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传媒通讯讲解

喵尔摩丝 发表于 2019-3-19 00:40:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
  纸——推进人类进步的信息载体

  纸张是人类文明最重要的载体之一,造纸术是中国古代科学技术的“四大发明”之一,也是中华民族对世界文明的伟大贡献。它为人类创造了优质、轻便、廉价的书写材料,为印刷术的发明创造了重要条件,同时还促进了世界科学文化的传播和交流,深刻影响了人类文明的进程。

  最早的纸——“蔡侯纸”

  在纸张发明以前,人们曾把文字刻在树皮、兽皮、龟甲或其他动物的肩胛骨上。西汉时期,中国人制成了丝绵,并发明了最早的丝绵纸;后来又把麻类纤维浸在水中打烂制成麻纸,但十分粗糙,书写效果差。

  东汉时期,宦官蔡伦在前人利用废丝帛造纸的基础上,以树皮、麻头、破布、废渔网等为原料,成功地发明出一种既轻便又经济的纸张,并总结出一套较为完善的造纸方法,使造纸技术有了显著的进步。105年,这种被称为“蔡侯纸”的新型记录材料开始在全国推广使用。

  8世纪左右,阿拉伯人将造纸技术传入了欧洲,在蔡伦发明造纸术的一千多年后,欧洲才建立起第一个造纸厂。

  千年寿纸——宣纸

  宣纸起于唐代,历代相沿。据清乾隆年间重修《小岭曹氏族谱》序言,曹大三继承了前人的造纸技术,经过实践,逐步提高,终于造出了洁白纯净的好纸,因纸的集散地多在州治宣城,故名宣纸。

  宣纸具有“韧而能润、光而不滑、洁白稠密、纹理纯净、搓折无损、涸墨性强”等特点,并有独特的渗透、润滑性能。用宣纸写字则骨神兼备,作画则神采飞扬,宣纸成了最能体现中国艺术风格的书画纸。再加上耐老化、不变色、少虫蛀、寿命长,宣纸故有“纸中之王、千年寿纸”的誉称。除了题诗作画外,宣纸还是书写外交照会、保存高级档案和史料的最佳用纸。我国流传至今的大量古籍珍本、名家书画毕昇像墨迹,大都用宣纸保存,依然如初。

  纸中皇后——铜版纸

  常见的印刷纸张类型主要有铜版纸、轻型纸、胶版纸、商标纸、牛皮纸、纸袋纸、复合纸、彩印纸、不干胶纸等。其中,最为精美的要数铜版纸了。

  铜版纸又称涂布印刷纸,它是以原纸涂布白色涂料制成的高级印刷纸。它的特点在于纸面非常光洁平整,平滑度高,光泽度好。铜版纸要求有较高的涂层强度,涂层薄而均匀、无气泡,涂料中的胶黏剂量适当,以防印刷过程中脱粉掉毛。

  活字印刷术——印刷史上的革命

  印刷是使用印版或其他方式,将原稿上的图文信息转移到承印物上的工艺技术。印刷术是中国古代“四大发明”之一。它的发明及推广应用,加快了文献的复制和传播速度,对人类文明和社会进步产生了巨大的推动作用。特别是活字印刷术,既经济又省时,大大促进了文化的传播,是印刷史上一次伟大的技术革命。

  活字印刷术的发明

  唐朝时,随着造纸和制墨等生产技术的发展,人们发明了雕版印刷术,即先在一块整版上刻字,再刷墨印刷。

  宋代的毕昇首创泥活字版。他在胶泥片上刻字,一字一印,用火烧硬后,便成活字。排版前,先在置有铁框的铁板上放上松香和蜡,活字依次排在上面;加热使蜡熔化,再用平板压平字面,泥字就会附着在铁板上,随后就可以像雕版一样印刷了。

  后来又出现了木活字和金属活字。采用活字印刷,一书印完之后可拆版重新排列,接着印刷其他书籍,不但节省了雕版费用,还缩短了出书时间,它逐渐成为在世界范围内占统治地位的印刷方式。

  现代印刷工艺的代表——丝网印刷

  现代印刷术主要包括凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、丝网印刷、复印、热转移印刷、静电复印、喷墨印刷等方法,其中,比较特别的是丝网印刷。

  丝网印刷是一种应用范围很广的印刷方法,它是通过把油墨挤压过孔版的孔来进行印刷的,这种方法也称为孔版印刷和网版印刷。

  出版印刷界的主力军——激光照排

  所谓激光照排,实际上是电子排版系统的大众化简称。电子排版系统分为硬件与软件两大块。硬件中包括:扫描仪、电子计算机、照排控制机、激光印字机和激光照排机。软件可分别选取,例如书版组版软件、绘图软件等。这两大块有机地结合在一起,不仅能进行文字处理,还可以进行广告设计、封面设计,直接出四色片进行彩色印刷等。

  电子排版系统以效率高、周期短、版面灵活、字库齐全等优势将逐渐取代陈旧的铅排技术,成为出版印刷行业的主力军。

  邮票——邮政史上的革命

  邮票是邮政机关发行、供寄递邮件时贴用的邮资凭证,是一种特殊的商品。它的出现改变了以往不尽合理的邮资制度,大大简化了烦琐的邮政收费手续,加快了信件传递速度,进而推动了近代通讯业的快速发展,堪称世界邮政史上的一次革命。

  邮票鼻祖——“黑便士”

  英国国会议员罗兰·希尔从1835年开始研究英国的邮政改革问题。他向英国政府建议:今后凡寄信,须由寄信人购买邮票,贴在信封上,作为邮资已付的凭证。1840年1月10日,英国政府决定采取希尔的建议,实施新邮政法。信函基价规定为每半盎司(相当于14克)收费1便士。

  1840年5月1日,希尔设计的世界上第一种邮票在英国正式发行。邮票的图案为英国维多利亚女王18岁时的侧面浮雕像,黑色,面值为1便士,人称“黑便士”。

  这枚邮票,除不具备齿孔外,已基本上具备了今天邮票的特征。它选用带水印的纸张印刷,涂有背胶,并标有“邮政”字样。

  “黑便士”发行后深受欢迎,在不到1年的时间里,竟重印了11次,售出6800万枚,并一直沿用了40年之久。

  世界文化风潮——集邮

  集邮是指对邮票和邮品进行收集、整理和研究。每个国家发行邮票,都是选本国最优秀、最具代表性或纪念性的东西,经过精心设计,展现在邮票上,使得方寸之间的小小邮票成为包罗万象的博物馆、容纳丰富知识的小百科全书。

  集邮是一门综合的学问。一枚邮票,从图案的内容、意义和审美,到它的设计、历史背景、印刷过程以及制版技术等方面,无不体现着人类智慧的结晶。正因集邮不仅是一项文化活动,也成为一项可获丰厚回报的经济活动。从邮票采集到作品诞生,无不体现着集邮者的智慧和修养。要提高自己的集邮水平,必须不断地提高自己的知识水平、艺术修养和审美情趣。

  无线电——神奇的空中电波

  无线电是利用电磁波在空间辐射实现信息获取或信息传递的技术手段。它的发明使携带人类信息的电磁波开始在空间自由旅行,相隔遥远的人们不必依赖电线就可以互通信息,还可以借助电磁波获得大自然的信息。无线电最早应用于肮海中,今天,它已经被广泛地应用于广播、电视、测向、定位、遥感、遥测以及卫星通信等方面。

  绿色信使——无线电的发明

  1831年,英国的法拉第发现了电磁感应现象。

  1888年,德国科学家赫兹发现了电磁波,为无线电通信奠定了坚实的基础。

  1897年5月11日,意大利科学家马可尼在英国西海岸布里斯托尔海峡南端进行了跨海无线电通讯实验,取得了成功,他的无线电报装置于1898年7月正式投入商用。

  1901年,无线电信息成功地穿越大西洋,从英格兰传到加拿大的纽芬兰省。这是无线电发展史上的重大突破,此后,无线电通讯很快成为全球性的事业。

  1904年,英国的弗莱明发明了真空二极管。美国人德福雷斯特在他的基础上加以改进,发明了真空三极管,从而将微小的电信号放大了许多倍,给无线电安上了心脏。

  人类第一次成功的无线电广播

  有记载的首次成功的无线电广播是在1906年的圣诞节之夜,美国的费森登使用功率为1千瓦、频率为50赫兹的交流发电机,借助麦克风进行调制,播发了讲话和音乐,许多地区,包括海上的船只都可清楚地收听到。无线电广播技术史上的一个最重要的进展方向是使用波长的不断缩短。起初,人们所使用的是长波和中波。与它们相比,短波传播有更强的方向性,因而用较低的功率就可以发射较远的距离。1921年12月,科学家在从美国到英国的无线电广播试验中,利用200米波获得成功,从此短波长广播成为长距离广播的主要方式。

  现代无线电导航技术

  无线电导航技术就是利用无线电电波引导飞行器或船舶沿规定航线、在规定时间到达目的地的导航方法。利用无线电电波的传播特性可测定飞行器或船舶的方位和速度等,计算出与规定航线的偏差,由驾驶员或自动驾驶仪操纵飞行器或船舶消除偏差以保证正确航向。

  电报——拉开电信时代的序幕

  电报是用电信号传递文字、照片、图片等信息的通信手段。电报的出现是人类通信史上革命性的变化,它改变了战争中信息传递的速度和规模,开启了以电作为信息载体的历史帷幕。它提高了人们通讯的速度,并大大繁荣了新闻业,使人们在政治、经济、文化等方面的交流变得更快捷、更准确。

  世界上第一句电文

  1832年,医生杰克逊向美国人莫尔斯展示了一种“电磁铁”:其通电之后能吸起铁制器件,而断电后铁器就会掉下来。这使莫尔斯产生用电流来传递信息的想法,从此他开始着手进行实验。

  1844年5月24日,莫尔斯在美国国会大厅里,亲自按动电报机按键,向在巴尔的摩的助手威尔发出电文——上帝创造了何等的奇迹!

  电文通过电线很快传到了数十千米外的巴尔的摩,威尔准确无误地把电文译了出来。这件事轰动全球,莫尔斯的电报机很快风靡世界。

  莫尔斯电码

  莫尔斯为发明电码煞费苦心。他先是对报刊、杂志、书籍中的常用字进行统计,进而向印刷工人讨教,按照常用的英文字母对应简单的电码、不常用的英文字母对应复杂的电码的原则进行系统编码。电报的具体符号则通过“接通”、“断开”电路的方法,形成“点”、“划”和“空白”等不同组合,用以对应不同的字母、数字、标点等。各个字符不但在“点”与“划”的组合上有规定,它们的长度以及“间隔”的幅度也确定了严格的时间比例。这样,收、发电报的准确性就大大提高了。

  由于莫尔斯电码具有精简、成本低、高效率的优点,所以在通讯科技文明的今天,仍然占有相当重要的地位。作为一种信息编码标准,莫尔斯电码在海事通讯中被作为国际标准一直使用到1999年。1997年,法国海军停止使用莫尔斯电码之前,发送的最后一条消息是:“所有人注意,这是我们在永远沉寂之前最后的一声呐喊!”

  电话——来自远方的声音

  电话是利用电流使身处两地的人能够互相交谈的装置,主要由发话器、受话器和线路三部分组成。电话加快了信息传送的速度,改变了世界的通信方式和人们对时间与距离概念的理解,开启了长距离通话的新时代。现在,人们使用的最多、最广的电信设备就是电话。单纯传音的电话拉近了人们的距离,而既传音又传图像的电话,使相隔千里的人们就像是在面对面交谈一样亲切。

  千里传音一线牵——电话的发明

  欧洲对于远距离传送声音的研究,始于18世纪。1796年,英国人休斯提出了用话筒接力传送语音信息的办法。虽然这种设想在当时显得不太切合实际,但他给这种通信方式取的名字——Telepllolle(电话)却一直沿用至今。

  1873年,美国人贝尔与助手在试验一种新型电报机时,偶然发现一块铁片在磁铁前振动会发出微弱的声音,而且这种声音还能通过导线传向远方。这给了他极大的启示。

  1875年6月3日,贝尔制成了世界上第一台简陋的电话机,它只能传送单音,还不能传送完整的话语。但经过反复实验和改进后,贝尔终于取得了成功。1876年2月,贝尔给自己的发明申请了专利,10年之内,电话遍及美国,很快又传遍全世界。

  电话的成长

  随着电气技术的发展,越来越多的人为电话的发展贡献力量。1891年,美国的斯特罗杰申请了第一个自动电话交换机专利。1902年,美籍加拿大人富森登发明了第一台无线电话。1923年,法国工程师巴尔内成功地研制出最初的电话拨号器口。此后,大多数话筒和听筒装在一个方形手柄上的电话机,都采用了这种拨号器口。直到20世纪60年代,电子式电话交换机出现后才逐渐取代了它。

  IP电话——廉价的网络电话

  IP电话是按国际互联网协议规定的网络技术内容开通的电话业务,中文翻译为网络电话或互联网电话。它的原理是将普通电话的模拟信号进行压缩打包处理,通过互联网传输给对方后再进行解压,还原成模拟信号,对方用普通电话机等设备就可以接听。IP电话是目前发展得最快而且最有商业化前途的电话。由于其通信费用低廉,所以也有人称之为廉价电话。

