微波炉、电话、喷墨打印机、手机短信……您能想象吗?这些在我们今天的生活中几乎无法离开的事物,竟然都是技术人员的“妙手偶得”。或者说,我们已然习以为常的便捷生活,其实是由一连串的“意外”所造就。
但这些“意外”真的出乎意料吗?答案或许并非如此。正如一句格言所说:“机会留给有准备的头脑。”意外变为发明的背后,是善于发现的眼睛,还有善于思辨和探索的心灵。
1、电话
虽然美籍意大利人安东尼奥·穆齐是电话真正的发明人,但人们往往把今天便捷的电话通讯网络,乃至电话机本身的发明,归功于亚历山大·贝尔。
在19世纪中期,电报让信息流通的速度大为加快,也让一部分人开始思考电线能否直接传递声音的问题,这当中就包括了贝尔。当时,他正在试验一种能够在同一条线路上传递多封电报的机器。在一次试验中,发射机上的一块有弹性的金属搭在了旁边的电磁铁上。当贝尔的助手沃森解开这块金属的时候,贝尔发现接收机上相同位置的金属也发生了震动。
这个意外事件打开了贝尔的思路。他意识到,如果人对着一块铁片说话,声音将引起铁片振动;若在铁片后面放上一块电磁铁的话,铁片的振动势必在电磁铁线圈中产生时大时小的电流。这个波动电流可以被电线传向远处,再由一个类似的装置还原为震动,或者说声音。循着这个思路,贝尔制成了电话的雏形。
当贝尔测试这个新装置的时候,意外再次光临了他的实验室:他不慎将一些硫酸洒到了自己腿上,烧灼产生的剧痛令他忍不住高声呼救。于是,这声呼救成了人类通过电话传输的第一句话。此后,爱迪生等发明家对电话进行了传输精度等方面的改进,但电话的工作原理仍然遵循着贝尔的思路。对于现代城市生活来说,电话已是不可或缺的工具。
2、化掉的巧克力与微波炉
现在,几乎每个出售汉堡包或者饭团的便利店和超市,都会准备微波炉供人加热食物;而在家庭和办公室里,微波炉也是烹饪、加热食物的利器。但很少有人知道,微波炉的发明,其实源自美国军队对雷达性能的追求。
在20世纪40年代中期的麻省理工学院,工程师珀西·斯潘塞在测试雷达所用的微波发射磁控管的时候,偶然发现自己口袋里的巧克力融化发粘。他最开始认为这可能是体温所致,但类似的现象一再发生,终于让他悟到,很可能是磁控管的微波辐射烤化了巧克力。为了验证这一想法,他又将一包玉米粒置于磁控管的微波辐射范围之中,结果玉米很快被烤成了爆米花。微波辐射的热效应由此被发现,而这也成为了微波炉的技术基础。
1947年,斯潘塞供职的雷达制造企业依据这一原理,制造了世界上第一台微波炉。到20世纪50年代中期,小型化的微波炉开始逐渐进入家庭。
3、钢笔·熨斗·打印机
世界上目前使用的打印机可以大体分为3种:喷墨打印机、激光打印机和针式打印机。而喷墨打印机又可以细分为两类,分别是以爱普生为代表的微压电喷墨打印机,和惠普与佳能等厂商的热发泡喷墨打印机。
针式打印机最为古老,至今仍然在超市中服役。它的原理与打字机类似,是使用针头在色带上施加压力,从而在纸上形成字迹。但这种打印机的噪音,也往往令人抓狂。
转机发生在20世纪70年代末。当时,佳能公司的新人奥鲁科,请做会计工作的母亲帮忙熨烫上班要穿的衬衣。忙碌中,奥鲁科的母亲不慎出错,将熨斗放在了钢笔上。这支会计填写账目使用的钢笔可以写出很细的笔画,但这一次,墨水在高温下变成了雾,并喷到奥鲁科的衣服上,形成了一块均匀的污渍。
