20項(xiàng)改變世界的發(fā)明

twq19810302 · 發(fā)表于 2023-3-20 15:58:17

美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站2月14日發(fā)表題為《20項(xiàng)改變世界的發(fā)明》的文章，作者是杰茜卡·萊格特，文章編譯如下：

如果沒有這些發(fā)明，我們就不一樣了。

人類天生具有好奇心和創(chuàng)造力，這兩個(gè)特征使我們這個(gè)物種取得了許多科學(xué)和技術(shù)突破。

從我們最早的祖先在地上敲擊巖石制造出第一個(gè)鋒利的工具以來，人類一直在不斷地創(chuàng)新。從輪子的首次亮相到火星探測(cè)器的發(fā)射，這些關(guān)鍵進(jìn)步中有一些特別具有革命性，有些發(fā)明源于某個(gè)靈光乍現(xiàn)的時(shí)刻，但大多數(shù)最具開拓性的發(fā)明是幾位富有創(chuàng)造力的思想家多年來不斷改進(jìn)的成果。下面我們將探究20項(xiàng)有史以來最重要的發(fā)明，這些發(fā)明背后的科學(xué)原理，以及它們是如何誕生的。

1.用火

用火是人類最強(qiáng)大的早期發(fā)明之一，它徹底改變了我們古老祖先的生活方式。篝火可以溫暖和烹飪?nèi)忸惖仁澄�，同時(shí)也是社交聚會(huì)場(chǎng)所。火也為人類防范捕食者提供一定的保護(hù)。

人類學(xué)會(huì)用火的確切日期始終是謎。但有些研究表明，100萬年前，肯尼亞的早期人類最先用火來烹飪?nèi)忸�。其他證據(jù)表明，歐洲和亞洲的尼安德特人也會(huì)用火，非洲的智人掌握了生火的技能。最近，以色列的考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)150萬至200萬年前古人類用火的證據(jù)。

2.輪子

在公元前3500年發(fā)明輪子之前，人類在陸地上可以運(yùn)輸貨物的數(shù)量和距離都極為有限。輪子本身并不是“發(fā)明輪子”最難的部分。哈特威克學(xué)院人類學(xué)教授戴維·安東尼說，把一個(gè)不動(dòng)的平臺(tái)連接到滾動(dòng)的圓柱體上，事情就變得棘手了。

安東尼此前告訴趣味科學(xué)網(wǎng)站記者：“靈光乍現(xiàn)的想法是輪子與軸的概念，但接下來的制作也很困難�！彼f，例如，輪子中心的孔和固定軸的末端必須是近乎完美的圓形而且光滑。軸的尺寸也是一個(gè)關(guān)鍵因素，它要與孔完美貼合(不能太緊，但也不能太松)。

努力獲得了巨大的回報(bào)。有輪子的手推車促進(jìn)了農(nóng)業(yè)和商業(yè)的發(fā)展，使人們能運(yùn)輸貨物往返于市場(chǎng)，也減輕了人們長(zhǎng)途旅行的負(fù)擔(dān)。現(xiàn)在，輪子對(duì)我們的生活方式至關(guān)重要，從鐘表到汽車再到渦輪機(jī)，都少不了輪子。

3.釘子

這項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)明可以追溯到2000多年前的古羅馬時(shí)期，只有在人類發(fā)展出鑄造金屬的能力后才成為可能。在此之前，木結(jié)構(gòu)必須由相鄰的板材以幾何結(jié)構(gòu)相互鎖定，這是一個(gè)更加艱巨的制作過程。

根據(jù)佛蒙特大學(xué)的說法，直到18世紀(jì)90年代至19世紀(jì)初，釘子通常由手工鍛造，鐵匠將一根方形鐵棒加熱，然后四面錘打，形成一個(gè)尖。制釘機(jī)在18世紀(jì)90年代至19世紀(jì)初問世。制釘技術(shù)此后不斷進(jìn)步。根據(jù)佛蒙特大學(xué)的說法，在亨利·貝西默發(fā)明用鐵大規(guī)模生產(chǎn)鋼的工藝后，昔日的鐵釘逐漸衰落。到1886年，美國(guó)生產(chǎn)的釘子有10%用軟鋼絲制成。到1913年，美國(guó)生產(chǎn)的釘子有90%用鋼絲制成。