  移动电话——移动通信时代的使者

  移动电话,即手机,马丁·库珀和他的移动电话旧称大哥大,是便携的、可以在较大范围内移动的电话终端,通过电磁波传输信息的。手机的发明,使人类真正实现了“随时随地沟通”。随着网络的完善,无论你在哪个角落,都可以通过手机与这个世界发生联系。

  “鞋子”电话

  最初,能移动的电话只有汽车电话,它的重量超过13.5千克,售价高达数千美元,人们还必须给汽车打个洞来安装天线,用起来并不方便。

  1973年4月3日,世界上第一部移动电话在美国摩托罗拉公司揭开面纱,它的发明者是马丁·库珀。这部移动电话的模型设计仅用了3天,实物制造也只花了四十几天。但它只有通话功能,且仅能通话35分钟,没有显示屏。这部电话因形似鞋子而被称为“鞋子电话”。经过20多年的研发和推广,移动电话已经成为全球最普及的便携式通信设备。马丁·库珀也成为业内公认的“移动电话之父”。

  智能手机的发展

  随着社会发展的需要,消费者不光要求手机能够进行简单的通讯,还要求其具备更高的科技含量。随着第三代数字通信时代(3G)的到来,智能手机应运而生。智能手机像个人电脑一样,具有独立的操作系统,可以由用户自行安装软件、游戏等第三方服务商提供的程序,通过此类程序来不断对手机的功能进行扩展,并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入。

  “蓝牙”技术

  “蓝牙”是一种开放性的、短距离无线通信技术,它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互连,可以在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信,还能够有效减少电磁波对人体的影响。

  1995年,爱立信公司最先提出“蓝牙”概念。目前,“蓝牙”技术广泛应用于支持“蓝牙”的手机通话设备中,如手机蓝牙耳机。

  录音机——让声音为永恒的机器

  录音机是能将声音记录下来并反复播放的机器。录音机的发明实现了人们长久以来想要留住声音的梦想,是一个划时代的突破,为其发明者爱迪生赢得了“科学界的拿破仑”的美誉,它在100多年的发展历程中留下了一个个让我们兴奋不已的脚印。

  录音机的问世

  1877年,爱迪生发明了留声机,使声音可以储存和再现。当时的巴黎世界博览会立即把它作为时新展品展出。就连当时的美国总统海斯也在留声机旁转了2个多小时。1898年,丹麦科学家研制出了第一台磁性录音机,它能把声音录在钢丝上,提高了音质。1936年,德国的福劳耶玛研制出了磁带录音机,声音清晰,使用方便,价格也便宜。

  1937年,美国发明家马文·卡姆拉斯制成了一台新型钢丝录音机。它采用完整的磁圈作为磁头,利用钢丝周围的空气间隔进行录音,避免了磁信号的破坏,使声音逼真、优美。

  录音带的诞生

  磁带是一种用于记录声音、图像、数字或其他信号的载有磁层的带状材料,是产量最大和用途最广的一种磁记录材料。录音带就是只能记录声音的磁带。1935年,德国科学家福劳耶玛发明了代替钢丝进行录音的磁带。这种磁带以纸带和塑料带作为带基,带基上涂了四氧化三铁粉末。随后,福劳耶玛又将铁粉代替四氧化三铁粉末涂在纸带上,使录音效果更好。第二次世界大战接近尾声时,美国发明家卡姆拉斯发现了一种磁性颗粒——氧化铁粉。他把这种粉末混入亮漆或清漆中,再涂在纸带和纸盘上,趁涂料未干时将它放入磁场,在磁场的作用下,所有的颗粒就会按一定的方向排列起来,从而具备和磁带相同的录音功能。1978年,美国3M和日本住友公司把以纯铁粉为主要成分的材料涂敷于聚酯类带基上,研制出金属磁带。

  高保真的MP3播放器

  MP3播放器,就是可以播放MP3格式音频文件的播放工具。MP3播放器的压缩率可以达到1∶12,但在人耳听起来,声音并没有什么失真,因为它将超出人耳听力范围的声音从数字音频中去掉,而不改变最主要声音的质量。

  照相机——将瞬间定格为永恒

  照相机是用感光胶片反景物拍摄的光学器械。照相机发明之前,人们只能透过文字看历史,照相机出现以后,人们看到的历史都是鲜活而真实的。随着人类社会的进步和工业革命的推进,发明家们不断地将光学、机械学、电学和计算机等技术有机地结合在一起并用在照相机上。可以说,一部照相机的发展史,就是一部人类不断追求完美的历史。

  照相机的诞生及发展

  1839年8月19日,法国画家达盖尔公布了他发明的“达盖尔银版摄影术”,世界上第一台可携式木箱照相机由此诞生。

  1841年,光学家沃哥兰德发明了第一台全金属机身的照相机。

  1866年,德国化学家肖特与光学家阿具在蔡司公司发明了钡冕光学玻璃,从而产生了正光摄影镜头,使摄影镜头的设计制造得到迅速发展。

  1883年,美国柯达公司生产出了新型感光材料——柔软、可卷绕的胶卷。1888年,柯达公司发明了世界上第一台安装胶卷的可携式方箱照相机。

  1906年,美国人乔治·希拉斯首次使用了闪光灯。

  1925至1938年间,德国的莱兹、罗菜、蔡司等公司研制生产出了小体积、铝合金机身的双镜头及单镜头反光照相机,彩色感光片开始推广,从而使照相机队伍迅速扩大并走向专业化。

  数码照相机

  数码照相机是一种利用电子传感器,把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同,数码照相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。图像在传输到电脑以前,先储存在数码存储设备中。

  1975年,美国纽约柯达公司的技术人员塞尚发明了世界上的首台数码照相机,影像行业的发展就此改变。

  1994年,柯达公司推出了第一台面向市场的轻便数码照相机,像素仅30万。经过十几年的发展,轻便数码相机除了外观设计更趋成熟外,层出不穷的功能让人目不暇接:间隔定时拍摄功能、浮动水印设定功能、数码照相机间影像复制功能、存储卡间影像复制功能和全景功能与全景拼接功能等。

  光盘——存储介质的革命

  光盘是激光视盘和激光唱片的总称。它将所需要的声音、数据、图像等存储在光盘轨道中极小的凹槽内,然后再通过光驱的激光束来进行读取工作。同纸和磁带等存储介质相比较,光盘具有存储量大、存储信息多样、存储期长、安全系数高等显著优势。同时,随着计算机的广泛使用和普及,光盘逐渐取代传统存储介质而成为长期保存信息的主要介质。

  不变质的唱片

  为了解决塑料唱片会随着时间的推移而老化的问题,美国科研人员拉塞尔决心发明一种新的存储方式。他的设想是:利用计算机使用的“0”和“1”编码模式,采用光读写的方式,彻底改变声音录放方法。因为这样在声音录放过程中,各个元器件不会产生物理接触,也就不会造成物理损坏而影响音质。

  1970年,拉塞尔完成了把模拟信号转换成数字信号的实验,并开发出第一套数字录制与恢复系统,第一张数字光盘(CD)也同时问世。从此,光盘渐渐成为信息存储介质的主流选择。

  光盘大家庭

  目前市场上的光盘主要有CD、LD、VCD和DVD等。

  CD和LD通常被统称为光盘。从作用上看,CD以记录和重放声音为主,而LD则以记录和重放图像为主。

  VCD是视频压缩盘片,也就是“视频光盘”。它上面储存的是影视节目,所以俗称“影碟”。VCD光盘既可以在VCD机上直接播放,也可以在配置了光驱的电脑中播放。

  DVD是数字视频光盘或数字影盘,它利用MPEG2的压缩技术来储存影像。它是多用途的数字光盘,集计算机技术、光学记录技术和影视技术等于一体,可满足人们对存储介质大容量、高性能的需求。

  惹人注目的蓝光光盘

  蓝光光盘是DVD光盘的下一代光盘格式。由于它采用的激光波长为405纳米(nm),刚好是光谱之中蓝光的波长,因而得名。一个单层的蓝光光盘容量为25GB或27GB,足够容纳长达4小时的高清电影。蓝光光盘的存储采用传统的沟槽进行记录,与CD或DVD相比,它能带来更好的反射率与存储密度,这是实现容量突破的关键。

  电影——打开视听世界钥匙

  电影的出现是人类文明史上的一次革命,对人类的感观世界产生了一次重大冲击。它使物质现实的空间形式得以重现,从而使人类又一次获得了一种全新的感知世界的经验和影像思维的方式,标志着视觉文化艺术的诞生。如今,随着人们对电影要求的提高,电影正朝着多元化、大画面、高清晰度、立体声效等方向阔步迈进。

  电影的诞生

  电影的雏形可以追溯到中国春秋战国时期,在墨子和庄子的著作中,均对光影生成物像的原理有所阐述。中国古代的皮影戏就是现代电影的雏形之一。

  17世纪中叶出现了幻灯机。

  19世纪,人们将画着连续动作的图片装在一个圆盘上,依次在幻灯机上放映出来,形成了“活动幻灯”。

  1851年,杜波斯克制成了由照片代替图画的“实体幻象镜”,使照片“活”了起来。为了解决连续放映的问题,法国人雷诺受到自行车链条的启发,在软片带上打孔,于1888年创造了光学影戏机。

  为了使电影胶片严格定位,爱迪生在胶片的边缘剪出锯齿,用齿轮来拉动,后来又在胶片的两侧打孔,每个画面打四对齿孔,创造了与现代胶片相似的电影胶片。

  1895年,法国经营照相馆的卢米埃尔兄弟在爱迪生发明的基础上,制造出“活动电影机”。电影机由一个暗箱组成,内有使35毫米片孔胶片间歇运动的牵引机构和遮光器的转动机构。它备有一个摄影镜头,以每秒12幅的速度摄影。画面静止时,遮光器开启,胶片曝光,遮光器关闭时,胶片向前运动,这样便得到了负片。然后取下镜头,将负片装到机器上,与另一条未曝光胶片贴在一起,曝光后得到正片。这种电影机还配有放映镜头,装上拍好的胶片后,可以作为放映机。

  1895年12月28日,法国巴黎卡普辛路14号大咖啡馆的地下室,在潮湿和昏暗中,卢米埃尔兄弟用他们的活动电影机放映了几部影像短片:《工厂的大门》、《拆墙》、《婴儿喝汤》、《火车进站》。这标志着电影的诞生,卢米埃尔兄弟也成为纪录电影的开山鼻祖。

  从无声到有声

  早期的电影没有声音,观众只能看到活动的画面和人物讲话时嘴部的一张一闭,却听不到说话声。这个阶段称为电影的“默片时代”,大约经历了30年。在默片时代,影片制作者曾用过加字幕、乐队伴奏、幕后配音和唱片配音等方法来解决声音问题。1927年10月6日,美国华纳兄弟影业公司首映了世界第一部配有4段歌唱、部分台词和音响的影片《爵士歌王》。一年之后,该公司又推出了“百分之百的有声片”《纽约之光》。不到两年,各制片公司都开始改拍有声片了。

  从黑白到彩色

  电影诞生初期的几十年,拍出来的都是黑白影片。名导演爱森斯坦在执导《战舰波将金号》时,为了让片中“黑旗”变成红旗,曾以手工涂色的方式给胶片逐格涂上红色。1865年,奥地利人科伦和朗松纳特男爵利用三种不同底片拍摄彩色照片,被认为是彩色电影的前身。

  直到1935年,美国导演罗本·马莫里安才拍摄出了第一部金狮奖杯真正意义上的彩色电影《浮华世家》。不久,德国生产出35毫米多层乳剂的彩色胶片,它能在一条胶片上印制出供放映用的彩色胶片,而且能复制光学声带,从而解决了一系列彩色影片中的技术难题。此后,彩色影片便推广开来,一个异彩纷呈的多彩世界终于呈现在人们的眼前了。

  第一个国际电影节

  威尼斯电影节创办于1932年8月6日,是世界上第一个国际电影节,因此被誉为“国际电影节之父”。它的基本宗旨是奖励世界各地有价值的、有创造性的,并且适合进行国际发行放映的优秀影片,促进世界各地电影工作者之间的交往和合作,并为发展电影贸易提供方便。

  自1934年举办完第二居后,威尼斯电影节每年8月底至9月初举行一次,为期两周。1943年至1945年因第二次世界大战一度停办。大战结束后于1946年恢复举行。

  威尼斯电影节有自己独特的传统:它聚焦于各国的电影实验者,鼓励他们拍摄形式新颖、手法独特的影片,哪怕有一些缺陷,只要有创新,就能够被电影节所接纳。

  电视机的发明

  电视机是利用无线电波或导线把实物的活动影像和声音变成电信号传送出去,在接收端把收到的信号变成影像和声音再现出来的装置。电视机的出现,引发了新闻、文艺、科技和教育传播方式的大革命,是20世纪人类最伟大的发明之一。

  电视机的发明

  1884年,德国科学家尼普科夫发明了扫描式旋转盘,从而奠定了电视机发明的基础。

  1906年,英国人贝尔德将一只盥洗盆与从旧货摊觅来的茶叶箱相连,作为实验的基础设备。他在箱子上安放了一台旧马达,用它来转动“扫描圆盘”,在扫描圆盘四周戳一个个小孔,利用小孔把场景分成许多明暗程度不同的小光点发射出去——这就是电视机的前身。

  1924年,贝尔德首次用收集到的旧收音机、霓虹灯管、扫描盘、电热棒、可以间断发电的磁波灯和光电管等,将一朵“十字花”发射到3米远的屏幕上,这是世界上第一套原始的电视发射机和接收器。