奥鲁科很快弄清了这块污渍的成因,继而想到,如果对墨水进行精确的加热,使其成为微小的液滴,就有可能用于打印图文信息。这个理论,成了热发泡喷墨打印机的技术基础。1982年,佳能的彩色打印机进入了市场。
4、从清洁剂到培乐多彩泥
第二次世界大战之后,美国家庭的取暖燃料来源从煤炭逐渐转向天然气。在越来越多的家庭因之而变得干净的同时,总部位于美国辛辛那提的清洁用品商Kutol
Products公司发现,他们开发的一种墙纸清洁剂出现了滞销现象。这是因为,这种软面团状的清洁剂的主要功能,是以自身粘性来附着墙壁上的煤灰,可惜却生不逢时。
正当企业业务受阻的时候,清洁剂发明者的侄子突然发现,这种清洁剂的可塑性,使它成了不少青少年喜爱的手工素材。他据此建议将清洁剂中加入一些香料和染料,作为儿童玩具销售。这种全新概念的玩具在辛辛那提的学校中一炮走红,继而成为全美国,乃至全世界青少年的爱物——它就是至今仍然被美国孩之宝玩具公司出售的“拳头产品”培乐多彩泥。
5、502胶曾是“军用塑料”
第二次世界大战期间,美国伊斯曼·柯达公司实验室的化学家哈里·库弗博士带领一个科学小组,试图研制出一种透明塑料,用来制造军事飞机枪炮的瞄准器。这项研究的结果实验相当失败,他们调配研制出来的东西粘性太强,无论碰到什么东西都会死死粘住,根本无法实现最初的实验目的,很快就被弃置一旁。
6年之后,库弗负责一种新的飞机座舱盖的设计,快速和强力粘合材料的需要,让他想起了这个多年前的“失败之作”。进一步的实验发现,这种物质无需加热,便拥有令人难以置信的粘性,对材料的粘结相当牢靠。
库弗和他的团队发明的物质,叫做氰基丙烯酸盐。我们今天在生活中常常用到的502胶等强力胶水,就是这种物质的“商品化形态”。
6、X射线
1895年,德国物理学家威廉·伦琴,在德国维尔茨堡大学的实验室中忙碌地研究阴极射线的特性。为了防止外界光线对放电管的影响,也为了不使管内的可见光漏出管外,他把房间全部弄黑,还用黑色硬纸给放电管做了封套。然后,他给放电管接上了电源,以检查封套是否漏光;但在他切断电源后,却意外地发现一米以外的一个小工作台上,准备下一步实验所用的氰亚铂酸钡发出了闪光。
然而伦琴知道,阴极射线只能在空气中行进几厘米。因此,导致氰亚铂酸钡发出闪光的,一定是某种当时尚未为人所知的新射线。伦琴将其取名为X射线,并以一系列后续的实验,证明X射线可以穿透纸张(书籍)、厚木板、铝皮和人的血肉,但可以被仅有1.5毫米厚的铅板几乎完全挡住。或者说,X射线可以在不必开刀的情况下,就观察到人体内是否有骨折的情况。
因为这一伟大的发现,伦琴在1901年成为第一位诺贝尔物理学奖获得者;而他的研究工作,也被认为是现代物理学的开端。不过,事实上,在伦琴发现X射线之前,美国宾夕法尼亚大学的科学家已经观察到了完全相同的现象,但只将它作为一种实验异常记入档案,因此与这一重大物理学发现擦肩而过。
7、糖精源于“饭前不洗手”
很多廉价的甜味零食,都会使用糖精来模拟甜味,虽然这种比蔗糖甜500倍的物质,其实是从又黑又臭的煤焦油里提炼而来的。
糖精的发明,源于一个俄国人“饭前不洗手”的经历。1879年的一天,美国约翰·霍普金斯大学的俄国化学家康斯坦丁·法利德别尔格正忙于一项化学实验,却突然想起夫人在家备好了晚饭,便匆忙赶回。这一天,他发现自己吃下的牛排和沙拉都带上了奇怪的甜味,在确认夫人并未放糖之后,他猛然悟到这甜味很可能来自他从实验室中带出的一支铅笔:铅笔沾上了实验室的试剂,继而又通过他握过笔的手,沾到了餐具和食物上!
