科学故事(下)
穿越大洋的电波
无线电在我们生活中并不陌生,我们现在使用收音机收听节目,依靠的就是无线电传播;还有,我们用对讲机互相联系时,也离不开无线电。那么,无线电是怎样被发现的呢?
无线电的最初发现者是德国著名物理学家赫兹。有一天,赫兹正在一心一意做火花放电的实验,可是在电线圈发电的时候,距离正在放电的电线圈几米外的另一个开口的线圈也发出了火花。这个奇怪的现象使赫兹很好奇。他凭直觉认为,这种现象很可能是电磁波在空间传播造成的。经过两年的实验,赫兹证实了电磁波可以在空中传播。他虽然证实了电磁波的存在和可以在空中传播的事实,但却没有对此进行进一步的研究,而是武断地认为这个发现没有多大的用途。
不过,这一发现却震动了科学界。有一些科学家预言:电磁波的发现,不仅具有重大的理论意义,而且还将引发应用工程领域一场深刻的革命。
因此,当时许多科学家纷纷开始对电磁波进行研究。在这一研究队伍中,俄国年轻的科学家波波夫对电磁波的研究最为深入,对无线电的诞生作出了重要贡献。
1888年,29岁的波波夫通过报纸知道了赫兹发现电磁波的消息,非常兴奋。他以敏锐的直觉感觉到电磁波将有广阔的发展前景。从此以后,他就全身心投入到了电磁波的研究之中。
当时,法国的布兰利、美国的李奇等科学家也在进行电磁波的研究。1894年,波波夫在吸取同行经验的基础上,制成了一台无线电接收机。他制作的接收机与前人相比,有一处极大的不同,就是改进了接收机的核心部分—金属屑检波器。以前人们制作的接收机都是利用打字机来作为终端显示器,而波波夫经过多次实验后发现,利用电铃做终端显示要比利用打字机灵敏得多。于是,波波夫就大胆地对接收机进行了改装。
更重要的是,在这台接收机上,波波夫创造性地使用了天线。不过,这应该说是一个很偶然的发明。那是在一次实验时,波波夫发现,接收机检测电波的距离突然比平常增大了许多。他觉得十分奇怪,但一直没有找到原因。后来他发现,原来是一根导线搭在了金属屑检波器上。波波夫心中猜测可能是这根导线的原因,于是他就把导线拿开了,而这时电铃就不响了。当他把导线再放到原来的位置上时,电铃又响了起来。经过反复实验,波波夫证明:天线能够使电磁波信号传递的距离增大。就这样,无线电天线问世了!
不过,真正将无线电引入人类生活的,则是意大利人马可居。因此,人们常常将马可居称为“无线电之父”。可是,如果没有波波夫等科学家的开拓,现代无线电的发展无疑会更加缓慢。
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从物理学的角度来看,电磁波是电磁场的一种运动形态。电可以生成磁,磁也能带来电,变化的电场和磁场构成了一个不可分离的统一体,这就是电磁场。而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,所以电磁波也被称为电波。
体温表的诞生
对我们每个人来说,体温表并不陌生,几乎每个家庭都有它的身影。然而在300多年前,无法测量病人的体温却是让医生们大伤脑筋的一个问题。
为了解决这一问题,当时的医生们找到了伟大的物理学家伽利略,请他帮助发明一种能准确测量体温的仪器。正在威尼斯一所大学当老师的伽利略,对于医生们的这一要求,以勇于探索的科学态度承担下来,但一时也难以找到解决的办法。他苦苦地思索着、探求着……
有一天,伽利略给学生们上实验课,他提了一个问题:“当水的温度升高,特别是沸腾的时候,为什么水位会上升呢?”有个学生立即回答说:“因为水达到沸点的时候,体积增大,这时水位就会膨胀上升。水冷却的时候,体积缩小,水位就会降下来。”
听到学生的回答,伽利略突然眼前一亮,立即想到了测量体温的问题。他想:水的体积随着它的温度发生变化。那么反过来,从水的体积的变化,不是也可以测出温度的变化吗?
想到这个理论依据后,伽利略立即跑到实验室,根据水热胀冷缩的原理,开始了大量的实验。但不幸的是,一次次实验都以失败告终,伽利略又重新陷入了困境。他整天都在思索到底什么地方出了问题,如何对实验加以改进。
这一天,伽利略又在实验室里做实验。只见他用手握住试管的底部,试管内的空气渐渐变热,然后他把试管的上端倒过来插入水中,之后便松开握着试管的手。这时他发现,试管里的水被慢慢地吸上去了一段;而当他再次握住试管的时候,水又渐渐降下去一点。这个发现说明,水位的上升与下降可以反映出试管内温度的变化。
伽利略根据这次突破性的实验,经过多次改进,终于在1593年制出了一个体温表。这个体温表构造非常简单:用一根很细的试管装上一些水,把管内的空气排出后,再把试管封住。然后,在试管上刻上相应的刻度,以便从水上升的刻度上知道人的体温。这就是世界上第一个体温表。不过,这种体温表有个很大的缺点,到了寒冷的冬天,就会由于水结冰导致管内体积膨胀而被撑破。因此,这种体温表在应用上有很大的局限性。
为了改进体温表的性能和应用,后人根据伽利略的研究成果,不断进行各种研究工作。
1654年,伽利略的学生斐迪南发现酒精具有不怕寒冷的特性,于是他用酒精代替水,从而解决了体温表不能在冬天使用的问题,使最初的体温表得到了明显的改进。
1657年,意大利人阿克得米亚又有一个重要发现:水银是唯一一种在常温下呈液态的银白色金属,零下38.89摄氏度才会凝固,其物化性能大大优于酒精。于是他就用水银代替酒精,使体温表的制造技术又提高了一大步。
1867年,英国医生奥尔巴特改进了体温表的笨重形态,研制出更为精巧的体温表,使用起来更方便了。
就这样,经过几代人的努力,终于发明了现在我们经常看到的各种体温表。
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科学家通过不懈的努力和不断的试验改进,才使我们得以使用如此方便的体温表。体温表在我们生活中非常重要,如果没有它,医生们就不能正确测量病人的体温,也没办法对症下药了。
从眼镜片到望远镜
望远镜的发明在科学发展史上具有重大意义,它极大地扩展了人类的眼界。随着现代文明的发展,军事望远镜、天文望远镜等各种用途的望远镜已经广泛应用于各个领域:我们可以坐在偌大的体育场里清晰地观看赛事,可以在高山上浏览周围的美景,可以在闲暇时看夜晚的星空……
说起来,望远镜的发明和一个制作眼镜的人还有很大的关系呢。据说1607年荷兰某个小镇上有一家利珀希眼镜店。利珀希靠制作眼镜维持生活,日子虽不富裕但很幸福。有一天,风和日丽,利珀希的三个孩子拿着爸爸做的几只眼镜片在玩耍。其中一个孩子两只手各拿着一块眼镜片站在窗台上,只见他两只手一前一后地把镜片重叠起来,然后闭上一只眼睛,透过眼镜片朝远处望去。突然他惊叫起来,原来他看到远处的景色就好像在眼前一样,特别清晰。爸爸听到儿子的叫声赶忙放下手里的活儿跑了过来,他对儿子的发现很感兴趣。利珀希反复仔细地查看儿子手里的镜片,发现一只是老花镜片,一只是近视镜片,只要把两个镜片按照老花镜片在前,近视镜片在后的顺序调整好它们之间的距离,就可以看清不同距离的物体。后来利珀希经过一番研究,制成了一架有着30多厘米长的镜筒,里面装着一只老花镜片和一只近视镜片组成的望远镜。虽然构造非常简单,但它却是世界上第一架望远镜。
1609年,伽利略从朋友的信中了解到荷兰眼镜匠人制造望远镜的消息。当时,他正发愁没有合适的仪器观测天体运行的情况。这个消息刹那间引导他产生了一个奇妙的想法:为什么不自己做一个能观测天体运动的望远镜呢?回到帕多瓦后,伽利略就自己动手,用一片凸透镜和一片凹透镜组成了第一架天文望远镜。尽管这个天文望远镜最初只能放大3倍,后来经过逐步改进后可以放大30倍。这就是历史上有名的伽利略望远镜。
有了望远镜,伽利略就可以观测天体以及它们的运行了。通过望远镜,人类第一次看见了月亮的表面,看见了木星周围有四个小卫星围绕它旋转,看到了银河系许许多多的恒星。伽利略的创造开辟了科学发展的道路,成为近代实验科学的奠基人。
此后,望远镜又得到不断改进。1611年,开普勒创造了带两个凸透镜的天文望远镜。1640年,加士可因在望远镜里加上一个细细的十字线,极大地提高了观测的准确性。
当时,望远镜还存在一个很大的色差问题:要看得远,就要不断加大望远镜的口径。但是口径一大,看上去就会出现各种颜色。后来,有人发明了消色透镜,就是把多片不同材料的透镜重叠起来使用,这样可以消除色差问题。
在许多科学家的共同努力下,望远镜的问题逐渐被解决,望远镜的外观和功能也经过逐步改进,发展成现在我们所看到的各种用途的望远镜。
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从这个小故事我们可以看出,任何东西的发明都不是一朝一夕的,都要经过一代人甚至几代人的努力,才能达到完美。哪怕是一次偶然的发现,也可能成就一个不寻常的发明。
古老的飞行器
人类是什么时候第一次飞上天空的?那个时候又是乘坐什么工具呢?
