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改變世界的30個重要發明:酒、紙、眼鏡、時鐘、鐵路……,扭轉人類食‧衣‧住‧行的關鍵物品
改變世界的30個重要發明:酒、紙、眼鏡、時鐘、鐵路……,扭轉人類食‧衣‧住‧行的關鍵物品
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   一般分類科學‧科普 > 應用科學 > 工程 > 總論

商品介紹
  • 商品簡介
  • 作者簡介
  • 編輯推薦
  • 目次
  • 書摘/試閱
  • 人類許多重大發明,竟源自某人的「不經意」﹖
    今日看似平凡無奇的物品,卻是當初提升文明層次的轉捩點﹖
    從30個發明,看見改變世界的關鍵力量!

    生活在極度便利、舒適的21世紀,我們習慣每天使用電腦、時鐘、電話、餐具,行走在安全的「道路」、隨手可得的「紙張」,但它們是如何從無到有被發明出來的呢?這些在今日被視作「理所當然存在」的物品,又是如何扭轉人類食、衣、住、行,甚至思想、文化與生活品質呢?

    ■ 改變人類「活動疆界」的關鍵物品:船舶
    船舶的發明,最早只是源自一個好奇心,人類想知道「水的另一邊有什麼」?
    初期是運用樹木製成獨木舟,這是讓人類能「在水上行走」的簡便方法。後來船舶的原型不斷進化,從木頭一直到鋼鐵。藉著越先進的船舶,人類能無限跨越各疆界,把人類的「足跡」帶往更遠的邊境。

    ■ 改變人類「疾病治療」的關鍵物品:盤尼西林
    治療各種細菌感染的特效藥--抗生素,竟然是因為一個噴嚏發現的?
    1921年佛萊明發現理應在培養皿全面繁殖的細菌,卻有幾處沒有。這才發現前幾天在實驗過程中有打噴嚏,而噴嚏的鼻涕與口水等飛沫造成細菌死亡,因而間接發現一種名為盤尼西林的細菌,可以用來對抗鼠疫、天花、結核病和流感等傳染疾病,大幅降低死亡率,拯救更多生命。

    ■ 改變人類「知識傳播」的關鍵物品:活版印刷
    古騰堡因為看不下去修道士土法煉鋼的「手抄法」,而發明了活版印刷?
    古代書籍是以「手抄本」為主,但是人力的抄寫體力有限,且常常會有筆誤等問題。於是,古騰堡充分發揮拉丁字母的特性,運用活版印刷,加速書籍的製作,使得知識「大眾化」,進而催生後世的文藝復和宗教改革等改變人類社會的重要運動。

    ■ 改變人類「商業模式」的關鍵物品:紙幣
    以物易物不方便,硬幣又容易在鑄造過程造假,所以紙幣因應而生?
    古代是由交易雙方自行決定商品價值,互相交換;但有時一頭牛無法與一公斤的鹽比擬,因此有了金屬「硬幣」,但是硬幣的重量又太重,且容易造假,因此中國宋朝在1023年發明了最早的紙幣「交子」。紙幣的出現,除了使交易過程更簡便,也賦予人類新的「信用」概念,改變金融市場的運作模式。

    本書透過30個人類歷史上的重要關鍵物品,讓我們從中了解人類社會的發展史;究竟,是什麼樣的歷史因素或社會背景,造就這些物品「被發明」,而這些物品又是如何影響了過去,甚至可能進一步激發現今人類的創意,進而影響未來?「需要為發明之母」,或許,從歷史中找尋人類需求的蛛絲馬跡,即能激發未來更多的創意大發明。

    【本書特色】
    (1)淺顯易懂,搭配圖片與表格,讓讀者可快速梳理各式器物發明的演進。
    (2)依時間先後順序,從西元前6000年開始至20世紀,介紹人類最經典的30件關鍵發明。
    (3)同步收錄物品發明的奇聞軼事,兼具知識性與娛樂性,輕鬆好閱讀。

  • 【監修】池內了
    1944年出生日本兵庫縣,畢業於京都大學大學院理學研究科,為理學博士。現任綜合研究大學院大學名譽教授、名古屋大學名譽教授、大佛次郎賞之宇宙國際賞選考委員。專攻宇宙論、銀河物理學、科學、技術、社會論。曾出版《科學思考及學習方法》、《科學的過去與未來》、《從零知識開始的科學入門》、《科學、技術與現代社會(上、下冊)》等著作(以上書名皆為暫譯)。

