如果來巴黎,一定要來拜訪一下巴黎最美的地鐵站,這站的名字Arts et Métiers其實來自於旁邊的一座博物館,法國國立工藝與科技博物館(Musée des Arts et Métiers)。
法國國立工藝與科技博物館(Musée des Arts et Métiers)的修道院建築外觀博物館建築物本來是一座修道院,主體分三層,展品按科學儀器、材料、能源、機械、通訊、建築、交通分類展示。最讓人滿意的是館方提供了包括中文在內的8國語言語音講解器,以「廣播劇」的方式進行講解,並提供了三條不同時長的參觀線路和兒童專題線路,設計非常人性化。
法國國立工藝與科技博物館(Musée des Arts et Métiers)內景就讓我們一起來看看,工藝和科技,一部革新的編年史。
星盤我們的徵途,從星辰大海開始。
星盤是古代天文學家,佔星師和航海家用來進行天文測量的一項重要的天文儀器,可以測量鬥轉星移的變化,甚至可以代替指南針。最早由古代希臘人託勒密設計,他不但是一位希臘化時期的埃及作家,同時也是數學家、天文學家、地理學家、佔星家。他的設計後來經由阿拉伯哈裡發創立的科學院推廣到世界各地。同樣也是他,創立了「地心說」天文體系。
數架機械式環形球儀上圖左側這座精美的天球儀,16世紀出自世界上最偉大的鐘表匠,瑞士人約斯特·比爾吉(Jost Burgi)之手,全名為「數架機械式環形球儀」。當時「地心說」是主流思想,所以天球儀的中心是地球,外環標註十二黃道等星象。作為「黑森-卡塞爾領地主」威廉四世定製給送給侄子,神聖羅馬帝國皇帝魯道夫二世的禮物,它在設計上體現了羅馬帝國對世界的統治。
天球儀許多偉大的鐘表匠都製造過類似的天球儀,有趣的是雖然是代表科學的儀器,還是有人會在上面雕刻十字架,表示宗教至上。同樣是「地心說」,最早認為軌道是圓形,但是後來得以修正,變為橢圓形。最終「地心說」在16世紀被哥白尼質疑,逐漸被「日心說」取代。
渾天黃道儀天球儀在我國也叫「渾天儀」,傳說發明者是閬中人落下閎,後又被東漢天文學家張衡所改進。最早有結構記錄的天球儀是東晉史官丞南陽孔挺在光初六年,即公元323年所造的兩重環銅儀。唐貞觀七年,即公元633年,李淳風把兩重環改為三重儀,稱為一架比較完備的渾天儀,稱為「渾天黃道儀」。
四分儀和六分儀早期航海使用四分儀和六分儀作為航海星盤,測量船舶的位置。有些設計精密的六分儀甚至於可以標識經緯度。
費爾迪南·貝爾圖製作的N°1航海鍾瑞士人費爾迪南·貝爾圖(Ferdinand Berthoud),當時唯一被法國皇室封為「制表大師「的他,專業研發海事航海鍾。他在18世紀中期打造過許多成功的航海鍾,尤其是知名的N°6和N°8航海鍾,協助法國海軍在海事防禦上的精準航行,影響了英法兩國對海上制霸權的爭奪。博物館展出了他的N°1號作品,他在主要部分採用了玻璃材質,雖然精密,但是在航海過程中會容易損壞,在後期作品中得到改進。
能自動報時的水鍾沙漏、日晷和銅壺滴漏都是古時候的計時器,這些計時器除了能測定時間,有的還能測定月相和星辰的位置。後來根據銅壺滴漏的原理,又設計出了水鍾,館藏的水鍾甚至還有自動報時功能,可以說相當精密了。
18世紀晚期著名鐘錶師安提德·楊威爾(Antide Janvier)發明制的可以顯示日時、月時、星時,日期、星座、甚至不同國家時差的多重綜合型可報時鐘表現在很多人買表喜歡選購功能強大的多重錶盤。18世紀晚期的著名的鐘表師安提德·楊威爾(Antide Janvier)已經發明製作出了可以顯示日時、月時、星時,日期、星座、甚至不同國家時差的多重綜合型可報時鐘表。由於他技藝超群,得到了「國王鐘錶師」頭銜,又由於他和法國皇室關係密切,法國大革命時期被關進了監獄。
