伽利略又把望遠鏡對準橫貫天穹的銀河,以前人們一直認為銀河是地球上的水蒸汽凝成的白霧,亞裏士多德就是這樣認為的。伽利略決定用望遠鏡檢驗這一說法是否正確。他用望遠鏡對準夜空中霧蒙蒙的光帶,不禁大吃一驚,原來那根本不是雲霧,而是千千萬萬顆星星聚集一起。伽利略還觀察了天空中的斑斑雲彩——即通常所說的星團,發現星團也是很多星體聚集一起,像獵戶座星團、金牛座的昂星團、蜂巢星團都是如此。
伽利略的望遠鏡揭開了一個又一個宇宙的秘密,他發現了木星周圍環繞著它運動的衛星,還計算了它們的運行周期。現在我們知道,木星共有 14顆衛星,伽利略所發現的是其中最大的四顆。除此之外,伽利略還用望遠鏡觀察到太陽的黑子,他通過黑子的移動現象推斷,太陽也是在轉動的。
這是天文學研究中具有劃時代意義的一次革命,幾千年來天文學家單靠肉眼觀察日月星辰的時代結束了,代之而起的是光學望遠鏡,有了這種有力的武器,近代天文學的大門被打開了。
▲讓電可以隨人攜帶:伏特和他的電池
伏特(1745-1827)出生於意大利科莫一個富有的天主教家庭裏。
伏特1792年去國外作一次長途遊曆,到了德國、荷蘭、法國和英國。他訪問了一些最著名的同行,例如拉普拉斯和拉瓦錫(1743-1794),有時還和他們共同做實驗。他當時還被選為法國科學院的通迅院士,不久又被選為倫敦皇家學會的外國會員。
伏特在四十五歲生日後不久,讀到了伽伐尼1791年的文章,這促使他去作出了最大的發明和發現。他開始還有些猶豫,但不久他就開始了工作,用伏特的話說,他實驗的內容\\\"超出了當時已知的一切電學知識,因而它們看來是驚人的\\\"。起初他同意伽伐尼用蛙做萊頓瓶的觀點,但幾個月後,他開始懷疑蛙主要是一種探測器,而電源則在動物之外,他還注意到,如果兩種相互接觸的不同金屬放在舌上,就會引起一種特殊的感覺,有的是酸性的,有時是堿性的。他假定,並且也能令我們驚歎的靜電測量證明,兩種不同的金屬例如銅和鋅接觸時會得到不同的電勢。 他測量了這種電勢差,得到的結果與我們現在所知的它們之間的接觸電勢差沒有多大差別。至少當連接肌肉和神經的金屬電弧是雙金屬時,隻要假定蛙是一種非常靈敏的靜電計,伽伐尼實驗就到了解釋。當然,伽伐尼回答說,甚至當金屬電弧是單金屬的時,他也能夠觀察到肌肉的收縮。這是一種嚴峻的反對意見,伏特對這些指出了金屬的不純和其他原因來為自己辨解。
一天,他拿出一塊錫片和一枚銀幣,把這兩種金屬放在自己的舌頭上,然後叫助手將金屬導線把它們連接起來,刹時,他感到滿嘴的酸味兒。
接著,他將銀幣和錫片交換了位置,當助手將金屬導線接通的一瞬間,伏特感到滿嘴的鹹味。
這些實驗證明,兩種金屬在一定的條件下就能產生電流。伏特想,隻要能把這種電流引出來,就能大有作用。
伏特經過反複實驗,終於發明了被後人稱做“伏特電堆”的電池,這就是在銅板和鋅板中間夾上卡紙和用鹽水浸過的布片,一層一層堆起來的蓄電池。這種電池,今天仍然在使用著。
伏特對這個問題進行了更深入的研究,使他發明了伏特電堆,這是曆史上的神奇發明之一。伏特發現導電體可以分為兩大類。第一類是金屬,它們接觸時會產生電勢差;第二類是液體(在現代語言中稱為電解質),它們與浸在裏麵的金屬之間沒有很大的電差。而且第二類導體互相接觸時也不會產生明顯的電勢差,第一類導體可依次排列起來,使其中第一種相對於後麵的一種是正的,例如鋅對銅是正的,在一個金屬鏈中,一種金屬和最後一種金屬之間的電勢差是一樣的,仿佛其中不存在任何中間接觸,而第一種金屬和最後一種金屬直接接觸似的。