通常認(rèn)為，螺絲釘(一種更堅(jiān)固但更難插入的緊固件)是公元前3世紀(jì)古希臘學(xué)者阿基米德發(fā)明的，但據(jù)大衛(wèi)·布洛克利在其著作《工程學(xué)：極簡(jiǎn)介紹》中所說，它可能由畢達(dá)哥拉斯學(xué)派哲學(xué)家阿契塔發(fā)明。

4.混凝土

古羅馬人被認(rèn)為是最早在建筑中使用混凝土的社會(huì)之一，古羅馬浴場(chǎng)、斗獸場(chǎng)和萬神殿穹頂?shù)葮?biāo)志性建筑都用火山灰、石灰和海水的混凝土建造。令人難以置信的是，大約2000年后，許多這些古建筑不僅屹立不倒，而且保存完好，這證明古羅馬混凝土經(jīng)久耐用。但是，比古羅馬早得多的公元前3000年時(shí)，古埃及人就在建筑中使用混凝土的粗糙形式——把火山灰和咸水混合成灰漿。一項(xiàng)研究認(rèn)為，吉薩大金字塔有一部分可能是用混凝土建造�；炷量箟翰豢估虼�19世紀(jì)末法國(guó)發(fā)明了鋼筋混凝土，給混凝土增加鋼的抗力，使混凝土在建筑中得到更廣泛的使用。

5.指南針

古代水手利用星星來導(dǎo)航，但這種方法在白天或多云的夜晚卻行不通，因此遠(yuǎn)離陸地航行非常危險(xiǎn)。

第一個(gè)指南針可能是在公元前2世紀(jì)至公元1世紀(jì)的中國(guó)漢代發(fā)明的。它由磁石制成，磁石是一種自然磁化的鐵礦石。中國(guó)人研究磁石的誘人性能已有幾個(gè)世紀(jì)，然而直到11世紀(jì)至12世紀(jì)的宋朝，指南針才第一次應(yīng)用于航海。

不久，這項(xiàng)技術(shù)通過航海傳到了西方。指南針使水手能安全地在遠(yuǎn)離陸地的地方航行，為探索世界和隨后的全球貿(mào)易發(fā)展打開了大門。指南針是一種至今仍被廣泛使用的儀器，它徹底改變了我們對(duì)地球的認(rèn)識(shí)和理解。

6.放大鏡

圣方濟(jì)各會(huì)教士、牛津大學(xué)學(xué)者羅杰·培根最早于1268年發(fā)明放大鏡。培根有時(shí)被稱為“英國(guó)第一位科學(xué)家”，他的這項(xiàng)發(fā)明以穆斯林學(xué)者的研究為基礎(chǔ)。

然而，這種光學(xué)工具的使用可以追溯到更早。有證據(jù)表明，早在公元前700年，古埃及人就注意到他們可以透過晶體獲得更好的視覺。

7.印刷機(jī)

德國(guó)發(fā)明家約翰內(nèi)斯·古滕貝格在1440年至1450年期間發(fā)明了印刷機(jī)。這項(xiàng)發(fā)明的關(guān)鍵在于手工鑄模，即一種新的成型技術(shù)，能快速創(chuàng)造大量金屬活字。在古滕貝格之前，古代中國(guó)和朝鮮的發(fā)明家已經(jīng)發(fā)明了活字，古滕貝格改進(jìn)了機(jī)械化過程。

