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1、改變世界的發明：改變世界的20大發明

人類天生具有好奇心和創造力，這讓我們取得了許多科技突破。自我們的祖先在地上敲擊巖石制造出第一個鋒利的工具以來，人類一直在不斷創新。從車輪的首次亮相到火星探測器的發射，在這些重要的進步中，有幾個特別具有革命性。雖然有的發明出自某個靈光乍現的時刻，但大多數最具開拓性的發明，都是思想者、實踐者和科學家多年不斷累積和改進的成果。在這里，我們將探索有史以來20個最重要的發明，講述其背后的原理及誕生的過程。

車輪

■車輪的演變。車輪大約在公元前3500年發明，并迅速傳遍了東半球。James Steidl / Shutterstock)

在公元前3500年車輪發明之前，人類在陸地上能運輸的物品數量和距離都極為有限。輪子本身并不是“發明車輪”最難的點。哈特威克學院的人類學教授戴維·安東尼說，把一個穩定平臺連接到滾動的圓柱體上才是棘手問題。

安東尼說：“車輪+軸的概念是最大的亮點，但制作很難。” 例如，車輪中心的孔和固定軸的末端必須是近乎完美的圓，并且要很光滑。車軸的尺寸也很關鍵，因為要保證它在孔內的“舒適度”，不能太緊，也不能太松。

攻克這個難關之后，人類獲得了巨大的回報。帶輪子的手推車促進了農業和商業的高速發展，貨物能夠往返于市場，也減輕了人們長途旅行的負擔。輪子對我們今天的生活方式依然至關重要，從鐘表到汽車再到渦輪機，幾乎處處都少不了它。

印刷機

■19世紀，德國發明家古騰堡印刷的圣經首頁（版畫） / 蓋蒂圖片社

德國發明家約翰內斯·古騰堡在1440年到1450年之間發明了印刷機。發明的關鍵是鑄模，這種新的成型技術讓高速創造大量的金屬活字成為可能。盡管在他之前，中國和朝鮮的發明家已經發明了活字印刷術，但古騰堡第一個發明了現代印刷術，即將墨水（他用亞麻籽油和煙灰制成）從活字印刷轉移到紙面印刷的工藝。

這種技術成倍地提高了書籍印刷的速度，讓知識在歷史上首次得以迅速廣泛地傳播。已故歷史學家伊麗莎白·愛森斯坦在《早期現代歐洲的印刷革命》(劍橋大學出版社，2012年)中寫道：“到1500年，每個重要的市政中心都將出現印刷車間。” 據估計，到1500年，西歐印刷了多達2000多萬冊圖書，而愛森斯坦估計這一數字約為800萬冊。

除此之外，印刷術使人更容易接觸到《圣經》，這又引發了對圣經的不同解釋，包括馬丁·路德的《九十五條論綱》，這份被印刷了十萬份的文件引發了新教改革。

青霉素

■亞歷山大·弗萊明在實驗室

這是歷史上最著名的發現之一。1928年，蘇格蘭科學家亞歷山大·弗萊明在實驗室注意到一個裝滿細菌的培養皿的蓋子不小心半開了。樣品被一種霉菌污染，凡是有這種霉菌的地方，細菌都死了。這就是有殺菌作用的“青霉菌”。在接下來的二十年里，化學家將其純化并開發出了青霉素藥物，這種藥物可以在不傷害人體的情況下對抗細菌感染。

1944年，青霉素開始量產并做了廣告。一張貼在路邊郵箱上的海報，建議投入二戰的軍人服用這種藥物以擺脫性病的困擾。

據2003年發表在《過敏與免疫學臨床評論》雜志上的一項研究，大約十分之一的人對這種抗生素過敏。研究人員說，即便如此，這些人中的大多數還是能耐受這種藥物。

指南針

■世界上第一個指南針的復制品 / 蓋蒂圖片社

古代水手利用星星來導航，但這種方法在白天或多云的夜晚都行不通，所以遠離陸地航行極為危險。

第一個指南針是在公元前2世紀到公元1世紀的漢代在中國發明的。它由磁石制成，這是一種自然磁化的鐵礦石，幾個世紀以來，中國人一直在研究磁石的迷人性能。然而，直到11世紀到12世紀之間的宋朝，才第一次被用于航海。

不久，這項技術通過航海傳到了西方。指南針使水手們能夠安全地在遠離陸地的地方航行，為探索世界和隨后的全球貿易發展打開了大門。指南針是一種至今仍被廣泛使用的儀器，它徹底改變了我們對地球的認識和理解。

