飛行器
飛行器
機械設備
機械設備
機械設備
永動機和摩擦力
永動機和摩擦力
軍事裝備
軍事裝備
軍事裝備
解剖學
解剖學
解剖學
解剖學
終其一生，李奧納多·達·文西很少願意認同「畫家」是自己的主要身份。將近三十歲時，他給米蘭的統治者寫過一封求職信，信中不無誇飾地歷數自己在設計橋梁、水道、大炮、裝甲車輛、公共設施等方面的專長，直到第十一段，才提到自己也是一位藝術家。
從他存留至今的七千多頁筆記手稿中，我們可以看到這位文藝復興時期的天才人物是怎樣在解剖學、化石、鳥類、飛行器、光學、植物學、地質學、水流、武器等領域進行了孜孜不倦、饒有興致的觀察和設想。其涉獵的廣泛和深入程度，足以讓現代人頭暈目眩：他是怎樣做到的？為何能集如此全面的才能於一身？同時，也會有人想要了解甚至有所質疑：達·文西在其他領域的成績，是否因為其繪畫大師的盛名才受到關注？他的各種探索與發明，究竟達到了怎樣的高度？對後世有怎樣的影響？達·文西的光環越是多重和耀眼，他本人也就變得越加神秘，越加難以捉摸。
想要破譯達·文西多重身份的「密碼」，我們可能需要先摒棄一些屬於現代人的成見。達·文西所處的時代，現代科學體系遠未建立起來，學科之間的界限和壁壘並不存在，無論是水體的流動還是啄木鳥的舌頭，心臟的結構抑或永動機的可能，在達·文西的眼中，他只是想要去探究所有讓他感興趣的事物，只是想尋找「自然的萬千造化」所蘊含的規律。
同樣，達·文西的觀察和研究，也就不會合乎現代科學的規範和評價體系。達·文西沒有受過嚴謹的教育，他是「實驗的信徒」，用類比和推導來接近自己想要的答案。我們會看到，他有諸多超前的發現和記錄，但其中又常會帶有藝術的幻想的成分，也有不少錯誤；他設計的飛行器從未真正飛行，他的理想城市也未能得到實踐，而他足夠偉大的發現——比如心臟的結構和心臟瓣膜，並沒有對科學史產生什麼影響，而是沉寂在他的筆記中，直到解剖學大發展之後才被重新追溯。
所以一切都還是會回到達·文西本人和他的時代。「身份」本就是一個社會性的指稱，並不足以概括一個完整的人。達·文西在繪畫以外領域的實驗與發現，有些與他當時的身份和職責息息相關，是他運用自己的才能為自己謀求職位和收入，比如為宏大的慶典設計精巧別致的設施，為米蘭大教堂的穹頂設計獻計獻策；但也有更多隻出於他永不枯竭的好奇心，比如解剖本是為了掌握人體肌肉的形態以更好地描繪它們，卻深入到了身體內部的血液循環機制，並且，他的絕大多數研究從未正式發表或出版。最終讓他成為達·文西的，正是超乎所有身份之上的這些東西——好奇，觀察，想像，並享受這些過程。
飛行器
從大約1490年開始的二十多年中，達·文西以少見的勤奮研究了鳥類飛行及設計載人飛行器的可能性。他一共畫了五百多幅草圖，還寫下了三萬五千字的筆記。
為了弄清鳥類飛行的科學，達·文西探討了重力和密度的概念，觀察鳥翅膀上下扇動的速度，還將研究拓展到了流體力學的領域。他的一個重要的觀察發現是：「水不能像空氣那樣被壓縮」，鳥在下壓翅膀的時候，空氣會被壓縮，因此翅膀下面的氣壓高於上面變稀薄的空氣的壓力。
通過解剖學觀察和物理學分析，達·文西相信有可能製造出一個有翅膀的載人飛行器。他的首個設計看起來像一個巨大的碗，有四個像槳一樣的葉片，就像他之前觀察到的蜻蜓翅膀那樣。為了克服人類胸部肌肉相對力量不足的問題，這臺機器介於飛碟和健身房的「酷刑室」之間，操作者需要全力以赴才能驅動機器：要用腿推動踏板，用胳膊搖動齒輪和滑輪機構，用頭部驅動活塞，還要用肩膀拉動繩索。
