早在幾千年以前，人類就用巨大的樹木製成了最早的船，人們叫這種船為獨木船。以後，古人出於不同目的的需要又製成了各種各樣的船隻。到1000年前的隋、唐時期，造出了長達20丈可乘600多人的大海船。1404年明代航海家鄭和下西洋時，所率領船隊中的最大船隻，竟長達150米，寬61米，立9桅，張12帆，錨重幾千斤，舵長ll米，重達1500噸級。歐洲人也在很早的時候就造出了船隻。如1492年，哥倫布率領的在美洲“發現了新大陸”的船隊，就是由巨大的船隻組成的。1521年，麥哲倫一行進行環球航行，所率領的也是一支用巨大船隻組成的船隊。一個小小的獨木船，經過幾千年的漫長歲月，體積一點點地增大，人類就借助這個在古代社會中最省力的運輸工具對未知世界進行探索。那時不論船的體積多麽龐大，氣勢多麽宏偉，可它一直是靠人力和風力行駛的。1769年，瓦特蒸汽機的發明，對古老的船隻擺脫人力、風力行駛的狀況提供了可能。人們開始了把蒸汽機用於推動船舶航行的探索。美國發明家富爾頓，於1807年發明了新型水上運輸工具——輪船，它迎來了人類水上航行的機械化時代。富爾頓生於美國的一個農場工人家庭。少年時代，他酷愛繪畫，善於幻想。在他剛剛進入青年時期，就成了一位很有名氣的肖像畫家。富爾頓的愛好不僅在繪畫上，他對搞科學發明興趣更高。他在少年時代，就曾幻想製造一種不用人力和風力，便能自動在水上行駛的船隻。漸漸地，他完全地陷人了這一幻想之中。有一天，他劃著船在海上遊玩。劃累了，就坐在船舷上休息一會兒，在不知不覺中，他感覺到船兒遊動起來。沒有劃槳，風平浪靜，船兒為什麽會遊動呢?富爾頓驀然看到自己伸在水中的雙腳，由於他腳伸入海水之中不停地戲耍，起到了槳的作用，推動了船兒漂轉。富爾頓高興極了，他幻想一定要造出一隻大船，船隻由大輪子做槳推動行駛，所以富爾頓叫他的船為“輪船”。他又從這件事中受到啟發：若用蒸汽機帶動這個大輪子，不就可以驅動船隻向前航行了嗎?隨著富爾頓的長大，造船的幻想越來越占據他的心靈。1797年他去法國學習繪畫，在那裏他居然製成了一艘長6米，寬2米的潛艇，起名為“鸚鵡螺”。後來他結識了一位名叫利文斯頓的美國駐法國公使，利文斯頓也想發明輪船，兩人誌同道合，最後利文斯頓競把女兒嫁給了富爾頓。1802年，富爾頓又來到倫敦學習繪畫，但他仍把許多精力放在鑽研科學技術上。使他走運的是，他結識了蒸汽機的發明人瓦特。1803年，富爾頓回到巴黎，在塞納河上又建成了一艘船。可就在他準備試航的前一天，狂風將船打成兩截，沉入了河底。富爾頓傷心極了，流下了眼淚。1807年，富爾頓回到祖國美國，他又造起一艘名為“克萊蒙特”號的輪船。人們把這個龐然大物看作是個怪物，把富爾頓看作是個瘋子。富爾頓把各種奚落嘲諷丟在腦後。1807年的8月17日，“克萊蒙特”號正式下水試航。如潮水般的人群目睹著這個怪物：它長達40.5米，兩側各有一個大水車式的輪子，上麵立著一個直冒黑煙和火星的大煙囪。富爾頓一聲令下，船體徐徐離開船座向水中滑去。由富爾頓設計、瓦特親手製造的發動機轟鳴起來，兩側的輪子轉動起來拍打著河水，“克萊蒙特”號的遠航開始了。富爾頓這次試航的成功，使人們深深認識到輪船的威力。正式揭開了航運史上輪船時代的序幕。盡管在富爾頓之前製造輪船的人，算起來不下10人，但世界卻公認輪船的發明人是富爾頓。
火車的問世——斯蒂芬森（1814年）
斯蒂芬森出生在英國的一個煤礦工人家庭。由於家境貧寒，8歲時不得不到礦上當童工，幹些擦拭機器和保管零件等雜活。當他長到14歲時，開始操縱紐可門式氣壓蒸汽機。天天與蒸汽機打交道，使他與蒸汽機交上了朋友。他從小在礦上長大，與煤礦工人有著特殊的感情，並且對煤炭運輸的艱辛產生了很深的感觸。於是，斯蒂芬森立誌，一定要發明一種強有力的運輸工具，解除煤礦工人的勞苦。從此他開始了對火車的研究。斯蒂芬森與當時英國的大多數技師一樣，沒有受過任何正規教育。17歲時，他還認不得幾個字，科學知識更少得可憐。他是個被人瞧不起的小雜工。可是斯蒂芬森不顧別人怎樣看待他，他對自己充滿信心，決心從頭開始。他說：“既然基礎等於零，那就一切從零開始。”從此，他就開始參加夜校學習。由於斯蒂芬森文化水平太低，17歲的他每天要同七八歲的兒童坐在一起上課。小同學都感到好奇，總是帶著譏笑的眼光看著他。為了學習，他對這些毫不在乎。白天幹活，晚上學習，就這樣憑著堅韌的毅力，閱讀了大量的科技書籍，他終於摘掉了文盲的帽子，並掌握了製造火車的數理化專業知識。“火車”一詞是怎麽來的呢?早在1803年，一個名叫特拉維西克的英國礦山技師首先利用瓦特的蒸汽機造出了世界上第一台蒸汽機車。這是一台單一汽缸蒸汽機，能牽引5輛車廂，它的時速為5至6公裏。這台機車沒有設計駕駛室，機車行駛時，駕駛員跟在車旁邊走邊駕駛。因為當時使用煤炭或木柴做燃料，所以人們都叫它“火車”，於是一直沿用至今。但是這台機車有很多缺點，經常出事故。 1812年，有人在鐵軌上試行改進，但沒有成功。到了1813年又有人為解決鐵軌打滑問題進行了改進，也沒有成功。就在這時，斯蒂芬森開始了對蒸汽機車的探索。斯蒂芬森深知實踐的重要。他不僅學習書本的知識，還十分注重實踐。他仔細觀察了當時人們製成的各種火車，研究比較了它們的優缺點。他還專程來到瓦特的故鄉，深入研究瓦特蒸汽機的構造原理。經過刻苦的鑽研，他終於掌握了蒸汽機的性能，總結出許多試製蒸汽機車的經驗。1814年，當斯蒂芬森33歲時，終於造出了第一台蒸汽機車。這台機車有兩個汽缸，能牽引30噸貨物，時速7公裏，可以爬坡。斯蒂芬森的火車大大提高了前人試製的機車的效率，斯蒂芬森所創造出的這種新的陸路運輸工具，開創了運輸事業的新時代。但這種火車仍然有許多不足之處。由於翻車事故，造成人員傷亡，因此有人硬說不如馬車安全。蒸汽機噴汽時產生強烈的噪音，驚嚇牛馬，所以一些人阻擋、反對使用火車。斯蒂芬森又對火車進行了改進，其中最重要的是減少了噪音。1823年，斯蒂芬森作為總工程師，完成了從斯托克頓到達林頓的世界上第一條40公裏長的商業性鐵路工程。起初這條鐵路不是為行駛火車而鋪設的，而是為馬車運輸鋪設的。經斯蒂芬森的努力，終於促使英國政府同意讓火車在這條鐵路上行駛。1825年9月27日，當由斯蒂芬森親自駕駛他自己製造的“運動”號機車，載了450名旅客，以時速24公裏從達林頓駛到斯托克頓時，鐵路運輸事業就從此誕生了。從此，火車終於被世人承認。斯蒂芬森被世界公認為火車的發明人。直到1828年，馬力運輸才被機車運輸取代。這一年在萊茵希爾進行的一次機車比賽，參加比賽的有三人，斯蒂芬森駕駛著他的“火箭號”機車以每小時58公裏的速度行駛了100公裏，戰勝了對手“桑士巴裏號”和“新奇號”，取得了優勝。
電磁感應的發現——法拉第（1831年）
電磁感應實驗——1831年8月，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環上，線圈A接直流電源，線圈B接電流表，他發現，當線圈A的電路接通或斷開的瞬間，線圈B中產生瞬時電流。法拉第發現，鐵環並不是必需的。拿走鐵環，再做這個實驗，上述現象仍然發生。隻是線圈B中的電流弱些。為了透徹研究電磁感應現象，法拉第做了許多實驗。1831年11月24日，法拉第向皇家學會提交的一個報告中，把這種現象定名為“電磁感應現象”，並概括了可以產生感應電流的五種類型：變化著的電流、變化著的磁場、運動的穩恒電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。法拉第之所以能夠取得這一卓越成就，是同他關於各種自然力的統一和轉化的思想密切相關的。正是這種對於自然界各種現象普遍聯係的堅強信念，支持著法拉第始終不渝地為從實驗上證實磁向電的轉化而探索不已。
電磁感應判定——右手定則：伸開右手，使大拇指跟其餘四個手指垂直，並且都跟手掌在一個平麵內，把右手放人磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，大拇指指向導體運動的方向，那麽其餘四個手指所指的方向就是感應電流的方向。
探索過程——因磁通量變化產生感應電動勢的現象(閉合電路的一部分導體在磁場裏做切割磁力線的運動時，導體中就會產生電流，這種現象叫電磁感應)。1820年H_C.奧斯特發現電流磁效應後，許多物理學家便試圖尋找它的逆效應，提出了磁能否產生電，磁能否對電作用的問題。1822年D.F.J.阿喇戈和A.yon洪堡在測量地磁強度時，偶然發現金屬對附近磁針的振**有阻尼作用。1824年，阿喇戈根據這個現象做了銅盤實驗，發現轉動的銅盤會帶動上方自由懸掛的磁針旋轉，但磁針的旋轉與銅盤不同步，稍滯後。電磁阻尼和電磁驅動是最早發現的電磁感應現象，但由於沒有直接表現為感應電流，當時未能予以說明。1831年8月，M.法拉第在軟鐵環兩側分別繞兩個線圈，其一為閉合回路，在導線下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開關，形成有電源的閉合回路。實驗發現，合上開關，磁針偏轉；切斷開關，磁針反向偏轉，這表明在無電池組的線圈中出現了感應電流。法拉第立即意識到，這是一種非恒定的暫態效應。緊接著他做了幾十個實驗，把產生感應電流的情形概括為5類：變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導體，並把這些現象正式定名為電磁感應。進而，法拉第發現，在相同條件下不同金屬導體回路中產生的感應電流與導體的導電能力成正比，他由此認識到，感應電流是由與導體性質無關的感應電動勢產生的，即使沒有回路沒有感應電流，感應電動勢依然存在。後來，法拉第給出了確定感應電流方向的楞次定律以及描述電磁感應定量規律的法拉第電磁感應定律。並按產生原因的不同，把感應電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種，前者起源於洛倫茲力，後者起源於變化磁場產生的有旋電場。
意 義——電磁感應現象是電磁學中最重大的發現之一，它顯示了電、磁現象之間的相互聯係和轉化，對其本質的深入研究所揭示的電、磁場之間的聯係，對麥克斯韋電磁場理論的建立具有重大意義。電磁感應現象在電工技術、電子技術以及電磁測量等方麵都有廣泛的應用
電報機的發明——莫爾斯（1837年）
幾千年來，通訊技術曾經長期停滯不前。即使是外敵入侵、邊城告急，除了狼煙報警之外，最快的辦法也不過是驛站快馬傳送文書。17世紀中期，英國海軍推行了旗語，18世紀末，法國政府建立了信號機體係，這才在一定程度上解決了海陸快速傳送消息的困難。通訊技術關鍵性的變革發生在19世紀中期。1832年秋天，在大西洋中航行的一艘郵船上，美國醫生傑克遜給旅客們講電磁鐵原理，旅客中41歲的美國畫家莫爾斯被深深地吸引住了，並牢記住了這些。他聯想起自己所看到的法國信號機體係，它每次隻能憑視力所及傳訊數英裏而已；如果用電流傳輸電磁訊號，不是可以在瞬息之間把消息傳送數千英裏之遙嗎?從這以後，他毅然改行投身於電學研究領域。莫爾斯於1791年出生在美國一個牧師家庭。他青年時研究繪畫和雕刻，曆任過若幹藝術團體的負責職務。他拋卻了鋪著榮譽地毯的藝術之路，轉向尚處於幼年時代的電學，冒著失敗的風險，在崎嶇不平的科技之峰上努力攀登。在試製電報機的過程中，莫爾斯的生活極為困苦，有時甚至挨餓。他節衣縮食，以購置實驗用具。1836年，他不得不重操藝術家的舊業，以解決生計問題。但他始終沒有中斷研究工作。堅持不懈的努力和友人的幫助，莫爾斯終於獲得成功。莫爾斯從在電線中流動的電流在電線突然截止時會進出火花這一事實得到啟發，“異想天開”地想，如果將電流截止片刻發出火花作為一種信號，電流接通而沒有火花作為另一種信號，電流接通時間加長又作為一種信號，這三種信號組合起來，就可以代表全部的字母和數字，文字就可以通過電流在電線中傳到遠處了。經過幾年的琢磨，1837年，莫爾斯設計出了著名且簡單的電碼，稱為莫爾斯電碼，它是利用“點”“劃”和“間隔”(實際上就是時間長短不一的電脈衝信號)的不同組合來表示字母、數字、標點和符號。1844年5月24日，在華盛頓國會大廈聯邦最高法院會議廳裏，一批科學家和政府官員聚精會神地注視著莫爾斯，隻見他親手操縱著電報機，隨著一連串的“點”“劃”信號的發出，遠在64公裏外的巴爾的摩城收到由“嘀”“嗒”聲組成的世界上第一份電報。第一封電報的內容是聖經的詩句：“上帝行了何等的大事。”
照相機的發明——達蓋爾（1839年）
照相是一種能把有形之物原樣不變地記錄下來的技術。古代，人們為了把物體的形狀記錄下來，隻有采取繪畫的方法。但再高明的畫師，也難以把物體的原形毫不走樣地記錄下來。為了解決這個問題，人們發明了利用光學原理的照相。最原始的照相機就是所謂的“針孔照相”。這是通過針孔使物體的像映照在牆壁上的做法。例如著名畫家達。芬奇就曾用這種方法把風景正確地映照在牆上。但是，這種針孔照相本身並不能記錄，隻是投影而已。達·芬奇為了把針孔投影記錄下來，曾經對投影的像用鉛筆描繪，作為記錄。1802年，英國人維丘德首先利用硝酸銀的感光作用，把硝酸銀塗在紙片上，製成了印像片。1827年，法國人尼布斯在錫板或玻璃板上撒上瀝青粉末，上麵再敷上一層油或蠟，使之成為半透明體。在陽光下，經過長時間照射，可以留下實物的白色影子，製成不會消逝的照片。但是，每拍一張這樣的照片，就要在陽光下曬上6至8個小時，這樣複雜的過程顯然不適合實際使用。到了1839年，照相技術有了新進展。一位叫達蓋爾的法國學者在一個偶然的機會裏發現了一種新的感光材料。達蓋爾在研究照相技術時，無意中把一把銀匙放在用碘處理過的金屬板上，過了一會兒，達蓋爾發現這把銀匙的影子居然印到了板上。這一現象使他大為吃驚。於是他專門磨製金屬板，並在上麵塗了碘，用鏡頭進行拍攝，果然拍下了薄薄的影子。這一成功，極大地鼓舞了達蓋爾的信心。達蓋爾繼續向突破照相技術的最後難關進軍。又是一個偶然的發現幫了他的大忙。有一天，達蓋爾到藥品箱中找藥品，突然看到過去曾經曝過光的底片上，影像已經變得十分清晰。這是什麽原因呢?為了找到答案，他每天晚上將一張曝過光的底片放在藥箱裏，第二天早晨，在取出底片的同時取出一瓶藥。他想：如果某一種有效藥品被取出箱外，再放進曝過光的底片就不可能顯現清晰。但是使達蓋爾意外的是，當箱子裏的藥品全部取完後，而底片仍然顯像清晰。這不禁使達蓋爾十分驚異。為了徹底查清原因，達蓋爾把箱子翻來覆去進行反複檢查，終於發現了箱子裏有一些小水銀珠。他立刻意識到，奇跡一定是水銀造成的。經過分析後達蓋爾認為：因箱子裏溫度較高，使水銀蒸發影響底片使其顯像良好。為了證實這一判斷，達蓋爾把曝過光的底片放在暗室裏，用水銀蒸氣進行試驗，果然取得了預期效果。這樣，達蓋爾就解決了照相的關鍵技術——顯影問題。接著，他又解決了定影技術，從而徹底解決了照相技術問題。達蓋爾的發明和現在的照相技術基本上是相同的。所以，照相技術的發明應當歸功於達蓋爾。
發電機的問世——法拉第（1840年）
發電機的發明，是以電磁學的創立為理論基礎的。而奠定電磁學的實驗基礎的，是英國化學家和物理學家法拉第。法拉第由於家庭貧困，隻上過兩年小學，12歲就上街賣報，13歲到一個書商兼訂書匠的家裏當學徒。他求知欲望十分強烈，利用訂書的空閑時間，如饑似渴、廢寢忘食地閱讀了許多有關自然科學方麵的書籍。他在聽過大化學家戴維的科學講演以後，把整理好的講演記錄送給戴維，並且附信，表明自己願意獻身科學事業，同時“毛遂自薦”，結果如願以償，22歲時，他當了戴維的實驗室助手。1820年，奧斯特發現了電流對磁針的作用，法拉第敏銳地認識到它的重要性。1821年，法拉第在日記中寫下了一個設想：用磁生電。到1831年他終於發現，一個通電線圈產生的磁力雖然不能在另一個線圈中引起電流，但是當通電線圈的電流剛接通或中斷時，另一個線圈中的電流指針有微小偏轉。法拉第抓住這個發現反複做試驗，證實了當磁作用力發生變化時，另一個線圈中就有電流產生。法拉第發現線圈在磁場運動中可以產生電流，指明了製造發電機的原理。按照這個原理，最初製造的幾種發電機都用永久磁鐵提供磁場，用蒸汽機帶動線圈轉動。從1840年到1865年，已經有龐大笨重的永久磁鐵發電機在運轉。這種發電機的磁場太弱，發電效率很低。
1866年，德國工程師西門子發明了一種發電機，它能夠提供強有力的電流。西門子年輕的時候曾經在炮兵部隊中工作，熟悉新發展起來的電報。1847年他成立西門子公司，從事生產電報設備和建立電報線路的工作。西門子公司不單是生產現成設備，它還有科學實驗室。這個實驗室發明了用於電報線的樹膠絕緣體和電報裝置中的電樞引鐵等。實驗室的種種發明大大推動了公司的業務活動。為了解決德國電鍍工業對電力的大量需要，在西門子的指導下，1866年公司實驗室研製成功用電磁鐵代替永久磁鐵的自激磁場式發電機。這種新型發電機效率高，發電容量大，成為現代電力工業的基石。有了發電機，發電廠相繼建立起來，輸電網也隨著出現。發電機的誕生標誌著類開始進入電氣時代。
內燃機的發明——奧托（1866年）
內燃機是相對於蒸汽機來說的。蒸汽機是利用煤的燃燒來加熱鍋爐內的水，使水變成蒸汽，且蒸汽具有較高的壓力。將這種蒸汽引人氣缸，從而推動活塞，使曲軸旋轉。因為煤是在氣缸外麵燃燒，所以可以說蒸汽機是一種“外燃機”。由此我們可以推想，如果用某種“適當”的燃料，讓它在氣缸內燃燒，以推動活塞，使曲軸旋轉，就可以稱為“內燃機”了。究竟需要什麽樣的“適當”燃料呢?不難想像：首先，燃料要能方便地送進氣缸，最好能像空氣一樣，能被吸進去；其次，在氣缸裏易燃、好燒；第三，燃燒後氣體要能方便地從氣缸內排出去，不留殘渣，否則氣缸內將很快被殘渣占滿，而且活塞是在氣缸內往複運動的，殘渣會更加劇活塞和氣缸的磨損。這是最基本的三條。還有一些其他的要求，如這種燃料容易獲得，攜帶方便，使用安全等。但隻要能滿足以上三條，內燃機的設想即可實現。人類的生產實踐和科學試驗使符合上述三個基本條件要求的燃料一個一個地實現了。最早出現的是煤氣。煤氣是將木炭或煤等，置於通風不太好的爐子裏燃燒而產生出來的一種氣體。它的主要成分是一種容易燃燒的一氧化碳氣體。一氧化碳燃燒後生成二氧化碳，仍是氣體，一般沒有什麽殘渣。所以，煤氣是滿足上述要求的。正是在這樣的條件下，1866年，德國人奧托創製了第一台能夠實際使用的煤氣內燃機。這台內燃機除了有氣缸、活塞、連杆、曲軸、飛輪外，與蒸汽機不同的是：氣缸上有兩個蘑菇形的氣門，一個為進氣門，另一個為排氣門。為了定時開啟這兩個氣門，在內燃機內設置了一根由曲軸帶動的凸輪軸，對應每個氣門，凸輪軸上就有一個相應的凸輪，當凸輪的較多部位轉到與氣門杆的端部接觸時，氣門便被推開；當凸輪較高部位轉過去後，氣門便在氣門彈簧的作用下關閉。奧托的內燃機在當時可算得上最出色的動力機械了，本身小巧緊湊，運轉較平穩，費用較低。但在當時卻未能得到廣泛采用，這主要是由於它需要一個較大的煤氣發生爐給它提供煤氣。因此，在重量、體積和起動前的準備工作等方麵與蒸汽機相比，優越性就不太多。加之內燃機剛出現，故障較多，人們對它的興趣也就不大了。事隔不久，另一種比它好的內燃機出現了，這就是現代汽車上裝用的汽油機的原型。當時，好幾個國家都先後有人造出了這種內燃機。不過，較有代表性和很快得到實用的是1882年由德國人戴姆勒造出的汽油內燃機。從汽油內燃機這一名稱，即可想到它用的燃料就是汽油。將汽油用於內燃機，首先遇到的是如何將**的汽油與空氣均勻而迅速地混合起來，形成很好的可燃混合氣，供給內燃機工作。為此，戴姆勒創造了一個化油器。化油器的基本原理就是利用內燃機進氣過程中，氣流通過化油器中的一個“喉管”將汽油吸出並吹散，而形成混合氣。戴姆勒的汽油機轉動起來了，一條驚人的消息轟動了歐洲：這台汽油機創造了當時令人難以置信的高轉速——每分鍾1000多轉。這樣的轉速在我們現在看來實在很平常，但那時人們所見過的隻有每分鍾200多轉的蒸汽機，自然認為這是十分了不起的事了。石油裏的汽油可供汽油機用，剩下的部分還有沒有可作內燃機燃料的呢?新的探索又開始了。石油加溫後，汽油被蒸餾出去了，再將溫度升高一些，另一種油——柴油又被蒸餾出來。柴油不易蒸發，也難以用氣流來吹散它。要使它與空氣形成易燃混合氣，隻好另找途徑。1893年，—個叫狄賽爾的德國人首先造出了一台用柴油作燃料的內燃機，並於1897年製成壓燃式的柴油機及其噴油裝置。後來，由於製作經驗不成熟卻忙於向各國推銷，第一批20台售出後紛紛退貨。但是柴油機固有的優點卻得到不斷完善和發展。在‘1904年已有近千台50～100馬力的柴油機在使用。1908年至1914.年間，有6個國家的潛艇采用柴油機驅動，這是柴油機取得發展的重要標誌。
元素周期律的發現——門捷列夫（1869年）
概述——俄羅斯化學家門捷列夫(1834～1907年)，生在西伯利亞。他從小熱愛勞動，喜愛大自然，學習勤奮。
1860年門捷列夫在為著作《化學原理》一書考慮寫作計劃時，深為無機化學的缺乏係統性所困擾。於是，他開始搜集每一個已知元素的性質資料和有關數據，把前人在實踐中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人類關於元素問題的長期實踐和認識活動，為他提供了豐富的材料。他在研究前人所得成果的基礎上，發現一些元素除有特性之外還有共性。例如，已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性質；堿金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時，都很快就被氧化，因此都是隻能以化合物形式存在於自然界中；有的金屬如銅、銀、金都能長久保持在空氣中而不被腐蝕，正因為如此，它們被稱為貴金屬。於是，門捷列夫開始試著排列這些元素。他把每個元素都建立了一張長方形紙板卡片，在每一塊長方形紙板上寫上了元素符號、原子量、元素性質及其化合物，然後把它們釘在實驗室的牆上排了又排。經過了一係列的排隊以後，他發現了元素化學性質的規律性。元素周期律揭示了一個非常重要而有趣的規律：元素的性質，隨著原子量的增加呈周期性的變化，但又不是簡單的重複。門捷列夫根據這個道理，不但糾正了一些有錯誤的原子量，還先後預言了15種以上的未知元素的存在。結果，有三個元素在門捷列夫還在世的時候就被發現了。1875年，法國化學家布瓦博德蘭，發現了第一個待填補的元素，命名為镓。這個元素的一切性質都和門捷列夫預言的一樣，隻是比重不一致。門捷列夫為此寫了一封信給巴黎科學院，指出镓的比重應該是5.9左右，而不是4.7。當時镓還在布瓦博德蘭手裏，門捷列夫還沒有見到過。這件事使布瓦博德蘭大為驚訝，於是他設法提純，重新測量镓的比重，結果證實了門捷列夫的預言，比重確實是5.94。這一結果大大提高了人們對元素周期律的認識，同時也說明很多科學理論被稱為真理，不是在科學家創立這些理論的時候，而是在這一理論不斷被實踐所證實的時候。當年門捷列夫通過元素周期表預言新元素時，有的科學家說他狂妄地臆造一些不存在的元素，而通過實踐，門捷列夫的理論受到了越來越普遍的重視。後來，人們根據周期律理論，把已經發現的100多種元素排列、分類，列出了今天的化學元素周期表，張貼於實驗室牆壁上，編排於辭書後麵。它更是我們每一位學生在學化學的時候，都必須學習和掌握的一課。現在，我們知道，在人類生活的浩瀚的宇宙裏，一切物質都是由這100多種元素組成的，包括我們人本身在內。可是，化學元素是什麽呢?化學元素是同類原子的總稱。所以，人們常說，原子是構成物質世界的“基本磚石”，這從一定意義上來說，還是可以的。然而，化學元素周期律說明，化學元素並不是孤立地存在和互相毫無關聯的。這些事實意味著，元素原子還肯定會有自己的內在規律。這裏已經孕育著物質結構理論的變革。終於，到了19世紀末，實踐有了新的發展，放射性元素和電子被發現了，這本來是揭開原子內幕的極好機會。可是門捷列夫在實踐麵前卻產生了困惑。一方麵他害怕這些發現“會使事情複雜化”，動搖“整個世界觀的基礎”；另一方麵又感到這“將是十分有趣的事……周期性規律的原因也許會被揭示”。但門捷列夫本人就在將要揭開周期律本質的前夜——1907年帶著這種矛盾的思想逝世了。門捷列夫並沒有看到，正是由於19世紀末、20世紀初的一係列偉大發現和實踐，揭示了元素周期律的本質，摒棄了門捷列夫那個時代關於原子不可分的舊觀念。在摒棄其不準確的部分的同時，充分肯定了它的合理內涵和曆史地位。在此基礎上誕生的元素周期律的新理論，比當年門捷列夫的理論更具有真理性。
元素周期的探索之路——攀登科學高峰的路，是一條艱苦而又曲折的路。門捷列夫在這條路上，也是吃盡了苦頭。當他擔任化學副教授以後，負責講授《化學基礎》課。在理論化學裏應該指出自然界到底有多少元素?元素之間有什麽異同和存在什麽內部聯係?新的元素應該怎樣去發現?這些問題，當時的化學界正處在探索階段。各國的化學家們，為了打開這秘密的大門，進行了頑強的努力。雖然有些化學家如德貝萊納和紐蘭茲在一定深度和不同角度客觀地敘述了元素間的某些聯係，但由於他們沒有把所有元素作為整體來概括，所以沒有找到元素的正確分類原則。年輕的學者門捷列夫也毫無畏懼地衝進了這個領域，開始了艱難的探索工作。他不分晝夜地研究著，探求元素的化學特性和它們的一般的原子特性，然後將每個元素記在一張小紙卡上。他企圖在元素全部的複雜的特性裏，捕捉元素的共同性。雖然他的研究一次又一次地失敗了。但他不屈服，不灰心，堅持幹下去。為了徹底解決這個問題，他又走出實驗室，開始出外考察和整理收集資料。1859年，他去德國海德爾堡進行科學深造。兩年中，他集中精力研究了物理化學，使他探索元素間內在聯係的基礎更紮實了。1862年，他對巴庫油田進行了考察，對**進行了深入研究，重測了一些元素的原子量，使他對元素的特性有了深刻的了解。1867年，他借應邀參加在法國舉行的世界工業展覽俄羅斯陳列館工作的機會，參觀和考察了法國、德國、比利時的許多化工廠、實驗室，這讓他大開眼界，更加豐富了元素方麵的知識。這些實踐活動，不僅增長了他認識自然的才幹，而且對他發現元素周期律，奠定了雄厚的基礎。門捷列夫又返回實驗室，繼續研究他的紙卡。他把重新測定過的原子量的元素，按照原子量的大小依次排列起來。他發現性質相似的元素，它們的原子量並不相近；相反，有些性質不同的元素，它們的原子量反而相近。他緊緊抓住元素的原子量與性質之間的相互關係，不停地研究著。他的腦子因過度緊張而經常昏眩。但是，他的心血並沒有白費，在1869年2月19日，他終於發現了元素周期律。他的周期律說明：簡單物體的性質，以及元素化合物的形式和性質，都和元素原子量的大小有周期性的依賴關係。門捷列夫在排列元素表的過程中，又大膽指出，當時一些公認的原子量不到元素的正確分類原則。年輕的學者門捷列夫也毫無畏懼地衝進了這個領域，開始了艱難的探索工作。他不分晝夜地研究著，探求元素的化學特性和它們的一般的原子特性，然後將每個元素記在一張小紙卡上。他企圖在元素全部的複雜的特性裏，捕捉元素的共同性。雖然他的研究一次又一次地失敗了。但他不屈服，不灰心，堅持幹下去。為了徹底解決這個問題，他又走出實驗室，開始出外考察和整理收集資料。1859年，他去德國海德爾堡進行科學深造。兩年中，他集中精力研究了物理化學，使他探索元素間內在聯係的基礎更紮實了。1862年，他對巴庫油田進行了考察，對**進行了深入研究，重測了一些元素的原子量，使他對元素的特性有了深刻的了解。1867年，他借應邀參加在法國舉行的世界工業展覽俄羅斯陳列館工作的機會，參觀和考察了法國、德國、比利時的許多化工廠、實驗室，這讓他大開眼界，更加豐富了元素方麵的知識。這些實踐活動，不僅增長了他認識自然的才幹，而且對他發現元素周期律，奠定了雄厚的基礎。門捷列夫又返回實驗室，繼續研究他的紙卡。他把重新測定過的原子量的元素，按照原子量的大小依次排列起來。他發現性質相似的元素，它們的原子量並不相近；相反，有些性質不同的元素，它們的原子量反而相近。他緊緊抓住元素的原子量與性質之間的相互關係，不停地研究著。他的腦子因過度緊張而經常昏眩。但是，他的心血並沒有白費，在1869年2月19日，他終於發現了元素周期律。他的周期律說明：簡單物體的性質，以及元素化合物的形式和性質，都和元素原子量的大小有周期性的依賴關係。門捷列夫在排列元素表的過程中，又大膽指出，當時一些公認的原子量不準確。如那時金的原子量公認為169.2，按此在元素表中，金應排在鋨、鉑的前麵，因為它們被公認的原子量分別為198.6、196.7，而門捷列夫堅定地認為金應排列在這三種元素的後麵，原子量都應重新測定。大家重測的結果，鋨為190.9、鉑為195.2，而金是197.2。實踐證實了門捷列夫的論斷，也證明了周期律的正確性。在門捷列夫編製的周期表中，還留有很多空格，這些空格應由尚未發現的元素來填滿。門捷列夫從理論上計算出這些尚未發現的元素的最重要性質，斷定它們介於鄰近元素的性質之間。例如，在鋅與砷之間的兩個空格中，他預言這兩個未知元素的性質分別為類鋁和類矽。就在他預言後的四年，法國化學家布阿勃朗用光譜分析法，從門鋅礦中發現了镓。實驗證明，镓的性質非常像鋁，也就是門捷列夫預言的類鋁。镓的發現，具有重大的意義，它充分說明元素周期律是自然界的一條客觀規律，為以後元素的研究，新元素的探索，新物資、新材料的尋找，提供了一個可遵循的規律。元素周期律像重炮一樣，在世界上空轟響了，門捷列夫也因此聞名於世界!