燈泡

■1879年的愛迪生燈泡 / Terren / Creative Commons

燈泡的發明改變了世界，讓我們擺脫了對自然光的依賴，使我們能夠在任何時間，無論白天還是晚上，都能保持高效的生活。19世紀，幾位發明家在開發這項革命性技術的路上發揮了接力作用。托馬斯·愛迪生被認為是燈泡最重要的發明者，因為他在1879年創造了一套功能齊全的照明系統，包括發電機和電線，以及上圖所示的碳絲燈泡。

這項發明不僅使整個西方世界的家庭都用上了電，還出人意料地改變了人們的睡眠模式。我們不必在夜幕降臨時分就上床睡覺（因為無事可做)，也不用將整晚分出幾個時段睡覺，而得以在分配給睡眠的7、8個小時之外，充分活動。而且，理想情況下，我們會一次將這7、8個小時睡夠。

電話

■亞歷山大·格雷厄姆·貝爾1876年的電話專利圖

數位發明家在電子語音傳輸方面做了開拓性的工作，所以當電話流行起來時，其中幾位提起了知識產權訴訟。但蘇格蘭發明家亞歷山大·格雷厄姆·貝爾是第一個在1876年3月7日獲得了電話發明專利的人（專利圖紙見上圖）。三天后，貝爾給他的助手托馬斯·沃森打了第一個電話：“沃森先生，過來一下，我想見你。” ——A·愛德華·艾文森在他的書《1876年電話專利陰謀：以利沙·格雷和亞歷山大·貝爾的爭議及其眾多參與者》(麥克法蘭，2015)中這樣寫道。

貝爾發明電話的靈感受到了家庭的影響。據艾文森說，貝爾的父親教人演講，尤其是教聾人說話，貝爾的母親則是一位頗有成就的音樂家，但晚年喪失了聽力。貝爾在1877年娶的妻子梅布爾，5歲就失聰了。電話這項發明迅速流行起來，并徹底改變了全球商業和通信的面貌。貝爾在1922年8月2日去世時，美國和加拿大的所有電話都停止服務了一分鐘來紀念他。

內燃機

■四沖程內燃機 / Zephyris / Creative Commons

在這些發動機中，燃料燃燒釋放出的高溫氣體迅速膨脹，推動活塞移動。內燃機將化學能轉化為了動能。許多科學家花了幾十年的時間設計了內燃機并在19世紀下半葉獲得了現代化的基本形態。這一發明開啟了工業時代，使得包括現代汽車和飛機在內的各種機器的發明成為可能。

上圖展示了四沖程內燃機的工作步驟：1)進氣沖程：吸入空氣和汽化燃料；2)壓縮沖程：燃料蒸汽和空氣被壓縮并點燃；3)動力沖程：燃料燃燒，活塞向下移動，為機器提供動力；4)排氣沖程：廢氣被排出。

避孕藥

■早期使用的避孕藥盒，1960年 / 蓋蒂圖片社

避孕藥、避孕套和其他形式的避孕措施讓人可以不再僅僅為了生育而發生性行為，這不僅在發達國家引發了一場性革命，而且在使用了這些避孕工具的國家，大幅降低了每個女性的平均后代數量。由于需要養活的人越來越少，現代家庭有了更高的生活水平，能為每個孩子提供更好的物質條件。與此同時，全球范圍內，避孕措施正在幫助人口增長逐漸趨于平穩。到本世紀末，世界人口數量可能會穩定下來。某些避孕措施，如避孕套，還可以預防性傳播疾病。

自然和草藥避孕方式已經使用了幾千年。據學者杰西卡·博爾奇在《保護措施：倫敦橡膠公司和避孕套業務的歷史》(麥吉爾-女王大學出版社，2020年)一書中所說，避孕套，自古以來就以某種形式存在著，直到19世紀，橡膠避孕套誕生。美國FDA于1960年批準了第一款口服避孕藥。到了1965年，超過650萬美國女性在服用避孕藥（喬納森·艾格《避孕藥的誕生：四位先驅如何重新發明了‘性’并發起了一場革命》(W. W. Norton & Company, 2015)一書提供的數據）。

科學家們在節育方面不斷取得進展，一些實驗室甚至在研究男用避孕藥。2002年，美國FDA批準了一款名為Essure的永久性節育植入產品。但在2016年，FDA警告稱，要小心使用這種植入產品，Essure可能有嚴重的健康風險。

