天才们的探索

佘毅仁

【极限探索·深海专题之四】

世间事物的发展总是从量变到质变的，在科学发展史上也从不例外，许多科学家都在先辈的研究基础上，加以革新和改良，最终得到具有突破性意义的发展。诸如达·芬奇这样的天才博物学家，将科学、艺术、军事、建筑、工程技术等聚集于一身，成为科学界的先驱者。本文就将介绍致力于现代深海探索的先锋科学家们的故事。

天才的相遇

1933年，在美国芝加哥世界博览会的进步时代科技展览上，威廉·毕比和奥古斯特·皮卡尔德成为了焦点人物。虽然此时毕比还未创造1000米的深潜纪录，但凭借其家喻户晓的知名度仍然吸引了大量的关注。而来自瑞士的皮卡尔德此时已经是不折不扣的“世界最高高度”纪录的创造者了，他已经越过了同温层（平流层），飞越了海拔1万多米的高空，不但创造了世界纪录，还进行了科学实验。这两位科学家对彼此的发明都抱有浓厚的兴趣。两位身高接近2米的大个子，互相考察着对方的发明，可谓是一道奇特的“景观”。两人的发明颇为相似，均是中空的密封球体，只是皮卡尔德的球体更大一些，可这两个发明却是用于完全相反的环境。毕比的“深潜球”之前已作介绍，而皮卡尔德的发明，堪称一绝。热气球飞行早在19世纪已风靡欧洲，人们利用热气球进行各种探险和娱乐活动。载人的部分多为半封闭的篮框吊舱，挂载在气球之下飞行。而皮卡尔德的载人舱则为全封闭的球形挂舱，系在气球之下，直接飞入数十千米的高空。两人互相交流经验，都觉得十分愉悦和荣幸。同时，毕比向皮卡尔德详细介绍了“深潜球”的工作原理和他在深海探险时看到的奇景。

这次的交流对皮卡尔德产生了很深的影响，让皮卡尔德联想起了他少年时代的梦想……

高空和深海

皮卡尔德出生于瑞士巴塞尔的名门。1909年，皮卡尔德和双胞胎哥哥一起获得博士学位，成为名副其实的少年博士。少年时期，皮卡尔德就幻想用潜水器潜入海洋，并在海洋中无限制地自由遨游。后来，他和哥哥又开始研究起了航天，准备利用气球，飞出大气层，翱翔在宇宙中，研究宇宙的奥秘。之后他还和大名鼎鼎的物理学家爱因斯坦合作。皮卡尔德使用自己的设备帮助爱因斯坦在高空进行研究，并和他建立了深厚的友谊。他们一同参加了1927年第五届“索尔维”国际物理学高峰会议，这次物理学会议成为了20世纪世界物理学最为辉煌的顶峰。在此期间，居里夫人、波尔、普朗克、洛伦茨等著名物理学家均列席参会，皮卡尔德也把他的研究成果在会议中与其他科学家们分享。

随着研究的不断深入，皮卡尔德的设备已不能满足所需。此时，他设计出了球形的封闭挂舱来冲击高空，突破人们生活的对流层，希望在更高的空间里得到新的发现。此时，他的研究获得了比利时国家科学研究基金会的全力支持，最终完成了铝制的封闭科考载人舱的设计和制造工作，他将其命名为“弗恩斯”（基金会的首字母缩写）。1932年，皮卡尔德乘着这个系缆载人舱的氢气球，飞越了16000米的高空进入同温层，这不仅创造了新的高度纪录，还在当时人类从未涉及过的高度研究了各种宇宙射线和臭氧的情况，为宇宙科学作出重要的贡献。此举引起了欧洲社会的广泛关注，皮卡尔德一举成名。众所周知，人类不凭借科学设备是无法到达高空的，与海洋深度越深压力越大相反，高空不但空气稀薄，温度极低，而且高度越高，压力随之减小，只有使用封闭的内部常压载人舱才可以在如此之高的高度上生存工作。这个设备为日后皮卡尔德探索海洋作出了重要的铺垫。有意思的是，法国漫画家埃尔热在《丁丁历险记》中设计出了一位正直、勇敢，富有社会责任心的天才科学家——向日葵教授，而他的原型就是皮卡尔德。1933年，在与毕比接触后，皮卡尔德便开始着手海洋探索的计划，不久之后，他设计出了巧夺天工的作品——遨游在海中的“气球”。

