不做空想发明家

卢健龙

蒸汽机的发明让人类摆脱了人力和畜力，电力的发明意味着新能源的诞生……当我们在探索大自然的游戏规则时，往往会有人创造性地提出前所未有的工艺或方法，来满足人们认识世界的客观需求，从而推动探索的进程。而这些发明创造也需要借助已有的科学发现进行实践验证，尤其是在过去基础科学并不成熟的时代，创造更加需求科学的支撑，画家达·芬奇与他的发明便是如此。

探索与创造

以物理学为代表的自然科学的核心是认识这个世界的运行机制，并尽所能地满足我们的好奇心，但科学家对他们的发现有什么实际应用价值却并不一定十分关心。而以工程学为代表的技术则是把各种已知的科学规律加以应用，通过各种发明创造来使人们的生活更加便捷。因此，牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、费曼等科学家为我们揭示世界如何运转，而爱迪生和特斯拉等工程师和发明家则使用科学知识来驾驭技术以解决实际问题。二者相辅相成，相互影响。

而达·芬奇与他的发明，更是让人们意识到即使是在这位跨界大家那无远弗届的创造力下，缺乏足够的科学支撑，工程学的步伐同样无力迈开。达·芬奇的发明大多是超前的，但只有少数设计在当时被建造出来，而多数设计在当时难以实现。

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达·芬奇在其67年的人生中，把旺盛的精力挥洒在了绘画、建筑、雕塑、音乐、文学、地质学、解剖学、植物学等领域。在物理方面，达芬奇重新发现了液体压力的概念，提出了连通器原理。在机械设计方面，他设想了水下呼吸装置、拉动装置、发条传动装置、滚珠装置、反向螺旋、差动螺旋，风速计和陀螺仪等，将无数奇思妙想的点子通过绘画呈现在世人面前。达芬奇手稿中约15000页的笔记与绘画全是混合艺术与科学所组成的纪录。那些在当时称得上极具巧思的发明，令人惊叹。但这些构想大部分并没有得到实践检验。

超前发明与科学限制

在达·芬奇的这些发明中，直升机是最具代表的一个。15世纪，人们连方有引力定律都还没有发现，热力学也没有诞生，动力装置既不是蒸汽机，更不是内燃机，但达·芬奇的脑洞已经带着他的思想脱离了马车和步行的世界。虽然被后世称为“直升机”，但他设计的这种飞行装置跟我们大多数印象中的直升机有着很大区别。达·芬奇认为只要用亚麻布做的桨叶转动得足够快便能使他的直升机升空，但并没有实验成功的记载。从他的手稿中我们看到，这种飞行装置的螺旋形布制桨叶是以人力作为驱动力的，而且也没有能够用于在飞行中控制方向的装置，这些特点都限制了他设计的这种飞行装置在当时的可行性。

对飞行情有独钟的达·芬奇还设计过另一种飞行器。这种飞行器跟我们现在的飞机有些神似，但它的特点是机翼不固定，而是像鸟的翅膀那样通过扇动来提供飞行动力，因此被称为扑翼机（ornithopter）。从手稿图中可以看出他设想的这种扑翼机跟他的直升机一样，也是以人力作为驱动力。历史上最早的真正能够飞行的扑翼机诞生于19世纪70年代的法国，不过它们是由橡皮筋作驱动力的模型。即使到了21世纪的今天，扑翼机仍然是一个令很多发明家感兴趣的飞行方案。比如2013年，科技公司Festo研制出的一款既能模拟鸟类飞行，也能逼真扑动翅膀的机器鸟smartbird，就是扑翼机的典型代表。

迈入发明时代

达·芬奇笔记中记载的发明远不止这些，机关枪、坦克、潜水艇等超时代的创意都出现在了这个缺少科学发现的时期。由于经典力学、热力学、流体力学、电磁学等重要学科研究的限制，缺少对自然规律的洞见，再加上数学工具的落后，达·芬奇很难给自己的发明做出精确的定量描述，也就无法从理论上论证这些脑洞的操作性，更谈不上比较不同方案之间的优劣。

在没有流体力学的相关知识的情况下，達芬奇只能画出飞行器机翼的大致形状，但无法确定具体哪种形状的机翼能够为这个装置提供最大的升力，也无法知道如何才能在飞行中减少不必要的空气阻力。这也是达·芬奇的许多创意在很多很多年以后才被重新发明和实现的原因之一。

随着大部分基础科学定律的发现，科学活动也逐渐从基础科学向应用科学转移，但自然规律与新的发明是相互推动、相互促进的。我们永远需要各个领域的科学支撑去创造出更多新的发明，才能为人类的未来创造无限的可能。