  1925年10月2日,贝尔德将一个人的图像发射到了屏幕上,而且十分逼真,眼睛、嘴巴,甚至眉毛和头发都清晰可见——一台有实用意义的电视机宣告诞生。

  电子录像机的问世

  早期的电视节目制作,一般是用电视胶片把节目拍摄下来,先冲印,再通过电子扫描播出。这样就无法进行实况转播。而另一种方法是用摄像机直接把信号播出去,进行直播,但是它不能记录和重放,资料无法保存。1956年,金斯伯格和安德逊设计制作的Modoll VRllo录像机的问世,使人们摆脱了以上束缚。

  Modoll VRllo是一台电子录像机,它利用磁带记录、重放图像和声音信号,使录像机的发展又向前迈了一大步。

  懒人的福音——遥控器

  20世纪50年代,美国一位特别迷恋看电视的电子公司老板,因为不喜欢看广告而要频频地跑到电视机前调换频道,这让他产生了制造一种电视遥控装置的想法。他的手下阿尔德勒博士接受了这一任务。不久,阿尔德勒博士就与同事研制成功了一种“有线遥控”的装置,世界上的第一部遥控器问世。可以说它是专门为懒人研制的,所以人们给它取名叫“懒骨头”。

  卫星电视

  卫星电视是利用通信卫星传送和转播电视节目的电视系统。它通过卫星将地面基站发射的微波信号远距离传输,最终用户使用定向天线接收信号,通过解码器解码后输出到电视终端。

  早期,卫星传播要经过地面接收后,再把信号通过无线电或电缆传送出去。1983年11月5日,美国USCI公司首次开始施行卫星直播。只要用户家中装备一个直径1米左右的小型抛物面天线和一个调谐器来对信号进行解码,就可以直接接收卫星的下行信号。这对偏远地区有很大的实用价值。

  数字电视

  数字电视是采用数字信号传送图像和声音的电视系统。它在电视信号的获取、产生、处理、传输、接收和存储等各个环节中,都离不开数字信号。

  数字电视主要分为三种,一种是数字高清晰度电视,简称HDTV,采用符合人眼视觉生理特点的16∶9的屏幕长宽比;一种是数字标准清晰度电视,也是一种普及型数字电视;另一种数字低清晰度电视,是一种VCD级的数字电视。

  目前市场上流行的所谓“数码电视”并不是真正意义上的数字电视,但它采用了数字技术,改进了普通模拟电视的播映效果。

  家庭视频系统中心

  如今的电视机不仅用于收看电视节目,同时又可以是家用计算机、电子游戏机,并可以预制录像带。人们不仅利用电视获取消息,而且通过卫星和电视购物、学习等。此外,立体声电视、超大屏幕电视、高清晰度电视、激光视盘、家庭数据库等也不断地发展起来。也就是说,现代电视已经从一种公共媒介的收看工具,变成了包含众多信息系统的家庭视频系统中心。

  计算机的诞生

  电子计算机,俗称电脑,是用电子管、晶体管或集成电路等构成的复杂机器,能对输入的数据或信息非常迅速、准确地进行运算和处理。电子计算机的出现是科技发展史上的重大突破,它使生产自动化迈进了一个崭新的阶段,大大提高了社会生产力,使世界进入了一个新时代。

  计算机的诞生

  1941年,为了破译德国的军事密码,英国数学家阿兰·图灵设计了第一台名为“巨人”的电动机械式计算机,开了计算机技术发展的先河。

  1942年,美国的莫奇勒博士提出了研制电子计算机的设想和方案。1943年,研制小组成立。1944年,冯·诺伊曼参加了这个工作小组。他们制定了一个新的存贮程序通用电子计算机方案——EDVAC。这个方案最重大的改进是采用了二进位制和存贮程序,前者为充分发挥电子元件的高速度开辟了道路,而后者则使全部运算成为真正的自动过程。

  1946年2月14日,世界上第一台电子计算机——ENIAC问世。它由17468个电子管、6万个电阻器、1万个电容器和6千个开关组成,重达30吨,占地160平方米,功率174千瓦,每秒只能运行5千次加法运算。

  混合计算机

  混合计算机是指可以进行数字信息和模拟物理量处理的计算机系统。通过数模转换器和模数转换器,将数字计算机、模拟计算机连接在一起,构成完整的混合计算机系统。混合计算机主要应用于航空航天、导弹系统等实时性的复杂大系统中。

  混合计算机一般由数字计算机、模拟计算机和混合接口三部分组成,其中模拟计算机部分承担快速计算的工作,而数字计算机部分则承担高精度运算和数据处理工作。混合计算机的运算速度快、计算精度高、逻辑和存储能力强、存储容量大和仿真能力强。混合计算机除了进行计算变量的转换和传送外,还进行逻辑信号和控制信号的传送。

  光学计算机

  光学计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。其基本组成部件是集成光路,包括激光器、透镜和核镜。

  1990年初,美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。目前,美国航空航天局的科学家正在研制一种超高速的光学计算机,有望在10年后推向市场。光学计算机将一改电子计算机中通过金属电子传输信息的做法,充分利用经过人造有机分子折射出的光波进行信息处理。在速度上,光学计算机的威力将使今天的电子计算机看上去慢得像从前的算盘。

  世界上第一台电子计算机ENIAC身手不凡的神经计算机

  1990年,美国科学家霍普费尔德提出了神经网络模型,就是使计算机仿效人类的神经系统进行工作,使计算机具有类似人的学习的能力,既能像人的神经元那样并行处理数据,又具有联想能力,甚至还有自我组织能力,也就是说,在多次处理同类问题后,能将各种神经元连接成最适合处理这种问题的网络。

  德国生物化学研究所的科学家马克斯·普朗克,成功地将动物神经细胞与芯片进行了连接,并实现了网络神经与芯片之间的信息传递。目前,神经计算机还处在研制和改进阶段。

  计算机杀手——病毒

  计算机病毒是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者数据,影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。

  计算机病毒有独特的复制能力,可以很快地蔓延,常常难以根除。它们能把自身附着在各种类型的文件上,当文件被复制或从一个用户传送到另一个用户时,它们就随同文件一起蔓延开来。轻则影响机器运行速度,重则使机器瘫痪。

  提高系统的安全性是防病毒的一个重要方面,但完美的系统是不存在的,过于强调提高系统的安全性将使系统多数时间用于病毒检查,失去可用性、实用性和易用性。另一方面,信息保密的要求让人们在泄密和抓住病毒之间无法选择。病毒与反病毒将作为一种技术对抗长期存在,两种技术都将随计算机技术的发展而得到长期的发展。

  互联网时代

  互联网又称因特网、网际网,即由广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。互联网是继电报、电话、无线电、电子计算机之后的又一个伟大发明。它使全世界的电脑联系起来,进行通讯和分享信息资源,使整个地球变成了一个小小的“村落”。互联网的形成及其迅速发展完全改变了人类的生活方式,对全球军事、经济、文化等都产生了深远的影响。

  全球性信息系统——互联网的诞生与普及

  1969年,用于支持军事研究的计算机实验网——ARPANET在美国研制成功,这是互联网的最初起源。

  1982年,美国军方实验网从ARPANET中抽离,剩下的部分称为互联网,其主要的用途是将学术机构的电脑连接起来,使科学家能够借此分享数据、收发电子邮件等。

  1985年,在美国政府的帮助下,美国国家科学基金会(NSF)组建了一个名为NSFNET的计算机网络,它完全免费,且可以方便地将使用不同技术标准的网络连接起来。

  1986年,N S F N E T取代ARPANET成为互联网的主干网,即当今世界最大的计算机互联网。

  到了20世纪90年代初期,欧洲粒子物理实验室的物理学家蒂姆·伯纳斯·李发明了万维网,使在网页中包含超文本链接成为可能,互联网迅速普及。

  新型出版物——网页

  网络是传媒,而网页就是出版物。互联网是一个无穷联系的网状知识结构体系。根据统计,50%的用户阅读在线杂志,48%的用户阅读在线报纸。网页具有印刷出版物所具有的几乎所有功能。网页有很多优点,一方面,它是一种电子出版物,不需要纸张,而且可以随时修改;另一方面,网页的读者面广。好的网页要比好的书报传播面广得多。一个吸引人的网页一天会有几万甚至几十万人次光顾。

  网页的传播和更新速度也是印刷出版物不能比拟的。互联网上影响最大的新闻网页都是每小时更新一次内容。读者可以随时追踪事件的发展。由于网页使用的是超文本文件格式,因此可以通过链接的方式查看互联网上所有与该网页相关的内容。

  新型商务——电子商务

  电子商务通常是指在全球各地广泛的商业贸易活动中,在互联网开放的网络环境下,买卖双方不谋面地进行各种商贸活动,实现消费者的网上购物、商户之间的网上交易和在线电子支付等各种商务活动、交易活动、金融活动和相关的综合服务活动的一种新型的商业运营模式。

  电子商务是互联网爆炸式发展的直接产物,是网络技术应用的全新发展方向互联网本身所具有的开放性、全球性、低成本、高效率的特点,也成为电子商务的内在特征,并使得电子商务大大超越了作为一种新的贸易形式所具有的价值,它不仅会改变企业本身的生产、经营、管理活动,而且将影响到整个社会的经济运行与结构。

  电子商务也有其潜在的风险。由于实行电子商务后用户便可以在短时间内完成大规模的资金调运,政府可能对此完全失去监控。因此,周期性的经济动荡有可能因为电子商务活动增加而发作得更为频繁,程度将进一步加重。

  最优秀的医生——网络会诊

  网络会诊是通过计算机网络强大的信息互联功能,在互联网上针对一种病症展开讨论和研究,征求多方意见,找到最合适的治疗方案。实际上,它是把全球的医生联系起来,使一个患者得到全球众多优秀医生的治疗。

  其实,现在的“网上会诊”已经不仅仅局限于医学领域了,分散在世界各地的各行各业的人们,遇到什么样的技术难题,都可以通过互联网寻求帮助,网络往往是最快速、最有效的解决途径。

  信息阳关道——宽带

  宽带是相对于传统的窄带电信网而言的,其本身并没有很严格的定义,主要是指在同一传输介质上,使用特殊的技术或者设备,利用不同的频道进行多重并行传输,并且速率在256Kbps以上。

  宽带能有效地保证图像、声音、数据传送的清晰度和连贯性,无论是通过电子邮件收发大型文件,还是下载图像或软件均可很快完成。各种多媒体服务,包括视频点播、远程教育、远程医疗、电子商务、电视会议、视频电话等,都能通过宽带传输得以进行。而且,宽带的费用相对较低,不受时间限制,结构简单、维护方便,并且它的可靠性和安全性高、扩展性强。

  晶体管的诞生

  晶体管是一种固体半导体器件,对电信号有放大和开关等作用,应用十分广泛。晶体管被认为是现代最伟大的发明之一,它代替了体积庞大的电子管,使电子设备的体积不断减小。它的广泛应用对电视机、音响设备、助听器、无线电通讯设备等装置以及其他需要更强信号的器械的发展意义重大,同时也促进了计算机的发展。

  电子之树上的奇葩——晶体管的诞生

  1945年,美国贝尔实验室成立了以肖克利为首的半导体研究小组,成员有巴丁、布拉顿等人。布拉顿发现,在锗片的底面接上电极,在另一面插上细针并通上电流,然后让另一根通有微弱电流的细针尽量靠近它,就会使原来的电流产生很大的变化。而微弱电流很小的变化,就会对原来的电流产生很大的影响,这就是“放大”作用。

  1947年12月,世界上最早的实用半导体器件问世了,取名为转换电阻,中文译名就是晶体管。

  1950年,威廉·邵克雷开发出双极晶体管,成为现在通行的标准晶体管。

  晶体管无可比拟的优越性

  晶体管有着电子管无可比拟的优越性。晶体管的构件是没有消耗的,寿命比电子管长100到1000倍,称得上永久性器件。而且,晶体管消耗电子极少,仅为电子管的十分之一或几十分之一。它也不需预热,一开机就能投入工作。另外,晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,可用于设计小型、复杂、可靠的电路。

  晶体管的用武之地

  晶体管是所有现代电器的关键活动元件。从1967年以来,电子测量装置或者电视摄像机如果不是“晶体管化”的,就一件也卖不出去。晶体管还特别适合用作开关,它也是第二代计算机的基本元件。

  人们还常用硅晶体管制造红外探测器、太阳能电池等。这种小型简便的半导体元件为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径。

  集成电路的诞生

  集成电路是采用半导体制作工艺,在一块较小的单晶硅片上,制作许多晶体管及电阻器、电容器等元器件,并按照多层布线或隧道布线的方法将元器件组合成的完整电子电路。集成电路的发明使微处理器的出现成为可能,对航空航天技术、自动化技术、激光技术的发展产生了重大影响,并为现代信息技术奠定了基础。

  浓缩的精华——集成电路的诞生

  1958年,德州仪器公司半导体实验室的基尔提出了不要电线的大胆设想。他意识到电路的所有基本元件都能够用同一种材料——硅制成,并能把所有元件刻在一片单独的材料上,这意味着可以把大量的元件压缩在一个小小的空间里,将整个计算机电路放在如婴儿指甲般大小的芯片上。