人类能够上天飞行,是在热气球发明之后。这个最早把人类带上天空的飞行器,比美国莱特兄弟发明的第一架飞机要早100多年。
18世纪80年代,法国有个叫蒙戈菲尔的造纸小伙计,当他看到厨房冒出的炊烟袅袅上升的时候,一个灵感闪现在脑中。他找来一个丝质的球形状口袋,然后把口袋倒转,让口袋的口朝下,然后点燃稻草和木柴,袋子里充满受热的空气后,便开始渐渐离开地面,飘悠悠地升到了空中。这个简单的口袋便是欧洲最早出现的热空气“气球”。
试验成功后,蒙戈菲尔更坚定了研究热气球的决心。他想:要是把球做得大些,再经过一定的受热,那么浮力就会增大,这样就可以装更多的东西上天。于是他用3个月时间做了一个形状非常像鸭梨的大气球,长17米,直径最大的地方有12米,球体的表面蒙着轻质的纱布,上面还糊了一层防止漏气的纸。
这年九月中旬,蒙戈菲尔带着做好的气球,来到法国首都巴黎进行表演。这天阳光明媚,凡尔赛宫前面的广场上人山人海,都是来看热闹的。蒙戈菲尔在气球下面吊上了一只柳条编的笼子,然后把一只公鸡、一只鸭子和一只山羊放了进去。一切准备妥当之后,他点燃了气球下面的柴禾,在热空气逐渐充满气球之后,他便松开拉着气球的双手。这时,巨大的气球借着热空气的力量徐徐上升,渐渐飞到了500米高的空中。8分钟后,气球才在3公里以外的地方落下来。那三位动物乘客中,只有公鸡受了点轻伤,那是因为它第一次飞得那么高,兴奋得在气球上“唱歌”,把山羊吓坏了,就踢了它一脚。除此之外,一切安然无恙,飞行中没有出现任何问题。
这次表演获得成功,人们报以热烈的掌声表示祝贺。国王路易十六很高兴,就批准了蒙戈菲尔进行载人气球飞行。可是这件事关系到人身安全,一般人不愿意去冒这样的危险。于是人们想到找两个被判死刑的犯人来做试验,如果他们同意就可以免除死刑。可是这并没有让犯人感到高兴,他们听到这个旨意后,居然宁愿被处死也不愿坐气球上天。这件事很快被年轻的科学家罗依尔和阿兰德知道了,他们认为乘气球上天,成为人类中第一个上天的人,是一件非常光荣的事。因此,他们找到国王,表达了自己的想法,最终得到国王的同意。
1783年11月21日,是载人气球试飞的日子。听到消息的人们都赶到广场上来观看,到处都挤满了人,连房顶上都站满了。
年轻的罗依尔和阿兰德一点都没有感到害怕,他们期待着升上天空的那一刻。一切准备就绪之后,只见他们从容不迫地登上气球,细心地解开缆绳,便被气球带着飘然上升了。一直到了300多米高的空中,风推着热气球经过很多地方,他们也一路观赏着下面的风景,渐渐地气球里的热空气开始冷却,直到平安落地。
载人试验取得成功,两位年轻的科学家成为世界上最早上天的人,而他们那种勇敢的精神也受到了世人的敬仰。
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任何一项发明,都离不开人们的研究和探索,也离不开勇敢的人为了理想而献身。只有勇敢地面对挑战,才有成功的机会。
听诊器的发明
病人去医院看病的时候,有时医生会拿出一个像怀表一样的东西放到病人胸部等部位,另一端像耳机似的放到耳朵里,用它来听病人的心脏或者肺部是否有异常,这个东西就是听诊器。它和体温计一样是医生诊病必不可少的医学仪器。
在听诊器发明之前,医生几乎都是把头贴在病人的胸前听声音,这样做不仅非常不方便,而且常常会造成一种尴尬的局面。
有一天,法国年轻的大夫勒内·雷奈克在出诊回家的路上,看到两个小孩子正在玩跷跷板。只见其中一个孩子把耳朵贴近木板的一端,另一个拿着钉子的孩子在木板另一端问:“准备好了吗?”一切准备好后,他就用钉子刮木板这端,然后问:“你听到我刮了几下?”原来拿钉子的孩子每刮一下,木板另一端的孩子就能清晰地听到刮木板的声音。这时只要答对了,他们就继续玩;答错了,两个人就互换角色,由最初听声音的人来刮,两个孩子玩得很开心。
勒内·雷奈克看到这一情景后,突然领悟到:原来声音是可以通过木板传播的。他把眼前的这一幕牢牢记在心里,但并没有想到去做些什么。
1816年夏季的一天,勒内·雷奈克出诊去给一位异常肥胖的姑娘看病。他知道,如果按当时医生们的惯例,必须把耳朵贴近姑娘的胸部,否则就不会清楚地听到姑娘的心跳和肺部活动。但是,雷奈克非常羞怯,不好意思用这种方法去听这位姑娘的心脏和肺部。他感到非常为难,不知道到底该如何解决这件事情。去听吧,实在是难为情;可是不听,又不能为姑娘准确地诊断。这可怎么办呢?雷奈克在房间里不停地走来走去,努力想着解决的办法。
突然,他眼前一亮,原来他想起以前看到孩子们玩的游戏。他心想:既然声音能通过木板传播,那么换了其他的物质,也应该可以传播。想到这里,他立即拿了一叠纸,把纸卷得紧紧的,然后把纸卷的一端放在姑娘的胸部,另一端靠在自己的耳朵上。效果出奇的好,雷奈克不仅听到了姑娘的心跳,而且他感觉自己听到的声音比过去把耳朵直接贴在病人胸部上还要清晰得多。
这个发现令雷奈克又惊又喜,年轻的姑娘也为他这种避免尴尬的做法感到非常高兴。就这样,世界上第一个“听诊器”诞生了。
后来,雷奈克想到仅仅一个纸卷实在太不方便了,应该改进这个仪器。经过仔细研究,他亲自动手,终于做出了一个真正意义上的听诊器。这个听诊器用木材做成,他先做了一根木管,把管子从头到尾穿一个小孔,并将一端挖空,把挖空的一端放在病人的胸部,而另一端的小孔贴在他自己的耳朵上,这时心脏的跳动就听得格外清楚了。
以后,人们对听诊器不断加以改进,听诊器也逐渐成了今天医生脖子上经常挂着的那种样子。
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世界上许多发明都是在偶然情况下产生的,比如望远镜、电池等等。所以说,生活中一件不起眼的小事,也有它的价值,只要你认真观察和思考,一定会从中获得启发的。
铅笔的发明
小时候我们写字经常出现错误,所以老师和家长都会让我们使用铅笔,这样写错了可以用橡皮很容易地擦掉。现在很多考试采用涂卡机读的方式,同样要用到铅笔。当我们拿起铅笔的时候,是否想过它的发明历程呢?