神奇的科学探索家族

皮卡尔德的双胞胎哥哥也是位杰出的科学家，名为让-菲利克斯。他和弟弟一样酷爱气球飞行，只是让-菲利克斯对气球飞行更为执着。让-菲力克斯于20世纪30年代初移民美国，与太太珍妮特共同进行气球飞行。1933年，他和弟弟成为芝加哥世界博览会上的风云人物。在相当长的时间里，兄弟两人交替刷新着飞行高度的世界纪录。他还创造了航天史上的众多奇迹，他不仅是化学家、工程师，还是发明家，他的许多发明为航空业作出了巨大的贡献。二战后，高新科技的发展使材料技术突飞猛进，有机塑料的运用使让-菲利克斯的发明更如虎添翼，他设计的高空气球被用于军事侦察和大气及外层空间科学的研究探索。20世纪50年代初，他已有能力使用气球在高空探测研究近地天体表面的状况。因此，让-菲利克斯便成为美国著名科幻剧《星际迷航》中星舰“进取号”船长让-卢克·皮卡尔德的原型。让-菲利克斯的儿子唐纳德继承了他的传统，同样成为了著名的航空专家。

皮卡尔德的儿子雅克，是名副其实的《海底两万里》的实践者。他不仅成为世界上首批探索海底最深处的人，还在大洋中漂流、科考了数千千米。中年时开始致力于保护海洋环境，成为和平利用海洋的先导。

皮卡尔德的孙子博特兰，是人类史上用气球完成不间断环球飞行的第一批航空专家。现在他还计划用太阳能动力飞机完成环球飞行呢。这样富有科学探索精神的神奇家族为人类带来的各种伟大的创举至今还在继续，我们就拭目以待他们继续创造的奇迹吧！

战争的成果

战争给人类带来无尽痛苦的同时，也迅速促进了科学的发展。在海洋科学领域中，战争技术与应用科学的相生相伴，无疑加速了人类探索海洋的步伐。

1490年，达·芬奇用管子插入水中，耳朵就可以听到远方船只航行的声音，这是世界上最早的声呐。到了19世纪，人们渐渐知道水声传播的速度很快，随即科学家就测出了声波在水中的平均传播速度约为每秒1500米。后来科学家们发明了能将水声波转换成电信号的记录仪器。人们在研究中发现，各种波能形式在水中的传输距离和损耗不同，比如光和电磁波在水中衰减速度极快，传输距离也非常有限。经过多次试验，人们发现声波在水中有着不错的传输速度和传播距离，是最为实用、可靠、高效的波束载体。

1914年，加拿大科学家瑞吉纳德·费森登发明了世界上第一套现代主动回声探测仪，它可以用回声原理测定体积较大的物体，但精确度不高。现代无线电对讲机也是由他发明。之后，一战爆发，船用声呐系统需求激增，法国物理学家保罗·朗吉文研制出了电子主动回声声呐，这种声呐可发出高频超声波探测目标，使协约国舰船有效发现德国潜艇的能力大幅加强，进而可使一些船只免于潜艇的攻击。朗吉文教授是位和平主义斗士，二战期间不仅反对德国法西斯，还来到中国，反对日本侵略中国，是中国人民的抗日盟友。到了20世纪20年代中期，船用导航声呐应运而生，使船只能有效探测水文情况，减少海难的发生。

水下的科学对抗

时至二战，海洋科学迎来了新的发展契机，美、英、德、法、日、苏等世界列强都在海洋应用科学上有不同程度的发展。其中，美、英、德的突破最大。声呐的广泛应用使舰船和潜艇之间玩起了猫捉老鼠的游戏。此外，各种水声侦测和攻击武器也相继诞生。主动和被动声呐，以及其他种类的水声扫描仪器，除了军事用途以外，还对导航、海洋地形地貌探测提供了重要的物质基础。美国在海洋科考探测方面投入了很大的精力，美国海洋地质学泰斗莫利斯·尤英和著名海洋学家阿林·文在二战中的表现尤为突出，不仅分析了大西洋部分海底的地质种类和构成，还改进了远距离水声侦测潜艇的手段，有效打击了纳粹德国海军潜艇的狂妄企图。此后阿林·文的发明还为世界海洋科考立下了汗马功劳。

德国在水声探测方面也动足了脑筋，他们研制出潜艇用的“消声瓦”，还在声学及材料磁性学的模拟、诱导、干扰等手段上做足了研究，为日后反向研究海洋地质、侦测军事装备和海洋生物学等方面提供了重要的技术依据。从20世纪10年代末开始，德国人也曾研制出类似于毕比-巴顿的潜水设备，但它是一个圆筒形的常压式载人潜水舱，只能乘载一人，也由母船吊装控制沉浮。最初它的作用是观察船体、浅海区域的水下地形侦测和水下建筑的制造与检修，随着不断地改进，到了二战前后，它便用于各种军事用途，成为德国海军的水下“哨兵”。

还记得毕比-巴顿的潜水球吗？20世纪30年代末40年代初，为了防止德国海军向大西洋西部和美加东海岸渗透，大西洋中的百慕大作为重要的中转区域变成了美国的军事基地，潜水球被美国海军借用，成为研究和记录新型水下武器的重要设备。

战争使海洋学和相关应用科学得到了高速的发展。这种发展促进了20世纪下半叶人类对海洋的认识和开发。皮卡尔德的研究到1937年已初具规模，原本持续推进的工作被二战无情地打断。直到战争结束后，才见到了成功的“曙光”。