  1958年7月24日,基尔制成一个叫相位转换振荡器的简易电路,这是世界上的第一块集成电路。1958年9月12日,世界上第一批平面集成电路制成,电子学的新时代自此诞生。

  集成电路的家族成员

  集成电路主要有模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路又称线性集成电路,主要包括振荡器、定时器以及数据转换器等许多非线性电路,数字和线性功能相结合的电路。模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号,也就是幅度随时间变化的信号。

  数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。它用来产生、放大和处理各种数字信号,也就是那些在时间上和幅度上离散取值的信号。

  集成电路的用武之地

  随着电子元件的变革,以集成电路为核心的微电子技术已经渗透到了现代通信、信息技术、计算机、医疗、能源等各个方面。

  微型计算机的诞生,是集成电路发展的最高成就,操纵火箭的计算机电路,就是典型的集成电路。音乐集成电路在生活中的应用十分普遍。利用音乐集成电路的音响效果,可以使电子玩具及各种报警装置的电路大大简化。电子门铃是音乐集成电路的最基本、最简单的应用。而由磁控、光控、温控、红外遥控等不同的电路方式来触发音乐集成电路的装置,更是遍及生活的各个角落。

  GPS的建立

  全球卫星定位系统(GPS)是一种卫星及通讯发展结合的技术,它利用导航卫星进行测时和测距,是具有海陆空全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。全球定位系统的出现革新了以往的定位与导航技术,在军事和民用领域内都有着重大意义,被称为继“阿波罗”飞船登月和航天飞机升空之后的第三大航天工程。

  车载GPSGPS系统的建立

  GPS系统的前身,是1958年美军研制的一种子午仪卫星定位系统。该系统用由5到6颗卫星组成的星网进行定位工作,每天最多绕过地球13次,定位时无法给出高度,在精度方面不尽人意。

  1973年,美国开始筹建全球卫星定位系统,1989年开始发射正式的工作卫星,并于1994年全部建成,投入使用。它由平均分布在围绕地球的6个圆形轨道上的24颗人造导航卫星组成,采用“时间同步、单程测距”的原理来实现定位,其定位误差不大于10米,是具有全方位实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。整个工程历时20年,耗资200亿美元,在军事和民用方面都取得了极大的成功。

  车载GPS

  车载GPS是指可以放置在汽车上,完成GPS导航、定位或监控的汽车定位系统。它是全球定位系统在民事应用中的典型代表,不但能提高交通交率,带来更智能、更科学、更高效的交通管理体系,缓解部分交通压力,还能结合电子地图,让司机能够及时地把握路况变化。此外,智能导航还能通过语音播报功能告诉司机下一个转弯路口、立交桥、急转方向等,减少交通违规的概率。

  “伽利略导航卫星计划”

  “伽利略导航卫星计划”是欧洲旨在建立独立于美国GPS之外的一项全球卫星导航定位系统计划。它的总投资预计为36亿欧元,由分布在3个轨道上的30颗卫星组成。该系统与GPS类似,可向全球任何地点提供精确定位信号,其定位精度可以达到1米。2008年4月23日,欧洲议会通过了伽利略导航卫星系统的最终部署方案,这标志着该计划进入了基础设施建设阶段。

  光纤通信的问世

  光纤通信是把电话、电视、数据等电信号调制到光载波上,通过由若干条光导纤维组成的电缆传送到接收端,经过检测和处理,还原成原来的信息的通信技术。光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送手段。

  信息时代的神经——光导纤维的问世

  光纤通信的线路采用的是用像头发丝那样细的透明玻璃纤维制成的光缆。由于在玻璃纤维中传导的不是电信号而是光信号,所以这些玻璃纤维又被称为光导纤维。

  光导纤维的研制开始于20世纪30年代,是科学家将石英玻璃拉成直径只有几微米到几十微米的丝,然后再包上一层折射率比它小的材料制成的。

  光导纤维的最大特点是具有极宽的通过频带,可以同时容纳数十万路电话信号或数百路电视信号,传输能力比数字微波通信高几个数量级。它不仅重量轻、成本低、铺设方便,而且具有很强的抗干扰能力,稳定可靠、保密性强,被人们誉为“信息时代的神经。”

  光纤通信技术的更新换代

  1966年,美籍华人高锟博士发表了一篇具有划时代意义的论文,他提出可以利用光学纤维作为通信媒质。从此,开始了光纤通信领域的研究工作。

  1977年,美国在芝加哥相距7000米的两个电话局之间,首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。85微米波段的多模光纤为第一代光纤通信系统。

  1981年,实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统,为第二代光纤通信系统。

  1984年,实现了1.3微米单模光纤的通信系统,即第三代光纤通信系统。

  20世纪80年代中后期,第四代光纤通信系统——1.55微米单模光纤通信系统问世。

  光纤通信系统面面观

  完整的光纤通信系统是由光终端机、中继器和光缆三部分组成的。

  光终端机包括光发送部分和光接收部分。光发送部分主要有光源、驱动器和电信发送设备。电信发送设备将电话机等终端设备传送来的模拟电信号转变为数字信号,光凋制器对光源进行调制使电信号转变成为光信号。光源器件是光发送部分的关键器件。

  光接收部分主要有光检测器件、放大器和电信接收设备。光检测器件把光信号变成电信号,经过放大,然后由电信接收设备把数字信号还原成话音等信息。光检测器件具有较高的响应度,较快的响应速度和较低的噪声。

  中继器由光检测器、电信号放大器、判决再生电路、驱动器以及光源等组成,它将光信号变成电信号,经过放大和再生后再变成光信号发送出去,以补偿其传输损耗并消除信号失真与噪声的影响。

  光缆由多条光纤组成。光缆的中心是一条增加强度用的芯线,在各条光纤之间填充塑料,外面再套上塑料保护层。光缆具有足够的抗拉强度,并且柔软能够弯曲,可以埋入地下或架在空中,还可以制成海底光缆。

  FTTH——光纤到户

  FTTH是英文Fiber To The Home的缩写,意思就是将光纤接到家中。具体来说,FTTH将光网络单元安装在住家用户或企业用户处,是光接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型之一。FTTH可向用户提供丰富的带宽,所以一直被IT业界认为是理想的接入方式。

  FTTH所需的光纤可能是现有已敷光纤的2至3倍。近年来,随着光电子器件设备的成熟、光收发模块和光纤价格的大大降低,以及宽带内容有所缓解,加速了FTTH的实用化进程。

  在国内许多城市,FTTH被当做促进城市信息化建设的大事来抓。目前已有20多个城市建设了光纤到户的试验网。通信设备制造商也把FTTH作为光纤通信发展的又一亮点,以此为已经趋于平缓发展的光通信市场加温。光器件制造商、光纤光缆制造商也纷纷使出浑身解数,推出适用于光纤到户的光电子器件和光纤、光缆。

  信息高速公路

  1992年2月,美国总统克林顿在其发表的国情咨文中首次提出“信息高速公路”的概念,即计划用20年时间,耗资2000亿至4000亿美元,建设美国国家信息基础结构(NII),旨在以因特网为雏形,兴建信息时代的高速公路。

  简单来说,所谓“信息高速公路”,就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络。其速度之快,比目前网络的传输速度高1万倍;其容量之大,一条信道就能传输大约500个电视频道或50万路电话。

  信息高速公路的构成核心,是以光缆作为信息传输主干线,采用支线光纤和多媒体终端,用交互方式传输语音、图像等多种形式信息的千兆比特的高速数据网。

  指南针的鼻祖

  指南针是利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器,它的发明结束了人类依靠日月星辰辨别方向的历史。它是因航海需要而发展起来的,后来逐渐扩展到了航空、地质勘探以及探险等方面,对人类社会的发展起着重要的作用。

  指南针的鼻祖——司南

  春秋战国时期,人们利用磁铁的极性原理发明出一种指示方向的指南针仪器——司南,这是世界上最早的磁性指向仪器。

  它是用天然磁石琢磨成的,形状和勺子相仿,底部圆且光滑,被置于平滑且刻有24个方位的底盘上。使用时,先把底盘放平,再把司南放在底盘的中间并使之转动。司南停下来后,它的两端能够分别指向南北。

  但由于加工后的磁石磁性较弱,且司南与铜盘间的摩擦阻力也较大,所以它的指南效果不佳。

  最早的指南针

  北宋时,人们掌握了人工磁化金属的方法,并以此制出了指南针。它是用天然磁石摩擦钢针使之磁化,而产生指南性能的。

  沈括在他的《梦溪笔谈》中详细记载了指南针的几种使用方法:使磁针横贯灯芯后浮在水面上;架在碗沿或者平滑的指甲上;用细丝悬挂于无风处等等。

  尽管这些方法在一定程度上提高了指南针的准确度,但还是不够简便和实用。

  航海明星——磁铁罗盘针

  明朝嘉靖年间,一种被称做旱罗盘的仪器出现。它的盘身是用木头或铜做成的,周围刻着四方八位,正中间是被固定于钉尖的磁针,其结构跟现代罗盘仪基本没什么区别。由于磁针与钉尖的摩擦很小,磁针可以自由转动,其指向的准确度也大为提高。这种指向仪器十分适用于航海,因为它的磁针有固定的支点,不至于在水面上随波飘动。旱罗盘的出现,在世界航海事业上具有划时代的意义,推动了人类文明的进程。

  滚石的启示

  轮子是指车辆或机械上可转动的圆形部件,轮子的发明是人类在陆地运动上由移动到滚动的飞跃,可以视为人类文明的一个重大转折点。正是因为有了轮子,才会有今天人们司空见惯的汽车、火车、飞机等各种现代化交通工具的出现。

  滚石的启示——轮子的萌芽

  在发明轮子之前,人类只能在地面上用力推动或拖动重物。后来人们可能因为看到圆形石头从山坡上滚落下来而受到启发,于是有了借助轮子来运输东西的想法。

  直到今天,人们依然没法确认第一个发明轮子的人是准,但最早有关轮子的记录可以追溯到公元前3500年左右,古埃及人在建造金字塔和神庙时,成群的工人借助滚动的圆木来搬运巨石,这种类似滚轴的东西大大减少了巨石在地面移动时的摩擦。

  世界上最早的轮子

  第一次对使用轮子的细致描述是在约公元前3000年的美索不达米亚(今伊朗),当时的陶器工人使用一种简单的旋转圆盘,用以制作表面光滑的圆形黏土壶。

  几百年后,同样是在那里,美索不达米亚人开始使用装有实心木制车轮的马车,它缩短了两地间的时空距离,彻底改变了人类在陆地上运动的方式,也标志着轮子交通时代的开始。

  现代车轮雏形

  有辐条的轮子是在公元前2000年左右出现的。这种经过改进的轮子比实心轮子更为轻便,因而可以转得更快。这项发明很快应用在古代军队的战车上。

  公元前1世纪,罗马工匠对四轮马车进行了改良,用旋转式前轴来改变方向,用整片的轮辋与轮箍增加车轮强度,同时,镶有金属边的轮毂还可以减少摩擦,马车的性能大为提高。

  充气轮胎的发明

  1888年,苏格兰人邓洛普在车轮周围套上一个合适的充气橡胶管,改进了车轮的构造。从此,橡胶轮胎代替了传统的木质和金属轮胎,进入了交通领域。邓洛普为他的发明申请了专利,建立了世界上第一家轮胎制造厂,开始生产充气橡胶轮胎。

  自行车的演化

  自行车的发明已有200多年的历史了,骑自行车一度是全世界最流行、最普遍的交通方式,在人类交通史上占有十分重要的地位。

  第一辆自行车

  1790年,突发奇想的法国人西夫拉克用木头造出一辆由横梁连接着前后两个轮子的“木马轮”,它既没有传动链条,也没有转向装置,是自行车的雏形。

  1816年,德国人德莱斯给木马轮加上了车座和可以控制方向的车把,使之可以在行进过程中供人骑坐和改变方向。不久,这种最原始的自行车在欧洲的上层社会流行起来,被亲切地称为“小马驹”。不过骑着这种“小马驹”,还要靠双脚蹬地才能前进。

  自行车的演化

  1839年,英格兰人麦克莱伦发明了一种前轮大、后轮小,采用曲柄连杆结构驱动后轮的蹬踏式自行车,解除了人们用脚蹬地的苦恼。1861年,巴黎的米肖父子在自行车的前轮上安装了脚蹬曲轴。在以后的几十年间,钢丝辐条、滚动轴承、脚刹、鞍座架、链条和充气轮胎等部件相继被安装到自行车上。

  1886年,英国工程机械师斯塔利设计出了新的自行车样式,它采用了钢制的菱形车架,安装有前叉和手闸,并且前后轮大小一致,这种形式一直被沿用至今。

  电动自行车

  随着技术的进步和社会发展的需要,自行车的衍生物——电动自行车诞生。电动自行车由电机、控制器、电池、充电器和车架五大部件组成,具有环保、节能等特点。

  电动自行车按骑行方式分主要有两类:一类为电动型,即骑行者不需自己用力,只要接通电源,电动自行车上的电机即能工作而带动自行车行驶;另一类是助力型,电动机的作用只是减少脚踏阻力。

  第一辆摩托车

  摩托车是装有内燃发动机的两轮车或三轮车,从诞生到现在已经有100多年的历史了。由于摩托车具有结构简单、造价低廉、越野能力强等优点,被广泛用于运输、旅游、体育运动等领域。

