作者：刘俊
出版社：企业管理出版社
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改变世界的101个发明试读：
前言
在历史长河中，人类对新事物的认知不断地提高和升华，推动着社会的进步和科技的发展，但人类对这个世界的探索是无穷无尽的。经过数千年的探索与创造，发明者们将一闪而过的奇思妙想变成改变人们生活的重大发明，衍生了成千上万项的发明。这些成功的发明满足了人类生存和求知的需要，提高了生产与生活的质量，同时也深刻地改变了人类的思维观念和对世界的认识，对造就今天这个丰富多彩的文明世界起到了极为重要的作用。
与古代人类生活相比，我们现在的生活已经发生了翻天覆地的变化。在现代生活中，发明创造无处不在，大到飞机、轮船，小到拉链、温度计，这些成果无不包含着发明家们的奇思妙想和辛勤的汗水，是人类智慧的结晶，也是全人类共有的财富。《改变世界的101个发明》精心挑选了具有代表性的101项古今中外的发明成果，内容涉及天文、地理、生活、交通等各方各面，并详尽地讲述了每项发明辗转曲折的由来、艰辛的发展历程，为青少年读者展现更为广阔的认知视野和想象空间，让其从每一项发明中感受前人严谨、求实的科学态度，以激励青少年读者学习不畏艰难、锲而不舍的创造精神，激发青少年的兴趣与爱好，使其更加努力学习科学文化知识，以掌握探求知识的本领，去探索未知领域的真相。在自然人文科学领域体现自我价值、造福人类。希望本书对广大青少年有所帮助，有所借鉴，有所启迪！
本书在编写过程中，参考了大量的科普书籍，在此，对这些书的作者和为本书的出版给予帮助和支持的朋友们表示忠心的感谢！
对书中的纰漏和不成熟之处，恳请专家、读者批评指正。编者
1 中国四大发明之一
——火药火药和造纸术、印刷术、指南针并称为我国古代科技的四大发明。许多史籍表明，最早的火药，是在公元九世纪后半期唐末宋初问世的。
当时发明的火药，现在叫黑色火药，是硝石、硫黄和木炭三种粉末的混合物。硝石的主要化学成分是硝酸钾，硝酸钾是氧化剂，加热时释放氧气。而硫黄和炭容易被氧化，所以把硫黄、木炭、硝石混合在一起燃烧，就会发生迅猛的氧化还原反应，在反应中放出高热和产生大量气体。如果混合物是包裹在纸、布或充塞在陶罐、石孔里，燃烧时由于体积突然膨胀，就会发生爆炸，这就是黑火药燃烧爆炸的原理。
火药是我古代的炼丹家发明的。在炼丹过程中，他们很注重硫黄，因为硫黄能够制服金属的奇异物质，它可以和水银化合生成硫化汞，还可以和铜铁等金属化合。硫黄性质活泼，容易着火。为了控制硫黄，炼丹家把硫黄和其它物质一起加热形成化合物，来改变它容易着火的性质，这种方法称为“伏火法”。在进行硫黄“伏火”的种种实验中，发现当硫黄、木炭和硝石一起加热时，极易发生激烈的燃烧。由于硫黄和硝石在我国古医书上被列为治病的药物，所以把它们和木炭的混合物称为“火药”，意思是会着火的药。
在《诸家神品丹法》卷五中，载有唐初医学家兼炼丹家孙思邈的“丹经内伏硫黄法”，从中可知当时已经掌握了由硝石、硫黄、木炭混合在一起的火药的初步配方。最早完整地刊载火药的配方和制造工艺的，是北宋官修御定的《武经总要》。《武经总要》成书于公元1044年，该书的第11、12卷中，记载了制毒药烟球、蒺藜火球和引火球（也叫“火炮”）三种火药的配方。其中的主要成分是硝、硫、炭，而且硝的比重大大增加。唐代火药硫、硝含量相同为1:1，而在这三个配方中已增加到1:2，甚至近乎1:3，已与后世黑火药中硝占3/4的配方相接近。同时，又加进各种少量辅助性配料，分别起燃烧、爆炸、放毒和制造烟幕等作用，可见当时的火药配方已经相当复杂了。
火药在军事上、生产中有着极其重要的作用。马克思曾把火药和印刷术、指南针的发明称作“是资产阶级发展的必要前提”。公元13世纪初期和中期，火药传到阿拉伯国家；13世纪下半期，欧洲知识分子才从阿拉伯书籍中得到有关火药的知识；14世纪上半期，欧洲才开始制造火药武器。
2 中国四大发明之二
——指南针指南针是利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器，有多种形体。战国时期，已发现磁石吸铁的现象，并用天然磁石制造“司南之勺”，“其柄指南”。此后，经过长时期的实践，发现人工磁化的方法，造成更高一级的磁性指向仪器。
宋代科学家沈括首先记载了地磁偏角，说用天然磁石摩擦钢针，使之磁化成为磁针，可以指南，而常微偏东，并介绍了四种支挂磁针的方法：一是浮于水面，二是放在指甲上，三是放在碗沿上，四是线缕悬挂。宋军中配备指南鱼，是将薄铁叶剪成鱼形而磁化，用于阴天和黑夜判断行军方向。后来又发展成磁针和方位盘联成一体的罗经盘，即罗盘。曾三异在《因话录》中记载当时有“地螺”，“或有子午正针，或用子午、丙壬间缝针”。这种地罗还是一种水罗盘。当时，阴阳家用地罗看风水。在清丈田地和判决土地诉讼时，也使用地罗。据《萍洲可谈》、《宣和奉使高丽图经》、《诸蕃志》和《梦粱录》记载，最晚在北宋后期，指南针已用于航海，南宋时，使用“针盘”导航。这种针盘还使用“浮针”，这对于海上交通的发展，中外经济文化交流，起了极大作用。
最早的“指南针”在战国时代出现，我国人民利用磁铁造成了一种指示方向的工具，叫“司南”。“司南”就是指南的意思。
司南的形状和现在的指南针完全不同。它是根据我国古代的勺子的形状制成的，很像我们现在用的汤匙。
司南是怎样制成的呢？古书上缺少详细的记载，又没有实物留下来，所以我们没有办法知道它的准确形状。根据专家们的研究，司南大约是将整块的天然磁铁，轻轻地琢磨成勺子的形状，并且把它的S极琢磨成长柄，使重心落在圆而光滑的底部正中。
司南做好以后，还得做一个光滑的底盘。使用的时候，先把底盘放平，再把司南放在底盘的中间，用手拨动它的柄，使它转动。等到司南停下来，它的长柄就指向南方，勺子的口则指向北方。
司南的底盘是用青铜做的，有的是个涂漆的木盘，青铜和漆器都比较光滑，磨擦的阻力比较小，司南转动起来很灵活。这种底盘内圆外方，四周还刻有表示方位的格线和文字。现在的出土文物中，就有这样的铜盘和涂漆的木盘；还有东汉时候的一幅石刻，刻着一个小勺子放在一个小方台上，有人认为这就是司南。
司南必须放在光滑的底盘上旋转，底盘还必须放平，否则就会影响它指南的作用，甚至会使它从底盘上滑下来。因此，人们发明司南以后，又继续不断地研究改进指南的工具。
公元960年，宋太祖建立宋朝，结束了五代十国时期的封建割据局面。北宋时候，农业、手工业和商业都有了新的发展。在这个基础上，我国的科学技术获得了辉煌的成就。在这个时期，我国在指南针的制造方面，跟造纸法和印刷术一样，也有很大的发展。
大约在北宋初年，我国又创制了一种指南工具——指南鱼。
当时有一部有名的军事著作，叫《武经总要》，其中说：行军的时候，如果迂到阴天黑夜，无法辨明方向，就应当让老马在前面带路，或者用指南车和指南鱼辨别方向。《武经总要》这部书是在北宋仁宗庆历四年（公元一零四四年）以前写成的。这就是说，在那个时候，我国已经有指南鱼，并且把它应用到军事方面去了。
指南鱼是用一块薄薄的钢片做成，形状很像一条鱼。它有两寸长、五分宽，鱼的肚皮部分凹下去一些，使它像小船一样，可以浮在水面上。
钢片做成的鱼没有磁性，所以没有指南的作用。如果要它指南，还必须再用人工传磁的办法，使它变成磁铁，具有磁性。
关于怎样进行人工传磁，《武经总要》没有清楚的记载，但是它指出，指南鱼要用“密器收之”，也就是说，要拿一个密封的合子藏起来。根据这一点来看，当时的人工传磁法大约是这样的：把钢片做的鱼和天然磁铁放在同一个密封的合子里，使它们接触，时间久了，钢片做的鱼就也会具有磁性，变成磁铁。
不管磁化或者没有磁化的钢铁里面，每一个分子都是一根“小磁铁”。没有磁化的钢条，它的分子毫无次序地排列着，“小磁铁”的磁性都互相抵消了。磁化了的钢条，所有的“小磁铁”都整整齐齐地排列着，同性的磁极朝着一个方向，整个钢条就具有磁性了。如果拿一块磁铁，紧紧擦着一根没有磁化的钢条，老是从这一头向另一头移动，那么，由于磁铁的吸力，普通钢条中的分子也都顺着一个方向排列起来，这样，就完成“传磁”的工作了。《武经总要》上讲到的“密器收之”，可能就是指这种人工传磁方法。
我国人民发明用人造磁铁做指南鱼，这是一个很大的进步。这说明我国人民在一千多年前就已具有相当丰富的磁铁知识了。
使用指南鱼，比使用司南要方便，它不需要再做一个光滑的铜盘，只要有一碗水就可以了。盛水的碗即使放得不平，也不会影响指南的作用，因为碗里的水面是平的。而且，由于液体的摩擦力比固体小，转动起来比较灵活，所以它比司南更灵敏，更准确。
当时不但有钢片做的指南鱼，还有用木头做的指南鱼和指南龟。宋代《事林广记》记载了用木头做指南鱼的方法：用一块木头刻成鱼的样子，像手指那样大，在鱼嘴往里挖一个洞，拿一条磁铁放在里面，使它的S级朝外，再用蜡封好口。另外用一根针从鱼口里插进去，指南鱼就做好了。把指南鱼放到水面上，鱼嘴里的针就指向南方。
指南龟也是用木头刻成的，放磁铁的办法和木头指南鱼一样，插在尾部。指南龟不放在水里，人们在它的肚子下面挖一个洞，把它装在光滑的竹钉上面，使它便于自由转动，它尾部的那根针，也会自动指向南方。
这种木头指南鱼和指南龟，很可能是一些懂得方术的方士创造的，做成以后只是用来变戏法。所以《事林广记》的作者，把它们当作《神仙幻术》了。
相关链接沈括小传
在我国北宋时代，有一位非常博学多才、成就显著的科学家，他就是沈括——我国历史上最卓越的科学家之一。他精通天文、数学、物理学、化学、生物学、地理学、农学和医学；他还是卓越的工程师、出色的军事家、外交家和政治家；同时，他博学善文，对方志律历、音乐、医药、卜算等无所不精。他晚年所著的《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果，反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。《梦溪笔谈》不仅是我国古代的学术宝库，而且在世界文化史上也有重要的地位，被誉为“中国科学史上的坐标”。
沈括，字存中，生于浙江钱塘（今浙江杭州市）官僚家庭。他的父亲沈周（字望之）曾在泉州、开封、江宁做过地方官。母亲许氏，是一个有文化教养的妇女。沈括生于宋仁宗天圣九年（公元1031年），他自幼勤奋好读，在母亲的指导下，十四岁就读完了家中的藏书。后来他跟随父亲到过福建泉州、江苏润州（今镇江）、四川简州（今简阳）和京城开封等地，有机会接触社会，对当时人民的生活和生产情况有所了解，增长了不少见闻，也显示出了超人的才智。他二十四岁开始踏上仕途，最初做海州沭阳县（在今江苏省）主簿，以后历任东海（在今江苏省）、宁国（在今安徽省）、宛丘（今河南省淮阳县）等县县令。三十三岁考中进士，被任命做扬州司理参军，掌管刑讼审讯。三年后，被推荐到京师昭文馆编校书籍。在这里他开始研究天文历算。宋神宗熙宁五年（公元1072年），兼任提举司天监，职掌观测天象，推算历书。接着，沈括又担任了史馆检讨，熙宁六年（公元1073年）做集贤院校理。因职务上的便利条件，他有机会读到了更多的皇家藏书，充实了自己的学识。1075年曾出使辽国，进行边界谈判，次年任翰林学士，权三司使。
宋神宗熙宁二年（公元1069年），地主阶级革新派的代表王安石被任命做宰相，开始进行大规模的变法运动。沈括积极参预变法运动，受到王安石的信任和器重，担任过管理全国财政的最高长官三司使等许多重要官职。熙宁九年（公元1076年），王安石变法失败。沈括被诬劾贬官，出知宣州（今安徽省宣城一带）。三年后，为抵御西夏，改知延州（今陕西省延安一带），兼任鄜延路经略安抚使。因守边有功，元丰五年（公元1082年），升龙图阁直学士。但是不久又遭诬陷，降职做均州（今湖北省均县）团练副使。哲宗元二年（公元1087年），沈括花费十二年心血编修的《天下州县图》完成，被特许亲自到汴京进呈。次年，定居润州（今江苏省镇江东郊）梦溪园，在此安度晚年。
沈括晚年在梦溪园认真总结自己一生的经历和科学活动，写出了闻名中外的科学巨著《梦溪笔谈》和《忘怀录》等。宋哲宗绍圣二年（公元1095年）逝世。他一生著作多达几十种，但保存到现在的，除《梦溪笔谈》外，仅有综合性文集《长兴集》和医药著作《良方》等少数几部著作了。《梦溪笔谈》是中国科学史上的坐标，是沈括一生社会和科学活动的总结，内容极为丰富，包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、文学、史学、考古、音乐、艺术等共600余条。其中200来条属于科学技术方面，记载了他的许多发明、发现和真知灼见。沈括可说是一个科学通才。
3 中国四大发明之三
——造纸术公元105年，蔡伦在东汉京师洛阳总结前人经验，改进了造纸术，以树皮、麻头、破布、旧渔网等为原料造纸。大大提高了纸张的质量的生产效率，扩大了纸的原料来源，降低了纸的成本，为纸张取代竹帛开辟了的前景，为文化的传播创造了有利的条件。关于蔡伦发明造纸见之古籍记载，《后汉书·蔡伦传》中说：“自古书契，多编以竹筒；其用缣者，谓之为纸。缣贵而简重，并不便于人。伦乃造意，用树肤、麻头及敝布、鱼网以为纸。”后世遂尊他为我国造纸术的发明人。
东汉的许慎在他编写中国第一部条理清楚、体系分明的字典《说文解字》里谈到“纸”的来源。他说：“‘纸’从系旁，也就是‘丝’旁。”这句话指当时的纸主要是用绢丝类物品制成，与现在意义上的纸是完全不同的。纸的发明、发展及传播也是经过了一个曲折的过程。
公元105年发明造纸后，造纸术就从河南向经济文化发达的其它地区传播。蔡伦被封到陕西洋县为龙亭侯，造纸术就传到汉中地区并逐渐传向四川。据蔡伦家乡湖南耒阳的民间传说，蔡伦生前也向家乡传授过造纸术。东汉末年山东造纸也比较发达，出过东莱县（今掖县）的造纸能手左伯。另外，纸和藻饰书通过丝绸之路也先后传向北方各少数民族地区。
晋代开始，我国书画名家辈出，大大促进了书画用纸的发展。如东晋书法家王羲之，在他父子时期书画用纸大有提高。晋与南北朝的书写纸抄经纸为麻和楮皮制造，纸面已敷用淀粉与白色矿物涂料并进行研光。
隋代统一南北后，唐、宋继承与发展了数百年造纸的成就，并开辟了唐、宋手工造纸的全盛时期。唐代书画与佛教盛行，使纸的需求剧增，造纸的原料扩大到用藤和桑皮等。书画纸还用淀粉硝煮成涂料涂布后再经打蜡，最后用粗布或石块等揩磨砑光。写经纸还用黄檗染成黄色以避蠹。北宋时安徽已采用日晒夜收的办法漂白麻纤维以制纸，抄出的生纸光滑莹白，耐久性好。南宋时我国南方已盛产竹纸，王安石、苏东坡等都喜欢用竹纸写字，认为竹纸墨色鲜亮，笔锋明快，当时受到许多文人墨客的仿效，从而促进了竹纸的发展。宋代不但盛产竹纸，而且开始用稻、麦草造纸。北宋苏易简《文房四谱》中记载了浙江人以麦、稻杆做纸浆及与油藤配用造纸。
到了明代，我国用竹子造纸的技术（指手工）已臻完善，该时代宋应星著的《天工开物》系统叙述了用竹子造纸的生产过程，并附有生产设备与操作过程的插图。该书已译成日、法、英文传人日本与欧洲，是我国系统记述造纸工艺的最早著作。
经过元、明、清数百年岁月，到清代中期，我国手工造纸已相当发达，质量先进，品种繁多，成为中华民族数千年文化发展传播的物质条件。
4 中国四大发明之四
——活字印刷术毕昇，（繁体作“昇”，简体字为“升”）（？-1051年），中国北宋发明家，淮南路蕲州蕲水县直河乡人（今湖北省英山县草盘镇五桂墩村）。初为印刷铺工人，专事手工印刷。毕昇于宋仁宋庆历年间（1041-1048）发明了胶泥活字印刷术。
沈括在《梦溪笔谈》中有具体记载活字印刷术。活字印刷术是中国印刷术发展中的一个根本性的改革。