互聯網

■據2005年1月15日的數據繪制的互聯網地圖，每個節點代表一個IP地址。Creative Commons / The Opte Project

互聯網是全球數十億人使用的計算機網絡全球系統。上世紀60年代，為美國國防部高級研究計劃局（ARPA）工作的一個計算機科學家小組建立了一個通信網絡以連接機構的計算機，稱為阿帕網（ARPANET），這就是互聯網的前身。它使用了一種名為“分組交換”（packet switching）的數據傳輸法，這種方法由計算機科學家和團隊成員勞倫斯·羅伯茨在此前其他科學家的工作基礎上開發而來。

計算機科學家哈里·R·劉易斯在《創造未來的想法：計算機科學經典論文》(麻省理工學院出版社，2021年)中說，網絡技術是在20世紀70年代，由科學家羅伯特·卡恩和文頓·瑟夫開發，他們為互聯網開發了關鍵的通信協議、傳輸控制協議（TCP）和互聯網協議（IP）。因此，卡恩和瑟夫通常被認為是互聯網的發明者。

1989年，計算機科學家蒂姆·伯納斯·李在歐洲核研究組織（CERN）工作時發明了萬維網（www），互聯網得到了進一步發展。根據歐洲核研究組織的說法，“萬維網的基本思想是將計算機、數據網絡和超文本這三個不斷發展的技術融合在一起，形成一個強大而易于使用的全球信息系統。” 萬維網的發展為每個人打開了互聯網的世界，并以一種前所未有的方式將世界連接了起來。

釘子

■在俄羅斯西伯利亞發現的三枚古老的手工釘子 Alexcoolok / Shutterstock

這一重要發明可以追溯到2000多年前的古羅馬時期，只有在人類發展出鑄造金屬的能力后才成為了可能。在此之前，木制結構的建筑，必須依靠能相互咬合的木板才能搭建起來，而這是個特別艱難的施工過程。

據佛蒙特大學的說法，到18世紀90年代和19世紀初，釘子基本都是手工打造的，鐵匠把一根方形鐵棒加熱，然后在四面錘打，形成釘子的尖頭。制釘機在18世紀90年代到19世紀初才開始使用。其后，釘子制作技術不斷進步。在亨利·貝塞麥發明了用鐵大規模煉鋼的工藝后，昔日的鐵釘逐漸沒落。據佛蒙特大學的數據，1886年，美國10%的釘子由軟鋼絲制成。到了1913年，美國生產的釘子90%都是鋼絲制造的了。

與此同時，螺絲釘（更堅固也更難以插入的緊固件）的發明通常被認為是公元前3世紀的希臘學者阿基米德的杰作，但據大衛·博克利在《工程簡介》(牛津大學出版社，2012年)中所說，螺絲釘可能是由畢達哥拉斯哲學家阿基塔斯發明的。

用火

■烤火的男人 / 蓋蒂圖片社

火的使用是人類最強大的早期發明之一，從根本上改變了我們遠古祖先的生活方式。火不僅帶來了溫暖，還給人類提供了烹飪肉類等食物的能力。篝火成了新的社交聚會的方式，同時還能抵御野獸的襲擊。

人類發現火的確切日期一直是個謎。有研究表明，100萬年前，肯尼亞的古人類首次使用了火來烹飪肉食。其他證據表明，歐洲和亞洲的尼安德特人使用了火，而在非洲進化的智人掌握了造火技能。最近，以色列的考古學家還發現了150萬至200萬年前古人類用火的證據。

混凝土

■斗獸場內部的全景照片/蓋蒂圖片社

古羅馬被認為是最早在建筑中使用混凝土的先驅之一，羅馬的浴室和標志性景點，如斗獸場和萬神殿圓頂，都是用混凝土與火山灰、石灰和海水混合建造的。令人難以置信的是，這些古建筑，很多至今屹立不倒，而且過了2000多年，依然保持著良好的狀態——這就是古羅馬混凝土“長壽”的證明。然而，早在公元前3000年，古埃及人就在建筑中使用了一種原始混凝土，并將這種混凝土與灰和鹽水混合制成砂漿。一項研究稱，吉薩大金字塔的一部分可能就是用混凝土建造的。混凝土抗壓能力強，但受力時也容易斷裂，因此，19世紀末法國發明的鋼筋混凝土讓混凝土具有了鋼的強度，使其在建筑中得到了更廣泛的應用。

放大鏡

■舊式放大鏡，泛黃的筆跡 / 蓋蒂圖片社

方濟會修士、牛津大學學者羅杰·培根于1268年第一個發明了放大鏡。培根被稱為“英國第一個科學家”，但他發明的放大鏡是建立在穆斯林學者的研究基礎上的。不過，光學工具的使用可以追溯到更早的時候。有證據表明，早在公元前700年，古埃及人就發現他們可以透過水晶來改善視力。

