航空科学的创立者

航空科学的创立者

意大利文艺复兴时期有一位著名的艺术家里昂那多·达·芬奇(1452—1519年)，他的艺术品至今魅力不减，是世界著名艺术馆的馆藏珍品。达·芬奇也是一位有成就的科学家，是航空科学的创立者。

图1－1　达·芬奇自画像

1452年，达·芬奇出生于意大利的北部佛罗伦萨和比萨之间，他的父亲是当地一位有名的律师，母亲是一位农家女子。1467年，达·芬奇被送到佛罗伦萨的画家维罗契欧(1435—1488年)的画室学习。维罗契欧的画室很像现代的工程技术学校，画家、雕塑家、青铜铸造师、绘图人员、建筑师、民用和军用技师们，都在那里传授他们的技艺。达·芬奇在那里，学会了多种技艺。1483—1499年，达·芬奇来到意大利的米兰，在米兰大公的府中服务。在米兰时期，他成为一位社会名人，与各种行业的工匠、技师以及出入宫廷的学者们有着广泛的接触，他不知疲倦地学习，成为一位人文主义科学家。在米兰，他创作了名画《最后的晚餐》。1499年离开米兰后，达·芬奇经威尼斯回到佛罗伦萨。1500—1506年，他在佛罗伦萨进行了多方面的系统研究，名画《蒙娜丽莎》创作于此时。后来，达·芬奇曾经重返米兰，还到过罗马等地，1516年到法国，1519年在那里逝世。

达·芬奇在他生活的时代就很有影响，历史学家兼艺术家伐萨利，在达·芬奇去世半个世纪后撰写了他的传记。伐萨利采访了许多认识达·芬奇的人，从他们那里听到许多关于他的描述，伐萨利把达·芬奇描写成一个传奇的天才人物。他说:“人们称赞达·芬奇，说他容光焕发，生气勃勃，最忧郁的人见了也会恢复平静;他的谈吐会说服最倔强的人;他的力量能控制最强烈的愤怒。”达·芬奇人才秀美，态度优雅，对各种知识无不研究，各种技艺无不擅长，他是艺术家、工程师、科学家和哲学家，他在每一学科里都成就卓著。在科学领域中，达·芬奇进行着广泛的研究，在天文学、地质学、物理学和生物学上都取得了成就。

达·芬奇对于人类飞行进行了理论和机械设计两方面的研究。理论研究主要是对鸟类飞行的研究，机械研究主要是各种飞行器的设计。达·芬奇在30多岁的时候对鸟的飞行发生了浓厚的兴趣，并开始投入很大精力研究鸟的飞行，他采取观察和实验的方法。他认为，人类的飞行可以通过模仿自然的机器来实现，通过仔细观察鸟的飞行能揭示飞行的基本原理。为了最终实现人类飞行的目的，研究鸟的飞行是必要的基础。为此，达·芬奇对鸟的飞行进行了长期而认真的观察和解剖研究。他观察了各种飞鸟、蝙蝠、昆虫，甚至还研究了水里游动的鱼类，研究分析他们飞行或游动的动作和各部位的机理。他还把小鸟捉来，吊在房子里，长时间观察鸟的不同飞行姿态和身体各部位的关系。

经过大约20年的研究，达·芬奇积累了关于鸟的飞行的大量草图和手稿。他计划将这些内容整理成一部著作，为此他列出了写作提纲。书的内容分4部分:第一部分是鸟类扇动翅膀的飞行;第二部分是鸟类不扇动翅膀依靠风力的飞行;第三部分是一般情况下的飞行，叙述鸟类、蝙蝠、鱼类和昆虫的飞行;最后一部分是飞行运动机械学。他给自己提出的目标是，说明空气阻力(升力)的本质，研究鸟尤其是它们的翅膀的结构和各种运动工作方式，研究翅膀和尾巴的功能，说明翅膀不动而风能辅助飞行，使鸟向不同方向转弯。

达·芬奇认为，鸟扇动翅膀时，翅膀下的空气压缩，形成上下压力差，鸟获得了空气的升力。他认真分析了气流对鸟飞行的影响，并指出，翅膀微小扇动时，鸟在空气中倾斜飞行，鸟的飞行得益于气流。对鸟各种省力的长时间飞行的研究，使他认为人类飞行是完全可能的，实现飞行可以借助各种机械设计。

在达·芬奇的手稿中，各种机械图占据首要地位。这些图中有他想像设计的机械，也有大量对当时已有机械的改进设想，是当时使用机械情况的反映。对他画的各种机械图加以分析研究后，人们发现，组成现代机械的23种部件中，22种都已具备，只缺铆钉一种。他还对与机械有关的各种问题做了一般的理论探讨，他突破工匠和技师的界限，进入到科学领域，他的研究所达到的深度、广度和取得的成就，在18世纪以前，几乎没有人能和他相比。