電話的發明——貝爾（1875年）
“我知道命運掌握在我自己的手中，我知道巨大的成功馬上就要到來。”貝爾曾自信地向世界這樣宣告。
貝爾1847年3月3日出生於英國蘇格蘭的愛丁堡。他的父親是一位嗓音生理學家，並且是矯正說話、教授聾人的專家。1862年貝爾進入著名的英國愛丁堡大學，選擇語音學作為自己的專業，貝爾通過總結父輩們的經驗進步很快。1867年畢業後又進英國倫敦大學攻讀語言學。就在此時，英國發生大規模的肺病，貝爾先後失去了兩個兄弟，其父帶著全家遷居到加拿大以躲避瘟疫。1869年22歲的貝爾受聘為美國波士頓大學語言學教授，擔任聲學講座的主講。在莫爾斯電報發明後的20多年中無數科學家試圖直接用電流傳遞語音，貝爾也把發明電話作為自己義不容辭的責任。但由於電話是傳遞連續的信號而不是電報那樣不連續的通斷信號，在當時的難度好比登天。他曾試圖用連續振動的曲線來使聾啞人看出“話”來，沒有成功。但在實驗中，他發現了一個有趣現象：每次電流通斷時線圈發出類似於莫爾斯電碼的“滴答”聲，.這引起貝爾大膽的設想：如果能用電流強度模擬出聲音的變化不就可以用電流傳遞語音了嗎?隨後的兩年內貝爾刻苦用功掌握了電學，再加上他紮實的語言學知識，使他如同插上了翅膀。他辭去了教授職務，一心紮入發明電話的試驗中。在萬事俱備隻缺合作者時他偶然遇到了18歲的電氣工程師沃特森。兩年後，經過無數次失敗後，他們終於製成了兩台粗糙的樣機：圓筒底部的薄膜中央連接著插入硫酸的碳棒，人說話時薄膜振動改變電阻使電流變化，在接收處再利用電磁原理將電信號變回語音。但不幸的是，試驗失敗了，兩人的聲音是通過公寓的天花板而不是通過機器互相傳遞的。正在他們冥思苦想之時，窗外吉他的丁冬聲提醒了他們：送話器和受話器的靈敏度太低了!他們連續兩天兩夜自製了音箱、改進了機器。然後開始實驗，剛開始沃特森隻從受話器裏聽到嘶嘶的電流聲，終於他聽到了貝爾清晰的聲音“沃特森先生，快來呀!我需要你!”1875年6月2日傍晚，當時貝爾28歲，沃特森21歲。他們趁熱打鐵，幾經半年的改進，終於製成了世界上第一台實用的電話機。1876年3月3日(貝爾的29歲生日)，貝爾的專利申請被批準。其實，在貝爾申請電話專利的同一天幾小時後，另一位傑出的發明家艾利沙·格雷也為他的電話申請專利。由於這幾個小時之差，美國最高法院裁定貝爾為電話的發明者。回到波士頓後兩人繼續對它進行改進，同時抓住一切時機進行宣傳。兩年後的1878年，貝爾在波士頓和沃特森在相距300多公裏的紐約之間首次進行了長途電話實驗。與34年前莫爾斯一樣取得了成功。所不同的是他們舉行的是科普宣傳會，雙方的現場聽眾可以互相交談。中途出了個小小的問題：表演最後節目的黑人歌手聽到遠方貝爾的聲音後緊張得出不了聲，急中生智的貝爾讓沃特森代替，沃特森鼓足勇氣的歌唱使雙方的聽眾不時傳來陣陣掌聲和歡笑聲，試驗圓滿成功。1877年，也就是貝爾發明電話後的第二年，在波士頓設的第一條電話線路開通了，這溝通了查爾期·威廉期先生的各工廠和他在薩默維爾私人住宅之間的聯係。也就在這一年，有人第一次用電話給《波士頓環球報》發送了新聞消息，從此開始了公眾使用電話的時代。1922年，貝爾逝世於加拿大巴德克，享年75歲。
電燈的發明——愛迪生（1879年）
在電燈問世以前，人們普遍使用的照明工具是煤油燈或煤氣燈。這種燈因燃燒煤油或煤氣，因此，有濃烈的黑煙和刺鼻的臭味，並且要經常添加燃料，擦洗燈罩，因而很不方便。更嚴重的是，這種燈很容易引起火災，釀成大禍。多少年來，很多科學家想盡辦法，想發明一種既安全又方便的電燈。19世紀初，英國一位化學家用2000節電池和兩根炭棒，製成世界上第一盞弧光燈。但這種光線太強，隻能安裝在街道或廣場上，普通家庭無法使用。無數科學家為此絞盡腦汁，想製造一種價廉物美、經久耐用的家用電燈。這一天終於來到了。1879年10月21日，一位美國發明家通過長期的反複試驗，終於點燃了世界上第一盞有實用價值的電燈。從此，這位發明家的名字就像他發明的電燈一樣，走入了千家萬戶。他，就是被後人讚譽為“發明大王”的愛迪生。1847年2月l 1日，愛迪生誕生於美國俄亥俄州的米蘭鎮。他一生隻在學校裏念過三個月的書，但他勤奮好學，勤於思考，其發明創造了電燈、留聲機、電影攝影機等1000多種成果，為人類做出了重大的貢獻。愛迪生12歲時，便沉迷於科學實驗之中，經過自己孜孜不倦地自學和實驗，16歲那年，便發明了每小時拍發一個信號的自動電報機。後來，又接連發明了自動數票機、第一架實用打字機、二重與四重電報機、自動電話機和留聲機等。有了這些發明成果的愛迪生並不滿足，1878年9月，愛迪生決定向電力照明這個堡壘發起進攻。他翻閱了大量的有關電力照明的書籍，決心製造出價錢便宜，經久耐用，而且安全方便的電燈。他從白熱燈著手試驗。把一小截耐熱的東西裝在玻璃泡裏，當電流把它燒到白熱化的程度時，便由熱而發光。他首先想到炭，於是就把一小截炭絲裝進玻璃泡裏，可剛一通電馬上就斷裂了。“這是什麽原因呢?”愛迪生拿起斷成兩段的炭絲，再看看玻璃泡，過了許久，才忽然想起，“噢，也許因為這裏麵有空氣，空氣中的氧又幫助炭絲燃燒，致使它馬上斷掉!”於是他用自己手製的抽氣機，盡可能地把玻璃泡裏的空氣抽掉。一通電，果然沒有馬上熄掉。但8分鍾後，燈還是滅了。可不管怎麽說，愛迪生終於發現：真空狀態時白熱燈顯得非常重要，關鍵是炭絲，問題的症結就在這裏。那麽應選擇什麽樣的耐熱材料好呢？愛迪生左思右想，終於想到熔點最高，耐熱性較強要算白金啦!於是，愛迪生和他的助手們，用白金試了好幾次，可這種熔點較高的白金，雖然使電燈發光時間延長了許多，但不時要自動熄掉再自動發光，仍然很不理想。愛迪生並不氣餒，繼續著自己的試驗工作。他先後試用了鋇、鈦、錮等各種稀有金屬，效果都不很理想。過了一段時問，愛迪生對前邊的實驗工作做了一個總結，把自己所能想到的各種耐熱材料全部寫下來，總共有1600種之多。接下來，他與助手們將這1600種耐熱材料分門別類地開始試驗，可試來試去，還是采用白金最為合適。由於改進了抽氣方法，使玻璃泡內的真空程度更高，燈的壽命已延長到2個小時。但這種由白金為材料做成的燈，價格太昂貴了，誰願花這麽多錢去買隻能用2個小時的電燈呢?實驗工作陷人了低穀，愛迪生非常苦惱，一個寒冷的冬天，愛迪生在爐火旁閑坐，看著熾烈的炭火，口中不禁自言自語道：“炭炭……”可用木炭做的炭條已經試過，該怎麽辦呢?愛迪生感到渾身燥熱，順手把脖子上的圍巾扯下，看到這用棉紗織成的圍脖，愛迪生腦海突然萌發了一個念頭：“對!棉紗的纖維比木材的好，能不能用這種材料?”他急忙從圍巾上扯下一根棉紗，在爐火上烤了好長時間，棉紗變成了焦焦的炭。他小心地把這根炭絲裝進玻璃泡裏，一試驗，效果果然很好。愛迪生非常高興，緊接又製造很多棉紗做成的炭絲，連續進行了多次試驗，燈泡的壽命一下子延長13個小時，後來又達到45小時。這個消息一傳開，轟動了整個世界。使英國倫敦的煤氣股票價格狂跌，煤.氣行也出現一片混亂。人們預感到，點燃煤氣燈即將成為曆史，未來將是電光的時代。大家紛紛向愛迪生祝賀，可愛迪生卻無絲毫高興的樣子，搖頭說道：“不行，還得找其它材料!”“怎麽，亮了45個小時還不行?”助手吃驚地問道。“不行!我希望它能亮1000個小時，最好是16000個小時!”愛迪生答道。大家知道，亮1000多個小時固然很好，可去找什麽材料合適呢?愛迪生這時心中已有數。他根據棉紗的性質，決定從植物纖維這方麵去尋找新的材料。於是，馬拉鬆式的試驗又開始了。凡是植物方麵的材料，隻要能找到，愛迪生都做了試驗，甚至連馬的鬃，人的頭發和胡子都拿來當燈絲試驗。最後，愛迪生選擇竹這種植物。他在試驗之前，先取出一片竹子，用顯微鏡一看，高興得跳了起來。於是，把炭化後的竹絲裝進玻璃泡，通上電後，這種竹絲燈泡競連續不斷地亮了1200個小時!這下，愛迪生終於鬆了口氣，助手們紛紛向他祝賀，可他又認真地說道：“世界各地有很多竹子，其結構不盡相同，我們應認真挑選一下!”助手們深為愛迪生精益求精的科學態度所感動，紛紛自告奮勇到各地去考察。經過比較，在日本出產的一種竹子最為合適，便大量從日本進口這種竹子。與此同時，愛迪生又開設電廠，架設電線。過了不久，美國人民便用上這種價廉物美，經久耐用的竹絲燈泡。竹絲燈用了很多年。直到1906年，愛迪生又改用鎢絲來做，使燈泡的質量又得到提高，一直沿用到今天。當人們點亮電燈時，每每會想到這位偉大的發明家。是他，給黑暗帶來無窮無盡的光明。1979年，美國花費了幾百萬美元，舉行長達一年之久的紀念活動，來紀念愛迪生發明電燈一百周年。
汽車的發明——本茨（1885年）
也許我們都聽說過或見到過“本茨”牌小轎車。“本茨”牌小轎車就是以汽車的發明者卡爾·本茨的名字命名的。
1885年，卡爾·本茨造出了世界上第一輛裝有四衝程汽油發動機的輕型三輪車，這要算是世界上最古老的汽車了。這輛汽車的試製成功，奠定了今天汽車工業的基礎。卡爾·本茨1848年生在德國，他的父親在鐵路上工作。年輕時，他曾在工業學校學習數學和機械。後來他又在工廠的工作中積累了許多實際操作的經驗。1871年，本茨在曼德投資建立了工廠，並開始了對內燃機的研究。他是怎樣開始對內燃機產生興趣的呢?原來，當時自行車已經發明。不過，那時的自行車和我們現在的自行車不同。那時的自行車的腳蹬是裝在非常大的前輪上的，蹬起來非常費力。本茨想：如果能把發動機裝在自行車上，行動起來，就會既快又省力了。那個時候，歐洲已有一些國家利用蒸汽機來驅動船舶和火車。但由於蒸汽機非常笨重而且是燃料在汽缸外燃燒的外燃機，所以無法裝在自行車和其他的輕型車輛上。經過詳細調查，本茨發現發動機中了除了蒸汽機之外，還有燃汽機。燃汽機是一種將汽缸中的易燃氣體點火引爆，然後利用氣體爆炸膨脹所產生的力量來推動汽缸中的活塞的內燃機。當活塞的運動通過連杆帶動汽車的傳動軸時，傳動軸就會驅動車輪旋轉起來。當時所用的易燃氣體是煤氣。1878年，本茨製成了使用煤氣的燃氣機。緊接著，他又開始研究把發動機裝在小型四輪和三輪車上。由於燃氣機需要製造裝氣體的裝置，這個裝置很大，所以無法裝在輕裝的車輛上。為了解決這個問題，本茨絞盡了腦汁。一天，本茨聽到了這樣一件事，有人用汽油清除衣服上的汙垢時，使得屋子裏充滿了汽油，當火苗接觸到這些彌漫在屋子裏的汽油時汽油發生了爆炸。本茨想，汽油既然有這麽大的威力，可不可以將汽油用來代替煤氣呢?這樣，就不再需要裝氣體的裝置，發動機的體積和重量就會得到很好的改善。在這之前，一位法國人曾製造過汽油發動機，但發現它的力量不大。本茨通過研究發現，蒸發後的汽油直接用在發動機中，是效率不佳的主要原因。本茨不斷改變混雜在汽油中的空氣比例，分析爆炸的強度。他發現，當壓縮混合氣體使其密度增加時，爆炸力就會隨之增強。由此本茨成功地製造出了體積小、力量大的汽油發動機。但是這種內燃機因為隻有一個汽缸，所以把它裝在汽車上，汽車行駛起來很不平穩。英國科學家克拉克發明了一項改進措施，就是在一台內燃機中裝上兩個汽缸。當一個汽缸處在回複階段時，讓另一個汽缸爆燃做功，兩個汽缸交替做功，使輸出的動力均勻起來。本茨采用了這種方法，製成了四衝程的內燃機。1885年，本茨首次成功地將內燃機與車輪結合在一起。他把他製造的汽油發動機裝在了三輪車上。到1885年的秋天，本茨所製造的汽車已能以每小時12公裏的速度穩定地行駛了。由於它用汽油內燃機作動力，所以被人們叫做汽車。這就是世界上第一輛汽車。
無線廣播的發明——赫茲（1889年）
在現代信息社會中，無線電廣播技術起著極為重要的作用。而廣播技術的發明過程是很複雜的，它是多種重要發明匯合起來形成的一個大型技術。
無線電的發明是德國人赫茲的功績。1889年，赫茲發現，在火花線圈的兩端加上高電壓使它發生火花，這時便從火花射出電波，可以使遠處的線圈產生電流，無線電的基礎就是電波的利用。有記載的首次成功的無線電廣播是在1906年的聖誕節之夜。美國的費森登使用功率為l千瓦、頻率為50赫茲的交流發電機，借助麥克風進行調製、播發講話和音樂，許多地區，包括海上的船隻都可清楚地收聽到。第一次世界大戰前，許多國家進行無線電廣播試驗。大戰期間，比利時、荷蘭和德國出現一些地區性廣播節目。正規的定時廣播是從1920年開始的。兩年後，在美國約有600個廣播台，100萬聽眾。在英國，馬可尼公司進一步試驗，並於1922年5月在倫敦創辦了著名的ZLD廣播台。無線電廣播技術史上一個最重要的進展方向是使用波長的不斷縮短。在20年代，所使用的波長是長波和中波。許多國家完全依賴中波。由於傳播距離有限，不得不建立許多中繼站。有些國家除中波外還利用長波，因為使用功率強大的發射機發射的長波，可以覆蓋全國。地麵波傳播理論使人們以為隻有長波才能遠距離傳播，而波長在200米以下的短波，由於傳播距離極短，不會有什麽用處。可是，大批無線電業餘愛好者由於在長波波段的活動受到限製，一心想在較短波長的波段內創造奇跡。第一次大戰結束後，那些人了迷的業餘愛好者積極探索用短波通信的可能性。他們夜以繼日地在家中安裝無線電裝置，進行試驗探索。1921年12月，在從美國到英國的試驗中，利用200米波獲得成功，從此短波長廣播成為長距離廣播的主要方式。與長波相比，短波傳播可以做到有較強的方向性，因而用較低的功率就可以發射到較遠的距離。所以200米短波廣播試驗成功後，對短波的研究進展很快，特別是荷蘭的年輕工程師馮·貝茨利爾於1925年4月建造了一個波長約為30米的發射機，在5月13日的試驗中，在印度尼西亞收到了這個發射機發射的信號。兩個月後，在荷蘭和印尼之間建立了短波無線電聯係。後來還發現，用特製的高頻發射管製造的發射機可以向世界範圍發射信號。1927年6月1日，荷蘭女皇利用這種發射機向東、西印度群島發表了廣播講話，這是第一個“世界廣播係統”。從此，在長距離廣播中，短波取代了長波。利用波長更短的微波進行通信的研究早在20年代就開始了。1920年研製成功的巴克豪森板柵振**器可以有效地發射40厘米的微波，引起了人們對微波的興趣。1929年，法國人克拉維爾開始研究如何利用微波進行通信。1931年3月，克拉維爾和他的同事在加來和多佛爾之間40公裏的距離上進行試驗，證明了微波通信的高質量、獨立、靈活和經濟。1933年，他建立了英法之間的第一條商用微波無線電線路。40年代發現微波在對流層中的散射現象後，發展起微波超視距通信，它的特點是距離遠、容量大、保密性好、適合於軍事通信，但也有可靠性差和所需發射功率大等缺點。
柴油機之父——狄塞爾（1892年）
隨著對汽車油耗和排放的限製越來越嚴，柴油機對汽車生產商的吸引力也越來越大。提起柴油機，不能不講到它的發明者魯道夫·狄塞爾。魯道夫·狄塞爾，1858年3月出生在法國巴黎，父母是在法國打工的德國工人。法、德交惡後，狄塞爾一家被驅逐回德國。家庭的生活也隨之困難起來。但小狄塞爾學習勤奮，中學畢業時以最高分數獲得了獎學金，進入慕尼黑工業大學學習。1879年，年僅2l歲的狄塞爾大學畢業。當上了一名冷藏專業工程師。在工作中，狄塞爾深感當時的蒸汽機效率極低，萌發了設計新型發動機的念頭。在積蓄了一些資金後，狄塞爾辭去了製冷工程師的職務，自己開辦了一家發動機實驗室。針對蒸汽機效率低的弱點，狄塞爾專注於開發高效率的內燃機。當時尼古拉斯·奧托發明的點火式內燃機已較成熟，但那時奧托發動機的燃料是煤氣，儲存、攜帶均不方便，效率也受到影響。19世紀末，石油產品在歐洲極為罕見，於是狄塞爾決定選用植物油來解決機器的燃料問題(他用於實驗的是花生油)。因為植物油點火性能不佳，無法套用奧托內燃機的結構。狄塞爾決定另起爐灶，提高內燃機的壓縮比，利用壓縮產生的高溫高壓點燃油料。後來，這種壓燃式發動機循環便被稱為狄塞爾循環。像所有偉大的發明家一樣，狄塞爾的前進道路上困難重重。實驗證明，植物油燃燒不穩定，成本也太高，難以承擔狄塞爾的“重任”。好在當時石油製品在歐洲逐漸普及，狄塞爾選擇了本來用於取暖的重餾分燃油——柴油作為機器的燃料。壓燃式發動機的結構強度始終是個難題。一次實驗中，汽缸上的零件像炮彈碎片一樣四處飛散，差點兒造成人員傷亡。實驗不順利，狄塞爾的資金也漸漸耗盡。他不得不回到製冷機工廠謀生。但狄塞爾沒有向困難屈服，他利用業餘時間繼續實驗，一步步完善自己的機器。1892年，狄塞爾終於能夠向全世界展示自己的成果——一台實用的柴油動力壓燃式發動機。這種發動機功率大，油耗低，可使用劣質燃油，顯示出輝煌的發展前景。狄塞爾隨即投人到柴油機生產的商業冒險中。不幸的是，作為優秀的工程師，狄塞爾缺乏商業頭腦，他在經濟上漸漸陷入困境。1913年狄塞爾已處於破產的邊緣。這一年夏天，狄塞爾在乘坐英吉利海峽的渡輪時，突然失蹤，據說是投海自殺。但狄塞爾發明的柴油機，在汽車、船舶和整個工業領域得到越來越廣泛的發展。
x射線的發現——倫琴（1895年）
x射線的發現過程，是一個充滿偶然性的故事。1895年，在德國中部的巴伐利亞，倫琴博士正在進行有關密封玻璃管裏的發光現象的試驗。這就是：在裝有兩個電極的真空玻璃管(雷鈉管)電極上進行加上高電壓的實驗。這項實驗本身並不新鮮，是當時的科學家都知道的，一加高電壓，管內就要發光。但是為什麽發光，當時還是一個謎。1895年11月8日下午，倫琴和夫人吃完了飯，回到實驗室來，要再次觀察雷鈉管的發光現象。他從架子上拿了一隻雷鈉管，用黑色紙套把它嚴嚴實實地包了起來。接著，他關上門窗，把房間弄黑，然後給管子接通高壓電源，讓管子放電，以便檢查黑色紙套是否漏光。正當他準備開始正式實驗時，突然發現一種奇異的現象：附近的小工作台上有一塊塗了氰亞鉑酸鋇的紙板發出一片明亮的熒光。切斷電源，熒光也隨之消失了。倫琴發現這一現象後，又仔細觀察了產生這種現象的原因，他讓一係列放電通過陰極射線管，結果紙板上出現了同樣的閃光。他確信，紙板發出的熒光，不可能是陰極射線形成的，因為陰極射線的能量連幾厘米以上的空氣都穿不透，而雷鈉管離小工作台有兩米多遠，陰極射線是無法穿越這樣長的距離的。於是，倫琴又把紙板移開，換上照相膠板，結果膠板感光了。接著，他又在雷鈉管和照相底板之間放上幾種東西：鑰匙、自己常用的獵槍。令人驚奇的是，就連鑰匙和獵槍金屬部分的細小之處都清清楚楚地照出來了。這真是一個驚人的發現。接著，倫琴又讓他的夫人把手放在雷鈉管和膠板中間，結果，夫人手上的每塊骨頭以及手上戴的戒指都照出來了。從那天起，倫琴就住在了實驗室，夜以繼日地進行著研究試驗，終於在1895年12月28日發表了研究報告。1896年1月5日，關於x射線的重大報道在維也納日報上刊出，立即引起全世界的注意。在美國報道此事4天之後，就有人用x射線發現了患者腳上的子彈。x射線很快就進入了醫學領域。當時英國一位著名外科醫生托馬斯.亨利稱之為“診斷史上的一個最大的裏程碑”。1901年，倫琴由於發現x射線的貢獻，獲得了諾貝爾物理學獎金。
無線電的發明——馬可尼（1895年）
無線電技術就是利用無線電波傳輸信息的通信方式。能傳輸聲音、文字、數據和圖像等。與有線電通信相比，不需要架設傳輸線路，不受通信距離限製，機動性好，建立迅速；但傳輸質量不穩定，信號易受幹擾或易被截獲，保密性差。人類發明了電報和電話後，信息傳播的速度不知比以往快了多少倍。電報、電話的出現縮短了各大陸、各國家人民之間的距離感。但是，當初的電報、電話都是靠電流在導線內傳輸信號的，這使通信受到很大的局限。譬如，要通信首先要有線路，而架設線路受到客觀條件的限製。高山、大河、海洋均給線路的建造和維護帶來很大的困難。況且，極需要通信聯絡的海上船舶，以及後來發明的飛機，因它們都是會移動的交通工具，所以是無法用有線方式與地麵人們聯絡。19世紀發明的無線電通訊技術，使通信擺脫了依賴導線的方式，是通信技術上的一次飛躍，也是人類科技史上的一個重要成就。1894年，即赫茲去世的那年，馬可尼剛滿20歲，他在電氣雜誌上讀到了赫茲的實驗和洛奇的報告。從小就喜歡擺弄線圈、電鈴的他，便一頭鑽進了電磁波的研究中。他想既然赫茲能在幾米外測出電磁波，那麽隻要有足夠靈敏的檢波器，也一定能在更遠的地方測出電磁波。經過多次的失敗，他終於邁出了可喜的第一步。他在家中的樓上安裝了發射電波的裝置，樓下放置了檢波器，檢波器與電鈴相接。他在樓上一接通電源，樓下的電鈴就響了起來。晚上，當父親看到了這個新奇的裝置，把以前憋在肚子裏的火氣和不滿都拋到九霄雲外，再也不叫他“不切實際的空想家”了。並開始給兒子經濟資助，讓他一心搞實驗。馬可尼初次告捷後，信心增強了。他大量收集資料和文章，不管這些文章的作者是有名氣的還是無名氣的，隻要對他有用，有所啟發的文章，他都耐心閱讀，仔細分析。他把各家的缺點分析清楚，把各人的長處集合起來，改進自己的機器。1895年夏天，馬可尼又完成了一次非常成功的實驗。到了秋天，實驗又獲得很大的進步。他把一隻煤油桶展開，變成一塊大鐵板，作為發射的天線。把接收機的天線高掛在一棵大樹上，用以增加接收的靈敏度。他還改進了洛奇的金屬粉末檢波器，在玻璃管中加入少量的銀粉，與鎳粉混合，再把玻璃管中的空氣排除掉。這樣一來，發射方增大了功率，接收方也增加了靈敏度。他把發射機放在一座山崗的一側，接收機安放在山崗另一側的家中。當給他當助手的同伴發送信號時，他守候著的接收機接收到了信號，帶動電鈴發出了清脆的響聲。這響聲對他來說比動人的交響樂更悅耳動聽。這次實驗的距離達到2.7公裏。1937年，馬可尼與世長辭，在意大利羅馬有近萬人為他送葬，同時，英國所有無線電報和無線電話，以及大不列顛廣播協會的廣播電台停止工作2分鍾，向這位無線電領域的偉大人物致哀。馬可尼以及其他為無線電通信領域作出過貢獻的科學家雖然離開了人間，可是他們發明的無線電通信留給了後人，並將造福於人類的子子孫孫。
鐳元素的提煉——居裏夫人（1902年）
瑪麗1867年出生於波蘭的華沙，高中畢業後，曾患了一年的精神疾病。由於是女性的原因，她不能在俄羅斯或波蘭的任何大學繼續進修，所以她做了幾年的家庭教師。最終，在她的姐姐的經濟支持下移居巴黎，並在索邦(sor-bonne，巴黎大學的舊名)學習數學和物理學。經過四年的努力後，瑪麗於巴黎大學取得物理及數學兩個碩士學位。在那裏，她成為了該校第一名女性講師。瑪麗亞在索邦結識了另一名講師——皮埃爾·居裏，就是她後來的丈夫。他們兩個經常在一起進行以瀝青鈾礦石為主的放射性物質的研究，因為這種礦石的總放射性比其所含有的鈾的放射性還要強。在研究過程中，她發現能放射出那種奇怪光線的不隻有鈾，還有釷。因此，她做出大膽判斷：還有一種物質能夠放射光線，這種新的物質，也就是還未發現的新元素，隻是極少量地存在於礦物之中。居裏夫人把它定名為“鐳”，因為在拉丁文中，它的原意就是“放射”。當時很多科學家並不相信，認為居裏夫婦隻是一種假設，甚至有人說道：“如果真有那種元素，請提取出來，讓我們瞧瞧!”要提煉鐳元素，需要足夠的瀝青鈾礦，而這種礦很稀少，價格又很昂貴，他們根本無法得到。這件事後來傳到奧地利，迅速得到奧地利政府的支持，奧地利政府贈送他們一噸已提取過鈾的瀝青礦殘渣，這才開始了提取純鐳的實驗。經過3年多的艱苦工作，居裏夫婦終於在1902年提煉出0.1克鐳鹽，接著又初步測定了鐳的原子量。由於這種元素的放射性比鈾強200萬倍，因而它不用借助任何外力，就會自然發光發熱。 鐳的發現，引起科學乃至哲學的巨大變革，為人類探索原子世界的奧秘打開了大門。可以說，它的發現，開辟了科學世界的新領域，並由此誕生了一門新興的放射學，所以，鐳被譽為“偉大的革命者”。正是因為居裏夫婦為科學革命做出了巨大的貢獻，第二年，他們便獲得了諾貝爾物理獎金。過後不久，人們又發現鐳在醫學方麵的價值，給癌症患者帶來了福音，這使本來已經非常昂貴的鐳，變得更加珍貴。有人勸說居裏夫婦說：“您如果去申請專利，定會成為百萬富翁!”“不，鐳是一種元素，它應屬於全世界!”居裏夫婦毫不猶豫地回答。居裏夫婦非常信奉“科學是無國界”的，也可以說，這是他們獻身科學的共同宏願。但不幸的是，1906年4月的一天，在一次車禍中彼埃爾·居裏失去了自己寶貴的生命。居裏夫人強忍悲痛，繼續進行自己的科學研究。1910年，居裏夫人成功地分離出純鐳，分析出鐳元素的各種性質，精確地測定了它的原子量。在同年居裏夫人出席的國際放射學理事會上，製定了以居裏名字命名的放射性單位，同時采用了居裏夫人提出的鐳的國際標準。
相對論的提出——愛因斯坦（1905年）
相對論
狹義相對論的創立——早在16歲時，愛因斯坦就從書本上了解到光是以很快速度前進的電磁波，他產生了一個想法，如果一個人以光的速度運動，他將看到一幅什麽樣的世界景象呢?他將看不到前進的光，隻能看到在空間裏振**著卻停滯不前的電磁場。這種事可能發生嗎?與此相聯係，他非常想探討與光波有關的所謂以太的問題。以太這個名詞源於希臘，用以代表組成天上物體的基本元素。17世紀，笛卡爾首次將它引入科學，作為傳播光的媒質。其後，惠更斯進一步發展了以太學說，認為荷載光波的媒介物是以太，它應該充滿包括真空在內的全部空間，並能滲透到通常的物質中。與惠更斯的看法不同，牛頓提出了光的微粒說。牛頓認為，發光體發射出的是以直線運動的微粒粒子流，粒子流衝擊視網膜就引起視覺。18世紀牛頓的微粒說占了上風，然而到了19世紀，卻是波動說占了絕對優勢，以太的學說也因此大大發展。當時的看法是，波的傳播要依賴於媒質，因為光可以在真空中傳播，傳播光波的媒質是充滿整個空問的以太，也叫光以太。與此同時，電磁學得到了蓬勃發展，經過麥克斯韋、赫茲等人的努力，形成了成熟的電磁現象的動力學理論——電動力學，並從理論與實踐上將光和電磁現象統一起來，認為光就是一定頻率範圍內的電磁波，從而將光的波動理論與電磁理論統一起來。以太不僅是光波的載體，也成了電磁場的載體。直到19世紀末，人們企圖尋找以太，然而從未在實驗中發現以太。但是，電動力學遇到了一個重大的問題，就是與牛頓力學所遵從的相對性原理不一致。關於相對性原理的思想，早在伽利略和牛頓時期就已經有了。電磁學的發展最初也是納人牛頓力學的框架，但在解釋運動物體的電磁過程時卻遇到了困難。按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度，也就是光的速度是一個恒量，然而按照牛頓力學的速度加法原理，不同慣性係的光速不同，這就出現了一個問題：適用於力學的相對性原理是否適用於電磁學?例如，有兩輛汽車，一輛向你駛近，一輛駛離。你看到前一輛車的燈光向你靠近，後一輛車的燈光遠離。按照麥克斯韋的理論，這兩種光的速度相同，汽車的速度在其中不起作用。但根據伽利略理論，這兩項的測量結果不同。向你駛來的車將發出的光加速，即前車的光速=光速+車速；而駛離車的光速較慢，因為後車的光速=光速一車速。麥克斯韋與伽利略關於速度的說法明顯相悖。我們如何解決這一分歧呢?