安提德·楊威爾晚年將自己的很多設計賣給了寶璣1792年時他的夫人去世,這給不擅理財的他在經濟上造成了巨大的麻煩與困難。於是他將自己製作的鐘表、機械以及許多的設計賣給了亞伯拉罕-路易·寶璣。沒錯,就是那個著名的腕錶品牌,寶璣Breguet。
誰說法國人數學不好?法國可是出過許多位偉大的數學家,比如帕斯卡(1623-1662)。1642年,19歲的他為了幫身為地方稅務官的父親整理帳目,發明了世界上的第一部機械式計算器。雖然只能計算加減法,這個像電話撥號盤一樣的機器,操作簡單,極大地避免了計算錯誤。
萊昂博耶發明的乘法計算器1889年,在法國一個19歲的男孩萊昂博耶(1870-1913),同樣為了幫助父親整理帳目,發明了乘法計算器,並且獲得了1889年巴黎博覽會一等獎。這個男孩後來還發明了「乘法除法表」。長大後他發明了一種無照汽車,並創立了自己的汽車品牌。
「胡椒磨」手搖式科塔計算器如果你桌前正好有一個手持計算器,在享受它的便捷之時,別忘了感謝一位來自小國列支敦斯登的猶太人科特·赫茲塔克(Curt Hertzstark)。他發明了一種被暱稱為「胡椒磨」的手搖式科塔計算器(Curta Calculator),可以計算11位數字,是流行於20世紀五六十年代的計算工具,直到20世紀70年代才被袖珍電子計算器所取代。
中國古代的度量衡標準計量器秦始皇統一六國之後,對後世影響最深的舉措之一就是統一度量衡。8世紀幾乎統一了西歐的法蘭克國王查理大帝,也試圖推出了標準計量器。當時作為西方經濟中樞的巴黎,國際自由貿易日漸頻繁,度量衡混亂的問題嚴重影響了交易的公平性。於是查理大帝宣布鑄造了這組油罐,被視為是後世「千克」的基礎。
查理大帝組織鑄造的一組油罐被視為是後世「千克」的基礎。那時的法國,城管後面都跟一個背著大柜子的助理,裡面裝著大大小小的量器,以檢測小商販們是否「偷斤短兩」。
中國的砝碼中國的紗稱我國精巧的紗稱、砝碼和天平也在博物館裡有展出。紡織品自古是我國主要的出口物呀。
《米制公約》下的度量衡原器到18世紀90年代法國大革命期間,法國才最終統一度量單位,並於1795年4月7日頒布了關於度量衡的法律,正式推出了十進位單位系統——公制。當時1米的定義為「北極到赤道間子午線的四千萬分之一」,由此可得十分之一米的立方容量叫1升,1克的定義為「在冰融化時的溫度下,體積等於邊長為一釐米(1/100米)的立方體的水的絕對重量」。由於克的重量太小,於是製作了重量為一千克的基準原器。1875年,法國根據《米制公約》把維護千克和米定義原器的責任轉交給國際組織,經過演變發展,現在被世界上大部分國家認可,稱為「國際單位制」。
目前經過科學測量,1米的定義已經變為「1/299792458秒的時間間隔內光在真空中行程的長度」。而1889年根據米制公約規定製作的國際千克原器,則一直作為標準砝碼,現在仍在使用。一千克標準物被保存於一口鐘形罩內,存放在國際計量局(位於巴黎附近的塞弗爾)。
馬德堡半球1654年德國馬德堡市的市長,著名的物理學家奧託·馮·居裡克在神聖羅馬帝國的雷根斯堡(今德國雷根斯堡)進行了一項物理學實驗,將兩個完全密合的半球中的空氣抽掉,然後驅馬從兩側向外拉,示範了大氣壓力原理。這就是著名的「馬德堡半球實驗」。
1659年,羅伯特·波義耳受命製作真空空氣泵雖然奧託·馮·居裡克提出了真空並發明了空氣泵,但是仍然受到很多質疑。如何證明泵內的空氣已經被抽走了呢?1659年,羅伯特·波義耳在受命製作真空空氣泵的時候,頂部設計了一個透明罩子,裡面放進活著的小鳥,隨著機器運作,小鳥死亡,來證明內部空氣確實被抽出了。科學的真相有時候略顯殘忍。
約瑟夫·賴特油畫《氣泵裡的鳥實驗》(英國倫敦國家美術館藏)1768年德比的約瑟夫·賴特根據這個背景,繪製了一幅布面油畫《氣泵裡的鳥實驗》。自1863年,這幅油畫一直藏於英國倫敦的國家美術館,且被認為是英國藝術的傑作之一。
