天才們的探索

佘毅仁

【極限探索·深海專題之四】

世間事物的發展總是從量變到質變的，在科學發展史上也從不例外，許多科學家都在先輩的研究基礎上，加以革新和改良，最終得到具有突破性意義的發展。諸如達·芬奇這樣的天才博物學家，將科學、藝術、軍事、建筑、工程技術等聚集于一身，成為科學界的先驅者。本文就將介紹致力于現代深海探索的先鋒科學家們的故事。

天才的相遇

1933年，在美國芝加哥世界博覽會的進步時代科技展覽上，威廉·畢比和奧古斯特·皮卡爾德成為了焦點人物。雖然此時畢比還未創造1000米的深潛紀錄，但憑借其家喻戶曉的知名度仍然吸引了大量的關注。而來自瑞士的皮卡爾德此時已經是不折不扣的“世界最高高度”紀錄的創造者了，他已經越過了同溫層（平流層），飛越了海拔1萬多米的高空，不但創造了世界紀錄，還進行了科學實驗。這兩位科學家對彼此的發明都抱有濃厚的興趣。兩位身高接近2米的大個子，互相考察著對方的發明，可謂是一道奇特的“景觀”。兩人的發明頗為相似，均是中空的密封球體，只是皮卡爾德的球體更大一些，可這兩個發明卻是用于完全相反的環境。畢比的“深潛球”之前已作介紹，而皮卡爾德的發明，堪稱一絕。熱氣球飛行早在19世紀已風靡歐洲，人們利用熱氣球進行各種探險和娛樂活動。載人的部分多為半封閉的籃框吊艙，掛載在氣球之下飛行。而皮卡爾德的載人艙則為全封閉的球形掛艙，系在氣球之下，直接飛入數十千米的高空。兩人互相交流經驗，都覺得十分愉悅和榮幸。同時，畢比向皮卡爾德詳細介紹了“深潛球”的工作原理和他在深海探險時看到的奇景。

這次的交流對皮卡爾德產生了很深的影響，讓皮卡爾德聯想起了他少年時代的夢想……

高空和深海

皮卡爾德出生于瑞士巴塞爾的名門。1909年，皮卡爾德和雙胞胎哥哥一起獲得博士學位，成為名副其實的少年博士。少年時期，皮卡爾德就幻想用潛水器潛入海洋，并在海洋中無限制地自由遨游。后來，他和哥哥又開始研究起了航天，準備利用氣球，飛出大氣層，翱翔在宇宙中，研究宇宙的奧秘。之后他還和大名鼎鼎的物理學家愛因斯坦合作。皮卡爾德使用自己的設備幫助愛因斯坦在高空進行研究，并和他建立了深厚的友誼。他們一同參加了1927年第五屆“索爾維”國際物理學高峰會議，這次物理學會議成為了20世紀世界物理學最為輝煌的頂峰。在此期間，居里夫人、波爾、普朗克、洛倫茨等著名物理學家均列席參會，皮卡爾德也把他的研究成果在會議中與其他科學家們分享。

隨著研究的不斷深入，皮卡爾德的設備已不能滿足所需。此時，他設計出了球形的封閉掛艙來沖擊高空，突破人們生活的對流層，希望在更高的空間里得到新的發現。此時，他的研究獲得了比利時國家科學研究基金會的全力支持，最終完成了鋁制的封閉科考載人艙的設計和制造工作，他將其命名為“弗恩斯”（基金會的首字母縮寫）。1932年，皮卡爾德乘著這個系纜載人艙的氫氣球，飛越了16000米的高空進入同溫層，這不僅創造了新的高度紀錄，還在當時人類從未涉及過的高度研究了各種宇宙射線和臭氧的情況，為宇宙科學作出重要的貢獻。此舉引起了歐洲社會的廣泛關注，皮卡爾德一舉成名。眾所周知，人類不憑借科學設備是無法到達高空的，與海洋深度越深壓力越大相反，高空不但空氣稀薄，溫度極低，而且高度越高，壓力隨之減小，只有使用封閉的內部常壓載人艙才可以在如此之高的高度上生存工作。這個設備為日后皮卡爾德探索海洋作出了重要的鋪墊。有意思的是，法國漫畫家埃爾熱在《丁丁歷險記》中設計出了一位正直、勇敢，富有社會責任心的天才科學家——向日葵教授，而他的原型就是皮卡爾德。1933年，在與畢比接觸后，皮卡爾德便開始著手海洋探索的計劃，不久之后，他設計出了巧奪天工的作品——遨游在海中的“氣球”。

神奇的科學探索家族

皮卡爾德的雙胞胎哥哥也是位杰出的科學家，名為讓-菲利克斯。他和弟弟一樣酷愛氣球飛行，只是讓-菲利克斯對氣球飛行更為執著。讓-菲力克斯于20世紀30年代初移民美國，與太太珍妮特共同進行氣球飛行。1933年，他和弟弟成為芝加哥世界博覽會上的風云人物。在相當長的時間里，兄弟兩人交替刷新著飛行高度的世界紀錄。他還創造了航天史上的眾多奇跡，他不僅是化學家、工程師，還是發明家，他的許多發明為航空業作出了巨大的貢獻。二戰后，高新科技的發展使材料技術突飛猛進，有機塑料的運用使讓-菲利克斯的發明更如虎添翼，他設計的高空氣球被用于軍事偵察和大氣及外層空間科學的研究探索。20世紀50年代初，他已有能力使用氣球在高空探測研究近地天體表面的狀況。因此，讓-菲利克斯便成為美國著名科幻劇《星際迷航》中星艦“進取號”船長讓-盧克·皮卡爾德的原型。讓-菲利克斯的兒子唐納德繼承了他的傳統，同樣成為了著名的航空專家。