19世紀理論物理學達到了巔峰狀態，但其中也隱含著巨大的危機。海王星的發現顯示出牛頓力學無比強大的理論威力，電磁學與力學的統一使物理學顯示出一種形式上的完整，並被譽為“一座莊嚴雄偉的建築體係和動人心弦的美麗的廟堂”。在人們的心目中，古典物理學已經達到了近乎完美的程度。德國著名的物理學家普朗克年輕時曾向他的老師表示要獻身於理論物理學，老師勸他說：“年輕人，物理學是一門已經完成了的科學，不會再有多大的發展了，將一生獻給這門學科，太可惜了。”愛因斯坦似乎就是那個將構建嶄新的物理學大廈的人。在伯爾尼專利局的日子裏，愛因斯坦廣泛關注物理學界的前沿動態，在許多問題上深人思考，並形成了自己獨特的見解。在十年的探索過程中，愛因斯坦認真研究了麥克斯韋電磁理論，特別是經過赫茲和洛倫茲發展和闡述的電動力學。愛因斯坦堅信電磁理論是完全正確的，但是有一個問題使他不安，這就是絕對參照係以太的存在。他閱讀了許多著作後發現，所有人試圖證明以太存在的試驗都是失敗的。但經他研究發現，除了作為絕對參照係和電磁場的荷載物外，以太在洛倫茲理論中已經沒有實際意義。於是他想到：以太作為絕對參照係是必要的嗎?電磁場一定要有荷載物嗎?愛因斯坦喜歡閱讀哲學著作，並從哲學中吸收思想營養，他相信世界的統一性和邏輯的一致性。相對性原理已經在力學中被廣泛證明，但在電動力學中卻無法成立，對於物理學這兩個理論體係在邏輯上的不一致，愛因斯坦提出了懷疑。他認為，相對論原理應該普遍成立，因此電磁理論對於各個慣性係應該具有同樣的形式，但在這裏出現了光速的問題。光速是不變的量還是可變的量，成為相對性原理是否普遍成立的首要問題。當時的物理學家一般都相信以太，也就是相信存在著絕對參照係，這是受到牛頓的絕對空間概念的影響。19世紀末，馬赫在所著的《發展中的力學》中，批判了牛頓的絕對時空觀，這給愛因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，愛因斯坦與一個朋友貝索討論這個已探索了十年的問題，貝索按照馬赫主義的觀點闡述了自己的看法，兩人討論了很久。突然，愛因斯坦領悟到了什麽，回到家經過反複思考，終於想明白了問題。第二天，他又來到貝索家，說：“謝謝你，我的問題解決了。”原來，愛因斯坦想清楚了一件事：時間沒有絕對的定義，時間與光信號的速度有一種不可分割的聯係。他找到了開鎖的鑰匙，經過五個星期的努力工作，愛因斯坦把狹義相對論呈現在人們麵前。1905年6月30日，德國《物理學年鑒》接受了愛因斯坦的論文《論動體的電動力學》，在同年9月的該刊上發表。這篇論文是關於狹義相對論的第一篇文章，它包含了狹義相對論的基本思想和基本內容。狹義相對論所根據的是兩條原理：相對性原理和光速不變原理。愛因斯坦解決問題的出發點，是他堅信相對性原理。伽利略最早闡明過相對性原理的思想，但他沒有對時間和空間給出過明確的定義。牛頓建立力學體係時也講了相對性思想，但又定義了絕對空間、絕對時間和絕對運動，在這個問題上他是矛盾的。而愛因斯坦大大發展了相對性原理，在他看來，根本不存在絕對靜止的空間，同樣不存在絕對同一的時間，所有時間和空間都是和運動的物體聯係在一起的。對於任何一個參照係和坐標係，都隻有屬於這個參照係和坐標係的空間和時間。對於一切慣性係，運用該參照係的空間和時間所表達的物理規律，它們的形式都是相同的，這就是相對性原理，嚴格地說是狹義的相對性原理。在這篇文章中，愛因斯坦沒有多討論將光速不變作為基本原理的根據，他提出光速不變是一個大膽的假設，是從電磁理論和相對性原理的要求而提出來的。這篇文章是愛因斯坦多年來思考以太與電動力學問題的結果，他從同時的相對性這一點作為突破口，建立了全新的時間和空間理論，並在新的時空理論基礎上給動體的電動力學以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。什麽是同時性的相對性?不同地方的兩個事件我們何以知道它是同時發生的呢?一般來說，我們會通過信號來確認。為了得知異地事件的同時性我們就得知道信號的傳遞速度，但如何測出這一速度呢?我們必須測出兩地的空間距離以及信號傳遞所需的時間，空間距離的測量很簡單，麻煩在於測量時間，我們必須假定兩地各有一隻已經對好了的鍾，從兩個鍾的讀數可以知道信號傳播的時間。但我們如何知道異地的鍾對好了呢?答案是還需要一種信號。這個信號能否將鍾對好?如果按照先前的思路，它又需要一種新信號，這樣無窮後退，異地的同時性實際上無法確認。不過有一點是明確的，同時性必與一種信號相聯係，否則我們說這兩件事同時發生是無意義的。光信號可能是用來對時鍾最合適的信號，但光速並非無限大，這樣就產生一個新奇的結論：對於靜止的觀察者同時的兩件事，對於運動的觀察者就不是同時的。我們設想一個高速運行的列車，它的速度接近光速。列車通過站台時，甲站在站台上，有兩道閃電在甲眼前閃過，一道在火車前端，一道在後端，並在火車兩端及平台的相應部位留下痕跡，通過測量，甲與列車兩端的間距相等，得出的結論是，甲是同時看到兩道閃電的。因此對甲來說，收到的兩個光信號在同一時間間隔內傳播同樣的距離，並同時到達他所在位置，這兩起事件必然在同一時間發生，它們是同時的。但對於在列車內部正中央的乙，情況則不同，因為乙與高速運行的列車一同運動，因此他會先截取向著他傳播的前端信號，然後收到從後端傳來的光信號。對乙來說，這兩起事件是不同時的。也就是說，同時性不是絕對的，而取決於觀察者的運動狀態。這一結論否定了牛頓力學中引以為基礎的絕對時間和絕對空間框架。相對論認為，光速在所有慣性參考係中不變，它是物體運動的最大速度。由於相對論效應，運動物體的長度會變短，運動物體的時間膨脹。但由於日常生活中所遇到的問題，運動速度都是很低的(與光速相比)，看不出相對論效應。愛因斯坦在時空觀的徹底變革的基礎上建立了相對論力學，指出質量隨著速度的增加而增加，當速度接近光速時，質量趨於無窮大。他並且給出了著名的質能關係式：E=me+2，質能關係式對後來發展的原子能事業起到了指導作用。廣義相對論的建立於1905年，愛因斯坦發表了關於狹義相對論的第一篇文章後，並沒有立即引起很大的反響。但是德國物理學的權威人士普朗克注意到了他的文章，認為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美，正是由於普朗克的推動，相對論很快成為人們研究和討論的課題，愛因斯坦也受到了學術界的注意。1907年，愛因斯坦聽從友人的建議，提交了那篇著名的論文去申請聯邦工業大學的編外講師職位，但得到的答複是論文無法理解。雖然在德國物理學界愛因斯坦已經很有名氣，但在瑞士，他卻得不到一個大學的教職，許多有名望的人開始為他鳴不平。1908年，愛因斯坦終於得到了編外講師的職位，並在第二年當上了副教授。1912年，愛因斯坦當上了教授，1913年，應普朗克之邀擔任新成立的威廉皇帝物理研究所所長和柏林大學教授。在此期間，愛因斯坦在考慮將已經建立的相對論推廣。對於他來說，有兩個問題使他不安。第一個是引力問題，狹義相對論對於力學、熱力學和電動力學的物理規律是正確的，但是它不能解釋引力問題。牛頓的引力理論是超距的，兩個物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無窮大的速度傳遞，這與相對論依據的場的觀點和極限的光速衝突。第二個是非慣性係問題，狹義相對論與以前的物理學規律一樣，都隻適用於慣性係。但事實上卻很難找到真正的慣性係。從邏輯上說，一切自然規律不應該局限於慣性係，必須考慮非慣性係。狹義相對論很難解釋所謂的雙生子佯謬，該佯謬說的是，有一對孿生兄弟，哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行，根據相對論效應，高速運動的時鍾變慢，等哥哥回來，弟弟已經變得很老了，因為地球上已經經曆了幾十年。而按照相對性原理，飛船相對於地球高速運動，地球相對於飛船也高速運動，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應該年輕了。這個問題簡直沒法回答。實際上，狹義相對論隻處理勻速直線運動，而哥哥要回來必須經過一個變速運動過程，這是相對論無法處理的。正在人們忙於理解相對狹義相對論時，愛因斯坦正在接受完成廣義相對論。1907年，愛因斯坦撰寫了關於狹義相對論的長篇文章《關於相對性原理和由此得出的結論》。在這篇文章中，愛因斯坦第一次提到了等效原理，此後，愛因斯坦關於等效原理的思想又不斷發展。他以慣性質量和引力質量成正比的自然規律作為等效原理的根據，提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運動的參照係。愛因斯坦並且提出了封閉箱的說法：在一封閉箱中的觀察者，不管用什麽方法也無法確定他究竟是靜止於一個引力場中，還是處在沒有引力場卻在作加速運動的空間中，這是解釋等效原理最常用的說法，而慣性質量與引力質量相等是等效原理一個自然的推論。1915年11月，愛因斯坦先後向普魯士科學院提交了四篇論文。在這四篇論文中，他提出了新的看法，證明了水星近日點的進動，並給出了正確的引力場方程。至此，廣義相對論的基本問題都解決了，廣義相對論誕生了。1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用於慣性係的相對論稱為狹義相對論，將隻對於慣性係物理規律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理，並進一步表述了廣義相對性原理：物理學的定律必須對於無論哪種方式運動著的參照係都成立。愛因斯坦的廣義相對論認為，由於有物質的存在，空間和時間會發生彎曲，而引力場實際上是一個彎曲的時空。愛因斯坦用太陽引力使空間彎曲的理論，很好地解釋了水星近日點進動中一直無法解釋的43秒。廣義相對論的第二大預言是引力紅移，即在強引力場中光譜向紅端移動，20年代，天文學家在天文觀測中證實了這一點。廣義相對論的第三大預言是引力場使光線偏轉，最靠近地球的大引力場是太陽引力場。愛因斯坦預言，遙遠的星光如果掠過太陽表麵將會發生一點七秒的偏轉。1919年，在英國天文學家愛丁頓的鼓動下，英國派出了兩支遠征隊分赴兩地觀察日全食。經過認真的研究，得出最後的結論是：星光在太陽附近的確發生了一點七秒的偏轉。英國皇家學會和皇家天文學會正式宣讀了觀測報告，確認廣義相對論的結論是正確的。會上，著名物理學家、皇家學會會長湯姆孫說：“這是自從牛頓時代以來所取得的關於萬有引力理論的最重大的成果”，“愛因斯坦的相對論是人類思想最偉大的成果之一”。愛因斯坦成了新聞人物，他在1916年寫了一本通俗介紹相對論的書《狹義與廣義相對論淺說》，到1922年已經再版了40次，還被譯成了十幾種文字，廣為流傳。相對論的意義狹義相對論和廣義相對論建立以來，已經過去了很長時間，它經受住了實踐和曆史的考驗，是人們普遍承認的真理。相對論對於現代物理學的發展和現代人類思想的發展都有巨大的影響。相對論從邏輯思想上統一了經典物理學，使經典物理學成為一個完美的科學體係。狹義相對論在狹義相對性原理的基礎上統一了牛頓力學和麥克斯韋電動力學兩個體係，指出它們都服從狹義相對性原理，都是對洛倫茲變換協變的，牛頓力學隻不過是物體在低速運動下很好的近似規律。廣義相對論又在廣義協變的基礎上，通過等效原理，建立了局域慣性長與普遍參照係數之間的關係，得到了所有物理規律的廣義協變形式，並建立了廣義協變的引力理論，而牛頓引力理論隻是它的一級近似。這就從根本上解決了以前物理學隻限於慣性係數的問題，從邏輯上得到了合理的安排。相對論嚴格地考察了時間、空間、物質和運動這些物理學的基本概念，給出了科學而係統的時空觀和物質觀，從而使物理學在邏輯上成為完美的科學體係。狹義相對論給出了物體在高速運動下的運動規律，並提示了質量與能量相當，給出了質能關係式。這兩項成果對低速運動的宏觀物體並不明顯，但在研究微觀粒子時卻顯示了極端的重要性。因為微觀粒子的運動速度一般都比較快，有的接近甚至達到光速，所以粒子的物理學離不開相對論。質能關係式不僅為量子理論的建立和發展創造了必要的條件，而且為原子核物理學的發展和應用提供了根據。廣義相對論建立了完善的引力理論，而引力理論主要涉及的是天體。到現在，相對論宇宙學進一步發展，而引力波物理、致密天體物理和黑洞物理這些屬於相對論天體物理學的分支學科都有一定的進展，吸引了許多科學家進行研究。
一位法國物理學家曾經這樣評價愛因斯坦：“在我們這一時代的物理學家中，愛因斯坦將位於最前列。他現在是、將來也還是人類宇宙中最有光輝的巨星之一”。“按照我的看法，他也許比牛頓更偉大，因為他對於科學的貢獻，更加深入地進人了人類思想基本要領的結構中。”
燃氣輪機的發明——莫斯（1918年）
燃氣輪機是一種用燃氣推動渦輪直接產生旋轉運動的動力裝置，可連續無振動地高速工作。中國古代的走馬燈，古羅馬時代的煙風車，都是早期出現的燃氣渦輪雛形。據記載，1791年已提出“燃氣輪機”的名稱。19世紀上半葉達姆貝爾和本森曾分別製造過簡陋的定容和定壓熱功循環的燃氣輪機，但沒有實用價值。1902年，美國人莫斯發表了有關燃氣渦輪的論文。1918年，他用汽油機排出的燃氣驅動渦輪，以帶動增壓器，受到軍界的重視。1926年，英國的格裏菲斯提出渦輪葉片的氣動力理論，他和惠特爾分別於1927年和1928年發明燃氣渦輪螺旋槳軸帶動的軸向和徑向增壓器，促進了渦輪螺旋槳飛機的產生，從而解決了飛機高空飛行的性能問題。燃氣渦輪是否被推廣使用，在很大程度上取決於耐高溫耐腐蝕的高強度材料及其加工技術。30年代後期，空氣動力學和風洞實驗的發展，為合理選擇渦輪葉片的形狀和尺寸創造了條件。瑞士的阿梅爾首次研製成工業上實用的4000千瓦定壓熱功循環的燃氣輪機。美國最早的燃氣輪機是在1937年為火車和輪船製造的。到1941年和1945年，瑞士和美國分別製成燃氣輪機驅動的火車和汽車。第二次世界大戰後，燃氣輪機進入全麵發展和使用時期。50年代初中國科學家吳仲華提出葉輪機械三元流動理論，對50年代以後的燃氣渦輪及噴氣發動機的發展起了很大作用。至60年代，軸流式壓氣機的增壓比達23，超過離心式的4～5倍，大大提高了發動機的功率和熱效率，而被廣泛地使用。1970年世界燃氣渦輪發電裝置總容量達3200萬千瓦。1971年它在艦船上的總功率達780萬馬力。此後最大燃氣輪機的功率又達到10萬千瓦級，熱效率達30％。美國研製的20萬千瓦級的燃氣輪機，熱效率達40％。
電視機的問世——法恩斯沃思（1927年）
我們幾乎每天都會看電視，但是卻幾乎沒有人知道菲洛·泰勒-法恩斯沃思是誰。但是，如果你在今年8月19日那天打開了家裏的電視機的話，那麽你事實上已經對他表達了最好的紀念。2006年8月19日是美國科學家菲洛·泰勒·法恩斯沃思誕辰百年的紀念日。他是全世界公認的電子電視的發明者，被稱為“電視之父”。1927年，法恩斯沃思成功用電子技術把圖像從攝像機傳輸到接收器上，這是公認的電視誕生標誌。法恩斯沃思於1906年8月19日出生於美國猶他州的農家。幼年的法恩斯沃思就表現出早慧的跡象，他對見過的任何機械裝置具有攝影般的記憶力和天生的理解力。法恩斯沃思的父母不斷搬家以尋找較理想的居住地。當他們在愛達荷州定居下來之後，ll歲的法恩斯沃思得知他的新家裝有輸電線，欣喜若狂。他在家裏的屋頂閣樓上發現了成捆的科技方麵的舊雜誌，開始自學並決心當個發明家。法恩斯沃思開始做試驗，並在12歲時自製了一台電動車，後來又造出洗衣機供家人使用。後來，法恩斯沃思開始認真地考慮研製電視。他幾乎是本能地意識到用機械裝置傳送圖像是不可行的。這名年輕人還有一個直覺，即令他感到新奇的物理學領域——電子學的研究——有可能掌握著解決這一問題的答案。無論如何，電子能夠以機械裝置不可比擬的速度移動，這就可以使圖像清晰得多，並且意味著不需要活動元件。他由此推理，如果一個畫麵能轉換成電子流，那麽就能像無線電波一樣在空間傳播，最後再由接收機重新聚合成圖像。從本質上看這是個相當簡單的主意，但如此簡單的想法卻似乎沒有任何人想到。1921年，15歲的法恩斯沃思經常神不守舍地考慮著一個難題：怎樣設計一個新穎的收音機，使它能夠把移動的畫麵與聲音一起傳送?他產生了用電傳輸圖像和聲音的想法。不久後，他就畫出一個傳輸器草圖，並拿給老師賈斯廷·托爾曼看。這張簡單草圖，就是現代電視機和電視傳輸技術的雛形。但是，想繼續搞研究的法恩斯沃思卻麵臨許多現實問題。一方麵，他沒有足夠資金；另一方麵，沒人會相信一個15歲孩子的話。法恩斯沃思隻好暫時擱置自己的設計。高中畢業後，法恩斯沃思進入猶他州楊伯翰大學。但因父親去世，他不得不中途退學。退學後，法恩斯沃思來到加州舊金山，創立了屬於自己的簡陋實驗室，繼續他的研究。1927年9月7日，年僅21歲的法恩斯沃思成功利用電子技術，把畫著一條線的玻璃板圖像從攝像機傳送到接收器上。雖然當時圖像很不清晰，但這套設備運行良好。幾個月之內，不少投資者表示願意向法恩斯沃思提供資金供他繼續研究。1930年8月，美國政府授予法恩斯沃思專利權，使他的發明受到專利保護。法恩斯沃思並沒有就此止步，而是繼續專注於電視傳輸設備研究，並發明了100多種電視傳輸設備，為現代電視最終成型作出巨大貢獻。法恩斯沃思發明電視後，不久，又有一些人宣布自己為電視發明者，其中包括美國無線電公司首席電視工程師弗拉基米爾·佐裏金。第一次世界大戰後，俄國人佐裏金移居美國，開始研究電子電視攝像機，佐裏金把它稱為“光電攝像管”，並於1923年為這項發明申請了專利。後來佐裏金進入美國無線電公司，使他的研究工作獲得順利進展，在1933年研製成功電視攝像管和電視接收器。法恩斯沃思的析像器與佐裏金的光電攝像管雖然設計上有差別，但在概念上卻很相近，由此引發了一場有關專利權的糾紛。美國無線電公司認為，佐裏金優先於法恩斯沃思於1923年就為其發明申請了專利，但卻拿不出一件實際的證據。而法恩斯沃思的老師拿著法恩斯沃思的析像器的設計圖紙，為法恩斯沃思作證。1935年，法庭最後判定法恩斯沃思勝訴。但這沒能阻止美國無線電公司在第二次世界大戰結束後大量生產和售賣電視機，還把佐裏金和公司總裁戴維·薩爾諾夫推舉為“電視之父”。而且，美國無線電公司在敗訴多年後才答應付專利使用費給法恩斯沃思。
掛鉤的發明——哈姆爾特·詹內
我們今天看到一列長長的火車奔馳而過時，都知道各車廂之間是用自動掛鉤連接起來的。但在19世紀中葉之前，這種掛鉤還沒有發明，那時連接各車廂的方法是用鐵鏈子拴起來。這種辦法很笨重，不僅費時費力，而且很不牢固，特別是一遇到列車爬坡，車廂容易脫節，往往導致翻車事故。發明火車自動掛鉤的是美國人哈姆爾特·詹內。詹內原來是個鐵路工人，他看到工人們為了連接或分開一列火車的車廂，總要爬上爬下，用鐵鏈子纏來繞去，工作非常艱苦，還容易發生擠傷手腳的事故，便決心發明一種新的連接方法，以減輕工人的勞動強度。1867年的一天，詹內從一個貨運站回家，他邊走邊在思考著火車掛鉤的問題。突然，一群孩子擋住了他的去路，原來這些孩子正在做遊戲。隻見他們先是互相追逐，很快又變成兩人一對，麵對麵，腳頂腳，胳膊伸直，手指彎曲著鉤連在一起，身子向後傾斜著轉圈，並不時發出陣陣歡快的笑聲。詹內站在旁邊看得著了迷，他從孩子們手拉手的方法中得到啟示，他想：“要是能發明一種裝置，像兩隻手一樣勾連起來，問題不就解決了嗎?”詹內忘了一天的疲勞，應即一哪膿 新剞兀 剮嘴回到家，動手用木頭製作手的模型，使模型的手指彎曲著，能鉤在一起，他想用這個辦法解決車廂的連接問題。試驗結果，因為木製的手不能活動而失敗了。詹內並不氣餒，他經過多次試驗改進，最後終於發明了火車的自動掛鉤。這種掛鉤是用鐵鑄造的，像兩隻手，安裝在每節車廂的兩端。“鐵手”的掌心有個機關，兩隻“鐵手”一碰，撞動了機關，就緊緊地握在一起了。要想分開，就啟動另外的機關，兩隻“鐵手”就又分開了。火車自動掛鉤的發明，使鐵路工人從繁重的勞作中解放出來，為鐵路運輸提供了既安全又方便的條件。為了紀念這一發明，人們把火車自動掛鉤稱為“詹內掛鉤”。
複印機的發明——卡爾森（1938年）
在當今“信息爆炸”的時代，複印機成了人們不可或缺的專用工具。人們在幾秒鍾的時間內，就能完成一份文件的複製，從而擺脫了繁重的抄寫工作，並由此促進了信息的傳播。然而，人們也許不知道，複印機的發明凝聚著一位傑出發明人20多年的光陰和心血。卡爾森是美國紐約市的一個發明愛好者。從1936年開始，他就注意到，當時的人們在需要文件複本時，往往通過成本較高的照相技術來完成。由此，他想發明一種能快速並經濟地複製文件的機器。他跑遍了紐約的各個圖書館，搜尋有關這方麵的技術書籍。最初他把研究重點定位於照相複製技術合成，然而，當他飽覽群書之後，覺得在此方向很難有所突破。一天，他來到朋友的工廠裏，一位來自匈牙利的工程師給他展示了一種當光線增強時能夠產生導電性質的物質。卡爾林豁然開朗，意識到這種物質在他的發明中很有應用價值，並把研究重點轉向了靜電技術領域。卡爾森在紐約市的一個酒吧裏租了一個房間作為實驗室，並和他的助手——一個名叫奧特卡尼的德國物理學家開始靜電複製技術的試驗。1938年10月22日，奧特卡尼把一行數字和字母“10、22、38、ASTORIA”印在玻璃片上，又在一塊鋅板上塗了一層硫磺，然後在板上使勁地摩擦，使之產生靜電。他又把玻璃板和這塊鋅板合在一起用強烈的光線掃描了一遍。幾秒鍾之後，他移開玻璃片，這時，鋅板上的硫磺末近乎完美地組成了玻璃片上的那行數字和字母“10、22、38、ASTORIA”。靜電複製技術終於有所突破，卡爾森將這項專利向許多家公司推薦。然而，從1939年到1944年的5年時間裏，沒有一家公司接受卡爾森的專利。這些公司認為，用硫磺末作為“介質”，從技術上看不夠成熟。此外，他們還對生產複印機的市場前景並不看好。實際上，在那時需要複製的文件確實並不很多。卡爾森毫不氣餒，繼續鑽研，完善他的靜電複製技術。又經過幾年的研究，他找到了更為理想的攜帶靜電的“介質”。終於有一家公司采用了卡爾森的最新專利技術，生產出了第一台辦公專用自動複印機。到了1959年，複印機正式被市場所接受，並且像雪球一樣，市場越滾越大。今天，複印機已成為全球一項龐大的產業。卡爾森靜電複印的過程本質上是一種光電過程，它所產生的潛像是一個由靜電荷組成的靜電像，其充電、顯影和轉印過程都是基於靜電吸引原理來實現的。由於其靜電潛像是在光照下光導層電阻降低而引起充電膜層上電荷放電形成的，所以卡爾森靜電複印法對感光鼓有如下要求：具有非常高的暗電阻率。這種感光鼓在無光照的情況下，表麵一旦有電荷存在，能較長時間地保存這些電荷；而在光照的情況上，感光鼓的電阻率應很快下降，即成為電的良導體，使得感鼓表麵電荷很快釋放而消失。卡爾遜靜電複印法所使用的感光鼓主要由硒及硒合金、氧化鋅、有機光電導材料等構成，一般是在導電基體上(如鋁板或其它金屬板)直接塗敷或蒸鍍一薄層光電導材料。其結構是上麵為光導層，下麵為導電基體。卡爾森靜電複印法大致可分為充電、曝光、顯影、轉印、分離、定影、清潔、消電8個基本步驟。
充電——充電就是使感光鼓在暗處，並處在某一極性的電場中，使其表麵均勻地帶上一定極性和數量的靜電荷，即具有一定表麵電位的過程，這一過程實際上是感光鼓的敏化過程，使原來不具備感光性的感光鼓具有較好的感光性。充電過程隻是為感光鼓接受圖像信息準備的，是不依賴原稿圖像信息的預過程，但這是在感光鼓表麵形成靜電潛像的前提和基礎。當在暗處給感光鼓表麵充上一層均勻的靜電荷時，由於感光鼓在暗處具有較高的電阻，所以靜電荷被保留在感光鼓表麵，即感光鼓保持有一定的電位交具有感光性。對於不同性質的光電導材料製的感光鼓應充以不同極性的電荷，這是由半導體的導電特點決定的，即隻允許一種極性的電荷(空穴或電子)“注入”，而阻止另一種極性電荷(電子或空穴)的“注入”。因此對於N型半導體，表麵應充負電；而對P型半導體，則應充正電。當用正電暈對P型感光鼓充正電時，由於P型半導體中負電荷不能移動，因此光導層表麵的正電荷與界麵上的負電荷，隻能相互吸引，而不會中和。倘若用負電暈對P型感光鼓充負電，則由於光導層及共界麵處，感應產生的是正電荷，而P型半導體的主要載流子是“空穴”，自由移動較為容易(或稱為“注入”)，易與感光鼓表麵的負電荷中和。這樣，對P型感光鼓充負電時，其充電效率是相當低的。對於N型感光鼓，則由於其主要載流子是電子，若對其充正電時，其充電效率也是極其低的。目前靜電複印機中通常采用電暈裝置對感光鼓進行充電。
曝光——曝光是利用感光鼓在暗處時電阻大，成絕緣體；在明處時電阻小，成導體的特性，對已充足的感光鼓用光像進行曝光，使光照區(原稿的反光產分)表麵電荷因放電而消失；無光照的區域(原稿的線條和墨跡部分)電荷依舊保持，從而在感光鼓上形成表麵電位隨圖像明暗變而起伏的靜電潛像的過程。進行曝光時，原稿圖像經光照射後，圖像光信號經光學成像係統投射到感光鼓表麵，光導層受光照射的部分稱為“明區”，而沒有受光照射的部分自然數“暗區”。在明區，光導層產生電子空穴對，即生成光生載流子，使得光導層的電阻率迅速降低，由絕緣體變成半導體，呈現導電狀態，從而使感光鼓表麵的電位因光導層表麵電荷與界麵處反極性電荷的中和而很快衰減。在睛區，光導層則依然呈現絕緣狀態，使得感光鼓表麵電位基本保持不變。感光鼓表麵靜電電位的高低隨原稿圖像濃淡的不同而不同，感光鼓上對應圖像濃的部分表麵電位高，圖像淡的部分表麵電位低。這樣，就在感光鼓表麵形成了一個與原稿圖像濃淡相對應的表麵電位起伏的靜電潛像。
顯影——顯影就是用帶電的色粉使感光鼓上的靜電潛像轉變成可見的色粉圖像的過.程。顯影色粉所帶電荷的極性，與感光鼓表麵靜電潛像的電荷極性相反。顯影時，在感光鼓表麵靜電潛像是場力的作用下，色粉被吸附在感光鼓上。靜電潛像電位越高的部分，吸附色粉的能力越強；靜電潛像電位越低的部分，吸附色粉的能力越弱。對應靜電潛像電位(電荷的多少)的不同，其吸附色粉量也就不同。這樣感光鼓表麵不可見的靜電潛像，就變成了可見的與原稿濃淡一致的不同灰度層次的色粉圖像。在靜電複印機中，色粉的帶電通常是通過色粉與載體的摩擦來獲得的。摩擦後色粉帶電極性與載體帶電極性相反。
轉印——轉印就是用複印介質貼緊感光鼓，在複印介質的背麵予與色粉圖像相反極性的電荷，從而將感光鼓已形成的色粉圖像轉移到複印介質上的過程。目前靜電複印機中通常采用電暈裝置對感光鼓上的色粉圖像進行轉印。當複印紙(或其他介質)與已顯影的感光鼓表麵接觸時，在紙張背麵使用電暈裝置對其放電，該電暈的極性與充電電暈相同，而與色粉所帶電荷的極性相反。由於轉印電暈的電場力比感光鼓吸附色粉的電場力強得多，因此在靜電引力的作用下，感光鼓上的色粉圖像就被吸附到複印紙上，從而完成了圖像的轉印。在靜電複印機中為了易於轉印和提高圖像色粉的轉印率，通常還采用預轉印電極或預轉印燈裝置對感光鼓進行預轉印處理。
分離——在前述的轉印過程中，複印紙由於靜電的吸附作用，將緊緊地貼在感光鼓上，分離就是將緊貼在感光鼓表麵的複印紙從感光鼓上剝落(分離)下來的過程，靜電複印機中一般采用分離電暈(交、直流)、分離爪或分離帶等方法來進行紙張與感光鼓的分離。
定影——定影就是把複印紙上的不穩定、可抹掉的色粉圖像固著的過程，通過轉印、分離過程轉移到複印紙上的色粉圖像，並未與複印紙融合為一體，這時的色粉圖像極易被擦掉，因此須經定影裝置對其進行固化，以形成最終的複印品。目前的靜電複印機多采用加熱與加壓相結合的方式，對熱熔性色粉進行定影。定影裝置加熱的溫度和時間，風及加壓的壓力大小，對色粉圖像的粘附牢固度有一定的影響。其中，加熱溫度的控製，是圖像定影質量好壞的關鍵。
清潔——清潔就是清除經轉印後還殘留在感光鼓表麵色粉的過程。感光鼓表麵的色粉圖像由於受表麵的電位、轉印電壓的高低、複印介質的幹濕度及與感光鼓的接觸時間、轉印方式等的影響，其轉印效率不可能達到100％，在大部分色粉經轉印從感光鼓表麵轉移到複印介質上後，感光鼓表麵仍殘留有一部分色粉，如果不及時清除，將影響到後續複印品的質量。因此必須對感光鼓進行清潔，使之在進入下一複印循環前恢複到原來狀態。靜電複印機機中一般采用刮板、毛刷或清潔輥等裝置對感光鼓表麵的殘留色粉進行清除。
消電——消電就是消除感光鼓表麵殘餘電荷的過程。由於充電時在感光鼓表麵沉積的靜電荷，並不因所吸附的色粉微粒轉移而消失，在轉印後仍留在感光鼓表麵，如果不及時清除，會影響後續複印過程。因此，在進行第二次複印前必須對感光鼓進行消電，使感光鼓表麵電位恢複到原來狀態。靜電複印機中一般采用曝光裝置來對感光鼓進行全麵曝光，或用消電電暈裝置對感光鼓進行反極性充電，以消除感光鼓上的殘餘電荷。
卡爾森前後經曆20餘年的光陰，由“技術不成熟”、“市場潛力不看好”，到技術日趨成熟、市場日益擴大，終於使靜電複印機走向了全世界。
原子反應堆的建立——費米（1942年）
原子能的和平利用標誌著人類改造自然進入了一個新階段。原子能是原子核發生變化時釋放出來的能量，對同等質量的燃料來說，原子能要比化學能大幾百萬倍。早在1929年，科克羅夫特就利用質子成功地實現了原子核的變換。但是，用質子引起核反應需要消耗非常多的能量，使質子和目標的原子核碰撞命中的機會也非常之少。1938年，德國人奧托·哈恩和休特洛斯二人成功地使中子和鈾原子發生了碰撞。這項實驗有著非常重大的意義，它不僅使鈾原子簡單地發生了分裂，而且裂變後總的質量減少，同時放出能量。尤其重要的是鈾原子裂變時，除裂變碎片之外還射出2至3個中子，這個中子又可以引起下一個鈾原子的裂變，從而發生連鎖反應。1939年1月，用中子引起鈾原子核裂變的消息傳到費米的耳朵裏，當時他已逃亡到美國哥倫比亞大學，費米不愧是個天才科學家，他一聽到這個消息，馬上就直觀地設想了原子反應堆的可能性，開始為它的實現而努力。費米組織了一支研究隊伍，對建立原子反應堆問題進行徹底的研究。費米與助手們一起，經常通宵不眠地進行理論計算，思考反應堆的形狀設計，有時還要親自去解決石墨材料的采購問題。1942年12月2日，費米的研究組人員全體集合在美國芝加哥大學足球場的一個巨大石墨型反應堆前麵。這時由費米發出信號，緊接著從那座埋沒在石墨之問的7噸鈾燃料構成的巨大反應堆裏，控製棒緩慢地被拔了出來，隨著計數器發出了哢嚓哢嚓的響聲，到控製棒上升到一定程度，計數器的聲音響成了一片，這說明連鎖反應開始了。這是人類第一次釋放並控製了原子能的時刻。1954年蘇聯建成世界上第一座原子能發電站，利用濃縮鈾作燃料，采用石墨水冷堆，電輸出功率為5000千瓦。1956年，英國也建成了原子能電站。原子能電站的發展並非一帆風順，不少人對核電站的放射性汙染問題感到憂慮和恐懼，因此出現了反核電運動。其實，在嚴格的科學管理之下，原子能是安全的能源。原子能發電站周圍的放射性水平，同天然本底的放射性水平實際並沒有多大差別。1979年3月，美國三裏島原子能發電站，由於操作錯誤和設備失靈，造成了原子能開發史上空前未有的嚴重事故。然而，由於反應堆的停堆係統、應急冷卻係統和安全殼等安全措施發揮了作用，結果放射性外逸量微乎其微，人和環境沒有受到什麽影響，充分說明現代科技的發展已能保證原子能的安全利用。
