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顶高全讯网,达·芬奇身份解码 探索自然的万千造化
发表于:2020-01-11 16:46:50

顶高全讯网,达·芬奇身份解码 探索自然的万千造化

顶高全讯网,飞行器

飞行器

机械设备

机械设备

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永动机和摩擦力

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军事装备

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军事装备

解剖学

解剖学

解剖学

解剖学

终其一生,列奥纳多·达·芬奇很少愿意认同“画家”是自己的主要身份。将近三十岁时,他给米兰的统治者写过一封求职信,信中不无夸饰地历数自己在设计桥梁、水道、大炮、装甲车辆、公共设施等方面的专长,直到第十一段,才提到自己也是一位艺术家。

从他存留至今的七千多页笔记手稿中,我们可以看到这位文艺复兴时期的天才人物是怎样在解剖学、化石、鸟类、飞行器、光学、植物学、地质学、水流、武器等领域进行了孜孜不倦、饶有兴致的观察和设想。其涉猎的广泛和深入程度,足以让现代人头晕目眩:他是怎样做到的?为何能集如此全面的才能于一身?同时,也会有人想要了解甚至有所质疑:达·芬奇在其他领域的成绩,是否因为其绘画大师的盛名才受到关注?他的各种探索与发明,究竟达到了怎样的高度?对后世有怎样的影响?达·芬奇的光环越是多重和耀眼,他本人也就变得越加神秘,越加难以捉摸。

想要破译达·芬奇多重身份的“密码”,我们可能需要先摒弃一些属于现代人的成见。达·芬奇所处的时代,现代科学体系远未建立起来,学科之间的界限和壁垒并不存在,无论是水体的流动还是啄木鸟的舌头,心脏的结构抑或永动机的可能,在达·芬奇的眼中,他只是想要去探究所有让他感兴趣的事物,只是想寻找“自然的万千造化”所蕴含的规律。

同样,达·芬奇的观察和研究,也就不会合乎现代科学的规范和评价体系。达·芬奇没有受过严谨的教育,他是“实验的信徒”,用类比和推导来接近自己想要的答案。我们会看到,他有诸多超前的发现和记录,但其中又常会带有艺术的幻想的成分,也有不少错误;他设计的飞行器从未真正飞行,他的理想城市也未能得到实践,而他足够伟大的发现——比如心脏的结构和心脏瓣膜,并没有对科学史产生什么影响,而是沉寂在他的笔记中,直到解剖学大发展之后才被重新追溯。

所以一切都还是会回到达·芬奇本人和他的时代。“身份”本就是一个社会性的指称,并不足以概括一个完整的人。达·芬奇在绘画以外领域的实验与发现,有些与他当时的身份和职责息息相关,是他运用自己的才能为自己谋求职位和收入,比如为宏大的庆典设计精巧别致的设施,为米兰大教堂的穹顶设计献计献策;但也有更多只出于他永不枯竭的好奇心,比如解剖本是为了掌握人体肌肉的形态以更好地描绘它们,却深入到了身体内部的血液循环机制,并且,他的绝大多数研究从未正式发表或出版。最终让他成为达·芬奇的,正是超乎所有身份之上的这些东西——好奇,观察,想象,并享受这些过程。

飞行器

从大约1490年开始的二十多年中,达·芬奇以少见的勤奋研究了鸟类飞行及设计载人飞行器的可能性。他一共画了五百多幅草图,还写下了三万五千字的笔记。

为了弄清鸟类飞行的科学,达·芬奇探讨了重力和密度的概念,观察鸟翅膀上下扇动的速度,还将研究拓展到了流体力学的领域。他的一个重要的观察发现是:“水不能像空气那样被压缩”,鸟在下压翅膀的时候,空气会被压缩,因此翅膀下面的气压高于上面变稀薄的空气的压力。

通过解剖学观察和物理学分析,达·芬奇相信有可能制造出一个有翅膀的载人飞行器。他的首个设计看起来像一个巨大的碗,有四个像桨一样的叶片,就像他之前观察到的蜻蜓翅膀那样。为了克服人类胸部肌肉相对力量不足的问题,这台机器介于飞碟和健身房的“酷刑室”之间,操作者需要全力以赴才能驱动机器:要用腿推动踏板,用胳膊摇动齿轮和滑轮机构,用头部驱动活塞,还要用肩膀拉动绳索。