    【編著】造事務所
    1985年成立的企畫編輯公司,每年編著之單行本平均超過40冊。對歷史、文化、宗教等領域造詣高深,擅長編輯、撰寫包括從雜學到生活實用等領域廣泛的書籍。
    卓惠娟
    任職出版相關工作十餘年,於不惑之年重啟人生,旅居日本三年返台後,逐步實踐二十歲時曾立下的夢想──專職翻譯工作。譯有《遺體》、《三星內幕》、《佛陀教你不生氣》、《淡定生活手帖》、《未來記憶成功術》、《體貼性愛祕技》、《蘇格拉底辯證交涉術》、《相信靈魂轉生,改變人生》、《改變人生的超速習法》等。

  • 【專業推薦】(依姓氏筆劃排序)
    中華創新發明學會理事長∣吳國俊
    歷史作家‧補教名師∣陳啟鵬
    國立歷史博物館館長∣陳登欽

    「生活中再熟悉不過的平凡物品,盡皆蘊藏人類推動巨大文明的睿智;看似條理分明的科普知識,卻無處不是濃濃懷古的人文情懷。」——商周歷史專欄作家‧媒體採訪名師∣陳啟鵬

  • 【前言】生活中每件日常物品,都是歷史
    人類演化成能直立行走,至今大約歷經六百萬年的歷史。一開始人類從赤裸的猿猴為起點,只是將自然界現成的東西放入口中;不久後﹁巧人﹂出現,開始製作石器;而這是 兩百三十萬年前左右的事。從此以後,人類便開始持續不斷製造各式工具。
    接著,當五十萬年前﹁直立人﹂出現,並開始用火,可說是人類歷史最早的能源革命吧?由於懂得用火,改變許許多多的自然物,也更有助於人類的生活。二十萬年前,出現 我們的直系祖先﹁智人﹂,發揮創造裝飾品及繪畫等文化才能。從此,人類不僅追求物質 面,也開始追求精神面的充實。
    智人時代帶來的生產力革命,延伸出第一次農業改革(約一萬年前)、第二次工業革命(約三百年前),以及第三次的資訊革命(約四十年前)。同時,為了追求增強生產力及生活的便利舒適,更陸續發明許多改變我們生活的關鍵器物。我認為,以上這些都是藉由「地下資源文明」,也就是從地下挖掘化石燃料及礦物,再借助科學及技術的力量,有效加以運用而發展出多彩多姿的現代生活。

    ◎每件發明,絕非偶然
    置身於這個時代的我們,站在時代的最高峰,我認為是時候回顧過往的足跡了;因為我憂慮人類是否會逐漸忘了前人勞苦的過去,只安逸於現在,進而喪失「創造力」。
    生活周遭隨手可得的形形色色工具及用品,雖然看似理所當然,但其實都是基於各種「想像」及「需求」而產生,再經由不斷地改良而變得更便利、簡易與安全。有時甚至是因為新原理的導入而產生技術革新,翻開嶄新的一頁,不是嗎?
    「需要為發明之母」當然是技術革新的契機,反之亦然,有時則因「發明為需要之母」,而不斷刺激欲望;除了戰爭促進了發明,甚至可能因 而產生「偶然力(serendipity)」,也就是意外的發現。
    藉由回溯生活周遭器物的歷史,除了再次確認人類的想像力及意志力,也可以構思即來臨的文明;我認為「現代」正是最佳時機。
    為此,本書列舉說明徹底改變時代的三十個關鍵發明,從西元前六千年誕生的酒,到四十三年前的數位革命等,透過認識不同時代背景的發明,或許也能逆向反映出人類經驗 過的一段歷史,進而創造更多﹁未知﹂的偉大發明。
    沒有人類就沒有科學、技術,而人類沒有科學、技術也很難活下去。知道發明的歷史,相信一定能體會人類是多麼傑出的動物,共勉之。
     

     