  第一辆摩托车

  1876年德国人奥托发明了汽油发动机,为摩托车的发明提供了动力源。同一国度的工程师戈特利普·戴姆勒在其基础上进行了改进,于1885年研制成功了单缸、风冷、功率为0.37千瓦,装有自动进气阀、机械式排气阀和热管式点火装置的汽油机。他将这台内燃机安装在以橡木为车架的单车上,于是世界上第一辆摩托车诞生了。戴姆勒于同年8月29日获得专利,成为世界摩托车工业的鼻祖。

  摩托车技术的发展

  19世纪90年代至20世纪初,早期的摩托车采用了当时的新发明和新技术,诸如充气橡胶轮胎、滚珠轴承、离合器和变速器、前悬挂避震系统、弹簧车座等,开始有了实用价值,得以批量生产。20世纪30年代之后,摩托车生产又采用了后悬挂避震系统、机械式点火系统、鼓式机械制动装置、链条传动等,摩托车逐步走向成熟,广泛应用于交通、竞赛以及军事方面。20世纪70年代后,摩托车生产又采用了电子点火技术、电启动、盘式制动器、流线型车体护板等,使摩托车成为造型美观、性能优越、使用方便的先进的机动车辆。

  摩托车的分类

  摩托车按照车轮的多少,可以分为二轮摩托车、三轮摩托车和四轮摩托车几种。二轮摩托车是我们最常见的一种,具有轻便、灵活的优点。三轮摩托车可分为正三轮和边三轮两种,经常见到的残疾人摩托车,就属于正三轮摩托车。而边三轮摩托车,也就是俗称的挎斗车,曾是第二次世界大战期间德军摩托化部队的主力。四轮摩托车实际上是以二轮摩托车为基础所开发出来的高机动性车辆,正式名称叫四轮全地形车,也称为沙滩车。

  汽车的诞生

  汽车是以内燃机为动力源,主要在公路上行驶的交通工具。汽车的发明促进了机械、能源、电子等相关行业的发展与进步,并直接推动了公路的建设。它不仅加快了人们的工作和生活节奏,还为人类文明的进步做出了巨大的贡献。可以说,正是由于汽车的出现,才引发了人类社会发展进程中的“第三次浪潮”。

  世界上第一辆汽车

  德国工程师卡尔·费里特立奇·本茨被誉为“世界汽车之父”,是第一辆现代汽车的发明者。1885年,本茨通过减少内燃机的气缸数和改用汽油做燃料等方法制造了一台体积小、功率大的汽油内燃机,并将其安装在一辆三轮车车架上,然后通过曲轴传递动力,用齿轮带动车轮转动。这就是世界上第一辆汽车,重254千克,每小时可行驶16千米。1886年1月29日,本茨为这辆车申请了专利,这一天通常被看做现代汽车的诞生日。

  但是这项伟大的发明被封建宗教邪说批为“怪物”,而且还经常抛锚,于是本茨失去了公开驾驶它上街的信心。关键时刻,他的妻子贝尔塔勇敢地驾车行驶了110千米,从而使汽车得到了世人的认可。

  福特“T”型车

  福特“T”型车是美国亨利·福特创办的福特汽车公司于1908年至1927年推出的一款汽车产品。它的面世使1908年成为工业史上具有重要意义的一年,从此,美国成了“车轮上的国度”。

  从第一辆T型车面世到它的停产,共销售了1500多万辆。在20世纪世界最有影响力汽车的全球性投票之中,福特T型车荣登榜首。

  1919年前生产的T型车被称为老爷车,之后的被称为古董车。今天,国际福特T型车俱乐部与美国福特T型车俱乐部仍然保有并养护这些汽车。许多T型车的钢部件甚至玻璃钢车身仍有生产,被用于由T型车改装的高速马力汽车之中。

  流水装配线的应用

  福特在芝加哥参观屠宰业流水线时,看到一头头活牛被赶进屠宰线的起点,到流水线终端时,整牛已被分解成一块块牛肉。他大受启发,提出了与此相反的工作流程,对大批量汽车制造流水作业方式作出了精彩的构想:源泉在正确时间涌出材料、原料,然后汇合成一股零件的河流,这条河流又以正确时间汇聚成大零件的河流,当这些以正确时间流动的河流汇集到河口出处时,一辆完整的汽车就诞生了。

  福特这种大规模流水装配线,代替了原始的手工组装技术,带来了工业生产方式的革命性转变,为后来汽车工业的发展提供了模板,掀起了世界范围内具有历史进步性的“大批量生产”的产业革命。

  了不起的“甲壳虫”

  流线型是指前圆后尖,表面光滑,略像水滴的形状。这种形状的物体在流体中运动时所受到的阻力最小,所以汽车、火车、飞机机身、潜水艇等的外形常做成流线型。

  大众甲壳虫德国的甲壳虫汽车是历史上最为成功的流线型汽车,开创了汽车外形设计的先河。它诞生于20世纪30年代,由于价格低廉而迅速爬满欧洲与美洲大陆,直到20世纪80年代,人们依然钟情于它。到1981年停产时,它的累计生产量达到2千万辆,是世界车坛上销量最多的汽车。

  汽车拉力赛与跑车

  1894年,法国巴黎举行了首届汽车拉力赛。当时,各种各样的汽车,包括蒸汽车、燃气车、电汽车,都参加了比赛。结果在预赛中,大部分车子就抛锚淘汰了,决赛中的21辆车也只有15辆到达了目的地。

  随着时代的进步,跑车逐渐成长为一个专门的车族。现代跑车是特殊的轿车,一般只按两个驾乘设置座位,多为双座或2+2座(两个后座特别狭窄),车身多为双门式,即只有左右两个车门,顶盖为可折叠的软质顶篷或硬顶。

  跑车车身轻便,其发动机一般又比普通轿车的功率强大,因此加速性好,车速快。跑车设计时较注重操纵性,而舒适性和通过性相对要差一些。

  时髦的MPV

  在汽车的设计上,一个比较时髦的趋势是将个性化、休闲化和舒适性结合在一起。20世纪80年代后期,出现了一种多用途车型——“子弹头型”汽车,简称MPV,它有着流线型车身和可以移动的座椅,兼具轿车的舒适性和野营车的休闲性,完成了从车厢座椅位置的固定到可调、从固定空间到可变空间布置的转变,标志着汽车使用概念上的变革,从此各种各样的家庭汽车相继诞生。

  火车的诞生

  火车,是由机车牵引着若干节车厢在铁路上行驶的交通工具,它具有装载量大、运行速度陕、安全系数高等特点,是最受欢迎的长途运输工具。

  飞奔的火箭号

  18世纪末,为了满足欧洲各国运输火炮的需要,法国一位名叫居尼奥的炮兵军官研制出初期的蒸汽机车,从而开辟了以机器为动力的现代车辆蓬勃发展的道路,为火车的诞生打下了基础。

  1804年,英国人特利维希克制造了世界上第一辆在轨道上行驶的蒸汽机车。此时,英国工程师史蒂芬逊提出,可以为这种车铺设轨道,让它拖带几节车厢在上面行驶。

  1825年,世界上第一条铁路在史蒂芬逊的主持下建造完工。同年9月27日,由他制造并驾驶的“庞大怪物”在无数旁观者的注视下开始缓缓启动,世界上第一列火车正式问世了。但因为速度慢得和步行差不多,史蒂芬逊和他的发明在当时受尽了人们的嘲笑。

  1828年,经过对铁轨和火车的不断改进,火箭号机车以每小时22千米的平均速度,装载着几百名乘客和10多吨的货物,一口气跑了112.6千米。从此,火车受到了人们的重视,铁路运输在世界各国相继蓬勃发展起来。

  降伏“事故魔王”

  火车这个庞然大物一旦失控,就是一个名副其实的“事故魔王”。美国的乔治·威斯汀豪斯亲眼目睹了一场因火车失控而造成的惨烈事故,深为震撼,于是开始研究火车的全车制动系统。

  经过不断改进,威斯汀豪斯发明了空气制动器。他在火车上安装了一台空气压缩机,机车工作时,会将空气压入储气柜中,储气柜通过管道与各节车厢的汽缸相连。需要刹车时,司机只需按动按钮,打开储气柜的阀门,压缩空气便会冲入管道,推动汽缸里的活塞,将刹车闸瓦紧压在车轮上,列车就能停下了。

  1869年,年仅23岁的威斯汀豪斯获得了空气制动器的专利。1870年,美国总统哈利森规定,所有的火车必须安装这种装置,这对火车的运输安全是一个非常重要的保障。

  环保的磁悬浮列车

  磁悬浮列车改变了传统轨道车辆靠轮轨摩擦力推进的方式,采用磁力悬浮车体、直线电机驱动技术,利用“同性相斥,异性相吸”的原理,让车体具有抗拒地心引力的能力,并完全脱离轨道,悬浮在距离轨道约1厘米处腾空行驶,创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。这在交通技术发展史上是一个重大的突破,磁悬浮列车被誉为21世纪一种理想的交通工具。

  磁悬浮列车的特点是:运行速度快,平稳舒适,易于实现自动控制;无噪音,不排出有害的废气,有利于环境保护;可节省建设经费;运营、维护和耗能费用低。目前,中国和日本、德国、英国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经进入实用阶段,运行时速可达500千米以上。

  火车的自动化编组站

  编组站自动化系统,是铁路上利用电子计算机控制编组站作业和处理货车情报的系统。它包括控制室电脑、火车车厢号码发射机、车卡号码信号接收器、道岔开关及其相应道岔。这个系统大大提高了作业效率,降低了工人的劳动强度。

  列车进行编组时,其车厢号码发射机不停发射车厢信号,第一和第二接收器顺序将收到的车厢信号传至控制室电脑,电脑按编组表核实并指令相应道岔开关,使车卡自动进入相应侧轨。采用本系统,可实现编组站的全自动化。

  火车卫星导航系统

  近年来,用来控制高速火车行驶的先进电子技术和火车卫星导肮系统也逐渐完善。美国南方铁路公司按照战略轰炸机调防控制的模式来控制火车交通,建成了世界上最先进的高度电脑化的控制系统。系统操纵中心的人要想知道该公司75000部车中的任何一部车的踪迹,只需在键盘上按一下车号就行了,车辆的调度工作也只是举手之劳。

  火车的行驶由卫星来控制时,在火车的驾驶室里,彩色电视监视器能显示一切所需的信息,可显著降低燃料费用,提高安全性。

  轮船的产生

  轮船是利用机器动力航行的船,它是蒸汽机所直接促成的又一伟大发明,它的出现在人类船舶制造业的发展史上揭开了崭新的一页。在飞机没有出现以前,乘船到达海洋彼岸是一件相当了不起的事情。轮船的出现不仅“缩短”了大洋两岸的空间距离,使整个世界紧密地联系在一起,还大大降低了海路运输的成本,使海上贸易往来渐渐占据了世界贸易的主导地位,欧美许多城市和国家得以迅速工业化,进而推动了资本主义经济的飞速发展。

  富尔顿的“蠢物”

  1787年,美国发明家菲奇建成世界上第一艘蒸汽独木舟,它的两侧各有一排长桨,装在船上的蒸汽机可以带动这些长桨交替划动,从而使船前进。1790年,他又研制出一艘桨式蒸汽船,但由于故障频发,行驶不稳定,并未引起关注。

  1803年,美国画家富尔顿建成了一艘长约21米、宽约2.4米的实验船。但由于上面安装的蒸汽机过于笨重,又遇到狂风袭击,轮船在塞纳河上试航开始后不久便折成两半沉入了河底。

  1807年初,富尔顿设计制造的又一艘样子奇特的船出现在美国纽约的哈得逊河上,这艘船长达40米,没有帆和桅杆,船上矗立着一个粗笨的大烟囱,船体两侧各有一个大水车式的轮子。这艘名为克莱蒙特号的“蠢物”于1807年8月17日试航成功,正式揭开了人类轮船航运时代的序幕。

  第一艘现代化大型客轮

  由古纳德轮船公司建造的毛里塔尼亚号是世界上第一艘现代化客轮,它于1907年11月22日第一次横渡大西洋到达纽约,开辟了大西洋上的定期航运路线。它长240.7米的船体由数千块钢板制成,是当时世界上最大最快的船,能在所有的海域进行全天候的航行,代表了工业革命的全部成就。

  随着毛里塔尼亚号的定期运营,现代机动船定期航运的时代开始了。从此,欧洲到北美洲之间的大西洋航行,成为最富魅力的旅程。这条航线奠定了当今国际贸易的基础,打开了世界贸易与国际关系的新纪元。

  第一艘核动力破冰船

  破冰船是一种纵向短、横向宽,可以开辟较宽航道的船。它船富尔顿头的外壳一般由5厘米以上厚度的钢板制成,里面由密集的型钢构件支撑,船身吃水线部位使用了抗撞击的合金钢加固。

  破冰船常用的破冰方法有两种:当冰层的厚度不超过1.5米时,就用连续式破冰法,靠螺旋桨的力量把冰层劈开撞碎;要是冰层较厚,就用冲撞式,船冲上冰面,把冰压碎。

  1957年,苏联制造出世界上第一艘核动力破冰船——列宁号,其动力心脏是热核反应堆,这里产生高压蒸汽推动汽轮机,从而带动螺旋桨推动汽轮船。

  独树一帜的气垫船

  气垫船是利用自船底射出的高压空气形成的支承力,使船体部分或全部离开水面或地面以实现快速航行的船舶,多为客船,它最大的优点是在地面上能和在水面上一样行驶。它的结构材质要求强度高、质量轻,采用航空发动机、高速柴油机等作为动力装置。其航行速度可达80海里/小时。