有了這種活字印刷技術(shù)，印刷機(jī)成倍地提高了印刷書籍的速度，使知識(shí)在歷史上第一次得到迅速而廣泛的傳播。已故歷史學(xué)家伊麗莎白·艾森斯坦在她的著作《現(xiàn)代歐洲早期的印刷革命》中寫道：“到1500年，在每個(gè)重要的市政中心都能看到印刷車間�！睋�(jù)估計(jì)，到1500年，西歐印刷了多達(dá)2000萬冊(cè)書籍。

除此之外，印刷機(jī)使更多人能接觸到《圣經(jīng)》，這反過來又帶來對(duì)《圣經(jīng)》的不同解釋，包括馬丁·路德的《九十五條論綱》，這一被印刷了數(shù)十萬份的文件引發(fā)了新教改革。

8.航海天文鐘

15世紀(jì)標(biāo)志著冒險(xiǎn)家和海上商人偉大的發(fā)現(xiàn)之旅以及全球海洋貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的開端。商船裝著價(jià)值連城的絲綢、香料、鹽、葡萄酒和茶葉，在常常危機(jī)四伏的海上連續(xù)航行數(shù)月。1707年英國(guó)海軍在錫利群島海難中損失4艘艦船后，航海家們意識(shí)到，看不到陸地的時(shí)候，他們需要一種準(zhǔn)確的方式確定經(jīng)度。

1714年，英國(guó)議會(huì)懸賞兩萬英鎊尋找能解決這個(gè)問題的人。木匠約翰·哈里森在1735年憑借他的航海天文鐘贏得這筆獎(jiǎng)金。更了不起的或許在于，哈里森是自學(xué)成才的鐘表匠。他的巧妙計(jì)時(shí)裝置靠船體搖擺而非重力驅(qū)動(dòng)，水手可以利用它準(zhǔn)確計(jì)算海上經(jīng)度。

9.疫苗

世界衛(wèi)生組織估計(jì)，接種白喉、破傷風(fēng)和麻疹等傳染病疫苗每年大約挽救了200萬至300萬人的生命。

據(jù)認(rèn)為，最早的初級(jí)疫苗接種可以追溯到古代中國(guó)，當(dāng)時(shí)人們通過在皮膚的擦傷處接種少量天花以預(yù)防這種傳染病。但在1796年，英國(guó)醫(yī)生愛德華·詹納發(fā)現(xiàn)，擠奶女工很少感染或死于天花，因?yàn)樗齻兏腥具^牛痘病毒。于是，他用牛痘研制出一種天花疫苗。他給一名8歲男童接種牛痘，再接種天花，這個(gè)男孩始終沒有染上這種致命的疾病。詹納的實(shí)驗(yàn)帶來一種天花疫苗的問世，他的工作也被視為免疫學(xué)的開端。1980年，世衛(wèi)組織宣布天花被正式消滅。但科學(xué)家們繼續(xù)研發(fā)新的救命疫苗——最引人注目的是在抗擊新冠疫情中發(fā)揮重要作用的新冠疫苗。

10.電池

第一塊電池可以追溯到1800年。意大利物理學(xué)家亞歷山德羅·沃爾塔把一疊銅片和鋅片包裹在布里并沒在鹽水中后發(fā)現(xiàn)能導(dǎo)電。1802年，蘇格蘭教授威廉·克魯克尚克發(fā)明沃爾塔設(shè)計(jì)的槽式電池的變體：把50片銅和鋅放在裝滿鹽溶液的木盒里實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。不過，第一塊實(shí)用的電池由法國(guó)物理學(xué)家加斯東·普朗泰在1859年發(fā)明。今天的汽車仍在使用普朗泰可充電式鉛酸蓄電池的現(xiàn)代版本。

