推理1.7 汽缸分离 轮胎充气 灵感解困惑.doc

1.7 汽缸分离 轮胎充气 灵感解困惑瓦特（17361819）是世界公认的蒸汽机发明家. 他的创造精神、超人的才能和不懈的钻研为后人留下了宝贵的精神财富和物质财富. 瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献，具有划时代的意义，它导致了第一次工业技术革命的兴起，极大的推进了社会生产力的发展. 瓦特出生于英国的格林诺克，由于家境贫穷没机会上学，先是到一家钟表店当学徒，后又到格拉斯哥大学去当仪器修理工，瓦特聪明好学，他常抽空旁听教授们讲课，再加上他整日亲手摆弄那些仪器，学识也就积累得不浅了. 1764年，格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽可门蒸汽机，任务交给了瓦特. 瓦特将它修好后，看看他工作那么吃力，就象一个老人在喘气，颠颠颤颤地负重行走，觉得实在应该将它改进一下. 他注意到毛病主要是缸体随着蒸汽每次热了又冷，冷了又热，白白浪费了许多热量. 能不能让它一直保持不冷而活塞又照常工作呢？于是他自己出钱租了一个地窖，收集了几台报废的蒸汽机，决心要造出一台新式机器来. 从此，瓦特整日摆弄这些机器，两年后，总算弄出个新机样子. 可是点火一试，那汽缸到处漏气，瓦特想尽办法，用毡子包，用油布裹，几个月过去了，还是治不了这个毛病. 一天他又趴到汽缸前观察漏气的原因，不小心一股热气冲出，他急忙躲闪，右肩上已是红肿一片，就像被一把热刀削过一样，辣辣地疼起来，弄得他心烦意乱. 他真有些灰心了，这时，是他的妻子给了他勇气，妻子用激将法又激起了继续研究下去的雄心. 他又回到地下实验室，将过去的资料重新翻阅一番，打起精神又干了起来，干累了就守着炉子烧一壶水喝茶. 一天，他一边喝茶，一边看着那一动一动的壶盖. 他看看炉子上的壶又看看手中的杯子，突然“灵感”来了：茶水要凉，倒在杯里；蒸汽要冷，何不也把它从汽缸里也“倒”出来呢？这样想着，瓦特立即设计了一个和汽缸分离的冷凝器，这下热效率提高了三倍，用的煤只有原来的四分之一. 这关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明. 他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法制了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题. 1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节活门，世界上第一台真正的蒸汽机诞生了. “充气轮胎”可谓是科技史上的一大发明，其应用之广泛，对现代社会之重要，只要看一看全世界每条公路上行驶的车辆和飞机的起落架就不难知道. 这充气轮胎的发明也源自一个“灵感”. 1888年，苏格兰的一名兽医约翰邓禄普（John Dunlop），因为儿子骑了木制轮子的自行车摔得头破血流，便下决心改进它. 有什么办法可以避免轮子造成的颠簸呢？如何让轮子与地面不再“硬碰硬”呢？他想啊想，始终找不到一个好办法. 有一天，他用一根橡胶制作的水管浇花时，感到水在水管子里面涌动而富有弹性，他顿生“灵感”：把这种灌满水的橡胶管围在木制的自行车轮子上，不就可以减轻颠簸了吗？他很快制成了世界上第一个“充水轮胎”，1867年，又改成“充气轮胎”，1888年，又改进为内外双胎. 那以后，他的发明经过不断改进，不但解决了汽车、摩托、自行车等各种行驶车辆的减震问题，而且还形成了遍及全世界的轮胎产业. 另一个靠“灵感”突破难点的重大发明是英文打字机. 克里斯托夫拉森肖尔斯（Christopher Latham Sholes）在美国一家烟厂工作，妻子在一家公司当秘书，常常日夜赶写材料，太辛苦了！他想，如能用机器代替手工写字，该多好啊！他找到多年研究打字机却半途而废的朋友，把人家的模型拿过来. 他发现这架模型的最大问题是“字键”和“字臂”不实用，可自己反复研究也毫无结果. 1863年的一个深夜，肖尔斯在院子里散步构思新方案，回到屋里偶然看到太太弯背写字的那个美丽的侧影，哇！一个“灵感”迸发出来把太太的头当作“字键”，弯弯的玉臂当作“字臂”，岂不正是设计合理、造型实用的打字机模型吗？