在同一個筆記本裡，達·文西在七頁之後畫了一幅考究的實驗草圖，實驗中的翅膀就像蝙蝠的翅膀，骨架纖細，骨架外面覆蓋的不是羽毛，而是皮膚。這隻翅膀連著一塊厚重的木板，他特別說明重量應為一百五十磅，跟一般人的體重差不多，與翅膀相連的還有一個驅動它的槓桿系統。
達·文西對飛行器的興趣很可能始於他在慶典演出中的工作。從早年在韋羅基奧的作坊一直到他晚年留居法國，他始終對這些演出全情投入。他的第一隻和最後一隻機械鳥都是為了宮廷娛樂之用。
機械設備
達·文西對機械的興趣與他對運動的著迷息息相關，他喜歡一步步地分析傳動過程，因為逐一畫出傳動部件——棘輪、彈簧、齒輪、槓桿、轉軸和其他結構——有助於他理解它們的功能和工程學原理。
例如，他畫過一幅影調優美，而且透視也堪稱完美的起重設備草圖，這臺起重設備上有一根槓桿，來回搖動槓桿可以逐漸抬升帶齒的輪子，轉動的輪子最終將重物提起。這幅圖說明了往復的上下運動如何轉化為連續的轉動。圖的左邊是組裝好的機器，右邊是部件的分解圖。
在他那些最優美、最精細的機械草圖中，許多都是在探索如何讓壓縮的螺旋彈簧平穩釋放，這樣由彈簧驅動的運動才能保持勻速，而不會越來越慢。達·文西率先繪製出解決這一難題的裝置，他採用了自己終生著迷的螺旋機構。在一幅特別優美的草圖中，一個螺旋齒輪在保持筒形彈簧勻速釋放的同時，以恆定的功率驅動一隻輪子平穩地推動軸杆。
達·文西還發明了一種磨針設備，它本可以為義大利的紡織工業做出寶貴的貢獻。這臺機器用人力轉動一個轉盤，轉盤上連著一個小的打磨裝置和一條拋光帶。他認為這也許會讓自己發財。但是不必說，達·文西從未實現他的計劃。對他來說，完成構思就已經心滿意足了。
永動機和摩擦力
「每一種運動都試圖保持原有的狀態，或者，只要物體啟動時所獲得的衝力保持不變，每個運動物體都將一直運動下去。」達·文西提出這一洞見時，距離牛頓出生還有一個多世紀。他認為，如果能消除阻礙物體運動的所有外力，那麼物體有可能處於永動狀態。所以在15世紀90年代，達·文西用了二十八頁筆記來研究製造永動機的可能性。
他對水力永動機尤其感興趣。在一個設計中，他設想用水流轉動一種被稱作阿基米德螺旋泵的螺旋管，這種螺旋管在轉動時可以將水向上輸送，然後水流下去的時候又會轉動螺旋管。不過，他對一個問題產生了質疑：水流下去的時候，能否驅動螺旋泵向上輸送足夠多的水，讓這個循環一直進行下去呢？最後，他得出了既明確又正確的結論，這絕無可能。「流下去的水永遠不可能從它最初的水位提升起與自身重量相等的水。」
達·文西意識到阻礙永動的原因是摩擦，一個系統和外界摩擦時，會不可避免地損失動量。摩擦造成能量耗損，阻礙運動一直持續下去。因此，他開始系統地研究摩擦，並最終獲得了一些深入的發現。他發現了摩擦力的三個決定因素之間的關係：物體的重量、斜面的平滑或粗糙程度，以及斜面的坡度。這些都屬於重要的科學發現，但是達·文西從未發表過這些發現。大約兩百年後，法國的科學儀器製造者紀堯姆·阿蒙東才再次發現了這些定律。
達·文西發現，通過給斜面增加潤滑，可以減小摩擦力，因此他成了首批在機械上設計潤滑油加入點的工程師之一。他還設計了用滾珠軸承和滾柱軸承減小摩擦力的方法，他畫過一種新型螺旋千斤頂，這種千斤頂通過旋轉一根大的螺杆來推舉重物，達·文西在支撐平面和齒輪之間放置了一些可以起到軸承作用的滾珠。
