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第38章 发明异趣(8)

当英国人为此一筹莫展时,英国人的盟友——法国人却在另一个方向上进行研究。1915年3月,法国物理学家郎之万和希洛斯基在1912年理查森设想的基础上,提出了使用超声波进行水下探测的设想。1916年,郎之万成功地在水里产生了超声波,他发明的装置能很快探测到水下100米远的铁板发射回来的声音。

接下来的问题,是要找到一种有效的方法来产生超声波脉冲和接收从水下物体反射回来的声音,接收回声后,要使水下物体的位置能计算出来。这项工作花费了郎之万大量的精力,后来,郎之万终于在法国物理学家皮埃尔·居里和雅克·居里多年前发现的石英压电效应中得到启发,用石英制成了接收器,最后发明了被称为“回声定位仪”的声纳。

“回声定位仪”由换能器发出声波,声波碰到潜艇或其他物件后反射回来,经换能器接收,又变成电信号,经接收机放大处理,就会在显示器的荧光屏上显示出来,人们根据声波信号一去一回所用的时间和音调高低等,就可测出目标的距离和位置,判断出目标的性质。

遗憾的是,等郎之万的“回声定位仪”在1918年底问世,尚未为对付德国潜艇作出贡献,一战便结束了。直到二战开始,它才在海上大显身手,有效地制约了德国潜艇。

现在,声纳已成为各类舰艇和船只必备的仪器了。

镜子的发明

1600年,法国国王亨利四世要结婚了。欧洲各国特使云集巴黎,向国王献上奇珍异宝,代表各国对国王婚礼大典致贺。

使王后德美第西斯最为中意的礼物来自一个小国——威尼斯公国,这个小小的城市国家献给王后的礼物价格高达15万金法郎!婚礼后,王后常常将这件礼物给王公大臣们观赏,炫耀自己的富有和至贵。这是什么礼物,这么奇贵,竟令王后如此得意?

说出口你可能要笑出声来,原来是一面镜子,一面仅书本大小的玻璃镜!

请你不要感到好笑,镜子刚发明的时候,确实是非常珍贵的。

我们不妨简略回顾一下镜子发明以前的情况。古代没有镜子,远古的人是在平静如镜的湖水中观看自己容貌的。原始社会中期,人们用各种形式的石器或陶器来盛水照脸蛋,叫做“监”。到了商周时代,“监”开始用铜制造,于是改叫“鉴”。战国时,人们掌握了制造青铜器的成熟工艺,开始用雕好的陶模浇青铜液铸成镜子。青铜镜很受人们欢迎,被人们用了好几千年。不过铜镜用久了,镜面容易氧化,变得灰蒙蒙的,那就什么也看不出来了。

第一面玻璃镜子是在400多年前威尼斯的穆拉诺岛上出现的。这个小岛是威尼斯玻璃制造业的中心,有着一大批熟练工匠,能制造出各种美妙的玻璃艺术品来,也能制出当时欧洲质量最好的平面玻璃来,玻璃镜子就是岛上最优秀的两位工匠——达尔卡罗兄弟的发明。

当时,岛上常会发生这样的笑话,街上的行人在走过住家时,会见到里面的姑娘笑吟吟地隔着窗户对他注视,而行人对姑娘报以微笑却得不到回应。原来,一些聪明的姑娘发现窗户上的小片平面玻璃在光线、背景合适的时候,能反射人影,所以就拿它当镜子用了。当然,这样的“镜子”效果并不理想。

能不能为我们的姑娘发明理想的镜子呢?达尔卡罗兄弟反复琢磨。他俩想到了一个熟悉的生活现象:清澈见底的清水池塘不能映出人影,而深色的水或有深色底面的浅水却可映出人影。一个发明设想逐渐在他们脑中形成了:如果在平面玻璃的背面加上一层衬垫,也许会有更强的映照能力。

达尔卡罗兄弟决定选择一种能够涂在玻璃上的物质作为镜子的衬垫。没想到,为找到这种衬垫物质,兄弟俩竟付出了十几年的辛劳。他们试用过石粉、泥土、炭末、面粉、木屑等,但都失败了。后来,他们想到了用金属,先用铜试验。兄弟俩将熔化的铜液浇在预热过的平面玻璃上,“啪、啪”,玻璃碎了。待玻璃冷却后,拿起来一看,碎片的映照能力倒是大为提高了,但用手指轻轻一掸,玻璃后的铜片竟掉了下来。

得解决玻璃碎裂的问题!看来,是铜液的温度太高,铜的熔点为1083.5℃,玻璃经受不起这样的高温。他们又试用了一些低熔点的金属,那天,他俩试着采用锡,锡的熔点只有231.9℃。弟弟将坩埚里的锡液倒在玻璃上,哥哥细心地用一只小滚筒将锡液推成薄薄的锡箔。果然,玻璃经受住了考验,没再碎裂。

还未等玻璃全部冷却下来,兄弟俩就迫不及待地将它翻过来看效果。啊,一对紧张的面孔正对着他们呢!一看,那对面孔迅即换成了两张笑脸——兄弟俩大声叫喊起来:“成功了!”