活字排版印刷术（沈括《梦溪笔谈》载：“庆历中，有布衣毕昇又为活版”），在当时印刷界反响很大。
关于毕昇的生平事迹，以及他发明活字版的经过，除了沈括在《梦溪笔谈》一书中的记载外，还找不到第二个文献资料。
沈括只说他是个布衣，生平一点都没有交代。所谓布衣，从字面理解就是没有作过官的普通老百姓。关于毕昇的职业，以前曾有人作过各种猜测，但最为可靠的说法，毕昇应当是一个从事雕版印刷的工匠。因为只有熟悉或精通雕版技术的人，才有可能成为活字版的发明者。由于毕昇在长期的雕版工作中，发现了雕版时最大缺点就是每印一本书都要重新雕一次版，不但要用较长时间，而且加大了印刷的成本。如果改用活字版，只需雕制一副活字，则可排印任何书籍，活字可以反复使用。虽然制做活字的工程大一些，但以后排印书籍则十分方便。正是在这种启示下，毕昇才发明了活字版。
关于毕昇的籍贯，沈括也没有交代，我们只知道毕昇死后，他制做的泥活字为沈括的侄子所收藏。沈括是杭州人，毕昇可能也是杭州人。杭州是当时雕版印刷较为发达的地区，活字版在这里发明，也是符合历史规律的。
活字印刷术的发明，是印刷史上的一次伟大革命，是我国古代四大发明之一，它为我国文化经济的发展开辟了广阔的道路，为推动世界文明的发展作出了重大贡献。
据传，毕昇后人因用活字胶泥伪造钱币被朝廷发现，株连九族，侥幸逃脱之族人遂改姓田、万。如今当地虽有地名叫毕家铺，但田、万姓多，毕姓无。
1990年毕昇墓碑在英山草盘地五桂村毕家坳发现，墓地西3公里处为毕家铺，南1公里处的肖家大屋传为毕宰相府，东15公里处有宰相毕翰儒墓。经中国印刷技术协会、中国印刷博物馆筹委会、湖北省文管会等单位委托中国历史博物馆研究员、国家文物鉴定委员会副主任委员史树青等28名专家学者鉴定，确认无疑。
西方的约翰内斯·谷登堡亦于多年后发明活字印刷，但其影响在欧洲更为深远。
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早先印书，都是把书刻在整块整块的木板上印。听说师兄毕昇发明了活字印刷，印刷效率一下子提高了几十倍，师弟们纷纷向他取经。毕昇一边演示，一边讲解，毫无保留地把自己的发明介绍给师弟们。
他先将细腻的胶泥制成小型方块，一个个刻上凸面反手字，用火烧硬，按照韵母分别放在木格子里。然后在一块铁板上铺上粘合剂（松香、蜡和纸灰），按照字句段落将一个个字印依次排放，再在四周围上铁框，用火加热。待粘合剂稍微冷却时，用平板把版面压平，完全冷却后就可以印了。印完后，把印版用火一烘，粘合剂熔化，拆下一个个活字，留着下次排版再用。
师弟们禁不住啧啧赞叹。一位小师弟说：“《大藏经》5000多卷，雕了13万块木板，一间屋子都装不下，花了多少年心血！如果用师兄的办法，几个月就能完成。师兄，你是怎么想出这么巧妙的办法的？”“是我的两个儿子教我的！”毕昇说。“你儿子？怎么可能呢？他们只会过家家。”“你说对了！就靠这‘过家家’。”毕昇笑着说，“去年清明前，我带着妻儿回乡祭祖。有一天，两个儿子玩过家家，用泥做成了锅、碗、桌、椅、猪、人，随心所欲地排来排去。我的眼前忽然一亮，当时我就想，我何不也来玩过家家：用泥刻成单字印章，不就可以随意排列，排成文章吗？哈哈！这不是儿子教我的吗？”
师兄弟们听了，也哈哈大笑起来。“但是这过家家，谁家孩子都玩过，师兄们都看过，为什么偏偏只有你发明了活字印刷呢？”还是那位小师弟问道。
一会儿，师傅开了口：“在你们师兄弟中，毕昇最有心。他早就在琢磨提高工效的新方法了！冰冻三尺非一日之寒啊。”“哦！”师兄弟们茅塞顿开。
5 地动仪的发明
东汉盛行迷信思想，统治者宣传天有意志，鬼神能降祸降福，那时候经常有地震发生，公元92年以后，几乎连年地震。地震区有时大至数十郡，有些地区发生地裂、地陷、山崩、水涌。迷信家借机宣扬这是上天对皇帝的警告，对百姓的惩罚。科学家探求真理，对抗迷信，并且在自然科学方面，取得了一定的成就。
张衡，东汉时期的西鄂人，是中国古代杰出的科学家，也是世界上最早的天文学家之一。17岁那年，他离开家乡，先后到了长安和洛阳，在太学里用功读书。他喜欢文学，特别爱好数学和天文学。朝庭听说张衡很有学问，召他到京里做官，先是任郎中，后来，担任了太史令，负责观察天文。这个工作正好符合他研究兴趣。他对记录下来的地震现象经过细心的考察和试验，发明了一个测报地震的仪器，叫作“地动仪”。
地动仪是用青铜制造的，仪器内部竖着一根铜柱，周围有8个杠杆连接外面。外面有8条龙，分别朝着8个方向，每条龙的嘴里各含着一粒小铜球。哪个方向发生地震，柱子就倒向哪个方向，触动杠杆，那个方向的龙嘴就张开吐出铜球，落在下面仰首张嘴的小铜蛤模中，这样，人们就能知道那里发生了地震。
张衡制造的地动仪准确度很高，公元138年2月的一天，地动仪朝西的龙嘴吐出钢球，但是洛阳一点也未有地震的迹象，因此，大伙纷纷议论，都说张衡的地动仪是骗人的。过了几天陇西方面飞马来报，离洛阳1000多里的金城、陇西一带发生了大地震。大伙儿这才信服了。
张衡不追求名利，一生献身科学，取得很多成就。有人讥笑他能使机轮自转，木马自飞，自己却不能飞黄腾达当大官。张衡说：“我决不会为了谋取高官厚禄，而去奉承权贵。君子不怕官位不高，只怕品德低下；不以俸禄不多为羞，只以知识贫乏为耻。”
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张衡出身于名门望族。其祖父张堪，自小志高力行，被人称为圣童，曾把家传余财数百万让给他的侄子。光武帝登基后张堪受荐拜官。曾被任为蜀郡太守随大司马吴汉讨伐割据蜀郡的公孙述，立有大功。其后又领兵抗击匈奴有功，拜为渔阳（今北京附近）太守。曾以数千骑兵击破匈奴来犯的一万骑兵。此后在他的任期内匈奴再也没有敢来侵扰。他又教人民耕种，开稻田八千顷，人民由此致富。所以，有民谣歌颂他说：“张君为政，乐不可支。”张堪为官清廉。伐蜀时他是首先攻入成都的，但他对公孙述留下的堆积如山的珍宝毫无所取。蜀郡号称天府，但张堪在奉调离蜀郡太守任时乘的是一辆破车，携带的只有一卷布被囊。
张衡像他的祖父一样，自小刻苦向学，很有文采。16岁以后曾离开家乡到外地游学。他先到了当时的学术文化中心三辅（今陕西西安一带）。这一地区壮丽的山河和宏伟的秦汉古都遗址给他提供了丰富的文学创作素材。以后又到了东汉首都洛阳。在那儿，他进过当时的最高学府——太学，结识了一位青年学者崔瑗，与他结为挚友。崔瑗是当时的经学家、天文学家贾逵的学生，也精通天文、历法、数学等学问。和帝永元十二年（公元100年）张衡应南阳太守鲍德之请，作了他的主簿，掌管文书工作。8年后鲍德调任京师，张衡即辞官居家。在南阳期间他致力于探讨天文、阴阳、历算等学问，并反复研究西汉扬雄著的《太玄经》。他在这些方面的名声引起了汉安帝的注意。永初五年（公元111年）张衡被征召进京，拜为郎中。
元初元年（公元114年）迁尚书郎。次年，迁太史令。以后曾调任他职，但5年后复为太史令。总计前后任此职达14年之久，张衡许多重大的科学研究工作都是在这一阶段里完成的。顺帝阳嘉二年（公元133年）升为侍中。但不久受到宦官排挤中伤，于永和元年（公元136年）调到京外，任河间王刘政的相。刘政是个骄横奢侈、不守中央法典的人，地方许多豪强与他共为不法。张衡到任后严整法纪，打击豪强，使得上下肃然。3年后，他向顺帝上表请求退休，但朝廷却征拜他为尚书。此事颇有蹊跷，因尚书的官职远低于侍中或相，他是否应征，史载不彰。就在这一年（永和四年，即公元139年），他即告逝世。
6 阿基米德螺旋泵
古希腊时期的阿基米德是有史以来最早的水泵发明者。阿基米德出生于公元前287年的希腊叙拉古城。当时的叙拉古经济空前繁荣，科学研究之风甚浓，城里的许多人对哲学、几何学等颇有研究。他们喜欢辩论，把这当做学习的机会，阿基米德从小生活在这种氛围之中，养成了喜欢思索、喜欢学习的良好习惯。
当时处于尼罗河河口的亚历山大城，是地中海东部政治、经济、文化的中心，那里聚集了许多第一流的科学家。好学的阿基米德也来到亚历山大城，在这里学习数学、天文学和力学。一个星期天，阿基米德和同学们一起乘木船，在尼罗河上缓缓地行驶，两岸旖旎的风光让他目不暇接。忽然，他看到一群人在用木桶拎水，便问道：“他们干嘛要拎水？”“河床地势低，农田地势高，农民只好拎水浇地。”一位当地的同学告诉他。“这样拎水的效率太低了，浇一丘田不知要拎多少桶。”阿基米德心中产生了对农民的同情心。那位同学不以为然地说：“祖祖辈辈，人们都是这样做的。你有什么好办法？”
回去后，阿基米德的眼前总是闪现出农民拎水时吃力的样子。“可不可以让水往高处流呢？”阿基米德开始思考这一问题。渐渐地，在阿基米德的脑海中产生了一个设想：“做一个大螺旋，把它放在一个圆筒里。这样，螺旋转起来后，水不就可以沿着螺旋沟带到高处去了吗？”
阿基米德立即根据这一设想，画出了一张草图。他拿着这张草图去找木匠，请求师傅帮他做一个用于泵水的工具。经阿基米德的指点，木匠制出了一个怪玩意儿。阿基米德将这个东西搬到河边，并把它的一头放进河水里，然后轻轻地摇动手柄。“咕噜噜”，只见河水在摇动手柄的同时，从怪东西的顶端不断地涌出来。水，果然往高处流了。
前来围观的农民，被这神奇的东西迷住了。他们纷纷赞扬阿基米德为农民做了一件大好事。不久，这种螺旋水泵在尼罗河流域，乃至更广大的范围流传开了。
相关链接水泵发展史
在螺旋水泵问世后不久，我国也发明了一种抽水工具——龙骨水车。据说是东汉灵帝时毕岚发明的。这种水车的主要装置是一个木板制成的槽，槽内相隔一定的距离放置瓦片大小的木块，这些木块通过销子连结起来。整个样子像龙的骨架，因此得名。使用时，人扶着水车顶端上的木架，用脚踩动拐木，就带动下面的木块沿着木槽往上移动，由此把水提上岸；而后木块又往木槽的背后往下移动，直至绕过下端的轴，重新刮水。后来，有人又对龙骨水车进行改进，发明了“畜力龙骨水车”、“水转龙骨水车”。
除了螺旋水泵、龙骨水车得到广泛、长期的应用之外，在历史的长河中，还诞生了各式各样的水泵。如有人发明了一种单人操作的泵水机械，它是一个全金属齿轮传动机械，在沉重的链上挂着一只只勺斗，它可以缓慢地将水提到高处；也有人发明了一种类似现在的打气筒式的水泵，它的泵筒是由较硬的榆木制成的，在泵筒内有一只皮袋制的活塞，把活塞往下推，再拉上来，水就会顺着泵筒泅泅上流，还有人发明了一种用于井下工作的水泵，它是在一个竖直的管道中，运行着一条链条，链上每隔一段距离就挂一个内装马尾毛制成的球，随着一个个球在管道内上升，水也被提了上来。
近代电动水泵的诞生，使这些形形色色的抽水工具退出了历史的舞台。不过，它们在人类的历史上，曾为农业的发展立下了汗马功劳。
7 科学改良土壤
几千年以前，农民们就认识到他们可以用肥料来改善土壤。早期的农民给他们的耕地施堆肥和动物粪肥。他们知道这样做有用，却不知道原因何在。其实原因在于这些肥料有助于产生营养物，诸如氮等，它们对农作物的生长是必不可少的。
19世纪的科学家们发现了氮的重要作用。农民们开始购买智利天然沉积物中找到的硝酸钠，施在自己田里。但这些沉积物不会永远存在下去，因此人们终究需要去寻找另外的氮源。幸运的是，氮是一种普通气体，而且构成了地球大气的五分之四。这样，科学家们便开始化肥在为世界益增长的人口，特别是像印度这些人口剧增的国家提供食物方面发挥了很大的作用。
寻求从大气中获得氮的种种途径。环境专家抨击使用化肥，因为供水可能因此受到污染。再者，大量的能源耗于氨的生产。接着干下去的人是德国化学家弗里茨·哈伯。他设计了一种生产氨（含氮）的方法。在化学家卡尔·博什改善的一种催化剂（加速化学反应的物质）的帮助下，氢与氮产生化学反应。这种方法现在称为哈伯-博什制造法。该制造法在1909年公开，氨生产工业加速成长起来。氨成为化学肥料的基础，也使农作物产量大幅度增加。哈伯-博什制造法中的“魔术配料”就是“催化剂”。催化剂是一种促进化学反应，而本身不发生变化的物质。哈伯-博什制造法中的催化剂是镍和铁。
8 炸药的发明
炸药源于中国，大约在唐代，我国已发明火药（黑色炸药），这是世界上最早的炸药。宋朝时，黑色炸药已经用于战争，它必须用明火点燃，爆炸力也不大。
1831年，英国人比克福德发明了安全导火索，使炸药的应用条件得到了极大改善。黄色炸药威力较大，它是由瑞典化学家、工程师和实业家诺贝尔发明的。1846年，意大利人索布雷罗合成硝化甘油，制成了液体炸药。这种液体炸药，爆炸力强，但使用时极不安全。1859年，诺贝尔父子又对硝化甘油进行研究，最后用“温热法”对硝化甘油进行了较为妥善的处置。1862年，他们建起了一座炸药加工厂，专门生产经过处理的炸药。但投产不久工厂就发生了爆炸，诺贝尔的父亲被炸成重伤，弟弟被炸死。为此，政府禁止重建炸药工厂。为了寻求减少搬动硝化甘油时发生危险的方法，诺贝尔把试验室搬到了一只驳船上，在船上进行试验。1865年，他发明了雷汞雷管，与比克福德发明的安全导火索并用，成了硝化甘油炸药等高级炸药的引爆手段。在试验过程中，他发现硝化甘油被干燥的硅藻土所吸附以后的混合物运输时很安全，而后又经过反复研究，不断改进，终于研制出了运输安全、性能可靠的黄色炸药——硅藻土炸药。随后又开发成功一种威力更大的同类型炸药——爆炸胶。10年后，他又研制出了第一批硝化甘油无烟火药弹道炸药。
此后，各个国家的科学家研制出了一代代更高级的炸药，炸药的用途也越来越广，爆炸力越来越大，但安全度和可靠性也越来越高，用量也越来越少。时至今日，炸药除了军事以外，在其他各个领域也得到了广泛的应用。
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迄今为止，可以考证的最早的火药配方，保存在唐元和三年（公元808年）清虚子撰写的《铅汞甲庚至宝集成》卷二之中，称“伏火矾法”。其内容为：“硫二两，硝二两，马兜铃（草药，烧燋即炭）三钱半。……入药于罐内与地平。将熟火一块、弹子大，下放里面，烟渐起。”中唐时期的《真元妙道要略》一书里记载：“以硫黄、雄黄合硝石并密烧之，焰火烧手面及烬屋舍者”；“硝石……生者不可合三黄（即硫黄、雄黄和雌黄）等烧，立见祸事。”可见当时人们已经知道火药燃烧和爆炸的性能。中国人民最早在公元9世纪已发明了火药。
9 陶瓷之都
——中国瓷器是中国人发明的，这是举世公认的。瓷器的发明是在陶器技术不断发展和提高的基础上产生的。商代的白陶是用瓷土（高岭土）作原料，烧成温度达1000℃以上，它是原始瓷器出现的基础。白陶的烧制成功对由陶器过度到瓷器起了十分重要的作用。
在商代和西周遗址中发现的“青釉器”以明显的具有瓷器的基本特征。它们质地较陶器细腻坚硬，胎色以灰白居多，烧结温度高达1100～1200℃，胎质基本烧结，吸水性较弱，器表面施有一层石灰釉。但是它们与瓷器还不完全相同。被人称为“原始瓷”或“原始青瓷”。
原始瓷从商代出现后，经过西周、春秋战国到东汉，历经了1600～1700年间的变化发展，由不成熟逐步到成熟。
东汉以来至魏晋时制作的瓷器，从出土的文物来看多为青瓷。这些青瓷的加工精细，胎质坚硬，不吸水，表面施有一层青色玻璃质釉。这种高水平的制瓷技术，标志着中国瓷器生产已进入一个新时代。
我国白釉瓷器萌发于南北朝，到了隋朝，已经发展到成熟阶段。至唐代更有新的发展。瓷器烧成温度达到1200℃，瓷的白度也达到了70%以上，接近现代高级细瓷的标准。这一成就为釉下彩和釉上彩瓷器的发展打下基础。
