達．芬奇的科學密碼

萊奧納多·達·芬奇在五百年前發明了潛艇，滑翔機和坦克。然后……一六二零年制造出第一艘潛艇；一八九一年第一具載人滑翔機飛上天空：一九一零年代，第一批坦克投入使用。

確實如此。達·芬奇的發明大多已經遺失，而不得不在幾百年以后從頭再來，這是因為達·芬奇是一個文藝復興人。在文藝復興時期，充滿奇妙創意的古希臘手稿都被帶到意大利，所有人都興奮不已，一夜之間，他們都投身于各種藝術，以及有點古怪的科學之中。要成為一位文藝復興人，你得涉足所有學科——因此，在理想的情況下，人們并不特別精通于科學，寫作或者花式游泳——他們得精通所有一切。

精通一切是個很不錯的計劃，就是難度太大，’但是達芬奇還是能設法搞定。實際上幾乎可以說他就是一個文藝復興人：他是至今為止最偉大的畫家之一——他能夠繪制地圖；他會雕刻；他觀察天象；他用自己發明并制造的樂器譜曲演奏：他研究巖石：他設計建筑——甚至規劃城鎮；他描繪植物和化石；他剖開人體而沒有讓他滴出一滴血……(沒關系，只不過是尸體。但也很了不起，因為他在尸體的心臟和大腦注入蠟液，因此能夠制作出好看的人體標本)。

達·芬奇還相當英俊、好動、視力極佳，而且身強力壯——據說他會單手將馬蹄鐵折斷。他心地也十分善良，是個素食者，會買下籠中的鳥兒然后將它放生。

當然，他還是一位發明家。作為一位文藝復興人，這意味著達·芬奇十分忙碌。他做了大量的筆記，全是些令人嘖嘖稱奇的創意和伶俐巧妙的圖解，但他從來沒有時間將它們整理出來發表。而且，他有點擔心人們會竊取他的創意，或者利用它們來互相殘殺。另外，他總是不斷地在旅行，所以在他活著的時候，他的很多發明只有他自個兒知道。在他死后，他的檔案也就散落在世界各個角落，大多數落在藝術家們手里，于是他更具科學性的作品就沒能受到重視。至今這種情況仍在繼續有關達·芬奇的書籍都傾向于只介紹他的藝術才華。

傳奇開始

公元一四五二年，達·芬奇誕生于托斯卡納區的文西村附近。我們不太了解他的早期生活，但我們知道他在一個激動人心而又動蕩不安的年代長大。當時意大利被分為五個地區，每一個地區有一個大城市管轄：羅馬、佛洛倫薩、米蘭、威尼斯和那不勒斯。這些地區大都是由殘忍的家族統治——達·芬奇為其中兩個家族工作，分別是柏格斯以及梅迪西斯。盡管他們基本上都很可怕，但卻喜歡藝術。另外，每個家族之間總是頻頻爭斗，與土耳其、法國也是彼此戰斗頻繁，因此他們喜歡藝術家，也喜歡制造武器的人。達·芬奇兩樣都行，所以他們更是十分喜歡他。

在一開始，達·芬奇在藝術方面要比在科學方面更為投入。一四六九年，他被帶到著名藝術家維洛奇歐的工作室。據說達·芬奇幫助這位大師畫了一幅肖像畫的頭部，令維洛奇歐慚愧得幾乎想退休。還有一次，他畫了一只怪物，掛在一個黑漆漆的房間里，并用一束光照著它，結果把他的父親嚇了個半死。

達·芬奇是名同性戀者，在當時那個時代，同性戀還被視作是一種罪惡，甚至會執行火刑處死。他在一四七六年被匿名控告為同性戀者，盡管后來罪名沒有成立，這也成為不久之后他離開佛洛倫薩前往米蘭的原因之一。(后來被證明是同性戀者的還有米開朗基羅·博那羅蒂和拉斐爾·桑齊奧，他們被后世尊為文藝復興時期的藝術三杰。)

這個時期，他已經對科學和工程產生了與藝術同等的興趣，于是他寫了一封信給米蘭的統治者魯德維克斯·佛查，列舉自己能做出來的所有奇跡似的發明，那些發明能夠幫助他打贏所有將開始的戰爭——譬如固若金湯的橋梁和投擲石塊的機器，他提到了他還會一點畫畫，所以毫無疑問他被接受了。在一四八二年，路德維克雇用他來……彈豎琴。幸運的是，他豎琴彈得同樣好