这仅是初步的成功,锡箔镜的映照能力虽然大大提高,但使用期限却不长,要么就是镜背的锡箔部分裂纹,空气侵入氧化锡箔,使镜子出现大片灰暗;要么锡箔干脆剥落下来。

怎么办呢?又经过一番思索、研究、试验后,他们决定用另一种金属水银来帮忙。水银是一种很奇特的金属,这不仅仅因为它是惟一的一种在常温下呈液态的金属,还在于它有非凡的溶合其他金属成为液态合金的能力,就连金这样的金属也会被溶在水银中,像锡这样的金属就更不在话下了。

最后成功的一天终于来了。在试验作坊里,兄弟俩先把平面玻璃制成锡箔镜,再把水银倒在锡箔上,水银慢慢地溶解锡,形成一薄层锡和水银的合金“锡汞齐”。锡汞齐比锡箔更为致密,有很好的映照能力,而且干后能很牢固地附着在玻璃上。在历经十余年艰辛后,世界上第一面“水银镜”终于在达尔卡罗兄弟手中诞生了!

由于当时还不能制造大片的平板玻璃,所以制作出来的镜子都很小,一般只有火柴盒大小,巴掌大的都很难得。而且,为了垄断挣大钱,威尼斯严密封锁了穆拉诺岛,不让外人上岛,也不准岛上的人离去,以确保水银镜制作技术不泄露。因此,法国王后德美第西斯得到的书本大小的镜子确实是异常珍贵的。

不过,因为法国人,镜子很快就变得不那么值钱了。由于王后特别钟爱水银镜子,促使法国人出大钱买通了穆拉诺岛上的守卫,让三位制作镜子的优秀工匠外逃到法国,从而使水银镜的生产技术大白于天下。后来法国人还设法制出了大玻璃,使镜子有可能做得比书本还大。

镜子以后在技术上的发展并不很大,在19世纪中叶,人们开始换用硝酸银来制“银镜”;20世纪70年代起,英国的一家公司又换用铝来代替银镀在玻璃上制镜。现在我们使用最多的就是“铝镜”。

显微镜趣事

1590年的一天,荷兰米德尔堡的眼镜制造技师哈里耶斯·詹森有事外出了。他的两个童年的儿子——一对淘气包,偷偷溜到了爸爸的作坊里去玩。兄弟俩看到爸爸的工作台上有许多玻璃片,台上还放着一个铜管,这铜管是詹森用来制造眼镜框的。哥哥顺手拿了两块镜片放到铜管两端,对着一本书去看。

“快看呀,字母的一个小点大得像一只蝌蚪啦!”听到哥哥的咋呼声,弟弟马上抢过铜管,对着桌上的一根头发看起来:哎呀,头发简直粗得像根铅笔。

这时,爸爸回来了。听着这小哥俩你一句、我一句兴奋地谈着刚才的发现,詹森将信将疑地走向工作台,拿起了那个铜管和两块镜片,果然也看到了奇迹。于是,他开始有意识地进行这方面的研制。不久,世界上第一台复式显微镜就在詹森的手中诞生了。它由一个双凸透镜和一个双凹透镜组成,前者作为物镜,后者作为目镜,镜筒大约长45.72厘米,直径约5.08厘米。由于它的放大率远远高于放大镜,人们将它称做“显微镜”。

1628年,德国人衰纳制成了一种新式显微镜。它由两个透镜系统组成,每个透镜系统都起一个单透镜的作用,最靠近物体的透镜产生一个实像,通过作为放大镜的第二个透镜可以看到这个实像。衰纳显微镜是近代显微镜的原型。

在显微镜的发明史中,最杰出的人物是列文虎克。

1632年,列文虎克出生于荷兰德尔夫特市一位普通工匠家庭里。16岁时父亲去世,迫使他离开学校去阿姆斯特丹当一家杂货铺的学徒。每天夜晚,当杂货铺关门之后,列文虎克就去做他最感兴趣的两件事:一是读书,书籍中上至星星月亮,下至蝼蚁蚤虱的丰富知识,引起了他对自然科学的浓厚兴趣;二是磨制镜片,在杂货铺的隔壁是一家眼镜工场,他在那里学会了磨制镜片的技术,并乐此不疲。这两项爱好为他成为一位器械发明者打下了必需的基础——广博的知识和精湛的工艺。