16世纪中期,英国的一个小镇在经历了一场暴风雨之后,很多大树都被暴风雨吹倒了。暴风雨过后,一个牧羊人赶着自己的羊群回家时,在一棵倒伏的大树根部发现了一种黑色矿石。这种矿石就是我们今天所说的石墨。牧羊人拿起一块黑色矿石在自己的羊身上划了一下,结果意外地发现这些矿石是软的,而且很容易就在羊身上留下了印记。他想到自己的羊群在外面经常会和其他的羊群混在一起难以辨认,如果用这种矿石在自己的羊身上做标记,那么以后羊群再混到一起的时候,就很容易辨认出哪些是自己的羊了。想到这里,牧羊人就拿了几块黑色矿石带回家,回家后,他给自己所有的羊都做上了黑色的标记。
后来,这种黑色矿石的特性和作用被一些精明的商人知道了,这些商人就把这种矿石运到伦敦,并把矿石切割成细条在伦敦市场上出售。但是谁也不知道这种矿石就是石墨,所以当时的人们根据矿石的作用给它取名为“打印石”。这种“打印石”就是最原始的铅笔。但由于石墨矿石比较软,所以使用的时候很容易碎。
后来,德国一位叫法贝尔的化学家对石墨进行了进一步的研究。利用石墨比较软、容易碎的特点,法贝尔把石墨研成粉末,然后在清水中把石墨矿石中的杂质淘洗掉,获得了一种比较纯净的石墨粉。经过多次试验后,法贝尔发现,在石墨中加入硫黄、锑和树脂之后,再经过加热凝固,就可以制成硬度适合书写的物质。法贝尔给这种新的化合物取名叫“铅笔”。后来一些商人在出售铅笔的时候,为了美观和不弄脏手,就在铅笔外面包上了不同颜色的纸。就这样,铅笔在世界范围内流行起来了。
1789年法国大革命爆发后,英国和德国禁止本国商人向法国出售铅笔。于是,法国政府只好让本国的化学家研制铅笔。但是法国石墨的质量和产量都不如英国和德国,即使采集到了石墨,也很难制作出好用的铅笔。
为了能够用自己国内的石墨矿石研制出铅笔,法国的化学家们绞尽脑汁寻找办法。后来一位叫孔特的化学家发现,在石墨中掺入适量的粘土能够取得很好的效果。不仅如此,孔特还发现,在石墨中加入的粘土数量不同,所制作出来的铅笔的硬度也不同。经过反复研究以后,孔特终于研制出了适合不同人需要的,软硬度不同的铅笔。
后来,美国的一名木匠又把孔特和法贝尔发明的铅笔装在了一个有着凹槽的小木棍中,使得铅笔不仅美观,还很耐用,这就是我们现在所用的铅笔。
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1915年,日本的早川德次又研制出了一种可以反复推出笔芯的铅笔,也就是我们今天使用最广泛的自动铅笔的原型。自动铅笔的研制成功,为人们节省了大量的木材。
飞艇的发明与发展
1784年,法国的罗伯特兄弟制造了一艘人力飞艇。根据飞艇在空中飞行和鱼在水中游动大体相似的原理,他们把飞艇设计成鱼形,并在艇上装上了用绸子绷在直径二米的框子上制成的桨。
7月6日,罗伯特兄弟给气囊充满氢气之后,飞艇便借助这股气体的力量逐渐上升了。随着高度的增加,空中的大气压渐渐降低,使得气囊内的氢气产生膨胀,气囊胀得越来越大,好像要破开的样子。兄弟二人被这种没有预料到的情况吓坏了,赶紧拿出随身携带的小刀在气囊上划了一个小缝隙,这样飞艇才得以安全降落。
这次试验让他们认识到,气囊上应该留一个放气阀门,以减小气囊到达高空后的体积膨胀。兄弟俩用两个月的时间进行改进,改装好飞艇之后又做了第二次飞行试验。这次试验他们选择了七个人划桨的方式作为飞艇飞行的动力,经过七个小时的艰苦飞行,才飞了几公里远。
近百年之后,法国一个叫特·罗姆的人制造出一艘长达三十六米、可承载八人的螺旋桨飞艇。它的工作原理是靠几个人轮流转动螺旋桨产生一种牵引的动力来使飞艇前进,其速度比划桨飞艇提高了很多,达到每小时十公里左右。
此后,另一个叫卡奴·米亚的法国人设计出一种脚踏式螺旋桨飞艇,这是根据自行车的工作原理制作的。这种飞艇是单人的,可以在无风的情况下进行短时间飞行,其速度比前两种都有提高,达到每小时十六公里。
虽然飞艇经历了几种动力的改进,效果越来越好,可是飞行中仍然有一个难题没有解决:只要飞艇一升高,就总是需要通过阀门放气,以防止气囊膨胀爆裂,可是里面的气放掉之后,飞艇就再也无法升高了。
针对这个问题,法国的查理教授和罗伯特兄弟合作研究,制成了一种装有空气房的气球。它的形状像纺锤,外面是一个大的丝质胶囊,里面是一个带有气体阀门的小气囊,外囊充氢气,使气球产生浮力升到空中,内囊用来充空气,这个小气囊就叫“空气房”。这个设计有效地解决了飞艇升空的一大难题,是飞艇发展史上的重大突破。此后,“空气房”很快便在所有飞艇上使用,并一直沿用至今。
以前飞艇的动力都是靠人工作用产生,工业革命之后,飞艇的动力逐渐被机器取代。
19世纪80年代,法国军官路纳德和克里布制造的“法兰西”号飞艇经过解缆试飞后获得成功。这艘飞艇采用丢下缆绳由地面拉降固定的操纵方式,试飞二十五分钟,速度最高达到每小时二十四公里。这成为人类历史上第一艘能够操纵的飞艇。
飞艇在发展和完善过程中,经历了动力等各种问题,但在研究者的努力下,最终发展成为今天具有极高科技含量的现代飞艇。
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从飞艇的发明和发展我们可以看到,一项创造发明需要一代又一代的科学工作者不懈的努力和研究,才能完善和发展起来。
谁发明了空调
随着全球气温逐渐升高,空调成为人们日常生活中不可或缺的消暑降温工具。炎热的夏天,打开空调,一缕清凉的风扑面而来,带给我们凉爽的感觉,而冬天的寒冷在有了空调之后也变得不那么可怕了。如今,我们已经很难想象没有空调的日子该如何度过。那么是谁发明了空调,给我们带来如此大的便利呢?
生活中很多偶然会让有着创新意识的人产生灵感,从而获得成功。众多发明者也从气候条件中获得灵感。富兰克林发现电力是可以利用的,主要来源于他看到雷雨中的风筝撞到金属物的反应;弗兰克发明冰棒来源于他看到苏打水在经过寒冷的夜晚之后的变化;而威利斯·凯利则是从浓雾中获得灵感,使他的空调系统成为完美之作。
1902年凯利设计出第一个空调系统,由于除湿问题没有解决好,他一直对这个最初的空调系统不满意。这年秋天,气温只有华氏30度,凯利在匹兹堡车站等候火车,车站被浓雾笼罩着。刹那间,他来了灵感:空调系统为什么不可以用雾的形成原理来制造呢?
现在需要解决的问题就是空气饱和情况下的温度问题,而如果能够控制温度,便可以很容易地得到需要的各种湿度。这一切又完全可以利用喷嘴使水雾化,从而控制水温,以此达到控制空气的饱和温度的目的。有了这种理论做基础,凯利博士开始了新的实验,终于在1906年获得了“空气处理装置”的专利权。就这样世界上第一台喷雾式空气处理器诞生了,尽管其功能仅仅是使空气变得湿润或干燥。
1911年,凯利博士的“温湿度基本原理”得到美国机械工程师协会的认可,并成为空调行业最基本的理论。
空调发明后的20年间,凯利的空调逐渐被用来调节生产过程中的温度与湿度,并进入诸多行业,如化工业、制药业、食品及军火业。但空调享受的对象一直都是机器。
1922年凯利工程公司研制成功离心式空调机(简称离心机),离心机具有有效地为大空间调节空气的特点,成为空调史上具有里程碑意义的产品。从此,人成为空调服务的对象。
但空调的普及过程并不顺利。最初的普及是通过影剧院实现的。20世纪20年代的娱乐业一到夏天就呈现出萧条景象,没人乐意花钱买热受罪。1925年的一天,凯利与纽约里瓦利大剧院联手打出了保证顾客“情感与感官双重享受”的口号,人们带着好奇的心态涌到剧院,但与此同时几乎每人都带着纸扇以防万一。然而,跨入剧院大门的观众被刹那扑面而来的清凉彻底征服了。
1928年凯利公司推出了第一代家用空调。但由于经济大萧条和第二次世界大战的影响,家用空调的普及过程中断。直到50年代后经济起飞,家用空调才逐渐进入发达国家的家庭。
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随着全球气温日益升高,我们每个人都意识到空调的重要性,同时感叹空调的发明者是多么伟大。但同时空调也会带来一些负面影响,比如长时间生活在这种人为的室温中很容易感染上一些疾病。
冰激凌的发明
说起冰激凌,大家就会想到各种甜美的味道以及漂亮可爱的包装。冰激凌美味可口、消暑解渴、味道多样,不管大人小孩,都很喜欢吃。那么,你知道冰激凌是怎么发明的吗?
