人類的發明

在日常生活中，你會否想過身邊每一件東西的來源呢？這個單元可以為你解答這個問題。

<紙>

用途廣泛的薄片材料，主要用於書寫、繪畫、印刷和包裝。紙是中國人於西元2世紀發明的。最初是用破布漿或植物纖維造紙。由摩爾人傳入中世紀的歐洲。最後紙代替羊皮紙而成為書面文件和印刷文件的標準材料。19世紀以來大量使用木漿和纖維素造紙，但仍繼續使用植物纖維(如細莖針芧)和破布，尤其是為了製造韌性強或優質的紙。由於環保的原因，現今利用廢紙製造再生紙的做法日益盛行。早期的紙用手工製作，而且採取單張的製作方式。18世紀末法國使用機器造出連續的卷紙。

<電腦>

現代電子數位電腦的產生經歷了漫長的多階段發展歷程，遠可以追溯到5000年前的算盤。第一台機械式加法裝置由法國科學家兼哲學家帕斯卡於1642年發明。他的「算術機器」問世不久，1671年箂有尼茲就發明了「步進計算器」，增加了乘法、除法和用一系列加法估算平方根的功能，與現代電子數位電腦採用的方法不無相似之處。1835年巴貝奇總結了箂有尼茲的「分析機器」的概念，即把算術過程與基於計算結果的決策結合起來。這已經是把順序控制、轉移、循環和存儲裝置結合起來的現代電子數位電腦的先驅。

19世紀未，布爾發明了符號二進制邏輯，導致布爾代數和現代電腦採用的二進制開關方法論的誕生。美國統計學家霍勒里恩研製了穿孔卡片技術，主要是為協助美國進行世紀初的人口調查，這項技術推進了自動處理的概念，但實質性的發展尚有待於利用適當的電子裝置。埃克脫和曼奇利於1946年在賓夕法尼亞大學製造出第一台全電子數字計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator電子數值積分計算器﹞，它比機械設計算機快1000倍。

ENIAC的研製導致了1950年代第一商計算機UNIVCI的產生，它能處理數值和字母信息。這個時期前後諾伊曼作出非常重要的一項貢獻，他改變了ENIAC的原理並建造了EDVAC計算機(Electronic Discrete Variable Plutomatic Compute, 電子離散變量自動計算機)。它能用與巴貝奇提出的非常相似的方法來修改自身程序。電腦自1950年代開始的迅速發展在1960年代又受到電子工業微電子技術發展的推動而進一步加速。1971年出現的第一台微處理機可看作是製造在一塊晶片上的計算機。現在大多數適中的個人電腦的能力都相當於或超過1940年代的早期電子計算機。

<火車>

世界上第一列真正在軌上行駛的蒸汽火車是由康瓦耳的工程師查理•特里維西克所設計的。它的火車有四個輪胎，1840年2月22日試車，空車時，時速20公里，載重時，每小時8公里(相當於人快步行走的速度)。不幸，火車的重量壓垮了鐵軌。1812年，英國的米德爾頓•柯利里與里茲間建造起較堅實的鐵路，首度成功地讓蒸汽火車頭通行。

1829年，英國北部的利物浦與曼徹斯特鐵路公司正弋成立，特別舉辦了一場火車競賽，結果由喬治與羅伯特•史帝文生的「火箭號」贏得大賽獎金500英鎊。這輛火車時速46.7公里，突破當時的世界紀錄；人們第一次可以在陸地上行動得比馬還快。

<攝影技術>

今天世界上仍存留最早的一張照片可以追溯至1827年，出自法國人約瑟夫•尼埃普之手。其實早在好幾個世紀之前，就已經有人發明一種設計簡單的照相機了。在陰暗的照相機盒內，有個小孔可以接收從物體上反射而來的光，然後在內部的的感光皮上形成倒影。間題是，如何才能讓這個影像可以被永又保存？尼埃普斯經過多次試驗，終於找到解決方法，他在金屬光板上抹了焦油﹝用來舖柏油路的瀝青﹞及油，經過八小時後，一個鬼影似的影像更出現在他的感光皮上。