原子彈的發明——美國政府（20世紀40年代）
原子彈的出現，與其他科學技術上的發明一樣，有著自己的發生和發展過程。早在19世紀初，人們就已經知道自然界的物質成千上萬，性質千差萬別，它們都是由一些有限的基本元素組成的，而每種元素又是由許多化學性質相同的微粒——原子組成的。1896年，法國物理學家貝克勒爾和波蘭出生的年輕科學家居裏夫人發現自然界有一些元素的原子核能自發地放出一些肉眼看不見的射線，這些射線可以使照相底片感光；元素在發出射線時，會釋放出部分能量，同時它自身就轉變成具有另一種性質的新元素。於是他們把元素的這種性質叫做天然放射性，把元素原子核的這種轉變過程叫做核衰變。這不僅加深了人們對原子結構複雜性的認識，而且使人們意識到在原子核內蘊藏著巨大的能量。首先找到利用核能途徑的人是費米。費米出生在意大利羅馬一個鐵路職工家庭，年輕的時候曾在德國學習。他25歲就當上了羅馬大學第一任理論物理學教授，1938年底移居美國。1934年，法國物理學家約裏奧-居裏夫婦宣布，他們用a粒子轟擊鋁、硼的時候，產生了人工放射物質。費米得知這一消息後，決定試用中子產生人工放射現象。費米按照元素周期表的順序，從氫開始，用中子順序轟擊，當試驗第八號元素氟時，得到了人工放射性。在接下來的試驗中，他又發現在中子轟擊鈾時，產生了從未見過的新元素。1934年6月他宣布了這個發現，但並沒意識到在這個實驗中可能引起了鈾的裂變。1934年l0月，費米的助手發現，當用中子轟擊金屬銀來產生人工放射性時，有一種奇怪的現象，就是放在銀附近的鋁可能影響銀的放射性。助手把這個現象報告了費米。在費米指導下做了進一步的實驗，確定在中子源和銀之間的鋁板可以增加銀在中子照射以後產生的放射性。鋁是重物質，費米提出把鋁換成石蠟，重新做實驗。沒想到，在中子源和銀中間放置石蠟以後，競使銀的放射強度提高了100倍。怎樣解釋這種現象呢?費米提出慢中子效應：中子含有大量氫的物質的時候，和氫原子核——質子發生碰撞，速度變慢了，更容易被銀原子核所俘獲，所以產生的人工放射性更強。由於發現了中子效應，費米獲得1938年諾貝爾物理獎金。在費米發現用中子轟擊鈾可以產生超鈾元素後，在巴黎的約裏奧‘居裏夫婦和柏林的哈恩、梅特納都認真研究了這個問題。1938年秋天，哈恩和斯特拉斯曼精確分析了中子轟擊鈾以後的產物，發現有鋇存在，鋇的原子量大約是鈾的一半，這說明鈾原子核在中子轟擊下分裂成兩半。哈恩把實驗情況寫信告訴了梅特納。梅特納立刻從數學上進行分析。她認為：每裂變一個原子可以放出大約兩億電子伏的能量。裂變反應的發現震驚了科學界，因為它說明鈾分裂的時候可以放出兩個中子，而這兩個中子又可能引起兩個鈾核分裂，這樣就能夠從一個鈾核裂變引起二、四、八、十六等等鈾核裂變。這是連鎖反應，它將釋放出無比巨大的能量。裂變反應正好是在第二次世界大戰的導火線已經點燃的時刻發現的。移居美國的匈牙利物理學家西拉德等人，意識到可能利用核裂變製成有空前破壞力的原子彈。1939年7月，他在拜訪了羅斯福總統的好友和私人顧問、經濟學家薩克斯以後，又和愛因斯坦會晤，請愛因斯坦在給羅斯福的信上簽名，信由薩克斯交給羅斯福。這封信闡述了研製原子彈對美國安全的重要性。羅斯福被這封信打動了，決定支持研製原子彈的工作。1941年12月，美國政府決定大量撥款和充分利用科技力量研製原子彈。1942年，成立了美、英、加三國共同研製原子彈的委員會。同年8月，美國製定了研製原子彈的“曼哈頓計劃”。“曼哈頓計劃”大致有三方麵的內容：生產鈈，生產濃縮鈾一235，研製炸彈。這三方麵的工作由幾支研究力量來完成。第一支研究力量由康普頓領導的芝加哥大學冶金實驗室和杜邦公司組成，主要任務是生產足夠數量的鈈。第二支研究力量由勞倫斯領導的加利福尼亞實驗室和幾家公司組成，任務是用電磁法分離濃縮鈾一235。第三支研究力量由尤裏博士領導的哥倫比亞大學的代用合金實驗室和幾家公司組成，任務是用擴散方法生產濃縮鈾一235。第四支研究力量是由奧本海默領導的洛斯·阿拉莫斯實驗室，它的主要任務是一得到足夠的裂變材料，立刻製成實戰用的原子彈。1942年，關於怎樣設計原子彈，它究竟應該有多大，誰都不知道。在研製過程中，設計出了兩種炸彈型式：一種是“槍式”原子彈。它主要是通過增加核裝藥的數量達到超臨界狀態的。1945年美國投在日本的第一顆原子彈就是槍式原子彈。它的外形是個細長體，當量約為2萬噸，核裝藥為鈾一235，有效利用率為2％左右。因此，理論上隻要裂變一公斤鈾一235就夠用，但實際上卻用了50多公斤。雖然槍式原子彈效率低，但構造簡單，容易製造。一種是“收聚式”原子彈。它是利用炸藥的爆轟，形成一個向中心收縮聚攏的球麵形狀的壓力波，從各個方向均勻地壓縮核裝藥，並且越到中心壓力越大，核裝藥受到強烈的壓縮，密度大大增高，能夠實現高度超臨界現狀，使比較多的核裝藥發生裂變反應，從而提高了它的有效利用率。美國投到日本的第二顆原子彈就是“收聚式”原子彈。原子彈在第二次世界大戰末期首次用於實戰。1945年的8月6日和9日，美國分別將一顆取名“小男孩”的鈾彈和一顆取名“胖子”的鈈彈投到日本的廣島和長崎，給這兩個城市和居民造成巨大的破壞和傷亡，引起了世界各國的重視。1949年8月29日，蘇聯也進行了第一次核試驗。此後，美蘇兩國展開了長時期的核軍備競賽。
晶體管的誕生——貝爾（1945年）
晶體管是在人們對半導體材料進行深入研究的基礎上發明的。半導體材料是導電性介於金屬和絕緣體之間的材料，一般是固體，比如鍺和矽等。半導體中雜質的含量和外界條件(如溫度和光照)的改變會引起導電性能發生很大變化。半導體材料之間，或者半導體和某些金屬材料之間相接觸的地方，具有單向導電的性能，和二極電子管的性能相像。1928年，有人提議用半導體材料製作和電子管功能差不多的晶體管。但一方麵由於當時還缺少研究半導體電子特性的固體物理學知識；另一方麵由於按溫度、壓力、化學組成等宏觀概念產生的半導體材料在微觀結構上是混亂的，沒有規律，它的電子性能具有很大的偶然性，因此晶體管沒有研製成功。隨著研究分子、原子和電子狀態的固體物理學的發展，隨著晶體生長理論和生長技術的發展，高純度的晶體鍺生產出來了，這就給晶體管的研製創造了條件。美國貝爾研究所的巴丁、肖克利、布拉頓等人合作研製成功了晶體管。巴丁原是大學教授，擔任貝爾研究所所長，研究半導體理論，1947年他提出關於結晶表麵的理論。布拉頓是實驗物理學家，他對半導體表麵進行實驗研究，發展了半導體單晶的精製、成長等有關技術。巴丁和布拉頓兩人，一個是理論家，一個是實驗大師。1948年他們合作研製成功第一個點接觸型晶體管。肖克利從1936年開始進行關於固體物理學、金屬學、電子學等基礎理論研究。從1945年起在貝爾研究所從事半導體理論研究，1949年他提出了P—N結理論(關於晶體中由於摻人雜質的不同所形成的P型和N型兩種導電類型區域的理論)。不久，貝爾研究所研製成功第一個結型晶體三極管。由於研製成功晶體管，他們三人獲得1956年諾貝爾物理獎。晶體管最初采用鍺晶體做原料，後來由於矽的提純和加工技術的發展，矽晶體比鍺晶體的性能優越得多，因此矽晶體管取代了鍺晶體管。晶體管具有小型、重量輕、性能可靠、省電等優點。正是由於具有這些優點，到50年代末和60年代初，晶體管逐漸代替了電子管。
計算機的發明——莫希萊（1945年）
說起電子計算機的曆史，世界上公認中國的算盤是最早的手動計算機。算盤包含了現代計算機的基本功能：歌訣相當於控製運算的指令；撥動算盤珠相當於計算的進行；算盤珠的位置表示計算結果，起貯存和記憶的作用。1834年，英國數學家巴貝奇對計算機的發展作出了重要貢獻。他提出用穿孔卡片攜帶計算指令控製計算過程，設計了包括控製部分、運算部分和存貯部分的機械式計算機。但由於缺少必要的技術基礎，這種計算機沒有造出來。1937年，美國人艾肯設計了和巴貝奇方案類似的計算機。艾肯是哈佛大學物理係的研究生，他的設計得到了國際商業機器公司的支持。1939年，這家公司派了4個有經驗的工程師與年輕的艾肯合作。到1944年，這台使用繼電器的機電式計算機研製成功並投入使用，每秒運算三次。差不多和艾肯同時代，德國人也試製成功類似的計算機。這些計算機的主要元件是普通電話裏的繼電器。而繼電器開關速度大約是百分之一秒，這就大大限製了運算速度，注定了機電式計算機必然是短命的。第二次世界大戰促進了電子計算機的發展。在二戰中，美國賓夕法尼亞大學的莫爾電工學院同阿伯丁彈道研究實驗室共同負責，給陸軍提供彈道表。這是一項十分困難的工作。每一張表都要計算幾百條彈道，一個熟練的計算員用台式計算機計算一條飛行時間為60秒的彈道，要花20個小時。顯然，已有的運算工具難以保證戰爭需要。在此情況下，莫爾電工學院的莫希萊於1942年8月寫了一份《高速電子管計算機裝置使用》的備忘錄，實際上提出了第一台電子計算機的初步方案。這個方案得到了軍方代表格爾斯坦中尉的支持，還引起了研究生埃克特的興趣。經過格爾斯坦向軍方申請，得到了15萬美元的研製經費。這樣，研製小組正式成立並開始了工作。24歲的埃克特擔任總工程師，30多歲的莫希萊提供了計算機的總體設想，格爾斯坦則是個精明強幹的組織者。1945年底，這台計算機研製成功，第一台電子計算機出世了。這台計算機由控製、運算、存貯、輸入、輸出5部分組成，每秒鍾運算5000次，比原來的計算機快一千多倍。製作這台計算機，共用1.8萬個電子管，7萬隻電阻，lO萬隻電容，重30噸，耗電140千瓦，占地170平米，差不多有十間房子大小。它的實際造價約為48萬美元。在這台計算機製造過程中，科學家們就已考慮設計更先進的計算機了。1944年夏季的一天，參加原子彈研製工作的馮·諾伊曼遇見了格爾斯坦，在交談中了解到計算機的研製工作。馮·諾伊曼很感興趣，幾天後，他專程趕到莫爾，參加了對計算機的改進工作。1944年8月到1945年6月，在馮·諾伊曼的領導下，研製小組製定了新的改進方案。重大改進有三方麵：一是把十進位製改成二進位製。二是利用包含水銀柱的特殊電路做存貯器。三是把程序外插變做程序內存。按照這一新的設計，1949年英國首先研製出程序內存計算機，它有一個可以貯存一千多個數據的存貯器。後來，美國也研製、生產和使用了程序內存計算計。程序內存的電子管計算機常稱做第一代電子計算機。它結構複雜，價格昂貴，調試困難，因此發展不快。1956年，用晶體管製成了電子計算機，這是第二代電子計算機，其運算速度成百倍地增長。60年代初，每秒運算幾十萬次的晶體管計算機問世。1964.年，每秒二三百萬次的大型晶體管計算機研製成功，並且成批生產。60年代初期，集成電路取代了晶體管，出現了第三代計算機。60年代末期，每秒千萬次的大型計算機投入使用。到70年代，大規模集成電路在計算機中取代集成電路，電子計算機進入了第四代。1978年每秒一億五千萬次的巨型計算機已經在運行。由於集成電路和大規模集成電路的發展，計算機出現了向小型化和微型化發展的趨勢。到1977年，全世界已有微機800萬台。目前計算機技術仍在發展之中，今後還會有什麽新的突破，尚需拭目以待。
激光器的出現——湯斯（1954年）
激光的出現是20世紀60年代最重大的科學技術成就之一。它以其高亮度、高方向性、高單色性、高相幹性等突出特點，得到了廣泛的應用，並在科學技術的許多重大領域開辟了新的生長點，引起了革命性的變化。1916年，愛因斯坦發表了《關於輻射的量子理論》一文，首次提出了受激輻射的概念。按照這個理論，處於高能態的物質粒子受到一個能量等於兩個能級之間能量差的光子的作用，將轉變到低能態，並產生第二個光子，同第一個光子同時發射出來，這就是受激輻射。這種輻射輸出的光獲得了放大，而且是相幹光，即兩個光子的方向、頻率、位相、偏振都完全相同。隨著量子力學的建立和發展，人們對物質的微觀結構及其運動規律有了更深入的了解，微觀粒子的能級分布、躍遷和光子輻射等也得到了更有力的證明，這就在客觀上更加完善了愛因斯坦的輻射理論，為激光的產生奠定了理論基礎。40年代末，出現了量子電子學，它主要研究電磁輻射與各種微觀粒子係統的相互作用，並從而研製出相應的器件。這些理論和技術的進展，都為激光器的發明準備了條件。1951年，美國物理學家珀塞爾和龐德在核感應實驗中，把加在工作物質上的磁場突然反向，結果在核自旋體係中造成了粒子數反轉，並獲得了每秒50千赫的受激輻射，這是在激光史上有重大意義的實驗。1954年，美國科學家湯斯和他的助手戈登、蔡格一起，製成了第一台氨分子束微波激射器。這台微波激射器產生了1.25厘米波長的微波，功率很小，但它成功地開創了利用分子或原子體係作為微波輻射相幹放大器或振**器的先例，因而具有重大意義。與此同時，蘇聯的巴索夫和普羅霍洛夫以及美國馬裏蘭大學的韋伯，也分別獨立地提出了微波激射器的思想。由於微波激射器的成功，使人們進一步想到，如果把微波激射器的原理推廣到光頻波段，就有可能製成一種相幹光輻射的振**器或放大器。生產和科學技術發展的需要，也推動科學家們去探索新的發光機理，以產生新的性能優異的光源。1958年，肖洛與湯斯將微波激射器與光學、光譜學的知識結合起來，提出了采用開式諧振腔的關鍵建議，並預言了激光的相幹性、方向性、線寬和噪音等性質。同一時期，巴索夫、普羅霍洛夫等人也提出了實現受激輻射光放大的原理性方案。1960年7月，美國青年科學家梅曼成功地製造並運轉了世界第一台激光器。工作物質用人造紅寶石，激勵源是強的脈衝氙燈，它獲得了波長0.6943微米的紅色脈衝激光。第一台激光器問世以後，激光發展很快，短短時間裏就出現了許多不同類型的激光器。1961～1964年，先後製成釹玻璃激光器和摻釹釔鋁石榴石激光器，它們和紅寶石激光器都是迄今仍被大量應用的固體激光器。1960年底，貝爾電話實驗室的賈萬等人製成了第一台氣體激光器——氦氖激光器。1962年，有三組科學家幾乎同時發明了半導體結激光器。1966年，又研製成了波長可在一段範圍內連續調節的有機染料激光器。此外，還有輸出能量大、功率高，而且不依賴電網的化學激光器等。由於激光器的種種突出特點，因而很快被運用於工業、農業、精密測量和探測、通訊與信息處理、醫療、軍事等各方麵，並在許多領域引起了革命性的突破。比如，利用激光集中而極高的能量，可以對各種材料進行加工。激光作為一種在生物機體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應的手段，已在醫療、農業上取得良好的效果；激光在軍事上除用於通信、夜視、預警、測距等方麵外，各種激光武器、激光製導武器已投入實用。今後，隨著激光技術的進一步發展，激光器的性能和成本進一步降低，其應用範圍還將繼續擴大，並將發揮出越來越重大的作用。
機器人的發明——索倫森（1970年）
機器人是模擬人的四肢動作和部分感覺與思維能力的機械裝置，它是用電器元件或電子儀器控製，通過液壓傳動元件操縱杠杆機構，實現預期目的。第一代機器人是一種隻能進行固定的和變換工作程序的簡單機械動作的裝置，產生於1966年。當時一架載有氫彈的美國飛機在地中海失事，一顆氫彈落人地中海。為了防止射線對人體的危害，製造了一台有電視眼和機械手的簡單機械人，把氫彈打撈了上來。同年，美國某醫院安裝放射線源時，有半支香煙頭大小的放射性鈷C60掉了出來，用這種簡單的機械人拾起，並放入鉛盒內。從此機器人引起人們廣泛的注意和研究，僅在1967年美國就有75台機器人用於生產上。這一年，蘇聯的月球衛星就是用機器人挖取月岩和土壤試樣的。第二代機器人具有觸覺和視覺功能，能在“理解”周圍環境的情況下進行工作，它是在60年代末小型電子計算機已推廣使用和價格降低的條件下出現的。由電子計算機控製、存貯和處理周圍環境反饋的信息，進行判斷，然後按既定的要求進行操作。這種設想早在1958年就在美國提出來，1961年底研製出電子數字計算機控製的機械手模型，在60年代末才推廣使用。1970年，丹麥人索倫森製成一個操縱挖掘機用的電子液壓控製的機器人。美國也研製出模仿人的肩、肘、腕和手指動作的機器人，可以用幾種速度連續行走。以後有某種感覺的機器人，如有觸覺和重量感的機器人，也相繼在美國、日本和英國問世。第三代機器人是具有人的簡單智力和學習功能的機器人，它能滿足兩種基本要求：一種是具有較大的自由度和靈活性，在複雜條件下能完成多種處理物品的形狀和相對位置的任務。另一種是具有識別環境及其變化，並做出正確判斷和進行工作的能力，具有進行聯係“思考”和學習的智能。早在70年代初，日本就製成了可看清圖紙，並可在傳送帶上進行裝配的機器人。接著又製成裝有電腦、具有視力的電視攝像機、有觸覺的傳感器和相當於手腕的機械手的“智能機器人”。1973年7月，日本早稻田大學一研究組製成有腿的機器人，它有人造耳，可根據人的口頭指令做出反應；有識別物品的人造眼和有觸覺的手，以及可作出答複的人造口。這標誌著機器人的發展進入了一個新階段。1974年，美國航空航天局和加省理工學院又製成具有電視攝像機和激光器的人造眼和編入幾千個指令的電腦，用於對月球表麵進行科學考察。到1978年，“智能機器人”已具有某些視覺、觸覺、溫度感覺功能，能講簡單的語言和識別圖紙和圖像，並做出反應和進行操作。不同類型的機器人已大量應用於生產線上，在陸上、水下和月球上麵等人難以或不可能進行工作的地方，機器人都可以發揮作用。目前，機器人的研製正向進一步模擬人的部分智能和感覺的方向發展。
第三篇 工藝技術篇
陶器的發明——不詳（26000年前）
陶器的發明，在製造技術上是一個重大的突破，它既能改變物件的性質，又能比較容易地塑造便於使用的物體的形狀。既具有新的技術意義，又具有新的經濟意義。因此，它一出現很快就成為人們生活和生產的必需品。世界上許多地方，陶器是由於在編製或木製的容器上塗上粘土以使之能夠耐火而逐漸被發明的。在長期實踐中，人們發現成型的粘土不要內部容器也可以燒成陶器，於是陶器就這樣被發明出來。人們所知的最古老的陶器，是在捷克斯洛伐克摩拉維亞的多爾尼維斯托尼斯發掘出來的，年代約為26000年前。人們在那裏發現了燒過的陶土的碎片，這些陶器做成各種動物的模樣，製作十分粗糙，大多數陶器上還有戳出的印記。近來，在一些地區發掘出了約5600年前的陶罐，上麵有用赭石裝飾的幾何圖案。在美索不達米亞發現了約3600年前的一種原始的陶工旋盤。它是一個安在樞軸上的轉盤，製作陶器時由一個助手轉動，這樣，陶工就可以把兩隻手騰出來了。當然，對於製陶來說，最重要的是陶器的燒製。最初陶器的泥胎是在太陽底下曬幹的，或是在火裏燒幹的。但這兩種方法都不理想，容易使陶器幹裂，必須使它慢慢幹燥才能保證質量。公元前4000年，在美索不達米亞和波斯出現了火焰不直接跟陶器接觸的豎窯。這些豎窯有的一直保存至今。經豎窯燒製成的陶器，因火力均勻，不易變形龜裂，顏色也比較齊一。大約在公元前4000年左右，出現了陶工作坊仿製其他東西的一種工藝。為了用人工的方法產生深藍顏色，美索不達米亞的陶工在陶罐的表麵粘上銅礦砂，然後再進行燒製，產生閃光的表麵。到公元14世紀末，萊因地區的人們研製出一種為陶器上釉的技術。美索不達米亞人已經知道在第二次燒製時用錫釉來產生不透明的白色釉麵。這種方法在當時的歐洲十分流行，人們用金屬顏料把釉麵塗得非常好看。陶器中最有名的是意大利的花飾陶器，它非常堅硬，能用作室外裝飾。
鐵的製造技術——不詳（約公元前2700年）
鐵廣泛存在於地球表麵上的土、石當中，但都很分散，量也不大。它集中存在於鐵礦石裏。為了把鐵從鐵礦石裏提煉出來，首先要把礦石用高溫燒化。古時候的辦法是在地上挖個坑，坑裏裝上礦石和木柴，然後點火燃燒使礦石熔化，礦石裏的鐵便熔化，而和石質分離流出。在敘利亞北部的特爾沙賈巴紮發現了約公元前2700年的這種熔鐵，在特拉斯馬爾發掘出了約公元前2400年的裝在銅柄上的鏽蝕的鐵刀。在烏爾出土了一個約公元前2000年的鍛冶場的遺址。但在這個時期，熟鐵是非常昂貴的，它不是用來作日常用品，而是用來作裝飾品和儀仗隊的武器。比如，在著名的《荷馬史詩》中，就是把黃金和鐵相提並論的。熟鐵是很軟的，做武器容易卷刃，解決這個問題的辦法是用鋼。古人使熟鐵變成鋼的辦法，是用“滲碳”的方法。這種方法也和煉製熟鐵一樣，把熟鐵燒紅，趁熱錘打。這樣反複加熱，反複錘打，不斷使碳從熟鐵表麵滲入裏層，就成為一層堅硬的鋼鐵。在這個過程中，人們體驗到了鐵在什麽情況下最堅固，以及如何使鐵變得更加堅固的技術。在公元前1500年的亞美尼亞地區，已經實行了這種“滲碳”煉鋼的方法。以後又有了叫做“淬火”的技術，就是把鐵先用“滲碳”法煉成鋼，再加熱，緊接著把它投入到冷水中去。這樣一來，鋼就變得非常堅硬了。但經過“淬火”的鋼會稍稍變脆，容易斷裂。為解決這個問題，人們又發明了“回火”這項重要的技術。“回火”就是把經過“淬火”的鋼再次加熱到不太高的溫度，然後使它緩慢地冷下來。這樣，鋼的脆性就大大降低，成為堅韌的材料了。這一係列的發明都是在漫長的歲月裏，由很多不知名的人完成的。，他們也許從未獲得過發明家的稱號，但他們的確為人類文明做出了重要貢獻。
玻璃的發明——不詳（公元前2000年）
關於玻璃——這一現代生活中司空見慣的建築材料的發明過程，有一段頗富傳奇色彩的故事：很久以前的一個陽光明媚的日子，有一艘腓尼基人的大商船來到地中海沿岸的貝魯斯河河口，船上裝了許多天然蘇打的晶體。對於這裏海水漲落的規律，船員們並不掌握。當大船走到離河口不遠的一片美麗的沙洲時便擱淺了。被困在船上的腓尼基人，索性跳下大船，奔向這片美麗的沙洲，一邊盡情嬉戲，一邊等候漲潮後繼續行船。中午到了，他們決定在沙洲上埋鍋造飯。可是沙洲上到處是軟軟的細沙，競找不到可以支鍋的石塊。有人突然想起船上裝的天然結晶蘇打，於是大家一起動手，搬來幾十塊壘起鍋灶，然後架起木柴燃了起來。飯很快做好了。當他們吃完飯收拾餐具準備回船時，突然發現了一個奇妙的現象：隻見鍋下沙子上有種東西晶瑩發光，十分可愛。大家都不知道這是什麽東西，以為發現了寶貝，就把它收藏了起來。其實，這是在燒火做飯時，支著鍋的蘇打塊在高溫下和地上的石英砂發生了化學反應，形成了玻璃。聰明的腓尼基人意外地發現這個秘密後，很快就學會了製作方法。他們先把石英砂和天然蘇打攪拌在一起，然後用特製的爐子把它們熔化，再把玻璃液製成大大小小的玻璃珠。這些好看的珠子很快就受到外國人的歡迎，一些有錢人甚至用黃金和珠寶來兌換，腓尼基人由此發了大財。當然，這個故事是否真實可信，已難以考查，但實際上，早在公元前2000年，美索不達米亞人就已開始生產簡單的玻璃製品了，而真正的玻璃器皿則是於公元前1500年在埃及出現的。從公元前9世紀起，玻璃製造業日漸繁榮。到公元6世紀前，在羅得島和塞浦路斯島上已有玻璃製造廠。而建於公元前332年的亞曆山大城，在當時就是一個生產玻璃的重要城市。從公元7世紀起，阿拉伯一些國家如美索不達米亞、波斯、埃及和敘利亞，其玻璃製造業也很繁榮。它們當時已能夠用透明玻璃或彩色玻璃製造清真寺用的燈。在歐洲，玻璃製造業出現的時間比較晚。在大約18世紀之前，歐洲人都是從威尼斯購買高級玻璃器皿。一個倫敦商人於1669年9月17日寄給威尼斯玻璃製造商的一封信中寫道：“我們特別需要平的玻璃板，請不要把包好的鏡片玻璃放在裝酒杯的箱子底下運輸!最好用一兩個牢固的箱子仔細包裝。”這種情況隨著18世紀歐洲人雷文斯克羅特發明一種透明性更好的鋁玻璃逐步改變，玻璃生產業由此在歐洲興盛起來。
造紙術發明——蔡倫（公元105年)
造紙術發明之前，人們都是把字寫在竹簡和絲帛上，由於承載的笨重和昂貴，製約了文化的傳播。東漢宦官蔡倫造紙術的發明，對當時乃至後世都有極其重要的影響，造紙術與指南針、火藥、印刷術並稱為中國的四大發明，對世界文明的進步做出了巨大貢獻。蔡倫，東漢桂陽(今湖南郴州)人。他出身低微，很小就入宮做了太監，服侍漢和帝。蔡倫聰明識字，人又謹慎好學。平時他不喜歡和人交往，經常把自己關在屋裏讀書思考。漢和帝即位後，蔡倫被提升為中常侍，出入宮廷內外，平時服侍皇帝，負責掌管文書，傳達皇帝的命令。當時許多外官經常和宦官結交，但是蔡倫卻能堅守原則，並不隨便與人交往，因此漢和帝更加信任他。蔡倫敢於指出和帝不對的地方，因此也很受和帝的器重，經常參與朝政。蔡倫是一個喜歡思考和有所發明的人，漢和帝永元九年(公元97年)，蔡倫升任尚方令，負責掌管皇帝的手工作坊，這個作坊是皇家的私人作坊，主要是為皇家服務。蔡倫在監管作坊期間，經常和匠人一起切磋製造器械的技術，由他監管製造的各類軍械、寶劍非常精良、鋒利，被天下人讚歎。他在這方麵的才能也開始逐漸顯露。東漢以前，人們通常都用竹簡和絲帛作為記載文字的工具，有些很長的奏章要用許多竹簡，翻閱起來非常不方便，也難於隨身攜帶，而用絲帛作為書寫的載體，雖然方便，但是很昂貴，普通人家根本承擔不起這樣的費用。蔡倫平常喜歡讀書，對於書簡帶來的種種不便深有感觸，如何製造出一種輕便的、價格低廉的書寫工具，成為蔡倫的一個夢想，為了實現這個夢想，蔡倫翻閱了許多前人的資料。有一天，蔡倫看到宮女們在用蠶絲製造各種絲織品，從她們的製造過程中，蔡倫頓時有了靈感，他連忙趕回去，和匠人們共同研究，把樹皮、麻頭、破布、漁網等混合在一起，搗碎弄爛，然後將這些東西糅合在一起，拌勻後晾幹，經過反複的實驗和研究，蔡倫終於製造出了廉價和實用的紙張。東漢和帝元興元年(公元105年)，蔡倫把發明紙的過程詳細地記錄下來，連同自己製造的第一張紙，一起奉獻給漢和帝，請他過目。漢和帝親自實驗後，非常滿意，厚厚賞賜了蔡倫，並把製造紙的方法頒布天下，蔡倫的造紙術馬上在各級社會階層中傳播開來，受到廣泛的歡迎和喜愛。為了讚頌蔡倫的傑出貢獻，當時人們把這種紙叫做“蔡侯紙”。蔡倫的名氣越來越大。
印刷術的發明——畢異
印刷術是我們偉大的中華民族的四大發明之一，是對世界文化發展的重大貢獻，距今已有1300多年的曆史了。我國最早的印刷術，是雕版印刷術，方法是先把木板刨平，鋸成兩頁書大小。然後在板麵上抹上一層漿糊，把寫好的文稿薄紙翻貼在板麵上。雕刻匠用刻刀把一個個字刻出來。如果讓字凸出來，這叫陽文版；如果讓字凹下去，就叫陰文版。印刷的時候，先在製好的文字版上刷上油墨，然後把白紙蓋到版上，用刷子輕輕刷平，文字就轉印在紙上了。一頁頁刻好，一頁頁印好後再分裝成冊，一本書就出版了。雕版印刷實行了一段時期之後，人們漸漸發現這種方法太費工料了，因此，人們迫切要求改進印刷技術。我國北宋時期，有一個優秀的刻字工人名叫畢舁。是他，不斷總結前人的經驗，曆時八九年的艱苦鑽研，終於創造出泥活字印刷術。他首先用泥土做成一個個小型四方長柱體，把頂端切平後刻上一個個單字，然後再放人火中煆燒以增強它們的硬度，使每一個字都像小巧玲瓏的小瓷磚一樣。燒好後，他又把每個字按韻排列好。每到印刷時，就按著底稿的要求將字揀出來，一行一行排在鐵板上，周圍用鐵框紮緊。為了使每一塊活字版形成一個堅固的整體，除了周圍用鐵框外，預先在鐵板上放一些鬆脂、蠟等粘合物。當把每塊活字版在火上烤的時候，它們就熔化了，這時可以趁勢用平板將活字壓平，冷卻後，活字就牢固地固定在鐵板上了。然後刷上油墨，把白紙蓋在活字板上印刷，印完後，可以再將鐵板烤熱，鬆香熔化了，就可以將活字一個個再揀起來，排列好，保存好，以備以後再用。這樣印書，既方便，又省工料，大大加快了印刷速度和效率。繼畢異之後，1314年，山東農民王禎，又創造出了木活字印刷術。1488年，無錫一個名叫華燧的人，又創造了銅活字印刷術。在我國畢異發明活字印刷術的400多年後，德國人穀登堡於1445年研究成功了利用鑄造的鉛活字，進行活版印刷的技術。他還研製成功了木製印刷機，製成了調油墨，大大提高了印刷的速度和質量，為印刷的機械化做出了重大貢獻。
飛梭紡織的發明——約翰·凱伊（1733年）
飛梭是18世紀英國棉紡織工業的三大發明之一。它是由英國蘭開夏的一個自由農民的第12個孩子——約翰·凱伊於1733年發明的。幾百年以來，紡織工人一直是用手紡機紡織，將帶線的梭子緩慢而費力地從一隻手拋到另一隻手。約翰·凱伊的發明是：在織機的兩邊裝上了梭盒，梭盒用一個長木板連接。在每一個梭盒內都有一根水平的金屬杆或錠子，自由地隨錠子滑動的是一個皮帶傳動器或皮結。每一個皮結上係著一根鬆鬆的繩子，這些繩子通過一根棍子或清棉棒連接在織機中央，棍子或清棉棒握在紡織工人手中。通過清棉棒朝一邊拉和朝另一邊推的方式，一個紡織工人用一隻手就能使每一個皮結按時滑動，帶動梭子，將其拋到織機的另一麵的梭盒裏。凱伊還引進了輪子，以減少梭子運動中的摩擦。凱伊的這項發明，使人們能用比以前快得多的速度織出各種幅寬的布來。但是用手紡機的人卻很不歡迎凱伊，有些采用飛梭的人甚至拒絕交費。1747年，凱伊終於離開英國去了法國，最後在窮困潦倒中死於異鄉。盡管如此，這項發明的簡單實用性保證了它的成功。飛梭的發明，大大地促進了棉布的生產，增加了紡織品的產量。更為重要的是，它啟示著人們去尋求更快的紡紗方法。
機床的發明——維金森（1774年）
機床作為一種工作母機，是製造機械的機械。它的發明對整個社會生產具有重大意義。對於產業革命而言，如果說瓦特發明的蒸汽機是一個重要前提的話，那麽機床的發明則是產業革命的重要基礎。在機床的發明史上，有著諸多的傑出人物。1774年，維金森發明了鏜床，鏜床相當於木工的刨子，主要用於材料的拋光。當時由於蒸汽機的出現，汽缸和活塞的加工要求很高，而鏜床的出現滿足了這一需要。維金森發明的鏜床是用水車使汽缸材料旋轉，讓刀具從材料的縱的方向上前進，對汽缸內部進行切削。用這種鏜床加工直徑72英寸的汽缸，誤差隻有一枚硬幣那麽厚，這在當時已經是很高的精度了。1794年出現的滑動刀架，是莫茲利的一項重要發明。滑動刀架是現代機床的重要部件。它能夠沿轉動工件水平地移動固定在屋架上的刀具。1800年，莫茲利又發明了能夠生產螺紋的車床，成為產業革。命中重要的機械之一。到19世紀初，另一種重要的機床——銑床出現了。它先是由瑞士機械師波德梅爾於1839年發明，後來又為美國工程師布朗所改進。銑**安有一個轉動的刀具，在工件通過時對工件進行切削。布朗發明的銑床稱為“萬能”銑床。它能使用任何的刀具：有的像圓鋸，有的能夠在工件上開方槽或圓槽，有的能銑平表麵。這種“萬能”銑床於1867年拿到巴黎博覽會上展出時，獲得了極大的成功。打孔機出現於1765年。那時，英國早期的偉大建築工程師斯米頓設計了一種筒形打孔機，它是用水輪作動力的。由於鑽孔工具的末端是在圓筒內的小輪子上不斷移動的，鑽孔工具不很快，鑽的孔也不平。1775年，另一位英國工程師約翰·威爾金森，用一種有效的工具支架改進了鑽孔機，其辦法是讓鑽孔杆通過圓筒，牢牢地安在兩個支座上。19世紀，英國、歐洲大陸和美國由於工業發展，各大公司成立了研究小組，集體研究成果逐漸取代了個人發明。因此，有些機床和技術已很難說清是什麽時候、到底是誰創造發明的。
充氣輪胎的發明——鄧洛普（1888年）