根据史料记载,最早的冷饮起源于我们中国,随着历史的发展,冷饮的食用方法也在变化。
早在唐朝之前,古代的王公贵族就下令奴隶在冬天收集冰块,储存在地窖里,等到夏天的时候,再取出来享用,这样就可以比较舒服地度过炎热的夏天了。唐朝末年,人们在生产火药的时候发现了一种既溶于水又可以吸收大量热量的硝石,于是人们便利用硝石能够使水降温而且结冰的特点,在夏天制作冰块。随着制作冰块的方法日趋简单,普通人家便开始做卖冰的生意,他们在冰里加入糖,有着甜味的冰受到欢迎,吸引了很多顾客。到了宋代,生意人又在冰里加入水果或者果汁,元朝时甚至加入了果浆和牛奶,使得冰有了更多的味道,那时的冷饮已经和现代的冰激凌很相似了。
那么,其他国家冰激凌的历史是怎样的呢?
意大利制作冰激凌的方法是由曾经在中国居住多年的旅行家马可·波罗在13世纪时带回去的。后来,一个叫夏尔信的人做出一种加入桔子汁、柠檬汁的冷食,也就是所谓的“夏尔信”饮料。由于意大利人向来喜欢把不相干的食品搅拌在一起吃,后来他们又发明了加有水果、核桃和饼干等东西的彩色冰砖。
16世纪中期,法国国王亨利二世结婚,特意从意大利请来了会做冰激凌的厨师。这位厨师不负众望,做出了独具特色的奶油冰激凌,使法国人大开眼界。后来,意大利人把制作冰激凌的方法传到了法国。法国人掌握了这种方法后,冰激凌便在法国普及开来。1560年,法国卡特琳皇后要求更换平日饮食的口味,于是她的私人厨师经过琢磨之后,决定把奶油、牛奶和香料都放进冰里,在表面刻上花纹,结果做出来的半固体状的冰激凌不仅美味可口,而且色泽鲜艳,皇后非常满意。
此后,奥地利人发明了巧克力冰激凌,英国移民又把生产冰激凌的配方带到了美国。
俄罗斯人的冷饮也有久远的历史。早在基辅罗斯时代,他们就开始吃刨得很细的冻奶了。但是真正的冰激凌制作工艺,却是从法国传入的。掌握冰激凌制作方法之后,冰激凌很快成为贵族餐桌上的美味佳品,当时很多菜谱都记载着这种美食的制作方法。
随着冰箱的发明以及采冰和藏冰方法的掌握,冰激凌的制作变得越来越容易,冰激凌也得到了更广泛的推广。在美国圣路易斯曾经举办的冰激凌国际博览会上,展出了第一台生产杯子的自动机,被有心人发现后,用它做出了杯装冰激凌。
后来,冰激凌机的发明使得冰激凌的制作不仅简单,而且花样繁多,口味多样,深受人们的欢迎。
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从冰淇淋的发明我们可以看出,一个新事物的发明和发展,要经过很多人的努力才会得到普及。我们在享受冰淇淋的美味时,也应该想想那些发明冰淇淋的人。
血淋淋的无理数
毕达哥拉斯认为数学不仅仅是单纯的数字,还有着非常神秘的魔力,能够很好地解释整个世界。经过长时间的思考之后,他提出了“凡物皆数”的理论,认为数的元素就是万物的元素,世界是由数组成的,世界上的一切没有不能用数来表示的,数本身就是世界的秩序。为了扩大这种思想的影响力,他组建了一个青年兄弟会。由于数学本身的神秘再加上毕达哥拉斯个人的威望,一时之间,入会者蜂拥而至,从而形成了一个强大的毕达哥拉斯学派。
毕达哥拉斯死后,学派的成员们经常召开学术会议,以便交流和探讨彼此之间在数学上的心得体会。有一次,他们开完会之后,就一同坐着游船在海上散心。
这时候,一个面孔黝黑、满脸虬髯的学者看着海面兴奋地说:“毕达哥拉斯说得太对了,你们看这海浪一层一层的,波峰和波谷,不是正好象征着奇数和偶数吗?”
“是啊!”另一个人接着他的话说道,“一切事物都是可以用数字来表示的。如果我们用杯子量大海,量出来的数字肯定是一个整数!”
“是啊,确实如此!”第一个学者赞同地说。
“那可未必。”一个沉静的声音在他们身后响了起来,两人一看,原来是年轻的数学家希帕索斯,只听他继续问道,“如果你量到最后,不是整数呢?”
“那就一定是个小数。”
“要是这个小数既除不尽,又不能循环呢?”希帕索斯追问道。
“怎么可能?世界上怎么会有这样的数字?要知道,伟大的毕达哥拉斯说过,世界上的一切东西,都可以用数直接准确地加以表达。”前两个人一听就急了,异口同声地大喊道。
“恐怕不是这样吧?还是让我们以毕达哥拉斯研究最多的直角三角形来说吧,假如是等腰直角三角形,直角边是3,请问它的斜边是几呢?我想,你恐怕无法用一个直角边准确地量出来吧?”
这时候,其他人也都围了过来。他们帮着计算了大半天,可始终不能给出一个确切的数字,不由得又气又急。
希帕索斯不慌不忙地说道:“大家不用再算了,我对这个问题已经演算了无数次,结论就是:任何等腰直角三角形的一边与斜边都不通约,都不能用一个精确的数字表示。”
对于那些迷信毕达哥拉斯的人来说,这句话就像一声晴天霹雳。于是,这些人顾不得再倾听希帕索斯的解释,纷纷怒骂起来,说希帕索斯违背了毕达哥拉斯的遗言,是个不肖门徒。
希帕索斯还想解释,可那些人已经彻底失去了理智,高呼着要处死希帕索斯。希帕索斯抗议的话还没有来得及说上几句,就被人一把抱起,恶狠狠地扔进了大海中!
然而,他们可以杀死希帕索斯的躯体,但却不能毁灭他的思想。正如希帕索斯所说,在数字王国里,除了0、自然数等有理数之外,还有一些无限且不循环的数,即所谓的“无理数”。这个名字不但反映了数学王国的真实面貌,同时也记录下了数学史上这血淋淋的一幕!
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毕达哥拉斯是古希腊著名的数学家,在世界数学史上具有非常突出的地位。他证明了许多数学定理,并且发现了我们现在常用的奇数、偶数、三角函数等。不过,他最伟大的成就要算是发现了著名的毕达哥拉斯定理(即勾股定理)。
照相机的发明
我们每个人几乎都有一本属于自己的相册,那里装满了生活中的点点滴滴,给我们留下了很多欢乐和幸福的时刻。这一切的功劳都应该属于照相机。然而你知道给我们留下美好瞬间的照相机是怎样发明的吗?