想到这里,法利德别尔格匆匆吃完晚饭,回到实验室继续研究。他仔细检查了当天所有的试剂,最终发现甜味来自一种叫邻磺酰苯酰亚胺钠的化学物质,这也就是今天人们熟悉的“糖精”。法利德别尔格立即宣布了他的发明,并在美国获得了专利。
8、固特异的“误打误撞”
提到汽车轮胎,很多人脑海中首先浮现出的厂商,往往不是米其林就是固特异。这后一个厂商的名字,正是来源于硫化橡胶的发明人,终生不得志的美国发明家查尔斯·固特异。
与依靠发明才能飞黄腾达的爱迪生、卡尔·本茨和诺贝尔等人相比,19世纪的欧美,也有一批落魄乃至穷困潦倒的发明家,固特异就是其中之一。1826年,固特异与他的父亲在费城建筑了美国第一个冶金炉,但仅仅4年之后,这家企业就由于资金链断裂而破产,固特异也因为债务被投入监狱,并从此开始了被人追债的后半生。
出狱之后,固特异转向了对橡胶的研究。虽然橡胶早已被美洲的印第安人制成球类玩具,并随着哥伦布的探险而为欧洲所知,但直到19世纪30年代,橡胶仍然不是一种足够实用的材料,因为它对温度过于敏感,气温稍高就会变软发臭,在低温条件下又会变脆变硬。
固特异决心解决这一问题。他使用种种不同的材料与天然橡胶一起进行试验。1839年1月,他的试验终于有了重大突破——他偶然把橡胶、氧化铅和硫黄放在一起加热,并得到了类似皮革状的物质。这就是最早的硫化橡胶。
然而,当时的社会并未认识到硫化橡胶的价值,固特异的生存状态始终没能改善。他多次因为债务问题入狱;甚至在1851年的首届世博会上凭借硫化橡胶获得多项嘉奖之后,他也仍然是班房的常客。
1860年,固特异在贫病交加中离世。30多年后,弗兰克希柏林兄弟以“固特异”来命名自己的企业,以纪念这位发明家不屈不挠的奋斗历程。伴随着汽车时代的黎明,固特异当年的发明终于显现出了它的价值。
9、苍耳与“魔术贴”
在中国,维可牢魔术贴通常被叫做“尼龙粘扣”。这种由两片塑料制品组成的衣物系束工具,经常出现在衣裤、鞋和箱包上面,发挥着相当于纽扣、按扣、插销、拉锁或者带子的功能。
这种简单却实用的小工具,来源于瑞士工程师乔治·德·米斯特劳遛狗时遇到的不便。他经常需要带着爱犬走过一片生长着苍耳的绿地,回家之后,狗身上经常会沾有苍耳的果实,而且难以清理。经过仔细观察,米斯特劳发现苍耳的果实上生有很细小的“钩子”,并与狗毛绞在一起,因而难以从狗身上摘下来。米斯特劳对这两种自然界中的结构进行了模仿设计,维可牢魔术贴因此而诞生。
10、手机短信:从应急工具到生活必需
1984年,第一批面向个人出售的手机上市刚刚一年,商业手机服务还处于萌芽阶段。受制于当时的技术,移动通讯网络尚不稳定,也就是手机不时会没有信号。因此,法国和德国等欧洲国家的移动通讯工程师们意识到,或许应该开发出某种机制,让甲在拨打乙的手机,却因为乙所在的区域没有信号无法拨通的时候,两人间还有一种备选的信息传递方案;或者,至少能让乙在信号恢复时,第一时间知道甲曾经拨过他的电话,以便回拨。不仅如此,在当时的欧洲和美国,打不通电话之后做留言,是一种流行的工作方法。那么,让手机用户知道他们有留言,也显得比较重要。
最早的手机短信就循着满足这两种需要的路径开始研发,具有收取(但不能发送)文字信息可能性的手机也被开发出来。1992年12月3日,一位英国人使用个人电脑,向朋友的手机发出了一条祝贺圣诞快乐的短信,这便是人类历史上第一条短信。但受制于当年的技术,这条短信无法在手机端加以回复。不过,这种尴尬的局面很快结束,随着人们认识到这种功能也可以用于信息交流,短信便摆脱了“应急工具”的定位,开始成为与通话一样的移动通讯服务,并与通话服务互为补充。
到目前为止,还没有人知道中国大陆的第一条手机短信是谁在何时发出的;但可以确定的是,大约在1994年里,中国大陆的移动通讯网络已经具备了传输文字信息的功能。
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