,連考古學家也說不準,但可以肯定的是,在古埃及和美索不達米亞,玻璃已為人們所熟悉。

中世紀時期,意大利的威尼斯是玻璃製造業的中心。威尼斯玻璃製品樣式新穎、別具一格,因而暢銷全歐洲乃至世界各地。威尼斯玻璃業有800多年的曆史,15世紀到17世紀為鼎盛時期。當時,威尼斯玻璃藝術品躍為世界之冠。但威尼斯玻璃製造工藝的秘密,很快傳到法國、德國、英國,到17世紀時,玻璃廠已經遍及世界許多地區了。

最古老的平板玻璃的製作是把熔化的玻璃注入內部平整的泥模中使其冷卻,然後再磨光和拋光其表麵。直到20世紀,這種生產工藝仍在沿用。但是回顧平板玻璃的曆史,我們仍然會被先輩們的智慧所折服。

早在14世紀,人們就會使用鐵管吹玻璃泡來製造小玻璃板。在吹玻璃泡時,工匠們一邊吹一邊盡可能快地旋轉鐵管,玻璃泡在離心力的作用下向外擴展,形成表麵較為平整的大圓盤。然後從玻璃與鐵管的接口處切斷,讓其冷卻成圓形的玻璃板。

由於圓形的玻璃板不容易固定,後來,人們又采用一種新的方法生產方形的玻璃板,工匠們把吹製成圓柱形的玻璃管從中間切開,展平後讓其自然冷卻,這樣,一塊方形玻璃板便製成了。隨著生產力的不斷發展,平板玻璃的製作工藝也日趨成熟。

1947年,玻璃的製作工藝依然很複雜。要生產像櫥窗、車窗和鏡子使用的高質量的玻璃,就必須以磨光的玻璃板為原料。這種玻璃是把從熔爐裏流出來的熔融玻璃,碾壓成一條連續不斷的帶子,由於帶子的表麵跟碾壓機是平行的,因而不會留下印記。但是這種帶子的兩麵都必須磨光,就意味著將會產生大量的玻璃廢屑和花費很多的錢。

為了改變現狀,英國科學家皮爾金頓冥思苦想,1952年他有了讓玻璃的熔液浮在一種天然平滑的液體的表麵的想法,接著,他花了7年的時間和700萬英鎊開始研究一種新型的玻璃——浮法玻璃。

浮法玻璃是這樣加工的:把熔化的玻璃從熔爐裏抽出來,使其成為一條連續的玻璃帶,讓其浮在盛滿錫溶液的池子表麵。由於錫的分子結構比玻璃緊密,因此,錫溶液能在相當長的時間內保持很高的溫度,使浮在其表麵的玻璃上凹凸不平的部分熔化,這樣,玻璃板變得又光又平。由於各種自然力的作用,用這種方法生產的玻璃板約有6毫米厚,並不能滿足市場上特殊用戶的需要。

眼鏡

古人們早已知道凸透鏡使東西看起來變大了的事實,而第一個想到用透鏡來矯正視力的人,是來自佛羅倫薩的科學家索文諾·德格裏·阿馬迪。大約在1280年,他用水晶磨成一對凸透鏡,製成世界上第一副遠視眼鏡。阿馬迪將他的發明機密告訴比薩的亞曆山大·迪拉·斯皮納修道士。後來,斯皮納將這個秘密公諸於眾。於是,到14世紀上半葉,意大利出現了許多眼鏡製造廠,許多意大利人都佩戴了眼鏡,而威尼斯也成了眼鏡製造中心。

至15世紀,用於矯正近視的凹透鏡也被製造出來。拉斐爾的名畫教皇利奧十世像上,就出現了這種眼鏡。自此,鏡片不再根據年齡分類,而是根據度數分類。

阿馬迪發明眼鏡的時候,還沒有眼鏡架。當時的眼鏡,有人用手舉著,有人把它縫在帽子上,有人則放在眼窩上……就這樣胡亂戴了好幾百年。16世紀,德國開始製造有鏡橋聯結的眼鏡。後來又出現了夾子式鏡架,戴上 這種眼鏡,鼻梁壓擠得難受,當然很不舒服。有人無意中發現了耳朵的妙用,把眼鏡的兩條腿彎一下,讓它掛在耳朵上不是很方便嗎?於是出現了帶鏡腳掛在耳朵上的眼鏡。第一副帶鏡腳的眼鏡是在16世紀末,由埃爾·格雷科製成的。從此,眼鏡的形狀基本固定下來。

19世紀中期,鏡片設計經曆了從平麵鏡片到雙凹鏡片或雙凸鏡片的過渡,最終於1890年左右出現了我們今天通常采用的新月形曲率矯正鏡片。

值得一提的是,今天頗為流行的隱形眼鏡在19世紀就已出現。1827年,隱形眼鏡首先由英國物理學家赫謝爾爵士設想出來,到1887年,瑞士蘇黎世的弗裏克醫生研製出精度較高的鏡片後而得以實現。