古代的人为了把事物的形象记录下来,只能采取绘画的方式。这种方式有很多限制因素,即使画师的技术再高明,都不可能把事物的原样丝毫不差地表现出来。照相则不同,它是一种可以按照事物的本来面目将其原原本本地完整记录下来的技术。
人们经过摸索和研究,利用光学原理发明了最原始的照相方法,称为“针孔照相”,通过针孔使物体的影像映照在墙壁上。著名画家达·芬奇曾经用这种方法把风景映照在墙上。但是,由于针孔照相只是一种投影,最后达·芬奇只能用铅笔描绘投影才得以记录。
19世纪初,一个叫维丘德的英国人发现,把有感光作用的硝酸银涂到纸片上之后,可以制作成印象片。
20年代,法国人尼布斯发现,把沥青粉末撒在锡板或者玻璃板上,然后再敷上一层油或蜡,便可以成为半透明体。而且经过阳光长时间暴晒后,可以看到实物的白色影子,以此制成不会消失的照片,但是每张照片需要晒上6~8个小时才行。这么复杂的过程,显然很不实用。
照相技术到1839年有了新的突破。法国学者达盖尔在对照相技术进行研究时,无意中发现拍摄放在涂有碘的金属板上的实物,就可以摄取到薄薄的影子。这一现象让他感到很吃惊,但同时也增加了他的信心。
有一天,达盖尔到储藏室的药品箱中找药品,却发现以前曾经曝光的底片上有了清晰的影像。这一发现促使他想到:如果对这种影像结果有效的药品被取出,那么再放进曝光的底片恐怕就不会那么清晰了。他每天晚上在药箱中放一张曝过光的底片,到第二天早上,便将它取出来,同时再取出一种药品。
可是当箱子里的药品全部取完后,底片仍然能够显像清晰。这意外的结果使得达盖尔对自己之前的想法感到疑惑。为了彻底查清原因,达盖尔把箱子翻来覆去进行反复检查,最后只发现箱子里有一些小水银珠。看来,这种变化肯定是水银影响的。仔细分析之后,他得出了一个推论:药箱中的较高温度使得水银蒸发,从而使曝光的底片有了良好的显像效果。
为了证实自己的判断,达盖尔把曝光的底片在暗室里用水银蒸汽试验,结果出现了那种给他意外惊喜的效果。就这样,照相中显影的关键技术问题解决了。此后,他经过研究又发明了定影技术,最终彻底解决了照相中的各种问题。这些成果进一步推动了照相技术的发展,从而使我们能够看到五彩缤纷的照片。
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达盖尔的发明和现在的照相机在原理上基本是相同的。所以,照相机的发明应当归功于达盖尔。如果没有照相机,我们生活中的幸福时刻、旅游中的美丽景色就只能在脑海中闪现了。
机器人的诞生
对大多数人来说,机器人似乎是一个很遥远、很神秘的东西。其实,机器人并非只存在于太空探测、高科技实验室、科幻小说或电影里,现实生活中,机器人无处不在,并在我们的生活中起着重要的作用。
世界上第一台机器人是由美国的英格伯格和德沃尔于1959年制造出的,到今天为止还不到50年。
当时,英格伯格正在上大学,在大学里,英格伯格学习伺服理论,也就是研究运动机构怎样跟踪控制信号的理论。他的合作者德沃尔曾于1946年发明了一种系统,可以“重演”所记录的机器的运动。到了1954年,德沃尔又发明了可编程机械手臂,并申请了专利。这种机械手臂不用人的控制,根据已输入的程序就能够完成既定的工作,具有很好的通用性和灵活性。
在这种情况下,两个人走到了一起。他们认为汽车工业最适于用机器人干活,因为主要的工作基本上都需要用重型机器来完成,同时生产的过程也比较程式化。1959年,他们经过反复探索和试验,终于联手制造出了世界上第一台工业机器人。
从外形上看,这种机器人很笨拙,有点像坦克的炮塔,在机器人的基座上装有一个大的机械臂,这个机械臂可以围绕一个转轴在基座上来回转动,像人的手臂上下挥舞一样。一个小的机械臂装在大臂上面,可以伸出或缩回。在小臂的顶部还有一个腕子,可以环绕小臂转动,进行俯仰和侧摇,很是灵活。腕子前端是手,也就是人们所说的操作器。
后来,英格伯格和德沃尔成立了一家名叫“尤尼梅逊”的公司,创办了世界上第一家机器人制造工厂。不久,第一批工业机器人出厂,被称为“尤尼梅逊”,他们因此也被称为“机器人之父”。
几十年来,随着科技人员的不断努力,机器人也越来越灵活。有人对机器人的研究作了一下总结,发现几十年来机器人经历了三个阶段。第一代为示教再现型的简单个体机器人;第二代是初步具备了感觉能力的群体劳动机器人;第三代为类似人类的智能机器人,它不仅具有感觉能力,而且还具有独立判断和行动的能力。据说这种机器人在未来将像人类一样具有知觉、思维,还能与人对话。
在我们这个时代,第三代机器人,也就是智能机器人是科学家研究的重点。这种机器人不仅具有感觉能力,而且还具有独立判断和行动的能力,并具有记忆、推理和决策的能力,因而能够完成更加复杂的动作。通过程序控制,它们甚至将有可能用自然语言与人展开对话。发生故障的时候,智能机器人可以通过自我诊断装置,诊断出发生故障的部位,从而进行自我修复。
今天,智能机器人的应用范围大大扩展了,除工农业生产外,机器人还在各行各业得到广泛的应用。
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你是否注意过车库的自动门或红绿灯?你是否注意过街头的取款机、学校的复印机、自动售票机……你家里是不是安装了烟雾检测器?对,这就是机器人!机器人就在我们身边!
动画片的发明
说起动画片,小朋友们一定如数家珍:《米老鼠和唐老鸭》、《猫和老鼠》、《机器猫》、《加菲猫》等等。小朋友们对动画片情有独钟,而且说起来头头是道。但是提到动画片的制作、发明以及发展,你可能就不那么清楚了。
其实动画的发展历史很长。早在远古时期,人类就想表达物体的动作过程,由于生产力水平不高,只能做一些简单图像的记录。考古学家在25000年前的洞穴中发现了野牛奔跑的图画,这是人类用笔(或石块)来记录动作的最初尝试。埃及墓画、希腊古瓶上的连续动作分解图画,都是这一类型的例子。
中国绘画发展过程中,人们总是追求让所画的事物栩栩如生,极力表现活生生的效果。可这只是一种想象,却没有真正达到动的境界。
根据史料研究发现,真正让图画动起来,是从西方发展起来的。早在16世纪,西方就出现了手翻书的雏形,这和动画的概念有着相通之处。
动画真正起源于17世纪阿塔纳斯珂雪发明的“魔术幻灯”:在铁箱里面,放着一盏有着昏黄灯光的灯,在箱子里面开的小洞上盖上一片透镜。然后就可以拿着有图案的玻璃放到透镜后面,这样一来,灯光透过玻璃和透镜,就会使图案投射到墙上。
后来,人们把很多带着图案的玻璃片放到一个能够旋转的东西上,这样就可以使投射到墙上的图案产生运动的效果。
18世纪末,魔术幻灯风靡法国,采用各种戏法吸引观众。有些放映人员借助灯光效果使影子产生重合,再加上一些其他的道具,然后调整使用的透镜,结果制造出了阴森恐怖的特殊场景。
到了19世纪,魔术幻灯在欧美各地都受到欢迎。当时的音乐厅、杂耍戏院、综艺场中,魔术幻灯表演成为大家爱看的节目。商家为了吸引顾客,决定加强其娱乐性,于是出现了“活动画景”、透视画、印象强烈的巨画等,这种方式和中国的皮影戏非常相似。
当然,这只是动画片的雏形。说到真正的动画片,就不能不提到美国的迪斯尼公司。沃尔特·迪斯尼以及他所创造的各种卡通角色,包括米老鼠、唐老鸭,深受世界各地小朋友的喜爱,已经成为家喻户晓的明星。
从1920年以来,迪斯尼就致力于发展大众化的卡通动画。当时,迪斯尼影片成为其他片厂衡量卡通影片出品的标准,但其他片厂始终没有做出迪斯尼片厂诸如米老鼠、唐老鸭等等被人们津津乐道的卡通形象。
现在,动画成为一项专门的职业,并且随着社会的进步和科技的发展,变得越来越有活力,越来越时尚。
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动画家们用自己的智慧和画笔,创作出一部部精彩、好看又有趣的作品,使小朋友们在娱乐的同时,也学到了很多做人的道理。
打字机的发明
1867年,在美国纽约的一个庆祝酒会上,一位金发女郎泪光闪闪地对亲友说:“今天,我不知道怎样来表达我兴奋的心情,因为我不仅拥有了一部打字机,更让我感到高兴的是,我又重新拥有了我的丈夫。”
她的丈夫名叫绍尔斯,是世界上第一台打字机的研制者。绍尔斯原来是美国一家烟厂的工作人员,可以说跟打字机一点关系也扯不上。但是为了减轻妻子的工作,促使他成了第一个研制出打字机的人。
绍尔斯的妻子非常贤惠,在一家公司当秘书。因为工作繁忙,妻子不得不经常将做不完的工作带回家,连夜赶写材料。看到妻子劳累的样子,绍尔斯非常心疼,总是帮助她抄写,有时写到深夜,两人往往都写得腰酸背疼。于是,他决定发明一种机器,来代替人工抄写。
可是,他在这方面知识非常欠缺,根本不知道应该从什么地方着手。因此,他开始留意这方面的人。最初,绍尔斯听说有一位老技工叫白吉纳,曾经研究过写字机器,于是就找到了他。白吉纳老人看到绍尔斯的认真态度和对妻子的关爱,非常感动,就将自己研究了多年也没有成功的写字机模型送给了绍尔斯,并告诉绍尔斯研究写字机是异常困难的事情,一定要有心理准备。绍尔斯点了点头,高兴地把这些机件搬回了家,开始了艰苦的研究工作。
像所有的发明一样,打字机的问世也并不是一帆风顺的。最初的时候,光是研究打字机的字键与字印的距离问题,就让绍尔斯伤透了脑筋。按照绍尔斯最初的设想,字印应该设计在字键的下方,这样只要用手一按,就能够把字打出来。
想法似乎很好。可是,他后来却发现这一构想有着难以克服的缺陷:因为如果字键在上、字印在下的话,那么设计结构的字臂就不能太长,否则既复杂又不实用。可是如果字臂太短,打字的时候又不能运用自如。面对这种两难的处境,绍尔斯觉得自己陷入了一种进退维谷的境地。
为了研制打字机,绍尔斯每天一下班就在那台机器前琢磨,再也顾不上帮妻子抄写资料了。而妻子也不得不每天都工作到深夜。这一天深夜,依然想不出好办法的绍尔斯愁眉不展地走到院子里去透气,等他重新回到屋子里时,无意中看见了妻子伏案写作的身影。看到妻子弯腰写字的姿态,绍尔斯突然来了灵感,可以按照妻子现在的样子来设计打字机啊。假设妻子的头是字键的话,那么妻子的手臂就是字臂。这样一来既解决了距离问题,又解决了灵活性问题,真是一个理想的结构啊。
想到这里,绍尔斯顾不得当时是在深夜,就情不自禁地跳到妻子面前,兴奋地对妻子高喊着:“我成功了,我想到办法了。”
听到这一声大喊,正在聚精会神抄写东西的妻子吓了一大跳,以为丈夫为搞发明神经错乱了。当绍尔斯将自己的想法说出后,她也深为赞同,和丈夫紧紧地拥抱在了一起。
就这样,绍尔斯改进了打字机的构造,制出了打字机的雏形。后来,他又经过四年的努力,终于在1867年冬天发明了世界上第一台打字机。
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绍尔斯发明打字机的故事告诉我们,任何发明创造都不是一件轻松的事情,只有持之以恒的人,才可能取得最终的成功!