  1959年英国建造了第一艘气垫船。气垫船的发明被认为是自轮子发明以来交通运输方面的又一重大突破,改变了人类的水上运输体系。

  集装箱货轮

  现代货船中,集装箱货轮是装卸速度最快、最经济实用的大型海上运输工具。1956年,美国制造了世界上第一艘集装箱货轮。它的装卸效率比常规货轮高10倍,停港时间也大为缩短,并减少了货运装卸中的货损量。从此。集装箱货轮得到了迅速发展,到20世纪70年代时已经成熟定型了。

  集装箱货轮设有内部甲板,机舱设在船尾,船体其实就是一座庞大的仓库,可达300米长。因为集装箱都是由金属制成,而且是密封的,所以里面的货物不会受到雨水和海水的侵蚀。

  未来的船

  船舶设计师们对未来的船有两个宏伟的设想。

  第一个设想是创制能让人和货物在水下旅行的船,用于探测开发海床、绘制海底地图等。军用核潜艇的进步促使造船者们考虑建造潜水货轮,这种船将特别适用于载运石油,它们将用于在战时供应军舰用油或在北极冰下运油。

  另一个设想是建造一种介于飞机和传统水面轮船之间的高速远洋货轮。它使用威力巨大的核反应堆作动力。虽然这种船的造价将会十分昂贵,但是海运专家还是主张将这种核动力货船用于长距离的贸易航线上。

  飞机的诞生

  飞机是有动力装置和固定机翼的航空工具,飞机的发明是20世纪最重要、最伟大的科学技术成就之一,它不仅圆了人类的飞天梦,还开启了伟大的航空运输时代。从此,天涯海角不再遥远,险峻的高山、一望无际的大洋不再让人望而生畏。

  第一架飞机的诞生

  1783年10月15日,法国人罗齐尔首次依靠蒙哥尔费兄弟制造的热气球离开地面并且安全返回,这一创举是人类飞天的初体验。

  1891年,德国的李林塔尔制造出一架翼展5.5米长的“大鸟”,并背着它借助风力从高处成功飞到平地,这是人类历史上第一架具有实际意义的滑翔机。不幸的是,李林塔尔在后来的试验中遇难了。

  此时,远在大洋彼岸的美国,同样对飞翔有着浓厚兴趣的莱特兄弟,在改进滑翔机的平衡操纵上进行着艰苦卓绝的探索。

  1903年年末,一架装有9千瓦内燃发动机的轻型螺旋桨式飞机——飞行者1号在莱特兄弟手中诞生了,这架飞机的航行时间长达1分钟,飞行距离则达到了255米。这次历史上的首次载人动力飞行,拉开了人类机械航空时代的帷幕。

  1908年9月10日,他们研制出飞行者2号——一架新型双座飞机,奥维尔·莱特驾驶着它成功地飞行了1个小时。从此,飞机作为一种新型交通工具,正式登上了历史舞台。

  飞机家族的成长

  按用途,飞机可分为军用和民用两种:军用的有侦察机、战斗机、反潜机、空中加油机等;民用的有客机、货机、客货机和具有其他专门用途的飞机等。

  按飞行速度,飞机又可分为亚音速飞机、超音速飞机和高超音速飞机。

  按推进装置的类型,飞机分为螺旋桨式飞机和喷气式飞机。最早的螺旋桨式飞机是活塞螺旋桨式的。20世纪40年代,喷气式取代传统的活塞式。1944年,德国和英国的首批喷气式战斗机投入使用。现在,世界上绝大部分作战飞机和干线民航客机都实现了喷气化。

  用途广泛的直升机

  在小型飞机中,最杰出的代表是直升机。1939年,美国人科西尔斯基研制出了世界上第一架能够被人操纵的直升机。直升机没有机翼,主要依靠机身上的一或两副旋翼旋转产生升力而飞行,具有能长时间在空中悬停、垂直起降、低空低速飞行、机动灵活等特点。直升机被广泛用于商务运输、观光旅游、缉私缉毒、医疗救助、石油斟深、紧急救灾等活动中,并且使用者队伍正在迅速壮大。

  最成功的亚音速民航客机——波音747

  波音747飞机是波音公司生产的装有四台发动机的远程宽机身运输机。1965年8月开始研制,1970年1月首架波音747交付泛美航空公司投入航线运营,开创了宽体客机航线服务的新纪元。

  波音747客机不是世界上最大、最先进的飞机,但却是航空史上对人类的生活影响最大的飞机。在它之前,所有客机都是窄体设计,只有单个过道,每排最多容纳6人。波音747双过道的宽体设计缩短了机身长度,能装很多人。1991年,以色列参与“所罗门行动”的一架波音747-200C竟装载过1200多人。

  “寡妇制造者”——鹞式战斗机

  鹞式战斗机是世界上第一种亚音速单座单发垂直、短距起落战斗机,产于英国,它的主要任务是空中近距支援和战术侦察。1966年8月,鹞式原型机试飞,1969年4月开始装备英国空军。

  鹞式战斗机具有中低空性能好、机动灵活、分散配置、可随同战线迅速转移等特点。其最大缺点是垂直起飞时航程和活动半径小、载弹量小,并且陆上使用时后勤保障困难。

  让它闻名于世的还有一个重要因素——它的高失事率。自从美国海军陆战队1971年从英国引进这种飞机以来,它在非作战情况下共发生了300多起事故和900多起险情,导致45名飞行员送命,失事率达到了31.77起/10万飞行小时。这在航空史上简直就是个天文数字,因而飞行员们给它起了个“寡妇制造者”的绰号,并一直流传至今。

  现代交通地铁

  地铁是城市中的、用于大众运输的地下交通工具,现代地铁都用电力进行驱动。地铁的发明使火车成为城市公交系统中重要的组成部分,使公交运输不仅限于地上。它不受地面交通状况和自然条件的影响,大大拓展了城市空间,而且速度快、客运量大,从而缓解了大城市的交通压力。随着经济的迅速发展和陆上交通压力的增大,地铁越来越成为城市交通的骨干。

  世界上最早的地铁

  世界上第一条地下铁路系统,是由皮尔逊在1863年主持开通的伦敦大都会铁路,当时的地下铁用的是蒸汽机车,所以当时的隧道每隔一段距离,便要有和地面接通的通风槽。

  1870年,伦敦开通了第一条用于客运的钻挖式地下铁,在伦敦塔附近越过泰晤士河。现存最早的钻挖式地下铁路是1890年开通的伦敦地下铁,连接市中心与南部地区。

  1896年,匈牙利首都布达佩斯铺设了3200米的地下铁轨,这是欧洲大陆上最早的电气化地铁,解决了地下通道的污染问题。1900年,富于传奇色彩的巴黎地铁出现,它是世界上第三大地铁系统。

  百年梦想成真

  位于英、法之间的英吉利海峡,最宽处达241千米,最窄处33千米。拥有一条穿越海峡将两国连接起来的地下通道,是两国人民几个世纪以来的梦想。

  1990年12月1日,英吉利海峡海底铁路隧道全线贯通。这项工程由3条隧道组成。隧道中使用高速电气火车,一年的客流量有3千万之多,可运送1.5万吨货物。从伦敦的滑铁卢站到巴黎的加多诺得车站,全程4000千米,飞机要4小时,而火车通过隧道仅需2小时。

  21世纪最时髦的交通工具

  目前,日本的专家准备借助导向轮,将列车车身固定在高架单轨水下铁路路基上,借助潜水艇使用的垂直和水平稳定器,使列车在深水中行驶时能够保持平稳。水下列车上装有先进的线性发动机,进入水中后,单轨铁路路基上特制的带电线圈会产生磁场,与列车车身的电磁铁相互作用,从而驱动列车在水中快速行驶。从当代科技水平和材料的角度分析,水下列车的研制已经不存在任何技术上的障碍了。因此,一些专家认为,水下列车将是21世纪最时髦的交通工具。

  公路的起源

  公路因其是公共交通之路而得名,是指连接城市、乡村和工矿基地,主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路。经济落后地区要想变得繁荣,很大程度上依赖公路的开通。因此,21世纪,一个国家如果想成为经济强国,其前提条件就是拥有更高级、更复杂的公路网。

  公路的起源

  世界上最早的公路,是约公元前3000年古埃及人为建造金字塔而建设的路。后来,约公元前2000年,古巴比伦人修建了街道。公元前500年左右,波斯帝国的大道贯通了东西方,并形成了世界上最早、最长的“丝绸之路”,它可称得上是2500年前最伟大的公路了。

  古罗马帝国的公路曾经显赫一时,罗马人以罗马为中心,向四周呈放射状地修建了29条公路,在当时可真是世界无双。这也就是俗语“条条大道通罗马”的来源。

  飞速发展的高速公路

  1933年,德国在柏林与汉堡间建成世界上第一条高速公路,并于1933至1942年间修筑了总长为3860千米的高速公路,这是希特勒为了适应“闪电战”的战略需求而建的。1937年,美国也修筑了加州高速公路。随后,高速公路的修建在世界各国迅速开展。

  目前,全世界已有80多个国家和地区拥有高速公路,通车总里程超过了23万千米。

  左边右边

  在公路上行驶,国家不同,靠左还是靠右的规则是有区别的。目前,在世界上人口最多的5个国家中,中、美、俄的车辆是靠右行驶的,而在印度和印度尼西亚则靠左。欧洲国家除了英国、爱尔兰和马耳他外,也都是右行。

  中国车辆靠右行驶的习惯始于唐朝。20世纪初至40年代中期,由于受到鸦片战争后英、日等殖民者的影响,中国车辆实行左行规则。但1945年后,美式汽车大量进口,由于其方向盘及灯光方向适合靠右行驶,因此自1946年1月1日起,全国一律实行右行规则。

  最原始的风能——大风车

  风能是指地球表面大量空气流动所产生的动能。风能是一种用之不竭的可再生能源,全世界的风能总量约1300亿千瓦。风能资源的多少取决于风能密度和可利用的风能年累积小时数。目前,风能主要用于发电、致热等领域,随着技术的进步,它在人类生活中的作用将越来越大。

  最原始的风能利用——风车

  1229年,荷兰人发明了世界上第一座风车。1414年,荷兰人又发明了最早用于排水的风车。18世纪是荷兰风车的鼎盛时期,此时风车除了用来排水灌溉外,还用来磨米、发电,成了荷兰人建设美好家园的最佳搭档。

  风车的出现,为原始的手工作坊带来了新的动力能源,促进了生产力的发展。特别是18世纪,成千上万的风车被用于伐木、造纸和染色行业。到了19世纪,随着蒸汽机和内燃机等热机的出现,古老的风车逐渐被代替了。

  风力发电风力发电技术

  发电已越来越成为风能利用的主要形式,而且发展速度极决,2008年,中国风电装机总量已达700万千瓦。

  风力发电通常有三种运行方式。一是用一台小型风力发电机向一户或几户提供电力的独立运行方式,它用蓄电池蓄能,以保证无风时的用电;二是风力发电与其他发电方式相结合,向一个单位或一个村庄或一个海岛供电;而风力发电的主要发展方向是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机,将风力发电并入常规电网运行,向大电网提供电力。

  用风来取暖

  如今,家用热能的需求量越来越大,特别是在高纬度的欧洲、北美等地。为满足家庭需要,风力致热有了较大的发展。风力致热是将风能转换成热能。目前有三种方法。一是用风力机发电,再将电能通过电阻丝发热,变成热能。这种方法效率很低。二是由风力机将风能转化成空气压缩能,再转化成热能。三是利用风力机将风能直接转化成热能,这种方法致热效率最高。

  世界上最早的太阳灶

  太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。现在,如何把太阳能收集和利用起来为人类服务,已成为许多科学家研究的重大课题。太阳能的有效利用为人类创造了一种新的生活形态,使人类社会进入一个有效利用能源减少污染的时代。

  世界上最早的太阳灶

  中国是最早利用太阳能的国家,其历史可追溯到约2700年前。在周代,中国人就学会了用凹面镜的聚光焦点向日取火,这是比较原始的太阳能利用。

  中国最早研究太阳能的学者,是清朝光绪年间四川洪雅县的肖开泰。他自筹资金,从国外买来有关的仪器设备,研制出了一面小型聚光镜,利用太阳能来烹、煮、烘、烤各种食物。经过45次的调整试验,他获得了成功,制成了世界上最早的太阳灶。它与现代的太阳灶原理相同,形状就像一把倒撑着的伞。

  太阳能发电的核心——太阳能电池

  太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置,是太阳能发电的核心部件。它是由硅单晶或砷化镓半导体材料制成的,应用范围十分广泛,比如太阳能电池计算器、太阳能电池手表和太阳能电池钟都能依靠它正常工作。

  在航天技术突飞猛进的今天,人造卫星、宇宙飞船、空间站等航天器,大部分是采用太阳能供电。有些是将太阳能电池贴在表面上,有些则是贴在专门供给贴太阳能电池的翼板上,这种翼板好像是飞行器上伸出的翅膀。在翼板表面贴有数以万块计的太阳能电池,将它们并联或串联起来,在太阳光的照射下,便能供给几百瓦乃至几千瓦的电力。