伏特最後得到了一種思想,他把一些第一種導體和第二種導體連接得使每一個接觸點上產生的電勢差可以相加。他把這種裝置稱為\\\"電堆\\\",因為它是由浸在酸溶液中的鋅板、銅板和布片重複許多層而構成的。他在一封寫給皇家學會會長班克斯(1743-1820)的著名信件中介紹了他的發明,用的標題是《論不同導電物質接觸產生的電》。電堆能產生連續的電流,它的強度的數量級比從靜電起電機能得到的電流大,由此開始了一場真正的科學革命。
▲使旅遊業興旺發達:霍華德?休斯改進了飛機設計
在美利堅合眾國,霍華德·休斯的名字就像華盛頓、亞伯拉罕·林肯一樣無人不知。這不僅因為他是美利堅合眾國少有的幾個享有世界聲望的富豪之一,美利堅合眾國人更是把他作為一個英雄來看待的。他的一生可謂轟轟烈烈,充滿了冒險和刺激。他擁有25億美元的資產,到了晚年,卻隱居世外,行蹤莫測,不在公開場合拋頭露麵。
1905年12月24日,霍華德·休斯出生於美利堅合眾國休斯敦。霍華德·休斯酷愛駕駛飛機,有一次,當他駕著單人操縱的私人飛機在馬利布海岸上空盤旋時,突發奇想:拍一部表現空戰的片子不是會很受歡迎嗎?他想到1918年第一次世界大戰中,英國空軍中校達寧率領7架索匹茲駱駝號戰鬥機,從巡洋艦上起飛,轟炸德軍東得倫空軍基地。那是一次出色的越洋轟炸,英軍隻損失1架飛機,炸沉了兩艘敵艦和兩隻飛艇。休斯決定將這次空戰搬上銀幕。當時還沒有表現空戰的電影特技,他準備用真正的飛機,拍一部比實戰還要刺激還要壯觀的空中大戰片,片名為《地獄天使》。
拍攝俯衝轟炸場麵時,他要求飛行員從距地麵30米高處衝下去,撞在地麵上爆炸燃燒。飛行員沒有一個人願意幹,誰都知道那是要出人命的。沒有人願意冒這個險,休斯說:“那麼我來飛給你們看!”他真的上了飛機,而且他的確沒有來得及跳出來,當飛機向地麵俯衝時,突然翻了個跟頭,接著就呼嘯墜地。“休斯死了!”人群中發出一片驚呼。
然而,也許是命運之神特別鍾愛這個大膽的年輕人,就在飛機即將燃燒時,休斯居然艱難地從駕駛座裏爬了出來,他的傷勢並不太重,隻是臉頰骨折,後來留下一塊疤。
洛杉磯的加利福尼亞理工大學附近有一座飛機場,飛機場的一個角落有一個被隔離的飛機庫。這裏有武裝警衛人員負責警戒,沒有人知道裏麵是做什麼的。其實,這是休斯工具公司一個秘密研製新型飛機的工廠。休斯對飛機非常著迷,他曾參加了在邁阿密舉行的一次全美短程飛行比賽,休斯以302公裏的時速一舉奪冠。可他並不滿足於這樣的成績,他的目標是要打破世界紀錄。1927年,美利堅合眾國飛行員林白駕機用33小時30分飛越大西洋,轟動了世界,被美利堅合眾國人稱為“世紀英雄”。休斯為了打破林白創下的紀錄,開始致力於新型飛機的研製,他有兩位優秀的飛機設計師:帕瑪和歐提卡克。他們將未來的飛機命名為H1。
歐提卡克是一位機械工程師,他對製造新型飛機有許多大膽的構想,對瘋狂地追求速度的休斯來說,他是個難得的人才。在那個秘密的飛機製造廠裏,他們不斷改進飛機的外形,選用性能最好的1000匹馬力的普拉特·惠特尼引擎,用了15個月的時間,終於製造出機身長度為8.2米,機翼長7.6米的H1型單翼飛機。因為機身特別短,誰也不知道它能在空中飛多久,休斯的公司裏沒有人敢駕機試飛,休斯決定親自試飛。
1935年9月12日,一切準備工作就緒時,日已偏西。負責速度測試的裁判技師建議明天再飛,因為現在接近黃昏,飛行逆光刺眼。休斯卻等不及了,他早已穿上飛行服,跳進機艙,啟動了飛機引擎。飛機升空了。
第一次測試速度達到556公裏。裁判技師通過無線電告訴他:這一次不算,因為違反航空協會的規則,沒有做水平飛行。於是,休斯在空中繞了個圈,又作第二次水平飛行。“世界紀錄,時速已達566公裏!”耳機裏傳來裁判的叫聲。
休斯興奮極了,沒有立刻降落,繼續飛,還想創造新的世界紀錄。第三次飛卻隻有542公裏。他不甘心,再飛一次!“567公裏。”又是一個新的世界紀錄!
