不相信这些科学道理的人,后来都啪啪打脸了

 

对于绝大多数科学构想而言,无论起初看起来是多么精妙,最终都被证明是错误的。相反,少数值得人们关注的科学构想在提出之初却往往被人们忽视,甚至遭到扼杀。虽然它们的提出也许是一挥而就,但是后来不仅得到确证,甚至被认为具有改变世界的意义。事实上,科学的价值不仅在于满足人类的好奇心,也在于其无可限量的实践应用。

1电磁学

不相信这些科学道理的人,后来都啪啪打脸了

许多科学发现最初看起来根本无法改变世界,其中电磁学最为人所熟知,尽管今天它仍然是一门偏于理论的学问。

1820年,丹麦物理学家奥斯特观察到通电导线扰动磁针的现象,发现了电流的磁效应。1821年,在英国伦敦皇家研究所供职的法拉第在奥斯特的研究基础上成功研制出原始电动机。10年后,他又发现在线圈中移动的磁铁能产生电流。1845年,法拉第最终创立了现代物理学中里程碑式的理论——电磁场理论。

当时的英国首相和一些资深政客因为经常听到电磁感应的故事,便要求法拉第演示电磁感应实验。每当有人问“这有什么用”时,法拉第会回答:“新生的婴儿又有什么用呢?”

事实上,在基础科学上的投入往往需要经历半个世纪甚至更长的时间,才能开花结果。法拉第的发现在19世纪50年代被尝试用于实际,比如以电流点亮灯塔、通过大西洋电信电缆的远距离电报信号传输,但结果均以失败告终。直到19世纪80年代,电能才开始逐渐被广为应用。

2虚数

不相信这些科学道理的人,后来都啪啪打脸了

学生们遇到虚数时的一般反应是:它到底是什么意思?

虚数,是指平方是负数的数。如今,它已经成为微晶片和数字压缩算法设计中的核心工具,人们使用的MP3播放器便依赖于虚数。更重要的是,虚数是引发电子学革命的量子力学等理论的基础。如果没有复数(由实数和虚数构成的数),现代技术便无法实现,苹果iPod等这类数字产品也不会出现。

16世纪,意大利数学家杰罗洛莫·卡尔达诺提出了虚数的概念。在那个年代,连负数都遭到严重怀疑,负数的平方根就更令人难以接受了。虚数的计算令人生厌,研究“不知其义”的虚数令人沮丧,有一次卡尔达诺甚至落笔写下虚数“无用”的字样。牛津大学的阿尔图罗·埃克特曾说:“卡尔达诺写出了复数的标准表达,并能对复数进行加法或乘法,却无法给出它们任何实际的或者几何的意义。”

继卡尔达诺之后,也有一些关于虚数的研究。但是,直到数学家们找到了虚数与π、e等常数之间的联系,虚数才受到重视。今天,虚数已然不可或缺。在量子力学中,原子和电子能够同时存在于两个或更多的位置,虚数可以很好地反映出这种奇异现象的物理意义。在量子世界,虚数不仅举足轻重,更是不可被替代的。

3陀螺仪

不相信这些科学道理的人,后来都啪啪打脸了

路易斯·布伦南是一位爱尔兰裔澳大利亚工程师,他发明了一种看似无法实现的交通工具——靠陀螺稳定的单轨车。这种单轨车像自行车那样,前后有两个轮子。尽管它最终被证明没有发展前途,但这项发明本身标志着交通工具的一次革命性尝试。

旋转物体在不受外力影响时,旋转轴所指的方向不会改变。一旦物体旋转起来,它将抗拒任何试图改变其旋转轴方向的外力。这就是陀螺仪的原理。布伦南发现,陀螺仪可以令单轨车保持竖立前行,并于1903年凭借这个构想取得专利。1907年,在英国伦敦皇家学会的一次会议上,他演示了一辆按比例缩小的单轨车,当时有报道称“引起了全世界极大的兴趣”。布伦南在1909年又演示了一辆全尺寸的单轨车。然而,人们对单轨车安全性的担忧影响了它的市场化进程。

后来,埃尔默·斯佩里改变了陀螺仪的命运。斯佩里也一直从事陀螺仪技术研究。他购买了布伦南的专利并在纽约创立了斯佩里陀螺仪公司,以便开展其海上应用。如今,由斯佩里等人发明的仪器已无处不在。陀螺罗盘运用陀螺仪原理保持指针朝北,陀螺仪还是军舰、油轮、导弹上安装的导航、转向和稳定装置的关键所在。

