美媒：20项改变世界的发明

美国趣味科学网站2月14日发表题为《20项改变世界的发明》的文章，作者是杰茜卡·莱格特，文章编译如下：

如果没有这些发明，我们就不一样了。

人类天生具有好奇心和创造力，这两个特征使我们这个物种取得了许多科学和技术突破。

从我们最早的祖先在地上敲击岩石制造出第一个锋利的工具以来，人类一直在不断地创新。从轮子的首次亮相到火星探测器的发射，这些关键进步中有一些特别具有革命性，有些发明源于某个灵光乍现的时刻，但大多数最具开拓性的发明是几位富有创造力的思想家多年来不断改进的成果。下面我们将探究20项有史以来最重要的发明，这些发明背后的科学原理，以及它们是如何诞生的。

1.用火

用火是人类最强大的早期发明之一，它彻底改变了我们古老祖先的生活方式。篝火可以温暖和烹饪肉类等食物，同时也是社交聚会场所。火也为人类防范捕食者提供一定的保护。

人类学会用火的确切日期始终是谜。但有些研究表明，100万年前，肯尼亚的早期人类最先用火来烹饪肉类。其他证据表明，欧洲和亚洲的尼安德特人也会用火，非洲的智人掌握了生火的技能。最近，以色列的考古学家发现150万至200万年前古人类用火的证据。

2.轮子

在公元前3500年发明轮子之前，人类在陆地上可以运输货物的数量和距离都极为有限。轮子本身并不是“发明轮子”最难的部分。哈特威克学院人类学教授戴维·安东尼说，把一个不动的平台连接到滚动的圆柱体上，事情就变得棘手了。

安东尼此前告诉趣味科学网站记者：“灵光乍现的想法是轮子与轴的概念，但接下来的制作也很困难。”他说，例如，轮子中心的孔和固定轴的末端必须是近乎完美的圆形而且光滑。轴的尺寸也是一个关键因素，它要与孔完美贴合(不能太紧，但也不能太松)。

努力获得了巨大的回报。有轮子的手推车促进了农业和商业的发展，使人们能运输货物往返于市场，也减轻了人们长途旅行的负担。现在，轮子对我们的生活方式至关重要，从钟表到汽车再到涡轮机，都少不了轮子。

3.钉子

这项关键发明可以追溯到2000多年前的古罗马时期，只有在人类发展出铸造金属的能力后才成为可能。在此之前，木结构必须由相邻的板材以几何结构相互锁定，这是一个更加艰巨的制作过程。

根据佛蒙特大学的说法，直到18世纪90年代至19世纪初，钉子通常由手工锻造，铁匠将一根方形铁棒加热，然后四面锤打，形成一个尖。制钉机在18世纪90年代至19世纪初问世。制钉技术此后不断进步。根据佛蒙特大学的说法，在亨利·贝西默发明用铁大规模生产钢的工艺后，昔日的铁钉逐渐衰落。到1886年，美国生产的钉子有10%用软钢丝制成。到1913年，美国生产的钉子有90%用钢丝制成。

通常认为，螺丝钉(一种更坚固但更难插入的紧固件)是公元前3世纪古希腊学者阿基米德发明的，但据大卫·布洛克利在其著作《工程学：极简介绍》中所说，它可能由毕达哥拉斯学派哲学家阿契塔发明。

4.混凝土

古罗马人被认为是最早在建筑中使用混凝土的社会之一，古罗马浴场、斗兽场和万神殿穹顶等标志性建筑都用火山灰、石灰和海水的混凝土建造。令人难以置信的是，大约2000年后，许多这些古建筑不仅屹立不倒，而且保存完好，这证明古罗马混凝土经久耐用。但是，比古罗马早得多的公元前3000年时，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浆。一项研究认为，吉萨大金字塔有一部分可能是用混凝土建造。混凝土抗压不抗拉，因此19世纪末法国发明了钢筋混凝土，给混凝土增加钢的抗力，使混凝土在建筑中得到更广泛的使用。