電池

■亞歷山德羅·伏特發明的第一款電池。它本質上是一堆浸泡在鹽水中的銅和鋅圓盤。

第一款電池可以追溯到1800年，意大利的物理學家亞歷山德羅·伏特將一堆銅和鋅圓盤裹在一塊布里并將其浸入鹽水中，發現這可以導電。1802年，蘇格蘭教授威廉·克魯克改進了伏特的設計，發明了“槽式電池”，由50個銅和鋅圓盤組成，裝在一個盛滿鹽溶液的木盒中用于導電。法國物理學家加斯頓·普朗特在1859年發明了第一款可實際使用的電池。普朗特發明的可充電鉛酸電池的現代版，仍然在今天的汽車中使用。

航海天文鐘

■自學成才的英國鐘表匠約翰·哈里森發明的第一個航海天文鐘（1735年）/ 蓋蒂圖片社

從15世紀開始，探險家和航海商人開啟了偉大的發現之旅，全球海洋貿易由此迎來了大發展的時代。貿易船只攜帶著珍貴的絲綢、香料、鹽、葡萄酒和茶葉，在變幻莫測的海面上航行數月。1707年的錫利海難損失了四艘戰艦，船員們更急切地意識到需要一種精確的方法，在看不見陸地的情況下確定經度。

1714年，英國議會為能解決這個問題的人設置了2萬英鎊的懸賞。鐘表匠約翰·哈里森在1735年憑借他發明的航海天文鐘贏得了賞金。更了不起的是，哈里森是自學成才的鄉村鐘表匠。他設計的巧妙的計時裝置由船的搖擺運動而非重力驅動，水手們可以用它來準確計算海上的經度。

飛機

■萊特兄弟發明的飛機

幾個世紀以來，展翅飛翔一直是發明家的夢想。第一次載人飛行發生在1783年，當時約瑟夫·邁克爾和雅克-埃蒂安·蒙戈菲爾乘坐熱氣球飛上了天。1853年，英國工程師喬治·凱利設計了第一架能飛起來的滑翔機。但直到1903年，奧維爾和威爾伯·萊特兄弟才制造出了第一架成功飛行的飛機。它不僅憑借自身的動力從北卡羅來納州的基蒂·霍克起飛，而且，與許多早期制造的飛機不同，它在飛行和降落時都沒有損壞。萊特兄弟的靈感來自對飛行中的鳥的觀察。他們的飛機設計借鑒了鳥類翅膀的樣子，而機翼展開足足有32英尺（10米）。

冰箱

■冰箱是一項相對現代的發明，但古人發現了其他保存食物的方法 / 蓋蒂圖片社

制冷方法已經存在了數千年。古代的人會根據天氣選用冰或冰水來冷藏食物。但人工制冷法直到1748年才出現。當時，威廉·卡倫醫生首次證明了蒸發冷卻技術。1834年，美國工程師雅各布·帕金斯發明了蒸汽壓縮系統，進一步取得了突破。1876年，德國工程師卡爾·馮·林德提出了一種液化氣體的方法，開啟了商業制冷的時代。1913年，美國工程師弗雷德·沃爾夫發明了第一臺家用冰箱，隨著對新鮮農產品需求的增長，擁有冰箱的家庭數量也急劇增加。

核能

■法國羅納的一座核電站里正在冒煙的冷卻塔 / 蓋蒂圖片社

意大利物理學家恩里科·費米在20世紀30年代發現了核能：用中子轟擊原子可以分裂原子并產生巨大的能量。接著，他在芝加哥大學開發了第一個核連鎖反應。這個成功的實驗促成了20世紀50年代幾座核電站的發展。愛達荷州在1951年啟動了第一個核電站，在其實驗增殖反應堆I號站點使用了原子能發電。前蘇聯的奧布寧斯克于1954年成為世界上第一個并網的核電站，而賓夕法尼亞州的希平波特核電站于1957年成為世界上第一個商業核電站。

核能，在今天依然在世界各地被廣泛使用，提供了約10%的全球能源。

一個問題是，現有的核電站使用裂變來分裂原子，這會產生需要很長時間才能衰變的放射性物質。切爾諾貝利和福島第一核電站等核災難的風險凸顯了裂變核電的挑戰。

因此，科學家們正致力于創造可用的核聚變反應堆，理論上這可以產生清潔、無限的能源。2022年，科學家們報告了一項小突破：一個聚變反應堆產生的能量比投入的要多。然而，專家稱，我們離一個可用的聚變反應堆還有很長的路要走。