他激动地抱着太太，充满歉意地说：“对不起啊，亲爱的，我差点因打字机而失恋，是你赐予了我灵感啊！”此后，又经过4年的反复试验，肖尔斯终于在1867年冬天发明出了世界上第一台字母式打字机. 虽然人们至今对于什么是“灵感”、“灵感”是否存在，一直没有一致的认识甚至争论不休，但“灵感”肯定是人类大脑智力活动的一种现象. 灵感是突如其来的，并没有逻辑思维的一步步推导. 灵感的出现，意味着常规思维的跳跃，逻辑思维的中断. 灵感是虚幻的，可遇却难求. 我国水稻专家袁隆平这样解释灵感:“灵感是知识、经验、追求、思索与智慧综合在一起而升华了的产物. ”钱学森教授解释得更具体：“假设一个很难的问题，在这些潜意识里加工来加工去，得到结果了，这时可能与我们的意识沟通了，一下子得到了答案. 整个的加工过程，我们可能不知道. 这就是所谓的灵感. ”大发明家爱迪生（Thomas Alva Edison，18471931）总结得好：“天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感. ”可见，“灵感”并不是神秘莫测的. 当深入研究某个问题时，长久地百思不得其解，天天处于困惑之中，这时就很可能在一个特定的场合和时刻，发觉那个问题与当前的事件有些雷同或相似，二者存在着某种逻辑联系. 这两件事情“撞”在一起，大脑会突然“闪亮”，一下子会冒出智慧的火花而骤然发现：这不就是那个“易如反掌的困惑”吗？这不就是打开那把“锈锁”的钥匙吗？怎么会这么简单啊，这么明白！以前为什么就那么“傻”，死活也研究不出来呢？这就是“灵感”！灵感的呼之欲出好比差一层窗户纸没有点破，闪念间，燃起璀璨烟火. 在人类科学技术发展史中，有一些重要的发明就来自于“灵感”. 灵感成就了伟人和伟业，更进一步推动了社会的进步！有人说诗人写诗是有“灵感”的，其实这是诗人构思时精神高度集中的前提下获得的一种意境. 正常人都可以出现灵感，只是水平高低不同而已，并无本质的差别. 与“灵感”相近的是“顿悟”. 顿悟就是弄明白，顿时彻彻底底弄明白. 经常会听到“听君一席话，胜读十年书. ”这就是因为了解得更透彻，看到了本质. 佛学界这样解释“顿悟”：觉悟和迷惑的差别只在一念之间，认为悟就是“一念相应，便成正觉”，不仅是瞬间完成，刹那间觉悟，而且要求对真理的把握，是完整的，而不是部分的，是彻底的，而不是有遗漏的，是完全的觉悟. 介绍一下“曼德拉的顿悟”吧，也许可以从中领会什么是“顿悟”、“顿悟”与“灵感”的区别. 南非的民族斗士曼德拉，因为领导反对白人种族隔离政策而入狱，白人统治者把他关在荒凉的大西洋小岛罗本岛上27年. 罗本岛位于离开普敦西北方向7英里的桌湾. 岛上布满岩石，到处都是海豹和蛇及其他动物. 曼德拉被关在总集中营一个“锌皮房”里，他每天早晨排队到采石场，然后被解开脚镣，下到一个很大的石灰石田地，用尖镐和铁锹挖掘石灰石. 有时从冰冷的海水里捞取海带. 因为曼德拉是要犯，专门看押他的看守就有三人. 当1991年曼德拉出狱当选总统以后，他在总统就职典礼上的举动震惊了世界. 总统就职仪式开始了，曼德拉起身致辞欢迎他的来宾. 在介绍了来自世界各国的政要后,他说令他最高兴的是当初看守他的3名前狱方人员也能到场. 他邀请他们站起身，以便他能介绍给大家. 曼德拉博大的胸襟和宽宏的精神，让南非那些残酷虐待了他27年的白人汗颜，也让所有到场的人肃然起敬. 看着年迈的曼德拉缓缓站起身来，恭敬地向3个曾关押他的看守致敬，在场的所有来宾以至整个世界，都静下来了. 曼德拉后来向朋友们解释说，自己年轻时性子很急，脾气暴躁，正是在狱中学会了控制情绪才活了下来. 他的牢狱岁月给了他时间与激励，使他学会了如何处理自己遭遇苦难的痛苦. 他说，感恩与宽容经常是源自痛苦与磨难的，必须以极大的毅力来训练. 曼德拉说起获释出狱当天的心情：“当我走出囚室、迈过通往自由的监狱大门时，我已经清楚，自己若不能把悲痛与怨恨留在身后，那么我其实仍在狱中. ”这就是曼德拉的“顿悟”. “灵感”、“顿悟”都是“直觉”，简言之，直觉就是直接的觉察，它是人脑对客观事物的一种迅速识别、敏锐而深入的洞察或领悟；是人们自觉或不自觉考虑某一个问题时，在头脑中突如其来的一种创造性设想. 广义上的直觉是指包括直接的认知、情感和意志活动在内的一种心理现象，也就是说，它不仅是一个认知过程、认知方式，还是一种情感和意志的活动. 通常说的“跟着感觉走”，已蕴涵着直觉的萌芽. 直觉是发明的根源. 