世界上第一輛自行車大約是在1817年誕生的。那時的自行車還很原始，既沒有坐墊，也沒有鏈條和飛輪，更沒有輪胎。隻有車身和兩個木頭輪子。而木頭輪子又用鐵皮箍起來，走在路上震動很大，這種自行車騎起來當然很不舒服。後來，人們發明了充氣輪胎，自行車構造也得到了改進，才使它成為人們普遍使用的交通工具。那麽，是誰發明了自行車的充氣輪胎呢?說起來很有意思，充氣輪胎原來是一位醫生發明的。這位醫生叫鄧洛普，是位居住在愛爾蘭的蘇格蘭人。他有個兒子，非常羨慕別人騎著自行車在街上轉來轉去，很想有一輛自行車。為了滿足寶貝兒子的要求，鄧洛普買了一輛自行車。兒子得到自行車後歡天喜地，整天騎著在鋪著鵝卵石的街上跑來跑去。鄧洛普看著兒子騎自行車時那種受顛簸的樣子，十分心疼，於是開始琢磨怎樣改善自行車的輪子。鄧洛普是個醫生，也是一個業餘的花卉愛好者。有一天，他用一根橡膠水管在花園裏澆花。他手握水管，感到了水的流動。他故意將橡膠管握緊、放鬆，再握緊、再放鬆。橡膠的彈性啟發了他的思維。他想：能不能把這灌滿了水的橡膠管安到自行車的輪子上，以減少車子在行進時的震動呢?按照這一大膽設想，鄧洛普馬上開始進行試製。他經過多次試驗和失敗，終於用澆花的橡膠管製成了世界上第一個輪胎。這種輪胎裝水，在試騎時很不方便。因為注水很難使輪胎十分飽滿，而且也不能減輕車身重量。為此，鄧洛普又設計出用氣體代替水的辦法，經過多次試驗取得了成功，充氣輪胎終於在1888年誕生了。開始時，這種新輪胎受到人們的嘲笑，被說成是“木乃伊”輪胎，但是騎車的人發現，用這種輪胎跑得更快，也跑得更平穩。當時有個叫迪克羅的人，專門建了一個公司來製造這種輪胎，後來這個公司變成了鄧洛普橡膠公司。
降落傘的發明——加內林（18世紀末）
在曆史上，航空曾是一項充滿危險的事業。但自從有了降落傘，就大大增強了飛行員的安全感，也挽救了不少飛行員的生命。降落傘是在18世紀末發明的。1797年l0月22日，在巴黎現在的蒙索公園上空，人類首次從飛行器上跳傘。跳傘的人叫加內林，他使用的降落傘有肋狀物支撐，收攏起來就像現在的太陽傘。這次跳傘是由氫氣球帶到高空，按照加內林的要求，一直上升到約3000英尺，然後加內林一拉係在氣球上的釋放繩，降落傘便離開了氣球，傘蓋就被強烈的氣流張開，由於傘上沒有孔，加內林的降落傘擺動得很厲害，使站在小籃子裏的加內林在著陸時頭暈目眩，惡心嘔吐。這一次跳傘，開創了人類自天而降的曆史，是一次偉大的壯舉。到19世紀，跳傘已成為航空表演中的一種不可缺少的節目。其具體方法是：用有人駕駛的氣球升空，降落傘就係掛在氣球上。全體表演者可以乘氣球上升到冷空氣允許的高度，於是跳傘的人便脫開吊架，使降落傘離開氣球，安全地降落到地麵。隨著航空事業的發展，人們已不再滿足於乘氣球跳傘。1912年3月1日，貝裏上尉首次使用固定開傘索在美國的聖路易斯從飛機上跳傘。1912年秋天，F·R·勞第一次使用自由開傘索在美國從飛機上跳傘。他使用的是史蒂文斯的有“救生降落傘包”的降落傘。1919年4月19日，歐文在美國首次使用他改進了的有開傘索的降落傘。這種具有開傘索的降落傘是現代降落傘的原型：
尼龍纖維的發現——卡洛薩斯（1934年）
尼龍是一種合成纖維。它是從煤、空氣和水、石油、天然氣中提取出來的。尼龍的出現，對人們的生活，特別是衣著方麵，有相當大的影響。過去，人的被服完全靠天然纖維，即棉花、樹皮之類的東西。自從有了尼龍纖維，就大大拓展了人類製作衣服的物質來源。纖維是由碳、氫和氧三種元素組成的高分子細長鏈。在植物如樹皮、棉花、稻穀等中都有纖維素，蠶絲是蠶吃了桑葉的纖維素，使它的化學結構和物理性質都發生一些改變之後吐出來的。至於化學纖維，即所謂人造絲，是用人工使植物纖維素發生變化而成的半合成纖維。這就是說，把不能進行紡織的纖維作為原料，把它改造成表麵看來類似蠶絲的東西。化學纖維是法國人伊雷爾·德·查爾頓發明的。在他之前，瑞士的休泊因等人就已經把棉花用硝酸、硫酸等進行處理，成功地製備了纖維素高分子。但實際上，各種人造絲都是從植物的天然纖維素改造而成的。那麽，能不能不從植物中，而從其他物質中提取出高分子化合物呢?美國的發明家、化學家華萊士·休姆·卡洛薩斯解決了這個問題。他在讀研究生時就開始應用量子力學來探討有機高分子的化學鍵問題，並在理論上取得了重大突破。1928年，32歲的卡洛薩斯進入杜邦化學公司，在這裏，他隻用了4年時間就發明了合成橡膠“氯丁橡膠”。到1934年，他又發明了尼龍。他所領導的研究隊伍在發明尼龍之後，又合成了多種纖維高分子。在尼龍的發明過程中，值得一提的是杜邦公司領導人的見識。他們給了卡洛薩斯一切必要的權力，放手讓他搞下去。到1940年尼龍襪子上市為止，杜邦公司在尼龍的研究、試製上花了4000萬美元。
第四篇 生物醫學篇
和脈診法——扁鵲
扁鵲雲遊各國，為君侯看病，也為百姓除疾，名揚天下。他的技術十分全麵，無所不通。一天，晉國的大夫趙簡子病了。五日五夜不省人事，大家十分害怕，扁鵲看了以後說，他血脈正常，沒什麽可怕的，不超過三天一定會醒。後來過了兩天半，他果然蘇醒了。有一次，扁鵲路過虢國，見到那裏的百姓都在進行祈福消災的儀式，就問是誰病了，宮中術士說，太子死了已有半日了。扁鵲問明了詳細情況，認為太子患的隻是一種突然昏倒不省人事的“屍厥”症，鼻息微弱，像死去一樣，便親去察看診治。他讓弟子磨研針石，刺百會穴，又做了藥力能人體五分的熨藥，用八減方的藥混合使用之後，太子竟然坐了起來，和常人無異。繼續調補陰陽，兩天以後，太子完全恢複了健康。從此，天下人傳言扁鵲能“起死回生”，但扁鵲卻否認說，他並不能救活死人，隻不過能把應當活的人的病治愈罷了。還有一次，扁鵲來到了蔡國，桓公知道他聲望很大，便宴請扁鵲，他見到桓公以後說：“君王有病，就在肌膚之間，不治會加重的。”桓公不相信，還很不高興。5天後，扁鵲再去見他，說道：“大王的病已到了血脈，不治會加深的。”桓公仍不信，而且更加不悅了。又過了5天，扁鵲又見到桓公時說，“病已到腸胃，不治會更重”，桓公十分生氣，他並不喜歡別人說他有病。5天又過去了，這次，扁鵲一見到桓公，就趕快避開了。桓公十分納悶，就派人去問，扁鵲說：“病在肌膚之間時，可用熨藥治愈；在血脈，可用針刺、砭石的方法達到治療效果；在腸胃裏時，借助酒的力量也能達到；可病到了骨髓，就無法治療了，現在大王的病已在骨髓，我無能為力了。”果然，5天後，桓侯身患重病，忙派人去找扁鵲，而他已經走了。不久，桓公就這樣死了。扁鵲在診視疾病中，已經應用了中醫全麵的診斷技術，即後來中醫總結的四診：望診、聞診、問診和切診，當時扁鵲稱它們為望色、聽聲、寫影和切脈。這些診斷技術，充分地體現在史書所記載他的一些治病的案例中。他精於望色，通過望色判斷病症及其病程演變和預後。如他晉見齊桓侯時，通過齊桓公的麵部即預知齊桓公病情就是一個很好的例子。此病例說明扁鵲當時已經能很好應用望診，而且診斷水平相當高。扁鵲的切脈診斷法也很突出，具有較高水平。《史記》稱讚扁鵲是最早應用脈診於臨床的醫生。先秦時期，中醫的脈診是三部九候診法，即在診病時，須按切全身包括頭頸部、上肢、下肢及軀體的脈。扁鵲脈診及其理論可從虢太子這一病例的診斷中體現出來。當時虢太子已昏迷不醒，扁鵲通過脈診判斷為“屍蹶”。他認為患者的陰陽脈失調，陽脈下陷，陰脈上衝，也即陰陽脈不調和，導致全身脈象出現紊亂，故患者表現如死狀。其實，患者並未真正死亡，除脈診外，他還觀察到患者鼻翼微動。結合切摸，他發現兩大腿的體表仍然溫暖，因而敢於下此判斷。扁鵲是我國曆史上最早應用脈診來判斷疾病的醫生，並且提出了相應的脈診理論。
麻醉手術先導——華佗
利用某些具有麻醉性能的藥品作為麻醉劑，在華佗之前就有人使用。不過，他們或者用於戰爭，或者用於暗殺，或者用於執弄，真正用於動手術治病的卻沒有。華佗總結了這方麵的經驗，又觀察了人醉酒時的沉睡狀態，發明了酒服麻沸散的麻醉術，並正式用於醫學，從而大大提高了外科手術的技術和療效，且擴大了手術治療的範圍。據日本外科學家華岡青州的考證，麻沸散的組成是曼陀羅花一升，生草烏、全當歸、香白芷、川芎各四錢，炒南星一錢。自從有了麻醉法，華佗的外科手術更加高明，治好的病人也更多。他治病碰到那些用針灸、湯藥不能治愈的腹疾病，就叫病人先用酒衝服麻沸散，等到病人麻醉後沒有什麽知覺了，就施以外科手，剖破腹背，割掉發病的部位。如果病在腸胃，就割開洗滌，然後加以縫合，敷上藥膏。四五天傷口愈合，一個月左右，病就全好。華佗在當時已能做腫瘤摘除和胃腸縫合一類的外科手術。一次，有個推車的病人，曲著腳，大喊肚子痛。不久，氣息微弱，喊痛的聲音也漸漸小了。華佗切他的脈，按他的肚子，斷定病人患的是腸癰。因病勢凶險，華佗立即給病人用酒衝服“麻沸散”，待麻醉後，又給他開了刀。這個病人經過治療，一個月左右病就好了。他的外科手術，得到曆代的推崇。明代陳嘉謨的《本草蒙筌》引用《曆代名醫圖讚》中的一詩作了概括：“魏有華佗，設立瘡科，剔骨療疾，神效良多”。可見，後世尊華佗為“外科鼻祖，”是名副其實的。
顯微鏡的發明——列文虎克（1665年）
最早的顯微鏡是由一個叫詹森的眼鏡製造匠人於1590年前後發明的。這個顯微鏡是用一個凹鏡和一個凸鏡做成的，製作水平還很低。詹森雖然是發明顯微鏡的第一人，卻並沒有發現顯微鏡的真正價值。也許正是因為這個原因，詹森的發明並沒有引起世人的重視。事隔90多年後，顯微鏡又被荷蘭人列文虎克研究成功了，並且開始真正地用於科學研究試驗。關於列文虎克發明顯微鏡的過程，也是充滿偶然性的。列文虎克於1632年出生於荷蘭的德爾夫特市，從沒接受過正規的科學訓練。但他是一個對新奇事物充滿強烈興趣的人。一次，他從朋友那裏聽說荷蘭最大的城市阿姆斯特丹的眼鏡店可以磨製放大鏡，用放大鏡可以把肉眼看不清的東西看得很清楚。他對這個神奇的放大鏡充滿了好奇心，但又因為價格太高而買不起。從此，他經常出入眼鏡店，認真觀察磨製鏡片的工作，暗暗地學習著磨製鏡片的技術。功夫不負苦心人。1665年，列文虎克終於製成了一塊直徑隻有O.3厘米的小透鏡，並做了一個架，把這塊小透鏡鑲在架上，又在透鏡下邊裝了一塊銅板，上麵鑽了一個小孔，使光線從這裏射進而反射出所觀察的東西。這樣，列文虎克的第一台顯微鏡成功了。由於他有著磨製高倍鏡片的精湛技術，他製成的顯微鏡的放大倍數，超過了當時世界上已有的任何顯微鏡。列文虎克並沒有就此止步，他繼續下功夫改進顯微鏡，進一步提高其性能，以便更好地去觀察了解神秘的微觀世界。為此，他辭退了工作，專心致誌地研製顯微鏡。幾年後，他終於製出了能把物體放大300倍的顯微鏡。1675年的一個雨天，列文虎克從院子裏舀了一杯雨水用顯微鏡觀察。他發現水滴中有許多奇形怪狀的小生物在蠕動，而且數量驚人。在一滴雨水中，這些小生物要比當時全荷蘭的人數還多出許多倍。以後，列文虎克又用顯微鏡發現了紅血球和酵母菌。這樣，他就成為世界上第一個微生物世界的發現者，被吸收為英國皇家學會的會員。顯微鏡的發明和列文虎克的研究工作，為生物學的發展奠定了基礎。他利用顯微鏡發現，各種傳染病都是由特定的細菌引起的。這就導致了抵抗疾病的健康檢查、種痘和藥物研製的成功。據說，列文虎克是一個對自己的發明守口如瓶、嚴守秘密的人。直到現在，顯微鏡學家們還弄不明白他是怎樣用那種原始的工具獲得那麽好的效果的。
牛痘疫苗的發現——琴納（1786年）
兩百多年前，天花作為一種傳染病，曾嚴重威脅著人類的生命。在歐洲，當時由於天花蔓延，人口大量死亡，就連荷蘭國王威廉二世、奧地利皇帝約瑟、法國國王路易十五以及俄國皇帝彼得二世等知名人物都沒能幸免。如何找到防治天花的辦法，成為當時世界各國的一大難題。早在16世紀以前，中國就有“一度得過天花的人就永不得同樣病症”的認識。因此，有在幼年時故意使人得天花的做法。這就是，有意識地把天花的膿汁放在孩子的鼻子裏去，使他感染天花，從而不再生這種病。這種做法俗稱“種花”。這種預防接種的方法18世紀經波斯、土耳其，傳到了英國。可是這種方法是很危險的，不少人因此而喪生。1766年，英國人琴納跟隨一個醫師學醫時，收治了不少天花病人。一天，一位農場擠牛奶的女工前來看病，聽到醫生們在議論尋找防治天花的辦法，就接上來說：“前些日子天花作亂，但我們農場擠奶女工卻沒一個得病。有人說，這是我們常接觸奶牛，手上常長牛痘，才免去了災禍。”琴納聽了若有所悟，但另一位醫生卻說：“這跟防治天花有什麽關係，難道讓全世界的人都去擠牛奶。”琴納覺得也有道理，就沒有再想這件事。十年之後，當琴納成了正式醫生，並苦苦探索防治天花的辦法時，他偶然想起了擠奶女工的話。於是他專門趕到農場，對擠奶女工進行調查。結果了解到，這些擠奶女工都感染過牛痘，但都沒患過天花。因為這些女工在擠牛奶時，無意間都接觸過患天花的奶牛的膿漿，使她們的手上長出了小膿皰，身體也略感不適，但很快膿皰就消失了，身體也恢複正常。琴納從調查研究中認識到，牛痘和天花十分相似，人體中產生的抗牛痘能力也能夠預防天花。根據這一推斷，琴納先在動物身上作了試驗，取得了預期效果。接著，他又決定在自己的兒子身上做試驗。結果，兒子接種牛痘後感染的程度很輕，很快就好了。為了證實種牛痘之後不會染上天花，琴納又把大量的天花膿液接種到兒子身上，兒子不僅沒有染上天花，連稍為不適的現象也沒出現。琴納終於成功了。琴納發明的種牛痘法，在當時受到了強烈的反對。但實踐反複證明這一方法是有效的，缺乏根據的反對難以成立，終於受到了全世界的歡迎。為獎勵琴納對人類作出的偉大貢獻，1802年英國政府獎給他l萬英鎊的重金。1806年又獎給他兩萬英鎊。俄國皇帝還贈送給琴納一個昂貴的寶石戒指，作為永久的紀念。
免疫療法的應用——不祥（18世紀末）
用人工方法使人體產生自動免疫能力來預防傳染病的方法，古已有之。18世紀末在歐洲，用科學的方法製造痘苗，成為最早利用自動免疫作用進行預防疾病的方法。19世紀80年代巴斯德建立起自動免疫的原理並製造了狂犬病疫苗。19世紀末德國的科赫等曾為取得預防結核疫苗而努力，但未獲成功。20世紀初英國醫生、病理學家賴特研製的傷寒疫苗，可以增加白細胞吞噬細菌的能力，在預防軍隊士兵的腸熱病感染上起了良好的作用。差不多同時，霍亂疫苗也開始使用。20世紀20年代後期，使用白喉和破傷風的類毒素作為預防疫苗，獲得成功。30年代在歐美的一些大城市的學生和嬰兒中廣泛注射白喉疫苗，根除了白喉的發病。第二次世界大戰中在士兵中普遍注射破傷風的主動免疫疫苗，獲得良好結果。卡介苗的研製成功經過了漫長的實驗過程。從1906年開始，法國巴斯德研究所的醫生兼細菌學家卡爾麥特和介蘭開始實驗。兩年之後，偶然發現牛膽汁可以減弱結核杆菌的毒性。他們連續作了231次減弱毒性的培養，每次間隔三個星期，共花了13年的時間，到1921年才得到一種無害而有效的穩定疫苗，命名為卡介苗(取卡爾麥特和介蘭的第一個字母)。從1921年起，在人身上做實驗，嬰兒接受這種注射後對來自母親的結核病的感染具有免疫力。於是卡介苗在法國很快就被推廣使用。但在英、美等國對卡介苗的安全性和有效性一直持懷疑態度，特別是由於產品質量出過問題，更難消除懷疑。直到50年代，經過在上千人身上注射優質的卡介苗同另一組同等數目的未注射的人作對照實驗，終於肯定了卡介苗是無毒而有效的抗結核病的免疫疫苗。對病毒病的免疫法除了最早的種痘苗預防天花和後來的預防狂犬病疫苗外，長期沒有成功的事例。但對病毒的認識，在20世紀取得很大進展。19世紀末，經過德國化學家邁耶、俄國微生物學家伊萬諾夫斯基和荷蘭生物學家貝伊耶林克等對煙草花葉病的研究，發現了過濾性病毒。到20世紀20年代已發現植物、昆蟲、鳥類和哺乳類都有過濾性病毒傳染的疾病。1935年，美國化學家斯坦萊第一個取得煙草花葉病毒的結晶。40年代借助電子顯微鏡的觀察和化學分析，才認識到病毒是由核酸和構成外殼的蛋白質組成。但一切殺菌的化學藥品和抗生素對多數病毒並沒有療效，於是把防治病毒的希望寄托於免疫治療。上世紀研究防治較多的是預防脊髓灰質炎(小兒麻痹)的疫苗。由於患過該病的美國總統羅斯福的重視，美國政府給予大量資助，從40年代起研究工作迅速開展。1952年底美國醫生兼病毒學家索克研製出具有免疫效應的疫苗。經過在150萬幼兒中做實驗觀察，於1957年才完全肯定了索克疫苗的安全性和有效性。到40年代又製出了預防流行性感冒的疫苗，1957年從亞洲發源並擴展的流感，就是由於使用了這種疫苗才防止了蔓延。70年代以來，又成功地取得麻疹的預防疫苗，為征服病毒病帶來了良好前景。1979年10月，聯合國世界衛生組織向全世界宣布人類已消滅了天花。這是大規模的、優質的痘苗生產同世界性的曆時十年的國際合作相結合而創建的偉大業績。
麻醉劑的發明——莫頓（1846年）
莫頓，美國牙科醫生，世界上最早應用乙醚麻醉於外科手術的人。1819年8月9日生於馬薩諸塞州查爾頓，1868年7月15日卒於紐約。18世紀以前，由於沒有麻醉劑，外科手術是一件非常可怕的事情。為了做手術，有的醫生用絞勒的方法使病人暫時窒息；有的則用放血或壓住頸部血管的方法使病人的大腦暫時缺血而昏迷；有的幹脆用一根木棒猛擊病人的頭頂，使病人失去知覺……這些野蠻的做法給病人帶來了巨大的痛苦：有的在手術中突然驚醒，痛得大喊大叫；有的在手術後留下了腦震**等後遺症；有的甚至因此而喪失生命。19世紀初，英國化學家戴維發現笑氣(一氧化二氮)對神經有興奮作用，亦具有麻醉止痛作用。後來，美國牙科醫生維爾斯用笑氣做麻醉劑，成功地給不少患者做了拔牙手術。可是，1844年的一天，維爾斯在美國波士頓城做拔牙公開表演時，由於笑氣用量不足，手術沒有成功，病人痛得大聲呼叫，一群保守的人就此把維爾斯當做騙子，將他趕出了醫院。當時，維爾斯有個學生名叫莫頓。一個偶然的機會，莫頓聽到化學教授傑克遜說，有一次在做化學實驗時，他不慎吸人一大口氯氣，為了解毒，他立即又吸了一口乙醚。不料，開始他感到渾身輕鬆，可不一會便失去了知覺。聽了傑克遜的敘說，勤於思索的莫頓深感興趣。他大膽設想，能否用乙醚來作為一種理想的麻醉劑呢?於是，他便動手在動物身上試驗，以後又在自己身上試驗，結果證明乙醚的確是一種理想的麻醉劑。1846年10月的一天，世界上第一次使用乙醚進行麻醉外科手術的公開表演成功了。從此，還是醫學院二年級學生的莫頓出名了。乙醚麻醉劑亦逐漸成為全世界各家醫院手術室裏不可缺少的藥品。乙醚麻醉劑的發明是醫學外科史上的一項重大成果。然而，當莫頓以乙醚麻醉劑發明者的身份向美國政府申請專利時，他的老師維爾斯和曾經啟發他發明的化學教授傑克遜都起來與莫頓爭奪專利權。後來，這場官司打到法院，但多年一直毫無結果。他們為此都被搞得狼狽不堪。最後，傑克遜為此得了精神病，維爾斯自殺身亡，莫頓則患腦出血而死去。乙醚麻醉劑的發明造福了人類。可是，因發明減輕人們痛苦的3位科學家卻因名利的爭奪而在科學史上演出了一場令人遺憾的悲劇。
遺傳定律的發現——孟德爾（1864年）
1843年大學畢業以後，年方21歲的孟德爾進了布隆城奧古斯汀修道院，並在當地教會辦的一所中學教書，教的是自然科學。由於他能專心備課，認真教課，所以很受學生的歡迎。後來，他又到維也納大學深造，受到相當係統和嚴格的科學教育和訓練，這些為他後來從事植物雜交的科學研究奠定了堅實的理論基礎。1856年，從維也納大學回到布魯恩不久，孟德爾就開始了長達8年的豌豆實驗。孟德爾首先從許多種子商那裏，弄來了34個品種的豌豆，從中挑選出22個品種用於實驗。它們都具有某種可以相互區分的穩定性狀，例如高莖或矮莖、圓料或皺科、灰色種皮或白色種皮等。孟德爾通過人工培植這些豌豆，對不同代的豌豆的性狀和數目進行細致入微的觀察、計數和分析。運用這樣的實驗方法需要極大的耐心和嚴謹的態度。他酷愛自己的研究工作，經常向前來參觀的客人指著豌豆十分自豪地說：“這些都是我的兒女!”經過長達8個寒暑的辛勤勞作，1864年，孟德爾發現了生物遺傳的基本規律，並得到了相應的數學關係式。人們分別稱他的發現為“孟德爾第一定律”和“孟德爾第二定律”，它們揭示了生物遺傳奧秘的基本規律。孟德爾開始進行豌豆實驗時，達爾文進化論剛剛問世。他仔細研讀了達爾文的著作，從中吸收豐富的營養。保存至今的孟德爾遺物之中，就有好幾本達爾文的著作，上麵還留著孟德爾的手批，足見他對達爾文及其著作的關注。起初，孟德爾豌豆實驗並不是有意為探索遺傳規律而進行的。他的初衷是希望獲得優良品種，隻是在試驗的過程中，逐步把重點轉到了探索遺傳規律上。‘除了豌豆以外，孟德爾還對其他植物作了大量的類似研究，其中包括玉米、紫羅蘭和紫茉莉等，以期證明他發現的遺傳規律對大多數植物都是適用的。從生物的整體形式和行為中很難觀察並發現遺傳規律，而從個別性狀中卻容易觀察，這也是科學界長期困惑的原因。孟德爾不僅考察生物的整體，更著眼於生物的個別性狀，這是他與前輩生物學家的重要區別之一。‘孟德爾選擇的實驗材料也是非常科學的。因為豌豆屬於具有穩定品種的自花授粉植物，容易栽種，容易逐一分離計數，這對於他發現遺傳規律提供了有利的條件。孟德爾清楚自己的發現所具有的劃時代意義，但他還是慎重地重複實驗了多年，以期更加臻於完善。1865年，孟德爾在布魯恩科學協會的會議廳，將自己的研究成果分兩次宣讀。第一次，與會者禮貌而興致勃勃地聽著報告，孟德爾隻簡單地介紹了試驗的目的、方法和過程，為時一小時的報告就使聽眾如墜人雲霧中。第二次，孟德爾著重根據實驗數據進行了深入的理論證明。可是，偉大的孟德爾思維和實驗太超前了，盡管與會者絕大多數是布魯恩自然科學協會的會員，其中既有化學家、地質學家和生物學家，也有生物學專業的植物學家、藻類學家。然而，聽眾對連篇累續的數字和繁複枯燥的論證毫無興趣。他們實在跟不上孟德爾的思維。孟德爾用心血澆灌的豌豆所告訴他的秘密，時人不能與之共識，一直被埋沒了35年之久!豌豆的雜交實驗從1856年至1864年共進行了8年。孟德爾將其研究的結果整理成論文發表，但未引起任何反響。其原因有三個：第一，在孟德爾論文發表前7年(1859年)，達爾文的名著《物種起源》出版了。這部著作引起了科學界的興趣，幾乎全部的生物學家轉向生物進化的討論。這一點也許對孟德爾論文的命運起了決定性的作用。第二，當時的科學界缺乏理解孟德爾定律的思想基礎。首先那個時代的科學思想還沒有包含孟德爾論文所提出的命題：遺傳的不是一個個體的全貌，而是一個個性狀。其次，孟德爾論文的表達方式是全新的，他把生物學和統計學、數學結合了起來，使得同時代的博物學家很難理解論文的真正含義。第三，有的權威出於偏見或不理解，把孟德爾的研究視為一般的雜交實驗，和別人做的沒有多大差別。孟德爾晚年曾經充滿信心地對他的好友，布魯恩高等技術學院大地測量學教授尼耶塞爾說：“看吧，我的時代來到了。”這句話成為偉大的預言。直到孟德爾逝世16年後，即豌豆實驗論文正式出版後34年，他從事豌豆試驗後43年，預言才變成現實。隨著20世紀雄雞的第一聲啼鳴，來自三個國家的三位學者同時獨立地“重新發現”孟德爾遺傳定律。1900年，成為遺傳學史乃至生物科學史上劃時代的一年。從此，遺傳學進入了孟德爾時代。今天，通過摩爾根、艾弗裏、赫爾希和沃森等數代科學家的研究，已經使生物遺傳機製——這個使孟德爾魂牽夢繞的問題建立在遺傳物質DNA的基礎之上。隨著科學家破譯了遺傳密碼，人們對遺傳機製有了更深刻的認識。現在，人們已經開始向控製遺傳機製、防治遺傳疾病、合成生命等更大的造福於人類的工作方向前進。然而，所有這一切都與聖托馬斯修道院那個獻身於科學的修道士的名字相連。
雲南白藥的發明——曲煥章（1908年）
雲南白藥是一種治療跌打損傷的特效藥，它不僅在國內久負盛名，而且在國際上也被視為珍品。雲南白藥原來是以發明者的名字命名的，叫“曲煥章白藥”。曲煥章是雲南人，1878年出生，7歲時父母雙亡，童年生活十分悲慘。在他16歲時，為了謀生，他幹起了賣布的營生。有一天他到集市上去賣布，由於缺乏營養，疲勞過度，昏倒在街頭，幸虧一位趕集的鄉村醫生把他救活。曲煥章得救後，感於醫生的救死扶傷精神，於是就拜這位醫生為師，從此棄商學醫。有一次，曲煥章上山采藥，在昏暗的夜色中看到草叢中臥著一隻龐然大物，他搬起一塊大石頭，悄悄走近，猛力砸去。這個龐然大物被砸中後不再動彈，他走過去一看，原來是隻老虎。他怕老虎不死，又用挖藥工具猛擊虎頭，直打到他確信老虎必死無疑才住手。這時夜色已深，就趕緊下山回家。第二天早晨，曲煥章叫了幾個村民，打算上山把死老虎抬下來。但他們找到老虎處一看，不禁大吃一驚：老虎早已不見蹤影。原來，這隻老虎並沒被打死，蘇醒之後帶傷跑掉了。曲煥章十分懊悔。因為老虎渾身是寶，其肉其骨都是名貴藥材。老虎得而複失，實在令人不甘心，於是曲煥章帶著村民跟蹤查找，順著血跡追蹤老虎。跟蹤中，他們發現好多處血跡旁都有老虎嚼剩下的野生植物。這一情景引起了曲煥章的注意，他想：難道這種植物能夠止血愈傷，老虎靠吃它而保全了性命?果真如此，這種植物就有可能製成藥來治療人的外傷。想到這裏，曲煥章立即停止了對老虎的追蹤，開始集中全力研究起這種野生植物來。曲煥章把這種植物一棵不漏地收集起來，帶回家裏進行試驗。經過試驗證明，這種植物果然對治療跌打損傷具有奇效。他並不滿足於已經取得的治療效果，而是決心把這種植物進行精製，使之成為具有更高療效的藥品。曲煥章用了整整10年的時間，對這種植物進行反複篩選、研製，終於在1908年研製成功了“曲煥章白藥”，並投入生產。這年他正好30歲。曲煥章以頑強的毅力和出色的工作，為中國乃至世界的醫藥事業作出了重要貢獻。
器官移植的先導——卡雷爾（1922年）
器官移植最早的創立者是法國出生的美國醫生卡雷爾。1905年他到美國專門從事血管縫合術、器官移植和組織培養的研究。他曾在1913年講過一句很有影響的話：“任何人體器官都可以從人體上取下，培養起來，而且可以移植到另一個人體上。”20多年後，他又斷言：“人身上的任何器官，離開了機體，依然可以存活。”1922年，蘇聯眼科醫生費拉托夫開始試驗人眼角膜移植。1933年異體角膜移植成功，是器官移植最早的事例。他之所以能夠成功，不僅因為他比前人在手術器具方麵有所改進，而且因為他使用了“冷藏屍體眼球角膜”作為移植材料。這既解決了材料的來源問題，又因冷藏而除去了角膜的生物刺激因素，促進角膜混濁部分透明化。到1941年他和他的學生已經成功地做了3100多例手術。第一例腎移植成功的事例，是1954年法國醫生在一對孿生兄弟間進行的。而用非孿生關係的腎作移植，幾乎都不成功。這是根據法國免疫學家多塞創立的組織相容性理論，必須在兩個組織相同的人之間進行器官移植，才有可能獲得成功的預言而進行的。60年代用免疫壓製劑處理病人，並選擇有一定血緣關係或經鑒定可用人的腎髒作移植，成活率逐漸提高。前者活7年甚至lO年以上，後者經追蹤4年，仍有存活的病人。目前在有些國家中已建立了人體器官移植庫，在世界範圍內互相尋找相容的對象。心髒、肝髒的移植手術也於上世紀60年代末70年代初在人身上做實驗，成活率不高，但個別患者在手術後13年還活著。
青黴素的發明——弗萊明（1928年）
青黴素(也叫盤尼西林)的發明者亞曆山大·弗萊明於1881年出生在蘇格蘭的洛克菲爾德。亞曆山大·弗萊明是位小個子蘇格蘭人，他有著一雙炯炯有神的眼睛，襯衫領子上常常係著蝶形領結。弗萊明從倫敦聖馬利亞醫院醫科學校畢業後，從事免疫學研究；後來在第一次世界大戰中作為一名軍醫，研究傷口感染。他注意到許多防腐劑對人體細胞的傷害甚於對細菌的傷害，他認識到需要某種有害於細菌而無害於人體細胞的物質。戰後弗萊明返回聖馬利亞醫院。1922年他在做實驗時，發現了一種他稱之為溶菌黴的物質。溶菌黴產生在體內，是粘液和眼淚的一種成分，對人體細胞無害。它能夠消滅某些細菌，但不幸的是在那些對人類特別有害的細菌麵前卻無能為力。因此這項發現雖然獨特，卻不十分重要。1928年9月15日，亞曆山大·弗萊明發現了青黴素，這使他在全世界贏得了25個名譽學位、15個城市的榮譽市民稱號以及其他140多項榮譽，其中包括1945諾年貝爾醫學獎。每個小學生都讀過弗萊明的傳奇故事——他在皮氏培養皿中發現青黴素黴菌；攻克一道道技術難關；同眾多持懷疑態度的人展開長期不懈的鬥爭，最終取得了勝利——青黴素的發明成為二十世紀醫學界最偉大的創舉。數十年後，嚴肅的曆史學家們還在整理他的傳奇故事。的確，弗萊明發現了青黴素，但他並沒有意識到他發現的是什麽——對此他一無所知。是另外兩位科學家——霍華德·弗洛裏和厄恩斯特’錢恩，從這個已被人遺忘的發現中挽救了有治療效果的黴菌，證明了青黴素的功效，並把這項技術奉獻給人類，從此開創了抗生素時代。弗萊明從一個窮苦農民的兒子成長為卓有學識的細菌學家，在倫敦聖瑪麗醫院從事細菌學研究幾乎就是他事業的全部。
弗萊明兩次在實驗室裏獲得意外發現的故事已廣為人知。第一次是1922年，患了感冒的弗萊明無意中對著培養細菌的器皿打噴嚏；後來他注意到，在這個培養皿中，凡沾有噴嚏黏液的地方沒有一個細菌生成。隨著進一步的研究，弗萊明發現了溶菌酶一在體液和身體組織中找到的一種可溶解細菌的物質，他以為這可能就是獲得有效天然抗菌劑的關鍵。但很快他就喪失了興趣：試驗表明，這種溶菌酶隻對無害的微生物起作用。1928年運氣之神再次降臨。在弗萊明外出休假的兩個星期裏，一隻未經刷洗的廢棄的培養皿中長出了一種神奇的黴菌。他又一次觀察到這種黴菌的抗菌作用——細菌覆蓋了器皿中沒有沾染這種黴菌的所有部位。不過，這一次感染的細菌是葡萄球菌，這是一種嚴重的、有時是致命的感染源。經證實，這種黴菌液還能夠阻礙其它多種病毒性細菌的生長。青黴素(弗萊明在確認這種黴菌是一種青黴菌之後選定了這個名字)是否就是他長期以來一直在尋找的天然抗菌素?它是可敷在傷口上的有效殺菌劑嗎?進一步的試驗表明，這種抗菌素作用緩慢，且很難大量生產。他的熱情也隨之涼了下來。在他轉向其它研究項目之前，他在1929年發表的一篇論文中介紹了自己的上述發現，但當時這篇論文並未引起人們的重視。弗萊明在論文中提到青黴素可能是一種抗菌素，僅此而已。他沒有開展觀察青黴素治療效果的係統試驗。他給健康的兔子和老鼠都注射過細菌培養液的過濾液——進行青黴素的毒性試驗，但從未給患病的動物注射過。如果當時他做了這方麵的試驗，這種“神奇藥物”很可能會提早10年問世。在英美兩國媒體的共同努力下，關於弗萊明為創造一項醫學奇跡而堅持不懈奮鬥的傳奇故事很快就誕生了。媒體在科學史上幾乎很少犯下如此嚴重的愚蠢錯誤。它們把弗萊明描述成發現青黴素的天才，而對牛津大學的研究小組要麽隻字不提，要麽僅用幾句話一帶而過。但在弗萊明本人的演講中，他總是把青黴素的誕生歸功於弗洛裏、錢恩和他的同事所做的研究。諾貝爾獎評獎委員會並沒有受輿論的蒙蔽而將1945年的諾貝爾醫學獎授予弗萊明一人。作為弗萊明的合作者，弗洛裏和錢恩與他共同獲得了諾貝爾醫學獎。
克隆技術的發現——不祥（20世紀50年代）