休斯臉上露出得意的微笑,卻仍不願停下,又飛第五次、第六次……突然間,引擎停止了工作,他這才發現主油箱已經沒有油了。他連忙去按瞬間補油的按鈕,可是無濟於事,太遲了,發動機已經完全停下來。
休斯打算以滑翔的方式緊急著陸,但卻控製不了飛機,H1正以垂直下落的速度向地麵衝去。這時,天已經暗下來,地麵上的航空協會會員們忽然看不見休斯的飛機了,無線電也失去了聯係。眾人吃驚不小。休斯竭盡全力,總算控製住飛機,在一片甜菜地裏平安迫降了。當航空協會的人趕到那裏時,隻見飛機完好地躺在那兒,休斯一手拿著筆記本,一手握著鉛筆,正得意地從機艙裏爬出來。他滿麵笑容:“我創下了世界紀錄,難道不是嗎?”直到現在,那架飛機還被保存在華盛頓的斯密生航空博物館裏。
休斯籌劃著作橫跨美利堅合眾國大陸的飛行,他將H1又作了一次較大的改進。更新的機型於1937年1月18日竣工,他將它稱為“帶翅的子彈”。當天下午,他駕駛著這顆“子彈”從洛杉磯機場起飛,開始了他的世紀之行。飛機很快地爬高到6000米高空,並以時速534公裏的平均速度向西飛去。第二天淩晨零點42分,休斯終於平安到達紐約新華克機場,所用時間是7小時28分25秒。在當時美利堅合眾國,無論哪一種飛機,橫跨美利堅合眾國大陸飛行都要9小時以上,有的甚至超過10小時。休斯的紀錄是其它航空公司望塵莫及的。這項飛行紀錄保持了7年之久。
▲視力低下者的福音:富蘭克林的雙焦距眼鏡
本傑明.富蘭克林 (1706-1790) —資本主義精神最完美的代表,十八世紀美國最偉大的科學家,著名的政治家和文學家。他一生最真實的寫照是他自己所說過的一句話“誠實和勤勉,應該成為你永久的伴侶。”
1706年1月17日,本傑明.富蘭克林出生在北美州的波士頓。富蘭克林一生隻在學校讀了這兩年書。十二歲時,他到哥哥詹姆士經營的小印刷所當學徒,自此他當了近十年的印刷工人,但他的學習從未間斷過,他從夥食費中省下錢來買書。同時,利用工作之便,他結識了幾家書店的學徒,將書店的書在晚間偷偷地借來,通宵達旦地閱讀,第二天清晨便歸還。他閱讀的範圍很廣,從自然科學、技術方麵的通俗讀物到著名科學家的論文以及名作家的作品。
1746年,一位英國學者在波士頓利用玻璃管和萊頓瓶表演了電學實驗。富蘭克林懷著極大的興趣觀看了他的表演,並被電學這一剛剛興起的科學強烈地吸引住了。隨後富蘭克林開始了電學的研究。富蘭克林在家裏做了大量實驗,研究了兩種電荷的性能,說明了電的來源和在物質中存在的現象。在十八世紀以前,人們還不能正確地認識雷電到底是什麼。當時人們普遍相信雷電是上帝發怒的說法。一些不信上帝的有識之士曾試圖解釋雷電的起因,但都未獲成功,學術界比較流行的是認為雷電是“氣體爆炸”的觀點。
在一次試驗中,富蘭克林的妻子麗德不小心碰到了萊頓瓶,一團電火閃過,麗德被擊中倒地,麵色慘白,足足在家躺了一個星期才恢複健康。這雖然是試驗中的一起意外事件,但思維敏捷的富蘭克林卻由此而想到了空中的雷電。他經過反複思考,斷定雷電也是一種放電現象,它和在實驗室產生的電在本質上是一樣的。於是,他寫了一篇名叫《論天空閃電和我們的電氣相同》的論文,並送給了英國皇家學會。但富蘭克林的偉大設想竟遭到了許多人的嘲笑,有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷電分家的狂人”。
富蘭克林決心用事實來證明一切。1752年6月的一天,陰雲密布,電閃雷鳴,一場暴風雨就要來臨了。富蘭克林和他的兒子威廉一道,帶著上麵裝有一個金屬杆的風箏來到一個空曠地帶。富蘭克林高舉起風箏,他的兒子則拉著風箏線飛跑。由於風大,風箏很快就被放上高空。刹那,雷電交加,大雨傾盆。富蘭克林和他的兒子一道拉著風箏線,父子倆焦急的期待著,此時,剛好一道閃電從風箏上掠過,富蘭克林用手靠近風箏上的鐵絲,立即掠過一種恐怖的麻木感。他抑製不住內心的激動,大聲呼喊:“威廉,我被電擊了!”隨後,他又將風箏線上的電引入萊顧瓶中。回到家裏以後,富蘭克林用雷電進行了各種電學實驗,證明了天上的雷電與人工摩擦產生的電具有完全相同的性質。富蘭克林關於天上和人間的電是同一種東西的假說,在他自己的這次實驗中得到了光輝的證實。