  引人遐思的空间太阳能发电站

  1968年,格拉塞博士提出了空间太阳能发电站方案,这一设想是建立在一个极其巨大的太阳能电池阵的基础上的,由它来聚集大量的太阳能,利用光电转换原理达到发电的目的。所产生的电能将以微波形式传输到地球上,然后通过天线接收,经整流转变成电能,送入全国供电网。

  在宇宙空间建立太阳能电站,能充分利用空间资源。空间太阳能电站与同一规模的地面太阳能电站相比,接收的太阳能要高出6至15倍。

  太阳能电站最好设置在赤道平面内的地球同步轨道上,使太阳能电池阵始终对太阳定向,并且发射天线的微波束必需指向地面的接收天线。

  电站上需带有少量推进剂,以便克服由太阳和月球重力作用、太阳光压和地球偏心率等因素造成的轨道漂移。据计算,这种空间太阳能电站平均每天有99%的时间向地上接收设备输电。

  未来飞机新贵——太阳能飞机

  太阳能飞机是以太阳辐射作为推进能源的飞机。20世纪80年代初,美国研制出世界上第一架单座太阳能飞机——太阳挑战者号。这架飞机于1981年7月成功地由法国巴黎飞到英国。

  接着,美国又研制出更先进的太阳能飞机——太阳神号。这架飞机耗资约1500万美元,用碳纤维合成物制造,整架飞机仅重590千克,比小型汽车还要轻。机身长2.4米,活动机翼全面伸展时达75米,连波音747飞机也望尘莫及。太阳神号机身上装有14个螺旋桨,动力来源于机翼上的太阳能电池板。

  太阳能建材

  太阳能发电分光热发电和光伏发电。不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。可能因光伏发电普及较广而接触光热发电较少,通常民间所说的太阳能发电往往指的就是太阳能光伏发电,简称光电。光电是根据光生伏打效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。理论上讲,光电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源可以无处不在。

  自2005年起,一种新型的太阳能产品——太阳能建材,开始进入使用阶段,这反映了世界节能的趋势。在欧美一些先进国家,目前正在广泛应用“光电玻璃幕墙制品”,这是一种将太阳能转换硅片密封在双层钢化玻璃中,安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。它既具有普通建材的维护、挡水、遮光、保温等功能,又可将建筑物接收的太阳辐射转化为热量,供日常生活使用,从而节约常规能源、降低供热成本。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”等将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮,极大地促进了太阳能在新型建材产品中的应用。

  在我国,作为2008年绿色奥运示范工程——建筑面积8000平方米的天普新能源大楼在北京研建成功并顺利通过验收。它集太阳能热水器、太阳能热风器、吸收式制冷机、地源热泵、储热、节能、太阳能光伏并网发电等7项新能源尖端技术于一体,实现了采暖、空调、热水三联供和部分电力自给,实现了人——建筑——自然的和谐统一,是目前世界上面积最大的光伏建筑一体化大楼。

  海洋能可再生能源

  辽阔浩瀚的海洋,不仅使人心旷神怡,而且让人迷恋和陶醉。然而,大海最诱人的地方,是它蕴藏着极为丰富的自然资源和含量巨大的可再生能源——海洋能。

  海洋能

  海洋能是蕴藏在海洋中的可再生能源,包括潮汐能、波浪能、海流和潮流能、海洋温差能和海洋盐度差能等。潮汐能、海流和潮流能来源于月球和太阳的引力,其他海洋能都来源于太阳辐射能。这五种海洋能在全球的可再生总量约为788亿千瓦,技术上可利用的能量为64亿千瓦。

  海洋能的能量密度较小且不稳定,随时间变动大。海洋环境复杂,所以海洋能装置要有抗风暴、抗海水腐蚀、抗海生生物附着的能力。现阶段,海洋能的试验性发电成本较高,尚不能与常规火电、水电竞争。但海洋能总量大,无污染,对生态环境影响小,是一种有开发潜力的可再生能源。

  潮汐能

  月球引力的变化引起潮汐现象,潮汐导致海平面周期性升降,海水涨落及潮水流动所产生的能量就是潮汐能。潮汐能是以势能形态出现的海洋能,具体指海水潮涨和潮落形成的势能。

  海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中,汹涌而来的海水具有很大的动能,而随着海水水位的升高,这些巨大的动能就会转化为势能。而在落潮的过程中,海水奔腾而去,水位逐渐降低,势能又转化为动能。潮汐能与潮量和潮差成正比,其主要利用方式是发电。世界上潮差的较大值约为13至15米,但一股说来,平均潮差在3米以上就有实际应用价值。潮汐发电需要借助海湾、河口等有利地形,建筑水堤,形成水库,进而建造水电站,通过水轮发电机组进行发电。

  波浪能

  波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能,它是一种密度小、不稳定的能源。

  波浪发电是波浪能利用的主要方式。按能量传递形式可将其分为直接机械传动、低压水力传动、高压液压传动、气动传动四种。其中气动传动方式采用空气涡轮波力发电机,把波浪运动压缩空气产生的往复气流能量转换成电能,旋转件不与海水接触,能作高速旋转,因而发展较快。近年来,挪威、日本和苏联都建立了波浪发电站,英国与印度签订了合同,将在印度建造世界上最大的波浪发电站,其发电能力将为5000千瓦。

  海流能

  海流能是指海水流动所产生的动能,主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量,是另一种以动能形态出现的海洋能。所谓海流主要是指海底水道和海峡中较为稳定的海水流动以及由于潮汐有规律的海水流动。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪能而言,海流能的变化要平稳且有规律得多。海流能随潮汐的涨落每天两次改变大小和方向。一般来说,最大流速在2米/秒以上的水道,其海流能均有实际开发的价值。

  海流能的利用方式主要是发电,其原理和风力发电相似,几乎任何一个风力发电装置都可以改造成海流能发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍,且必须放置于水下,故海流发电存在着一系列关键性技术问题,包括安装、维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。海流发电装置可以安装固定于海底,也可以安装于浮体的底部,而浮体可通过锚链固定于海上。海流中的透平设计也是一项关键性技术。

  海水温差能

  我们知道,海水的温度随着海洋深度的增加而降低。这是因为太阳辐射无法透射到400米以下的海水,海洋表层的海水与500米深处的海水温度差可达20度以上。通常,将深度每增加100米的海水温度差,称为温度递减率。一股来说,在100至200米的深度范围内,海水温度递减率最大;深度超过200米后,温度递减率显著减小;深度在1000米以上时,温度递减率则变得很微小。

  海洋中上下层水温度的差异,蕴藏着一定的能量,叫做海水温差能,或海洋热能。利用海水温差能可以发电,这种发电方式叫海水温差发电。现在新型的海水温差发电装置,是把海水引入太阳能加温池,把海水加热到45至60摄氏度,有时可高达90摄氏度,然后再把温水引进保持真空的蒸发汽锅中进行发电。

  用海水温差发电,还可以得到副产品——淡水,所以说它还具有海水淡化功能。一座10万千瓦的海水温差发电站,每天可产生378立方米的淡水,可以用作工业用水和饮用水。另外,由于电站抽取的深层冷海水中含有丰富的营养盐类,因而发电站周围就会成为浮游生物和鱼类群集的场所,可以增加近海捕鱼量。

  蒸汽机的诞生

  蒸汽机的发明和应用引发了第一次工业革命,开启了人类历史上的机器大工业时代,使人们从手工作坊走向了机械化的工厂,人类的生产力水平由此发生了质的飞跃!

  纽可门蒸汽机瓦特蒸汽机的诞生

  16至17世纪,英国的煤矿业已颇具规模。为了排除矿井地下的积水,萨弗里等人开始了“以火力提水”的试验,制成了世界上第一台实用型蒸汽提水机,它被工人们亲切地称为“矿工之友”。

  1705年,苏格兰铁匠纽可门发明了大气式蒸汽机,在整个欧洲大陆被广泛使用。但是,这种蒸汽机结构不合理,活塞只能作往复运动,不能作旋转运动,不仅耗煤多,而且热效能较低。

  1764年,格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽可门蒸汽机,任务交给了仪器修理工瓦特。瓦特在修理过程中发现了纽可门蒸汽机的缺点,决定对其进行改进。1769年,瓦特制造出第一台带有冷凝器的蒸汽机,使其热效能提高了3倍,用的煤只有原来的1/4。后来,他又发明了一种带有双向装置的新汽缸,并将引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽。直到1790年,在发明了离心调速器、节气阀和汽缸示工器后,瓦特才完成了发明蒸汽机的全过程。

  蒸汽机的本领

  蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等组成。从锅炉来的蒸汽,经主汽阀和节流阀进入滑阀室,在滑阀的控制下交替地进入汽缸的左侧和右侧,推动活塞运动。

  18世纪后期,蒸汽机开始被广泛应用于冶炼、纺织、机器制造等行业。20世纪初,蒸汽机的应用达到了顶峰。它以恒扭矩、可变速、可逆转、运行可靠、易于维修等优点,备受电站、工厂、机车和船舶业的青睐。蒸汽机引起的技术革命,有力推动世界工业进入了“蒸汽时代”。

  电池的发明

  电池是指将化学能或光能等转化为电能的装置,是19世纪初电学研究的巨大成果。电池是人类的一个重要发明,它使人们在电的使用上脱离了电线的束缚,为人类的生产和生活带来了很大的便利。从日常生活领域,到卫星、航空等高科技领域,它都有涉及。

  可移动电源——电池的发明

  第一个对电流有较为深入研究的,是意大利生物学家伽伐尼。1780年,伽伐尼在一个偶然的情况下发现,当起电盘放电时,如果用金属解剖刀触动靠近起电盘的蛙腿肌肉,蛙腿便会发生痉挛。于是他提出了“动物电”学说。

  “动物电”学说引起了意大利物理学家伏打的极大兴趣,随后他也做了一系列实验,结果发现蛙腿只是起了显示电流通过的作用,所谓的“动物电”其实是不存在的。

  此后,伽伐尼和伏打在学术上展开了多年的论战,直到1800年,伏打发明了电池,这场论战才以伏打的胜利而告终。

  伏打在伽伐尼的实验基础上,致力于研究两种不同金属接触时产生电的情况。他发现,当金属浸入某些液体时,也会产生电流。伏打开始只用几只碗盛了盐水,把几对用黄铜和锌做成的电极连接起来,就有电流产生。后来,他用几个容器盛了盐水,把插在盐水里的铜板、锌板连接起来,制成了第一个可长时间持续供电的电池——伏打电堆。

  1800年3月20日,伏打向伦敦英国皇家学会宣布了自己的研究成果,引起了极大轰动。这是第一个能人为控制产生稳定、持续电流的装置,为人们研究电流现象提供了物质基础,也为电流效应的应用开拓了道路,并很快成为电磁学和化学研究的有力工具,促使电学研究取得了巨大的进步。

  多彩的电池家族

  电池家族的成员可谓种类繁多,最常见的大致有以下几种:

  干电池和液体电池。最早的电池由装满电解液的玻璃容器和两个电极组成,后来才出现以糊状电解液为基础的早期干电池。

  化学电池。化学电池是通过电化学反应,把正极、负极活性物质的化学能转化为电能的一类装置。

  一次性电池和可充电电池。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、银锌电池、锌空电池、锌汞电池和镁锰电池;常见可充电电池有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池等。

  绿色环保电池

  绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制、开发的一类高性能、无污染电池。目前已经大量使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池,正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池和可充电电池,以及正在研制、开发的锂或锂离子塑料蓄电池、燃料电池等都属于这一范畴。

  激光的诞生

  激光是20世纪以来,人类引以为豪的又一重大发明。自从它诞生后,由于其有能量集中、高单色性、高方向性、高相关性等优点,很快在测距、制导、全息照相、视盘、武器制造等军事和经济领域迅速推广。

  激光理论的完善

  激光也是一种光波。光波流动的微粒说是由牛顿提出来的,后来,惠更斯发表了波动说。1917年,爱因斯坦在研究黑体辐射的过程中提出了受激辐射的理论,奠定了发现激光的理论基础。

  1958年,美国科学家肖洛和汤斯发现,当内光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终汇聚在一起的强光。据此,他们提出了“激光原理”,这实际上是爱因斯坦的受激辐射理论的完善和具体化。

  几十年后,美国的塞珀尔等人在实验中证实了粒子反转,观测到了受激辐射信号,从而印证了爱因斯坦的受激辐射理论。

  世界上第一台激光器

  1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因此也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

  同年7月7日,梅曼宣布世界上第一台激光发生器诞生。其原理是,利用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石色水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的红色纤细光柱。当它射向某一点时,可使该点达到比太阳表面还高的温度。

  激光武器

  激光武器是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器,它能直接毁伤目标或使之失效,具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能,在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用,但它的弱点是易受天气和环境影响。

  根据作战用途的不同,激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。

  武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成,目前通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、二氧化碳激光器等。

  目前,美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成功进行了各种激光打靶试验。低能激光武器已经投入使用,主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器,以及攻击人眼和一些增强型观测设备。高能激光武器主要采用化学激光器,按照现有的水平,今后5到10年内可望在地面和空中平台上部署使用,用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。

  激光通信

  激光被视为卫星通信的最佳载体。跟其他的载体相比,激光的激光武器频率非常单纯,能量高度集中,波束非常细密,波长在微波到红外之间。如果利用激光特有的高强度、高相干性和高方向性进行星间链路通信,就能获得具有能量更大、波束更窄、增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好等一系列优势的激光,进行信号传导。