克隆是英文“clone”一詞的音譯，是利用生物技術由無性生殖產生與原個體有完全相同基因組之後代的過程。科學家把人工遺傳操作動物繁殖的過程叫克隆，這門生物技術叫克隆技術，其本身的含義是無性繁殖，即由同一個祖先細胞分裂繁殖而形成的純細胞係，該細胞係中每個細胞的基因彼此相同。克隆技術在現代生物學中被稱為“生物放大技術”，它已經曆了三個發展時期：第一個時期是微生物克隆，即用一個細菌很快複製出成千上萬個和它一模一樣的細菌，而變成一個細菌群；第二個時期是生物技術克隆，比如用遺傳基因——DNA克隆；第三個時期是動物克隆，即由一個細胞克隆成一個動物。克隆綿羊“多莉”由一頭母羊的體細胞克隆而來，使用的便是動物克隆技術。在生物學上，克隆通常用在兩個方麵：克隆一個基因或是克隆一個物種。克隆一個基因是指從一個個體中獲取一段基因，然後將其插入另外在動物界也有無性繁殖，不過多見於非脊椎動物，如原生動物的分裂繁殖、尾索類動物的出芽生殖等。但對於高級動物，在自然條件下，一般隻能進行有性繁殖，所以要使其進行無性繁殖，科學家必須經過一係列複雜的操作程序。在上世紀50年代，科學家成功地無性繁殖出一種兩棲動物——非洲爪蟾，揭開了細胞生物學的新篇章。英國和我國等國在80年代後期先後利用胚胎細胞作為供體，“克隆”出了哺乳動物。到90年代中期，我國已用此種方法“克隆”了老鼠、兔子、山羊、牛、豬5種哺乳動物。1996年7月5日克隆出一隻基因結構與供體完全相同的小羊“多利”(Dol—ly)，世界輿論為之嘩然。“多利”的特別之處在於它的生命的誕生沒有**的參與。研究人員先將一個綿羊卵細胞中的遺傳物質吸出去，使其變成空殼，然後從一隻6歲的母羊身上取出一個乳腺細胞，將其中的遺傳物質注入卵細胞空殼中。這樣就得到了一個含有新的遺傳物質但卻沒有受過精的卵細胞。這一經過改造的卵細胞分裂、增殖形成胚胎，再被植入另一隻母羊子宮內，隨著母羊的成功分娩，“多利”來到了世界。但為什麽其它克隆動物並未在世界上產生這樣大的影響呢?這是因為其他克隆動物的遺傳基因來自胚胎，且都是用胚胎細胞進行的核移植，不能嚴格地說是“無性繁殖”。另一原因，胚胎細胞本身是通過有性繁殖的，其細胞核中的基因組一半來自父本，一半來自母本。而“多利”的基因組，全都來自於單親，這才是真正的無性繁殖。因此，從嚴格的意義上說，“多利”是世界上第一個真正克隆出來的哺乳動物。其特點就在於它與為它提供遺傳物質的供體——那頭6歲母羊具有完全相同的基因，可謂是它母親的複製品。“多利”的誕生，意味著人類可以利用動物的一個組織細胞，像翻錄磁帶或複印文件一樣，大量生產出相同的生命體，這無疑是基因工程研究領域的一大突破。克隆技術是科學發展的結果，它有著極其廣泛的應用前景。在園藝業和畜牧業中，克隆技術是選育遺傳性質穩定的品種的理想手段，通過它可以培育出優質的果樹和良種家畜。在醫學領域，目前美國、瑞士等國家已能利用“克隆”技術培植人體皮膚進行植皮手術。這一新成就避免了異體植可能出現的排異反應，給病人帶來了福音。克隆是人類在生物科學領域取得的一項重大技術突破，反映了細胞核分化技術、細胞培養和控製技術的進步。動物克隆技術的重大突破，也帶來了廣泛的爭議。利用克隆技術可以在搶救珍奇瀕危動物、擴大良種動物群體、提供足量試驗動物、推進轉基因動物研究、攻克遺傳性疾病、研製高水平新藥、生產可供人移植的內髒器官等研究中發揮作用，但如果將其應用在人類自身的繁殖上，將產生巨大的倫理危機。
雜交水稻先驅——袁隆平（20世紀70年代）
選用兩個在遺傳上有一定差異，同時它們的優良性狀又能互補的水稻品種，進行雜交，生產具有雜種優勢的第一代雜交種，用於生產，這就是雜交水稻。雜種優勢是生物界普遍現象，利用雜種優勢提高農作物產量和品質是現代農業科學的主要成就之一。1971年2月袁隆平被調到湖南省農業科學院專門從事雜交水稻研究工作。為加強和協調雜交水稻的科學研究，1984年6月成立了全國性的雜交水稻專門研究機構——湖南雜交水稻研究中心，後又成立國家雜交水稻工程技術研究中心，均由袁隆平任中心主任至今。1995年他當選為中國工程院院士。被稱為雜交水稻之父。1960年袁隆平從一些學報上獲悉雜交高粱、雜交玉米、無籽西瓜等，都已廣泛應用於國內外生產中。這使袁隆平認識到：遺傳學家孟德爾、摩爾根及其追隨者們提出的基因分離、自由組合和連鎖互換等規律對作物育種有著非常重要的意義。於是，袁隆平跳出了無性雜交學說圈，開始進行水稻的有性雜交試驗。1960年7月，他在早稻常規品種試驗田裏，發現了一株與眾不同的水稻植株。第二年春天，他把這株變異株的種子播到試驗田裏，結果證明了上年發現的那個“鶴立雞群”的稻株，是地地道道的“天然雜交稻”。他想：既然自然界客觀存在著“天然雜交稻”，隻要我們能探索其中的規律與奧秘，就一定可以按照我們的要求，培育出人工雜交稻來，從而利用其雜交優勢，提高水稻的產量。這樣，袁隆平從實踐及推理中突破了水稻為自花傳粉植物而無雜種優勢的傳統觀念的束縛。於是，袁隆平立即把精力轉到培育人工雜交水稻這一嶄新課題上來。在1964年到1965年兩年的水稻開花季節裏，他和助手們每天頭頂烈日，腳踩爛泥，低頭彎腰，終於在稻田裏找到了6株天然雄性不育的植株。經過兩個春秋的觀察試驗，對水稻雄性不育材料有了較豐富的認識後，他根據所積累的科學數據，撰寫成了論文《水稻的雄性不孕性》，發表在《科學通報》上。這是國內第一次論述水稻雄性不育性的論文，不僅詳盡敘述水稻雄性不育株的特點，並就當時發現的材料區分為無花粉、花粉敗育和部分雄性不育三種類型。從1964年發現“天然雄性不育株”算起，袁隆平和助手們整整花了6年時間，先後用1000多個品種，做了3000多個雜交組合，仍然沒有培育出不育株率和不育度都達到100％的不育係來。袁隆平總結了6年來的經驗教訓，並根據自己觀察到的不育現象，認識到必須跳出栽培稻的小圈子，重新選用親本材料，提出利用“遠緣的野生稻與栽培稻雜交”的新設想。在這一思想指導下，袁隆平帶領助手李必湖於1970年11月23日在海南島的普通野生稻群落中，發現一株雄花敗育株，並用廣場矮、京引66等品種測交，發現其對野敗不育株有保持能力，這就為培育水稻不育係和隨後的“三係”配套打開了突破口，給雜交稻研究帶來了新的轉機。是將“野敗”這一珍貴材料封閉起來，自己關起門來研究，還是發動更多的科技人員協作攻關呢?在這個重大的原則問題上，袁隆平毫不含糊、毫無保留地及時向全國育種專家和技術人員通報了他們的最新發現，並慷慨地把曆盡艱辛才發現的“野敗”奉獻出來，分送給有關單位進行研究，協作攻克“三係”配套關。1972年，農業部把雜交稻列為全國重點科研項目，組成了全國範圍的攻關協作網。1973年，廣大科技人員在突破“不育係”和“保持係”的基礎上，選用1000多個品種進行測交篩選，找到了1000多個具有恢複能力的品種。張先程、袁隆平等率先找到了一批以11124為代表的優勢強、花粉量大、恢複度在90％以上的“恢複係”。1973年10月，袁隆平發表了題為《利用野敗選育三係的進展》的論文，正式宣告我國秈型雜交水稻“三係”配套成功。這是我國水稻育種的一個重大突破。緊接著，他和同事們又相繼攻克了雜種“優勢關”和“製種關”，為水稻雜種優勢利用鋪平了道路。上世紀90年代後期，美國學者布朗拋出“中國威脅論”，撰文說到21世紀30年代，中國人口將達到16億，到時誰來養活中國，誰來拯救由此引發的全球性糧食短缺和動**危機?這時，袁隆平向世界宣布：“中國完全能解決自己的吃飯問題，中國還能幫助世界人民解決吃飯問題”。其實，袁隆平早有此慮。早在1986年，就在其論文《雜交水稻的育種戰略》中提出將雜交稻的育種從選育方法上分為三係法、兩係法和一係法三個發展階段，即育種程序朝著由繁至簡且效率越來越高的方向發展；從雜種優勢水平的利用上分為品種間、亞種間和遠緣雜種優勢的利用三個發展階段，即優勢利用朝著越來越強的方向發展。根據這一設想，雜交水稻每進入一個新階段都是一次新突破，都將把水稻產量推向一個更高的水平。1995年8月，袁隆平鄭重宣布：我國曆經9年的兩係法雜交水稻研究已取得突破性進展，可以在生產上大麵積推廣。正如袁隆平在育種戰略上所設想的，兩係法雜交水稻確實表現出更好的增產效果，普遍比同期的三係雜交稻每公頃增產750～1500公斤，且米質有了較大的提高。至今，在生產示範中，全國已累計種植兩係雜交水稻1800餘萬畝。目前，國家“863”計劃已將培矮係列組合作為兩係法雜交水稻先鋒組合，在全國加大力度推廣。1998年8月，袁隆平又向新的製高點發起衝擊。他向朱鎔基總理提出選育超級雜交水稻的研究課題。朱總理聞訊後非常高興，當即劃撥1000萬元予以支持。袁隆平為此深受鼓舞。在海南三亞農場基地，袁隆平率領著一支由全國十多個省、區成員單位參加的協作攻關大軍，日夜奮戰，攻克了兩係法雜交水稻難關。經過近一年的艱苦努力，超級雜交稻在小麵積試種獲得成功，畝產達到800公斤，並在西南農業大學等地引種成功。目前，超級雜交稻正走向大麵積試種推廣中。
第五篇 天文地理篇
地動儀的製造——張衡
漢章帝在位期間，東漢的政治比較平穩。漢章帝死後，年僅10歲的漢和帝繼承了皇位。竇太後臨朝執政，她的哥哥竇憲掌握了朝政大權，東漢王朝便開始走下坡路了。這段時期裏，出現了一位著名的科學家——張衡。張衡是南陽人。17歲那年，他離開家鄉，先後到了長安和洛陽，在太學裏用功讀書。朝廷聽說張衡很有學問，便召他進京做官，先是在宮裏做郎中，繼而又擔任了太史令，叫他負責觀察天文。這個工作正好符合他的研究興趣。經過觀察研究，他斷定地球是圓的，月亮的光源是借太陽的照射而反射出來的。他還認為天好像雞蛋殼，包在地的外麵；地好像雞蛋黃，在天的中心。這種學說雖然不完全準確，但在1800多年以前，能得出這種科學結論，不能不使後來的天文學家感到欽佩。張衡還用銅製作了一種測量天文的儀器，叫做“渾天儀”。上麵刻著日月星辰等天文現象。那個時期，地震發生頻繁。有時候一年發生一兩次。發生一次大地震，就波及到好幾十個郡，城牆、房屋傾斜倒坍，造成人畜傷亡。張衡記錄了地震的現象，經過細心的考察和試驗，發明了一個預測地震的儀器，叫做“地動儀”。地動儀是用青銅製造的，形狀類似酒壇，四周刻鑄了八條龍，龍頭朝著八個方向；每條龍的嘴裏含了一顆小銅球；龍頭下麵，蹲著一個銅製的蛤蟆，蛤蟆的嘴大張著，對準龍嘴。哪個方向發生了地震，朝著那個方向的龍嘴就會自動張開來，把銅球吐進蛤蟆的嘴裏，發出響亮的聲音，發出地震的警報。公元138年2月的一天，地動儀對準西方的龍嘴突然張開，吐出了銅球。按照張衡的設計原理，這就是報告西部發生了地震。過了幾天，有人騎著快馬來向朝廷報告，離洛陽一千多裏的金城、隴西一帶發生了大地震，還出現了山體崩塌。張衡61歲那年得病死去。他為我國的科學事業做出了巨大的貢獻。
望遠鏡的發明——伽利略
伽利略在帕多瓦大學工作的18年間，最初把主要精力放在他一直感興趣的力學研究方麵，他發現了物理上重要的現象——物體運動的慣性；他做過有名的斜麵實踐，總結了物體下落的距離與所經過的時間之間的數量關係；他還研究了炮彈的運動，奠定了拋物線理論的基礎；關於加速度這個概念，也是他第一個明確提出的；甚至為了測量病人發燒時體溫的升高，這位著名的物理學家還在1593年發明了第一支空氣溫度計……但是，一個偶然的事件，使伽利略改變了研究方向。他從力學和物理學的研究轉向廣漠無垠的茫茫太空了。那是1609年6月，伽利略聽到一個消息，說是荷蘭有個眼鏡商人利帕希在一偶爾的發現中，用一種鏡片看見了遠處肉眼看不見的東西。“這難道不正是我需要的千裏眼嗎?”伽利略非常高興。不久，伽利略的一個學生從巴黎來信，進一步證實這個消息的準確性，信中說盡管不知道利帕希是怎樣做的，但是這個眼鏡商人肯定是製造了一個鏡管，用它可以使物體放大許多倍。“鏡管!”伽利略把來信翻來覆去看了好幾遍，急忙跑進他的實驗室。他找來紙和鵝管筆，開始畫出一張又一張透鏡成像的示意圖。伽利略由鏡管這個提示受到啟發，看來鏡管能夠放大物體的秘密在於選擇怎樣的透鏡，特別是凸透鏡和凹透鏡如何搭配。他找來有關透鏡的資料，不停地進行計算，忘記了暮色爬上窗戶，也忘記了曙光是怎樣射進房間。整整一個通宵，伽利略終於明白，把凸透鏡和凹透鏡放在一個適當的距離，就像那個荷蘭人看見的那樣，遙遠的肉眼看不見的物體經過放大也能看清了。伽利略非常高興。他顧不上休息，立即動手磨製鏡片，這是一項很費時間又需要細心的活兒。他一連幹了好幾天，磨製出一對對凸透鏡和凹透鏡，然後又製作了一個精巧的可以滑動的雙層金屬管。現在，該試驗一下他的發明了。伽利略小心翼翼地把一片大一點的凸透鏡安在管子的一端，另一端安上一片小一點的凹透鏡，然後把管子對著窗外。當他從凹透鏡的一端望去時，奇跡出現了，那遠處的教堂仿佛近在眼前，可以清晰地看見鍾樓上的十字架，甚至連一隻在十字架上落腳的鴿子也看得非常逼真。伽利略製成望遠鏡的消息馬上傳開了。“我製成望遠鏡的消息傳到威尼斯”，在一封寫給妹夫的信裏，伽利略寫道： “一星期之後，就命我把望遠鏡呈獻給議長和議員們觀看，他們感到非常驚奇。紳士和議員們，雖然年紀很大了，但都按次序登上威尼斯的最高鍾樓，眺望遠在港外的船隻，看得都很清楚；如果沒有我的望遠鏡，就是眺望兩個小時，也看不見。這儀器的效用可使50英裏以外的物體，看起來就像在5英裏以內那樣。”
伽利略發明的望遠鏡，經過不斷改進，放大率提高到30倍以上，能把實物放大1000倍。現在，他猶如有了千裏眼，可以窺探宇宙的秘密了。這是天文學研究中具有劃時代意義的一次革命，幾千年來天文學家單靠肉眼觀察日月星辰的時代結束了，代之而起的是光學望遠鏡，有了這種有力的武器，近代天文學的大門被打開了。現在，每當星光燦爛或是皓月當空的夜晚，伽利略便把他的望遠鏡瞄準深邃遙遠的蒼穹，不顧疲勞和寒冷，夜複一夜地觀察著。
過去，人們一直以為月亮是個光滑的天體，像太陽一樣自身發光。但是伽利略透過望遠鏡發現，月亮和我們生存的地球一樣，有高峻的山脈，也有低凹的窪地(當時伽利略稱它是“海”)。他還從月亮上亮的和暗的部分的移動，發現了月亮自身並不能發光，月亮的光是透過太陽得來的。伽利略又把望遠鏡對準橫貫天穹的銀河，以前人們一直認為銀河是地球上的水蒸氣凝成的白霧，亞裏士多德就是這樣認為的。伽利略決定用望遠鏡檢驗這一說法是否正確。他用望遠鏡對準夜空中霧蒙蒙的光帶，不禁大吃一驚，原來那根本不是雲霧，而是千千萬萬顆星星聚集一起。伽利略還觀察了天空中的斑斑雲彩——即通常所說的星團，發現星團也是很多星體聚集一起，像獵戶座星團、金牛座的昂星團、蜂巢星團都是如此。伽利略的望遠鏡揭開了一個又一個宇宙的秘密，他發現了木星周圍環繞著它運動的衛星，還計算了它們的運行周期。現在我們知道，木星共有14顆衛星，伽利略所發現的是其中最大的4顆。除此之外，伽利略還用望遠鏡觀察到太陽的黑子，他通過黑子的移動現象推斷，太陽也是在轉動的。一個又一個振奮人心的發現，促使伽利略動筆寫一本最新的天文學發現的書，他要向全世界公布他的觀測結果。1610年3月，伽利略的著作《星際使者》在威尼斯出版，立即在歐洲引起轟動。他是利用望遠鏡觀測天體取得大量成果的第一位科學家。這些成果包括：發現月球表麵凹凸不平，木星有四個衛星(現稱伽利略衛星)，太陽黑子和太陽的自轉，金星、木星的盈虧現象以及銀河由無數恒星組成等。他用實驗證實了哥白尼的“地動說”，徹底否定了統治千餘年的亞裏士多德和托勒密的“天動說”。
指南針的發明——不詳（春秋戰國時期）
指南針是中國古代四大發明之一。早在春秋戰國時期，人們對磁現象有了深刻的認識。古代中國人認為，磁石吸鐵，有如慈母懷子，因此在先秦的許多文獻中，多將“磁石”寫作“慈石”。戰國後期的哲學家韓非的著作中，不但有關於磁現象的記載，而且有把磁性用於辨別方位的記載。這表明，在那時人們已開始用磁石來製造最初的羅盤。
到了西漢時期，中國古代磁學有了進一步發展。東漢哲學家王充在其著作《論衡》中曾有過這樣的記述：“司南之杓，投之於地，其柢指南。”這說明，作為指南針前身的司南在當時已得到較為廣泛的應用。
西漢以後，古代羅盤技術的研究和應用已發展到了一個新階段。首先，形如勺的司南已發展成為基本上具有近代形式的指南針。其次，對磁學的研究也有了進一步的發展。北宋時期的大科學家沈括是中國古代羅盤技術與磁學知識的集大成者。在羅盤技術方麵，沈括係統地總結了製作指南針的縷懸法、水浮法等4種不同的製作方法。他在《夢溪筆談》一書中有這樣的敘述：選擇新的蠶絲，用蜂蠟把它粘在磁針的中央，懸吊在沒有風的地方，這時磁針便指向南方。或者是把磁鐵針粘在燈心草上，浮在水麵，這時磁針同樣可以指示南方，但稍稍偏東。在漢、唐時代，指南針多用於迷信的“看風水”活動，到公元ll世紀，指南針才開始用在航海上。宋德宗時，曾經南航蘇門答臘的朱或留下過這樣的記載：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針。”這說明，當時確實已把指南針用於航海。在我國指南針已經很普及的時候，歐洲還根本不知道它。公元12世紀，我國和阿拉伯之間的海上貿易逐漸發展起來，指南針也通過南海航路傳到印度，以後又通過印度傳到阿拉伯，又從阿拉伯輾轉傳到歐洲。在歐洲，最先仿製出指南針的是法國人古約。1205年，古約在研究中國指南針製作技術的基礎上，試製出了歐洲最早的指南針。到了15世紀，由於羅盤製作技術在歐洲的普及，羅盤被廣泛地用於海上探險活動。當羅盤的應用越來越廣泛時，對磁學的研究也隨之有了初步的發展。1492年，意大利人哥倫布在航海時發現了磁偏角。雖然哥倫布發現磁偏角的時間比中國的沈括發現磁偏角的時間晚400多年，但哥倫布是在並不知道中國人的發現的情況下獨立發現磁偏角的。這說明當時歐洲人對磁現象的觀察和研究有了深入和發展。16世紀，卡爾達諾完成了關於羅盤裝置，即所謂的“卡爾達諾裝置”的重要發明。這項發明由三個具有互相垂直旋轉軸的同心環組成的支持裝置，把羅盤固定在內環上，通過外環的軸把整個裝置架設在船體上。這樣，無論船體怎樣搖晃，羅盤總是可以始終保持水平，準確地指示南方。
“地心說”的開創——托勒密（公元2世紀）
公元127年，年輕的托勒密被送到亞曆山大去求學。在那裏，他閱讀了不少的書籍，並且學會了天文測量和大地測量。他曾長期住在亞曆山大城，直到151年。有關他的生平，史書上少有記載。在古老的宇宙觀中，人們把天看成是一個蓋子，地是一塊平板，平板就由柱子支撐著。在公元前四到三世紀，對於天體的運動。希臘人有兩種不同的看法：一種以歐多克斯為代表，他從幾何的角度解釋天體的運動，把天上複雜的周期現象，分解為若幹個簡單的周期運動；他又給每一種簡單的周期運動指定一個圓周軌道，或者是一個球形的殼層，他認為天體都在以地球為中心的圓周上做勻速圓周運動，並且用27個球層來解釋天體的運動。到了亞裏士多德時，又將球層增加到56個。另一種以阿利斯塔克為代表，他認為地球每天在自己的軸上自轉，每年沿圓周軌道饒日一周，太陽和恒星都是不動的，而行星則以太陽為中心沿圓周運動。但阿利斯塔克的見解當時沒有人表示理解或接受，因為這與人們肉眼看到的表觀景象不同。托勒密於公元2世紀，提出了自己的宇宙結構學說，即“地心說”。其實，地心說是亞裏士多德的首創，他認為宇宙的運動是由上帝推動的。他說，宇宙是一個有限的球體，分為天地兩層，地球位於宇宙中心，所以日月圍繞地球運行，物體總是落向地麵。地球之外有9個等距天層，由裏到外的排列次序是：月球天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原動力天，此外空無一物。各個天層自己不會動，上帝推動了恒星天層，恒星天層才帶動了所有的天層運動。人居住的地球，靜靜地屹立在宇宙的中心。托勒密全麵繼承了亞裏士多德的地心說，並利用前人積累和他自己長期觀測得到的數據，寫成了8卷本的《偉大論》。在書中，他把亞裏士多德的9層天擴大為1l層，把原動力天改為晶瑩天，又往外添加了最高天和淨火天。托勒密設想，各行星都繞著一個較小的圓周上運動，而每個圓的圓心則在以地球為中心的圓周上運動。他把繞地球的那個圓叫“均輪”，每個小圓叫“本輪”。同時假設地球並不恰好在均輪的中心，而偏開一定的距離，均輪是一些偏心圓；日月行星除作上述軌道運行外，還與眾恒星一起，每天繞地球轉動一周。托勒密這個不反映宇宙實際結構的數學圖景，卻較為完滿的解釋了當時觀測到的行星運動情況，並取得了航海上的實用價值，從而被人們廣為信奉。
天體模型的特點——托勒密的天體模型之所以能夠流行千年，是有它的優點和曆史原因的。它的主要特點是：一、繞著某一中心的勻角速運動，符合當時占主導思想的柏拉圖的假設，也適合於亞裏士多德的物理學，易於被接受。二、用幾種圓周軌道不同的組合預言了行星的運動位置，與實際相差很小，相比以前的體係有所改進，還能解釋行星的亮度變化。三、地球不動的說法，對當時人們的生活是令人安慰的假設，也符合基督教信仰。在當時的曆史條件下，托勒密提出的行星體係學說，是具有進步意義的。首先，它肯定了大地是一個懸空著的沒有支柱的球體。其次，從恒星天體上區分出行星和日月是離我們較近的一群天體，這是把太陽係從眾星中識別出來的關鍵性一步。托勒密本人聲稱他的體係並不具有物理的真實性，而隻是一個計算天體位置的數學方案。至於教會利用和維護地心說，那是托勒密死後一千多年的事情了。教會之所以維護地心說，隻是想歪曲它以證明教義中描繪的天堂人問地獄的圖像，如果編纂教義時流行著別的什麽學說，說不定教會也會加以利用的。所以，托勒密的宇宙學說同宗教本來並沒有什麽必然的聯係。
大衍曆——僧一行（公元725年）
“僧一行”俗名張遂，生於唐高宗永淳二年(公元683年)，今河南省南樂縣人。他是唐代著名高僧，唐開國元勳張公瑾的孫子，也是傑出的天文學家。一行從小就博覽群書，對於曆象、陰陽五行尤其感興趣，並已有相當深的造詣。那時京城長安玄都觀藏書豐富，觀中的主持道長尹崇，精通玄學，是當時聞名遠近的大學問家，一行就去向尹崇求教，還向尹崇借了漢代楊雄的玄學名著《太玄經》，不幾天還書時尹崇很不高興，就嚴肅地對他說：“這本書道理深奧，我雖已讀了幾遍，論時間也有幾年，還沒有完全弄通弄懂，你還是拿回去再仔細讀讀吧!”一行十分鄭重地回答說：“這本書我的確已經讀完了。”然後，取出自己讀此書寫出的心得體會《大衍玄圖》、《義訣》’等遞交給尹崇，尹崇看後讚歎不已，於是經常向別人介紹一行，讚揚他是博學多識的“神童”，稱他後生可畏。自此，一行博學聰敏的名聲就傳開了。唐時，從唐高宗時就采用《麟德曆》，到一行時，已用50多年。開元九年(公元721年)，根據《麟德曆》推算，九月巳日應發生日食，但觀測結果確有較大的誤差。於是唐玄宗下令改曆，並把這項任務交給了一行，一行繼承了我國天文學家實事求是的優良傳統，主張要在實測日、月、五星的基礎上，編製新曆，他說：“今欲創曆立之，須知黃道進退，請更令太史測候”。為了使實測能得到精確數據，一行和機械製造專家梁令瓚合作創製了黃道遊儀、水運渾天儀等大型天文觀測儀，儀器為修訂曆法準備了物資技術條件。一行還主持了一次大規模地大的實測活動，為製訂曆法做準備工作。這次測量的地點多達十三處，遍布全國，以黃河南北平原地區為中心，北到北緯5l度左右的鐵勒(今蒙古境內)。南到北緯17度的林邑(今越南境內)，遍及今天的常德、襄樊、太原等地。測量的內容，包括當地的春分、秋分、夏至、冬至的正午時分，八尺表杆的日影長度，北極高度，晝夜長短以及見到同一次日食的食分和時刻等。為了測量北極高度，一行還專門設計製作了“覆矩”，這件工具，在這次天文大測量中起了很重要的作用。一行還派太史監南宮說基本上按照隋朝劉焯的設計方案，在黃河南北平原選定四個地點進行實地測量。這四個地點是：今天河南的滑縣、開封、扶溝、上蔡。通過實測，推翻了過去一直沿用的“日影千裏差一寸”的謬論。南宮說還親自到了陽城用周公測景台進行實測，並把周公測景台換為石圭石表。一行根據他測量的結果，經過精確地計算，得出了“大率五百二十六裏二百七十步而北極差一度半，三百五十一裏八十步，而差一度”的結果。如果將一行算出的結果換算成現代的表示方法，就是一度為132.03公裏。這實際上是世界上一次實測子午線長度的活動，英國著名的科學家李約瑟一再稱：“這是科學史上劃時代的創舉”。在完成大規模實地測量工作之後，一行使用先進的天文儀器仔細觀察日月星辰運行情況，取得了大量可靠的數據，並認真研究了前人的學術成果後。於公元725年，一行開始正式製訂新的曆法——《大衍曆》，但因積勞成疾，隻完成初稿就死去了。最後完成任務的是張說和陳玄景等。《大衍曆》是當時最優秀的曆法，於公元729年頒布執行。公元733年，《大衍曆》傳人日本，在日本又使用了將近一百年。
曆法的發明
人類在以采集和漁獵為生的舊石器時代，已經對寒來暑往的變化、月亮的圓缺、動物活動的規律、植物生長和成熟的時間，逐漸有了一定的認識。新石器時代，社會經濟逐漸進入以農、牧生產為主的階段，人們更加需要掌握季節，以便不誤農時。古代的天文曆法知識就是在生產實踐的迫切需要中產生出來的。在中國，相傳黃帝時已有了曆法。不過，根據考古資料的印證，應當是帝堯時有了曆法。《尚書·堯典》中說，帝堯曾組織了一批天文官到東、南、西、北四個地方去觀測天象，以編製曆法，向人們預報季節。其中的羲仲，被派到東方蝸夷嚦穀的地方，觀測仲春季節的星象，祭祀日出。古埃及大約在公元前2780年，創造了一年365天的回歸曆或太陽曆。他們還經過50年的研究，製定了基於尼羅河泛濫的曆法。尼羅河經常泛濫，它的泛濫對埃及的莊稼和人民的生活都至關重要。埃及人把一年分為12等分，餘下5天作為節日。從公元前747年起，巴比倫天文學家已開始從一個固定的時間點計算一年內的時間。古希臘的塞琉西王朝(從約公元前280年起)也是從一個固定點記錄時間的。在美洲，瑪雅人(公元600年至800年)和阿茲台克人(約公元1300年至1500年)把宗教與曆法結合的極其緊密。特別是瑪雅人，他們很懂得天文學。他們把一年算作365天，一年由18個單位組成，一個單位為20天，另外還有5天，是“不吉利的日子”。由於真正的太陽年實際上是365天5小時48分46秒，到羅馬時代，正好365天的陽曆就需要修改了。公元前46年，凱撒聽取了索西格內斯的意見，改革了曆法。按改革後的曆法，每隔4年有一個閏年，增加一天。一年的12個月份為大月和小月，大月3l天，小月30天。在不是閏年的時候，2月隻有29天。然而，羅馬人的改革也沒有使曆法變得完全準確。到1582年，按當時的年曆，春分應在3月11日，而實際上應當在3月21日。由於對教會來說，準確地確定全世界的萬聖節和宗教節具有重大意義，於是教皇格雷果裏十三世便再次改革了曆法，使1582年的10月4日變成了10月15日。為了避免發生錯誤，改革後的曆法是每個世紀內有24個閏年而不是25個閏年。許多信新教的國家都逐漸改用了格雷果裏曆。英國在1752年采用了這一曆法，由於要在英國的舊曆法上加上11天才能跟新曆法一致，於是發生了曆史上著名的人們要求歸還11天的騷亂。其他國家接受這一新曆法的時間有先有後，如俄國在1917年十月革命之後才改革曆法，而泰國直到1940年才開始采用格雷果裏曆。
天體運行論——哥白尼（1515年）
哥白尼1473年2月19日出生於波蘭維斯杜拉河畔的托倫市的一個富裕家庭。18歲時就讀於波蘭舊都的克萊考大學，學習醫學期間對天文學產生了興趣。1496年，23歲的哥白尼來到文藝複興的策源地——意大利，在博洛尼亞大學和帕多瓦大學攻讀法律、醫學和神學，博洛尼亞大學的天文學家德諾瓦拉(1454～1540年)對哥白尼影響極大，在他那裏學到了天文觀測技術以及希臘的天文學理論。在意大利期間，哥白尼就熟悉了希臘哲學家阿裏斯塔克斯(前三世紀)的學說，確信地球和其他行星都圍繞太陽運轉這個日心說是正確的。他大約在40歲時開始在朋友中散發一份簡短的手稿，初步闡述了他自己有關日心說的看法。哥白尼經過長年的觀察和計算終於完成了他的偉大著作《天體運行論》。他在《天體運行論》中觀測計算所得數值的精確度是驚人的。他得到恒星年的時間為365天6小時9分40秒，比現在的精確值約多30秒，誤差隻有百萬分之一；他得到的月亮到地球的平均距離是地球半徑的60·30倍，和現在的60.27倍相比，誤差隻有萬分之五。哥白尼的“日心說”發表之前，“地心說”在中世紀的歐洲一直居於統治地位。自古以來，人類就對宇宙的結構不斷地進行著思考，早在古希臘時代就有哲學家提出了地球在運動的主張，隻是當時缺乏依據，因此沒有得到人們的認可。在古代歐洲，亞裏士多德和托勒密主張“地心說”，認為地球是靜止不動的，其他的星體都圍著地球這一宇宙中心旋轉。這個學說的提出與基督教《聖經》中關於天堂、人間、地獄的說法剛好互相吻合，處於統治地位的教廷便竭力支持地心學說，把“地心說”和上帝創造世界融為一體，用來愚弄人們，維護自己的統治。因而“地心說”學被教會奉為和《聖經》一樣的經典，長期居於統治地位。隨著事物的不斷發展，天文觀測的精確度漸漸提高，人們逐漸發現了地心學說的破綻。到文藝複興運動時期，人們發現托勒密所提出的均輪和本輪的數目竟多達八十個左右，這顯然是不合理、不科學的。人們期待著能有一種科學的天體係統取代地心說。在這種曆史背景下，哥白尼的地動學說應運而生了。1515年，哥白尼為闡述自己關於天體運動學說的基本思想撰寫了一篇題為《淺說》的論文，他認為天體運動必須滿足以下七點：不存在一個所有天體軌道或天體的共同的中心；地球隻是引力中心和月球軌道的中心，並不是宇宙的中心；所有天體都繞太陽運轉，宇宙的中心在太陽附近；地球到太陽的距離同天穹高度之比是微不足道的；在天空中看到的任何運動，都是地球運動引起的；在空中看到的太陽運動的一切現象，都不是它本身運動產生的，而是地球運動引起的，地球同時進行著幾種運動；人們看到的行星向前和向後運動，是由於地球運動引起的。地球的運動足以解釋人們在空中見到的各種現象了。此外，哥白尼還描述了太陽、月球、三顆外行星(土星、木星和火星)和兩顆內行星(金星、水星)的視運動。書中，哥白尼批判了托勒密的理論，科學地闡明了天體運行的現象，推翻了長期以來居於統治地位的地心說，並從根本上否定了基督教關於上帝創造一切的謬論，從而實現了天文學中的根本變革。他正確地論述了地球繞其軸心運轉、月亮繞地球運轉、地球和其他所有行星都繞太陽運轉的事實。但是他也和前人一樣嚴重低估了太陽係的規模。他認為星體運行的軌道是一係列的同心圓，這當然是錯誤的。他的學說裏的數學運算很複雜也很不準確。但是他的書立即引起了極大的關注，驅使其他一些天文學家對行星運動作更為準確的觀察，其中最著名的是丹麥偉大的天文學家泰壽·勃萊荷，開普勒就是根據泰壽積累的觀察資料，最終推導出了星體運行的正確規律。這是一個前所未聞的開創新紀元的學說，對於千百年來學界奉為定論的托勒密地球中心說無疑是當頭一棒。雖然阿裏斯塔克斯比哥白尼提出日心學說早1700多年，但是事實上哥白尼得到了這一盛譽。阿裏斯塔克斯隻是憑借靈感做了一個猜想，並沒有加以詳細的討論，因而他的學說在科學上毫無用處。哥白尼逐個解決了猜想中的數學問題後，就把它變成了有用的科學學說——一種可以用來做預測的學說，通過對天體觀察結果的檢驗並與地球是宇宙中心的舊學說的比較，你就會發現它的重大意義。顯然，哥白尼的學說是人類對宇宙認識的革命，它使人們的整個世界觀都發生了重大變化。但是在估價哥白尼的影響時，我們還應該注意到，天文學的應用範圍不如物理學、化學和生物學那樣廣泛。從理論上來講，人們即使對哥白尼學說的知識和應用一竅不通，也會造出電視機、汽車和現代化學廠之類的東西。但是不應用法拉第、麥克斯韋、拉瓦錫和牛頓的學說則是不可想象的。僅僅考慮哥白尼學說對技術的影響就會完全忽略它的真正意義。哥白尼的書對伽利略和開普勒的工作是一個不可缺少的序幕。他倆又成了牛頓的主要前輩。是他們的發現才使牛頓有能力確定運動定律和萬有引力定律。哥白尼的日心宇宙體係既然是時代的產物，它就不能不受到時代的限製。反對神學的不徹底性，同時表現在哥白尼的某些觀點上，他的體係是存在缺陷的。哥白尼所指的宇宙是局限在一個小的範圍內的，具體來說，他的宇宙結構就是今天我們所熟知的太陽係，即以太陽為中心的天體係統。宇宙既然有它的中心，就必須有它的邊界，哥白尼雖然否定了托勒密的“九重天”，但他卻保留了一層恒星天，盡管他回避了宇宙是否有限這個問題，但實際上他是相信恒星天球是宇宙的“外殼”，他仍然相信天體隻能按照所謂完美的圓形軌道運動，所以哥白尼的宇宙體係，仍然包含著不動的中心天體。但是作為近代自然科學的奠基人，哥白尼的曆史功績是偉大的。確認地球不是宇宙的中心，而是行星之一，從而掀起了一場天文學上根本性的革命，是人類探求客觀真理道路上的裏程碑。哥白尼的偉大成就，不僅鋪平了通向近代天文學的道路，而且開創了整個自然界科學向前邁進的新時代。從哥白尼時代起，脫離教會束縛的自然科學和哲學開始獲得飛躍的發展。從曆史的角度來看，《天體運行論》是當代天文學的起點——當然也是現代科學的起點。