留声机的发明
在很多电影中,我们经常会看到一个样子怪怪的东西:它有着方方正正的下身,长着一个大大的像喇叭一样的上身。样子虽然古怪,却能放出美妙的声音。这个怪东西,就是我们所熟悉的录音机的前身—留声机。
留声机是发明之王爱迪生在一个偶然机会下发明的。爱迪生从小就富于幻想,什么事都想问问,什么事都想干干。据说在五岁那年,他曾经异想天开地蹲在鸡窝里学母鸡孵小鸡。由于家庭贫困,他开始在火车站卖报。由于见义勇为救下了站长的孩子,站长为表示感谢,决定教爱迪生收发电报技术。从此以后,爱迪生一边卖报一边努力学习,不久就掌握了收发电报技术。
爱迪生在工作余暇刻苦读书,如痴如醉地进行各种科学实验。他长期致力于电力通讯问题的研究,特别是自动发报、收报的电报机。他曾经设想在一个纸制圆板上用切口的方式把电文刻上,旋转纸制圆板,使一个小杠杆上下活动。如果这个小杠杆和电开关连动,就能自动把电报发送出去。
在实验过程中,他发现当纸板快速旋转时,小杠杆就发出奇怪的声音。经过反复思考,爱迪生认为这是圆形纸板上刻的切口使小杠杆振动而发出的声音。
这一发现给了他新的启发:如果纸板上的小切口按人的声音的振动刻上去,会不会使人的声音再现出来呢?
爱迪生立即按这一想法进行实验,经过五天五夜连续工作,他终于制成了一个以前从未有过的新装置。他拿一个用锡箔覆盖的圆筒,使它水平旋转,再使一个和振动膜相连的针尖与锡膜接触,然后大声向振动膜讲话,针尖就在锡膜上刻上了痕迹。之后,他使针尖逐渐稍稍偏向一旁,从而解决了圆筒旋转的时候重走老路的问题。
然后,爱迪生自己对着振动膜开始大声地演唱。在爱迪生演唱的过程中,锡箔上的针尖也在一圈一圈地转动着,并在锡箔上留下了一圈圈的痕迹。爱迪生唱完后,就把针尖移动到最初的位置,让针尖在圆筒上重复刚刚划过的痕迹。奇迹出现了,转动的圆筒里传出了爱迪生刚刚演唱的声音。这就是世界上的第一台留声机。
今天,把唱片的机械振动变成空气振动的旧式留声机几乎没人使用了,代替它的是把机械振动变成电信号,再和收音机结合起来的电唱机,以及更先进的电器设备。但是,爱迪生的这一重大发明却是值得人们永远纪念的。
试想一下,如果没有留声机和唱片,我们的世界将是多么单调和枯燥啊。正是留声机带给我们动听的声音,让人们足不出户也能享受美妙的音乐。
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爱迪生生于美国俄亥俄州的米兰市。他自幼文静瘦弱,但却极富有幻想力。他十二岁就开始在火车站当报童,一边卖报为生,一边开始自学。他一生有无数伟大的发明创造,被世人称为“发明之王”。
宇宙飞船
宇宙飞船又称为载人航天飞船,是一种运送航天员到达太空并安全返回的航天器,它能基本保证航天员在太空短期生活并进行一定的研究工作。载人飞船的发明,从理论到实践,经历了很长的时间。
现代航天理论的奠基者—康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基,1857年出生于俄国梁赞州。他家境贫寒,9岁的时候,双耳失聪。可是,他并没有因此而气馁,而是依靠顽强的毅力,自学完成了中学的全部课程。此后,他就一直坚持在极其艰苦的环境中进行研究工作。1903年,康斯坦丁发表了专著《利用喷气工具研究宇宙空间》,论证了喷气工具用于星际航行的可行性,推导出了著名的齐奥尔科夫斯基火箭公式。这一公式的创立为宇宙航行奠定了坚实的理论基础。
此外,康坦斯丁首次论证了利用多级火箭克服地球引力的构想。他曾经写过科幻小说,在书中,他提到了宇航服、太空失重状态,登月车等等,这些设想和现代太空技术完全一样,由此可以看出他的远见。
齐奥尔科夫斯基有一句名言:地球是人类的摇篮,但是人类不会永远生活在摇篮里,他们将小心翼翼地穿出大气层,然后去征服太阳系。但是,真正把康坦斯丁的理论变成现实的是谢尔盖·科罗廖夫。20世纪20年代,他结识了康斯坦丁,从此立志于火箭研究。
1933年,科罗廖夫担任苏联国立喷气推进研究所副所长,他的学术造诣和组织天才对苏联的火箭研制工作起了决定性的作用。1957年8月,他主持设计的第一枚洲际弹道导弹发射成功;1957年10月4日,在科罗廖夫的带领下,苏联成功发射了“卫星一号”;1957年11月3日,又发射了“卫星二号”,将一只小狗送入太空。经过这几次发射,苏联的载人航天技术已经日趋成熟。
1961年4月12日,在科罗廖夫领导下,苏联发射了世界上第一艘载人飞船“东方一号”。“东方一号”宇宙飞船由两个舱组成,上面的是密封载人舱,又称航天员座舱。这是一个直径为2.3米的球体,里面有供水、供气的生命保障系统,以及控制飞船姿态的姿态控制系统、测量飞船飞行轨道的信标系统、着陆用的降落伞回收系统和应急救生用的弹射座椅系统。另一个舱是设备舱,内有使载人舱脱离飞行轨道而返回地面的制动火箭系统、供应电能的电池以及储气的气瓶、喷嘴等系统。
因此,科罗廖夫被誉为“载人航天的开创者”。他帮助苏联在载人航天领域赢得了一系列的世界第一:第一艘载人飞船、第一个月球探测器、第一个金星探测器、第一个火星探测器和第一次太空行走等。
第一个飞上太空的航天员是加加林,他随飞船在最大高度为301千米的轨道上绕地球一周,历时1小时29分。
这次航天飞行使加加林一下子就成了知名人士,获得了列宁勋章,并被授予苏联航天英雄的称号,苏联出现了以他的名字命名的街道,并为他建立了纪念碑。以加加林飞上太空为标志,人类进入了一个崭新的载人航天时代。
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我国航天事业的发展,离不开科学家钱学森等人的努力。如今,我国的“神舟五号”、“神舟六号”等载人航天飞船都已发射成功,航天英雄也成了国人心目中的偶像。
电影的发明
除了电视,电影也是人们娱乐生活中一个重要的组成部分。说起电影的发明,要追溯到1872年。有一天,在美国加利福尼亚州一家酒店里,两个约好一起喝酒的朋友因为“马奔跑时蹄子是否都着地”的问题发生了激烈争执,争执迟迟没有结果。最后他们决定通过实验来解决,并请来一位驯马师做裁决,但驯马师看着马奔跑的样子,也很难下结论。
后来驯马师的好友—英国摄影师麦布里奇知道了这件事情,很感兴趣,就决定试一试。他在跑道一边安置了24架照相机,排成一行,相机镜头对准跑道。而在跑道另一边打好24个木桩,每根木桩系一根细绳,绳子横穿跑道,分别系于对面相机的快门。当马从跑道上飞奔而过时,会依次把24根引线绊断,这些相机将依次拍下24张照片。但这个试验中遇到很多问题,比如绳子太牢,马踢不断,还发生过马儿把暗室、摄影机、底版、摄影师都拖倒的可笑事情。最后算起来,整整花费了好几年工夫。
后来,麦布里奇把这些照片依次剪接起来,由于每相邻的两张照片差别都很小,于是组成了一条连贯的照片带。当然努力没有白费,后来经过分析发现:马在奔跑时总有一蹄着地,不会四蹄腾空。
这件事虽然看起来无聊,但却引起了人们很大的兴趣。一个偶然的机会,有人无意识地快速牵动那条照片带,结果发现:每张照片中静止的马重叠在一起,从而变成了一匹会动的“活”马。
这一幕奇特的景象让生物学家马莱深受启发。经过几年的不懈努力,他在1888年制造出一种轻便的“固定底片连续摄影机”,从而解决了连续摄影的困难。这个机器就是现代摄影机的鼻祖。
