達．芬奇：地球上最後一個通才

蒙娜麗莎的微笑，迷人而神秘，直到今天還有人在破解其中之謎。只是破解這個謎談何容易，要知道製造這個謎的人，曾經自己就破解了許多自然科學之謎。他就是達·芬奇。近日，達·芬奇發明的自行車來到北京，一個科學天才與他當年的設想再次讓我們仰望了一下。

事實上，達·芬奇在天馬行空中，一直將奇思妙想寫在手稿上，直到去世也沒有發表。然而，「科學家達·芬奇」的稱號對達·芬奇來說是當之無愧的，有人甚至評價為世界十大科學家之首。

達·芬奇科學成就：

● 天文學

達·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並不發光，它只是反射太陽的光輝。他的這些觀點的提出早於哥白尼「太陽中心說」。甚至在當時，達·芬奇就幻想利用太陽能了。

● 物理學

達·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，同一液體的液面高度是相同的，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，後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，在引力和衝力的混合作用下作曲線位移，最後衝力耗盡，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。他發展了槓桿原理，除推導出作用力與臂長關係外，還算出了速度與臂長的關係。他指出了「永動機」作為能源的不可能性。

● 建築

在建築方面，達·芬奇表現出卓越的才華。他設計過橋樑、教堂、圓屋頂建築和城市下水道。在城市街道設計中，他將車馬道和人行道分開；設計城市建築時，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義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畫。他設計並親自主持修建了米蘭至帕維亞的運河灌溉工程。由他經手建造的一些水庫、水閘、攔水壩便利了農田灌溉，推動了農業生產的發展。有些水利設施至今仍在發揮作用。

● 軍事和機械

發明瞭飛行機械、直升機、降落傘、機關鎗、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年後赫頓在地質學方面的發現頗為近似。並且在麥哲倫環球航行之前，他就計算出地球的直徑為7000餘英里。

他是直升機之祖

這位文藝復興時期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創人類飛行的歷史。

「如果他當初發表了他的著作的話，科學一定會一下就跳到一百年以後的局面。猜測這種情況對人類的學術與社會的進步，當然是毫無用處的，但是我們可以萬無一失地說，如果真有這種情況發生的話，人類的學術和社會的演變一定都會大不相同，」科學史家丹皮爾津津樂道的這位科學巨人正是達·芬奇。

事實上，達·芬奇時代的人們也與前人一樣，有著飛行的夢想。在 佛羅倫薩呆了一段時間後，達·芬奇又來到米蘭。1483至1486年期間，達·芬奇繪製了一幅飛行器草圖。

在達·芬奇的設想中，這是一種依靠飛行員自身提供動力來驅動的飛行器。這位天才稱自己的設計為「扑翼飛機」，達·芬奇讓自己的飛機同時具備了推動力和提升力。

讓我們姑且根據達·芬奇畫的草圖來還原出這架飛機。飛機的外形由木頭、帆布等當時的材料製成，在飛行器兩側是一雙膜狀的翅膀，結構和形狀酷似蝙蝠或翼龍，這雙翅膀展翼可以達到11米。飛行員揹負著這個巨大的飛行器，通過不停地踩動一個動力滑輪來驅動，而這個推動力又通過手搖曲軸得到放大，同時向提升裝置提供動力。

設計出這款飛機時，達·芬奇心中一直有個理念：只要力量足夠就可以飛行。看來，這位文藝復興時期的天才早在萊特兄弟之前就有可能開創人類飛行的歷史。事實上，這個最早的飛行器的機械設計十分完美，但是，由於人自身所提供的動力和飛行器本身的自重相比不成比例，是無法實際應用的。事實上，達·芬奇稱自己的發明也是提供一個直升動力，而不是真正能工作的飛機。直到今天，人們還將達·芬奇的設計視為直升機的先祖。

他設計出初級機器人

更為奇妙的是，達·芬奇還設計了一套方法以做心臟修復手術。

達·芬奇曾自稱自己沒有受過書本教育，大自然才是他真正的老師。而認識自然，認識自己。這位文藝復興時期的天才不遺餘力地履行著。為了認識人類自身，達·芬奇親自解剖了幾十具屍體，對人體骨骼、肌肉、關節以及內臟器官進行了精確瞭解和繪製。