5.指南针

古代水手利用星星来导航，但这种方法在白天或多云的夜晚却行不通，因此远离陆地航行非常危险。

第一个指南针可能是在公元前2世纪至公元1世纪的中国汉代发明的。它由磁石制成，磁石是一种自然磁化的铁矿石。中国人研究磁石的诱人性能已有几个世纪，然而直到11世纪至12世纪的宋朝，指南针才第一次应用于航海。

不久，这项技术通过航海传到了西方。指南针使水手能安全地在远离陆地的地方航行，为探索世界和随后的全球贸易发展打开了大门。指南针是一种至今仍被广泛使用的仪器，它彻底改变了我们对地球的认识和理解。

6.放大镜

圣方济各会教士、牛津大学学者罗杰·培根最早于1268年发明放大镜。培根有时被称为“英国第一位科学家”，他的这项发明以穆斯林学者的研究为基础。

然而，这种光学工具的使用可以追溯到更早。有证据表明，早在公元前700年，古埃及人就注意到他们可以透过晶体获得更好的视觉。

7.印刷机

德国发明家约翰内斯·古滕贝格在1440年至1450年期间发明了印刷机。这项发明的关键在于手工铸模，即一种新的成型技术，能快速创造大量金属活字。在古滕贝格之前，古代中国和朝鲜的发明家已经发明了活字，古滕贝格改进了机械化过程。

有了这种活字印刷技术，印刷机成倍地提高了印刷书籍的速度，使知识在历史上第一次得到迅速而广泛的传播。已故历史学家伊丽莎白·艾森斯坦在她的著作《现代欧洲早期的印刷革命》中写道：“到1500年，在每个重要的市政中心都能看到印刷车间。”据估计，到1500年，西欧印刷了多达2000万册书籍。

除此之外，印刷机使更多人能接触到《圣经》，这反过来又带来对《圣经》的不同解释，包括马丁·路德的《九十五条论纲》，这一被印刷了数十万份的文件引发了新教改革。

8.航海天文钟

15世纪标志着冒险家和海上商人伟大的发现之旅以及全球海洋贸易网络发展的开端。商船装着价值连城的丝绸、香料、盐、葡萄酒和茶叶，在常常危机四伏的海上连续航行数月。1707年英国海军在锡利群岛海难中损失4艘舰船后，航海家们意识到，看不到陆地的时候，他们需要一种准确的方式确定经度。

1714年，英国议会悬赏两万英镑寻找能解决这个问题的人。木匠约翰·哈里森在1735年凭借他的航海天文钟赢得这笔奖金。更了不起的或许在于，哈里森是自学成才的钟表匠。他的巧妙计时装置靠船体摇摆而非重力驱动，水手可以利用它准确计算海上经度。

9.疫苗

世界卫生组织估计，接种白喉、破伤风和麻疹等传染病疫苗每年大约挽救了200万至300万人的生命。

据认为，最早的初级疫苗接种可以追溯到古代中国，当时人们通过在皮肤的擦伤处接种少量天花以预防这种传染病。但在1796年，英国医生爱德华·詹纳发现，挤奶女工很少感染或死于天花，因为她们感染过牛痘病毒。于是，他用牛痘研制出一种天花疫苗。他给一名8岁男童接种牛痘，再接种天花，这个男孩始终没有染上这种致命的疾病。詹纳的实验带来一种天花疫苗的问世，他的工作也被视为免疫学的开端。1980年，世卫组织宣布天花被正式消灭。但科学家们继续研发新的救命疫苗——最引人注目的是在抗击新冠疫情中发挥重要作用的新冠疫苗。

10.电池

第一块电池可以追溯到1800年。意大利物理学家亚历山德罗·沃尔塔把一叠铜片和锌片包裹在布里并没在盐水中后发现能导电。1802年，苏格兰教授威廉·克鲁克尚克发明沃尔塔设计的槽式电池的变体：把50片铜和锌放在装满盐溶液的木盒里实现导电。不过，第一块实用的电池由法国物理学家加斯东·普朗泰在1859年发明。今天的汽车仍在使用普朗泰可充电式铅酸蓄电池的现代版本。