皮卡爾德的兒子雅克，是名副其實的《海底兩萬里》的實踐者。他不僅成為世界上首批探索海底最深處的人，還在大洋中漂流、科考了數千千米。中年時開始致力于保護海洋環境，成為和平利用海洋的先導。

皮卡爾德的孫子博特蘭，是人類史上用氣球完成不間斷環球飛行的第一批航空專家。現在他還計劃用太陽能動力飛機完成環球飛行呢。這樣富有科學探索精神的神奇家族為人類帶來的各種偉大的創舉至今還在繼續，我們就拭目以待他們繼續創造的奇跡吧！

戰爭的成果

戰爭給人類帶來無盡痛苦的同時，也迅速促進了科學的發展。在海洋科學領域中，戰爭技術與應用科學的相生相伴，無疑加速了人類探索海洋的步伐。

1490年，達·芬奇用管子插入水中，耳朵就可以聽到遠方船只航行的聲音，這是世界上最早的聲吶。到了19世紀，人們漸漸知道水聲傳播的速度很快，隨即科學家就測出了聲波在水中的平均傳播速度約為每秒1500米。后來科學家們發明了能將水聲波轉換成電信號的記錄儀器。人們在研究中發現，各種波能形式在水中的傳輸距離和損耗不同，比如光和電磁波在水中衰減速度極快，傳輸距離也非常有限。經過多次試驗，人們發現聲波在水中有著不錯的傳輸速度和傳播距離，是最為實用、可靠、高效的波束載體。

1914年，加拿大科學家瑞吉納德·費森登發明了世界上第一套現代主動回聲探測儀，它可以用回聲原理測定體積較大的物體，但精確度不高。現代無線電對講機也是由他發明。之后，一戰爆發，船用聲吶系統需求激增，法國物理學家保羅·朗吉文研制出了電子主動回聲聲吶，這種聲吶可發出高頻超聲波探測目標，使協約國艦船有效發現德國潛艇的能力大幅加強，進而可使一些船只免于潛艇的攻擊。朗吉文教授是位和平主義斗士，二戰期間不僅反對德國法西斯，還來到中國，反對日本侵略中國，是中國人民的抗日盟友。到了20世紀20年代中期，船用導航聲吶應運而生，使船只能有效探測水文情況，減少海難的發生。

水下的科學對抗

時至二戰，海洋科學迎來了新的發展契機，美、英、德、法、日、蘇等世界列強都在海洋應用科學上有不同程度的發展。其中，美、英、德的突破最大。聲吶的廣泛應用使艦船和潛艇之間玩起了貓捉老鼠的游戲。此外，各種水聲偵測和攻擊武器也相繼誕生。主動和被動聲吶，以及其他種類的水聲掃描儀器，除了軍事用途以外，還對導航、海洋地形地貌探測提供了重要的物質基礎。美國在海洋科考探測方面投入了很大的精力，美國海洋地質學泰斗莫利斯·尤英和著名海洋學家阿林·文在二戰中的表現尤為突出，不僅分析了大西洋部分海底的地質種類和構成，還改進了遠距離水聲偵測潛艇的手段，有效打擊了納粹德國海軍潛艇的狂妄企圖。此后阿林·文的發明還為世界海洋科考立下了汗馬功勞。

德國在水聲探測方面也動足了腦筋，他們研制出潛艇用的“消聲瓦”，還在聲學及材料磁性學的模擬、誘導、干擾等手段上做足了研究，為日后反向研究海洋地質、偵測軍事裝備和海洋生物學等方面提供了重要的技術依據。從20世紀10年代末開始，德國人也曾研制出類似于畢比-巴頓的潛水設備，但它是一個圓筒形的常壓式載人潛水艙，只能乘載一人，也由母船吊裝控制沉浮。最初它的作用是觀察船體、淺海區域的水下地形偵測和水下建筑的制造與檢修，隨著不斷地改進，到了二戰前后，它便用于各種軍事用途，成為德國海軍的水下“哨兵”。

還記得畢比-巴頓的潛水球嗎？20世紀30年代末40年代初，為了防止德國海軍向大西洋西部和美加東海岸滲透，大西洋中的百慕大作為重要的中轉區域變成了美國的軍事基地，潛水球被美國海軍借用，成為研究和記錄新型水下武器的重要設備。

戰爭使海洋學和相關應用科學得到了高速的發展。這種發展促進了20世紀下半葉人類對海洋的認識和開發。皮卡爾德的研究到1937年已初具規模，原本持續推進的工作被二戰無情地打斷。直到戰爭結束后，才見到了成功的“曙光”。