科学史表明，许多重大的发现都是基于直觉：欧几里得几何学的五个公式就是基于直觉，从而建立起欧几里得几何学这栋辉煌的大厦；阿基米德在浴室里找到了辨别王冠真假的方法；数学家哈密顿(Hamilton,William Rowan18051865)是在散步的路上迸发出了构造四元数的火花；凯库勒发现苯分子环状结构更是一个直觉思维的成功典范. 苯(c6H6)这种有机物早在1825年就已被英国科学家发现，但当时人们仅从实用的角度认识到苯是一种无色有芳香气味的液体，能溶解许多有机物，是一种重要的有机溶剂和合成原料，但并不了解苯的分子结构. 此后几十年中不少科学家都展开了对苯分子结构的研究，但大多徒劳无功，尽管所有证据都表明苯分子非常对称，可大家实在难以想象6个碳原子和6个氢原子怎样能完全对称的排列，形成稳定的分子. 德国化学家凯库勒(FriedrichAKekule18291896)也是当时研究苯分子结构的科学家之一，凯库勒经过几年的研究仍无结果，1864年冬的一天，身心疲惫的凯库勒在研究苯分子结构时，由于过于疲劳而在壁炉旁边打起了盹，稿纸也散落在地上昏睡中原子和分子们开始出现在梦幻中，他梦见六条蛇在他面前舞蹈，一会儿六条蛇首尾衔咬形成了个环，瞬间六条蛇又变成碳原子环在他眼前旋转. 猛然惊醒后，凯库勒立即拾起散落在地上的纸笔将梦中的碳环画了出来，这就是现在充满有机化学教科书的著名正六边形环，开辟了有机结构的新纪元. 数学的学习、教学、研究更离不开直觉. 近代法国数学家、物理学家、天文学家庞加莱（Henri Poincare，1854-1912）说“逻辑用于论证，直觉可用于发明. ”英国的大数学家哈代（G.H.Hardy,18771947）说“数学家通常是先通过直觉来发现一个定理；这个结果对于他首先是似然的，然后他再着手去制造一个证明.”高斯曾经反复强调，他的数学发现主要来自经验，“证明只是补行的手续. ”所谓数学直觉，就是大脑基于有限的数据资料和知识经验，充分调动一切与问题有关的显意识和潜意识，在敏锐想象和迅速判断有机结合下，跳过若干中间步骤或放过个别细节，从整体上单刀直入地领悟数学对象的本质，洞察数学结构和关系的一种非逻辑的推理形式. 有人认为也是一种思维方式，这种思维的实质是对数学对象及其结构、关系的想象和判断或猜想. 它表现为灵感、顿悟、奇妙启示等等，就如同古诗中所描述“山重水尽疑无路，柳尽花明又一村”；“众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处. ”例如 不等式组的解是( ). A. 0x2 B. 0x C. 0x3 D. 0x0，b0，c0. 求以，为边长的三角形面积. 若用数学逻辑思维方法解答，可用海伦公式及三角形面积公式进行计算，显然是比较麻烦的. 但仔细观察，我们可以发现，它们分别是三个直角三角形的三条斜边，如图1. 凭直觉，我们就可以将他们组成图2. 因此，所求三角形的面积就直观地表达为矩形与三个直角三角形的面积之差的问题了. 即S2a2bab2aba2bab直觉与逻辑思维同等重要，偏离任何一方都会制约一个人思维能力的发展，受控制的精神和富有美感的逻辑正是数学的魅力所在. 德国数学家伊恩斯图加特也说：“直觉是真正的数学家赖以生存的东西”. “数学的全部力量就在于直觉和严格性巧妙的结合在一起，受控制的精神和富有灵感的逻辑.”波利亚也曾说过：“直观的洞察和逻辑的证明是感知真理的两种不同方式，直观的洞察可能远远超前于形式逻辑的证明.”“直觉是不难发现的.”庞加莱说. 徐利治教授也曾指出：“数学直觉是可以后天培养的，实际上每个人的数学直觉也是不断提高的.”扎实的基础是产生直觉的源泉. 直觉不是靠“机遇”，直觉的获得虽然具有偶然性，但决不是无缘无故的凭空臆想，而是以扎实的知识为基础. 若没有深厚的功底，是不会迸发出思维的火花的. 灵感、顿悟、直觉的产生，是我们经过长期观察、实验、勤学、苦想的结果，没有这个基础，灵感不会自动飞进人类的大脑. 美感和美的意识能唤起和支配数学直觉，数学事实间的最佳组合往往依靠“审美直觉”来作出的. 数学美集中表现在数学本身的简洁性、对称性、相似性、和谐性、奇异性等. 数学家阿达玛说过“数学直觉的本质是某种美感或美的意识. ”审美能力越强，则数学直觉能力也越强. 直觉与类比、联想、观察、实验、归纳、猜想等推理形式是分不开的，很多直觉就来自于这些推理形式. 反之，直