1862年,傅科利用光的反射測量光速的裝置法國物理學家讓·伯納德·萊昂·傅科(Jean Bernard Léon Foucault)是最早測量到光速的人。1862年他用鼓風機控制鏡子勻速轉動,利用光的反射,測定出光速為每秒298,000千米,與精確值差僅0.6%。
傅科擺傅科最出名的成就是證明了地球的自轉。1851年傅科在巴黎先賢祠懸掛一枚很長的重擺,藉以顯示地球的自轉,此舉吸引了許多觀眾,這是首次動力學地證明地球的自轉。現在這個「傅科擺」的原型複製品也收藏在這座國立工藝技術博物館的小教堂裡。
拉瓦錫的化學實驗室在博物館裡,復原保存了拉瓦錫的化學實驗室。安託萬-洛朗·德·拉瓦錫(Antoine-Laurent de Lavoisier)是法國貴族,同樣也是著名的化學家和生物學家,被尊為「近代化學之父」。他首先提出了「元素」的定義,並按照這定義,於1789年發表第一個現代化學元素列表。他倡導並改進定量分析方法並用其驗證了質量守恆定律。
化學家安託萬-洛朗·德·拉瓦錫大理石胸像他預測了矽的存在,更重要的是,他發現了水的成分,給出了氧與氫的命名,並創立了氧化說以解釋燃燒等實驗現象,指出動物的呼吸實質上是緩慢氧化。但是不幸的是,因為他的本職是一位稅務官,在法國大革命期間,被定罪並送上了斷頭臺處死。雖然後來被平反,但是正如拉格朗日曾惋惜的那樣,「他們只一瞬間就砍下了這顆頭,但再過一百年也找不到像他那樣傑出的腦袋。」
18世紀的織襪機18世紀歐洲開始了幾次工業革命,傳統的手工業生產逐漸被大機器取代。其中衝擊比較大的就是紡織業。由於機械取代了大量的勞動力,許多工人因此失業,引發了人與機器的第一次衝突。這臺織襪機被認為是18世紀紡織業最複雜的發明,目前現代織襪機的大部分工藝還是源自於此。
瓦特蒸汽機在英國人瓦特改良蒸汽機之前,法國物理學家丹尼斯·巴本(Denis Papin)在1679年發明了高壓鍋,這是第一臺蒸汽機的工作模型,為了提高安全性,一年後他發明了安全閥。活塞是他的另一個重要發明。把蒸汽和冷水隔開,減少了能量浪費。
巴本蒸汽機但是巴本並未熱心建造蒸汽機,他的設計僅僅停留在試驗階段。不過他啟發了後來的湯瑪斯·紐科門(Thomas Newcomen)。紐科門所設計的蒸汽機,成為瓦特蒸汽機誕生之前最為成功的蒸汽機。
愛迪生的活動電影放映機現在我們說電影和電影放映機的發明人是法國裡昂的盧米埃爾兄弟。實際上他們的放映機是改造自美國大發明家託馬斯·愛迪生的活動電影放映機,就是我們中國人稱的「西洋鏡」。
盧米埃爾兄弟的放映機1895年12月28日,法國巴黎卡普辛大道14號大咖啡館的地下室展開了「活動影戲」,放映了包括《離開工廠》、《火車進站》、《水澆園丁》《嬰兒喝湯》等電影,自此電影走入了人們的生活。
高蒙公司的電影外設聲音裝置法國的電影自誕生起一直走在世界的前列。1900年第一部有聲電影在巴黎上映。高蒙公司利用一系列外設聲音裝置,讓電影不再沉默。10年後愛迪生發明了同步聲音技術,同步有聲電影正式進行商業推廣。
最初為路燈供煤油的裝置「浪漫之都」巴黎還被稱為「燈光之城」,因為它是全世界最早全面普及人工照明的城市。「太陽王」路易十四時正式頒布了城市道路照明法令。
歷代巴黎路燈在愛迪生發明電燈以前,路燈是靠煤油供燃的,現在的巴黎仍然保留著一些這樣的路燈,只是把其中的煤油管道拆除,換上了電線。
吹風-吸塵二合一機20世紀開始,隨著用電的普及,小家電走進了千家萬戶,很多公司和發明家都致力於小家電開發以方便人們的日常生活。當然也有很多奇葩的設計,比如吹風-吸塵二合一機。這個腦洞倒也驚奇,就是好奇用它吹頭髮會不會吹滿臉灰……