  • 【前言】生活中每件日常物品,都是歷史
    (1)酒                     (2)船舶                 (3)車輪                
    (4)文字                  (5)時鐘                 (6)玻璃 
    (7)鐵器                  (8)硬幣、紙鈔           (9)道路 
    (10)紙                   (11)餐具                (12)羅盤 
    (13)橡膠                 (14)槍                  (15)火箭 
    (16)眼鏡                 (17)航海圖              (18)活版印刷 
    (19)望遠鏡               (20)蒸汽機              (21)電池 
    (22)機器人                (23)鐵路                (24)炸藥 
    (25)塑膠                  (26)電話                (27)飛機 
    (28)盤尼西林             (29)半導體              (30)電腦
  • ◎煉金術造就蒸餾酒誕生
    人類從很久以前就對「酒當中究竟是什麼物質使人喝醉」而抱持疑問。終於,從飲用點了火沸騰過後的酒不會醉後,發現了造成﹁酒醉的物質﹂會在高溫中蒸發到空氣中。為此,西元前三○○○年左右,開始透過沸點以下的適度加溫,分離出造成酒醉的物質。
    乙醇沸騰的溫度約攝氏七十八度,水是一百度,因此把酒加熱到八十度左右時,能讓大部分的乙醇蒸發。這時收集的蒸發氣體︵乙醇蒸氣︶,冷卻後就能取得液體中的乙醇;經 過這樣的蒸餾過程,就能取得酒精濃度較高的酒,而這就是蒸餾酒。據載西元前一三○○年左右的埃及,曾留下販賣海棗蒸餾酒的紀錄;而這也是最早發現的蒸餾酒。
    中世紀以後,歐洲發明的鍊金術使得蒸餾的品質更為穩定,同時這項技術也傳播到世界各地。於九世紀左右的西亞,甚至製造出名為「alembic」的蒸餾器,讓多數蒸餾酒可以製成原酒,無須經過額外加工或陳年混合。
    基本上,蒸餾酒的特徵是過濾葡萄酒及日本酒中的沉澱物(未分解的果實或穀物的碎片、酵母菌的殘渣等),只保留色澤及香氣。另外,酒精濃度高的蒸餾酒,則是波蘭產的伏 特加(生命之水蒸餾酒)約九十六%。
    其餘知名的蒸餾酒有:保加利亞產的苦艾酒約為八十五%、義大利產的蘭姆酒為七十%,日本沖繩泡盛的「渡難」則為六十%。

    ◎船舶史即戰爭史
    無論是獨木舟或木材組合而成的大型船,基本上都是木造。 使用堅硬的木材建造雖然可使船 更加堅固,卻有易燃的缺點。為了補強這個問題,一五八○年左右,織田信長在船體上加鋪厚度 三公釐的薄鐵板製成鐵甲船。另 外,德川家光於一六三五年建造 的安宅丸則是鋪上銅板,以防止 火矢等延燒。不過,船體依然是 木材打造。
    基本上,西洋的船舶亦是如此。即使歷經大航海時代,仍以 木造船隻為主。直到十七世紀鐵能以較低的成本冶煉後,才開始大量使用鐵,打造船的結 構(木鐵合構船),但是仍然未克服易燃的問題。直到一八四三年下水的英國商船大不列顛 號出現後,才出現重大轉變。大不列顛號的整艘船都是以鐵打造而成,且是世界第一艘以 蒸汽機為動力的大型船,也是世界第一艘藉由螺旋槳推進的船隻,具備了所有今日船舶的 基本要素。
    事實上,直到一九○四年日俄戰爭發生以前,人類將近百年都未有發生大規模的海戰。然而,這段期間世界的船舶風貌卻有了很大的改變。各國都製造了搭載蒸汽機的鋼鐵 製驅逐艦或戰艦,也發展出具備軍事力量的潛水艦及航空母艦。航空母艦發展初期的動 力,是同陸地火車等所使用的活塞式蒸汽機,但不久即改用鍋爐燃燒產生的高壓蒸汽帶動 旋轉翼片,改用蒸汽渦輪發動機。這種動力的機械更輕,螺旋槳的旋轉速也更容易改變, 進而能輕易調整航行速度。