以鸟类研究和机械研究为基础，达·芬奇设计了各种飞行器，包括扑翼机、降落伞和直升机。达·芬奇研究最多的是扑翼机，从科学角度来看，扑翼机价值不大，但其机械设计是非常复杂和精巧的。他的降落伞和直升机与现代的装置十分相似，它们与现代装置的比较让我们感到震惊。

达·芬奇之所以能够取得如此众多的重要科学技术研究成果，是和他的科学态度和哲学思想分不开的。他反对繁琐的经院哲学，不迷信权威，反对人类知识来源于神学的启示的传统说法，倡导把观察和实验当作科学的独一无二的正确方法。他重视数学和理论的作用，他认为，人类的任何探讨，如果不是通过数学的证明进行的，就不能说是真正的科学。达·芬奇打破了中世纪那种学者与工匠分离的传统，他从实用方面进行科学研究，这使他的研究工作富有现代精神。他和其他人文主义者一样赞扬人，赞美人生和自然，追求科学知识，崇尚理性，赞扬人在现实世界中的勇敢行为和有所作为等等。文艺复兴时期是个百花竞放、硕果累累、人才辈出的伟大时代，达·芬奇正是这个时代精神的代表。

图1－2　达·芬奇的降落伞设计图

长期以来，人们并不了解达·芬奇的科学技术成就，他的研究成果一直以手稿形式保存着。他留有大约6000多张对开页的手稿，其中大量的是他作的笔记，有些内容看来是打算整理后发表的。19世纪末和20世纪初，这些手稿经人整理陆续出版问世后，世人才开始了解他的科学贡献。有人甚至认为，如果达·芬奇当时发表了他的研究成果，科学可以一下子前进100年。

达·芬奇的手稿有些已经散失，据统计现存的大约只有原有的1/3，他的手稿还十分难读。达·芬奇习惯用画图的方法来表达自己的思想，只在旁边加上简单的说明，一张手稿常常画上几种不同的内容，它们应该有一定的联系，但不熟悉他的思维方式的人不容易找到其中的联系。

另外，造成达·芬奇手稿难读可能还有主观的原因，也就是说，达·芬奇可能有意识地使别人无法了解他的手稿的内容。据说他习惯用左手写字，书写的方式也与一般人不同，是由右向左书写，因此阅读起来十分困难。达·芬奇曾经强调他知道很多秘密，而且这些秘密在军事工程和城市建筑方面等许多方面有实际的应用价值。他曾说，他写了120部书，但是他没有公开这些书的内容。也许，这些秘密中就包含着他在科学技术方面的发现和发明，而他是要保守他的这些秘密的。1483年，达·芬奇决意离开佛罗伦萨去依附米兰大公，他先写了一封奇特的信给大公，这封信至今还保存着。在信里，达·芬奇像商人一般描写他所能做的一切。他说他能够教大公知道只有他个人所知道的一切秘密;他有办法制造最轻便的桥可以追敌;也有办法建造最坚固的桥不怕轰炸;会在围城时使河水干涸;有毁坏炮台基础的办法;能制造放射燃烧物的大炮;能制造驾载大炮的装甲车;如果是海战，能造抵御炮火的军舰……在和平时代，他将成为举世无双的建筑师，他会开掘运河。他认为自己主要是一个出色的军事工程师，对于绘画和雕刻方面的才能他只是一带而过，说他的成就也并不在别人之下。在信里，他虽然说到自己的多方面才能，但没有讲到具体的方法。对于他来说，这些可能都是有特殊价值的秘密。

在达·芬奇生活的时代，由于宗教和政治纷争的干扰，科学家没有从事科学技术研究的条件保证，他们要寻求封建统治者的“保护”。达·芬奇曾经服务于米兰大公，后又服务于法国王室。这种“保护”实质上是一种在比较文雅的言辞掩盖下的人身依附，这种依附本身是带有封建性的，被保护者在为王公贵族服了很多劳役，即浪费了生命中的相当大的一部分之后，才能得到一点从事科学活动的自由时间，那时科学家的研究工作完全是业余的。达·芬奇保存了他的秘密，并将它们作为寻求封建统治者保护的条件。当时，科学家是否发表研究工作的成果，还要考虑统治者的态度。研究成果一旦发表，有时不仅不能给他们带来物质和精神上的鼓励，往往还会给他们带来政治和宗教上的迫害。因此，科学家发表他们的研究成果是十分谨慎的。当时，连技术发明也没有得到社会应有的鼓励和重视。

由于得不到来自社会的鼓励与支持，达·芬奇谨慎、犹豫和胆怯，使科学的发展“损失”了100年，这对人类社会的进步无疑是一个缺憾。形成鼓励技术发明和科学创造的社会环境对科学和社会的发展都是十分重要的。