成為一名豎琴家并不妨礙達·芬奇從事發明，他平靜的生活也沒能阻止他構思眾多戰爭武器。這些發明并沒有制造出來，即便是有，也極少，更別說是被使用了——有些過于昂貴，有些過于先進，還有些則過于古怪。坦克就實在有點古怪——他的輪子朝反方向轉動。可能達·芬奇想給偷竊他構想的人制造一個陷阱，可能它只不過是一個錯誤，或者它根本就是一個玩笑。

值得一提的是：在達·芬奇所有的筆記中，字母都是反過來寫的(別人要借助鏡子才能讀出他寫的東西)。一些人說這是他保護自己創意的一種手段，還有人說這是因為他是個左撇子。

征服天空

在一開始，達·芬奇的發明只不過是腦袋中的構想，他并沒有考慮許多細節——他還沒費什么心思想過這背后的科學問題。但從一四八零年開始，他以解剖尸體(特別是動物的尸體)來探索物體表面之下的道理。另一個讓他癡迷的構想征服天空也就是在此時誕生的。

達·芬奇的降落傘和他的很多發明一樣，是個偉大的構想，而且它被真正展示過如何運作。(盡管它需要一點改善，才能正確運作——降落傘需要在頂部開一個洞，否則它會在降落的時候劇烈晃動。

達·芬奇的直升機設計是他為數不多的真正有影響力的發明之一：盡管被遺忘了好幾個世紀，但它的確激發了伊果西科斯基的靈感，后者在一九四零年代制造了第一架成功的直升機。但它并不是第一個直升機設計——早在一三二五年，就存在一些類似的小玩具了，盡管它們的設計是基于風車原理。這些小玩具并不像達·芬奇設計的那樣自身具備動力，這就意味著，如果達·芬奇制造出一個能運作的模型——他似乎的確制造了一個——那么，它就會成為世界上第一架有動力的飛行器。但是，和降落傘一樣，用它來飛行并不是什么好玩的事；基座會朝著螺旋槳相反的方向旋轉。(現代直升機如果尾部沒有一個輔助推進器的話，也會發生相同的情況。)

達·芬奇只畫了一個直升飛機草圖和一個降落傘草圖，但他卻畫了很多其他飛行器的草圖——大多數都和他研究的鳥一樣有著能拍打的翅膀。在達·芬奇進行發明的大多數時間里，他還是比較科學的，但當他在思考飛行的時候，他總是會有那么一點天馬行空，因此他的一些發明并不怎么符合現實：比如說用翅膀替代劃槳的飛行器。這個飛行器需要的所有零件，重量加起來估計有三百公斤，而這都得靠一個人力轉動手輪和踏動腳板來離開地面，看來速度得非常非常快才行。

遺憾的是，達·芬奇的飛行器沒有什么機會運作，尤其是因為它所能攫得都是些笨重的材料。達·芬奇的主要問題是(這個問題同樣影響著他其他很多的發明)當時沒有任何輕巧的動力來源一沒有發電機，沒有汽油引擎，沒有燃料電池。他所能擁有的只有人類的肌肉，馬的力量，以及非常原始的蒸汽動力。他曾在其他一些發明中使用過河水的動力，可是河水不太適合于飛行，馬匹也不太合適(它老是吃掉放在艙室里的雜志)。

達·芬奇還是想出了一個驅動飛行器的方法一盡管有點古怪。這個方法是飛行員轉動一個手輪——把很有力量的弓彎曲，就像一把十字弩那樣。當松開弓的時候它就會帶動翅膀，使它們進行短暫的拍打。然后機器就會墜落，除非飛行員能夠迅速地再一次拉進那把弓(而且不斷重復)。

達·芬奇飛行器的另一個問題是，盡管他做過很多對于鳥的研究，他還是誤解了它們飛行的基本原理——他以為鳥是因為上下拍動翅膀才能夠飛行，就好像一個人在做擴胸運動那樣。但實際上并非如此。因此，即使他能夠獲得很好的動力來源，他的翅膀拍打式飛行器也無法飛上天空。