軍事裝備
他還設計過令人毛骨悚然的刀輪戰車，車輪上有突出的旋轉利刃。這輛車還包含一個有四個刀刃的轉軸裝置，它可以被放置在車前，也可以拖在車尾。他非常細緻地畫出了齒輪與輪軸的傳動系統。一幅刀輪戰車圖中，飛奔的戰車附近躺著兩具屍體，他們的腿被刀割斷，肢體散落在地上，著實可怖。
達·文西畫過一些構思巧妙的軍事設備，比如一臺裝置能推倒敵人的攻城梯。城堡內的守衛者拉動巨大的槓桿，槓桿的另外一頭連接木架，這些木架通過城牆上的孔穿到牆外。
達·文西設想中的另外一件武器是一張巨大的弩。他為此畫了超過三十張草圖，而且細緻、精確地畫出了齒輪、蝸杆、軸、扳機和其他構件。當然，事實上，盧多維科·斯福爾扎公爵並未在戰鬥中使用過他設計的任何大型武器裝備，他的這些從未實現的設計也許更屬於想像而非現實。這張巨弩最終被製造出來還是在2002年的一檔電視特別節目中，可惜當代的工程師也無法讓它正常工作。
解剖學
當達·文西還是佛羅倫斯的一名年輕畫家時，他學習人體解剖學主要是為自己的藝術服務。他在自己的筆記中重複著這樣的教誨：「畫家有必要成為一位優秀的解剖學家，這樣他才能勾畫出裸露的身軀，才能了解肌腱、神經、骨骼和肌肉的解剖學。」
他所感興趣的內容，比如眼睛的運動和微笑時嘴唇的運動，可能對他的藝術有所裨益，但是當出現了諸如胎兒在子宮內發育，以及打噴嚏的原因時，很明顯，他的求知目的已不再是為了手中的畫筆。
1508年到1513年，李奧納多·達·文西開始了自己的第二輪解剖學研究。這位已經年逾五旬、如日中天的畫家解剖了一位百歲老人的屍體。在其中一頁筆記上，他畫了部分剝去皮膚的屍體上的肌肉和血管，在這些圖的上方，他滿懷尊敬地為那位百歲老人畫了一幅小像，他一臉安詳，雙眼緊閉，這是去世後不久的樣子。
在查明百歲老人死亡原因的過程中，達·文西做出了一項重大的科學發現：他記錄了導致動脈硬化的過程，「我發現死亡源自身體衰弱，衰弱是由於血液供應不足和為心臟及其下方器官供血的動脈出了問題，這些血管幹癟、萎縮得厲害。」
達·文西繪製了一幅人類血液循環系統的詳細圖示，其中以較大的篇幅畫出了心臟的大血管，還有與主動脈和腔靜脈相連的逐級縮小的分支靜脈、動脈和毛細血管。
作為他全部解剖學研究和解剖實踐的一部分，達·文西對人體心臟的研究是他最持久和最成功的科學探索。其中的最大成就，是他發現了主動脈瓣的工作方式，事實上，這也是他所有解剖學工作中的最高成就，這項發現直到現代才得到證實。它誕生於他對渦流的認識和熱愛。具體來說，達·文西專門研究了由心臟經三角形開口向上泵入主動脈根部的血流，主動脈是將血液從心臟輸送到全身的大血管。血液被泵入主動脈後，產生的渦流讓心臟與主動脈間的三角形瓣膜展開，並蓋住開口處。達·文西發現，瓣膜靠來自上方的壓力是無法正常閉合的。
20世紀60年代，由牛津大學的布賴恩·拜爾豪斯帶領的醫學研究團隊使用染料和放射照相技術觀察血液流動。實驗顯示，瓣膜需要「一種流體動力學控制機制讓瓣葉遠離主動脈壁，這樣極輕微的血液回流也能關閉瓣膜」。他們認識到這個機制就是達·文西發現的位於主動脈根部的血液渦流。外科醫生舍溫·努蘭稱，「在達·文西留給後世的所有驚嘆之中，這似乎是最非凡的一項。」
本文內容主要整理自沃爾特·艾薩克森著《李奧納多·達·文西傳》，由中信出版集團授權使用。
整理/新京報記者 李妍