11.避孕措施

避孕藥、避孕套和其他形式的避孕措施讓男性和女性可以為愉悅體驗(yàn)而不是生育后代而發(fā)生性行為，這不僅在發(fā)達(dá)國(guó)家引發(fā)了一場(chǎng)性革命，還在使用避孕措施的國(guó)家大幅降低了女性平均生育后代的數(shù)量。由于要養(yǎng)活的人口越來越少，現(xiàn)代家庭實(shí)現(xiàn)了更高的生活水平，可以為每個(gè)孩子提供更好的生活條件。與此同時(shí)，在全球范圍內(nèi)，避孕措施正在幫助人口逐漸趨于平穩(wěn)。到本世紀(jì)末，我們的人口數(shù)量可能會(huì)穩(wěn)定下來。某些避孕措施，如避孕套，還可以抑制性傳播疾病的傳播。

自然和草藥避孕已經(jīng)使用了數(shù)千年。學(xué)者杰西卡·博奇說，自古以來，避孕套或“護(hù)套”就以這樣或那樣的形式存在，橡膠避孕套是19世紀(jì)發(fā)明的。喬納森·艾格在他的著作《避孕藥的誕生：四位先驅(qū)如何徹底改變性并掀起一場(chǎng)革命》中寫道，美國(guó)食品和藥物管理局于1960年批準(zhǔn)了第一款口服避孕藥。到1965年，有超過650萬美國(guó)女性在服用避孕藥。

科學(xué)家在節(jié)育方面不斷取得進(jìn)展，一些實(shí)驗(yàn)室甚至在研究男性服用的“避孕藥”。2002年，美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)了一種名為“Essure”的永久性節(jié)育植入物。但該機(jī)構(gòu)在2016年稱，需要以更強(qiáng)烈的警告告知使用者這種植入物的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。

12.內(nèi)燃機(jī)

在內(nèi)燃機(jī)中，燃料燃燒釋放出高溫氣體，氣體膨脹對(duì)活塞施加作用使其運(yùn)動(dòng)。因此，內(nèi)燃機(jī)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。許多科學(xué)家花了幾十年時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)，它在19世紀(jì)下半葉基本具有了現(xiàn)代形式。內(nèi)燃機(jī)開啟了工業(yè)時(shí)代，并使包括現(xiàn)代汽車和飛機(jī)在內(nèi)的各種機(jī)器的發(fā)明成為可能。

四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作步驟如下：進(jìn)氣沖程——吸入空氣和汽化燃料、壓縮沖程——燃料蒸汽和空氣被壓縮并點(diǎn)燃、動(dòng)力沖程——燃料燃燒推動(dòng)活塞向下為機(jī)器提供動(dòng)力、排氣沖程——排出廢氣。

13.電話

一些發(fā)明家在電子語(yǔ)音傳輸方面做了開拓性的工作——后來，當(dāng)電話的使用激增時(shí)，他們中的許多人提起了知識(shí)產(chǎn)權(quán)訴訟——但蘇格蘭發(fā)明家亞歷山大·格雷厄姆·貝爾是第一個(gè)在1876年3月7日獲得電話專利的人。3天后，貝爾給他的助手托馬斯·沃森打了第一個(gè)電話，他說：“沃森先生，請(qǐng)過來一下——我想見你�！�

貝爾發(fā)明電話的靈感源于他的家庭影響。據(jù)埃文森說，貝爾的父親教授演講課程，而且擅長(zhǎng)教聾啞人說話；他的母親是一位卓有成就的音樂家，晚年失去了聽力；與貝爾在1877年結(jié)婚的梅布爾則從5歲起就失聰了。這項(xiàng)發(fā)明迅速流行起來，并徹底改變了全球商業(yè)和通信。1922年8月2日貝爾去世，美國(guó)和加拿大的所有電話服務(wù)都暫停一分鐘以紀(jì)念他。

14.燈泡

燈泡的發(fā)明改變了我們的世界，讓我們擺脫了對(duì)自然光的依賴，使我們能在任何時(shí)間，無論白天還是夜晚都保持高效。整個(gè)19世紀(jì)，幾位發(fā)明家在發(fā)展這項(xiàng)革命性技術(shù)方面發(fā)揮了重要作用。托馬斯·愛迪生被認(rèn)為是燈泡的主要發(fā)明者，因?yàn)樗?879年創(chuàng)造了一套完整的照明系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、電線以及碳絲燈泡。