11.避孕措施

避孕药、避孕套和其他形式的避孕措施让男性和女性可以为愉悦体验而不是生育后代而发生性行为，这不仅在发达国家引发了一场性革命，还在使用避孕措施的国家大幅降低了女性平均生育后代的数量。由于要养活的人口越来越少，现代家庭实现了更高的生活水平，可以为每个孩子提供更好的生活条件。与此同时，在全球范围内，避孕措施正在帮助人口逐渐趋于平稳。到本世纪末，我们的人口数量可能会稳定下来。某些避孕措施，如避孕套，还可以抑制性传播疾病的传播。

自然和草药避孕已经使用了数千年。学者杰西卡·博奇说，自古以来，避孕套或“护套”就以这样或那样的形式存在，橡胶避孕套是19世纪发明的。乔纳森·艾格在他的著作《避孕药的诞生：四位先驱如何彻底改变性并掀起一场革命》中写道，美国食品和药物管理局于1960年批准了第一款口服避孕药。到1965年，有超过650万美国女性在服用避孕药。

科学家在节育方面不断取得进展，一些实验室甚至在研究男性服用的“避孕药”。2002年，美国食品和药物管理局批准了一种名为“Essure”的永久性节育植入物。但该机构在2016年称，需要以更强烈的警告告知使用者这种植入物的严重风险。

12.内燃机

在内燃机中，燃料燃烧释放出高温气体，气体膨胀对活塞施加作用使其运动。因此，内燃机将化学能转化为热能再转化为机械能。许多科学家花了几十年时间设计内燃机，它在19世纪下半叶基本具有了现代形式。内燃机开启了工业时代，并使包括现代汽车和飞机在内的各种机器的发明成为可能。

四冲程内燃机的工作步骤如下：进气冲程——吸入空气和汽化燃料、压缩冲程——燃料蒸汽和空气被压缩并点燃、动力冲程——燃料燃烧推动活塞向下为机器提供动力、排气冲程——排出废气。

13.电话

一些发明家在电子语音传输方面做了开拓性的工作——后来，当电话的使用激增时，他们中的许多人提起了知识产权诉讼——但苏格兰发明家亚历山大·格雷厄姆·贝尔是第一个在1876年3月7日获得电话专利的人。3天后，贝尔给他的助手托马斯·沃森打了第一个电话，他说：“沃森先生，请过来一下——我想见你。”

贝尔发明电话的灵感源于他的家庭影响。据埃文森说，贝尔的父亲教授演讲课程，而且擅长教聋哑人说话；他的母亲是一位卓有成就的音乐家，晚年失去了听力；与贝尔在1877年结婚的梅布尔则从5岁起就失聪了。这项发明迅速流行起来，并彻底改变了全球商业和通信。1922年8月2日贝尔去世，美国和加拿大的所有电话服务都暂停一分钟以纪念他。

14.灯泡

灯泡的发明改变了我们的世界，让我们摆脱了对自然光的依赖，使我们能在任何时间，无论白天还是夜晚都保持高效。整个19世纪，几位发明家在发展这项革命性技术方面发挥了重要作用。托马斯·爱迪生被认为是灯泡的主要发明者，因为他在1879年创造了一套完整的照明系统，包括发电机、电线以及碳丝灯泡。

这项发明不仅使整个西方世界的家庭都用上了电，还出人意料地改变了人们的睡眠模式。我们不再(因无事可做)在夜幕降临时就上床睡觉，也不再因中间醒来而将整晚睡眠分为几段，而是分配给睡眠7至8个小时，而且在理想情况下，我们会一觉睡完。

15.X射线

像许多伟大的发明一样，X射线也是偶然发现的。1895年，德国工程师、物理学家威廉·康拉德·伦琴正在对核辐射的可能性进行为期两个月的研究。在一次测试阴极射线能否穿过玻璃的实验中，他注意到辐射能够穿过相当厚的屏障，留下固体的阴影。他很快发现，X射线可以通过人体组织，显示骨骼和器官的清晰图像。一年后，一组医生对患者进行了最早的X射线检查。这些观测结果推动我们今天所知道的放射学的发展，并帮助医学专业人诊断出骨折、肿瘤和器官衰竭等症状。