宋代瓷器，在胎质、釉料和制作技术等方面，又有了新的提高，烧瓷技术达到完全成熟的程度。在工艺技术上，有了明确的分工，在我国瓷器发展的一个重要阶段。宋代闻名中外的名窑很多，耀州窑、磁州窑、景德镇窑、龙泉窑、越窑、建窑以及被称为宋代五大名窑的汝、官、哥、钧、定等产品都有它们自己独特的风格。耀州窑（陕西铜川）产品精美，胎骨很薄，釉层匀净；磁州窑（河北彭城）以磁石泥为坯，所以瓷器又称为磁器。磁州窑多生产白瓷黑花的瓷器；景德镇窑的产品质薄色润，光致精美，白度和透光度之高被推为宋瓷的代表作品之一；龙泉窑的产品多为粉青或翠青，釉色美丽光亮；越窑烧制的瓷器胎薄，精巧细致，光泽美观；建窑所生产的黑瓷是宋代名瓷之一，黑釉光亮如漆；汝窑为宋代五大名窑之冠，瓷器釉色以淡青为主色，色清润；官窑是否存在一直是人们争议的问题，一般学者认为，官窑就是卞京官窑，窑设于卞京，为宫廷烧制瓷器；哥窑在何处烧造也一直是人们争议的问题。根据各方面资料的分析，哥窑烧造地点最大的可能是与北宋官窑一起生产；均窑烧造的彩色瓷器较多，以胭脂红最好葱绿及墨色的瓷器也不错；定窑生产的瓷器胎细，质薄而有光，瓷色滋润，白釉似粉，称粉定或白定。
我国古代陶瓷器釉彩的发展，是从无釉到有釉，又由单色釉到多色釉，然后再由釉下彩到釉上彩，并逐步发展成釉下与釉上合绘的五彩、斗彩。
彩瓷一般分为釉下彩和釉上彩两大类，在胎坯上先画好图案，上釉后入窑烧炼的彩瓷叫釉下彩；上釉后入窑烧成的瓷器再彩绘，又经炉火烘烧而成的彩瓷，叫釉上彩。明代著名的青花瓷器就是釉下彩的一种。
明代精致白釉的烧制成功，以铜为呈色剂的单色釉瓷器的烧制成功，使明代的瓷器丰富多彩。明代瓷器加釉方法的多样化，标志着中国制瓷技术的不断提高。成化年间创烧出在釉下青花轮廓线内添加釉上彩的“斗彩”，嘉靖、万历年间烧制成的不用青花勾边而直接用多种彩色描绘的五彩，都是著名的珍品。清代的瓷器，是在明代取得卓越成就的基础上进一步发展起来的，制瓷技术达到了辉煌的境界。康熙时的素三彩、五彩，雍正、乾隆时的粉彩、珐琅彩都是闻名中外的精品。
明代在釉下青花轮廓线内添加釉上彩而烧成的一种瓷器，由于釉下彩青花与釉上彩绘争奇斗艳，故名“斗彩”。
清代仿铜胎画珐琅效果的一种瓷器。珐琅彩又称“料彩”。
我国初唐时期，瓷器便由海上和“丝绸之路”输入到西方去了。公元8世纪，我国瓷器已经传到阿拉伯、印度、波斯、埃及和地中海沿岸各国。
五代时瓷器传到朝鲜。与此同时，制瓷技术也被引进。朝鲜工匠在学习中国技术的基础上进行了改进烧制成功了优美的“翠色”瓷器。唐代的陶瓷在日本出土的很多，南宋时期日本人加藤四郎、左卫门景正在福建学习制瓷，回国后建窑，烧制出黑釉等瓷器。
在南洋一带，如印度尼西亚曾出土晚唐、五代的青瓷和三彩陶器。文莱也发现过唐代黑釉、青釉瓷器。马来半岛也发现过唐代的瓷器。
11世纪，我国造瓷技术传到波斯喇吉斯，后来又传到阿拉伯、土耳其和埃及等地。15世纪后半叶，中国的造瓷技术才传到意大利的威尼斯。从此，欧洲的造瓷技术便得到迅速发展。
10 偶然中的发明
1752年，46岁的美国科学家富兰克林用绸子做了一个风筝，并在一个风雨交加的天气里用麻线把风筝放上天空，麻线下端系了一把金属钥匙，当雨水把麻线浇湿以后就变成了导电体。这时，他把手靠近钥匙，突然看到电火花在钥匙和手指之间跳过，同时，手指感到一阵刺痛。这个实验证明了天空中打雷实际上就是一种大规模的放电现象。由此，使富兰克林想到，如果在高大的建筑物上装一根金属导线，导线下端接地，根据尖端放电的原理，就可避免建筑物遭到雷击的危险。这就导致了避雷针的发明。由于避雷针的发明，人类生活的世界就多了几分安全。关于避雷针的发明，似乎是一个偶然事件。一个巧合提醒了一位伟人突发奇想，导致了发明和创造。
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公元17世纪（1688）时，法国著名旅行家、修道士卡勃里欧列·戴马卡连在游历中国之后，曾著《中国新事》一书，书中谈到中国建筑时写道：“中国屋宇的屋脊两头都雕饰有一个仰头张嘴的龙头，龙嘴吐出金属舌头，伸向天空，舌根连着一根细铁丝直通地下。这些奇妙的装置，在遇到雷电时，就大显神通，若雷电击中了屋宇，电流就会从龙舌沿线跑到地里，这时的雷电就起不了破坏作用。”说的就是我国古建筑上的避雷针。
11 电灯的历史
1801年，英国一名化学家戴维将铂丝通电发光。他在1810年亦发明了电烛，利用两根碳棒之间的电弧照明。1854年享利·戈培尔使用一根炭化的竹丝，放在真空的玻璃瓶下通电发光。他的发明今天看来是首个有实际效用的白炽灯。他当时试验的灯泡已可维持400小时，但是并没有即时申请设计专利。
1850年，英国人约瑟夫·威尔森·斯旺（Joseph Wilson Swan）开始研究电灯。1878年，他以真空下用碳丝通电的灯泡得到英国的专利，并开始在英国建立公司，在各家庭安装电灯。
1874年，加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利。他们在玻璃泡之下充入氦气，以通电的碳杆发光。但是他们无足够财力继发展这发明，于是在1875年把专利卖给爱迪生。
爱迪生购下专利后，尝试改良使用的灯丝。1879年他改以碳丝造灯泡，成功维持13个小时。到了1880年，他造出的炭化竹丝灯泡曾成功在实验室维持1200小时。但是在英国，斯旺控告爱迪生侵犯专利，并且获得胜诉。爱迪生在英国的电灯公司被迫让斯旺加入为合伙人。但后来斯旺把他的权益及专利都卖了给爱迪生。在美国，爱迪生的专利亦被挑战。美国专利局曾判决他的发明已有前科，属于无效。最后经过多年的官司，爱迪生才取得碳丝白炽灯的专利权。
爱迪生的最大发现是使用钨代替碳作为灯丝。之后在1906年，通用电器发明一种制造电灯钨丝的方法。最终廉价制造钨丝的方法得到解决，钨丝电灯泡被使用至今。
电灯泡的最大问题是灯丝的蒸发。因为钨丝上细微的电阻差别造成温度不一，在电阻较大的地方，温度升得较高，钨丝亦蒸发得较快，于是造成钨丝变幼，电阻进一步增大的循环；最终令钨丝烧断。后来发现以惰性气体代替真空可以减慢钨丝的蒸发。今天多数的电灯泡内都是注入氦、氩或氪气。
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爱迪生醉心于科学研究，对自己的私事却一点都不注意。可以这样说，他在七十三岁以前未曾好好睡过觉；既使到了晚年，他每天的工作时间仍不少于十六到十八小时。他一搞起试验来，就忘记了休息，偶尔实在疲乏坚持不了时，才稍作休息，因此，他也非常喜欢和他有同样精力的人当他的助手。这一天，有个自称无眠的人到他那里请求工作。爱迪生很感兴趣，认为这个人是他最理想的助手。于是便和这位“无眠者”一块工作。可是，在连续工作六十个小时后，这位无眠者再也支持不住了，倒头便睡，连机器发生故障，发出巨大的轰鸣声响也未惊醒他。而爱迪生仍在不倦地工作着。在当时，爱迪生不倦工作的精神是远近驰名的，许多人非常羡慕他。
有一天，爱迪生接待了一位来访者，这位来访者一定要这个“妖魔人物”介绍一下不倦工作的“秘诀”。爱迪生觉得好笑，因为他不倦工作本来是没有什么秘诀的，便顺口说了一句笑话，告诉那位来访者说：“每天早上吃一只兔子或许能行。”那人信以为真，起身告辞，回去后果然照此办理。可是，六个星期以后，这个人已经累得大病一场，起不来床了。他不讲究修饰，常穿着破旧的被化学药物染污了的衣服，他这种习惯到老年时尤甚。平常人都以为他是伙夫，报纸也常刊载讽刺他的文章。这恰好证明他把全部心血和精力都倾注在科学研究上了。一八七二年他在研究自动电报机时，由于试验入迷，思想高度集中，有一次他需要到外边办一件急事。可是当人家询问他的名字时，他竟好一阵想不起来。爱迪生在科学研究的道路上，步履坚实，用心维艰，的确花费了巨大的体力与心力。
在他七十七岁生辰的时候，有人问他的人生哲学是什么？他回答说：“做工！揭破自然的秘密，并使它为人类服务”。这是他从事科学研究的真正动力，不过，这并不是“秘诀”。
12 麻醉术的发明
相传，在世界上最早使用麻醉术的是我国汉代杰出名医华佗。据《后汉书》记载，华佗能够施行腹腔内手术，例如胃肠道手术。事前让病人调服一种称为“麻沸散”的麻醉药物，会暂时失去知觉，接受手术时丝毫不感到痛苦。有一次，华佗给一个剧烈腹痛的人看病，病人两脚屈起，手按肚子，不断呻吟。华佗诊治后认为这是一种肠痈症。由于看病太晚，吃药、钱灸都已无济于事，只能开刀把溃烂坏死的肠子除掉。于是他给病人服了“麻沸散”，使病人失去知觉，立即作由剖腹手术，割去溃烂的部分，用线缝好伤口，涂上药膏，不久伤口愈合，不到两个月完全恢复了健康。
今天，虽说“麻沸散”这个麻醉药已经失传，但是，从历代传下的历史资料看，有关华佗使用“麻沸散”施行麻醉的事，并不像讹传。现代麻醉药中有一种叫东茛菪硷者，正好是中药麻醉药物洋金花的主要成分。那么，洋金花是不是华佗使用的“麻沸散”呢？还值得进一步考证。
18世纪的最后一个年头，在现代医学麻醉发展史上，曾出现过一次有趣的事情：戴维这位鼎鼎有名的英国大化学家，向医学界推荐了一种鲜为人知的麻醉药。有一次，一连几天戴维被牙痛折磨得难以忍受。一天，当他来到一间化学实验室里，奇迹发生了。戴维的牙痛消失了。他感到惊讶，这是怎么回事呀！当他走出实验室时，阵阵牙痛又“东山再起”。于是他重新走进这间实验室，牙痛又消失了。毫无疑问，这间实验室里的某种化学物品具有神奇的止痛作用。他开始审视这间屋子，屋子里的确弥散着一种化学气体。“氧化亚氮！”几乎所有屋子里的人都高兴地叫出声来。
戴维不愧是有科学头脑的学者，他又细心地反复进出了好几次，而且将氧化亚氮这种化学物品止牙痛的效果与过程，一一详细地记录下来，并郑重其事地向医学界推荐这个药品，建议将它在外科手术中用来止痛麻醉。但是这个建议并没有让人重视，氧化亚氮这个麻醉剂失去了一次崭露头角的机会，仅仅是“昙花一现”便让人遗忘了。
氧化亚氮在沉默整整40年以后，不知什么缘故，阴差阳错地却被一位美国化学家考尔顿重新注意到。他发现这种化学物品被人吸入后，开始人会出现一阵子莫名其妙的兴奋，甚至哈哈大笑，不能自控，随即又会让人昏昏欲睡。考尔顿的研究重点偏离了正确方向。他认为与其说它有止痛麻醉作用，倒不如说它具有出众的“催眠作用”。恰恰在当时的美国社会上大力推崇所谓的催眠术。考尔顿来劲了，他想借助氧化亚氮发笔小财。于1844年11月，他开始了这项别出心裁的经营。
考尔顿携带着氧化亚氮，风尘仆仆地来到美国东北部的哈特福德城，贴上不少五彩缤纷的宣传广告。上面写着诱人的话语：“你想解除忧伤与烦恼吗？来深深地吸上几口氧化亚氮吧！”你想舒舒服服地睡上一觉吗？氧化亚氮可以帮助您！考尔顿和他的同伙人大声嚷襄道：“来吧！来吧！花上一角五分钱，你可以尝试当一回神仙！”一个毛头小子，兴致勃勃地冲开围观的人群挤到了考尔顿的面前：“我来试一下！”说着，朝考尔顿手里丢上一角五分钱。考尔顿打开盛放氧化亚氮的罐子，气体直朝这个小伙子鼻子里钻去。人们拭目以待地看着他的神情变化，究竟能不能催眠呀？突然，由于吸入药物数量不足，反而引起兴奋。他从似睡未睡的状态中一跃而起，哈哈大笑不止，大叫大闹地冲进人群，向那些姑娘、小孩子追逐，并且重重地摔了一跤，腿上流出殷红的鲜血。人群大乱，朝着考尔顿哄笑着。一场表演匆匆收场。考尔顿无颜地卷起物品匆匆逃离。氧化亚氮又多了一个引人注目的雅号“笑气”。
考尔顿灰溜溜回到寓所不敢出门，第二天突然听到“呯！呯！”的敲门声：“考尔顿先生在吗？”一个男子的声音。“先生您是？”考尔顿打开门，迷惑不解地看着这位中年来客。“我想同您合作，进一步研究氧化亚氮的止痛作用。”原来，在考尔顿那场不体面的表演时，观众中有位男子，就是这个来访者，他名叫威尔士，一位美国牙科医生。他看了表演想到或许这玩意儿有止痛作用，这个想法竟然又回到当年戴维的老路上来了。一次友谊的合作开始了。谁来当病人呢？威尔士正好自己有颗病牙要拔除，他的助手担任拔牙医师，考尔顿成了麻醉师。威尔士连续吸进好几口“笑气”，进入了半睡状态，他的助手用拔牙钳干净利落地拔下了病牙！“痛吗？”考尔顿焦急地问道。“不痛！太妙了，我宣布从今起拔牙可以不痛了。”威尔士兴奋地叫道。接着，威尔士采用“笑气”麻醉，连续为十几个病人拔牙，效果令人鼓舞。于是他信心百倍，准备进行一次公开的试验。
1845年元旦刚过不久，美国波士顿的一家医院宽大的阶梯教室里，挤满了大批医学生和不少著名医生，他们都想亲眼看看威尔士的表演。一位牙病病人被请到教室前边的讲台上，安稳地坐上椅子。威尔士取出“笑气”让他吸入，然后为他拔牙。谁知道由于吸入量不够，急于求成，反而弄巧成拙，病人在拔牙过程中大叫疼痛。于是，教室里顿时哄笑四起，威尔士被当作骗子赶出医院。他的处境比考尔顿还狼狈不堪。“笑气”真的不行吗？并非如此，看来是麻醉效力还不够大。是不是还有更出色的的麻醉药呢？医学家们对寻找麻醉药有了浓厚的兴趣。
摩顿，这位威尔士的助手，在看到威尔士的失败后，寻找新麻醉药的念头油然而生。他记起了另一位化学家讲起过的一件事：这位化学家与人玩牌。他们一边打牌，一边给炉灯添加酒精照明。不知谁拿错了瓶，将另一瓶药液倒入了燃炉中。顿时屋子里弥漫着一股诱人的清香，让人感到舒适。不一会，这位化学家与其他打牌人，一个个都昏昏睡去，好久才醒来，过后一瞧，那瓶药液上标着醒目的名称：乙醚。
摩顿吸取了威尔士失败的经验教训。他不鲁莽行事，而是一次次地在狗身上做试验，私下又试用于不少病人，到了万无一失的时候，才向医学界公开。
1846年10月16日，是一个不平凡的日子。还是在赶走威尔士的那所医院里，摩顿要在这里向世界宣布他的成功创举。时光在一分一秒地过去，作为这次手术的主刀医生华伦医生已等得有些不耐烦了，那位患有下腭部血管瘤的病人也在东张西望，可是摩顿不见人影。“准又是个骗子，还不是像威尔士一样蒙人。”有人在冷言。“我想他大概有别的约会吧。”华伦医生居然冒出这样一句话。几乎所有在场的人都认为摩顿临场胆怯，不会再来。华伦医生也准备在没有麻醉的情况下为病人开刀。而病人呢？惊慌地躲到一角。“且慢！”摩顿洪亮的声音顿时惊动了全场。只见他从容不迫地开始用乙醚为病人施行麻醉。手术室里弥散着阵阵乙酸的清香。当华伦医生一刀下去时，病人毫无知觉。“成功了！”全场所有的人高兴地呼叫着。成功了！手术无痛的年代真的来临了。戴维、考尔顿、威尔士以及摩顿，在人类寻找麻醉药的艰难征途上都作出过贡献，尤其是摩顿用乙醚获得巨大成功，为麻醉术的崛起创下不可磨灭的功勋。从此以后麻醉术进入了崭新的时代，许多出类拔萃的麻醉药物，许多引人入胜的麻醉技术不断涌现。
13 显微镜的发明
最早的显微镜是由一个叫詹森的眼镜制造匠人于1590年前后发明的。这个显微镜是用一个凹镜和一个凸镜做成的，制作水平还很低。詹森虽然是发明显微镜的第一人，却并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个原因，詹森的发明并没有引起世人的重视。事隔90多年后，显微镜又被荷兰人列文虎克研究成功了，并且开始真正地用于科学研究试验。关于列文虎克发明显微镜的过程，也是充满偶然性的。
列文虎克于1632年出生于荷兰的德尔夫特市，从没接受过正规的科学训练。但他是一个对新奇事物充满强烈兴趣的人。一次，他从朋友那里听说荷兰最大的城市阿姆斯特丹的眼镜店可以磨制放大镜，用放大镜可以把肉眼看不清的东西看得很清楚。他对这个神奇的放大镜充满了好奇心，但又因为价格太高而买不起。从此，他经常出入眼镜店，认真观察磨制镜片的工作，暗暗地学习着磨制镜片的技术。功夫不负苦心人。1665年，列文虎克终于制成了一块直径只有0.3厘米的小透镜，并做了一个架，把这块小透镜镶在架上，又在透镜下边装了一块铜板，上面钻了一个小孔，使光线从这里射进而反射出所观察的东西。这样，列文虎克的第一台显微镜成功了。由于他有着磨制高倍镜片的精湛技术，他制成的显微镜的放大倍数，超过了当时世界上已有的任何显微镜。