開普勒定律——開普勒（1609年）
開普勒定律的內容——開普勒定律統稱“開普勒三定律”，也叫“行星運動定律”，是指行星在宇宙空間繞太陽公轉所遵循的定律。由於是德國天文學家開普勒根據丹麥天文學家第穀·布拉赫等人的觀測資料和星表，通過他本人的觀測和分析後，於1609～1619年先後歸納提出的，故行星運動定律即指開普勒三定律。
開普勒在1609年發表了關於行星運動的兩條定律：開普勒第一定律(軌道定律)：所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在橢圓的一個焦點上。開普勒第二定律(麵積定律)：對於任何一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間掃過相等的麵積。用公式表示為：sAB=SCI)=SEK簡短證明：以太陽為轉動軸，.由於引力的切向分力為0，所以對行星的力矩為0，所以行星角動量為一恒值，而角動量又等於行星質量乘以速度和與太陽的距離，即L=mvl".其中m也是常數，故vr就是一個不變的量，而在一短時間△t內，r掃過的麵積又大約等於vrat／2，即隻與時間有關，這就說明了開普勒第二定律。1609年，這兩條定律發表在他出版的《新天文學》。1619年，開普勒又發現了第三條定律：開普勒第三定律(周期定律)：所有的行星的軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。用公式表示為：(1R^3)／(’r2)=k其中，R是行星公轉軌道半長軸，T是行星公轉周期，k：GM／(4叮T^2)：常數(M為中心天體質量)1619年，他出版了《宇宙的和諧》一書，介紹了第三定律，他寫道：“認識到這一真理，這是超出我的最美好的期望的。大局已定，這本書是寫出來了，可能當代有人閱讀，也可能是供後人閱讀的。它很可能要等一個世紀才有信奉者一樣，這一點我不管了。”
開普勒定律的意義：首先，開普勒定律在科學思想上表現出無比勇敢的創造精神。遠在哥白尼創立日心宇宙體係之前，許多學者對於天動地靜的觀念就提出過不同見解。但對天體遵循完美的均勻圓周運動這一觀念，從未有人敢懷疑。開普勒卻毅然否定了它。這是個非常大膽的創見。哥白尼知道幾個圓合並起來就可以產生橢圓’。但他從來沒有用橢圓來描述過天體的軌道。正如開普勒所說，“哥白尼沒有覺察到他伸手司得的財富”。其次，開普勒定律徹底摧毀了托勒密的本輪係，把哥白尼體係從本輪的桎梏下解放出來，為它帶來充分的完整和嚴謹。哥白尼拋棄古希臘人的一個先入之見，即天與地的本質差別，獲得一個簡單得多的體係。但它仍須用八十幾個圓周來解釋天體的表觀運動。開普勒卻找到最簡單的世界體係，隻用七個橢圓說就全部解決了。從此，不需再借助任何本輪和偏心圓就能簡單而精確地推算行星的運動。第三，開普勒定律使人們對行星運動的認識得到明晰的概念。它證明行星世界是一個勻稱的(即開普勒所說的“和諧”)係統。這個係統的中心天體是太陽，受來自太陽的某種統一力量所支配。太陽位於每個行星軌道的焦點之一。行星公轉周期決定於各個行星與太陽的距離，與質量無關。而在哥白尼體係中，太陽雖然居於宇宙“中心”，卻並不扮演這個角色，因為沒有一個行星的軌道中心是同太陽相重合的。由於利用前人進行的科學實驗和記錄下來的數據而作出科學發現，在科學史上是不少的。但像行星運動定律的發現那樣，從第穀的20餘年辛勤觀測到開普勒長期的精心推算，道路如此艱難，成果如此輝煌的科學合作，則是罕見的。這一切都是在沒有望遠鏡的條件下得到的!後來，牛頓利用他的第二定律和萬有引力定律，在數學上嚴格地證明開普勒定律，也讓人們了解當中的物理意義。事實上，開普勒定律隻適用於二體問題，但是太陽係主要的質量集中於太陽，來自太陽的引力比行星之間的引力要大得多，因此行星軌道問題近似於二體問題。開普勒發現的行星運動定律改變了整個天文學，徹底摧毀了托勒密複雜的宇宙體係，完善並簡化了哥白尼的日心說。
第六篇 軍事航空篇
火炮的發明——不詳（1331年）
中國是最早發明火炮的國家。早在元朝時，作為管形火器的竹管已開始被金屬管所代替。先前以粗毛竹製作的突火槍，也變成了用金屬做的大型火銃。這種用金屬製作的大型火銃，就是早期的火炮。中國曆史博物館中展出的元代至順三年(1331年)製造的青銅鑄炮，重6.94公斤，長35.37厘米，口徑105毫米。中國的火藥和火器西傳以後，火炮在歐洲開始發展。14世紀上半葉，歐洲開始製造出發射石彈的火炮。其中1346年克勒西會戰時，英國國王愛德華三世統帥的部隊就使用了短管射石炮。到1350年，火器已流傳到西歐、南歐和中歐各國。百年戰爭中已使用生鐵或青銅做成的火炮，發射鉛彈、鐵彈或鐵器。1378年德國製成了鑄銅炮和鑄錫炮。15世紀時，開始出現了帶炮耳的火炮。這種火炮有兩個短軸裝置在炮管平衡點上，圍繞該點可使炮管俯仰。當然，對炮手來說，最重要的是怎樣才能簡單迅速地調整火炮射程，正是這種需要導致了彈道學的誕生。伽利略提出，彈丸飛行的軌跡是拋物線形的，從而糾正了人們認為炮彈在垂直下落之前是直線飛行的錯誤觀念。此後，英國的數學家本傑明·羅賓斯發明了一種名為彈道擺裝置，用於測量初速。進入18世紀後，火炮技術取得了驚人的進展。1736年，法國的古裏鮑巴爾對火炮作了重大改進。他對炮身長度、炮筒尺寸、彈丸重量及火藥的裝藥量等都進行了精心研究，並把火炮分成幾段製造，即使炮體的一部分毀壞，也能在更換後繼續使用。18世紀中葉，普魯士王弗裏德裏希二世和法國炮兵總監格裏博沃爾曾致力於提高火炮的機動性和標準化。在英法等國多次試驗的基礎上統一了火炮口徑，使火炮各部分的金屬重量比例更為恰當。從火炮出現到19世紀中葉以前，火炮一般是滑膛前裝炮，發射實心球彈，部分火炮發射球形爆炸彈、霰彈和榴霰彈。這種火炮的主要缺點是射速慢，射程近，射擊精度差。1846年，意大利G·卡瓦利少校在以往大量試驗的基礎上製成了螺旋線膛炮，發射錐頭柱體長形爆炸彈，提高了火炮的威力和射擊精度，增大了火炮射程。火炮技術的一項重要進步是反後坐裝置的創製。在19世紀末期以前，炮身通過耳軸與炮架相連接，這種火炮的炮架稱為剛性炮架。這種炮架在火炮發射時受力大，火炮笨重，機動性差，發射時影響瞄準。在1807年英國旗艦“勝利號”上曾用滑輪和重錘來限製火炮的後坐力。19世紀末期才出現了反後坐裝置，炮身通過反後坐裝置與炮架相連接，這種火炮的炮架稱為彈性炮架。影響最大的是法國1897年式75毫米野戰炮。這種火炮的設計包括具有兩種重要功能的液壓氣動式反後坐裝置。它不但能吸收火炮射出時產生的後坐力，而且與當時處在研究階段的其他方法不同，能在發射之後把炮管複歸原位，從而有效地提高了火炮的發射速度和威力。從20世紀初開始，火炮進入多樣化、專業和性能全麵提高的大發展時期。第一次世界大戰期間，為了對隱蔽目標和機槍陣地射擊，廣泛使用了迫擊炮和小口徑平射炮。隨著坦克的出現又產生了坦克炮。為了對付空中目標，廣泛使用了高射炮。當時各交戰國還重視大口徑遠程火炮的發展。法國1917年式220毫米加農炮，最大射程達22公裏。德國1912年製成的420毫米榴彈炮，最大射程9300米。20世紀30年代，火炮性能進一步改善。通過改進彈藥、增大射角、加長身管等途徑增大了射程。輕榴彈炮射程增大到12公裏左右，重榴彈炮增大到15公裏左右，150毫米加農炮增大到20～25公裏。炮閂和裝填機構的改進，提高了發射速度。普遍實行機械牽引，減輕火炮重量，提高了火炮的機動性。第二次世界大戰中，由於飛機提高了飛行高度，出現了大口徑高射炮、近炸引信和包控炮瞄雷達在內的火控係統。由於坦克和其他裝甲目標成了軍隊的主要威脅，又出現了無後坐力炮和威力更大的反坦克炮。
潛艇的問世——不詳（17世紀初）
從很早的時候起，人們就向往著能像魚兒一樣在水中自由遊泳。2000多年前，有個國王叫亞曆山大，他想到水下去逍遙，就下令工匠們給他做了一個玻璃容器，他躺在這個容器裏沉到海底，並在海底停留了一些時候，看到了水下奇異的水族生活。這可以看作早期人們對潛水裝置的探索。17世紀初，荷蘭有個物理學家，名叫科尼利斯·德雷爾，為了使潛水船能在水中前進，他做了長時間的研究和試驗。17世紀20年代，他用一條最大的潛水船，裝載12名水手，用漿劃船前進。這種潛水船是用木料製成的，在船體外麵蒙上了一層塗油的牛皮，下潛深度為4至5米，船內裝有羊皮囊作為水櫃。羊皮囊內灌進了水，船就下潛；把羊皮囊內的水擠壓出去船就上浮到水麵。這種潛水船要算是世界上最早的潛艇雛形了。18世紀美國獨立戰爭時，英國的戰艦在美國的海麵和港口橫衝直撞，激起了美國人的義憤。有一個叫戴維特·布斯涅爾的美國人，很早就想造一條潛水船到水下作一次旅行。由於戰爭爆發，他改變了主意，打算建造一條水下戰艦，從水下去攻擊英國的水麵戰艦。於是，他很快設計製成了一條小艇，起名叫“海龜”。“海龜”艇是木製的外殼，形狀很像一個尖頭向下的鵝蛋。艇底有一個小水櫃，艇內有一個小水泵，向水櫃灌水時，小艇就潛人水中，當水泵把水櫃的水抽出時，小艇就上浮。艇上還裝有一個手搖螺旋槳，可使小艇在水下前進。艇外掛有一個大炸藥桶。進攻時，小艇開到敵艦的正下方，然後用長矛似的鑽子去鑽敵艦的船底，鑽好後把炸藥桶掛上，啟動定時爆炸裝置，當小艇離開後，炸藥桶自動爆炸，就可以摧毀敵艦。“海龜”艇製成後，曾奉命攻擊英國的快速戰艦“鷹”號。當“海龜”艇潛到“鷹”號的船底下方時，駕駛員埃茲拉裏選擇鑽孔的位置不對，鑽不進去，他怕所帶的氧氣用完，於是放棄了攻擊，浮出水麵，準備返航。這時，英國海軍巡邏艇發現了它，就把它當作怪物進行追捕。“海龜”艇跑不過巡邏艇，埃茲拉·裏急中生智，把炸藥桶放了出來，並點燃了定時爆炸裝置，轟隆!一聲巨響，嚇得英國巡邏艇調頭就跑，埃茲拉·裏安全返回了基地。18世紀末，愛爾蘭裔的美國人羅伯特·富爾頓建造了一艘小巧玲瓏的潛艇，名叫“觸魚”。該潛艇長7米，形狀像子彈，艇體為鐵架銅殼，有水櫃，能使艇沉浮。艇上還有一台手搖螺旋槳，保證水下行駛；還有一根可以折疊的桅杆，並裝有風帆，能使艇在水上航行。它使用的武器是水雷。這條潛艇從材料、設備到武器，都比“海龜”艇有較大的改進，所以比“海龜”艇潛的深，攻擊威力大。19世紀中葉，德國人威廉·鮑爾對羅伯特·富爾頓的潛艇加以改進，製成了“火焰”號潛艇，裝置一對踏車作為動力。它就像現在的自行車一樣，用腳踏飛輪，帶動螺旋槳轉動，使艇前進。19世紀60年代，美國國內爆發了“南北戰爭”。南軍建造的“大衛”號潛艇，是以小型蒸汽機作為動力的。這是潛艇在動力上由人力改為機器的第一次重大改進。1863年10月的一個夜晚，“大衛”號潛艇襲擊了北軍的“克倫威爾”號鐵甲艦，使其受了傷。1864年2月17日傍晚，南軍又使用“亨利”號潛艇，用長竿魚雷(魚雷綁在一根長竿上)炸沉了北軍的一艘巡洋艦“休斯頓”號，成為曆史上第一艘擊沉戰艦的潛艇。1863年，法國建造了一艘很大的潛艇，叫“潛水員”號，長約47米，排水量420噸，艇上安裝了80馬力的壓縮空氣發動機作為動力。這個艇在水下航行的穩定性能差。到1881年，愛爾蘭籍美國人霍蘭，在解決潛艇水下航行穩定性方麵取得了進展，他用升降舵來保持潛艇水下航行時的穩定。19世紀80年代，法國又製造了一艘名叫“吉姆諾特”號的潛艇。這艘潛艇裝上了蓄電池，使用了55馬力的電動機作動力，這是潛艇動力上的又一次重大改革。1898年，霍蘭又研製了一種潛艇，以汽油發動機作動力，水下最大航行速度為5節(1節為每小時l海裏)，水上可達7節，這艘潛艇還可以水下發射魚雷。1899年，有個名叫芬貝夫的人，製成了一艘名叫“納維爾”號的潛艇，有兩層殼體，在艇的內殼外又包上一層外殼。內外殼之間的空間用來裝水，叫水櫃，可使潛艇下潛上浮，使潛艇具備了較好的潛浮和航海性能。水下航行速度可達8節，水上航行速度達到11節，並能給蓄電池充電。這一重大改進，為現代潛艇打下了良好的基礎。在第一次世界大戰前幾年，潛艇越造越大，越造越好，由於使用了柴油機作動力，航速有很大的提高，武器裝備也比以前多了。第一次世界大戰一開始，潛艇就投入到大規模的海戰中。1914年9月22日，德國的一艘潛艇在1小時15分鍾內，用6個魚雷擊沉了英國3艘1.2萬噸的巡洋艦，充分顯示了潛艇的威力。到了第二次世界大戰期間，世界各國建造的潛艇總數已達到1600多艘。隨著潛艇數量的增加，種類也在增多，用途也越來越廣。潛艇的排水量，已從數百噸發展到2000多噸。不僅出現了小型、中型、大型潛艇，而且還出現了執行特殊任務的袖珍潛艇。第一次世界大戰期間，為了提高潛艇的攻擊和自衛能力，安裝了火炮。但火炮在水中阻力很大，影響了潛艇的速度，以後又把火炮拆除了，增加了魚雷發射管的數量，這樣不僅提高了潛艇水下航行的速度，而且也增大了潛艇的攻擊威力。第二次世界大戰後，有的國家把常規動力改為核動力。1954年，美國的“舡魚”號潛艇首先采用了核動力。核動力使潛艇有了較大的航速，它比常規動力的速度大一倍多，而且能長時間在水下航行，它可以繞地球跑好幾圈而不需要增添燃料，而且它能夠以90％以上的時間在水下活動，大大提高了隱蔽性。而裝備了彈道導彈的核潛艇，已經成為一支戰略打擊力量。
熱氣球的發現——約瑟夫·蒙戈菲爾（1783年）
征服自然，飛上天空，是人類很早就產生的一種強烈願望。但人類能夠上天飛行，則是在1783年氣球發明之後。作為把人類帶上天空的飛行器，它比1903年美國萊特兄弟發明的第一架飛機要早100多年。1783年6月5日，在法國東南部的昂諾內小鎮，有個名叫約瑟夫。蒙戈菲爾的青年，他是一個造紙商的小夥計。他受炊煙上升現象的啟示，做了一個絲質球形口袋，並將這個口袋底朝上，口朝下，通過燃燒稻草和木柴，使袋內的空氣受熱，氣球就離地升起，飄然遠去，大約飛了一英裏半。這便是歐洲最早出現的熱空氣氣球。實際上，這種利用熱空氣浮升的方法，並非始於歐洲。在中國，2000多年前就有人進行這種試驗了。漢武帝時，淮南王劉安等人寫的《淮南子》一書記載：“取雞子，去其汁，燃艾火納空卵中，疾風因舉之飛”。意思是說，把雞蛋控空，在空殼裏點火，把空氣燒熱，蛋殼就能飛起來。現在根據實驗與計算得知，由於空蛋殼太小，裏麵充滿了熱空氣還不足以使蛋殼浮到空中，但它說明我們祖先很早就注意到熱空氣的浮升作用。五代(公元907～960年)時，辛七娘指揮作戰，曾用竹篾紮成方架糊上紙，下麵用鬆脂點燃，靠熱空氣把紙燈送上天空，作為軍事信號。這種燈被稱為“鬆脂燈”，實際上就是一隻熱氣球。這說明中國人製造的熱空氣氣球，比歐洲的氣球早好幾百年。但那時的氣球都還沒達到能載人載物的程度。約瑟夫·蒙戈菲爾研製的第一隻熱氣球試驗成功後，他想，要是把球做得大些，浮力就會增大，一定可以裝上更多的東西上天。於是他又花了三個月時間做了一個大氣球，形狀像隻大鴨梨，直徑最大處有12米，長17米。球體的表麵蒙上輕質的紗布，上麵還糊了一層防止漏氣的紙。氣球的下麵吊著一隻用柳條編的籠子，裏麵裝著一隻公雞、一隻鴨子和一隻山羊。1783年9月19日，蒙戈菲爾帶著氣球來到法國首都巴黎表演。凡爾賽宮前的廣場上擠滿了看熱鬧的人群，法國國王路易十六，也帶著滿朝文武官員到現場觀看。蒙戈菲爾首先點燃氣球下的稻草和柴禾，等到熱空氣充滿氣球後，他放開氣球，於是熱空氣便托著這隻巨大的氣球，慢慢上升。飛到離地500米空中，8分鍾後，氣球在3公裏以外降落，三位“乘客”中隻有那隻公雞受了點輕傷。但不是因為飛行出了問題，而是高興的公雞，在空中引頸高歌時，被受驚的山羊踢了一腳造成的。表演成功了，這促使國王批準進行世界上首次載人氣球飛行試驗。但由誰來駕駛呢?國王路易十六認為，乘氣球升天是十分危險的事，因此找了兩個被判了死刑的犯人來進行試驗，並宣布：如果犯人願意乘氣球上天的話，可以免除死刑。
但那時人們對天空充滿著神奇和恐懼的心理，認為乘氣球上天簡直是送死，甚至覺得比死還可怕。所以當這兩名犯人聽說要讓他們乘氣球上天時，嚇得連連哀求，不肯到氣球上去。這件事很快被兩個年輕的科學家皮拉特爾·德·羅依爾和阿蘭德知道了。他們便去見國王，對國王說：乘氣球上天，成為人類中第一個上天的人，是一件非常光榮的事，不應讓犯人來擔任。他們向國王要求，讓他們做試驗。看到他們堅決的態度，國王隻好同意了。1783年11月21日，試飛的時候到了。聞訊趕來觀看的人非常多，把廣場擠得水泄不通，連房頂上都站滿了人。隻見羅依爾和阿蘭德登上氣球後，解開纜繩。氣球便載著兩名勇敢的年輕人，飄然升空，一直升到300多米的空中。風推著他們越過塞納河，直到氣球裏的熱空氣開始變冷了，氣球才安然落地。試驗成功了，羅依爾和阿蘭德成了世界上最早上天的人。自從第一隻熱氣球升空後，許多從事科學研究的人，都在議論這個新奇的發明。熱空氣球雖然簡單，但燃料有限，在當時條件下，不可能造得很大，也飛不遠。因此大家都認為可以用氫氣代替熱空氣，使氣球飛得更高、更遠。在發明熱空氣氣球之前，英國人卡文迪西於1766年已發現了氫氣，但當時大量生產還有困難。於是法國成立了一個以雅·查理教授為首的專門小組，設法生產氫氣，進行氣球試驗。在羅伯特兄弟的協助下，他們用堅韌的絲質材料做了一個大氣囊，上麵塗上橡膠，使氣體不致泄露。然後往裏麵灌進氫氣。查理教授等人花了四天四夜，才將氣球充滿氫氣。第五天天一亮，他們就用一輛馬車把氣球運到巴黎附近的一個大廣場進行升空試驗。這次試驗取得了成功，它證明氫氣球比熱氣球好得多，它不需要燃料，可以長距離飛行，浮力比熱空氣大兩倍多，完全可以把人送上高空。這之後，氫氣球很快就得到了普遍利用。
飛艇的發明——羅伯特兄弟（1784年）
在1783年發明了氣球之後，人們馬上就想方設法推進和駕駛氣球。1784年，法國羅伯特兄弟製造了一艘人力飛艇，長15.6米，最大直徑9.6米，充氫氣後可產生1000多公斤的升力。羅伯特兄弟認為，飛艇在空中飛行和魚在水中遊動差不多，因此把它製成魚形，艇上裝上了槳，這槳是用綢子繃在直徑2米的框子上製成的。7月6日開始進行試飛，當氣囊充滿氫氣後，飛艇冉冉上升，隨著高度的增加，大氣壓逐漸降低，囊內氫氣膨脹，氣囊越脹越大，眼看就要脹破，這可把羅伯特兄弟嚇壞了，他們趕緊用小刀把氣囊刺了一個小孔，才使飛艇安全降到了地麵。這次試驗啟示人們，應當在氣囊上留一個放氣閥門。2個月後，兄弟倆又對飛艇進行了改裝，做了第二次飛行。這次飛行由7個人劃槳作動力，飛行了7個小時，但隻飛了幾千米。雖然飛行速度很慢，但它畢竟是人類第一艘有動力的飛艇。1872年，法國人特·羅姆製成了一艘用螺旋槳代替劃槳的人力飛艇。飛艇長36米，最大直徑15米。加上吊艙，高達29米，可載8人。螺旋槳直徑9米，幾個人輪流轉動螺旋槳，使其產生拉力，牽引飛艇前進，速度達每小時lO公裏，比劃槳的飛艇好多了。不久之後，另一個法國人卡奴·米亞從自行車受到啟發，設計了一種腳踏式螺旋槳飛艇。這種單人飛艇在無風時可以短時問飛行，速度可達每小時16公裏，比起手轉螺旋槳飛艇又快了許多。但這時飛艇飛行中有一個難題還沒解決，就是飛艇一升高，就要通過閥門放氣，以防止氣囊膨脹爆裂。但氣放掉之後，就再也無法升高了。為解決這一問題，法國的查理教授和羅伯特兄弟於1874年製成了一種裝有空氣房的氣球。它的形狀像紡錘，與現代飛艇很相似。這種氣球，·外麵是一個大的絲質膠囊，裏麵有一個小氣囊，小氣囊上麵有一個氣體閥門。外囊充氫氣，使氣球產生浮力升到空中，內囊用來充空氣。這個小氣囊就叫“空氣房”。氣球在升空之前，先將“空氣房”充進空氣。當氣球升到一定高度後，就將“空氣房”打開，放出一部分空氣。這樣，外囊膨脹後，“空氣房”就因受擠壓而縮小，使外囊膨脹的壓力有所減小，以保證氣囊不致脹破。這一發明，解決了氣球升空的一大難題，是飛艇發展史上的又一重大突破。此後，“空氣房”很快便在所有飛艇上使用了，並一直使用至今。18世紀60年代，蒸汽機、內燃機、電動機相繼發明，為飛艇動力的改進創造了條件。1851年，一台重160公斤，功率為2.2千瓦的蒸汽機製造成功，並很快被應用於飛艇上。1852年，法國的齊菲爾德製造了一艘橢圓形的飛艇，長44米，最大直徑13米，總升力2噸多。飛艇上安裝了螺旋槳，並用這台蒸汽機作動力。9月24日，這艘以蒸汽機作動力的飛艇在巴黎郊區試飛。那天，天氣晴朗，風和日麗。飛艇升空後，蒸汽機以每分鍾110轉的速度，帶動直徑3米多的三葉螺旋槳旋轉，前進速度達到每小時9.4千米。但由於沒有考慮操縱問題。因而飛艇起飛後不能返回起飛地點著陸。1884年，法國的軍官路納德和克裏布又製造了一艘“法蘭西”號飛艇，長51米，前部最大直徑8.4米，用蓄電池供電的電動機作動力。8月9日淩晨4點，在法國科學院觀察員的陪同下解纜試航。飛艇先向南飛行，然後向凡爾賽宮飛去，在離開出發點4千米處返航。在高度300米處打開放氣閥門排氫降落，在降落中多次前後轉動，以對準著陸點。飛艇到達80米高度時，丟下纜繩由地麵拉降固定。試飛曆時25分鍾，飛行速度最高達每小時24千米。這是人類第一艘能操縱的飛艇。在飛艇發展史上，德國的退役將軍菲迪南德·格拉夫·齊柏林是一個重要人物，他是硬式飛艇的發明者，被後人稱為“飛艇之父”。1900年，齊柏林製造了第一架硬式飛艇。它的最大特點是有一個硬的骨架，骨架是由一根腹部縱向大梁和24根長桁及16個框架構成，並使用了大縱向和橫向拉線，以增強結構強度；艇體構架外麵蒙上防水布製成的蒙皮，艇體內有17個氣囊，總容積達到1.2萬立方米，總浮力達13噸，比當時軟式飛艇大5～6倍。由於多氣囊還能起到類似船上隔水艙的作用，所以大大提高了飛行的安全度。1908年，齊柏林又用自己的全部財產設計製造了當時世界上最大的一艘飛艇——“k一4”號。齊柏林對這艘飛艇的性能非常滿意，他曾親自駕駛這艘飛艇作了一次遠航試驗。飛艇從德國起飛，飛過阿爾卑斯山，到達瑞士後返航。這一成就引起了德國政府的重視，他們宣布，如果飛艇續航時間能超過24小時，政府就購買它，並願意支付發展硬式飛艇所用的全部研製費用。這年8月4日，是“Lz一4”號飛艇正式接受檢驗的日子。政府官員和許多觀眾都來到了現場。齊柏林親自駕駛飛艇升空。開始一切都很順利，可是幾小時後，發動機就出了毛病，飛艇隻好迫降地麵，進行維修，準備再次升空。誰知禍不單行，偏偏在這個時候又起了一陣狂風，將飛艇的錨繩吹斷。飛艇朝一片樹叢撞去，當場毀壞了。正當齊柏林走投無路時，一位法蘭克福時代報的記者富果·艾肯納博士幫助了他。艾肯納將飛艇的現場客觀地作了報導，又把齊柏林為發展飛艇而奮鬥的事跡作了一番宣揚。全德國的報紙都轉載了艾肯納的文章。齊柏林的事跡深深打動了人們的心，德國人民發動了一場捐款活動，在很短時間內就籌集了600萬馬克，足夠齊柏林再造一艘新飛艇。齊柏林總結了過去失敗的教訓，重新設計製造了“Lz一5”號、“Lz一6”號飛艇，經過試飛都獲得了成功，在空中停留的時間都超過了24小時。後來他又製造了三架飛艇，性能都不錯，完全可以進行運輸。這樣，齊柏林與艾肯納決定成立航空公司，起名叫德拉格公司。這是世界上第一家航空公司。1910年6月22日，第一艘飛艇正式從德國法蘭克福飛往杜賽爾，建立了第一條定期空中航線，擔任首航運輸任務的就是“IJz一7”號飛艇，它一次可載24名旅客，有12名乘務員，飛行速度為每小時69～77千米。齊柏林逝世後，他的繼承人艾肯納博士提出了一個大膽的計劃：建造一艘環球飛艇，開辟洲際長途客運。艾肯納設計的環球飛艇確實很大，這艘飛艇長達237米，最大直徑30.5米，可充10.47萬立方米的氫氣，本身重量為118噸，載重53噸，用5台柴油發動機作動力，最大速度每小時193公裏，於1927年7月建成。為紀念齊柏林，特地將這艘飛艇命名為“格拉夫·齊柏林”號，由他的女兒主持了建成典禮。1929年8月8日，“格拉夫·齊柏林”號飛艇開始了一次偉大的環球飛行，從美國的新澤西州出發，經過德國、蘇聯、中國、日本，於8月26日回到洛杉磯市。整個航程曆時2l天7小時34分。齊柏林號飛艇環球飛行的成功大大促進了飛艇的發展。據統計，在20世紀20至30年代，美國建造了86艘，英國建造了72艘，德國建造了188艘，法國建造了100艘，意大利建造了38艘，蘇聯建造了24艘，日本也建造了12艘。這是飛艇的鼎盛時期，所以人們把這期間稱作飛艇的“黃金時代”。
宇宙飛船的發明——戈達德正（20世紀初）
飛到太空去，漫遊大宇宙，這是人類的一個夙願。傳說中國古代，有一位名叫嫦娥的女子，因偷吃了不死藥，變得身手不凡而奔向月亮，永居天堂。古希臘的一個神話說：萊湟的克裏特國王囚禁了迷宮的建築師代達洛斯和他的兒子愛琴。父子二人借臘製的雙翼飛出了克裏特島。勇敢的愛琴因飛得離太陽太近，臘翼被熔化而墜人大海。後人為了紀念他，把他葬身的大海取名愛琴海。美麗的神話故事，樸素地反映了古人對於探索宇宙奧秘、揭示未知世界的神往。1865年，凡爾納寫了一本著名的關於宇宙旅行的科幻小說，講的是初次到月球上旅行的事情。雖然俄國科學家齊奧爾科夫斯基早在1903年對這個問題已進行了一些重要的物理學和數學研究，但是科學家們直到本世紀20年代才開始認真地考慮宇宙飛行的可能性。齊奧爾科夫斯基指出，隻有火箭推進才適用於離開地球大氣層的飛行器。火箭是一種較為理想的推進工具。它的發動機與航空發動機不同，它自帶燃料和氧化劑，不僅能在真空中獨立工作(即不依賴空氣)，而且還有巨大的推進能力。在火箭推進方麵最重要的理論工作和實踐工作，是德國完成的。德國物理學家奧伯特於1923年出版了一本有影響的書《宇航之路》。若幹年後，汽車實業家馮·奧佩爾在柏林附近試製成功了一輛火箭推進的汽車。另外一個叫瓦利亞的火箭先驅者，於1929年製造出了一種用乙醇和液態氧作燃料的汽車，在凍冰的巴利亞湖上試車時，時速達235英裏。與此同時，美國的物理學教授戈達德正在作大量的、係統的火箭研究工作。他根據早期的一些實驗寫了一本小冊子，名為《到達極大高度的方法》，於1919年出版。數年之後，他作了一係列的火箭發射試驗，利用液態推進劑，火箭達到了7500英尺的高度，速度每小時達到。700英裏以上。蘇聯人在空間探索方麵取得了兩項第一。1957年10月，一枚蘇聯火箭攜帶著一顆較小的人造地球衛星飛升560英裏後，開始以每小時7000英裏的速度繞地球飛行，這就意味著有足夠大的離心力以抵消地球的引力。後來蘇聯和美國的無人駕駛宇宙飛船曾多次進入外層空間，到達月球和太陽係中的其他星球。蘇聯人取得的另一項第一是在1961年4月，他們用火箭發射了一個四噸半重的宇宙飛船。這艘飛船載著加加林進入軌道，以每小時18000英裏的速度，繞地球進行了89分鍾的載人宇宙飛行。在第一次載人宇宙飛行之後，季托夫進行了第二次載人宇宙飛行，繞地球飛行了17圈。後來美國的格倫進行了第三次載人宇宙飛行。1969年7月20日，美國首次進行了登月飛行，這是人類征服宇宙的偉大壯舉。這枚三級、44噸重的阿波羅11號火箭燃燒**燃料，用陀螺儀導航，電子計算機控製。有56個獨立的工作係統，載著阿姆斯特朗、奧爾德林和科林斯三個宇航員，飛行了三天之後進入繞月球飛行的軌道。科林斯繼續繞月飛行，其他兩名飛行員則乘登月艙下到了月球表麵。這種登月方法，是美國航天局的高級技術員霍博爾特想出來的。當這隻登月艙再次從月球上升起並與指揮艙對接時，情況頗有點緊張。但是從起飛到195小時後在太平洋濺落，一切都很順利。從技術上說，到月球旅行的成功是人類最輝煌的成就，雖然它並沒有揭示多少科學家們所不知道的關於月球的情況。在阿波羅登月計劃後期，許多人認為繼續登月是一種浪費，美國決定把所餘“土星一V”的第三級改製成空間站，取名“天空實驗室”，用火箭把它送入地球軌道，再用阿波羅飛船作交通工具。
1973年5月14日，“天空實驗室一l”發射成功，它總長36米，最大直徑6.5米，總重82噸，先後接待過三批宇航員，進行了270多項科研試驗。空間站既是多學科綜合實驗室，又是載人的多用途人造衛星，在擁有有效的空間運輸係統以後，軌道空間站將是今後空間科學技術的重要發展方向。
雷達的發明——馬可尼（19世紀）
雷達，從外觀上看對許多人來說，已經並不是很陌生的東西，很多人在電影或畫報上看到過它，有的人或許還直接見到過它。雷達有著奇特的外表：有的像幾塊大瓦片，有的像一口大鍋，有的像一個蜘蛛網，有的像幾排魚骨，可謂五花八門。但它們都有共同的功能：可以看到千裏以外的目標，是真正的千裏眼。早在1888年赫茲證實電磁波存在以後，科學文獻上就經常提到將電磁波用於目標探測的問題。1897年波波夫在實驗時，發現電磁波被船隻反射回來的現象，提出可將這個現象用於軍用探測，但沒引起人的重視。直到1922年馬可尼提出有關論文，美國海軍研究實驗室才用實驗證實了他的設想。他們使用波長為5米的連續波，發射器與接收器分別安放在目標兩側，當目標通過兩者之間時，即可被探知，這種裝置稱為收發分離連續波雷達。美國從1925年起研究利用脈衝調製技術，作為探測目標距離的手段。從1934年初起，投入許多力量進行脈衝雷達研究。1936年4月，研製成功第一台脈衝式雷達裝置，它的探測距離達4千米。到1938年，防空襲雷達已實際應用。上世紀30年代，英、法、德、美都大力進行雷達研究，其中英、德、美都有明確的軍事目的。法國開始時隻將雷達用於為船隻探測冰山，但在戰爭迫在眉睫時，也將雷達轉為軍用。在英國，1935年沃森·瓦特向英國空軍提交了一份關於雷達的重要文件，才引起對軍事雷達的重視，並開始大力研究。在德國，30年代初開始研究船隻探測係統，很快又發展了飛機探測係統，1939年已有了入侵飛機早期報警係統，緊接著出現了船隻報警係統。到40年代中期，德國利用600兆赫的雷達係統，能夠精確地指揮高射炮。在第二次世界大戰初期，英國研製使用3000兆赫微波的投彈瞄準雷達，用於投彈指揮。後來，美英合作，研製了頻率高達10000兆赫的雷達係統，使瞄準更精確。德國雖然在戰爭初期也發展了雷達係統，但由於它把重點放在發展導彈上麵，大大縮減了雷達研製費用，所以雷達係統遠遠落後於同盟國。大戰結束後，人們對軍用雷達的興趣一時急劇減退，科學家開始研究如何用雷達作為科研工具。1946年美國成功地探測了從月球反射回來的雷達信號，這實際上是射電天文學的開始。此外，也開始用雷達作為導航工具，作為防止船隻以及飛機碰撞的常規手段。高速飛機的出現，對雷達裝置和技術都提出了新的要求。顯然，將計算機和雷達結合起來，可以解決自動雷達偵察的問題。在洲際導彈發射成功之後，盡早報警已成為迫切需要。第一個滿足這個要求的雷達設置在格陵蘭。它有4個天線，每一個的寬度都超過90米，探測距離為4800千米，它的計算機可以確定導彈的軌道、目標和到達的時間。此外，戰後還發展了多種小型軍用和民用雷達。其中最突出的是機載小型雷達。飛機運載這種帶有小型天線的雷達，沿固定航線飛行，雷達係統將天線接收的信號送計算機分析處理。這種雷達所獲得的信息量大，分辨率高，這就是合成孔徑雷達。50年代大功率速調管出現後，根據多普勒效應，製造出目標顯示雷達，可以探測出目標的速度。60年代以後，雷達在航天事業中發揮了重要作用。例如，在登月活動和空間飛船對接活動中，雷達同計算機配合，完成了跟蹤、定向等多種任務。
