第8章 趣味发明(8)
假如没有电池的发明，麦克斯韦的电磁学理论就不可能建立，改变世界面貌的第二次技术革命也许还要推迟几十年或上百年。今天各式各样的电池，也是自动控制、电子技术、传感技术、航空航天、计时测试和家用电器不可缺少的能源。说到电池的发明，不能不提到1791年意大利博洛纳大学教授伽伐尼解剖青蛙时的重大发现，那就是不同金属接触蛙腿时会引起痉挛，这现象与蛙腿通过电流时的情况一样。意大利巴费尔大学物理教授伏打注意到了伽伐尼的发现，在重复伽伐尼的实验过程中，伏打发现不同金属在液体和湿布中会产生电流。1799年，伏打用铜片和锌片制成了能维持一定电流的“电堆”。1800年，伏打写信给英国皇家学会会长，宣布他制成了“伏打电池”。世界上第一个用浸在盐水里的铜片和锌片组成的电池，就正式问世了。
阿斯匹林
作为一种退热止痛药，它的发明也许称不上惊天动地，但发现阿斯匹林的悠久历史和它至今不衰并还在发展的有效功能，使阿斯匹林成为一种很典型的超时代产品。天然阿斯匹林的历史可以追溯到公元前5世纪至公元前4世纪，被称为“西方医药之父”的希波克拉底就曾介绍过咀嚼柳树皮可治疗分娩疼痛和产后发热，古罗马人用杨树皮的浸出液治疗坐骨神经痛，美洲印第安人用柳树皮泡制的茶来退烧，非洲霍屯督人用柳树皮饮料医治风湿病。这些民间土药的主要成分，就是天然阿斯匹林。1800年，人们开始从杨柳科植物的树皮中提取水杨酸盐类。1853年，德国化学家杰尔赫首次成功地合成纯水杨酸，确定了它的退热止痛有效作用，但毒性和副作用太大。1897年，德国化学家霍夫曼用纯水杨酸制成乙酰水杨酸，保持了有效功能而大大降低毒性和副作用，成为一直沿用至今的阿斯匹林的主要成分。1899年，德国拜尔公司大量生产阿斯匹林，并大做广告，于是退热止痛的阿斯匹林开始风行全球。
电灯
尽管目前各种新光源不断涌现，但白炽灯仍然是我们生产、工作和生活、娱乐的主要光源，而且在不久的将来，白炽电灯还将以它光亮柔和稳定、方便灵活价廉的特点而有一定的地位。1878年，英国的斯旺在新堡的化学学会展示了他发明的白炽电灯，而几乎同时，爱迪生在美国新泽西州孟洛花园的实验室中，点亮了他研制的白炽电灯。据说，爱迪生这位平均11天取得1项专利的伟大发明家，为研究白炽灯的灯丝材料，试用了包括妇女柔发、老人胡须和中国竹丝在内的1600多种不同材料，最后采用了碳化的棉线。第一只爱迪生的“棉线灯丝电灯”连续亮了40多个小时，宣告了真正具有实用意义的电灯的诞生。这是1879年10月21日的事。但目前使用的钨丝电灯，直至1908年才出现。应当指出的是，由于爱迪生反对交流电，所以他研制的电灯严格地讲是直流白炽灯，而我们现在使用的交流电源电灯，是稍后一些时间才问世的。
时钟
“一寸光阴一寸金”、“时间就是生命”，古今人们重视时间珍惜光阴。但若没有计时工具，如何衡量过去、现在？怎样区分前后快慢？更不用讲我们今天探月揽海、原子基因的研究和自动化、机器人、交通管理、激光通信的时间要求，要精确到百万分之一秒甚至万亿分之一秒。可以说，没有钟表，就没有现代世界。精确的计时使一个复杂的现代社会运行协调，而模糊的时间概念只能是低级原始社会的标志。钟表的时代意义就是精确程度。
古代的原始计时工具是铜壶滴漏、沙漏、日晷。11世纪我国北宋学者苏颂建造的“水运仪象台”，可称最早的机械时钟。由于需用水车供水作动力，故称“水钟”，每一刻钟用锣声、铃声和钟琴声报时。西方最早出现的机械时钟，可能要算13世纪英国一个铁匠为一座寺院“锻造”的一台机械钟，它粗大的齿轮、钟锤、柱轴和杠杆都是手工锻打而成的。而1309年安装在意大利米兰的圣欧斯托教堂的时钟，相比之下就要精密准确很多。但这些时钟都只能用声音报时而没有表面标度显示时间。
1583年，意大利科学家伽利略用脉搏测定教堂吊灯摆动的周期，发现无论摆幅多大，时间都相同，于是设想这个原理可以用做钟表的钟摆，通过实验他写成文章提出了着名的“钟摆原理”。而把钟摆原理运用在真正的时钟上，是荷兰的物理学家惠更斯，他在1658年制造成功了世界上第一台精确计时的摆钟。而更为轻巧方便的表，则是在后来人们发明了游丝摆轮代替单摆的事了。从挂表、怀表到手表、戒指表，机械钟表越来越精细轻巧，但更为精确的石英电子表从(1992年已开始占领钟表市场。日本的精工集团是全球最大的钟表制造厂商，每两秒钟就生产一块新表。1948年发明的铯原子钟，24小时的误差不到亿分之一秒。