在同一个笔记本里,达·芬奇在七页之后画了一幅考究的实验草图,实验中的翅膀就像蝙蝠的翅膀,骨架纤细,骨架外面覆盖的不是羽毛,而是皮肤。这只翅膀连着一块厚重的木板,他特别说明重量应为一百五十磅,跟一般人的体重差不多,与翅膀相连的还有一个驱动它的杠杆系统。

达·芬奇对飞行器的兴趣很可能始于他在庆典演出中的工作。从早年在韦罗基奥的作坊一直到他晚年留居法国,他始终对这些演出全情投入。他的第一只和最后一只机械鸟都是为了宫廷娱乐之用。

机械设备

达·芬奇对机械的兴趣与他对运动的着迷息息相关,他喜欢一步步地分析传动过程,因为逐一画出传动部件——棘轮、弹簧、齿轮、杠杆、转轴和其他结构——有助于他理解它们的功能和工程学原理。

例如,他画过一幅影调优美,而且透视也堪称完美的起重设备草图,这台起重设备上有一根杠杆,来回摇动杠杆可以逐渐抬升带齿的轮子,转动的轮子最终将重物提起。这幅图说明了往复的上下运动如何转化为连续的转动。图的左边是组装好的机器,右边是部件的分解图。

在他那些最优美、最精细的机械草图中,许多都是在探索如何让压缩的螺旋弹簧平稳释放,这样由弹簧驱动的运动才能保持匀速,而不会越来越慢。达·芬奇率先绘制出解决这一难题的装置,他采用了自己终生着迷的螺旋机构。在一幅特别优美的草图中,一个螺旋齿轮在保持筒形弹簧匀速释放的同时,以恒定的功率驱动一只轮子平稳地推动轴杆。

达·芬奇还发明了一种磨针设备,它本可以为意大利的纺织工业做出宝贵的贡献。这台机器用人力转动一个转盘,转盘上连着一个小的打磨装置和一条抛光带。他认为这也许会让自己发财。但是不必说,达·芬奇从未实现他的计划。对他来说,完成构思就已经心满意足了。

永动机和摩擦力

“每一种运动都试图保持原有的状态,或者,只要物体启动时所获得的冲力保持不变,每个运动物体都将一直运动下去。”达·芬奇提出这一洞见时,距离牛顿出生还有一个多世纪。他认为,如果能消除阻碍物体运动的所有外力,那么物体有可能处于永动状态。所以在15世纪90年代,达·芬奇用了二十八页笔记来研究制造永动机的可能性。

他对水力永动机尤其感兴趣。在一个设计中,他设想用水流转动一种被称作阿基米德螺旋泵的螺旋管,这种螺旋管在转动时可以将水向上输送,然后水流下去的时候又会转动螺旋管。不过,他对一个问题产生了质疑:水流下去的时候,能否驱动螺旋泵向上输送足够多的水,让这个循环一直进行下去呢?最后,他得出了既明确又正确的结论,这绝无可能。“流下去的水永远不可能从它最初的水位提升起与自身重量相等的水。”

达·芬奇意识到阻碍永动的原因是摩擦,一个系统和外界摩擦时,会不可避免地损失动量。摩擦造成能量耗损,阻碍运动一直持续下去。因此,他开始系统地研究摩擦,并最终获得了一些深入的发现。他发现了摩擦力的三个决定因素之间的关系:物体的重量、斜面的平滑或粗糙程度,以及斜面的坡度。这些都属于重要的科学发现,但是达·芬奇从未发表过这些发现。大约两百年后,法国的科学仪器制造者纪尧姆·阿蒙东才再次发现了这些定律。

达·芬奇发现,通过给斜面增加润滑,可以减小摩擦力,因此他成了首批在机械上设计润滑油加入点的工程师之一。他还设计了用滚珠轴承和滚柱轴承减小摩擦力的方法,他画过一种新型螺旋千斤顶,这种千斤顶通过旋转一根大的螺杆来推举重物,达·芬奇在支撑平面和齿轮之间放置了一些可以起到轴承作用的滚珠。