19世紀後半期,對眼鏡的光度研究也取得進展。1860年,遠距離視力表由屈勒和斯內倫編製出來,使視力量化。1872年,開始使用屈光透鏡來表明鏡片的度數。

進入20世紀,眼鏡得到了更全麵的改進和發展。人們很早就發現玻璃並不是製作眼鏡的最理想的材料,存在重量大且易破碎的弱點。20年代,耐磨性及抗衝擊性較強的水晶鏡片被製作出來,由於價格昂貴,能接受的人並不多。二戰期間,人們從製造飛機駕駛窗的有機材料中受到啟發,經多次試驗,改進製成了樹脂聚合物。戰後,這種聚合物開始用於鏡片製作。

鍾表

在古代,人類主要利用天文現象和流動物質的連續運動來計時。中國人發明製造的日晷、漏壺,以及水運儀象台都是世界上最古老的計時器。而能夠持續不斷工作的鍾表的出現,改變了白天黑夜分別計時的傳統,使一晝夜均等24小時的計時製得以推行。這一計時製的出現,成為時間觀念史上的一件大事。

歐洲古老的機械鍾,出現在14世紀的歐洲,它是由掛在繩子一端的重錘所驅動,繩子的另一端繞在一個軸上,隨著重錘的下降,軸相應的轉動,再通過齒輪帶動鍾的指針旋轉。

1510年,德國鎖匠彼得·亨蘭率先用鋼發條代替重錘,創造了用冕狀輪擒縱機構的小型機械鍾表,然而這種表的計時效果並不理想:發條若是上得太緊,指針就會走得過快;發條若是上得過鬆,指針就會運行得慢。

針對這一缺點,捷克人雅各布·赫克對其進行了改進。他設計出一個錐形蝸輪,由錐形蝸輪和一卷發條共同組成表的驅動機構。當發條逐漸舒張時,它通過一條繩子帶動錐形蝸輪和表內的齒輪。錐形蝸輪的形狀恰好能夠補償發條出力的變化。當發條卷緊時,作用力強烈地作用在錐形蝸輪的頂端,這裏的杠杆作用較弱;當發條慢慢放鬆時,它的拉力就減弱,作用力作用在蝸輪輪子的底部,而這裏的杠杆作用則較強。因此,鍾表機械得以均勻地運轉。

1657年,荷蘭物理學家惠更斯首先把重力引入鍾表,做成了世界上第一台精確的擺鍾。擺鍾不像以前的鍾表要另設驅動機構來推動對稱橫臂,而是由地球重力推動。隨著單擺被用於時鍾,時鍾的精度越來越高,到了17世紀中葉,鍾表的最小誤差已由每天15分鍾,減少到10分鍾。精確時鍾的出現,使各地區的時間協調統一起來。

17世紀後期,遊絲的發明,為現代精密機械鍾表的出現奠定了基礎。機械鍾表雖有多種結構形式,但其工作原理基本相同。它主要是由原動係、傳動係、擒縱調速器及指針係式上的條撥針係條組成。到了18世紀啟蒙運動和工業革命開始的時候,鍾表製造業已逐步實現工業化生產,並且達到了相當高的水平。鍾表已經充分扮演了“一切機器之母”的重要角色,成為社會生活快節奏的締造者。

到了20世紀,隨著電子工業的迅速發展,電池驅動鍾、交流電鍾、電機械表、指針式石英電子鍾表、數字顯示式石英鍾表相繼問世。1929年,在貝爾實驗室工作的英國人霍頓和加拿大裔美國人瑪利森首次研製出晶體石英鍾。這種高質量的石英鍾在溫度不變的環境中每天誤差僅0.1毫秒或誤差十億分之一。石英鍾一經問世,便引起了人們的轟動。

1942年,著名的英國格林尼治天文台也開始采用石英鍾作為計時工具。20世紀70年代,石英鍾的製作技術突飛猛進,應用同一原理製成的石英表亦開始風靡全球。繼石英鍾之後,更為先進的原子鍾問世了。它是由原子振動來控製的,是目前世界上最精確的鍾,即使經過100萬年,其偏差也不會超過1秒鍾。如今,時間觀念已經滲透至每一個人的生活中,守時成為一種美德。

鏡子

傳說有一年的三月初三,王母娘娘開蟠桃盛會,於是,仙女們都來赴會。可是,她們用的胭脂太多了,多得流到了天河裏,又從天河瀉到了牡丹江上遊的大山中,彙成了一個大湖,湊巧的是,不知是誰不小心把王母娘娘的寶鏡也摔落下來,寶鏡掉入湖中,湖水頓時變得如寶鏡一樣明亮,後來,人們就為這個湖起名為“鏡泊湖”。傳說歸傳說,但在某種程度上,它卻真實地反映出水在鏡子的發展中對人類所起到的重要啟迪作用。