    ◎「莎草紙」其實不是紙
    說到最古老的紙,多數人想到的可能是古埃及的莎草紙。莎草紙是將植物的莖削薄,排列整齊後搥打壓平,再乾燥製成。因為並非以纖維纏繞製成,所以嚴格來說並不算紙。
    由於只要栽種莎草紙專用的植物,雖然費工但可以大量生產。因此,古埃及大量製作甚至成為主要輸出品,擴展到東亞及歐洲。但由於植物纖維朝同一方向並排,因此強度不 高,有時會發生碎裂的狀況。此外,在氣候乾燥的埃及或許不成問題,但在氣候多濕的歐 洲則有可能發霉、腐敗,不易使用。
    另外,幾乎和莎草紙同時在歐洲普及,直到中世紀仍在使用的筆記媒介,則有羊皮紙。名副其實,是以羊等動物毛皮刮平晾曬加工製成,因此嚴格來說,也並不算紙。
    將動物皮加工提高強度的羊皮紙,兩面都能書寫文字,條件良好的話,甚至一千年以上的書寫內容也能閱讀保存。同時,墨水不會滲透,且表面薄削後即可再利用,相當方 便。不過,由於原料是動物皮,無法大量生產,屬於貴重的高價用品。因此,羊皮紙主要 是教會或神殿用於書籍、法典或手抄本,並非一般民眾可輕易取得的物品。
    另外,東方在紙張問世以前的筆記媒介,則是以削薄的木片,以線編連成冊的木簡,或是以竹子製成的竹簡。

    ◎為什麼輪胎是黑色的?
    現代的橡膠用途,雖然可做電器用品的絕緣體、水龍頭墊片、水管等各種不同用途,但使用最多的仍是輪胎。在日本製造的橡膠產品中,橡膠輪胎便佔了八十%。
    汽車輪胎如果不是以橡膠製成,而是木材或鐵製造的話,稍微凹凸不平的路面,車內就會產生激烈搖晃不是嗎?乘坐起來非常不舒服。此外,由於震動也會造成車輛或行李的破損,如此,汽車用來做為運輸工具的用途,或許就不會達到像今天這麼普及的程度。
    一八四五年在英國開發了充氣輪胎。一開始並未立即普及,而在歐洲是比腳踏車及石油引擎汽車普及後稍晚的事。就如三十七頁中的說明,英國獸醫約翰‧登祿普為了改善乘坐舒適性,而自行製作三輪車用的充氣橡膠輪胎;之後,為了提升乘坐的舒適性而取得專 利,並設立登祿普輪胎公司,而後僅僅經過數年,英國所有腳踏車全都是充氣輪胎。
    一八八九年,法國的米其林兄弟安德烈和愛德華設立米其林公司,使得汽車輪胎大為普及。至於為什麼輪胎都是黑色的呢?因為大多在輪胎的胎面,添加每一百公克六十公克的碳煙(碳成分的粉末)。碳煙是精製原油殘留的焦油及樹脂製成的煤煙。碳煙的分子因為 能夠吸附鏈狀的橡膠分子,使分子與分子聚合度更強,能增加強度和絕緣性,使得輪胎更加耐用。