繼尼埃普斯之後，法國人路易•達格瑞及英國人威廉•福克斯•塔爾波特很快就改進了攝影影像的品質。

這是世界上所存留最早期的照片攝於於1827年，乃是尼埃普斯由住家窗口往外拍攝的景像，這位攝影技術界的先驅，居住在法國博訥附近的夏隆蘇珊納。

<單車>

1816年，當德箂斯伯爵把他的「單車」騎上街時，街上的馬匹及人群都四處驚慌奔逃。這位德國發明家所騎的「單車」，前後各有一個車輪，中間有木質骨架連接，他以雙腳滑地來推動車子前行。如果路況良好，他的自行車可以跑得比馬還快，算是當時最快速的陸上交通工具。

德箂斯的「單車」是最早的人力交通工具，它的發明，為第一部人力飛行工具奠定了重要基礎。1839年，蘇格蘭的鐵匠柯爾克帕特里克•麥克米蘭設計了第一部真正的「單車」，騎車的人不需要雙腳滑地，只要踩著腳踏皮就可以帶動後輪，使車子前進。麥克米蘭騎著單車過街時，不小心撞上了一個小孩，還因此而被挌拉斯哥的巿長罰款五先令。

不過，世界上第一部真正設計成功的單車乃是出自巴黎的一對父子檔修車匠之手─皮耶•米修和他的兒子恩尼斯。他們改良德箂斯的「單車」，在前輪加裝兩個踏板，這種沒有像膠輪胎的「搖晃車」，在當時頗受歡迎。1870年，英國的發明家詹姆斯•史達利又改良設計出一種著名的單車，名叫「前輪式單車」；它的前輪大﹝直徑1.5公尺﹞，後輪小，因而得名。

史達利後來又設計出「巡迴者」安全單車，它有穩固的三角結構，前後輪大小一樣，並有車鏈；這種1885年問世的單車，算是現代單車的基本雛型。

<蒸汽機>

1679年，法國發明家丹尼斯•帕平，突然奇想發明了世界第一個壓力鍋，並且因而發現蒸汽所具有的能量。他心裡想，何不製作一部引擎來應用蒸汽所提供的能量呢？可借帕平是個窮光蛋，根本沒有錢可以讓他實現夢想，1714年，願望未了，他就已經在貧困中死去了。

1698年，英國的工程師湯瑪斯•薩弗里設計了世界上第一部蒸汽機，人們稱它為「礦工之友」，因為它的任務就是負責抽出礦坑內的水。不過，它唯一著名的偉大貢獻，也只是負責打水，供應倫敦大樓住戶使用。

1712年，康瓦的工程師湯瑪斯•紐康門設計了世界上第一部工業用蒸汽機，它的橫樑以每分鐘來回擺動16次的速度唧水。1776年，蘇格蘭的機械匠詹姆斯•瓦持改良紐門的引擎，使蒸汽機可以在較節省燃料的運作下，更有效的運用蒸汽，提供更強的動力。

<直昇機>

直昇機的飛行原理早西元前500年的「竹蜻蜓」中就已經被發現，這種由中國人發明的玩具猶如一種小型螺旋槳，當左右對稱的雙翼被迅速轉動後，就可以往上飛行；竹蜻蜓啪啪地與空氣交互作用，可以使它逐漸漸上昇。玩竹蜻蜓時似乎很容易，但如何把這種理用來建造可以載人飛上天空的大型機器呢？人們一直到1900年代才發明輕型汽油引擎後，順利讓直昇機昇空。

1907年，法國的保羅•柯爾努首度試飛可操控直昇機，和其他早期的飛行員一樣，他們都遭遇到同樣的問題：當直昇機住前飛行時，螺旋槳的葉片似乎總會往反方向旋轉，使他們難以控制機身。後來，德國的飛機設計師海因利希•福克，及俄裔美藉的工程師尹戈•希柯爾斯基在機上加裝兩個反方向旋轉的旋轉翼，才解決了這個問題。

<汽車>

第一部陸上動力交通工具是由蒸汽引擎發動的，1769年，法國的尼古拉•居諾製造了全世界第一部蒸汽引擎車，用來運送炮火。當這部以最高速五公里的速度行駛，不慎撞上牆時，還寫下了全球交通史上第一椿車禍呢!