列文虎克并没有就此止步，他继续下功夫改进显微镜，进一步提高其性能，以便更好地去观察了解神秘的微观世界。为此，他辞退了工作，专心致志地研制显微镜。几年后，他终于制出了能把物体放大300倍的显微镜。
1675年的一个雨天，列文虎克从院子里舀了一杯雨水用显微镜观察。他发现水滴中有许多奇形怪状的小生物在蠕动，而且数量惊人。在一滴雨水中，这些小生物要比当时全荷兰的人数还多出许多倍。以后，列文虎克又用显微镜发现了红血球和酵母菌。这样，他就成为世界上第一个微生物世界的发现者，被吸收为英国皇家学会的会员。
显微镜的发明和列文虎克的研究工作，为生物学的发展奠定了基础。利用显微镜发现，各种传染病都是由特定的细菌引起的。这就导致了抵抗疾病的健康检查、种痘和药物研制的成功。
据说，列文虎克是一个对自己的发明守口如瓶、严守秘密的人。直到现在，显微镜学家们还弄不明白他是怎样用那种原始的工具获得那么好的效果的。
相关链接电子显微镜的发展史及医学应用
自从1590年复式光学显微镜发明之後，生物微细构造的神秘面纱就逐渐的被揭开了。但是至今光学显微镜的解像力由于可见光波长的特性，无法突破0.2微米（μm）的极限，而事实上光学显微镜理论上的解像极限也仅有0.172微米。在这种解像力下，大部分胞器的详细构造是无法被看清楚的，为了寻求具有更佳解像的显微镜，科学家们终于在1930年代发展出电子显微镜，藉著电子本身短波长的物理特性，电子显微镜终于突破光学显微镜的极限，使许多更细微的胞器、病毒甚至DNA的分子构造呈现在人们的眼前。Ernst Ruska也在1986年因首先发展成功电子显微镜而获颁诺贝尔物理奖。在过去半个世纪中，电子显微镜蓬勃而成功的应用在许多生物医学方面的研究，诸如Albert Claude和George Palade因其卓越的电子显微镜研究的成果而得到1974年的诺贝尔奖。如今电子显微镜的应用不但广泛涵盖所有的生物医学领域，更成为病理诊断不可缺少的工具。
电子显微镜在医学上的应用主要为病理诊断和医学研究。自从1947年Porter和Thompson首先使用电子显微镜观察恶性肿瘤细胞之后，电子显微镜在人类及动物肿瘤的研究上就形成一股热潮，不过在这股早期的热潮之中并没有突破性的发现，超显微病理学也都一直处于萌芽的阶段。直到60年代末期，Juan Rosi等人成功的将电子显微镜应用到肿瘤病理的鉴别诊断上之后，超显微病理学就进入蓬勃发展的阶段。Feroze Ghadially首先出版了第一本超显微肿瘤病理及图谱，Ghadially后来又出版数本超显微病理专书，而被誉为超显微病理学大师。电子显微镜更广泛应用到非肿瘤疾病的诊断上，其中发展最深入当属肾脏病理，其他如小儿病理中许多先天性或遗传性疾病的诊断、肌肉神经病理的探讨等。
14 揭开天体的面纱
17世纪初的一天，荷兰密特尔堡镇一家眼镜店的主人科比斯赫，他为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线，通过透镜看过去，发现远处的教堂的塔好像变大而且拉近了，于是在无意中发现了望远镜原理。1608年他为自己制作的望远镜申请专利，并遵从当局的要求，造了一个双筒望远镜。据说密特尔堡镇好几十个眼镜匠都声称发明了望远镜，不过一般都认为利比赫是望远镜的发明者。
望远镜发明的消息很快在欧洲各国流传开了，意大利科学家伽利略得知这个消息之后，就自制了一个。第一架望远镜只能把物体放大3倍。一个月之后，他制作的第二架望远镜可以放大8倍，第三架望远镜可以放大到20倍。1609年10月他作出了能放大30倍的望远镜。
伽里略用自制的望远镜观察夜空，第一次发现了月球表面高低不平，覆盖着山脉并有火山口的裂痕。此后又发现了木星的4个卫星、太阳的黑子运动，并作出了太阳在转动的结论。
几乎同时，德国的天文学家开普勒也开始研究望远镜，他在《屈光学》里提出了另一种天文望远镜，这种望远镜由两个凸透镜组成，与伽利略的望远镜不同，比伽利略望远镜视野宽阔。但开普勒没有制造他所介绍的望远镜。沙伊纳于1613年～1617年间首次制作出了这种望远镜，他还遵照开普勒的建议制造了有第三个凸透镜的望远镜，把二个凸透镜做的望远镜的倒像变成了正像。沙伊纳做了8台望远镜，一台一台地云观太阳，无论哪一台都能看到相同形状的太阳黑子。因此，他打消了不少人认为黑子可能是透镜上的尘埃引起的错觉，证明了黑子确实是观察到的真实存在的。在观察太阳时沙伊纳装上特殊遮光玻璃，伽利略则没有加此保护装置，结果伤了眼睛，最后几乎失明。
荷兰的惠更斯为了提高望远镜的精度在1665年做了一台筒长近6米的望远镜，来探查土星的光环，后来又做了一台将近41米长的望远镜。
使用物镜和目镜的望远镜称为折射望远镜，即使加长镜筒，精密加工透镜，也不能消除色像差，1668年英国科学家反射式望远镜，解决了色像差的问题。第一台反望远镜非常小，望远镜内的反射镜口径只有2.5厘米，但是已经能清楚地看到木星的卫星、金星的盈亏等。1672年牛顿做了一台更大的反射望远镜，送给了英国皇家学会，至今还保存在皇家学会的图书馆里。
牛顿曾认为折色像差不可救药，后来，证明过分悲观。1733年英国人哈尔制成一台消色差折射望远镜。1758年伦敦的宝兰德也制成同样的望远镜，他采用了折光原则不同的玻璃分别制造凸透镜和凹透镜，把各自形成的有色边缘相互抵消。
但是要制造很大透镜不容易，目前世界上最大的一台折射式望远镜直径为102厘米，安装在雅弟斯天文台。
反射式望远镜存在天文观测中发展很快，1793年英国赫瑟尔制做了反射式望远镜，反射镜直径为130米，用铜锡合金制成，重达1吨。1845年英国的洛斯制造的反射望远镜，反射镜直径为1.82米。1913年在威尔逊山天文台反望远镜，直径为254米。1950年在帕洛玛山上安装了一台直径5.08米反射镜的反射式望远镜。1969年在苏联高加索北部的帕斯土霍夫山上装设了直径为6米的反射镜，它是当时世界上最大的反射式望远镜，现在大型天文台大都使用反射式望远镜。
相关链接伽利略的生平和学术生涯
早年活动。伽利略1564年2月15日生于比萨，父亲芬琴齐奥·伽利莱精通音乐理论和声学，著有《音乐对话》一书。1574年全家迁往佛罗伦萨。伽利略自幼受父亲的影响，对音乐、诗歌、绘画以及机械兴趣极浓；也像他父亲一样，不迷信权威。17岁时遵从父命进比萨大学学医，可是对医学他感到枯燥无味，而在课外听世交、著名学者里奇讲欧几里得几何学和阿基米德静力学，感到浓厚兴趣。1583年，伽利略在比萨教堂里注意到一盏悬灯的摆动，随后用线悬铜球作模拟（单摆）实验，确证了微小摆动的等时性以及摆长对周期的影响，由此创制出脉搏计用来测量短时间间隔。1585年因家贫退学，担任家庭教师，但仍奋力自学。1586年，他发明了浮力天平，并写出论文《小天平》。
1587年他带着关于固体重心计算法的论文到罗马大学学求见著名数学家和历法家C.克拉维乌斯教授，大受称赞和鼓励。克拉维乌斯回赠他罗马大学教授P.瓦拉的逻辑学讲义与自然哲学讲义，这对于他以后的工作大有帮助。
1588年他在佛罗伦萨研究院做了关于A.但丁《神曲》中炼狱图形构想的学术演讲，其文学与数学才华大受人们赞扬。次年发表了关于几种固体重心计算法的论文，其中包括若干静力学新定理。由于有这些成就，当年比萨大学便聘请他任教，讲授几何学与天文学。第二年他发现了摆线。当时比萨大学教材均为亚里士多德学派的学者所撰，书中充斥着神学与形而上学的教条。伽利略经常发表辛辣的反对意见，由此受到校内该学派的歧视和排挤。1591年其父病逝，家庭负担加重，他便决定离开比萨。帕多瓦时期1592年伽利略转到帕多瓦大学任教。帕多瓦属于威尼斯公国，远离罗马，不受教廷直接控制，学术思想比较自由。在此良好气氛中，他经常参加校内外各种学术文化活动，与具有各种思想观点的同事论辩。此时他一面吸取前辈如N.F.塔尔塔利亚、G.B.贝内代蒂、F.科门迪诺等人的数学与力学研究成果，一面经常考察工厂、作坊、矿井和各项军用民用工程，广泛结交各行业的技术员工，帮他们解决技术难题，从中吸取生产技术知识和各种新经验，并得到启发。
在此时期，他深入而系统地研究了落体运动、抛射体运动、静力学、水力学以及一些土木建筑和军事建筑等；发现了惯性原理，研制了温度计和望远镜。
1597年，他收到J.开普勒赠阅的《神秘的宇宙》一书，开始相信日心说，承认地球有公转和自转两种运动。但这时他对柏拉图的圆运动最自然最完善的思想印象太深，以致对开普勒的行星椭圆轨道理论不感兴趣。1604年天空出现超新星，亮光持续18个月之久。他便趁机在威尼斯作几次科普演讲，宣传哥白尼学说。由于讲得精采动听，听众逐次增多，最后达千余人。
1609年7月，盛传一荷兰眼镜工人发明了供人玩赏的望远镜。他未见到实物，思考竟日后，用风琴管和凸凹透镜各一片制成一具望远镜，倍率为3，后又提高到9。他邀请威尼斯参议员到塔楼顶层用望远镜观看远景，观者无不惊喜万分。参议院随后决定他为帕多瓦大学的终身教授。1610年初，他又将望远镜放大率提高到33，用来观察日月星辰，新发现甚多，如月球表面高低不平，月球与其他行星所发的光都是太阳的反射光，水星有4颗卫星，银河原是无数发光体的总汇，土星有多变的椭圆外形等等，开辟了天文学的新天地。是年3月，出版了他的《星空信使》一书，震撼全欧。随后又发现金星盈亏与大小变化，这对日心说是一强有力的支持。伽利略日后回顾在帕多瓦的18年时，认为这是他一生中工作最开展、精神最舒畅的时期。事实上，这也是他一生中学术成就最多的时期。
托斯卡纳时期20年来伽利略在物理学和天文学研究上的丰硕成果，激起了他学术上的更大企求。为了取得充裕时间致力于科学研究，1610年春，他辞去大学教职，接受托斯卡纳公国大公聘请，担任宫廷首席数学家和哲学家的闲职与比萨大学首席数学教授的荣誉职位。
为了使科学免受教会干预，伽利略曾多次去罗马活动。1611年他第二次去罗马，目的在于赢得宗教、政治与学术界认可他在天文学上的发现。他在罗马受到包括教皇保罗五世和若干高级主教在内的上层人物的热情接待，并被林赛研究院接纳为院士。当时耶稣会的神父们承认他的观测事实，只是不同意他的解释。这年5月，在罗马大学的大会上，几个高职位的神父公开宣布了伽利略的天文学成就。
同年，他观察到太阳黑子及其运动，对比黑子的运动规律和圆运动的投影原理，论证了太阳黑子是在太阳表面上；他还发现了太阳有自转。1613年他发表了3篇讨论太阳黑子问题的通信稿。另外，1612年他又出版了《水中浮体对话集》一书。
1615年，一诡诈的教士集团和教会中许多与伽利略敌对的人联合攻击伽利略为哥白尼学说辩护的论点，控告他违反基督教义。他闻讯后，于是年冬第三次去罗马，力图挽回自己的声誉，企求教廷不因自己保持哥白尼观点而受到惩处，也不公开压制他宣传哥白尼学说，教廷默认了前一要求，但拒绝了后者。教皇保罗五世在1616年下达了著名的“1616年禁令”，禁止他以口头的或文字的形式保持、传授或捍卫日心说。
1624年，他第四次去罗马，希望故友新任教皇乌尔邦八世能够同情并理解他的意愿，以维护新兴科学的生机。他先后谒见6次，力图说明日心说可以与基督教教义相协调，说“圣经是教人如何进天国，而不是教人知道天体是如何运转的”；并且试图以此说服一些大主教，但毫无效果。乌尔邦八世坚持“1616年禁令”不变；只允许他写一部同时介绍日心说和地心说的书，但对两种学说的态度不得有所偏倚，而且都要写成数学假设性的。在这辛勤奔波的一年里，他研制成了一台显微镜，“可将苍蝇放大成母鸡一般。”
此后6年间，他撰写了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》
一书，1630年他第5次到罗马，取得了此书的“出版许可证”。此书终于在1632年出版了。此书在表面上保持中立，但实际上却为哥白尼体系辩护，并多处对教皇和主教隐含嘲讽，远远超出了仅以数学假设进行讨论的范围。全书笔调诙谐，在意大利文学史上列为文学名著。
教廷的迫害和晚年生活《对话》出版后6个月，罗马教廷便勒令停止出售，认为作者公然违背“1616年禁令”，问题严重，亟待审查。原来有人在教皇乌尔邦八世面前挑拨说伽利略在《对话》中，借头脑简单、思想守旧的辛普利邱之口以教皇惯用辞句，发表了一些可笑的错误言论，使他大为震怒。曾支持他当上教皇的集团激烈地主张要严惩伽利略，而神圣罗马帝国和西班牙王国认为如纵容伽利略会对各国国内的异端思想产生重大影响，提出联合警告。在这些内外压力和挑拨下，教皇便不顾旧交，于这年秋发出了伽利略到罗马宗教裁判所受审的指令。
年近七旬而又体弱多病的伽利略被迫在寒冬季节抱病前往罗马，在严刑威胁下被审讯了三次，根本不容申辩。几经折磨，终于在1633年6月22日在圣玛丽亚修女院的大厅上由10名枢机主教联席宣判，主要罪名是违背“1616年禁令”和圣经教义。伽利略被迫跪在冰冷的石板地上，在教廷已写好的“悔过书”上签字。主审官宣布：判处伽利略终身监禁；《对话》必须焚绝，并且禁止出版或重印他的其他著作。此判决书立即通报整个天主教世界，凡是设有大学的城市均须聚众宣读，借此以一儆百。
伽利略既是勤奋的科学家，又是虔诚的天主教徒，深信科学家的任务是探索自然规律，而教会的职能是管理人们的灵魂，不应互相侵犯。所以他受审之前不想逃脱，受审之时也不公开反抗，而是始终服从教廷的处置。他认为教廷在神学范围之外行使权力极不明智，但只能私下有所不满。显然，G.布鲁诺的被处火刑和T.康帕内拉的被长期打入死牢，这两位意大利杰出的哲学家的遭遇，给他精神上投下了可怕的阴影。宗教裁判所的判决随后又改为在家软禁，指定由他的学生和故友A.皮柯罗米尼大主教在锡耶纳的私宅中看管他，规定禁止会客，每天书写材料均需上缴等。在皮柯罗米尼的精心护理和鼓励下，伽利略重行振作起来，接受皮柯罗米尼的建议继续研究无争议的物理学问题。于是他仍用《对话》中的三个对话人物，以对话体裁，和较朴素的文笔，将他最成熟的科学思想和科研成果撰写成《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》。两门新科学是指材料力学（见弹性力学）和动力学。这部书稿1636年就已完成，由于教会禁止出版他的任何著作，他只好托一位威尼斯友人秘密携出国境，1638年在荷兰莱顿出版。
伽利略在皮柯罗米尼家中刚过了5个月，便有人写匿名信向教廷控告皮柯罗米尼厚待伽利略。教廷乃勒令伽利略于当年12月迁往佛罗伦萨附近的阿切特里他自已的故居，由他的大女儿维姬尼亚照料，禁例依旧。她对父亲照料体贴，但4个月后竟先于父亲病故。
伽利略多次要求外出治病，均未获准。1637年双目失明。次年才获准住在其子家中。在这期间探望他的除托斯卡纳大公外，还有英国著名诗人、政论家J.弥尔顿和法国科学家、哲学家P.伽桑迪。他的学生和老友B.卡斯泰里还和他讨论过利用木卫星计算地面经度的问题。这时教廷对他的限制和监视已明显放松了。
1639年夏，伽利略获准接受聪慧好学的18岁青年V.维维亚尼为他的最后一名学生，并可在他身边照料，这位青年使他非常满意。1641年10月卡斯泰里又介绍自己的学生和过去的秘书托里拆利前往陪伴。他们和这位双目失明的老科学家共同讨论如何应用摆的等时性设计机械钟，还讨论过碰撞理论、月球的天平动、大气压下矿井水柱高度等问题，因此，直到临终前他仍在从事科学研究。
伽利略于1642年1月8日病逝，葬仪草率简陋，直到下一世纪，遗骨才迁到家乡的大教堂。