4表观遗传学

不相信这些科学道理的人,后来都啪啪打脸了

1926年,奥地利生物学家保尔·卡姆梅勒因被指责在试图证明获得性遗传的产婆蟾实验中造假而自杀,他因此作为科学骗子被世人记住。实际上,他可能偶然发现了“表观遗传学”——在不改变DNA排序前提下,基因发生的重要变化。

产婆蟾是一种在陆地交配并产卵的罕见的两栖动物。卡姆梅勒做的实验是,让产婆蟾持续处于极度干热的环境中,迫使它们在水中产卵并哺育后代。最终,孵化成活的小产婆蟾虽然数量不多,但这个新“水生”群体的后代继续选择在水里产卵。卡姆梅勒称,这个实验验证了拉马克遗传学理论——物种特征可以在经历过一个生命周期后获得并遗传给后代。

1926年8月,发表在《自然》杂志上的一篇文章谴责卡姆梅勒是骗子,6个星期后卡姆梅勒自杀了。这个令人遗憾的故事很快便被淡忘,直到1971年才有人出面称这位生物学家的实验可能被人篡改了。

实际上,卡姆梅勒所谓的遗传模式源于表观遗传学,其过程便是分子生物学的核心。现在,人们正以此为基础研制大量药物。如果当年卡姆梅勒得到足够的尊重,那么今天很多有用的药物也许早就研制成功了。

5飞行器

不相信这些科学道理的人,后来都啪啪打脸了

在18~19世纪,科学家和公众都相信,不仅利用人造翅膀飞行是不可行的,而且就连提出这种想法都是愚蠢的。然而,这并没有打消英国科学家乔治·凯利的念头,尽管他的想法甚至令他的儿子都感到难以接受。

1799年,凯利在一个银盘上做了铭刻印记,一面刻有世界上第一架飞行器的设计草图,另一面刻着最早的关于空气动力学的叙述文字——翅膀可以让飞机飞行。10年后,凯利的论文《论空中航行》发表。然而,他的研究却遭到了质疑。

不过,据《发现飞行的人》的作者、加拿大约克大学的理查德·戴德称,凯利对别人的质疑并不放在心上,因为他有着充足的理由。凯利完成了一系列试验来支持他的理论,并坚信“别人都错了”。凯利构建逐步复杂化的飞行器模型,最终完成了一架全尺寸的滑翔机。1853年,这架飞机完成了人类历史上第一次载人滑翔机飞行。

在凯利开创性工作的激励下,50年后莱特兄弟完成了首次人类操控的有动力飞机飞行。他们成功的关键有赖于内燃机的发明,而凯利当年也已经意识到这样一个装置的重要性,并苦心研制多年未果。

6数字通信

不相信这些科学道理的人,后来都啪啪打脸了

1937年,为了解决电话信号的干扰问题,英国工程师埃里克·里夫斯创立了一套语音编码方法。当时,他也许根本没有意识到自己将成为现代数字通信网络的奠基人之一,因为实现其构想的技术手段是在数十年后才具备的。

1927年,美国和英国之间开通了商用无线电话。当时的越洋无线电话通信是利用高频无线电波(即短波)能从电离层折射返回地面这一特性。20世纪30年代早期,英国工程师埃里克·里夫斯开发出了能够同时传输多路电话的更高频的无线电通信。不过,这些通话会彼此干扰,产生噪声和难以辨识的信号。因此,当时的人们认为这项技术难以应用于实际。

此后,里夫斯成功将这些通话的模拟信号转换成一系列类似电报脉冲的信号,从而避免了信号间的相互干扰。这种将模拟信号数字化的方法被称为脉冲编码调制。里夫斯就职的美国国际电话电报公司取得了脉冲编码调制的专利权。然而,由于当时没有能够将里夫斯的研究成果商业化的工具,这项专利直到20世纪50年代作废之前都没有带来任何盈利。

后来,美国国际电话电报公司的经理让里夫斯负责位于埃塞克斯的哈罗标准电信实验室的一项探索性研究。里夫斯除了组建激光通信研究小组外,热情地支持了华裔物理学家高锟的工作。后者引导了今天将光信号调制的脉冲编码传遍世界的光纤网络的发展。

发表评论

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com 徽标

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  更改 )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  更改 )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  更改 )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  更改 )

Connecting to %s

这个站点使用 Akismet 来减少垃圾评论。了解你的评论数据如何被处理