鏡子的製造者是意大利的玻璃製造工匠達爾卡羅兄弟。兄弟二人出生在威尼斯一個專門製作玻璃的穆拉諾小島。兒童時代,他們就經常隨父親進玻璃作坊,親眼看見玻璃工匠們把一團稀糊糊的溶液做成有模有樣的玻璃製品的奇妙過程。

長大後,達爾卡羅兄弟先後成為作坊的正式工匠。由於他們悟性高、天資聰穎,很快便得到了師傅的真傳,但是達爾卡羅兄弟卻並不滿足。當他們看到島上姑娘們梳妝用的玻璃效果不理想時,他們就將製作出光潔明亮的玻璃鏡作為自己的奮鬥目標。此後,達爾卡羅兄弟經常在一起探討,琢磨著為什麼池塘裏的水是以黑暗的大地作為襯墊的?他們做出了大膽的設想——如果在玻璃的背麵也加一層深色的襯墊,鏡中會出現清晰的影像嗎?

為此,達爾卡羅兄弟試著將礦粉、木屑、麵粉、銅等塗在玻璃上,但效果都不理想。有一次,他們選用熔點較低的錫作為試驗對象,將熔化的錫水倒在玻璃上,然後用一根細細的滾筒將錫水碾成均勻的薄薄一層。待錫冷卻後,兄弟倆翻開玻璃一看,他們掛滿汗滴的臉龐清晰地映在了玻璃中。他們終於找到了合適的塗料。

可是,經過一段時間的試用,達爾卡羅兄弟發現這種玻璃鏡子時間一久,背麵的錫箔就會脫落。於是,他們又對製鏡工藝進行改進,先將玻璃製成錫箔鏡,再把水銀倒在錫箔鏡上。這樣,水銀能夠慢慢地溶解錫,形成一層薄薄的錫和水銀合金,製成的玻璃鏡子反光能力強,而且塗料不容易脫落。

玻璃作坊的老板一直在關注著達爾卡羅兄弟的發明進展。當他得知達爾卡羅兄弟發明成功後,立即開始製作玻璃鏡子,並很快將它投入市場。果不其然,達爾卡羅兄弟發明的水銀鏡十分走俏,成為豪門貴族的珍品。特別是威尼斯國王向法國王後獻了水銀鏡之後,法國的貴婦人和小姐們也紛紛效仿,以擁有水銀鏡為榮,因此,盡管水銀鏡價格昂貴,但仍供不應求。

法國由於購買水銀鏡,大量的金銀財寶流入了威尼斯。因此,法國政府決定自己創辦水銀鏡工廠。在達爾卡羅兄弟的幫助下,法國駐威尼斯大使成功地將3個工匠偷渡出境,運送到法國。1666年,法國建造了第一個製造玻璃鏡子的工廠。從此,水銀鏡的製造奧秘被公布於世,鏡子的價格也一落千丈。就這樣,水銀鏡漸漸地成為了普通家庭的生活用品。

抽水馬桶

1595年,伊麗莎白女王的侍臣約翰·哈林頓爵士,在意大利旅行途中聽說了一項令人神往的發明,即一種用水衝掉汙物的廁所。當時,伊麗莎白女王上廁所時感到很不舒服,一直抱怨裏士滿宮殿裏彌漫著未倒空的便器味兒。於是,哈林頓前來解難,在裏士滿宮中試修了一個抽水馬桶,結果證明很成功。

哈林頓的設計隻是一個超越時代的特例。當時的抽水馬桶由於沒有任何排汙的主管道、沒有自來水、也沒有什麼錢來支付管道裝設費用等因素,對大多數人而言仍是不切實際的。他們的排汙方法隻有一個,就是讓掏糞工人將糞便集中起來用車運走,倒進化糞池,化糞池裝滿後,又得重新挖新的,一切依然照舊。

第一種普遍使用的抽水馬桶直到1775年才由倫敦的一名鍾表匠克明斯發明。這種馬桶上方有一個水箱,一拉手柄,打開閥門,水就流下,同時打開滑閥,把金屬馬桶裏的糞便衝入糞坑。

18世紀後期,英國發明家約瑟夫·布拉梅在克明斯發明的基礎之上,又改進了抽水馬桶的設計。他采用了一些構件,諸如控製水箱裏水流量的三球閥,它能把出口封住;另外還有U形管,它能夠保證汙水管的臭味不會讓使用者聞到。布拉梅改良的抽水馬桶1778年取得了專利權。