15 通信史上的革命
1975年，美国亚特兰大的光纤通信系统实验获得成功。光纤通信用激光作光源，是有线通信。它利用两种玻璃在光学性质上的差异，以一种折射率高的玻璃纤维作芯子，另一种折射率低的玻璃作包皮，套制成光纤，让光沿两层玻璃界面连续反射前进，直至从另一端射出。
1854年，英国物理学家延德尔在实验中发现，把光照射到盛水的容器内，光线可沿着水传播，在水落地处留下光斑。这说明光在传播过程中路径发生了弯曲；光在水流与空气的界面上发生了全反射现象，不能射入空气，只能弯曲前进。延德尔的发现，使后来的电信科研人员很受启发：用光信号取代传统电信号，利用光的全反射原理把光限制在光纤中高效地传输出去。
1995年，英国科学家卡帕尼发明了用极细的玻璃制作光导纤维，成功地用于医学上的内窥镜。但因传输过程中信号损耗太大，不能在较长距离上有效地传送。1996年，英籍华裔科学家高锟提出纯化玻璃纤维，使传送信号衰减率小于20分贝/千米，利用光纤距离传输激光信号才有了可靠的理论支撑。
1970年，美国柯林玻璃公司经多年研究，首次研制成功衰减量小于20分贝/千米的光纤，一根光纤可以传输150万路电话和两万套电视。到1979年，光纤的光损耗率已低到0.2分贝/千米铺设实用商业通信光纤的时代到来了。
光纤通信实现了通信史上的一次大革命，应用极为广泛。1983年，美国贝尔实验室在美国东、西海岸铺设了长度分别为600千米和270千米的两条光纤通信主干线。此后，光纤通信系统在世界各国以空前速度发展起来，发达国家在较短时间里长途通信干信全部都使用了光纤。到1989年，全世界光缆长度猛增到64万千米。现在，光纤通信技术已广泛应用于通信、广播、电视、电力、医疗卫生、测量、宇航、自动控制等许多领域。
光纤通信频率极高，有很宽的频带，几乎可以把无限数量的通信调制到一根光纤的频率宽度之内，用作电话通信，可达100亿路。光纤通信耗损小，中继距离长，与微波沿着波导传输方式很相似，可以传送由声音或图象等形式信号转换成的数字信号，因此，可以传送多种形式的信息。
光纤成本很低，光导纤维用高纯度石英和导电塑料制成，不仅耐腐蚀、体积小、重量轻，而且材料价格低廉，1000克石英可拉出1000千米长的光纤，而生产同样的电缆要耗费500吨铜和2000吨铅。光纤还具有很强的保密性和抗干扰性。
16 自行车的发明
自行车的发明经历了一个漫长的过程。
1801年，俄国有个农奴发明了一辆前后装有两个木轮，中间放着一个坐登的怪车子。这辆怪车子就是现代自行车的老祖宗。
后来，有个德国人用木头在怪车的前面做了一个车把，又有个法国人发明了链条和脚踏。由于众人的努力，自行车才有点像现在的模样了。但是，它还很不科学，两个木轮子踩起来非常吃力。
直到1888年，英国医生邓洛普发明了轮胎，现代自行车才基本定型。
关于邓洛普医生发明轮胎，还有一个有趣的故事呢！
邓洛普医生很疼爱自己的儿子，他弄了一辆自行车，给儿子骑着玩。可是由于自行车的轮子是木头做的，儿子骑着它非常吃力，而且还常常摔得鼻青脸肿。
邓洛普看到儿子那副模样，怪心疼的。他想，要是能把自行车改进一下，那多好啊！
一天，他拿着橡胶管，在花园里浇花，由于水在管子里流动，震得他的手心痒痒的。橡胶管的这种弹性，使他一下子联想到儿子爱玩的自行车，他想：如果把橡胶管灌满水，能减轻车子的颠簸吗？
想到这儿，他高兴极了，便慌忙收拾水管，恨不得马上把管子安到自行车上。
经反复的试验，邓洛普终于在1888年用浇花的橡胶管制成了轮胎——全世界所有自行车车轮、汽车轮等橡胶轮胎的老祖宗。
发明轮胎的邓洛普，为自行车的发展立下了汗马功劳。装上灌水轮胎后的自行车，颠簸得到了一定的缓冲，骑起来变得轻便多了。后来，人们发现每次给轮胎灌水十分麻烦。于是，又有人把灌水轮胎改为弹性更大的充气轮胎，从此，自行车就成了既轻便又灵活的交通工具，博得了人们的喜爱。
17 摩托的发明
1834年，德国威登堡有一个名叫戴姆拉的人。在孩童时代，他就对机器机械十分感兴趣。在他看来，机器里蕴藏着许多奥秘。
戴姆拉10岁时，由于家境贫寒，就离开了学校，到一家机床厂去干活。在工厂里他虽然只是干些粗脏的话，但他感到很快乐，因为他有更多的机会接触机器了。
在工作中，戴姆拉深感自己的文化水平太低，萌生了到学校学习基础知识的念头。由于没有钱，他只能看着别人去学习。23岁那年，他终于如愿以偿地考入了斯图加特工业学校。在学校里，他如饥似渴地学习课内外的文化知识。这为他后来走上发明之路打下了良好的基础。
戴姆拉毕业后，便在一家机械制造公司找到了一份工作。可他并不满足于工厂里那简单重复的劳动。戴姆拉认为：人生最大的快乐在于发明创造。他立志要在机械发展史上写下精彩的一笔……
无论是在工作上，还是在生活中，戴姆拉时时都作有心人。一次，他注意到一个现象：当时街上行驶的汽车都是采用瓦特发明的蒸汽机，以煤炭为燃料。这种汽车行驶时不仅烟雾弥漫，而且速度缓慢。戴姆拉就琢磨了起来：要是能改变一下汽车的动力装置，那就太有意义了。
一天，他听人说，在他有这个想法之前，早就有一位名叫奥托的人开始这方面的研究，并研制出了压缩式内燃机。戴姆拉听后，非常高兴，立刻向人家打听奥托的住址。
得到奥托家的住址后，戴姆拉便直奔而去。
见到奥托后，戴姆拉一股脑儿将自己的情况以及设想详细地告诉奥托。两个抱负相同的年轻人，相见恨晚，谈得十分投入。奥托说：“你到我这来吧，担任德意志煤气内燃机制造厂的技术指导。”
戴姆拉十分高兴，欣然接受了邀请。两个年轻人的手紧紧地握在一起。
1876年，奥托研制出了四冲程内燃机。在当时，它可“出尽了风头”。然而，戴姆拉心里明白，这种内燃机还无法在实际中应用，因为它的效率很低。
为了集中精力研制内燃机，1882年，戴姆拉离开了德意志煤气内燃机制造厂，自己组织了一个专门研究内燃机的机构。
1883年，戴姆拉发明了一种热管点火式汽油内燃机。同年12月16日，这种内燃机获得了专利。
在这基础上，戴姆拉于1885年制成了直立式汽油内燃机。这种内燃机体积小，重量轻，每分钟大约600转，输出功率0.5马力。戴姆拉的儿子鲍尔·戴姆拉是一位自行车骑手。他有一辆心爱的木制自行车。一天，他看到父亲研制出的体积小、效率高的内燃机，便向父亲建议道：“爸爸，您那‘宝贝’可以装到我的车上吗？”
戴姆拉看看儿子的自行车，说：“行呀，我看完全可以。”
于是，戴姆拉就将直立式汽油内燃机装在自行车上，并装上两档变速器。就这样，世界上第一辆摩托车诞生了。当时它并不叫摩托车，而是叫“机器脚踏车”。
18 战场上的怪物
1916年9月，在法国的松姆河地区，英法联军与德军发生了激烈的战斗。德军凭借着坚固的碉堡以及有利的地形，一次次打退了英法联军的猛烈进攻。
9月15日，天刚亮，战场就响起了阵阵枪声。不一会儿，从英法联军阵地上，忽然冒出了像铁盒子似的黑色“怪物”。在这些“怪物”的两边还射出炮弹。德军被这些“怪物”吓坏了，慌忙举枪向它射击。可是，令他们吃惊的是，子弹打上去后就落下来，“怪物”照样向阵地压来。就这样，英法联军仅用两个多小时，就突破了久攻不下的德军防线，占领了纵横500公里的德军阵地。
为这场战役立下汗马功劳的“怪物”就是坦克。这是坦克诞生后第一次公开亮相。参加这次战役的坦克有49辆，可因机械发生故障，到达战场的只剩下32辆。在这32辆中，也只有18辆真正参加了战斗。
虽然坦克的制造技术还很不完善，但人们已看到了坦克强大的战斗力。那么，坦克是怎么发明的呢？
第一次世界大战初期，由于对峙中的防御一方，使用大量机枪，并筑有碉堡、挖了堑壕，因此，进攻的一方往往要遭受惨重的人员伤亡。军事界的有关专家都在考虑：能不能制造一种既能攻又能守，兼具“矛”和“盾”的特点的新式武器呢？
有一位将军向英国政府建议：可以用履带式拖拉机装上钢铁外衣，装备上机枪和炮，改装成战车。这样的战车既能进攻，又能防御。
英国国防委员，海军大臣丘吉尔得知后，说：“这主意不错，可以试试。”1915年2月，丘吉尔在他的海军部里秘密建立了“创制陆地巡洋舰委员会”，着手“陆地巡洋舰”的试制工作。
这些海军专家对水上船舰情有独钟。他们想：巡洋舰是很有威力的，应该把这种新式武器设计成巡洋舰一样。于是他们照看巡洋舰的样子，设计出了新式武器：全长30米，宽24米，高约12米，自身重量达1.2万吨；三个车轮的直径12米，钢甲厚度8厘米，装配400马力发动机两部，车内安装大炮两门，随带炮弹300发，枪机12挺，子弹60000发。
设计图完成后，送到海军制造局局长那儿，结果局长否定了这个方案。他解释说：“你们想想，四层楼高的巨大的体重，五条鲸鱼总重量的武器，怎么能适应陆地上作战呢？应该让它小一些，精巧些。”
于是，海军专家们又开始重新设计。经过专家们的努力，新的方案出来了。这个新的方案是将这陆地巡洋舰设计成像一个斜方形铁盒子。它长8.1米，宽4.2米，高3.2米，全身重量28吨，钢甲厚度5～10厘米，装配105马力发动机1部，内装两门海军火炮，4挺轻机枪。
林肯城一家机械制造厂接受了制造任务，他们按照图纸进行制造。1916年1月30日，第一辆实用的陆地巡洋舰问世了！
新式武器诞生了，总得有个正式的名字。该叫什么呢？说来有趣，为了给它起一个好听而又恰当的名字，英国海军界还发生了一场争议。
有人说：“我看还是沿用原来的名字，就叫陆地巡洋舰或者无限轨道机枪战斗车，这名字比较贴切地反映它的特征。”
有人说：“名字不应该暴露它的用途和特征，我看可以叫老母亲，因为它将是未来武器的老祖宗。”
有人说：“可以叫它皇家蜈蚣，这样既不暴露身份，又形象。”
大家你一言我一语的争论不休。
这时，主持这个课题的总工程师建议说：“我想了三个名字：储水池、储藏器、水箱（英语‘tank’的意思）大家看看哪个好。”“还是水箱好，它既不暴露用途和特征，又形象，还与我们海军有点联系。”大家一致同意了这个名字。
于是，这种新型武器投入第一次战斗，并获得巨大成功后，它就以“坦克”（“tank”的音译）闻名于世。
19 电动机的演变
1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比。他于1834年前后成了一种简单的装置：在两个U型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一具大型的装置。安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里。与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。
直到第一台实用直流发动机问世，电动机才得到广泛应用。1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机，在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆证明向直流发动机输入电流，其转子会像电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动机大量制造出来。效率也不断提高。与此同时，德国的西门子接制造更好的发电机，并着手研究由电动机驱动的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。1879年，在柏林工业展览会上，西门子公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3马力，后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达12～15马力。但当时的电动机全是直流电机，只限于驱动电车。
1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。
1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。同步电动机工作原理同感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，便转子绕组用直流供电，转速固定不变，不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表，电唱机和磁带录音机。
直流电动机是直流激磁，工作特性接其激磁绕组的接线方式不同而有区别。串激电动机起动转矩大，适用于牵引和起重，并激电动机转速随负载大小而变动较小，且可以调节，可用为定速或调速之用，复激电动机兼有以上两种激磁方式发动机的特性。
交流换向器电动机，即转子具有换向器的交流电动机。因它既可用于交流又可用于直流，故称作交直流两用电动机或通用电动机，多用于家用电器。
20 磁场与电场
1820年，丹麦的科学家奥斯特发现电流具有使磁针偏转的力量这一现象，即在长而直的电流周围产生圆形的磁感线的磁场。这是人类第一次认识到电场能产生磁场，首次，将电与磁联系在一起。1821年，英国化学家沃拉斯顿得知奥斯特的发现，进行大胆猜测：既然电能产生磁，那么，磁也应该产生电，如果磁石的一端靠近一根通电流的导线，电线就应该自行旋转起来。这是人类首次想到利用磁场对电流产生反作用。于是沃拉斯顿便到戴维的实验室里去做实验，但是沃拉斯顿的实验没有获得成功。
在同一时期，英国物理学家法拉第自1821年就开始了磁生电的研究。法拉第出生于英国铁匠家庭，小时候法拉第没有接受正规教育，在一个书店做学徒，好学的法拉第在学徒期间积累了大量的电学知识。法拉第在当时已认识到电是一种很有价值的东西。法拉第常常问自己：电能产生磁，那么磁能不能产生电呢？法拉第始终相信磁感生电流是有希望的，他决定自己去做这样的实验。经过不停地探索，1821年9月3日，他终于第一次看到了通电的导线在磁场中发生旋转的现象。这是人类首次发现磁场对电的作用。
那么如何让磁产生电呢？
法拉第继续他的磁生电的探索。他用磁铁与铜线圈做实验。经过无数次失败，终于在1831年10月17日，法拉第拿起磁铁，慢慢地把它的一端靠近线圈，身边的电流计未见摆动，他灵机一动，很快地把磁铁插入线圈里，突然指针奇迹般地摆动了一下又回到零点。他以为自己看花了眼，又急忙把磁铁从线圈中拔出来，想再试一次，不料，这一拔，奇迹又重新出现了，不过这一次指针是向相反方向摆动的。
为了证实这一事实，法拉第又反复做了几十个实验，最终，他完全领悟出电磁感应效应是一种暂态，并在1833年总结出电磁感应定律，此定律指出：变化的磁场会产生电场。这条定律为发电机奠定了科学理论基础。为了使磁电为人类所用，法拉第又制造了世界上第一台电磁感应发电机，终于实现了磁生电的梦想。
相关链接法拉第名言
1.希望你们年青的一代，也能像蜡烛为人照明那样，有一分热，发一分光，忠诚而脚踏实地地为人类伟大的事业贡献自己的力量。
2.一旦科学插上幻想的翅膀，它就能赢得胜利。
3.我不能说我不珍视这些荣誉，并且我承认它很有价值，不过我却从来不曾为追求这些荣誉而工作。
4.拼命去争取成功，但不要期望一定会成功。
5.科学家不应是个人的崇拜者，而应当是事物的崇拜者。真理的探求应是他唯一的目标。
6.爱情既是友谊的代名词，又是我们为共同的事业而奋斗的可靠保证，爱情是人生的良伴，你和心爱的女子同床共眠是因为共同的理想把两颗心紧紧系在一起。
7.只有无知，没有不满。
21 “蒸汽时代”
法国人巴西制成了第一台原始的蒸汽气，只要配上一些机械，便可代替人力或畜力来抽取深井水了。但这样的蒸汽机时而生火，时而熄火，工作效率比人力畜力高不了多少，因而并不具有实用价值。