出走

達·芬奇可能在米蘭待了好幾年，很開心地設計武器和飛行器，直到一四九九年法國入侵。于是他逃到威尼斯，但那兒的情況也好不到哪兒去——他們正準備對付土耳其的一次進攻。

這些海軍計劃對達·芬奇來說有著與飛行器相同的吸引力，因為他迷戀水不亞于迷戀飛行。盡管這些發明沒有一個付諸實施，但達·芬奇不久就被威尼斯的老大——凱撒雇用為一名全職的工程師，隨他到處旅行。盡管那些年代里不乏殘酷的統治者，凱撒仍然是其中特別殘酷的一個。達·芬奇在一段時間里故意視而不見，但有一次，凱撒假裝原諒了一些試圖謀害他的人，并邀請他們共進午餐，結果卻將他們處以絞刑。對這種情況，達·芬奇實在是忍受不下去了。他回到佛洛倫薩，并幫助佛洛倫薩軍隊攻擊比薩，他計劃用一條運河截流亞諾河以斷掉比薩的水源·對比薩來說很幸運的是，運河堤壩破裂，河水又回到了原來的路線。

文藝復興還有那么一點現代化

大約在一五０三年，達·芬奇完成了至今最著名的一幅油畫——《蒙娜麗莎》。

四年之后，他再一次動身啟程，這一次是回到米蘭。他受到法國國王路易十二的邀請，當時米蘭在路易十二的統治之下。但他仍癡迷于分析和發明東西，正如他所說：

盡管人類才華創造了無數發明，并制造出各種機器，但沒有一種發明能比自然的創造更加美麗，更加合理或者更加直接。因為在它的作品中。沒有一絲缺憾，沒有一點多余。

于是他開始解剖人體，研究人類與機器之間類似的特性。心臟是一個特別討厭的問題：一旦從人體取出，它就會萎縮成一灘糊狀。于是達·芬奇將蠟液注入尸體的心臟，并用模具做成石膏模型。他畫了一些令人贊嘆的關于心臟的圖，但是始終沒有弄清楚它究竟是什么東西——一個保持血液循環的水泵。

和往常一樣，戰爭中斷了達·芬奇的工作，而且當一五一二年法國人被趕出米蘭時，他意識到他又得搬家了。這一次是前往羅馬，他在那里為新的主教梅第西工作，后來主教還給他一間工作室和一些助手。但他與他們相處得并不好——他認為他們在偷取他的創意。他們還殺死小鳥，這一點鐵定會惹他不高興。但是在那段時間，他還是發明出了一些東西：a并不是武器b可以實際使用。其中一個構思巧妙的螺紋切削機，在接下來的四百年中一直有人使用。他還建造了一個自動稱重機，一支新型水鐘，以及一個測量溫度的儀器都很前衛。和所有的發明一樣，如果當時人們并不特別需要它們，它們都無法獲得成功。等到一個的確需要它們的年代，它們卻早已被遺忘，于是只能從頭再發明一次。但是如果事情有那么一點不一樣，十六世紀就可能變得更為現代化，而且誰知道二十一世紀會變成什么樣!

還好，達·芬奇并不過于看重這些事情——實際上，他還有點喜歡惡作劇。當他被雇來發明殺人機器的時候，他沒什么機會自娛自樂。但當環境變得和平多了的時候，他就可以做點有意思的事情：譬如邀請朋友來玩，然后用風箱給公牛的腸子充氣，直到充氣的腸子沾滿整個房間。

還有一套能夠自己站起和坐下的鎧甲(這被認為是現代機器人的雛形)，這肯定在當時嚇倒了不少人。

在他生命的最后階段，他在飛行方面取得了真正的突破：發明懸睦式滑翔機，它是可以真正運作的，因為它不需要動力。但此時他已經太老了，沒有精力去制作這種滑翔機。他死于一五一九年，享年六十七歲。他的創意和發明原本可以改變整個世界，但在科學界。他幾乎所有的作品都整整失落了二百年，目前，有三分之二仍然下落不明。

萊奧納多·達·芬奇的天才造詣

在文藝復興早期，人們還沉迷于人類過去創造的藝術以及尊崇的價值觀，而達·芬奇率先反對經院哲學家們把死板的教義當成解釋一切的法典。他鼓勵人們向大自然學習，到自然界中尋求知識和真理，并提出知識起源于生活。這個認識后來得到了伽利略的發展，并由英國哲學家弗蘭西斯·培根從理論上加以總結，成為近代自然科學的最基本方法。達·芬奇的實驗工作方法更為后來哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓等人的發明創造開辟了道路。以下便是迭·芬奇的天才造詣：