    ◎西方字母特性與活版印刷
    木刻印刷,從亞洲經過穆斯林世界傳到歐洲,據推測應當是在十三世紀左右。其中,印刷年代可確認的,是一四二三年的宗教畫《聖‧克里斯多夫》,是歐洲現存最古老的木刻印刷版畫。
    過去,歐洲書籍以手寫的﹁手抄本﹂為主流,德國的古騰堡因為看不下去這種土法煉鋼的辛苦做法,而發明了活版印刷。不過,因為無法得知其中過程,所以究竟誰才是活版 印刷術真正的發明者,從古至今一直都有爭議。
    然而,古騰堡由於和融資給他研究資金的人,為了償還而發生訴訟,根據這份訴訟紀錄,顯示他應該是活版印刷的發明者。無論古騰堡是不是活版印刷的發明者,但可以確定 的是,他結合各種印刷技術,加以改良,是利用金屬活字完成活版印刷的關鍵人物:完成 統整活字、油墨、印刷機械等印刷環境。
    首先,採用混合鉛、錫、銻的合金,這種合金具有低溫熔解的特性,能夠更輕易鑄造。鑄造模型不是以砂固定,而是使用黃銅製成高精密度的活字。油墨則需要選擇容易沾附金屬活字,以及快乾的特性,所以仿效油畫的材料,在溶劑裡加入清漆。古騰堡使用煤煙(油料等不完全燃燒時產生的物質)、亞麻仁油、松節油、胡桃油、松脂、朱砂(礦物的一種)等材料煉製而成。印刷機械則是從葡萄及橄欖油的搾油機得到靈感,開發出利用螺旋從上方施壓結構的印刷機,進而促成平壓式的凸版印刷機誕生;這個印刷機的結構,使用到十八世紀圓壓式及輪轉印刷機問世以前,經歷了漫長的時間。
    事實上,古騰堡這項印刷技術能在歐洲大為盛行,最主要的原因是西方字母系統因為文字少,很適合活版印刷。這也是為什麼,雖然活字是由中國及朝鮮半島率先發明,卻始終難以普及的主要關鍵差異。由於漢字文字數繁多,在一塊木板上刻好文章反而省事,因此,相對於在亞洲木刻印刷持續了一段長久的時間,在歐洲則是活版印刷較為普及。
    ◎瓦特在維修中的改良
    一般而言,是詹姆斯‧瓦特改良紐科門蒸汽機,發明了蒸汽機。
    一七六三年,有一台紐科門蒸汽機送至工程師瓦特那裡修理。經過瓦特檢查,當氣缸內噴水時,氣缸也跟著冷卻,使得蒸汽推入時,活塞無法上升。事實上,就是因為解決這 次的故障原因,成為改良蒸汽機的基礎。
    瓦特不是使用在氣缸內噴水的結構,而是在氣缸外設置冷卻器(一般稱為冷凝器),藉此排出蒸汽來冷卻、凝結的新方法。這麼一來,氣缸可以保持高溫,大幅提升燃料效能。
    一七六九年,瓦特取得﹁為了減少火力機械在蒸汽及燃料上的消耗而產生的新發明「的專利,開始製造原創的蒸汽機。他尋求英國伯明罕的企業家馬修‧博爾頓獲得資金援助,成為事業夥伴,開始組成商會。雖然氣缸和活塞的氣密性仍然不佳,有蒸汽外洩的技 術問題,但後來應用其他技術,得以解決了。
    就這樣,一七七六年完成了瓦特‧博爾頓型的蒸汽機。這台蒸汽機發動所需的煤炭消耗量,和紐科門蒸汽機相較之下,節省了七十五%。爾後,瓦特繼續改良這台蒸汽機,在氣缸內,從活塞兩側交互送入蒸汽,即使不運用氣壓變化也不受影響的往復式結構,裝置讓活塞保持固定往復回數的遠心調速機、行星式齒輪(遊星式齒輪)等零件,將活塞的往復運動改為迴轉運動。
    之後,蒸汽機便開始成為帶式運送機、鐵鎚、幫浦等動力加以運用,讓製鐵廠、紡織工廠、釀造廠、製粉廠等都紛紛設置。根據十八世紀末的專利期限截止前的記錄,英國各地所使用的瓦特‧博爾頓型蒸汽機共計四百五十台。

    ◎從解剖青蛙發現電池原理
    但是,為什麼電池能產生電力呢?想知道電池結構,首先要了解「連結兩種金屬時,其中會產生電流」。
    發現電池原理的是以發明伽伐尼電池而聞名的路易吉‧伽伐尼(Luigi Galvani)。他原本是義大利醫師(解剖學教授),他知道動物的肌肉會因電流刺激而顫動。一七八○年,當他解剖青蛙時,發現當他把用於切斷及用於固定的手術刀插入青蛙腿部(肌肉)時,青蛙的腿部發生抖動。伽伐尼認為青蛙肌肉可能是電力來源,經過反覆實驗後,發現神經與生物電力的結構。
    另外,義大利物理學家亞歷山卓‧伏打(Alessandro Volta),則針對伽伐尼的發現進一步詳細研究。伏打認為產生電力來源的應該是金屬的手術刀。因此把浸過食鹽水的紙取代青蛙腿,以兩種金屬夾住紙張時發生了電流。因而確認了他的假說,並在一八○○年發明了伏打電堆。伏打電堆是用鋅和銅的圓盤夾住稀硫酸製成,但缺點是很快就無法再產生電力。
    後來英國的化學物理學家約翰‧丹尼爾(John Daniell),在一八三六年製造出能持續產生電力的丹尼爾電池(鋅銅電池)。這是首次製造出實用電池,但是由於使用硫酸溶液,所以不方便攜帶。
    不知道各位在國中的理化課程中,你是否做過如上圖的實驗?把鋅和銅的金屬片插進檸檬等物質裡,進行伽伐尼電池的實驗。後來,有關電力和電池的研究不斷進行,為了稱頌伽伐尼和伏打的功勞,因此以兩種金屬及電解液的化學反應而產生電力的現象,稱為伽伐尼電池;而兩種電極間的電位差(電壓)單位則稱為「伏特(V)」。另外,伽伐尼電池當中,使用鋅和銅作為電極的電池,則稱為伏打電堆或丹尼爾電池。