1712年，英国的纽科门吸收巴本等人的蒸汽机的长处，进行了改进，制成了一台新的蒸汽机。
后来，英国工程学家斯米顿对纽式蒸汽机做了系统的研究，对影响操作的各种因素逐个加以检验，找出汽缸长度和直径，活塞每分钟击动次数、锅炉大小、煤耗量等最佳数值，定出制造1～5马力的蒸汽机的合理尺寸。斯米顿在理论上虽未提出新的内容，但使人们对蒸汽机的研究从定性上升到定量，从经验上升到科学。
后来“蒸汽大王”的英国发明家詹姆斯·瓦特发现，纽科门蒸汽机的主要毛病在于缸体随蒸汽不断地冷了又热，热了又冷，白白耗费了许多热能。1774年，瓦特制在了第一台新型蒸汽机。瓦特并不满足，他对蒸汽机不断进行改进。到1784年，他的蒸汽机已经装上曲轴、飞轮、活塞，可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用靠人力去调节活塞。世界上第一台真正的蒸汽机就这样诞生了。
1807年，美国人富尔敦把蒸汽机装到船上，就发明了轮船，1814年，英国人史蒂芬逊把蒸汽机装到车上，就发明了火车……
至今，我们划分人类文明史的阶段时，仍然习惯将19世纪命名为“蒸汽时代”。
22 柴油机的问世
活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。
之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在十九世纪中叶以前均未付诸实用。直到1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4%左右。
英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩，随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。
1876年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦（4.4马力）的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转/分，压缩比为2.66，热效率达到14%，运转平稳。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。
奥托内燃机获得推广，性能也在提高。1880年单机功率达到11～15千瓦（15～20马力），到1893年又提高到150千瓦。由于压缩比的提高，热效率也随之增高，1886年热效率为15.5%，1897年已高达20%～26%。1881年，英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机，并在巴黎博览会上展出。
随着石油的开发，比煤气易于运输携带的汽油和柴油引起了人们的注意，首先获得试用的是易于挥发的汽油。1883年，德国的戴姆勒创制成功第一台立式汽油机，它的特点是轻型和高速。当时其他内燃机的转速不超过200转/分，它却一跃而达到800转/分，特别适应交通动输机械的要求。1885～1886年，汽油机作为汽车动力运行成功，大大推动了汽车的发展。同时，汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高。不久汽油机又用作了小船的动力。
1892年，德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸，使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机（柴油机）于1897年研制成功，为内燃机的发展开拓了新途径。
狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环，以求获得最高的热效率，但实际上做到的是近似的等压燃烧，其热效率达26%。压缩点火式内燃机的问世，引起了世界机械业的极大兴趣，压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎。
这种内燃机以后大多用柴油为燃料，故又称为柴油机。1898年，柴油机首先用于固定式发电机组，1903年用作商船动力，1904年装于舰艇，1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成，1920年左右开始用于汽车和农业机械。
相关链接四冲程柴油机的工作原理
柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环。活塞经过四个过程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。其工作理原理为：
1.进气冲程。
第一冲程——进气。它的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。
当曲轴旋转肘，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。
随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。
进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化。当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。虽然此时活塞上行，但由于气流的惯性，气体仍能充入气缸。
2.压缩冲程。
第二冲程——压缩。压缩时活塞从下止点向上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。当活塞上行，进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：Pc=4～8MPa, Tc=750～950K。
柴油的自燃温度约为543～563K，压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。
喷入气缸的柴油，并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001～0.005秒，称为发火延迟期。因此，要在曲柄转至上止点前10～35°曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸，并使曲柄在上止点后5～10°时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。
3.燃烧膨胀冲程
第三冲程——燃烧膨胀。在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连秆使曲轴转动，对外作功。所以这一冲程又叫作功或工作冲程。
随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点、排气阀打开时结束。
4.排气冲程
第四冲程——排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高0.025～0.035MPa，其温度Tb=1000～1200K。为了减少排气时活塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。排气阀一打开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去。为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭。
由于进、排气阀都是早开晚关的；所以在排气冲程之末和进气冲程之初，活塞处于上止点附近时，有一段时间进、排气阀同时开起，这段时间用曲轴转角来表示，称为气阀重迭角。
排气冲程结束之后，又开始了进气冲程，于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。由于这种柴油机的工作循环由四个活塞冲程即曲轴旋转两转完成的，故称四冲程柴油机。
在四冲程柴油机的四个冲程中，只有第三冲程即工作冲强才产生动力对外作功，而其余三个冲程都是消耗功的准备过程。为此在单缸柴油机上必须安装飞轮，利用飞轮的转动惯性，使曲轴在四个冲程中连续而均匀地运转。
23 显示器的革新
——液晶技术液晶的发现可回溯到1888年，当时奥地利植物学者Reinitzer在加热安息香酸胆石醇时，意外发现异常的融解现象。因为此物质虽在145℃溶解，却呈现混浊的糊状，达179℃时突然成为透明的潺潺液体；若从高温往下降温的过程观察，在179℃突然成为糊状液体，超过145℃时成为固体的结晶。其后由德国物理学者Lehmann利用偏光显微镜观察此安息香酸胆石醇的混浊状态，证实是一种具有组织方位性的液体（crystalline liquid），至此才正式确认液晶的存在，并开始了液晶的研究。
液晶的发现是在一百年前完成的，然而长期以来并未给人类带来多少好处。直到20世纪60年代，几个年轻的电子学家才打破了沉寂。
1961年，美国RCA公司普林斯顿试验室有一个年轻电子学者F·Heimeier正在准备博士论文的答辩，他的专业是微波固体元件。他在这方面很有造诣。这天，他的一个朋友向他讲述了正在从事的有机半导体方面的研究，跨学科的课题引起了他的极大的兴趣。他征求了导师的意见，在导师的支持、鼓励下，他毅然放弃了学有所成的专业领域，进入了一个他还知之甚少的新领域。他把电子学方面的知识应用于有机化学，很快便取得了成绩。不久，他对另一个新课题——激光又产生了兴趣，从而又与晶体打上了交道。为了研究外部电场对晶体内部电场的作用，他想到了液晶。他将两片透明导电玻璃之间夹上掺有染料的向列液晶。当在液晶层的两面施以几伏电压时，液晶层就由红色变成了透明态。出身于电子学的他立刻意识到这不就是彩色平板电视吗！兴奋的小组成员与他立即开始了夜以继日的研究，他们相继发现了液晶的动态散射和相变等一系列液晶的电光效应。并研制成功一系列数字、字符的显示器件，以及液晶显示的钟表、驾驶台显示器等实用产品。
相关链接与成功擦肩而过
今年71岁的乔治·海尔梅耶曾在2年前获得日本稻盛基金会颁发的“京都奖”，用以表彰其“在实现利用液晶的平板显示器领域做出了开创性贡献”。人们也许会感到莫名的诧异：这是否太迟了？更重要的是，日本科技界为何对这位已经“过气”的美国科学家感念至深？
事实是，在某种程度上，正是乔治·海尔梅耶成就了日本在液晶显示器领域至今遥遥领先的地位，尽管这并非海尔梅耶当初的本意。在他深受好奇心强烈趋使的发明历程中，既证明了偶然性对创新的驱动力，也因此体验到了不规则创新在商业化过程中夭折的受挫感。
液晶显示器的问世使海尔梅耶和他供职的RCA公司感受到了伟大创新的前奏：RCA公司对此研究极为重视，并列为重大机密项目。直到1968年，在最新科技成果的报道中，RCA公司才首次将该成果公诸于世。
然而，好景不长，在RCA内部，一些部门出于保护传统的半导体产品，开始过分夸大液晶显示器件作为新生事物的缺点，甚至以市场需求尚未启动为理由极力诋毁并阻碍液晶显示器的产业化。这一切导致的最终结果是：液晶小组解体，“液晶显示”专利也被卖出。海尔梅耶黯然离开了RCA公司，从此再未涉足液晶显示领域。
有讽刺意义的是：RCA公布的液晶显示成果在日本科技界与工业界掀起轩然大波。正在致力于将大规模集成电路与液晶技术结合的日本公司抓住这个机遇，以“个人电子化”为导向，相继开发出一系列颇受市场肯定的产品，其中包括夏普年轻的工程师和田富夫发明的液晶电视，以及爱普生第一款液晶表盘电子手表等。
商业史的天平戏剧性地倾向了日本的微电子行业。1970年代中叶，当液晶显示已经形成一个以日本厂商为主导的新兴产业，RCA公司方如梦初醒：在一次董事会上，他们终于承认，在这家美国半导体公司的百年发展历史上，液晶显示技术的流失是最重大的失误。
尽管这位喜欢跨学科联想的发明家在此后仍拥有光辉的职业生涯，他曾经作为德州仪器CTO使这家半导体巨头起死回生，但液晶未能商业化的挫败感令他没齿难忘——“这是我们自己造成的耻辱”，40年后，乔治·海尔梅耶如此评价当年RCA的短视和自己的遭遇。
24 电子计算机的发明
1930年，美国有一位名叫莫奇里的物理学博士在研究物理的过程中，常常被大量枯燥、繁琐的计算所困扰，为此，他研制出了一台模拟计算工具——谐波分析机和一台不大的专用计算机。可这两种机器的运算速度都很慢。1940年，电子管的诞生，给莫奇里以极大的信心。他相信，将电子管应用于计算装置必定会提高计算速度。可是，他绞尽脑汁，也没能想出应用电子管的设计方案。
1941年1月15日晚，为研制工作停滞不前而苦恼至极的莫奇里，随手拿起了当天的《得梅因论坛报》。报上的一条简讯引起了他的极大兴趣：“本报讯：依阿华学院物理教授约翰·阿塔纳索夫博士制成了电子计算机，其工作原理比其他机器更近似于人脑。据阿塔纳索夫博士说，机器将包括300多支真空管，并将用于解决复杂的代数。机器占地面积相当于大办公桌，完全用电学器件制成，并用于科学研究。阿塔纳索夫研制这一机器已有数年，大约再过一年即可竣工。”简讯的边上还附有一张电子部件的照片。
莫奇里激动地看了几遍简讯和照片。自己梦寐以求的电子计算机，原来早已有人在研制，而且即将问世。他兴奋得彻夜难眠。
第二天，莫奇里启程前往依阿华州。他要登门拜访阿塔纳索夫。
善良的阿塔纳索夫热情地接待了莫奇里。他一五一十地向莫奇里介绍了自己研制电子计算机的过程，还详细说明了自己的设计方案。莫奇里聚精会神地听着阿塔纳索夫的说明，不时还提些自己不理解的问题，阿塔纳索夫一一给予解答。末了，莫奇里要告辞时，阿塔纳索夫从抽屉里取出一本笔记本，并将它郑重地交给莫奇里，说道：“这是我多年的心血，里面记录了有关的设计思路，对你也许会有帮助。让我们一起为人类的科学事业作贡献吧！”
莫奇里知道这里面的份量，他用颤抖的双手接过笔记本，并向阿塔纳索夫表示深深的谢意。“听君一席话，胜读十年书”。莫奇里觉得这一趟拜访，使他仿佛看到了一个色彩斑谰的世界。
回到当时任教的宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院后，莫奇里仍然沉浸在幸福之中。他仔细地对阿塔纳索夫提出的设计方案进行推敲，这确实是一个缜密而巧妙的设计方案。
1942年8月，莫奇里以阿塔纳索夫的设计方案的观点为框架，结合自己的一些经验，写成一篇题为《高速电子管装置的使用》的论文。
此文独到的见解、新颖的论点引起莫尔电气工程学院师生的广泛兴趣。
该学院的研究生——23岁的艾克特看到这篇文章后，如沐春风，兴奋不已。他早就关注计算机研制进展情况，认为研制过程有几个难关很难攻。如今，莫奇里的文章把这些问题一一解决了。
艾克特拜访了莫奇里。两位年轻人越谈越投入，真是相见恨晚。他们决定一起来研制电子计算机，将设想付诸实践。
要制造电子计算机，需要巨额的资金。当时，第二次世界大战已经爆发，美国已于1941年12月宣布参战。在战争期间，只有战争需要的东西才是最重要的。他们担心会出现阿塔纳索夫那样的命运。原来，阿塔纳索夫的研制资金由依阿华学院农业实验站提供。在美国宣布参战后，农业实验站中断了资助，使阿塔纳索夫的多年心血付之东流。