16.飞机

数百年来，如何能够飞行让发明家魂牵梦绕。1783年，约瑟夫-米夏埃尔和雅克-埃蒂安·蒙戈尔菲耶兄弟乘坐热气球上天，这是人类首次驾驶工具飞上天空。1853年英国工程师乔治·凯利设计的第一架滑翔机成功起飞。但直到1903年，奥维尔和威尔伯·莱特兄弟的飞机才成为第一架成功航行的飞机。它不仅利用自身动力从北卡罗来纳州的基蒂霍克起飞，而且与之前的发明不同，在飞行和降落时都完好无损。莱特兄弟在观察鸟类飞行时受到启发。他们的滑翔机模仿鸟的翅膀，但翼展达10米。

17.冰箱

制冷在某种程度上已经存在了数千年。根据气候的不同，古代人用冰或冷水保持食物的低温。但人工制冷直到1748年才出现：医师威廉·卡伦在那年首先展示蒸发式制冷。进一步的突破出现在1834年：美国工程师雅各布·珀金斯开发出压缩式制冷系统。1876年，德国工程师卡尔·冯林德设计出气体液化的方法，开启商业制冷时代。1913年，美国工程师弗雷德·沃尔夫发明了第一台家用冰箱。随着对新鲜产品的需求增加，拥有冰箱的家庭数量也不断增加。

18.青霉素

这是历史上最著名的发明故事之一。1928年，苏格兰科学家亚历山大·弗莱明在他的实验室里注意到，一个充满细菌的培养皿的盖子意外没有盖紧。样品被霉菌污染了，而有霉菌的地方细菌都死了。这种抗菌的霉菌就是青霉菌，在接下来的20年里，化学家对其进行了提纯，研发出了青霉素。这种药物可以在不伤害人类自身的情况下对抗人体内大量的细菌感染。

到1944年，青霉素开始量产并投放广告。一些贴在路边邮箱上的海报建议二战军人服用这种药物来治疗性病。

根据2003年发表在《过敏与免疫学临床综述》杂志上的一项研究，约有十分之一的人对这种抗生素有过敏反应。研究人员说，即便如此，这些人中的大多数仍能使用这种药物。

19.核能

核能最早在上世纪30年代由意大利物理学家恩里科·费米发现，他发现用中子轰击原子可以将其分裂并产生巨大的能量。他后来在芝加哥大学建成第一个核反应堆。这一成功实验带来20世纪50年代几座核电站的开发建设，爱达荷州于1951年启动第一座核电站，并用原子能发电。1954年，苏联境内的奥布宁斯克核电站成为世界上第一座并网核电站。1957年，宾夕法尼亚州希平港原子发电站成为第一座商用核电站。

核电在当今世界仍然得到广泛使用，约占全球能源的10%。

一个问题是，现有核电站利用裂变来分裂原子，这会产生衰变期极长的放射性物质。切尔诺贝利和福岛等核事故凸显以裂变为基础的核电构成的风险挑战。

因此，科学家们正在致力于制造可用的核聚变反应堆。从理论上说，这种反应堆可以产生清洁的、无限的能源。2022年，科学家报告了一个微小的突破：核聚变反应堆产生的能量超过投入的能量。不过，专家指出，我们距离可用的核聚变反应堆还有很长的路要走。

20.互联网

互联网是全球数十亿人使用的计算机网络互联的全球系统。上世纪60年代，为美国国防部高级研究计划局工作的一个计算机科学家团队建立了一个通信网络，用以连接该机构的计算机，这个网络被称为“阿帕网”，即互联网的前身。它使用了名为“分组交换”的数据传输方法，这种方法是由团队成员、计算机科学家劳伦斯·罗伯茨在科学家此前工作的基础上开发出来的。

计算机科学家哈里·R·刘易斯说，科学家罗伯特·卡恩和文顿·瑟夫在上世纪70年代为互联网开发了关键的通信协议，即传输控制协议(TCP)和互联网协议(IP)。因此，卡恩和瑟夫通常被认为是互联网的发明者。

1989年，计算机科学家蒂姆·伯纳斯·李在欧洲核子研究中心工作时发明了万维网，互联网得到进一步发展。根据欧洲核子研究中心的说法，万维网的基本思路是将计算机、数据网络和超文本不断发展的技术融合在一起，形成一个强大而易于使用的全球信息系统。万维网的发展让互联网世界向每个人敞开大门，并以一种前所未有的方式将世界连接起来。

来源：参考消息网