    ◎醫術研究的副產品:火藥
    火藥從古代就被作為武器廣泛運用。到了現代則是礦業及土木技術不可欠缺的一環。如果沒有用於爆破的炸藥,代表日本戰後一大事業的東海道新幹的舖設而挖掘隧道,以水力發電為目的的黑部第四水壩的建設,應該就無法輕易實踐了。
    事實上,直到十九世紀發明用於爆破的炸藥以前,歷經一千年以上,火藥的主流始終是混合木炭、硫黃、硝石(硝酸鉀)的黑色火藥。
    火藥和羅盤、活版印刷是中國的三大發明。在中華文化圈從古代就有研究長生不老仙丹的煉丹術。或許可以視作西洋煉金術般,看似魔術其實是化學原理的學問吧!西元六五○年左右,唐朝的煉丹術士孫思邈,把硫黃、硝石及烤焦的山皂莢種子混合,用於起火的記載,是使用火藥留存的最早記錄。
    後來,中國從一○○○年左右,火藥的運用更加擴大,甚至傳播到滿洲及蒙古。十三世紀成吉思汗率領下的蒙古帝國帶著火藥武器,從中亞長驅直入進攻歐洲。因為有這段歷史,可以推測火藥技術從蒙古帝國因而傳到中東的穆斯林世界,接著再傳至歐洲。
    日本人於一二七四年文永之役,認識了使用火藥的「鐵砲」。到了戰國時代,日本也開始使用大砲及火繩槍,大量製造火藥。火山多的日本,能夠輕易取得火藥材料的硫黃,也曾出口硫黃。不過,因為硝石不易取得,據說是從東南亞等地進口,或是花費數年由堆肥產生硝石的。

    ◎因世界大戰而開發的尼龍
    酚醛樹脂發明以後,誕生了各種合成樹脂,其中一項不能忽略的發明,就是最初的合成纖維尼龍。
    一九三○年,日本號稱短纖生產量世界第一。包括絲、棉在內,成為纖維製品的輸出工業中心,大量進口日本纖維產品的美國,也開始在本國生產,第一次世界大戰快速成長的大型化學廠杜邦公司,開始研究便宜的合成纖維。
    在研究過程中,杜邦公司挖角了高分子化學專家華萊士‧卡羅瑟斯(Wallace Carothers)。卡羅瑟斯嘗試找出理想中耐高溫、有彈性、強韌等性質的高分子化合物,經過一再重複實驗,從脂肪分子分解出的己二酸和己二胺,成功地合成出良質纖維,尼龍因此誕生。
    一九三八年,尼龍以「以煤、水、空氣製成,如鋼鐵般強韌、如蛛絲般細膩」的廣告詞開始商品化。
    第二次世界大戰開始,美日關係惡化,美國停止從日本進口纖維,開始大量生產尼龍。柔軟耐用的尼龍,從女性的絲襪到軍用帳篷、降落傘等廣泛地利用,了戰後,成為代替生絲的纖維製品。
    產生合成樹脂的高分子化學研究仍繼續發展,因為堅固無比而使用於飛機機體的碳纖維強化聚合物複合材、能夠耐高溫達攝氏五百度的聚醯亞胺等,開發並加以實用化的形形色色合成樹脂。

     


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