经过许多发明家的研究、改进,电影终于诞生了。1895年12月28日下午,卢米埃兄弟邀请一些人到巴黎卡普辛大街14号大咖啡馆的地下室去看好看的节目。到电影放映时,地下室里几排椅子上已经坐满了一群人,椅子最前面是一块挂在墙上的白布。突然,室内灯光熄灭,伴随着人们的惊呼声,一道白光径直射向白布。此时惊呼声戛然而止,白布上出现了一些生活中才能见到的画面:一些工人在拆一堵墙;一个婴儿张嘴吃下一匙汤;一列火车开进了月台;一辆马车被飞跑的马拉着,迎面跑来……一位坐在椅子上的女客人看到这一幕景象,竟然害怕地站了起来。其实,他们看到的是世界上第一场电影,电影就在这一天正式诞生了。
由于放映者之间常常毫无联系,所以后来在发明电影这一问题上引起了许多争论。但是无论如何,所有的放映,都不能和卢米埃兄弟的“活动电影机”所获的成功相比。
后来,卢米埃兄弟还培养出了几十个摄影师,极力向全世界推广这种机器,结果使“活动电影机”这个名词普及到了地球上的大部分地区,并为日后的现代电影奠定了基础。
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电影的诞生以及进一步发展,使我们能够欣赏到《狮子王》、《海底总动员》等许多好看的影片,这要感谢一百多年前那些为发明电影而奋斗的人们。
基因工程
科学界曾经预言,21世纪将是一个基因工程的世纪。那么,什么是基因工程呢?简单地说,基因工程就是在分子水平上,人为干预生物的遗传。也就是,通过某种特定的方式,对生物基因进行改造,利用生物分子的遗传性生产人们所需要的特殊产品。
别看现在“基因”一词经常出现在报纸新闻的头条,几乎无人不知。其实,从发现基因到研究基因,人们经历了一个艰辛而漫长的历程。
1866年,奥地利遗传学家孟德尔神父发现了生物的遗传基因规律;1868年,瑞士生物学家弗里德里希发现细胞核内存在DNA;1882年,德国胚胎学家瓦尔特·弗莱明发现细胞核内含有染色体;1944年,美国科研人员证明DNA是大多数有机体的遗传原料;1953年,美国生化学家华森和英国物理学家克里克发现了DNA的双螺旋结构。
当DNA的内部结构和遗传机制的秘密逐渐呈现在人们眼前时,生物学家就开始设想:是不是可以在分子水平上去干预生物的遗传特性呢?
碱基排列分析法的创始人吉尔伯特,对人类基因组工程十分感兴趣。他提出了这样一种设想:如果把一种生物的DNA中的某个遗传密码片断连接到另外一种生物的DNA链上去,将DNA重新组织一下,是不是可以创造出新的生物类型呢?
基因工程在20世纪取得了很大的进展,转基因动植物和克隆技术就是最好的证明。转基因动植物,是指给动植物植入了新的基因,使它们具有了原先没有的全新的性状,这引起了一场农业革命。如今,转基因技术已经开始广泛应用。克隆技术由于伦理和社会道德原因,并没有大量的发展应用,但是它扩展了人类对未来的想象空间。
基因工程对人类的健康将发挥极大作用,科学研究证明,目前,一些困扰人类健康的主要疾病,例如心脑血管疾病、糖尿病、肝病、癌症等都与基因有关联。随着基因工程的发展,就可以根据已经破译的基因序列和功能,找出这些基因,并针对相应的病变区位进行药物筛选,甚至可以利用已有的基因知识来设计新药,然后修补或者替换这些病变的基因,从而根治现在根本无法攻克的顽症。
基因工程的突破可以攻克顽症,人们实现延年益寿的愿望就有可能得到实现。现在,一些国家人口的平均寿命已经达到80岁,我国也突破了70岁。科学家们预言,随着癌症、心脑血管疾病等顽症的攻克,在2020~2030年间,可能会出现人口平均寿命突破100岁的国家。到2050年,人类的平均寿命将达到90至95岁。
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1989年,由一批最先从事基因组研究的科学家共同创立了人类基因组组织,目的是为了协调世界各国的研究机构之间的合作,完成这个巨大的基因工程。
人造卫星的发展
自古以来,太空就是人类一直热衷探索的领域。多少代人仰望穹宇,希望能一步登天,到九霄云外,亲眼看看那里的景象。从古代火箭到牛顿发现三大定律,从齐奥尔科夫斯基提出多级火箭理论,直到布劳恩研制出V-2火箭,经过科学家们长期不懈的努力,人类终于研制出人造卫星,向茫茫太空挑战,进行探索研究。
1957年10月4日,天气十分晴朗。在苏联拜科努利航天中心,一枚大型火箭竖立在高高的人造卫星发射塔上,火箭的头部装着一个怪东西,它是一个带着四根折叠杆式天线的圆球,这就是人造卫星“斯普特尼克1号”。
一声巨响,火箭迅速升空,在不到两分钟的时间里,就消失得无影无踪,进入神秘的太空。世界上第一颗人造卫星发射成功了!这个消息像长了翅膀一样,迅速传遍了全球。这颗人造“星星”在天空逗留了92天。它的发射成功在国际上产生了巨大而深远的影响,促使世界各国加快发展空间技术。
1958年1月31日,美国第一颗人造地球卫星“探险者—1”成功发射。后来,法国、日本、中国和英国等国,都纷纷发射了属于自己的卫星。据统计,到现在为止,人类研制和发射的各种人造卫星已经达到四千八百多颗。
人造卫星可以用来干什么呢?最重要的是,可以利用人造卫星开发太空资源,这不仅有利于科学研究,还可以造福人们的生活和生产。
在天文学上,人造卫星不受大气层的阻挡,因此用它来观测天体,可以接收来自天体的全部电磁波辐射,实现全波段的天文观测。
在地理勘探学上,人造卫星的飞行速度十分快,一天能绕地球飞行几圈甚至十几圈,所以,我们可以利用它来获取关于地球的大量信息。人造卫星在几百千米以上高空运行,不受领土、领空以及地理和气候条件限制,视野非常广阔,一张遥感卫星照片拍摄的面积可达几万平方千米。此外,人造卫星能飞越到地球任何地区,因此,可以对一些人迹罕至的原始森林、沙漠、深山等地区,以及地下矿藏、海洋资源和地层断裂带进行有效的观测。
在军事上,人造卫星也可以发挥作用。20世纪90年代初,爆发的海湾战争,美国就动用了各种类型的军用卫星,开创了世界军事航天史的先河,标志着现代战争已经发展成为陆、海、空、天的四维立体战争。
对于日常生活而言,人造卫星也有很大的用处。1987年,我国利用返回式卫星搭载水稻、小麦、玉米、青椒、西红柿等作物的种子,让它们在太空经受强辐射、高真空、失重和低温环境的洗礼,使它们的遗传基因发生变异,然后再带回地面上种植。用这种方式培育出来的作物不仅生长速度快,而且产品质量很高,对农业发展具有非常积极的作用。
随着卫星技术的发展,人造卫星的种类越来越多,它们在宇宙遨游,将会带给人类越来越多的好处。
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1970年4月24日,我国用自制“长征—1”运载火箭,在酒泉卫星发射中心,成功发射了第一颗人造地球卫星—“东方红1号”,它标志着我国在征服太空的道路上迈出了重大的一步,并跻身于世界航天先进国家之林。
互联网
“上网”对于我们来说已经是再熟悉不过的事情了。在网上,我们学习、交友、娱乐,甚至还可以购物。互联网给我们创造了另一个世界,我们的生活因此改变了很多。但是,在使用互联网的同时,你了解互联网吗?