飛機的發明——萊特兄弟（1903年）
像鳥兒一樣在天空飛翔，自古以來就是人類的夢想。為了它的實現，人們付出了多年堅持不懈的努力，甚至許多先驅者付出了生命的代價。終於，在1903年12月17日，世界上第一架載人動力飛機在美國北卡羅來納州的基蒂霍克飛上了藍天。這架飛機被叫做“飛行者一1號”，它的發明者就是美國的威爾伯·萊特和奧維爾·萊特兄弟。萊特兄弟的第一次有動力的持續飛行，實現了人類渴望已久的夢想，人類的飛行時代從此拉開了帷幕。威爾伯·萊特生於1867年4月16日，他的弟弟奧維爾·萊特生於1871年8月19日，他們從小就對機械裝配和飛行懷有濃厚的興趣，萊特兄弟原以修理自行車為生，兄弟倆聰明好學，從1896年開始，他們就一直熱心於飛行研究。通過多次研究和實驗，他們很快得出一個結論：要解決飛機操縱這個懸而未決的關鍵問題，必須裝上某種能使空氣動力學發揮作用的機械裝置。他們按照這一想法，在基蒂霍克沙丘上空對載人滑翔機進行了幾度寒暑的試驗之後，他們的夢想終於變成了現實。奧托·李林塔爾試飛滑翔機成功的消息使他們立誌飛行。1896年李林塔爾試飛失事，促使他們把注意力集中在了飛機的平衡操縱上麵。他們特別研究了鳥的飛行，並深入鑽研了當時幾乎所有關於航空理論方麵的書籍。這個時期，航空事業連連受挫，飛行技師皮爾機毀人亡，重機槍發明人馬克沁試飛失敗，航空學家蘭利連飛機帶人摔人水中等等，這使大多數人認為飛機依靠自身動力的飛行完全不可能。萊特兄弟卻沒有放棄自己的努力。從1900年至1902年期間，他們除了進行1000多次滑翔試飛之外，還自製了200多個不同的機翼進行了上千次風洞實驗，修正了李林塔爾的一些錯誤的飛行數據，設計出了較大升力的機翼截麵形狀。滑翔機的留空時間畢竟有限，但假如給飛機加裝動力並帶上足夠的燃料，那麽它就可以自由地飛翔、起降。於是，兄弟倆又開始了動力飛機的研製。萊特兄弟廢寢忘食地工作著，不久，他們便設計出一種性能優良的發動機和高效率的螺旋槳，然後成功地把各個部件組裝成了世界上第一架動力飛機。他們在1903年製造出了第一架依靠自身動力進行載人飛行的飛機“飛行者”l號，這架飛機的翼展為13.2米，升降舵在前，方向舵在後，兩副兩葉推進螺旋槳由鏈條傳動，著陸裝置為滑橇式，裝有一台70千克重，功率為8.8千瓦的四缸發動機。這架航空史上著名的飛機，現在陳列在美國華盛頓航空航天博物館內。“飛行者”號是一駕普通雙翼機，它的兩個推進式螺旋槳分別安裝在駕駛員位置的兩側，由單台發動機鏈式傳動。1904年，萊特兄弟製造了裝配有新型發動機的第二架“飛行者”，在代頓附近的霍夫曼草原進行試飛，最長的持續飛行時間超過了5分鍾，飛行距離達4.4千米；1905年又試驗了第三架“飛行者”，由威爾伯駕駛，持續飛行38分鍾，飛行38.6千米。第一次試飛的那一天，天氣寒冷，刮著大風，首先由弟弟奧維爾·萊特駕駛“飛行者”飛機進行飛行，留空時間12秒鍾，飛行36.5米。在同一天內，飛機又進行了3次飛行，其中成績最好的是哥哥威爾伯·萊特。他駕駛飛機在空中持續飛行260米。1903年12月14日至17日，“飛行者”l號進行第4次試飛，地點在美國北卡羅來納州小鷹鎮基蒂霍克的一片沙丘上。第一次試飛由奧維爾·萊特駕駛，共飛行了36米，留空12秒。第四次由威爾伯·萊特駕駛，共飛行了260米，留空59秒。1906年，他們的飛機在美國獲得專利發明權。萊特兄弟飛行的成功，最初並沒有得到美國政府和公眾的重視與承認，直到1907年還為人們所懷疑；反而是法國於1908年首先給他們的成就以正確的評價，從此掀起了席卷世界的航空熱潮。他們也因此終於在1909年獲得美國國會榮譽獎。同年，他們創辦了“萊特飛機公司”。威爾伯·萊特於1912年5月29日逝世，年僅45.歲。此後，奧維爾·萊特奮鬥30年，使萊特飛機公司成為世界著名的飛機製造商，資金高達百億美元。奧維爾·萊特於1948年1月3日逝世。
水翼艇的發明——弗拉尼尼（1905年）
在江河湖海上有很多船，您見過帶“翅膀”的船嗎?這種帶“翅膀”的船就是水翼艇，它航行時，船身離開水麵，像在水麵上飛駛一樣，顯得十分矯健。水翼艇是怎樣發明的呢?原來，這是人們為了提高船艇的速度而采取的一種新的設計。船在水中行，水的密度大，船的阻力就大，前進速度就快不了。於是人們想到設計一種讓船體部分或全部離開水麵的船。但怎樣才能做到這一點呢?造船的工程師們從小孩在河邊“打水漂”中得到了啟示。小孩子“打水漂”就是用很薄的石片或是碎瓦片，按接近與水麵平行的角度，將石片用力投出去，使它擦著水麵跳躍前進。如果石片薄，表麵很光滑，角度好，用力大，石片就可以在水麵上飄行幾丈遠。這一遊戲說明了這樣一個物理現象：有一定表麵的物體，以一定的迎水角度和速度沿水麵運動時，水就會產生一個支承物體的力，我們稱它為水動力。“打水漂”時的石片就是依靠水動力支持而飄行的。根據這一道理，造船工程師們設計了一種船型：當這種船高速前進時，就像石片在水麵上飄行一樣，並把這種船稱作滑行艇。滑行艇與一般的船不一樣，它的底部比較平坦。當船前進時，由於艇底向前擠壓水，從而使底部的水壓力升高，形成水動力，水動力就把艇部分地托出水麵。滑行艇雖有利於高速行駛，但也帶來一些問題，如滑行艇的耐波性能差，不能在較大的風浪中航行。若在波浪中高速航行，船底與波浪相撞，艇底會受到波浪的巨大衝擊力，不僅使艇體產生強烈的震動，影響以至破壞儀器設備的正常工作，有時也會引起艇體的破裂。能不能讓艇體完全離開水麵，使它跑得更快，而且不受波浪衝擊呢?人們開始設想給船裝上“翅膀”，使它像飛機一樣飛起來。這樣，水翼艇就在滑行艇的基礎上產生了。有關水翼艇的設想，早在1869年就有人提出過。第一艘水翼艇是意大利發明家弗拉尼尼建造的，並於1905年在瑞士的馬奇奧湖進行了試驗。這是一艘排水量隻有1.65噸，75馬力的水翼艇，試航時跑37節多。繼弗拉尼尼之後，美國人貝爾又建造了由自己設計的水翼艇，並於1918年創造了每小時71英裏的航行記錄。但因為當時對水翼艇的理論研究工作不夠，大馬力的動力設備和輕的艇體材料沒得到解決，所以水翼艇沒有發展到實用階段。到了第二次世界大戰時，隨著科學技術的進步，德國製造了一些民用和軍用的水翼艇，而且達到了一定水平。如VS—lO水翼魚雷艇，排水量為47.5噸，最高航速可達55節多。第二次世界大戰後，水翼艇的發展大致分為兩個階段：50年代和60年代初，是水翼艇試製並投入批量生產階段。這期間，水翼艇主要是作為內河高速客船，噸位由9噸發展到100噸，航速35節左右。60年代以後，水翼艇的發展方向是麵向海洋，麵向軍用。水翼艇的噸位已達320噸。如1966年美國建造了一艘“普朗維尤”號水翼反潛試驗艇，長64.7米，寬12.3米，排水量為320噸，最大航速達62節，持續航速為50節。此艇是自控全浸式水翼，水翼能旋轉上翻到甲板上。船體材料是鋁合金，它是美國海軍中最大的一艘水翼艇。80年代以來，雖然水翼艇的噸位沒有明顯增長，但其航速已達4JD～60節。有的國家還在研製80節的水翼艇。隨著電子技術、自動控製技術的發展，耐腐蝕的輕型艇體材料的出現，以及大馬力輕型動力設備——燃氣輪機的誕生，都為水翼艇的發展開辟了廣闊的前景。
水上飛機的發明——法布爾（1905年）
水上飛機是能在水麵上起飛、降落和停泊的飛機。水上飛機分為船身式和浮筒式兩種。水上飛機主要用於海上巡邏、反潛救援和體育運動。第一架從水上起飛的飛機，是由法國著名的早期飛行家和飛行設計師瓦讚兄弟製造的。這是一架箱形風箏式滑翔機，機身下裝有浮筒。1905年6月6日，這架滑翔機由汽艇在賽納河上拖引著飛上空中。世界上第一架能夠依靠自身的動力實現水上起飛和降落的真正的水上飛機是由法國人亨利·法布爾發明製造的。法布爾出身於船舶世家。在年輕時對工程學發生興趣，並繼承了家族對大海的特殊感情。飛機誕生後，他決心追隨萊特兄弟和瓦讚兄弟，並設想製造能在海上起降的飛機。1907～1909年，他在水上和陸上進行了大量的基礎性研究工作，他的最重要工作是對浸入水中的翼麵和浮筒所作的理論研究。1909年，法布爾開始運用他的理論成果製造飛機。第一架樣機裝有3個浮筒和3台安紮尼發動機，但它從未能飛起來。同年下半年，法布爾製造了第二架樣機，這架單翼機的結構非常有趣，多處反映出設計師作為船舶製造者的背景。飛機前端有一對舵和兩個水閏升力麵，上麵的一個作升降舵。機嶴前部有一浮筒，加兩個浮筒裝在機翼下。飛機的整個構架是木的製的，浮筒用膠合板製成。這架飛機的首次飛行是19l0年3月28日在馬賽附近的海麵上。年方28歲的法布爾以前從未飛行過。第一次試飛時，飛機以55公裏／小時的速度在水麵上滑行，卻未能飛起來。第二次試飛中，飛機終於飛離了水麵，直線飛行約.500米。隨後法布爾又駕機試飛了兩次，並作了小坡度轉彎飛行。第二天，飛行距離達到6公裏。世界上第一架浮筒式水上飛機誕生了。1911年，在法布爾的另一架水上飛機因駕駛員的錯誤而墜毀後，他因花費太大而停止了研製自己的水上飛機，轉而為他人的飛機設計和製造浮筒。這一年，他為一架瓦讚式雙翼機設計了浮筒，使之成為世界上第一架水陸兩用飛機。也就在這一年的2月，美國的著名飛機設計師柯蒂斯駕駛著他的裝有船身形大浮筒的雙翼機在水麵上起飛和降落成功，成為世界上第一架船身式水上飛機。柯蒂斯為船身式和浮筒式水上飛機發展都作出了重要貢獻。柯蒂斯的水上飛機誕生後不久，就從密機安湖上救起一名迫降的飛行員，預示著水上飛機的廣闊前景。
航空母艦的開創——美國軍方（1910年）
航空母艦是一種威力強大的艦種，是海軍控製大麵積海域的主要機動兵力。它從開始出現到逐步完善，已經走過了90多年的發展曆程。19l0年11月，美國東海岸的一處海灣上，停泊著一艘輕巡洋艦“伯明翰”號。這一天，這艘艦上的艦員們特別忙碌，他們在進行著各種準備工作，以便進行一次大膽的試驗——世界上第一架飛機在軍艦上起飛。在這艘巡洋艦的甲板上，鋪設了一條26米長的木製飛行跑道。跑道的起端，停放著一架準備起飛的民用單人雙翼飛機。起飛命令一下達，飛機立即啟動並開始滑動，速度不斷加快，當飛機滑完26米長的跑道後，便離開了艦身。由於飛機滑跑距離太短，速度不夠，升力不足，飛機越來越低，眼看就要掉進水裏了。就在這危急關頭，沉著的駕駛員巧妙地操縱飛機尾水平舵，將飛機拉了起來，又飛行了3公裏，在海灣附近的一個廣場上著陸了。這次試飛成功後兩個月，美國海軍又進行了一次飛機在軍艦上降落的試驗。在一艘巡洋艦的後主甲板上，鋪設了一條長36米的木製跑道。在跑道上，每隔1米，橫方向裝一根繩索，繩的兩端拴著沙袋。還是那個進行起飛試驗的駕駛員，從附近的機場駕駛著飛機起飛，朝巡洋艦飛來。當飛機接近軍艦時，朝跑道俯衝下來。飛機降在艦上時，機身下麵的一個鉤子，鉤住了一道道繩索，拖著沙袋向前滑跑。因飛機被繩索和沙袋拖住，阻力很大，滑不多遠，很快就停下來了。試驗證明，飛機能在軍艦上起落，因而能在海上作戰。這就使各國對建造可供飛機起落的艦船，產生了更大的興趣。1918年，英國海軍對一艘巡洋艦進行改製，使之可供飛機在艦上同時起飛和降落。這艘巡洋艦叫“飛機搭載艦”，是最早出現的用舊軍艦改裝成的航空母艦，它能裝載20架飛機。同年7月，從這艘艦上起飛的飛機，轟炸了德國的一個空軍基地。不久，英國又把一艘正在建造的客輪“卡吉士”號，改裝成航空母艦“百眼巨人”號。它具有全通式飛行甲板，即起飛和降落是連在一起的，飛行跑道更長了，飛機的起飛和降落方便多了。美國也在1922年將一艘運煤船改裝成全通式飛行甲板的航空母艦“蘭格利”號。日本在1922年底，新造了一艘“鳳翔”號航空母艦，這是世界上第一艘不是用舊船改裝，而是專門設計和建造的航空母艦。這艘航空母艦已初步具有現代航空母艦的樣子。例如它具有全通式的飛行甲板，上層建築很小，且位於右舷。該艦排水量隻有’7000多噸，長160多米，能攜帶2l架飛機。1921年至1922年，美、英、日、德、意等國在華盛頓共同製定了一個關於限製戰列艦總噸位的協定，這一協定促進了航空母艦的發展。到1930年前後，美、英、日、法等國先後改裝成一批航空母艦。這批航空母艦與最先製造的“鳳翔”號相比，噸位和裝載飛機量都增加了好幾倍，航速也增加了很多。一般排水量為10000～40000噸，續航力為3000～12000公裏，飛行甲板長為130～270米，艦寬為21—35米，一般能載20～29架飛機。第二次世界大戰中，航空母艦的作用受到各國的高度重視，掀起了設計、建造新型航空母艦的熱潮，使航空母艦的數量急劇增加。到第二次世界大戰結束時，各國已建或正在建造的航空母艦有200艘左右。
在第二次世界大戰後，新建或改裝的航空母艦采用了很多新技術、新裝備，戰鬥力有了很大的提高。首先在航空母艦上，裝載了噴氣式作戰飛機。美國在1952年開始建造的“福萊斯特”級航空母艦，裝備了噴氣式作戰飛機。以後美國新造和改裝的攻擊型航空母艦“小鷹”級、“企業”號等都是裝備噴氣式飛機的。英國的“皇家方舟”號、法國的“克裏蒙梭”號等航空母艦也相繼裝備了噴氣式飛機。因為噴氣式飛機具有速度快、升限高、機動性好、載彈多等優點，使航空母艦的空中攻擊能力大大增強。其次是航空母艦還裝上核武器，具有核打擊能力，攻擊威力有了很大提高。雖然一枚核彈有幾噸重，隻比普通重型炸彈重幾倍，但它的爆炸威力，要比普通炸彈或炮彈大幾百倍、幾萬倍甚至幾千萬倍。1949年美國最先在航空母艦裝上核武器，從此以後，新造和改裝的攻擊型航空母艦，也都具有核攻擊能力。第三是航空母艦普遍提高了反潛能力。航空母艦的體積大，是潛艇從水下攻擊的重要目標。為防止潛艇攻擊，一般的航空母艦上都裝備有反潛飛機，還有一些航空母艦是專為反潛而製造的，或以反潛為主，兼顧其他。第四是航空母艦的航海性能也得到提高，更能適應遠洋作戰的需要。新型航空母艦普遍增加了燃油儲量，使續航能力增加到八千至一萬二千海裏以上。美國於1961年建成了世界上第一艘核動力航空母艦“企業”號，它加一次核燃料可以用13年，能連續航行40萬海裏，相當於繞地球18圈。第五是航空母艦上電子設備增多，自動化程度有很大提高。衛星通訊和衛星導航係統，全天候電子助降裝置，各種大功率、高精度的雷達、聲納及電子對抗裝置，各種自動化設備等，都陸續裝上航空母艦。可以說，航空母艦是海軍艦艇中電子設備種類最齊全、數量最多、性能最好的軍艦。
坦克的發明——福斯特公司（1915年）
有兩位傑出的人物對坦克的發明起了決定性作用。一位是身為英國海軍大臣的丘吉爾，他曾用其特殊的才能幫助福斯特公司，以便促使皇家海軍關心“陸地巡洋艦”的發展。另一位是英國皇家工程師斯溫頓，當後來海軍的興趣減弱時，是他堅持自己關於研製坦克的意見，並爭取到了總參謀部的支持。斯溫頓能夠把軍隊的要求加以確切的解釋，使工程技術人員明白這種要求，並能根據該要求繪製成生產圖紙。在這個時期，福斯特公司也有兩位傑出的人物，他們是該公司的總經理威廉·特裏頓和在英國陸軍部任特殊職務的麥吉爾·沃爾特·威爾遜。他們共同負責按軍隊的要求製造出一種機械裝置——“小威利”。這一裝置雖取得了成功，但還沒有達到斯溫頓提出的越壕和爬高牆的能力。把跨越8英尺寬的壕溝和衝破帶鐵絲網的能力作為首先考慮的因素，導致了對車輛的重新評價。第一次世界大戰期間，英國就根據這種標準製造了傳統的長菱形坦克，這就是英國於1915年8月在履帶式拖拉機的基礎上製造出的第一輛坦克樣車“小遊民”坦克。該車重18.3噸，發動機功率105馬力，時速3.2公裏，乘員2人，車上裝一門發射2磅炮彈的火炮和數挺機槍。1916年，第二輛坦克“大遊民”又問世了。這種坦克定型投產後稱I型坦克，發動機功率105馬力，時速達6公裏，乘員8人，裝2門發射6磅炮彈的火炮和4挺機槍。I型坦克於1916年9月15日首次投入索姆河戰鬥，這是世界上第一批用於實戰的坦克。需要指出的是，當時坦克的履帶都通過車體頂部兩側並構成一個完整的閉合圈。這種結構帶來了兩個直接的後果：一是不可能把旋轉炮塔安裝在車體頂部；二是履帶前部的最大高度非常接近車體的最大高度，這使坦克具有良好的爬坡能力。此外，還有一種危險，即子彈爆炸飛濺對乘員會產生威脅。因為當時的裝甲防護隻是鉚在框架上的鍋爐鋼板，上麵有許多小裂縫，灼熱的子彈碎片就從這裏鑽人車內。為了對付這種情況，坦克乘員不得不穿上防彈衣，戴上鏈結式麵罩。1916年7月，英法聯軍在法國北部索姆河地區對德軍發動了規模巨大的進攻戰役。9月15日英軍出動坦克49輛，用以支援步兵衝擊，但由於坦克質量太差，又缺乏指揮經驗，結果有17輛發生技術故障未能進入出發陣地，在接敵過程中又有14輛因故障而中途停頓或淤陷，真正參加戰鬥的隻有18輛坦克。這些坦克有10輛被擊壞，7輛受輕微損傷，隻有一輛完好返回。但它畢竟是一種新式兵器，不僅震撼了敵軍，也鼓舞了士氣，使英軍得以前進了4～5公裏。到20世紀20年代和30年代，坦克的設計出現了各種極端情況，例如1924年設計的維克斯獨立坦克，竟然有5個旋轉炮塔。當然，這些設計一直隻停留在圖紙上，極少數也隻是停留在樣車階段。正當歐洲軍隊還在對輕型坦克及重型坦克的可行性進行審查時，美國的一位富於創造發明的天才沃爾特·克裏斯蒂完成了一係列的設計，這些設計對坦克研製產生了深遠影響。起初克裏斯蒂參與製造了一種既能靠履帶也能靠輪子行駛的車輛，這就避免了全履帶車在當時固有的不可靠性。經過對幾種變革的試驗戰車的研製之後，克裏斯蒂集中力量製造了一種快速、可靠並能保持較高越野速度的履帶式戰車。第二次世界大戰期間，由於坦克與坦克、坦克與反坦克火器之間的激烈對抗，促進了坦克技術的迅速發展。坦克的結構趨於成熟，普遍采用裝一門炮的單個旋轉炮塔和單一的履帶式推進裝置，從而確定了現代坦克的總體結構形式。
現代火箭的發明——哥達德（1926年）
火箭的發展有著漫長的曆史，古今火箭在性能和結構複雜程度上相差極為懸殊，但原理卻是相同的：依靠不斷向後噴射燃氣而前進。世界上公認火箭是中國首先發明的。早在南宋，火箭已在中國用作武器，明代又有所改進。有的將多個火箭綁在一起以增大推力，有的使用了二級火箭。這與現代使用的集束式火箭和多級火箭原理上是一樣的。古代火箭主要用於作戰，但已有人幻想利用它航天。據野史記載，1500年前後，中國一位叫萬戶的學者，把47枚火箭綁在椅後，自己手持風箏端坐椅上，請人同時點燃這些火箭，決心飛上天去。結果一聲爆炸，碎片紛飛，再也找不到萬戶。為了紀念這位為人類航天而獻身的先驅者；現代科學家將月球背麵的一個環形山命名為“萬戶火山口”。現代火箭的產生和發展是建立在大量的理論和實驗研究基礎上的。由於**燃料燃燒的理論和技術問題都比固體燃料簡單，所以現代火箭是從**火箭開始的。蘇聯、德國、美國都有代表人物在研製火箭方麵取得傑出成就。齊奧爾科夫斯基是蘇聯人，他從小多病，曾經患猩紅熱，病後耳朵幾乎聾了，被迫中途退學。但他頑強自學，22歲參加中學數學教師的招考被錄用，開始了中學教師生活，業餘時間搞科學研究。1895年他寫了一本科學幻想小說《奇異的地球和天空》。1898年，他寫成《用火箭推進飛行器探索宇宙》一文，拖延5年以後才發表在俄國的《科學評論》雜誌上。這篇文章第一次闡述了火箭飛行和火箭發動機的基本原理，具體說明**火箭的構造，認為可以用液氧和煤油做推進劑，提出了質量比(起飛質量和推進劑消耗完後的質量的比值)概念，推導出計算火箭飛行最大速度的公式。它從科學上證明了太空旅行的可行性。齊奧爾科夫斯基共發表論文、科普文章、科幻小說等近600篇。1920年，列寧親自下令支持齊奧爾科夫斯基的研究工作。他的研究成果對蘇聯火箭技術的發展有深遠的影響。奧伯斯關於火箭的研究工作是在德國進行的。1923年，他出版了《從火箭到星際太空》一書。他深入研究了許多技術問題，比如噴氣速度、理想速度和火箭在大氣層中上升的最佳速度等。奧伯斯的著作曾經由科普作家改成寫通俗讀物，產生了廣泛影響。哥達德是美國人，他被科幻小說描寫的太空飛行所吸引，立誌從事火箭研究。他把理論研究和實驗結合起來。1926年3月，哥達德製造的用液氧和汽油做推進劑的第一枚**火箭試飛成功。1929年，他又發射一枚裝有氣壓計、溫度計和照相機的火箭。從1930年到1935年，他發射了多枚火箭，高度達到2500米左右。從20世紀30年代起，火箭研究在德、意、英、法、奧等許多國家開展起來。尤其是德國，它的開創性研究，是在其他歐洲國家的嚴密監視下進行的。從30年代開始，特別是希特勒上台之後，德國廣泛羅致人才，充分提供研究經費，在極端保密的情況下，使火箭研究迅速發展。1932年，德國陸軍接管了火箭研究工作，並進行了大量基礎性研究。1933年，開始設計火箭。在馮·布勞恩的主持下，通過反複試驗，在空氣動力學方麵取得了重要成果，在製導與控製、發動機設計、彈道設計方麵積累了大量經驗。在此基礎上，1942年10月3日，在精心選擇、嚴格保密的波羅的海沿岸佩內明德發射場，成功地發射了第一枚**軍用飛彈V一2，飛行190千米，橫向偏差4千米，最大高度85千米。V一2飛彈全長14米，結構重量為3.99噸，攜帶8.96噸推進劑和1噸的彈頭，最大射程300千米。從1944年9月至1945年3月，納粹德國僅向英國就發射了l萬多枚V一2，但這並不能挽救其覆滅的命運。不過飛彈本身卻成了戰後各國火箭發展的藍本。第二次世界大戰以後，美蘇兩國成了德國V一2成就的繼承者。美國俘獲了包括馮·布勞恩在內的100多名德國一流的火箭專家，全部V一2資料；蘇聯俘獲了一批二流專家和大量V一2及其零件。這為美蘇發展火箭技術提供了有利條件。在1945年以前，科學家們對距地表100公裏以上高空的情況，隻有通過問接手段得來的少得可憐的知識。戰後，科學家們迫不及待地利用戰爭中發展起來的火箭，在頭部安放儀器，對高空各方麵的情況進行直接的探測。1946年4月美國首次發射V一2，這是一個探空火箭計劃的開始，也是研究、仿製、改進V一2直到研究全新火箭這個過程的開始。不久，V一2火箭頭部裝上科學儀器被發射到73至130公裏的高空。1947年第一次成功地使用降落傘將火箭安全降落下來。蘇聯於1947年10月發射第一顆V一2。1947～1949年還研製了幾種探空火箭，一直用到50年代。戰後10年，火箭發動機技術、飛行控製、跟蹤、遙測和遙控儀器都隨著經驗的積累和高空數據的獲得而不斷發展。1957～1958年是國際地球物理年，出現了利用探空火箭探測高空的**。在此期間，美國發射了210枚火箭，蘇聯發射了125枚，英、德、法、日等十幾個國家也都製定了探空的合作項目。火箭最大高度已達470公裏。在這些探測活動中，各國獲得了關於地球大氣層的物理和化學性質、地磁場、宇宙輻射和太陽輻射以及隕石等大量資料，火箭的科學價值也逐漸為人們所充分認識。
戰略彈道導彈的出現——德國（20世紀30年代）
1944年9月8日19點左右，英國首都倫敦的居民，沒有聽見空襲的警報，卻看到了猛烈爆炸後的火光，當時誰也不知這是什麽武器。後來查明，它是法西斯德國在荷蘭首都海牙近郊，隔著英吉利海峽發射的V一2彈道導彈。導彈的出現，是軍事科學技術發展的必然結果。第一次世界大戰後，隨著飛機在軍事上的應用，人們開始研究遠距離控製飛機和自動製導炸彈。1926年美國人哥達斯成功地發射了世界上第一枚**火箭，並達到了超音速。與此同時，德國的一批業餘火箭研究者，成立了“宇宙航行俱樂部”，從事火箭理論與試驗的研究。20世紀30年代，法西斯德國出於侵略戰爭的需要，成立了龐大的火箭研究中心。經過十年的努力，他們在空氣動力理論、火箭推進技術、自動控製係統、電子設備、無線電雷達技術、航空材料工藝等方麵做了大量工作後，終於在第二次世界大戰結束之前，製成了世界上最早的V—l飛航式導彈和V一2彈道式導彈。導彈與火箭不同，它的原意是“導向炮彈”或“導向火箭”。導彈與火箭的根本區別就在“導”字上。就是說，裝有控製係統，能自動導向目標的火箭武器是導彈。當時的法西斯德國，為了挽救即將戰敗的命運，把希望寄托在一兩件新式武器上，因此大批生產並使用V一2導彈。在1944年9月至1945年3月間，從荷蘭和法國海岸，向英國首都倫敦發射了10800枚V一2導彈。由於V一2導彈能在高空(可達100公裏)以高速飛行，使得英國的所有防空手段都無法防禦，因此給倫敦造成了一定的破壞。但由於當時科技水平有限，V一2導彈的性能還比較差，僅有一半飛到了目標區，另一半發射時在地麵或空中爆炸，也有的因精度不高而掉落在英吉利海峽。盡管如此，V一2導彈畢竟已顯示了當時其他武器所不具備的優點——威力大、射程遠、飛行時速高，從而引起各國的注意。從第二次世界大戰結束以來，彈道導彈經曆了四個發展階段：40年代末至50年代末為第一階段。這一階段主要解決彈道導彈的有無問題。繼德國之後，美蘇在此期間先後成功地研製了近、中、遠程各種類型的彈道導彈。如美國的“紅石”、“丘比特”、“宇宙神”；蘇聯的“SS—l”、“SS一5”和“SS一6”等。這一階段彈道導彈的性能較差，發射準備時間長，且易被發現，防護能力差，生存力低。50年代末至60年代中為第二階段。這一階段主要解決的是提高戰略彈道導彈係統在核襲擊下的生存力以及進一步提高戰略彈道導彈的性能。在此期間，美國出現了地下井發射的洲際彈道導彈“大力神Ⅱ”、“民兵I”、“民兵Ⅱ”以及潛射導彈“北極星A1”、“北極星A2”等。蘇聯也相應裝備了洲際彈道導彈和潛射導彈。這一階段彈道導彈提高了生存能力，縮短了發射準備時間，提高了命中精度。60年代中至70年代末為第三階段。這一階段主要解決導彈的突防問題。為此出現了集束多彈頭導彈和分導式多彈頭導彈，這些導彈都帶有突防裝置。此外，通過加固地下井，進一步提高了生存能力。洲際導彈的命中精度已達到O.185公裏。80年代以來，戰略彈道導彈進入了一個新的發展階段，總的趨勢是進一步提高導彈的進攻能力、生存能力、突防能力和戰備性能；大力研製全導式多彈頭；廣泛實行固體化和機動化。
直升機的問世——福克（1937年）
說起直升機的曆史，不能不追溯到公元1400年前後，中國古代流傳的“竹蜻蜒”玩具，它給直升機的研製以極大的啟示。這種玩具，是用一片扭曲的竹片，中間插著一根垂直的細棒，用雙手使勁搓動細棒，竹蜻蜓便嗖地一聲直升天空。“竹蜻蜒”於15世紀傳人歐洲，稱為“中國陀螺”。有的國家的百科全書，將“中國陀螺”稱作帶有旋臂的“直升機飛行玩具”，這可以說是旋翼的最早雛形。1483年，意大利著名科學家達·芬奇繪製出一幅直升機飛行草圖，以後又出現過多種直升機模型。1907年9月19日，法國人布雷蓋研製成4旋翼直升機，首次載人離地升空。同年11月13日，法國科爾尼首次駕駛自己研製的雙旋翼直升機，保持了約30秒的自由飛行。直到1923年，西班牙人西爾瓦發明了帶有鉸接槳葉的旋翼機，才為直升機的發展開辟了光明的前景。進入20世紀30年代之後，直升機在技術上出現了重大突破。1937年，德國人福克製成一架能控製飛行的雙翼旋橫列式Fw一61直升機，由一名女飛行員駕駛，以每小時68公裏的速度，從柏林飛到倫敦，轟動了世界航空界。兩年後的1939年，美籍俄人西科斯基，成功地研製出單旋翼直升機‘VS一300，1940年又在此基礎一一般一上研製出改進型VS一316直升機，被美國陸軍購置，從此結束了直升機發展史上最艱難的探索階段，進入了直升機的發展時期。自網一61和Vs一300直升機誕生，特別是上世紀50年代後期以來，直升機工業呈現出一派日新月異的景象。在迄今50多年的曆史中，直升機的製造技術發生了迅猛的發展變化。動力裝置，由上世紀50年代中期以前的活塞式時期，發展為噴氣渦輪時期；旋翼材料結構技術則發展更快，上世紀40年代初到50年代中期為金屬木翼混合結構；50年代中期到60年代中期為金屬結構；60年代中期到70年代中期為玻璃纖維結構；70年代中期以來，又發展為新型複合材料結構。
航天飛機的誕生——美國軍方（1981年）
航天飛機是把通常的火箭、宇宙飛船和飛機的技術結合起來的一種新型運載工具，它最主要的特點是能夠像客貨運班機一樣，在宇宙航行中往返使用多次。關於航天飛機的研製工作雖然遲至70年代才大力展開，但早在50多年前，一批先驅者已認識到了它的優越性，並做了大量工作。20世紀初，在齊奧爾科夫斯基、哥達德和奧伯茨為“一次性火箭”奠定理論基礎並進行實驗的同時，對於宇航工具就存在著一種截然不同的設想：運載工具不僅要飛離地球，而且要能回到地球，即應該可以重複使用。雖然可多次使用的運載工具有很多優越性，但卻僅僅留在紙麵上，首先付諸實施並獲得巨大成就的還是一次性使用的火箭。這是因為可多次使用的運載器的研製要困難得多。此外，多次使用這個優點，對於兵器技術沒有什麽吸引力，因為在軍事上這並不十分重要。但利用可重複使用運載器飛向空間的想法卻從來沒有放棄過。到了60年代至70年代，由於使用一次性火箭耗費太大，於是人們迫切要求研製可多次使用的廉價運載工具。到60年代末，人類已經掌握了洲際導彈、載人登月和大型噴氣客機等技術，研製航天飛機的技術條件成熟了。美國在1968年就開始了航天飛機方案的討論，先後提出了許多方案。1970年7月正式開始研製，具體方案經過多次修改，到1976年2月才基本確定下來，這就是“哥倫比亞”航天飛機方案。“哥倫比亞”航天飛機主要包括三部分：軌道器、助推火箭和推進劑外貯箱。總長度為56米，機重2000噸。軌道器是航天飛機的主體，可以載人和有效載荷。軌道分前、中、後三段，前段乘人，中段可以容納人造衛星和各種儀器設備，後段裝有三台使用**燃料的主發動機，推力為510噸。兩個固體燃料助推火箭，重580噸，推力為1315噸。推進劑外貯箱內前後兩個貯箱分別裝液氫和液氧，為軌道器的主發動機提供燃料。“哥倫比亞”號的整個飛行過程可分為上升、軌道飛行和返回三個階段。發射時助推火箭和主發動機同時點火，航天飛機垂直起飛，當飛到50公裏高時，助推火箭熄火，同軌道器自動分離。在快要進入繞地球運行的軌道時，主發動機熄火。接著由兩台發動機提供推力，使軌道器進入地球軌道，至此上升階段結束，軌道器繞地球開始無動力飛行，乘員執行各種任務。任務完成後開始返回階段。機動發動機再次點火，進行製動減速，使軌道器脫離運行軌道，重新進人大氣層，在大氣中摩擦減速。這時軌道器變成了一架重型滑翔機，機翼成了決定性的器件，使它完成最後著陸階段的滑翔飛行。在機場著陸時的速度為每小時341～346公裏。1981年4月12日，美國航天飛機“哥倫比亞”號載著兩名宇航員首次試飛，經過54個半小時的飛行，繞地球36周後於14日安全著陸。繼第一次試飛成功之後，“哥倫比亞”號航天飛機又成功地進行了三次試飛，對係統的各種性能進行全麵的試驗。1982年11月11日，“哥倫比亞”號航天飛機正式開航。它攜帶宇航員成功地在空間將兩顆衛星發射到預定的地球同步軌道位置上，從而開創了商業性空間運輸的新紀元。繼“哥倫比亞”號之後，1983年美國第二架航天飛機“挑戰者”號也試飛成功。航天飛機的出現是航天事業中的一場革命，航天飛機和大型空間站將是航天新時代的標誌。