莫奇里的运气要比阿塔纳索夫好多了，在他写出设计论文后不久，莫奇里所在单位——莫尔电气工程学院电工系，奉命同阿伯丁弹道实验研究所合作，每天为陆军提供6张火力表。这是一项工作量极大的工作，因为每张表都要计算几百条弹道，而一个熟练的计算员，用机械计算一道飞行时间为60秒的弹道，就需要20个小时。
莫奇里向阿伯丁军方代表格尔斯坦中尉推荐了自己的电子计算机设计方案，并陈述了电子计算机对军事方面的重大意义。格尔斯坦对此表现出极大兴趣，他向上级部门汇报了这一设想。
1943年4月9日晨现代电子计算机的发展史上，是具有重要历史意义的一天。这一天，在阿伯丁，一个决定电子计算机制造工作是否上马的决策会议召开了。在听完格尔斯坦的简单说明报，陆军部科学顾问、著名数学家维伯伦沉思了好一阵子，然后站起身，对阿伯丁弹道实验研究所的所长说：“把经费拨给他们。”就这样，人类历史上第一台计算机的研制工作的序幕拉开了。
研制小组由200多位专家组成。莫奇里担任总设计师，艾克特担任总工程师。
经过两年多的艰苦劳动，耗资50万美元，终于研制出了世界上第一台电子计算机。它被命名为“电子数值积分和计算机”，简称“ENIAC”（埃尼亚克）。
这台电子计算机是一个庞然大物。它占据了面积达170平方米的6大间房子，重达30多吨。在它里面装用了1.8万个电子管，1500个电器。它每秒钟可做5000次加减法或400次乘法，比当时已有的继电器式计算机的计算速度要快1000倍。
1946年2月15日，美国政府为ENIAC举行了隆重的揭幕典礼。在典礼上，ENIAC进行了公开表演，赢得了如雷般的掌声。
莫奇里和艾克特由此得到社会各界的赞誉。他们还获得了电子计算机的专利权。可有趣的是，后来还引发了一场官司。原来，阿塔纳索夫中断电子计算机的研制工作后，仍关注着电子计算机的事业。ENIAC问世后，他发现设计者的设计方案与他原来的设计方案几乎一样。不久，他从一篇报道文章中，辨认出ENIAC的发明者之一莫奇里，就是1941年向他请教的那个年轻人。于是，在60年代中期，由于对发明权的不同看法，莫奇里和阿塔纳索夫对簿公堂。经过马拉松式的取证工作，1873年，美国联邦州立法院裁决，确定阿塔纳索夫是第一个电子计算机设计方案的提出者，取消莫奇里和艾克特的专利权。
后来人们才明白：第一台电子计算机是由阿塔纳索夫设计，由莫奇里和艾克特负责制成的。
ENIAC的诞生，具有划时代的意义。它揭开了电子技术在计算机上应用的新纪元。
25 微处理器
微处理器，又叫电子数据处理机。它的体积很小，甚至只有普通打火机那么大，可它的本领并不小，一台中档的微处理器每秒钟可以完成lO万次运算，约是世界第一台“ENIAC”电子计算机的20倍。它被广泛地应用于电子游戏机、电子表、个人电脑、微波炉等。
有人认为，1946年诞生的“ENIAC”，揭开了电子计算机发展史上的新纪元，是电子计算机发展史上的第一次革命；微处理器的出现，使电子计算机的应用领域得到拓宽，是电子计算发展上的第二次革命。
有趣的是，“ENIAC”占地170平方米，重达30多吨，装用了1.8万个电子管，微处理器的体积还不及“ENIAC”身上的一个电子管，它的重量也很小。这两者一大一小，一重一轻，反差极大。微处理器是美国科学家特曼尔·霍夫卡发明的。1937年，霍夫卡出生在美国的纽约州。他的家里有着浓厚的科学气氛，可谓书香门第。在这种氛围中，霍夫卡养成了良好的学风。他的叔叔是一位化学工程师，很赏识霍夫卡的钻研精神。他曾送给霍夫卡一套化学实验设备，霍夫卡常常用实验设备做一些小实验，从中他领略了科学探索的无限乐趣。从此，也迷上了发明。
1962年，霍夫卡在斯坦福大学获得博士学位。数年之后，他又应聘担任英特尔公司研究部经理。他的工作任务是研究新的金属氧化物半导体存贮芯片，同时也接受其他公司委托的研制任务。
1969年6月，日本一家电子制造公司委托霍夫卡设计一种新型计算机芯片，他们打算用这些芯片装备新式计算机。就在同时，日本的技术人员也提出了一套设计方案，霍夫卡看了直摇头：“太复杂了，应当简单些。”
霍夫卡决定撇开日本人的设计方案，另起炉灶。可是，要设计出一个理想的方案，谈何容易。霍夫卡没日没夜地工作，超负荷的工作，使他的身体受到了伤害，可他顾不得这些。一天深夜，连续工作了10多个小时的霍夫卡，凝视着墙上写着的贝尔的格言：“有时需要避开常走的大道，潜入森林，这样你肯定就会发现前所未见的东西。”霍夫卡看着看着，陷入了沉思之中。
这时，一个念头忽然从他脑海里闪过：在一个存贮芯片的复杂内部结构中，存贮一个控制程序。沿着这一思路，利用当时的半导体工业先进技术，霍夫卡在芯片上装上了中央处理器，于是就出现了微处理器。霍夫卡将两块存贮芯片附到这种微处理器上，一块芯片用来向中央处理器输入和输出数据，另一个芯片提供驱动中央处理器的程序。这样，就制成了一台雏形的通用计算机。
霍夫卡高兴万分，他立即将研制成功微处理器的消息告诉日本人。可令他感到失望的是，日本人对这个不感兴趣。
这时，霍夫卡面临着一个选择：是继续研究下去，还是中断研究？
好在英特尔公司的主要人物——集成电路的发明人之一诺伊斯坚决支持霍夫卡的工作。他在一个学术会议上预言：不久的将来，将会出现一种装在芯片上的小计算机。
在诺伊斯的大力支持下，霍夫卡顺利地进行微处理器进一步的研制工作。
1971年1月，霍夫卡研制出了一种能运转的微处理器。它是一个大规模集成电器的半导体芯片，长不足0.43厘米，宽不足0.32厘米，只有指甲盖般大小。但在它上面装有2250个微型化的晶体管，它的计算能力与“ENIAC”不相上下。它标志着微处理器正式诞生。
霍夫卡的发明，轰动了整个计算机界。他曾被著名的英国《经济学家》杂志称为第二次世界大战以来最有影响的七位科学家之一，还有人称霍夫卡为“天才”。
霍夫卡幽默地说：“我哪是什么‘天才’呀，我流出的汗水，恐怕连微处理器也计算不出来。”
26 绿色邮件
电子函件系统是通过计算机网络来传递函件的一种信息服务系统。
早在20世纪70年代末，出现了将数据处理技术和通信技术融为一体的趋势。它的推动力来自一些计算机用户，他们为了更快更方便地进行数据处理，开发出一种称为“链接工具”的设想，目的是让计算机系统的两个用户终端处于连锁状态，使双方用户能彼此看到对方输入的信息。这种工具，曾为用户提供交换短消息、实现某些网络管理功能等服务。有些计算机系统用户，还开发出“邮箱工具”，使用户能以联机的形式，把短消息发送给同一系统的其他用户，或发送到尚未联机的用户空间。
我们把这种以计算机为基础的消息处理系统，称为电子函件系统。
70年代后期开始迅速发展的各种局域网，使电子函件系统的使用范围迅速扩大，而且成为局域网的重要应用之一，在局域网收发电子函件虽便宜，但覆盖范围有限。1972年，阿帕网的研究人员实现了远程终端访问、文件传送、资源共享和其他应用，为电子函件系统奠定了技术基础。
1980年，英国邮政总局开办了一项为“国际邮件传真”的电子函件业务，它还提供通过美国通信卫星公司的国际联机服务。
次年，英国邮政系统开始利用计算机网进行传送电子函件的试验。1984年，国际电报电话咨询委员会为以存储转发方式为基础的电子函件系统制订出标准。
电子函件系统扩展了现有传真、电话等通信手段的通信功能。由于采用了数字传输技术，它的保密性比传真好，而且通信速度快，“邮费”只需传真通信的十分之一。发一封电子函件，只需几十秒，对方就能收到函件。
电子函件可以是通常的文稿，也可以把存储在计算机内的数据、图形或融声音、画面于一体的多媒体信息，迅速传递给收信人。不过，发信人应在电子函件中心申请一个或几个电子信箱，然后就可以在电子函件系统中任何一台计算机上，同时向一人或许多人发送电子函件。收信人可在自己认为方便的时候，在此系统的任何一台计算机上，随时“打开”自己的“信箱”，查看其中是否有函件，可以只读摘要，了解函件是谁在什么时候发来的，也可全文读取信息。在收函件的同时，还可以方便地把此电子函件存储或转发给其他收信人。
1997年5月，中国开通全国漫游寻呼的中国联通寻呼公司等单位，联合推出一种电子函件寻呼服务。它可把进入因特网的电子函件的内容直接打到用户的寻呼机上，用户在全国任何一个地方，不必定时打开电子信箱，就可知道是否收到电子邮件。
27 电子技术发展的里程碑
——晶体管现在晶体管和微型电路几乎无所不能，无处不在。小到人们日常生活中的助听器、收音机、录音机和电视机，大到实验室仪器、工业生产及国防设备、计算机、机器人、宇宙飞盘等，都离不开晶体管。可以毫不夸张地说，晶体管奠定了现代电子技术的基础。
可是，晶体管究竟是什么样的？它又是怎样发明出来的呢？当然，必不可少的一步就是电子管的问世。1883年，闻名世界的大发明家爱迪生发明了第一只白炽照明灯。电灯的发明，给一直生活在黑暗之中的人们送去了光明和温暖。就在这个过程中，爱迪生还发现了一个奇特的现象：一块烧红的铁会散发出电子云。后人称之为爱迪生效应。1884年的一天，一位叫弗莱明的英国发明家，远涉重洋，风尘仆仆地来到美国，拜会了他慕名已久的爱迪生。就在这两位大发明家的会见中，爱迪生再次展示了爱迪生效应。遗憾的是，由于当时技术条件的限制，不论是爱迪生，还是弗莱明，都对这一效应百思不得其解，不知道利用这一效应能做些什么。
1904年弗莱明在真空中加热的电丝（灯丝）前加了一块板极，从而发明了第一只电子管。他把这种装有两个极的电子管称为二极管。利用新发明的电子管，可以给电流整流，使电话受话器或其它记录装置工作起来。如今，打开一架普通的电子管收音机，我们很容易看到灯丝烧得红红的电子管。它是电子设备工作的心脏，是电子工业发展的起点。
弗莱明的二极管是一项崭新的发明，它在实验室中工作得非常好。可是，不知为什么，它在实际用于检波器上却很不成功，还不如同时发明的矿石检波器可靠。因此，对当时无线电的发展没有产生什么冲击。
此后不久，贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管。这一小小的改动，竟带来了意想不到的结果。它不仅反应更为灵敏，能够发出音乐或声音的振动，而且集检波、放大和振荡三种功能于一体。因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点。德福雷斯特自己也非常惊喜，认为“我发现了一个看不见的空中帝国”。电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展。到1960年前后，西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管。电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户。就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力。
三条腿的魔术师电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具。电子管器件历时40余年一直在电子技术领域里占据统治地位。但是，不可否认，电子管十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂。因此，电子管问世不久，人们就在努力寻找新的电子器件。第二次世界大战中，电子管的缺点更加暴露无遗。在雷达工作频段上使用的普通的电子管，效果极不稳定。移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障。因此，电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家，集中精力，迅速研制成功能取代电子管的固体元器件。
早在30年代，人们已经尝试着制造固体电子元件。但是，当时人们多数是直接用模仿制造真空三极管的方法来制造固体三极管。因此这些尝试毫无例外都失败了。
1904年6月的一天，在美国贝尔实验室的一个房间里，一架样式很普通的收音机正在播放着轻柔的音乐，许多参观者在它面前驻足不前。为什么大家都对这台收音机情有独钟呢？原来这是第一架不用电子管，而代之以一种新的固体元件——晶体管的收音机。虽然人们对这架收音机显露出浓厚的兴趣。然而，他们对晶体管本身却不以为然。美国《纽约先驱论坛报》的记者在报道中写道：“这一器件还在实验室阶段，工程师们都认为它在电子工业中的革新是有限的。”事实上，晶体管发明以后，在不长的时间内，它的深远影响便很快地显示出来。它在电子学领域完成了一场真正的革命。
什么是晶体管呢？通俗地说，晶体管是半导体做的固体电子元件。像金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的。这类材料最常见的便是锗和硅两种。
半导体是19世纪末才发现的一种材料。当时人们并没有发现半导体的价值，也就没有注重半导体的研究。直到二次大战中，由于雷达技术的发展，半导体器件——微波矿石检波器的应用日趋成熟，在军事上发挥了重要作用，这才引起了人们对半导体的兴趣。许多科学家都投入到半导体的深入研究中。经过紧张的研究工作，美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人捷足先登，合作发明了晶体管——一种三个支点的半导体固体元件。晶体管被人们称为“三条腿的魔术师”。它的发明是电子技术史中具有划时代意义的伟大事件，它开创了一个崭新的时代——固体电子技术时代。他们三人也因研究半导体及发现晶体管效应而共同获得1956年最高科学奖——诺贝尔物理奖。
美国人威廉·肖克利，1910年2月13日生于伦敦，曾在美国麻省理工学院学习量子物理，1936年得到该校博士学位后，进入久负盛名的贝尔实验室工作。贝尔实验室是电话发明人贝尔创立的。在电子、特别在通讯领域是最有名气的研究所，号称“研究王国”。早在1936年，当时的研究部主任，后来的贝尔实验室总裁默文·凯利就对肖克利说过，为了适应通讯不断增长的需要，将来一定会用电子交换取代电话系统的机械转换。这段话给肖克利留下了不可磨灭的印象，激起他满腔热情，把毕生精力投入到推进电子技术进步的事业中。沃尔特·布拉顿也是美国人，1902年2月10日出生在中国南方美丽的城市厦门，当时他父亲受聘在中国任教。布拉顿是实验专家，1929年获得明尼苏达大学的博士学位后，进入贝尔研究所从事真空管研究工作。温文儒雅的美国人巴丁是一个大学教授的儿子，1908年在美国威斯康星州的麦迪逊出生，相继于1928年和1929年在威斯康星大学获得两个学位。后来又转入普林斯顿大学攻读固体物理，1936年获得博士学位。1945年来到贝尔实验室工作。默文·凯利是一位颇有远见的科技管理人员。他从30年代起，就注意寻找和采用新材料及依据新原理工作的电子放大器件。在第二次世界大战前后，敏锐的科研洞察力促使他果断地决定加强半导体的基础研究，以开拓电子技术的新领域。于是，1945年夏天，贝尔实验室正式决定以固体物理为主要研究方向，并为此制定了一个庞大的研究计划。发明晶体管就是这个计划的一个重要组成部分。1946年1月，贝尔实验室的固体物理研究小组正式成立了。这个小组以肖克利为首，下辖若干小组，其中之一包括布拉顿、巴丁在内的半导体小组。在这个小组中，活跃着理论物理学家、实验专家、物理化学家、线路专家、冶金专家、工程师等多学科多方面的人才。他们通力合作，既善于汲取前人的有益经验，又注意借鉴同时代人的研究成果，博采众家之长。小组内部广泛开展有益的学术探讨。“有新想法，新问题，就召集全组讨论，这是习惯”。在这样良好的学术环境中，大家都充满热情，完全沉醉在理论物理领域的研究与探索中。