第一部電話過去出門的時候爸媽會提醒檢查「鑰匙手機錢包」,這兩年回國發現出門只要記得「手機手機手機」就行了(重要的事情說三遍)。大家都知道手機的「前輩」電話是加拿大人貝爾發明的,但是沒想到第一部電話長這樣……
SIM卡及歷代行動電話其實法國人在1990年代初設計出了城市行動電話Bi-Bop,但是很可惜的是功率太低,只能在固定的發射器周圍使用,並且錯過了介入GSM「全球移動通訊」網絡,最終沒能得到推廣。
許多對後世有深遠影響力的科技發明都是法國人先進行的,但是又往往淺嘗輒止,止步于震驚世界的前一步,想想原因,大概是取得階段性勝利後他們就去喝咖啡或者vacance(度假)了……
蝙蝠提供了早期飛行器設計的靈感人類永遠有一個飛翔的夢。19世紀法國電器和機械方面的專家克萊門特·阿德爾(Clement Ader)花了相當長的一段時間研究飛行。他的第一架飛行機器,名為「風神」(Eole),以一臺自己發明的功率為15千瓦的輕型蒸汽機為動力,用酒精作燃料。在1890年10月9日試飛的時候,「風神」離地20釐米高,飛出50米遠,只能算一次「大跳」。1892年阿德爾用改進的二號機飛出了幾百米的距離,仍然沒有被外界承認,不過引起了法國軍方的興趣,出資委託他研製一架更大的飛機,這就是Avion III。
Avion IIIAvion III的外形就像一隻巨大的蝙蝠,與「風神」基本一致,仍然採用木製骨架和亞麻蒙布做成的「蝙蝠翼」,翼展加寬到15.6米,放大的螺旋槳葉片沿用羽毛形狀,機身後面加上了一片方向舵,操作機構也做了簡化改進。為了能夠滿足搭載兩名乘員和75千克炸彈的要求,阿德爾在飛機上安裝了兩臺功率各為22千瓦的蒸汽機,驅動左右兩具旋轉方向相反的4葉螺旋槳。
萊特兄弟的飛機可惜,在1897年10月12日的試飛開始沒多久就砰然墜地,嚴重受損,短期內無法復飛,軍方失望地宣布撤資。由於資金苦難,技術上又無法取得突破,6年後就被萊特兄弟超越了。
「布萊裡奧11號」(Blériot XI)飛行器在博物館相連的小教堂內,還陳列著三架飛機。其中兩架屬於法國人路易·布萊裡奧(Louis Blériot),他是法國的發明家、飛機工程師、飛行家,1909年成功完成人類首次駕駛重於空氣的飛行器飛越英吉利海峽。這架「布萊裡奧11號」(Blériot XI)就是那架載入史冊的飛行器,是他親自研製的。這種古老的外型,就像童話《小王子》裡描述的一樣。
古斯塔夫·艾菲爾設計的自由女神像很多人都不知道,美國著名的自由女神像,其實是法國人民送給他們慶祝獨立戰爭勝利的禮物,並且由美法兩國共同建造。法國負責其頭部和手臂,在後期得到了法國創新設計師兼建築商古斯塔夫·艾菲爾(Gustave Eiffel)的幫助。
古斯塔夫·艾菲爾設計的自由女神像1885年6月17日,法國汽船「伊澤爾號」(Isère)帶著自由女神像安然抵達紐約港。1886年10月28日自由女神像正式落成。自由女神像從地基到火炬尖共93米,1984年,聯合國教科文組織將自由女神像列為世界遺產,稱這座塑像是「人類精神的傑作」,「鼓勵思考、辯論和抗爭,成為自由、和平、人權、廢除奴隸制,以及民主和機遇強而有力的象徵。」
艾菲爾鐵塔在巴黎的市內,另一座象徵著機械文明、在巴黎任何角落都能望見的巨塔也跟古斯塔夫·艾菲爾有關,那就是艾菲爾鐵塔。這座300多米高的鐵娘子是為1900年巴黎世界博覽會的獻禮之作,自1889年起矗立在塞納河邊的戰神廣場,是世界上最多人付費參觀的名勝古蹟。她由18038個鋼鐵結構組成,重一萬噸,形態與黃金比例完美吻合,絕對的「鐵骨柔情」。
她就是巴黎這座城市的精神體現。在讚美這座城市的藝術、時尚之美的同時,不要忘了,美與科學科技、創新精神同在。
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