這項(xiàng)發(fā)明不僅使整個(gè)西方世界的家庭都用上了電，還出人意料地改變了人們的睡眠模式。我們不再(因無事可做)在夜幕降臨時(shí)就上床睡覺，也不再因中間醒來而將整晚睡眠分為幾段，而是分配給睡眠7至8個(gè)小時(shí)，而且在理想情況下，我們會(huì)一覺睡完。

15.X射線

像許多偉大的發(fā)明一樣，X射線也是偶然發(fā)現(xiàn)的。1895年，德國(guó)工程師、物理學(xué)家威廉·康拉德·倫琴正在對(duì)核輻射的可能性進(jìn)行為期兩個(gè)月的研究。在一次測(cè)試陰極射線能否穿過玻璃的實(shí)驗(yàn)中，他注意到輻射能夠穿過相當(dāng)厚的屏障，留下固體的陰影。他很快發(fā)現(xiàn)，X射線可以通過人體組織，顯示骨骼和器官的清晰圖像。一年后，一組醫(yī)生對(duì)患者進(jìn)行了最早的X射線檢查。這些觀測(cè)結(jié)果推動(dòng)我們今天所知道的放射學(xué)的發(fā)展，并幫助醫(yī)學(xué)專業(yè)人診斷出骨折、腫瘤和器官衰竭等癥狀。

16.飛機(jī)

數(shù)百年來，如何能夠飛行讓發(fā)明家魂?duì)繅?mèng)繞。1783年，約瑟夫-米夏埃爾和雅克-埃蒂安·蒙戈?duì)柗埔值艹俗鵁釟馇蛏咸�，這是人類首次駕駛工具飛上天空。1853年英國(guó)工程師喬治·凱利設(shè)計(jì)的第一架滑翔機(jī)成功起飛。但直到1903年，奧維爾和威爾伯·萊特兄弟的飛機(jī)才成為第一架成功航行的飛機(jī)。它不僅利用自身動(dòng)力從北卡羅來納州的基蒂霍克起飛，而且與之前的發(fā)明不同，在飛行和降落時(shí)都完好無損。萊特兄弟在觀察鳥類飛行時(shí)受到啟發(fā)。他們的滑翔機(jī)模仿鳥的翅膀，但翼展達(dá)10米。

17.冰箱

制冷在某種程度上已經(jīng)存在了數(shù)千年。根據(jù)氣候的不同，古代人用冰或冷水保持食物的低溫。但人工制冷直到1748年才出現(xiàn)：醫(yī)師威廉·卡倫在那年首先展示蒸發(fā)式制冷。進(jìn)一步的突破出現(xiàn)在1834年：美國(guó)工程師雅各布·珀金斯開發(fā)出壓縮式制冷系統(tǒng)。1876年，德國(guó)工程師卡爾·馮林德設(shè)計(jì)出氣體液化的方法，開啟商業(yè)制冷時(shí)代。1913年，美國(guó)工程師弗雷德·沃爾夫發(fā)明了第一臺(tái)家用冰箱。隨著對(duì)新鮮產(chǎn)品的需求增加，擁有冰箱的家庭數(shù)量也不斷增加。

18.青霉素

這是歷史上最著名的發(fā)明故事之一。1928年，蘇格蘭科學(xué)家亞歷山大·弗萊明在他的實(shí)驗(yàn)室里注意到，一個(gè)充滿細(xì)菌的培養(yǎng)皿的蓋子意外沒有蓋緊。樣品被霉菌污染了，而有霉菌的地方細(xì)菌都死了。這種抗菌的霉菌就是青霉菌，在接下來的20年里，化學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了提純，研發(fā)出了青霉素。這種藥物可以在不傷害人類自身的情況下對(duì)抗人體內(nèi)大量的細(xì)菌感染。