互联网的发源地是美国。它的产生跟两个超级大国的竞争有很大关系。上个世纪,美苏冷战,苏联抢在美国前面发射了一颗人造卫星。这深深地刺激了美国人,于是美国政界开始对国家的科学技术政策和教育进行全面的检讨。艾森豪威尔总统决定设立一个机构,专门用来发展科学技术,叫做ARPA。
这个机构建立了世界上最早的互联网。一开始,那里只连接了4台主机,但是,这个只有4个网点的互联网就是“网络之父”。1972年公开展示时,这个系统已经连接了50所大学和研究机构的主机。1982年,ARPA网又实现了与其他多个网络的互联,从而形成了以ARPA网为主干的互联网。1986年,由美国国家科学基金会NSF提供资金,建立的基于IP协议的计算机通信网络NFSNET主干网,取代了ARPA网,成为互联网的主干网。
后来,在互联网中产生了具有多媒体功能的万维网(WWW)。它最初的目的就是,让世界各地的核物理学家能够分享欧洲粒子物理研究所的研究资料,从而方便彼此之间的研究交流。
到了20世纪90年代,随着电脑的普及和信息技术的发展,互联网迅速走向了商业化。电脑的功能越来越强大,而且价钱越来越便宜,互联网的用户也越来越多。由于互联网所用的方法简单方便,可以在网上很快找到所需要的任何资料,人们越来越习惯于使用互联网,就连一些企业内部的网络,也开始使用互联网。
在我国,互联网起步并不早,应用的时间也不长。但是,互联网在我国的发展,从一开始就保持着飞快的速度。目前,已经有中国科学技术网络、中国教育和科研计算机网络、中国金桥信息网等大型互联网,越来越多的网络服务商给用户提供网络接入服务,中文网站也像雨后春笋一样,不断地涌现出来。
从硬件角度看,互联网是世界上最大的计算机互联网络,它连接了全球几乎所有的网络和电脑,是世界上最为开放的一个系统。从它的效果来说,互联网又是一个具有很大实用价值的信息资源库,不管我们身处何地,只要登上互联网,就可以与全球的人们进行交流,分享世界信息。
互联网不断改变着我们的生活方式和工作方式,各行各业因此都发生了一定程度的改变,人类社会正向简单、迅速的交流运作方式迈进。互联网已经从根本上改变了我们的生活,相信它还会给我们带来更多更大的改变。
多闻物语
在远古,我们的知识是靠口口相传流传后世;后来,有了语言,有了纸和笔,人们就把历代的知识、经验等记录下来,供后人参考;现在,互联网改变了这一切,它使每个人都可以拥有一个属于自己的资料库。
克隆
提起克隆,大家一定会想起世界上第一只克隆羊“多莉”。因此,大家一般都认为克隆是与高科技相联系的,与我们的日常生活相距很远,但事实恰恰相反,在我们的日常生活中,可以看到很多克隆现象。
春天来临的时候,人们经常会剪下植物的枝条,将它插到土里。不用多久,枝条就会发芽,长出新的植株,而这些植株跟原来的植株有着完全相同的遗传物质,这就是克隆;当你将马铃薯等植物的块茎切割成许多小块,进行栽种,此后长出的新马铃薯也是克隆。以上种种都是植物的无性繁殖,或称为克隆。
对于那些无性繁殖的植物来说,克隆很简单,但是对于动物就不一样了。在动物界,只有一些非脊椎动物,才有无性繁殖,如原生动物的分裂繁殖等。而对于高级动物,在自然条件下一般只能进行有性繁殖。
所以,科学家们就开始研究,是不是可以让动物也进行无性繁殖呢?20世纪50年代,科学家们通过一系列复杂的操作程序,成功将一种两栖动物—非洲爪蟾,进行了无性繁殖,这在细胞生物学的发展史上有着很重要的意义,揭开了克隆研究的新篇章。
20世纪80年代后期,英国和中国先后利用胚胎细胞作为供体,克隆出了哺乳动物。到20世纪90年代中期,我国已用此种方法克隆了老鼠、兔子、山羊、牛、猪等5种哺乳动物。
1997年2月23日,英国苏格兰罗斯林研究所的科学家,利用山羊的体细胞成功地克隆出一只基因结构与供体完全相同的小羊“多莉”,引起了全世界的震惊。
“多莉”与以前的克隆动物有很大的不同,所以才会引起社会的极大关注。克隆“多莉”,利用的是山羊的体细胞,而不是胚胎细胞,这就意味着“多莉”的诞生,没有精子的参与。
首先,研究人员从一只绵羊身上,取出一个卵细胞,并将该细胞中的遗传物质吸出去,使它变成空壳;然后,从一只6岁大的母羊身上取出一个乳腺细胞,把乳腺细胞中的遗传物质,注入到绵羊卵细胞的空壳中。这样,一个含有新的遗传物质,但是却没有受过精的卵细胞出现了。这个经过改造的卵细胞进行分裂、增殖,形成胚胎后,植入另一只母羊的子宫里,随着母羊的分娩,“多莉”就来到了世界。利用同样的方法,1998年7月5日,日本科学家利用成年动物体细胞克隆了两头牛犊。
更令人惊叹的是,1998年7月22日,科学家采用一种新克隆技术,用成年鼠的体细胞成功地培育出了三代克隆鼠,一共有50多只,这是人类第一次将克隆动物再次克隆,产生出新的克隆动物。
克隆是人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破,反映了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。但是,如果克隆技术泛滥,也会给人类带来很多灾难和问题,但这并不是阻止其发展的理由。毕竟,科技发展对人类社会的影响,完全取决于人们对它的利用方式和途径。
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克隆就是生物体通过细胞进行的无性繁殖,形成基因型完全相同的后代,简称为“无性繁殖”。1903年,“克隆”一词被引入园艺学,后来又逐渐应用于植物学、动物学和医学等各个领域。
轮椅上的奇迹
斯蒂芬·霍金,1942年1月8日出生于英国伦敦。他是剑桥大学应用数学及理论物理学系教授,当代最重要的宇宙论学者之一,被认为是继爱因斯坦之后最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。
但是,你知道吗?霍金其实是一位残疾人,身患严重的病症。他的一生,是和病魔作斗争的一生。就是这位身残志不残的人,竖起了科学界的一座丰碑。
霍金小的时候,就对一切事情的来龙去脉十分感兴趣。每当他看到一件新奇的东西时,总喜欢把它拆开,把每个零件的结构都弄明白。
1959年,霍金进入牛津大学学习物理。在他三年级时,霍金注意到自己变得笨拙了,有时会莫名其妙地跌倒,有一次,他竟然突然从楼梯上跌下去,当场昏迷过去,差一点就死了。
1962年,霍金进入剑桥大学读研究生。可是,刚刚庆贺完21岁生日,他就陷入了昏迷,在医院里整整住了两个星期。最后,他被确诊患上了“卢伽雷氏症”,也就是运动神经细胞萎缩症。医生告诉霍金:他的身体会越来越不听使唤,只有心脏、肺和大脑还能运转;到最后,心和肺也会失效。当时,霍金还被告知,他只剩下两年的生命了。
但是,霍金并没有因此而消沉,而是顽强地坚持了下来。直到1970年,他完全靠轮椅来行动。就在这样的状况下,他与彭罗斯共同证明了著名的奇性定理,并因此获得了1988年的沃尔夫物理奖。
1985年,霍金动了一次穿气管手术,从此,完全失去了说话的能力。但是,他依然没有屈服。
1988年,他出版了轰动全球的科普著作《时间简史》,深入探索了宇宙的起源。在书中,霍金以普通人能理解的方式讲解了黑洞、宇宙的起源和命运、时间旅行等理论。这是一本当代有关宇宙科学思想最重要的经典著作,它改变了人类对宇宙的旧有观念。
1992年,《时间简史》同名电影问世,这部电影耗资350万英镑。电影使人们认识到:原来,关于宇宙的起源和生命的基本理念,这些高深莫测的学说,除了用繁复的数学来表达,还可以用视听媒介来阐释。这正是霍金教授所期盼的,只有让每个人都了解的知识,才是真正有用的知识。
霍金因病不能写字,甚至连话都说不清楚,但是,他依靠电脑和扩音器发表了很多演讲稿。
《霍金讲演录—黑洞、婴儿宇宙及其他》,是霍金1976至1992年间所写的文章和演讲稿,一共13篇。这些文章讨论了虚时间、由黑洞引起的婴儿宇宙的诞生等等,并对人的意志、生活价值和死亡提出了一种崭新的观点。
如今,这位伟大的科学家仍然没有停止思考,而轮椅上的奇迹也依旧激励着所有热爱科学的人们。
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人的一生总会遇到很多困难和不幸,关键要看自己是怎样对待的。霍金教授以他传奇的一生,阐释了什么叫做“身残志不残”。他让我们知道,只要努力奋斗,每个人都会有属于自己的辉煌。