  如果在外层空间用激光通信,可以避免大气的干扰。在理想的情况下,激光载体话路带宽如为4千赫,就能容纳100亿条话路;彩色电视机带宽如为10兆赫,就可同时传送1000万套节目而互不干扰。

  激光美容

  激光能产生高能量、聚焦精确的单色光,具有一定的穿透力,作用于人体组织时能在局部产生高热量。

  各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着,如雀斑、老年斑、毛细血管扩张等,还能去除纹身、洗眼线等。而近年来一些新型的激光仪,如高能超脉冲二氧化碳激光仪等,在磨皮换肤、治疗打鼾、美白牙齿等方面取得了可喜的疗效,开辟了更为广阔的美容领域。

  激光美容的技术主要包括激光切割和激光换肤两种。与传统切割相比,激光切割的最大优点是切口出血少,手术视野清晰,且无需住院。而一些由于出血多而无法进行的内窥镜手术,则可由激光切割代替完成。激光换肤利用了激光磨削技术,其原理是通过改变激光器的聚焦特性,利用激光点变成一个光斑,再利用图形发生器将光斑按照一定的图形进行扫描,使激光斑在瞬间产生的高热将扫描范围内的目标组织去除。

  古代的科技著作

  《九章算术》

  有人将中国的《九章算术》比喻成《几何原本》。事实上,这两本书本没有什么相似之处,但《九章算术》在中国数学史上对古代数学所产生的影响,绝不亚于《几何原本》对西方数学的影响,它是中国古代数学的辉煌成就,也是世界著名的数学著作之一。《九章算术》的作者已无从查考,成书年代大约在公元前2世纪到公元1世纪,很可能是在较长时间内,经过多人修改完善成为现今传本的形式。《九章算术》共有9章,以计算为中心,有九十余条抽象性解法、公式。本书搜集了246个数学问题,连同每个问题的解法。它的许多成就居世界领先地位,奠定了此后中国数学居世界前列千余年的基础。

  在数学方面,《九章算术》记载了当时世界上最先进的比例算法和分数四则运算法则。书中还记载有解决各种面积和体积问题的算法以及利用勾股定理进行测量的各种问题。《九章算术》最有意义的成就是在代数方面,书中记载了开平方和开立方的方法,在这基础上又提出了求解一般一元二次方程的数值解法,而目用整整一章的篇幅讲述了联立一次方程组解法。《九章算术》还在世界数学史上第一次记载了负数概念和正负数的加减法运算法则,对世界数学的发展起到了重大的推动作用,现已被译成多种文字。

  《黄帝内经》

  《黄帝内经》是我国现存医学文献中最早的一部典籍,它比较全面地阐述了中医学理论体系的系统结构,反映出中医学的理论原则和学术思想,为中医学的发展奠定了基础。《黄帝内经》一书不仅是一部伟大的医学巨著,而且也是一部光辉的养生学、康复医学著作。因为它全面地反映了秦汉以前的养生学、康复医学成就,对于中医养生学、康复医学的有关理论、原则和方法,进行了比较全面而系统的论述,从而奠定了我国养生学、康复医学的理论基础。《黄帝内经》是学习中医养生学、康复医学的必读之书。

  《黄帝内经》是战国秦汉以来众多名医的论文汇编,其汇编成书的时间约在西汉。然而它自成书以后,直至唐代,仍有增减。因此,《内经》这部著作,并不是出自一人的手笔,也不是一个时代、一个地方的医学成就,而是在一个相当长的历史时期内,各医家的经验总结汇编。所谓黄帝著《内经》,亦仅是托名而已。

  《内经》中所阐述的养生学思想如下:第一,正确地回答了“生命的起源是什么”。《内经》认为生命与自然界息息相关,如《素问·宝命全形论》里指出:“天地合气,命之曰人”。第二,认为“天人相应”,养生学、康复医学的根本点在于“顺应自然”。《内经》把人与自然界看成一个整体,自然界的种种变化,都会影响人体的生命活动,即天有所变,人有所应,因而,强调要适应自然变化,避免外邪侵袭。从而开辟了中医防病养生的先河。第三,清楚地阐明了生命的发展规律。《内经》对人体生、长、壮、老的生命规律有精妙的观察和科学的概括,不仅注意到年龄阶段的变化,也注意了性别上的生理差异。第四,对衰老的认识是正确的。《内经》详细论述了衰老的变化过程及衰老表现,并指情志、起居、饮食、过劳等诸方面调节失当,是导致早衰的重要原因,并提出要“法于阴阳。和于术数,食饮有节,起居有常,不妄作劳,故能形与神俱,而尽终其天年,度百岁乃去。”(《素问·上古天真论》)初步建立了抗老防衰及老年病防治的理论基础。

  《齐民要术》

  《齐民要术》是中国北魏的综合性农书,也是世界农学史上最早的专著之一。书名中的“齐民”,意指平民百姓,“要术”指谋生方法。作者为北魏贾思勰。书约写成于6世纪30—40年代。最初在民间传录,至北宋天圣年间才官刊颁发给劝农使者,以指导农业生产。以后官私传抄不绝,版本多至二十余种,并广为其他农书、杂著援引。早在唐末时此书已传入日本,至今日本还存有北宋最早刊印的残本。近代以来,世界上已有多种译本出版,并有不少研究此书的著作。

  该书共分10卷,92篇,约11万余余字。在卷前的《杂说》篇,一般认为是后人所加。前5卷包括各种农作物、蔬菜、果树、桑柘(附养蚕)等的栽培技术;第六卷为禽畜和鱼类的养殖;第七至九卷是农副产品的加工储藏,包括酿造、腌藏、果品加工、烹饪、饼饵、饮浆、饴糖,旁及煮胶和制笔墨;第十卷以很大篇幅介绍了有实用价值的热带、亚热带植物。书中引用了大量古代的农书及杂著,使一些相关的著作如《四民月令》及《陶朱公养鱼经》等,得以部分地保存下来。

  全书要旨在于提倡奖励农耕,改良土壤,采用合理的耕作制度和方法,强调选种和改良品种以及掌握好天时地利等因素的重要性,不尚空谈,注重实践。在农业生产方面,它总结了按照不同的季节、气候和土壤特性来进行各类作物的布局、栽培和管理的经验;阐述了当时黄河流域的耕作方法、轮作制度、间套及混作措施;主张开辟肥源、栽植绿肥、旱地实行井灌设施,以及采取防治病虫害与霜冻等的技术措施;对植物的驯化、遗传变异与人工选择、杂交和定向培育等也有一定的论述。在果树和林木方面,它总结了播种、扦插、压条、分株、嫁接等多种繁殖方法。该书对家畜的外形鉴定,对禽畜的选种、育种和饲养管理,对农副产品加工,特别是酿造,也都有重要的论述。书中还重点介绍野生植物和南方植物的利用,第十卷可以说是现存最早的南方植物志。

  《梦溪笔谈》

  《梦溪笔淡》为沈括的笔记体著作,约撰写于1086—1093年,现传本26卷,分故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、权智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议17个门类共609条。还有《梦溪补笔谈》、《梦溪续笔谈》。该书内容广泛,涉及天文、数学、地理、地质、物理、生物、医药、军事、文学、考古和音乐等自然科学和社会科学的各个学科。天文方面指出极星不在天极,得出冬至日长度最短等结论。历法上大胆创新,提出《十二气历》。数学方面创“隙积术”和“会圆术”,物理方面记载凹面镜成像实验和声波共振实验。地理地质学方面以流水侵蚀作用解释奇异地貌成因,还记述当时一些重大科技成就,如指南针、活字印刷、炼铜、炼钢、石油的价值等。此外,对西北和北方的军事利害,典制礼仪的演变,旧赋役制度的弊害,都有翔实记载。有关采矿、冶金的内容散见于器用、导事、辩证、杂志、机智、药议等门类中。该书最早提出“石油”这一名称,沿用至今。书中对石油的开采、性能、用途也有具体记述。书中对太阴玄精(龟背石)的描述表明作者已注意到矿物结晶的形状、颜色、光泽、透明度、解理以及加热失去结晶水和潮解等性状。这些都是研究中国古代冶金的宝贵史料。

  《农政全书》

  《农政全书》是中国明代农副业科学技术著作。作者徐光启,他根据多年经验从天启五年(1625年)动笔编写《农政全书》,到去世时尚未完成,后由陈子龙整理遗稿成60卷,于1639年刊行。在《蚕事图谱》中有缫车图说,《桑事图谱》中有丝织准备和提花机及绢纺图说,《蚕桑广类》中专辟“木棉”篇。除了转引王祯《农书》和以前各家的历史文献外,还论述了王祯之后300年的发展。书中大部分材料引自《农书》,编排体例也不按工序。作者在“木棉”一节中有几处精辟论述。他认为棉花在黄河、长江流域为一年生,在南方则高丈余、数年不一,其实只是气温关系,本为同一种植物。作者还对中国和西方棉花作了对比,他发现西方所产棉布比中国布细,这是由于西方所用棉花品种与中国不同,因此他主张引进新品种棉花,他还注意到棉种有退化现象,强调选种。书中还分析了温、湿度条件对纺织生产的影响,认为北方难于纺棉,实因天气过于干燥。他介绍了肃宁地方人们挖地窖,就是湿气纺织的经验。这是中国古代纺织界注意空气调节的最早事例。

  《农政全书》《农政全书》共60卷,五十多万字。其中作者自己写作的大约有六万多字,其余引录了229种古代和同时代的文献。徐光启不仅博采众长,对大量材料进行了分类汇辑,而且有自己独到的见解,加了不少评注,表明了自己的见解。全书分做12门,包括农本、田制、水利、农器、农时、开垦、栽培、蚕桑、牧养、酿造、造屋、家庭日用技术以及备荒、救荒(荒政)等方面。重点在开垦、水利和荒政等几项,篇幅占全书一半以上。这几项农政在过去农书中都没有系统叙述过,《农政全书》却集中而系统地提了出来,这成为本书的显著特色。

  《水经注》

  《水经注》是中国北魏时期郦道元撰写的地理著作。《水经注》是在《水经》基础上扩充成书的。郦道元以《水经》为纲,作了20倍于原书的补充和扩展,实际上已另成专著。全书共40卷,约三十万字,所记水道1389条。逐一说明各水的源头、支派、流向、经过、汇合及河道概况,并对每一流域内的水文、地形、气候、土壤、植物、矿藏、特产、农业、水利以及山陵、城邑、名胜古迹、地理沿革、历史故事、神话传说、风俗习惯等,都有具体的记述。“因水以证地”,“即地以存古”,旁征博引,详加考求,态度严谨,引用书籍多达437种。其中以叙述北方水系最为精详,通过亲身调查研究,对前人讹误作了修正。南方个别水流因当时南北政权对峙,情况不熟,不免有某些疏误。《水经注》一书集中同6世纪以前地理学著作之大成,为历史地理学、水文地理学、经济地理学、考古学、水利学等方面的重要文献,也是魏晋南北朝山水散文中的佳作。《水经注》的研究历来受到重视,在清代已成为一门专门学问。

  《天工开物》是我国古代文化典籍中一部久负盛名的科学技术文献。该书作者是明代科学家宋应星(1587—?),字长庚,江两奉新人。其初刊成于明崇祯十年(1637年)。它全面系统地总结和记述了我国古代尤其是明代农业和手工业的生产技术和经验,是一部杰出的农艺学和工艺学文献。全书分为上、中、下三编,共18卷,并附有121幅插图,描绘了一百三十多项生产技术和工具的名称、形状及工序。上编记述了谷类和棉麻栽培、养蚕、缫丝、染料、食品加工、制盐、制糖等;中编包括制造砖瓦、陶瓷、钢铁器具、建造舟车、采炼石灰、煤炭、榨油、造纸等;下编包括五金开采及冶炼等。《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作,被欧洲学者称为“技术的百科全书”。它对中国古代的各项技术进行了系统的总结,构成了一个完整的科学技术体系,对农业方面的丰富经验进行了总结,全面反映了工艺技术的成就。书中记述的许多生产技术,一直沿用到近代。

  《天工开物》已被翻译成多种文字,但是在国内却长期失传,有20世纪20年代从日本传回的版本。后来有人在浙江宁波发现了初刻本。

  《周髀算经》

  《周髀算经》是我国现存最早的一部数学典籍,成书时间大约在两汉之间,也有史学家认为该书是孕于周而成于西汉,甚至更有人说它出现在公元前1000年。严格说来,《周髀算经》是一部天文著作,为讨论天文历法,而叙述一些相关的数学知识,其中重要的题材有勾股定理、比例测量与计算天体方位所不能避免的分数四则运算,它的原名为《周髀》。《周髀》的本文是周公、商高问答部分,提出了著名的“勾三股四弦五”这个勾股定理的一个特例。接下去的荣方、陈子问答部分,是《周髀》的续文,陈子教给荣方学习和研究数学的方法,并且记载了陈子测日法所用的“勾股各自乘,并而开方除之”的话。唐朝李淳风等选定数学课本时,认为它是一个最可贵的数学遗产,将它作为“算经十书”的第一种书,并将其定名为《周髀算经》。

  通过算筹,中国人很早就掌握了复杂的计算。比起同时期的西方数学(例如以欧几里得的《几何原本》)所记载的分数性质来看,古代中国数学的定量工作,在世界上无疑是遥遥领先的。





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