到1944年，青霉素開始量產(chǎn)并投放廣告。一些貼在路邊郵箱上的海報(bào)建議二戰(zhàn)軍人服用這種藥物來治療性病。

根據(jù)2003年發(fā)表在《過敏與免疫學(xué)臨床綜述》雜志上的一項(xiàng)研究，約有十分之一的人對(duì)這種抗生素有過敏反應(yīng)。研究人員說，即便如此，這些人中的大多數(shù)仍能使用這種藥物。

19.核能

核能最早在上世紀(jì)30年代由意大利物理學(xué)家恩里科·費(fèi)米發(fā)現(xiàn)，他發(fā)現(xiàn)用中子轟擊原子可以將其分裂并產(chǎn)生巨大的能量。他后來在芝加哥大學(xué)建成第一個(gè)核反應(yīng)堆。這一成功實(shí)驗(yàn)帶來20世紀(jì)50年代幾座核電站的開發(fā)建設(shè)，愛達(dá)荷州于1951年啟動(dòng)第一座核電站，并用原子能發(fā)電。1954年，蘇聯(lián)境內(nèi)的奧布寧斯克核電站成為世界上第一座并網(wǎng)核電站。1957年，賓夕法尼亞州希平港原子發(fā)電站成為第一座商用核電站。

核電在當(dāng)今世界仍然得到廣泛使用，約占全球能源的10%。

一個(gè)問題是，現(xiàn)有核電站利用裂變來分裂原子，這會(huì)產(chǎn)生衰變期極長(zhǎng)的放射性物質(zhì)。切爾諾貝利和福島等核事故凸顯以裂變?yōu)榛A(chǔ)的核電構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。

因此，科學(xué)家們正在致力于制造可用的核聚變反應(yīng)堆。從理論上說，這種反應(yīng)堆可以產(chǎn)生清潔的、無限的能源。2022年，科學(xué)家報(bào)告了一個(gè)微小的突破：核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量超過投入的能量。不過，專家指出，我們距離可用的核聚變反應(yīng)堆還有很長(zhǎng)的路要走。

20.互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)是全球數(shù)十億人使用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的全球系統(tǒng)。上世紀(jì)60年代，為美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局工作的一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，用以連接該機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)被稱為“阿帕網(wǎng)”，即互聯(lián)網(wǎng)的前身。它使用了名為“分組交換”的數(shù)據(jù)傳輸方法，這種方法是由團(tuán)隊(duì)成員、計(jì)算機(jī)科學(xué)家勞倫斯·羅伯茨在科學(xué)家此前工作的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。

計(jì)算機(jī)科學(xué)家哈里·R·劉易斯說，科學(xué)家羅伯特·卡恩和文頓·瑟夫在上世紀(jì)70年代為互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)了關(guān)鍵的通信協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議(TCP)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)。因此，卡恩和瑟夫通常被認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明者。

1989年，計(jì)算機(jī)科學(xué)家蒂姆·伯納斯·李在歐洲核子研究中心工作時(shí)發(fā)明了萬維網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)得到進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)歐洲核子研究中心的說法，萬維網(wǎng)的基本思路是將計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和超文本不斷發(fā)展的技術(shù)融合在一起，形成一個(gè)強(qiáng)大而易于使用的全球信息系統(tǒng)。萬維網(wǎng)的發(fā)展讓互聯(lián)網(wǎng)世界向每個(gè)人敞開大門，并以一種前所未有的方式將世界連接起來。

sunbetterwu · 發(fā)表于 2023-3-20 16:11:02

造紙，火藥沒上榜，不科學(xué)啊

熱青茶 · 發(fā)表于 2023-3-21 08:25:43

造紙。沒有造紙，絕無發(fā)展可能。去掉冰箱，上造紙。

zjhcnsod · 發(fā)表于 2023-3-21 09:03:18

U盤怎么沒有入選？

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