计算机
数学是科学技术的基础，而数学离不开计算，计算就需要计算工具。结绳、垒石和刻痕，只能说是简单的记数，真正的计算工具，最早的是我国的算筹和算盘。算盘出现的年代已不易考查，但从《汉书》中出现“珠术”的名词推断，汉代以前我国就已有算盘，到明代则已有带横梁的上二珠下五珠的算盘，而且有了《盘珠算法》等专着。
虽然算盘这简单的计算工具可以进行复杂的计算，而且在一些运算上，速度、效率都很好，但真正现代意义的机械计算机，还应是法国数学家布莱斯·帕斯卡1642年发明的加法器。而英国数学家查尔斯·巴贝奇1822年设计的“差分机”和1833年设计的“分析机”，是历史上首次提出程序设计并含有运算器、存贮器、控制器和输入输出器等基本部件的通用数字计算机。很可惜，由于缺乏经费支持，这台数字计算机最终没有完成。1941年，德国工程师康纳德·朱斯制成了世界第一台应用二进制程序控制的通用自动机电计算机。1945年底，美国宾夕法尼亚大学在军方支持下，制成了世界第一台电子计算机“埃尼亚克”。这台有18000多个电子管、重达30多吨的电子计算机，运算速度是每秒5000次。实际上，电子计算机的功能已不仅是计算和高速运算，它的逻辑判断、高速运行、大容量的贮存以及图像转换、不同信号的输入输出和处理，早已超出数学计算的范畴，准确的称呼应该是“电脑”。但因为电脑确实是从机械计算机、机电计算机、电子计算机的道路发展而来，首先是为数字计算服务而设计的，因此称之为计算机也可说是不忘根本。如今随着运行速度的提高和功能的发展，已出现了每秒运算10多亿次的高速巨型电脑，速度更高、容量更大、性能更多的“光脑”也将问世。电子计算机、电脑正开辟着人类的一个新时代。有的国家已经规定，申报的新产品，必须报告产品中运用电脑的情况，否则不能批准，看来电脑时代已经到来。
电视
电视现在已成了很多城市人生活的一部分，世界杯足球赛期间，据说通过电视观看球赛的观众有几十亿，而在电脑、自动控制、安全防卫、遥感遥控和医疗卫生等方面的作用，就更为重要。
在19世纪后期，贝尔发明电话之后，很多人就有了想通过类似电话传送的技术来传送图像的考虑和设计。1884年巴普考发明的电动望远镜，对电视的研制又是一个激励，但一直到20世纪初，在无线电通信技术、电子技术和有关功能材料有了突破以后，电视的研制才飞速发展。1907年11月18日法国物理学家爱德华·贝兰首次实验有线图像传真成功。虽然只是固定图像的传输和接收，但称之为电视发展的第一步是完全合理的。嗣后各国科学家在电视的放送、传输、接收等方面都有了成功的进展。1929年，贝尔在伦敦公开播映歌星演唱，开创了世界上第一个电视节目。但因为画面和声音不能同步，因此观众在示波器的小屏幕上看到模糊不清的歌星张嘴好几分钟以后，才听到歌声，此时歌星又从屏幕上消失了。直至1930年7月，贝尔解决了声像同步的技术问题，英国广播公司才正式播映了世界上第一个电视剧《嘴里叼花的人》。目前彩色电视早已代替黑白电视，更先进的数字电视、立体电视、水下电视都已陆续问世，卫星电视更把电视信号投向世界每一个角落。电视已经跨越国界空间，也正在跨越时代。
核能
核能的发现和利用，是当代新技术革命的一个重要标志。核应用方兴未艾，核电站将在21世纪占领能源舞台，核时代正在到来。
1905年，爱因斯坦在“狭义相对论”中提出了着名的质能关系式E＝mc2，在理论上奠定了开发核能的基础。在以后的30多年中，居里夫妇、德国的哈恩和施特拉斯曼、奥地利的梅特纳等人，从放射性、慢中子效应、铀核裂变等一系列实验研究中，逐步揭开了核能的奥秘。
1942年，美国在英国和加拿大的合作下，开展了代号“曼哈顿工程”的大规模核能计划。奥本海默博士负责领导原子弹的设计和研制工作。核能的研究开发从此有组织有计划地全面开展起来。
1942年12月，在费米的领导下，在美国芝加哥大学建成了世界第一座核反应堆。12月2日，首次成功地实现了人工控制的核裂变链式反应，正式揭开了核能时代的序幕。1945年7月16日，第一颗原子弹试验爆炸成功。由于战争环境的保密需要，第一颗原子弹惊天动地的爆炸，很多年以后才为世人所知。而在同年8月6日和9日向日本广岛、长崎投下的铀弹和钚弹造成的影响，至今还没停息。1952年11月1日，美国进行了第一次氢弹试验；1953年苏联爆炸了第一颗有实用意义的氢弹。1954年1月美国第一艘攻击型核潜艇下水……美苏的核军备竞赛使我国不得不有所防备，1964年10月和1967年6月，我国先后成功地进行了原子弹和氢弹的试验。