在多次解剖後，達·芬奇發現了血液對人體所起到的新陳代謝作用，血液把營養帶到身體的各個部分，又把廢物從各部分帶走。在具體的解剖觀察中，達·芬奇發現了心臟由4個腔組成並畫出了心臟瓣膜圖。

事實上，當年達·芬奇連人體循環系統工作機理的一點概念都沒有。更為神奇的是，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並沒有給達·芬奇帶來聲譽，而是遭到了無數的誹謗。

不過，就是對人體的這種深入瞭解，達·芬奇在手稿中甚至繪製了西方文明世界的第一款人形機器人。

達·芬奇賦予了這個機器人以木頭、皮革和金屬的外殼。而如何讓機器人動起來，才是讓達·芬奇大傷腦筋的。在達· 芬奇的構想中，他想到了用下部的齒輪作為驅動裝置。由此通過兩個機械桿的齒輪再與胸部的一個圓盤齒輪咬合，機器人的胳膊就可以揮舞，坐或者站立。更絕的是，再通過一個傳動桿與頭部相連，頭部就可以轉動甚至可以開合下頜。而一旦配備了自動鼓裝置後，這個機器人甚至還可以發出聲音。

原來，500多年前，就已經有了機器人的雛形。

他本可讓文明提前一百年

點燃現代汽車發明靈感之火的正是這輛「達·芬奇汽車」。

最酷的事實是達·芬奇長達7000多頁的手稿(現存約5000多頁)至今仍在影響科學研究，他就是一位現代世界的預言家，而他的手稿頁被稱為一部15世紀科學技術的真正百科全書。

很早，達·芬奇就對當時的四輪馬車不滿。在他的科學世界中，早就有了汽車的影子。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。人力轉動車的後輪使得各個齒輪相互咬合，彈簧繃緊就產生了力，再通過槓桿作用將力傳遞到輪子上。

那麼怎麼控制車速呢？達·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，這就是用於控制車速的裝置。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。位於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，這輛汽車不能載人，因為僅靠彈簧的動力根本無法行駛很長的距離。

同時，達·芬奇還將彈簧巧妙地運用在了鐘錶設計上。後來大型鐘錶採用的原理，就是出自達·芬奇的設想。只是在這個設想中，彈簧的彈力被物體的重力所代替，物體向下的重力通過眾多齒輪咬合作用被均勻傳遞，鐘錶便得以保持勻速運動。

此外，挖河機、潛水機、起重機、照相機、加熱機、溫度計……達·芬奇曾有過無數的發明設計。而這些發明足足可以讓我們的世界科學文明進程提前100年。

對機械世界痴迷不已

水下呼吸裝置、發條傳動裝置，滾珠裝置、反向螺旋、紡織物擴張器……

水下呼吸裝置、拉動裝置,發條傳動裝置、滾珠裝置、反向螺旋、差動螺旋、紡織物擴張器……達·芬奇將他無數的奇思妙想呈現在世人面前。故事的開頭不得不說起達·芬奇初到佛羅倫薩學畫的經歷。事實上，這段經歷開啟了藝術家達·芬奇的大門，也開啟了科學家達·芬奇的大門。

1460年，達·芬奇隨父親來到佛羅倫薩，開始了他的學徒生涯，同時開始學畫。學畫的達·芬奇參與安裝佛羅倫薩聖母瑪麗亞大教堂穹頂燈塔上巨型銅球，由此接觸並感受到了各式各樣機械系統的神奇。

佛羅倫薩聖母瑪麗亞大教堂是文藝復興建築的開端。達·芬奇在安裝穹頂燈塔上巨型銅球時，親眼目睹了三速提升機等機械裝置的效率，深感其中的神奇。由此，布魯內萊斯基的機械系統設計理念對達·芬奇產生了很大影響。當時一批「錫耶納工程師」對達·芬奇的科學世界也產生了重要影響。

而錫耶納的工程師們設計的一種外形象船的河道淤泥挖掘機，用來清除淺水狂口的沙礫和淤泥，還有一種能夠提高裝載量又加快行駛速度的槳葉船，這些錫耶納工程師的發明，讓達·芬奇對機械的魔力產生了巨大的興趣。

從此，達·芬奇對機械世界痴迷不已。