开始，布拉顿和巴丁在研究晶体管时，采用的是肖克利提出的场效应概念。场效应设想是人们提出的第一个固体放大器的具体方案。根据这一方案，他们仿照真空三极管的原理，试图用外电场控制半导体内的电子运动。但是事与愿违，实验屡屡失败。
人们得到的效应比预期的要小得多。人们困惑了，为什么理论与实际总是矛盾的呢？
问题究竟出在那里呢？经过多少个不眠之夜的苦苦思索，巴丁又提出了一种新的理论——表面态理论。这一理论认为表面现象可以引起信号放大效应。表面态概念的引入，使人们对半导体的结构和性质的认识前进了一大步。布拉顿等人乘胜追击，认真细致地进行了一系列实验。结果，他们意外地发现，当把样品和参考电极放在电解液里时，半导体表面内部的电荷层和电势力发生了改变，这不正是肖克利曾经预言过的场效应吗？这个发现使大家十分振奋。在极度兴奋中，他们加快了研究步伐，利用场效应又反复进行了实验。谁知继续实验中突然发生了与以前截然不同的效应。这接踵而至的新情况大大出乎实验者的预料。
人们的思路被打断了，制作实用器件的原计划不能不改变了，渐趋明朗的形势又变得扑朔迷离了。然而肖克利小组并没有知难而退。他们紧紧循着茫茫迷雾中的一丝光亮，改变思路，继续探索。经过多次地分析、计算、实验，1947年12月23日，人们终于得到了盼望已久的“宝贝”。这一天，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片的表面上，当两根触丝十分靠近时，放大作用发生了。世界第一只固体放大器——晶体管也随之诞生了。在这值得庆祝的时刻，布拉顿按捺住内心的激动，仍然一丝不苟地在实验笔记中写道：“电压增益100，功率增益40，电流损失1/2.5……亲眼目睹并亲耳听闻音频的人有吉布尼、摩尔、巴丁、皮尔逊、肖克利、弗莱彻和包文。”在布拉顿的笔记上，皮尔逊、摩尔和肖克利等人分别签上了日期和他们的名字表示认同。
巴丁和布拉顿实验成功的这种晶体管，是金属触丝和半导体的某一点接触，故称点接触晶体管。这种晶体管对电流、电压都有放大作用。
晶体管发明之后基于严谨的科学态度，贝尔实验室并没有立即发表肖克利小组的研究成果。他们认为，还需要时间弄清晶体管的效应，以便编写论文和申请专利。此后一段时间里，肖克利等人在极度紧张的状态中忙碌地工作着。他们心中隐藏着一丝忧虑。如果别人也发明了晶体管并率先公布了，他们的心血就付之东流了。他们的担心绝非多虑，当时许多科学家都在潜心于这一课题的研究。1948年初，在美国物理学会的一次会议上，柏杜大学的布雷和本泽报告了他们在锗的点接触方面所进行的实验及其发现。当时贝尔实验室发明晶体管的秘密尚未公开，它的发明人之一——布拉顿此刻就端坐在听众席上。布拉顿清楚地意识到布雷等人的实验距离晶体管的发明就差一小步了。因此，会后布雷与布拉顿聊天时谈到他们的实验时，布拉顿立刻紧张起来。他不敢多开口，只让对方讲话，生怕泄密给对方，支吾几句就匆匆忙忙地走开了。后来，布雷曾惋惜地说过：“如果把我的电极靠近本泽的电极，我们就会得到晶体管的作用，这是十分明白的。”由此可见，当时科学界的竞争是多么的激烈！实力雄厚的贝尔实验室在这场智慧与技能的角逐中，也不过略胜一筹。
晶体管发明半年以后，在1948年6月30日，贝尔实验室首次在纽约向公众展示了晶体管。这个伟大的发明使许多专家不胜惊讶。然而，对于它的实用价值，人们大都表示怀疑。当年7月1日的《纽约时报》只以8个句子、201个文字的短讯形式报道了本该震惊世界的这条新闻。在公众的心目中，晶体管不过是实验室的珍品而已。估计只能做助听器之类的小东西，不可能派上什么大用场。
的确，当时的点接触晶体管同矿石检波器一样，利用触须接点，很不稳定，噪声大，频率低，放大功率小，性能还赶不上电子管，制作又很困难。难怪人们对它无动于衷。然而，物理学家肖克利等人却坚信晶体管大有前途，它的巨大潜力还没有被人们所认识。于是，在点接触式晶体管发明以后，他们仍然不遗余力，继续研究。又经过一个多月的反复思索，肖克利瘦了，眼中也布满了血丝。一个念头却在心中越来越明晰了，那就是以往的研究之所以失败，根本原因在于人们不顾一切地盲目模仿真空三极管。这实际上走入了研究的误区。晶体管同电子管产生于完全不同的物理现象，这就暗示晶体管效应有其独特之处。明白了这一点，肖克利当即决定暂时放弃原来追求的场效应晶体管，集中精力实现另一个设想——晶体管的放大作用。正确的思想终于开出了最美的花朵。1948年11月，肖克利构思出一种新型晶体管，其结构像“三明治”夹心面包那样，把N型半导体夹在两层P型半导体之间。这是一个多么富有想象力的设计啊！可惜的是，由于当时技术条件的限制，研究和实验都十分困难。直到1950年，人们才成功地制造出第一个PN结型晶体管。
电子技术发展史上一座里程碑晶体管的出现，是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：
其一：晶体管的构件是没有消耗的。无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比电子管长100～1000倍，称得起永久性器件的美名。
其二：晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年、一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的。
其三：晶体管不需预热，一开机就工作。例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。开机后，非得等一会儿才听得到声音，看得到画面。显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的。
其四：晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的。
另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度。正因为晶体管的性能如此优越，晶体管诞生之后，便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。1953年，首批电池式的晶体管收音机已投放市场，就受到人们的热烈欢迎，人们争相购买这种收音机。接着，各厂家之间又展开了制造短波晶体管的竞赛。此后不久，不需要交流电源的袖珍“晶体管收音机”开始在世界各地出售，又引起了一个新的消费热潮。
由于硅晶体管适合高温工作，可以抵抗大气影响，在电子工业领域是最受欢迎的产品之一。从1967年以来，电子测量装置或者电视摄像机如果不是“晶体管化”的，那么就别想卖出去一件。轻便收发机，甚至车载的大型发射机也都晶体管化了。
另外，晶体管还特别适合用作开关。它也是第二代计算机的基本元件。人们还常常用硅晶体管制造红外探测器。就连可将太阳能转变为电能的电池——太阳能电池也都能用晶体管制造。这种电池是遨游于太空的人造卫星的必不可少的电源。晶体管这种小型简便的半导体元件还为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径。从1950～1960年的十年间，世界主要工业国家投入了巨额资金，用于研究、开发与生产晶体管和半导体器件。例如，纯净的锗或硅半导体，导电性能很差，但加入少量其它元素（称为杂质）后，导电性能会提高许多。但是要想把定量杂质正确地熔入锗或硅中，必须在一定的温度下，通过加热等方法才能实现。而一旦温度高于75℃，晶体管就开始失效。为了攻克这一技术难关，美国政府在工业界投资数百万美元，以开展这项新技术的研制工作。在这样雄厚的财政资助下，没过多久，人们便掌握了这种高熔点材料的提纯、熔炼和扩散的技术。特别是晶体管在军事计划和宇宙航行中的威力日益显露出来以后，为争夺电子领域的优势地位，世界各国展开了激烈的竞争。为实现电子设备的小型化，人们不惜成本，纷纷给电子工业以巨大的财政资助。
自从1904年弗莱明发明真空二极管，1906年德福雷斯特发明真空三极管以来，电子学作为一门新兴学科迅速发展起来。但是电子学真正突飞猛进的进步，还应该是从晶体管发明以后开始的。尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命。在短短十余年的时间里，新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和像年轻人一样无所顾忌的气势，迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位，一跃成为电子技术领域的排头兵。现代电子技术的基础诚然，电子管的发明使电子设备发生了革命性变化。但是电子管体大易碎，费电又不可靠。因此，晶体管的问世被誉为本世纪最伟大的发明之一，它解决了电子管存在的大部分问题。可是单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要。随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂，电子设备中应用的电子器件越来越多。比如二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和1万多个无线电元件。电子计算机就更不用说了。1960年上市的通用型号计算机有10万个二极管和2.5万个晶体管。一个晶体管只能取代一个电子管，极为复杂的电子设备中就可能要用上百万个晶体管。一个晶体管有3条腿，复杂一些的设备就可能有数百万个焊接点，稍一不慎，就极有可能出现故障。为确保设备的可靠性，缩小其重量和体积，人们迫切需要在电子技术领域来一次新的突破。1957年苏联成功地发射了第一颗人造卫星。这一震惊世界的消息引起了美国朝野的极大震动，它严重挫伤了美国人的自尊心和优越感，发达的空间技术是建立在先进的电子技术基础上的。为夺得空间科技的领先地位，美国政府于1958年成立了国家航空和宇航局，负责军事和宇航研究，为实现电子设备的小型化和轻量化，投入了天文数字的经费。就是在这种激烈的军备竞赛的刺激下，在已有的晶体管技术的基础上，一种新兴技术诞生了，那就是今天大放异彩的集成电路。有了集成电路，计算机、电视机等与人类社会生活密切相关的设备不仅体积小了，功能也越来越齐全了，给现代人的工作、学习和娱乐带来了极大便利。那么，什么是集成电路呢？集成电路是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、连接线做在一起。真正是立锥之地布千军。它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合。
集成电路的问世是离不开晶体管技术的，没有晶体管就不会有集成电路。本质上，集成电路是最先进的晶体管——外延平面晶体制造工艺的延续。集成电路设想的提出，同晶体管密切相关。1952年，英国皇家雷达研究所的一位著名科学家达默，在一次会议上曾指出：“随着晶体管的出现和对半导体的全面研究，现在似乎可以想象，未来电子设备是一种没有连接线的固体组件。”虽然达默的设想并未付诸实施，但是他为人们的深入研究指明了方向。
后来，一个叫基尔比的美国人赴达默的后尘，走上了研究固体组件这条崎岖的小路。基尔比毕业于伊利诺斯大学电机工程系。1952年，一个偶然的机会，基尔比参加了贝尔实验室的晶体管讲座。富于创造性的基尔比一下子就被晶体管这个小东西迷住了。
当时，他在一家公司负责一项助听器研究计划。心系晶体管的基尔比不由自主地想把晶体管用在助听器上，他果然获得了成功。他研究出一种简便的方法，将晶体管直接安装在塑料片上，并用陶瓷密封。初步的成功使他对晶体管的兴趣与日俱增。为寻求更大的发展，基尔比于1958年5月进入德克萨斯仪器公司。当时，公司正参与美国通信部队的一项微型组件计划。基尔比非常希望能在这一计划中一显身手。强烈的自尊促使他决心凭自己的智慧和努力进入这一计划。于是，他常常一个人埋头在工厂，思考采用半导体制造整个电路的途径。记不清多少次苦苦思索，多少回实验，多少次挫折，经过长时间的孤军奋战，到1959年，一块集成电路板终于在基尔比的手中诞生了。
同年3月，这一产品被拿到无线电工程师协会上展出。德克萨斯公司当时的副总裁谢泼德自豪地宣布，这是“硅晶体管后德克萨斯仪器公司最重要的开发成果”。在晶体管技术基础上迅速发展起来的集成电路，带来了微电子技术的突飞猛进。
微电子技术的不断进步，极大降低了晶体管的成本，在1960年，生产1只晶体管要花10美元，而今天，1只嵌入集成电路里的晶体管的成本还不到1美分。这使晶体管的应用更为广泛了。
不仅如此，微电子技术通过微型化、自动化、计算机化和机器人化，将从根本上改变人类的生活。它正在冲击着人类生活的许多方面：劳动生产、家庭、政治、科学、战争与和平等诸多领域。
28 机器人的发明
1966年1月7日，美国空军进行空中补给燃料的训练。只见一架大型轰炸机和一架加油机，如箭离弦，直插云霄。
不料，两架飞机在空中开始相互靠拢时，因没有控制好速度，相互擦了一下，引起两机起火。飞行员只好弃机跳伞，随后飞机坠落。轰炸机上装载的4颗氢弹，除3颗掉在陆地上，被安全收回外，还有一颗则落到地中海里。
一颗随时可能“发脾气”的氢弹在海底，自然引起地中海沿岸各国的抗议。美国总统为此伤透了脑筋，只好命令海军和空军联合打捞氢弹。
经过严密搜寻，那颗氢弹找到了：它躺在765米深的海底。显然，任何人都无法下去打捞，因为如此深处的水压力是谁也无法承受的。
此时，有人提议请一个名叫“科沃”的机器出马。“科沃”是刚问世不久的机器人。它其貌不扬，身体像一个长方形的箱子，胸前有一只大钢爪。不过，它干起活来，毫不含糊。它的爪子可以一下子爬起几吨重的东西。它聚集着当时人类最先进的成果：它的脑袋是电子计算机，眼睛是摄像机，耳朵是声波探测器，脚是身体的螺旋浆。
果然，“科沃”不负众望，稳稳当当地将氢弹抓上来。
机器人的“能干”由此可见一斑。
1954年，美国工程师乔治设想研制一种可用于工业生产的机器人。这种机器人能代替人从事简单、单调的“重复性作业”。乔治将他的设想写成书面报告，向政府提出申请。
不久，乔治的申请被批准了。于是，乔治立即组建了机器人研制小组，并购买了必要的工具和材料。为了加工一个零部件、解决一个技术难点，乔治和他的同事不知度过了多少不眠之夜……
春去秋来，7年过去了。乔治和他的同事在经历一次次的失败之后，在1961年成功地研制出了两个机器人——“万能生产者”和“灵活搬运工”。它们的外形虽有所差别，但都只有一只机械手。这只“手”格外灵活，手腕可以摆动、转动、手臂可以伸长、缩短，而且手劲还特别大。它们工作效率高，得到人们的称赞。
此后，随着科技水平，特别是电子计算机研制水平和机械工业水平的提高，机器人越发聪明能干。
60年代，科学家已经研制出像“科沃”一样的机器人。它们各有视觉、听觉、触觉，并有一定的记忆和识别能力。在人的控制下，能从事较复杂的工作。
进入70年代后，科学家又推出了“会动脑筋”的机器人（智能机器人）。它们装有精密的电子计算机，不仅具有各种感觉，而且还具有分析、判断、推理、计算和学习等功能，在一些不利于人们健康的生产领域以及水下、空中、高压、高温等危险环境的作业中大显身手。它们还能下棋、绘画、写字……
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]