不过,有成功的基础并不意味着就能成功,要摘到成功的果实还必须付出艰巨的努力。对列文虎克来说,成功是姗姗来迟的,当他即将步入老年时,才得到了鲜花和掌声。

告别了学徒生活后,列文虎克回到了德尔夫特市当了市政府的看门人。看门这项工作收入低微,但较清闲。每天,他只要定时到钟楼上去敲钟,以及定时开闭市政府的大门,这样,列文虎克就有了不少空余的时间。这期间,人们常常发现在列文虎克居住的小木屋里,经常传出“嚓、嚓、嚓”磨镜片的声音,他几乎把全部的空余时间都投入到显微镜的研制中去了。

1675年,列文虎克经过多年的辛劳,终于磨制出一块满意的透镜,用它制成的显微镜放大率超过了200倍。列文虎克用它来观察一滴积贮的雨水,惊奇地发现其中有许多活动着的小生物。这数不清的小生物,有的像曲线,有的像小棍;有的长着毛,有的有小尾巴。它们仿佛鱼儿往来穿梭不停,波浪似的在扭动、舞蹈。这是人类第一次见到的微生物世界。

万分兴奋的列文虎克还有些不满意:由于光线较暗,被观察物不很清晰。他反复琢磨后,利用光线折射原理,在物镜下面装了一块铜板,上面钻了一个孔,使光线从这里反射在被观察物上,观察效果极佳。

一项伟大的发明在一个极平凡的看门人手中诞生了。英国皇家学会大感惊奇,特地派12位科学家乘船渡海前来荷兰考察。他们在用显微镜仔细观察了水中的小生物后,确信列文虎克制造出了“魔镜”,能看到前人从未见过的现象。后来,就连英国女王也知道了,向他提出要求,希望用他发明的“魔镜”亲眼看一下那些“小生物”。不久,列文虎克这位文化程度不高的看门人被英国皇家学会吸收为国外会员。

在一个隆重的场合,一位记者问他:“您成功的秘诀是什么?”列文虎克伸出了因长期研磨透镜而满是老茧和裂纹的双手说:“秘诀就在这里。”

后来,列文虎克在即将离开人世前,把精心制作的26台显微镜献给了英国皇家学会,其中倍数最大的能放大300倍。时至今日,这些显微镜仍被完好地保存着。1723年8月26日,91岁的列文虎克去世了,德尔夫特市政府为这位看门人——发明家举行了隆重的葬礼。

外行发明了重机枪

第一次世界大战期间,1916年7月,英法联军发动了后来在战争史上极为著名的索姆河战役。它的著名,不仅仅由于其血腥——双方激战4个月,共死伤130万人,还由于该战役使用了两种对20世纪的战争影响极大的新式武器。其中一种的亮相是在战役发动的第一天。

7月1日,10万名精锐的英军跃出堑壕,高声呐喊着越过弹坑累累的开阔地带,向德军扑去。但是,令人奇怪的是德军阵地竟一片寂静。可这令人产生不祥之感的寂静并未持续多久,突然,“哒哒哒”,清脆的枪声炒豆般地响了起来,一时间,就像有无数的人同时点燃了中国人过去时放的鞭炮,几乎要将战场上每个人的鼓膜震破。

啊,太悲惨了,英军士兵一排排倒了下去,进攻被彻底瓦解了。事后统计,在这一天之中,英军伤亡官兵竟达57000余人。

机枪是一种带有枪架或枪座,能实施连续击发射击的自动枪械。它与步枪、手枪不同,它一出世就是自动武器,可以说是一切自动枪械的鼻祖。

步枪在战场上出现以后,人们为了加强射击火力,曾想过各种办法,其中之一是采用增加枪管的办法。有人将好几支枪管排起来装在一起,叫做排枪,但使用起来颇不方便。

拿美国人加特林发明的加特林排枪来说吧,它有10根枪管,利用手柄和鼓轮使枪管转动,鼓轮转动时,传动机构完成打开枪机、装弹、闭锁和击发动作,紧张操作时,一分钟可发射数百发子弹,有较大的威办。但是,虽说日本人在日俄战争中曾用这种排枪给俄国人以重大杀伤,可它既大又笨,需要配备4名射手用手拼命摇动才能射击,这当然要影响到它的使用。不过,加特林排枪日后也给马克沁发明理机枪以很多启发。

在兵器发展史上有一个有趣现象:许多重大的发明或突破,往往不是由武器专家,而是由一些“外行”来完成和实现的。重机枪就是一个典型的例子。

海勒姆·马克沁出生于美国一个贫困的家庭,14岁就辍学进厂当了学徒,但他勤奋好学,一边做工挣钱,一边坚持自学,后来成为电气机械发明家。马克沁是在无意中加入到武器发明者行列之中的。在一次去欧洲考察的时候,马克沁看到军人在操作多管排枪,这种武器的威力给他留下很深的印象,但这种武器的笨重和操作不便也给他留下了很深的印象。

“能不能用一支枪管连续发射子弹来获得密集火力呢?”马克沁认为,用人工操作的多管排枪来实现连续射击不是一个理想的选择,理想的是用一支枪管来连续发射子弹。

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