富蘭克林對科學的貢獻不僅在靜電學方麵,他的研究範圍極其廣泛。在數學方麵,他創造了八次和十六次幻方,這兩種幻方性質特殊,變化複雜,至今尚為學者稱道;在熱學中,他改良了取暖的爐子,可以節省四分之三燃料,被稱為“富蘭克林爐”;在光學方麵,他發明了老年人用的雙焦距眼鏡,戴上這種眼鏡既可以看清近處的東西,也可看清遠處的東西。他和劍橋大學的哈特萊共同利用醚的蒸發得到負二十五度(攝氏)的低溫,創造了蒸發致冷的理論。此外,他對氣象、地質、聲學及海洋航行等方麵都有研究,並取得了不少成就。
富蘭克不僅是一位優秀的科學家,而且還是一位傑出的社會活動家。他一生用了不少時間去從事社會活動。富蘭克林特別重視教育,他興辦圖書館、組織和創立多個協會都是為了提高各階層人的文化素質。
富蘭克林度過的最後一個冬天是在親人環護中度過的。1790年4月17日,夜裏11點,富蘭克林溘然逝去。那時,他的孫子譚波爾和本傑明正陪在他的身邊。4月21日,費城人民為他舉行了葬禮,兩萬人參加了出殯隊伍,為富蘭克林的逝世服喪一個月以示哀悼。本傑明.富蘭克林就這樣走完了他人生路上的84度春秋,靜靜地躺在教堂院子裏的墓穴中,他的墓碑上隻刻著:“印刷工富蘭克林”。
▲工業革命的基石:瓦特與蒸汽機
詹姆斯·瓦特(James Watt,1736年1月19日 - 1819年8月25日),英國著名的發明家,是工業革命時期的重要人物。英國皇家學會會員和法蘭西科學院外籍院士。他對當時已出現的蒸汽機原始雛形作了一係列的重大改進,發明了單缸單動式和單缸雙動式蒸汽機,提高了蒸汽機的熱效率和運行可靠性,對當時社會生產力的發展作出了傑出貢獻。他改良了蒸汽機、發明了氣壓表、汽動錘。
人類對蒸汽的認識和利用,經曆了一個漫長的曆史過程。早在公元前二世紀,古希臘人就製造過一種利用蒸汽噴射的反作用的發動機。1690年,法國人巴比首先發明了第一台活塞式蒸汽機,但他未能製成實用的蒸汽機。1698年,英國的一位技師塞萊斯發明了實用的無活塞式蒸汽機。這種機器在礦井中得到應用,被稱為“礦山之友”,但受當時材料和技術的限製,無法推廣。後來經過改進,直到18世紀,英國的鐵匠紐科門才製成第一台能把熱能轉變為機械能的較原始的蒸汽機。這種機器綜合了巴本機和塞萊斯機的優點,不需高壓蒸汽即可排水,效率也有較大提高。但是,這種蒸汽機結構不合理,耗煤多,活塞隻能作往複運動,不能作旋轉運動,因此熱效能較低。
隨著工業發展對新動力的需求日益突出,推動了對蒸汽機作進一步的改進。從18世紀60年代起,英國的工程師斯米頓開始研究改進紐可門蒸汽機,他測量了一百多種當時的蒸汽機的部件和效率,並對所得資料進行了係統的比較分析。斯米頓本人沒有對蒸汽機的結構做任何改進,但是他積累的數據為改進蒸汽機提供了方便。與此同時,瓦特也開始研究改進蒸汽機。
瓦特在大學修理儀器期間,學校曾經把一台舊式的紐可門蒸汽機交給他修理。他通過大量實驗以及根據格拉斯哥大學教授布萊克提出的潛熱、比熱理論進行分析,對舊式蒸汽機進行深入研究,找出了舊式機器效率低的主要原因:除了漏汽、散熱等造成熱量的浪費外,主要缺陷在於每一衝程都要用冷水將汽缸冷卻一次,從而耗了大量熱量,使絕大部分蒸汽沒有被有效利用。針對這一缺陷,瓦特提出了減少蒸汽消耗,提高熱機效率的兩項措施:一、為了使汽缸始終保持蒸汽所必須具有的溫度,必須在汽缸外加上絕熱外套或通以蒸汽或用其他方法對汽缸加熱;二、使作功後的蒸汽盡可能快地冷卻,液化成水並要使這一過程在汽缸外進行,為此必須設置一個獨立於汽缸的冷凝器,在機械傳動方麵也要改進。他決心自己製造一台新的蒸汽機,來改進舊機器的不足。