天文：這·芬奇對傳統的“地球中心說”持否定的觀點。他認為地球不是太陽系的中心，更不是宇宙的中心，而只是一顆繞太陽運轉的行星，太陽本身是不運動的。達·芬奇還認為月亮自身并不發光，他只是反射太陽的光輝。他的這些觀點的提出早于哥白尼“太陽中心說”，甚至在當時，迭·芬奇就幻想利用太陽能了。

物理：迭·芬奇重新發現了液體壓力的概念，提出了連通器原理。他指出：在連通器內，同一液體的波面高度是相同的，不同液體的液面高度不同，液體的高度與密度成反比。他發現了慣性原理，后來為伽利略的實驗所證明。他認為一個拋射體最初是沿傾斜的直線上升，在引力和沖力的混合作用下作曲線位移，最后沖力耗盡，在引力的作用下作垂直下落運動。他的這一發現使亞里士多德的落體學說產生了動搖。他發展了杠桿原理，除推導出作用力與臂長關系外，還算出了速度與臂長的關系。他指出了“永動機”作為能源的不可能性。迭·芬奇還預示了物質的原子原理，形象生動地描述了原子能的威力：“那東西將從地底下爆起，……使人在無聲的氣息中突然死去，城堡也遭到徹底毀壞，看起來在空中似乎有破壞力。”

醫學：迭·芬奇在解剖學和生理學上也取得了巨大的成就，被認為是近代生理解剖學的始祖。他是設想用玻璃和陶瓷制作心臟和眼睛的第一人。他發現了血液的功能，認為血液對人體起著新陳代謝的作用。他說血液不斷地改造全身，把養料帶到身體需要的各個部分，再把體內廢物帶走。達·芬奇研究過心臟。他發現心臟有四個腔，并畫出了心臟瓣膜。2005年，一名英國外科醫生還利用達·芬奇設計的方法做心臟修復手術。不過，解剖學的研究在當時并沒有給達·芬奇帶來聲譽，而是遭到了無數的誹謗。達·芬奇還提出老年人的死因之一是動脈硬化，而產生動脈硬化的原因是缺乏運動。

建筑：達·芬奇設計過橋梁、教堂、圓屋頂建筑和城市下水道。在城市街道設計中，他將車馬道和人行道分開；設計城市建筑時，具體規定了房屋的高度和街道的寬度。米蘭的護城河就是他設計和建造的。

水利工程：達·芬奇對水利學的研究比意大利的學者克斯鐵列早一個世紀。為了排除泥沙，他作了疏通亞諾河的施工計劃。他設計并親自主持修建了米蘭至帕維亞的運河灌溉工程。其中包括水庫、水閘、攔水壩，有些設施至今仍在使用。

軍事：達·芬奇的研究和發明還涉及到機關槍、手榴彈、坦克車、潛水艇、雙層船殼戰艦、起重機等等。

地質學：達·芬奇根據高山上有海中動物化石的事實推斷出地殼有過變動，指出地球上洪水的痕跡是海陸變遷的證明，這個思想與300年后赫頓在地質學方面的發現頗為近似。并且在麥哲倫環球航行之前，他就計算出地球的直徑為7000余英里。

機械：達·芬奇早就對當時的四輪馬車不滿。事實上，點燃現代汽車發明靈感之火的正是這輛“達·芬奇汽車”。既然是汽車就要考慮動力問題。達·芬奇在汽車中部安裝了兩根彈簧以解決這個問題。人力轉動車的后輪使得各個齒輪相互咬舍，彈簧繃緊就產生了力，再通過杠桿作用將力傳遞到輪子上。那么怎么控制車速呢?迭-芬奇也想到了。他在車身上安裝了一個圓盤裝置，圓盤表面設置了很多方形的木塊，和每個輪子連接的鐵桿另一端與圓盤相接，這就是用于控制車速的裝置。圓盤扇放置的木塊數量越多，與鐵桿之間的摩擦就會越大，阻力也越大，輪子的運轉速度越慢，行駛的距離越長。當然，達·芬奇也想到了剎車裝置。位于齒輪之間有一個木塊，拉動繩索將木塊卡在齒輪之間，車就可以停止。不過，這輛汽車不能栽人，因為僅靠彈簧的動力根本無法行駛很長的距離。

其他小玩意：鐘表、剪刀、溫度計、水下呼吸機、加熱機……

選自《科學家和他們的巧思妙想》