军事装备

他还设计过令人毛骨悚然的刀轮战车,车轮上有突出的旋转利刃。这辆车还包含一个有四个刀刃的转轴装置,它可以被放置在车前,也可以拖在车尾。他非常细致地画出了齿轮与轮轴的传动系统。一幅刀轮战车图中,飞奔的战车附近躺着两具尸体,他们的腿被刀割断,肢体散落在地上,着实可怖。

达·芬奇画过一些构思巧妙的军事设备,比如一台装置能推倒敌人的攻城梯。城堡内的守卫者拉动巨大的杠杆,杠杆的另外一头连接木架,这些木架通过城墙上的孔穿到墙外。

达·芬奇设想中的另外一件武器是一张巨大的弩。他为此画了超过三十张草图,而且细致、精确地画出了齿轮、蜗杆、轴、扳机和其他构件。当然,事实上,卢多维科·斯福尔扎公爵并未在战斗中使用过他设计的任何大型武器装备,他的这些从未实现的设计也许更属于想象而非现实。这张巨弩最终被制造出来还是在2002年的一档电视特别节目中,可惜当代的工程师也无法让它正常工作。

解剖学

当达·芬奇还是佛罗伦萨的一名年轻画家时,他学习人体解剖学主要是为自己的艺术服务。他在自己的笔记中重复着这样的教诲:“画家有必要成为一位优秀的解剖学家,这样他才能勾画出裸露的身躯,才能了解肌腱、神经、骨骼和肌肉的解剖学。”

他所感兴趣的内容,比如眼睛的运动和微笑时嘴唇的运动,可能对他的艺术有所裨益,但是当出现了诸如胎儿在子宫内发育,以及打喷嚏的原因时,很明显,他的求知目的已不再是为了手中的画笔。

1508年到1513年,列奥纳多·达·芬奇开始了自己的第二轮解剖学研究。这位已经年逾五旬、如日中天的画家解剖了一位百岁老人的尸体。在其中一页笔记上,他画了部分剥去皮肤的尸体上的肌肉和血管,在这些图的上方,他满怀尊敬地为那位百岁老人画了一幅小像,他一脸安详,双眼紧闭,这是去世后不久的样子。

在查明百岁老人死亡原因的过程中,达·芬奇做出了一项重大的科学发现:他记录了导致动脉硬化的过程,“我发现死亡源自身体衰弱,衰弱是由于血液供应不足和为心脏及其下方器官供血的动脉出了问题,这些血管干瘪、萎缩得厉害。”

达·芬奇绘制了一幅人类血液循环系统的详细图示,其中以较大的篇幅画出了心脏的大血管,还有与主动脉和腔静脉相连的逐级缩小的分支静脉、动脉和毛细血管。

作为他全部解剖学研究和解剖实践的一部分,达·芬奇对人体心脏的研究是他最持久和最成功的科学探索。其中的最大成就,是他发现了主动脉瓣的工作方式,事实上,这也是他所有解剖学工作中的最高成就,这项发现直到现代才得到证实。它诞生于他对涡流的认识和热爱。具体来说,达·芬奇专门研究了由心脏经三角形开口向上泵入主动脉根部的血流,主动脉是将血液从心脏输送到全身的大血管。血液被泵入主动脉后,产生的涡流让心脏与主动脉间的三角形瓣膜展开,并盖住开口处。达·芬奇发现,瓣膜靠来自上方的压力是无法正常闭合的。

20世纪60年代,由牛津大学的布赖恩·拜尔豪斯带领的医学研究团队使用染料和放射照相技术观察血液流动。实验显示,瓣膜需要“一种流体动力学控制机制让瓣叶远离主动脉壁,这样极轻微的血液回流也能关闭瓣膜”。他们认识到这个机制就是达·芬奇发现的位于主动脉根部的血液涡流。外科医生舍温·努兰称,“在达·芬奇留给后世的所有惊叹之中,这似乎是最非凡的一项。”

本文内容主要整理自沃尔特·艾萨克森著《列奥纳多·达·芬奇传》,由中信出版集团授权使用。

整理/新京报记者 李妍

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