世界第一座核电站是1954年6月在苏联奥布宁斯克建成的。以后，美国、英国、法国等国家纷纷建立核电站。虽然由于美国三里岛和苏联切尔诺贝里核电站事故，造成一些人对核能利用的恐惧心理，但核能这种高能量密度、高效率、低成本、低消耗、低污染的新能源正在逐步登上能源的主舞台。
高分子合成材料
包括塑料、合成橡胶和合成纤维在内的高分子合成材料，无疑是20世纪发明中的骄子。有人称新技术革命的旗帜是高分子合成材料做的，真是一语双关非常精辟。高分子合成材料以其优异的性能、丰富的原料和低廉的成本，正在动摇着物质材料世界中占统治地位的金属和其他非金属材料的地位，已经成功地成为当今生产、工作、生活、文化娱乐中不可缺少的基础材料。
1920年德国化学家施陶丁格的高分子长链理论和美籍比利时科学家纽兰德关于乙烯合成橡胶的研究，为高分子合成材料的发展打下了理论基础。由于第一次世界大战的军事需要，合成橡胶和石油化工产物的研制开发发展最快，并使石油化工成为高分子合成材料的开发基础，塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料几乎全部来自石油化工。
最早的合成塑料是美国化学家贝克兰德在1907年研制成功的酚醛树脂，这就是通常说的“电木”。最早的可代替天然橡胶的合成氯丁橡胶是1928年纽兰德和柯林斯研制的。世界上第一种全人工合成纤维是聚酰胺纤维，世称“尼龙”，这是美国杜邦公司利用化学家卡罗泽斯的研究成果，在1938年推出的。当时尼龙被人称做“女妖的头发”，如今尼龙家族仅杜邦公司的产品就有1800多种。纤细的尼龙纤维，10千米长仅17克重，当今上百万吨的尼龙产品，足可以为地球裹上几层漂亮的外衣。高分子合成材料已经开始登上“分子设计”的台阶。在分子水平上设计制造人们所需要的各种材料，已经不是幻想，肯定它将骄傲地跨入21世纪。
机器人
20世纪初，机器人还只能出现在科学幻想小说之中。60年代问世的机器人，其实还只是进行喷漆、焊接的“机械手”，从外形到性能都一点不像人。随着微电脑技术、精密机械和自动控制技术的发展，70年代末80年代初，机器人的发展可谓突飞猛进，各式各样性能各异的机器人纷纷问世。法国有能清理站台、打扫卫生、擦拭座椅的地铁站务员机器人；日本有灭火喷水的消防员机器人，还有右手61指左手72指能演奏吉他的“独奏者”机器人。德国罗纳布格市的拳击陪练机器人，不仅能承受、躲避拳击手的各种攻击，而且还能伺机用它的“机器手”进行反击。英国奥斯丁·劳维尔汽车厂的机器人检验员，装备有69个摄像机和激光探测器，可以在43秒钟内完成148个检查项目。还有铺设地下管道的“地下工作者”机器人，会哭会叫会“流血”的牙科、外科实习机器人，能翻译外语的机器人，可以搬运重物登楼的机器人，会喂鸡、养鱼的机器人以及会说会笑、外形像人、会走路、会点头的仿人机器人等等。由智能机器人率领的机器人大军将在21世纪大展雄风。
假如还要介绍，抗生素、农药、化肥、染料、洗衣粉、潜艇、飞机、空调器、收音机，乃至罐头食品、缝纫机、拉链、眼镜、抽水马桶、吸尘器……都有一番颇有意味的历史和开拓意义，凡能在今天发挥作用的任何东西，当初发明问世都有着超越时代的意义。我们回顾历史，主要还是为了今天能想到明天、后天，这样的产品才真正有时代气息，而科技对这些新产品——未来商品的决定意义，从这些例子中已非常清楚了。
空气的新家族
英国物理学家瑞利，在做测量氮气密度实验的时候发现，两种不同来源的氮气，它们的密度总是相差05%，但瑞利没能找出原因。1894年，瑞利公开请求别的科学家一同来解决这一难题。英国化学家拉姆赛请求瑞利同意自己继续进行这一实验。拉姆赛猜想，造成差别的原因，可能是空气中含有微量的比空气轻的另一种元素氦。他决定通过使空气液化再蒸发的方法，将空中的不同成分一一分离出来，从而查出其中的氦。
意外的发现
“液态空气来了！”“液态空气来了！”
在拉姆赛实验室中工作的年轻人奔走相告。他们放下手头的工作，都来看这从来没见过的东西——液态空气，更想看看拉姆赛怎样从液态空气中提取氦。
杜瓦瓶中的液态空气像清水一样，慢慢地冒着小气泡。瓶子一摇动，气泡就增多，发出咝咝的声音。
在找氦之前，拉姆赛用液态空气，向他的学生们做了好几个奇妙的实验。