1885年，德國工程師卡爾•賓士的石油引擎三輪車正式拉開汽車時代的序幕。剛開始，這輛機動三輪車干太受控制，常在曼海姆街上竄來竄去，十分危險；但情況很快就得到改善，當時的地方報紙還曾經報導說：「不需要任何人力，這部交通工具就很快可以自動前進，還可以轉彎，閃避其它車輛或行人；一群跑得快喘不過氣來的年輕人，則在後面亦步亦趨地跟著。」

在此同時，另一位著名的德國工程師哥特力普•戴姆勒正努力研究；當時他已經發明了由石油驅動的四摩托車，1886年他又製造了世界上第一部不需馬拉的四輪車輛。

<飛機>

熱氣球是人類最先設計成功的飛行物。1783年6月15日，法國一對兄弟-----約瑟夫及艾蒂穴•蒙哥費點燃熱氣球，飛行高度達1800公尺。當年年末，他們在法王與王后面前展示自己的發明；這一次的飛行，熱氣球上載了三名乘客-----綿羊、小公雞及鴨子。經過短暫的飛行後，這些動物安全著陸。1783年11月21日、羅西爾與亞蘭德爵士自願充當蒙哥費熱氣球的乘客，成為歷史上的先鋒飛行員。

英國的喬冶•嘉里設計了現代飛機的雛型，他的飛機有機翼，也有機尾，郤因機身太重而飛不久。直到19世紀中葉，都沒有人發明既輕巧又動力十足的可操縱飛機。

美國的威爾普及歐威爾，箂特兄弟是首次成功地把石油引擎安裝在飛機上的人，他們所設計的飛機也可以由人操控，飛上青天。1903年12月17日，「飛行者一號」正式問世。

第一次可操控的飛行

箂特兄第的「飛行者一號」在北卡羅來納州的基蒂霍克沙丘上，進行歷史上首度飛行；由歐威爾•箂特負責駕駛。「飛行者一號」在空中停留12秒，飛了36公尺遠，這段飛行距離比許多現代飛機的機翼都短!兄弟倆是透過使機翼傾斜的方式來變換飛行角度，「飛行者一號」稱得上是世界上第一部可操控的動力飛機。

<電話>

   1876年3月，美國發明家亞歷山大•葛拉漢•貝爾發明了電話，他與助理華生合作測試這個新發明，華生在隔壁房間內，透過電話機聽到貝爾說：「華生先生，請過來一下，我想見你。」貝爾的電話機內設有鋼絲，一旦有人湊近它說話，它就會產生震動，這些音波會沿著導線內的電流往前傳，直到震動受話器的鋼絲，再把音波轉換成話語。可惜這部通話機品質不佳，通話雙方都必須大聲喊叫，才能聽清楚所講的話。

   美國另一位發明家愛迪生改善了貝爾電話的通話品質，而且延長了通話距離；他還應用相關原理發明了留聲機。1877年，愛迪生由留聲機聽到他說：「哈囉!哈囉!(hello! hello!)」，這是首次被錄起來的聲音。

   愛迪生的留聲機構造原理與電話雷同，只不過，接收音波震動的部份，必須另外接一支鋼針，當他對著喇叭說話時，鋼針會把振動的幅度「記錄」在一個包有鍚箔外殼的鼓面上；鋼針記錄的同時，鼓也會不停的轉動，當鋼針回到原起點時，鼓又再次轉動，鋼針便循著記錄在鍚箔上的音波圖形重覆振動，連帶著話筒也跟著振動，使鼓面上的音記帶換成聲音。