疫苗

■戴著手套的醫務工作者從藥瓶中取出疫苗 / Shutterstock

據世衛組織估計，由于接種了預防白喉、破傷風和麻疹等傳染病的疫苗，每年約有200萬至300萬人的生命得以挽救。

最早的疫苗接種可以追溯到10世紀的中國，當時的人發現，如果在皮膚上的小劃痕上接觸低劑量的天花病毒，就能獲得對抗天花的保護力。1796年，英國醫生愛德華·詹納發現擠奶女工很少感染天花或死于天花，因為她們之前都感染過牛痘病毒。于是他開始使用牛痘來開發天花疫苗。他給一個8歲的男孩接種了牛痘，然后讓他接觸天花病毒，結果這個男孩并未感染致命的天花。詹納的實驗促成了天花疫苗，他的工作也被認為是免疫學的開始。1980年，世衛組織正式宣布根除了天花。但科學家們還在繼續開發新的救命疫苗——最引人注目的就是在抗擊新冠大流行中發揮了重要作用的新冠疫苗。

X射線

■布爾戰爭, 在倫敦醫院進行X光檢查的軍人 / 蓋蒂圖片社

像許多偉大的發明一樣，X射線是偶然被發現的。1895年，德國工程師和物理學家威廉·康拉德·倫琴對輻射的潛力進行了為期兩個月的研究。在一次測試陰極射線能否穿過玻璃的實驗中，他注意到輻射能夠穿過相當厚的屏幕并留下固體物體的陰影。他很快發現X射線可以穿過人體組織并顯示出骨骼和器官的清晰圖像。一年后，一組醫生為患者拍攝了最早的X光片。這些觀察為我們今天熟悉的放射學奠定了基礎，并從此開始幫助醫療專業人員診斷骨折、腫瘤、器官衰竭等問題。

本文譯自livescience.com刊載的文章：20 inventions that changed the world

作者：Natalie Wolchover, Jessica Leggett

2、改變世界的發明，世界十項重大發明

1，薯片。毫無疑問，世界上最受喜愛的小吃之一是薯片。薯片也是一個偶然的發明，但它更像是一個惡作劇，由美國當地一家餐館的廚師發明。客人不滿該廚師做的薯片又厚又沒味道而三次退回廚房，使該廚師即沮喪又憤怒，因此他將馬鈴薯切得很薄，油炸得很脆，并在上面撒了很多鹽。令他驚訝的是，竟然得到很多客人的好評，成了該廚師的特色，現在我們把它們當作各種薯片吃。

2，冰淇淋甜筒。改變世界的最有趣和偶然的發明之一是冰淇淋甜筒。盡管冰淇淋在甜筒發明之前就已經成為最受歡迎的，但是用華夫餅錐做甜筒的想法是全新的。在1904年的一個展覽會上，一個冰淇淋攤位賣得很好，但他們用完了盤子。鄰近的華夫餅攤做的不好吃，剩下很多的華夫餅，所以兩個攤主就商量打造了一個卷起的華夫餅干，里面放著冰淇淋，這就是我們現在所說的冰淇淋甜筒，我們一定很喜歡它。

3，可口可樂，幾乎整個世界都沉迷于這種飲料，它已經像風暴一樣接管了飲料行業。可口可樂最初創建于1880年，是作為藥物使用的，是酒精和古柯提取物的混合物。John Pemberton是發明它的藥劑師，但后來由于亞特蘭大州禁酒，他后來不得不改變藥用飲料中使用的成分。成分變化后，它變成了一種碳酸飲料，從那時起，它就是全球最受歡迎的飲品。

4，塑料。塑料已成為制造其他產品最重要的材料之一，讓它成為器具，玩具，家具等等。即使世界上已經制造出不同形式的塑料，但現在塑料的形式，即合成形式是1907年創造的。塑料的創造者意外的發明了一種叫bakelite的材料，這種材料后來被轉化為精致版合成塑料。這種材料在高溫下不會融化的聚合物是該材料獨特的原因，現在全世界都充斥著塑料。

5，抗生素。想一下，如果沒有抗生素，我們的生活將會怎樣，也許無法生存。 大多數的抗生素是一個非常偶然的發現，1928年，英國細菌學家亞歷山大弗萊明在實驗室中無意發現，培養皿中的葡萄球菌被污染而長了一大團霉，重要的是霉團周圍的葡萄球菌都被殺死了，而離霉團較遠的葡萄球菌仍然存活。通過鑒定，弗萊明知道了這是青霉素的一種，經過一系列的實驗和研究弗萊明認為這是一種適應于全身的抗菌藥物，可以說，抗菌素的應用拯救了億萬人的性命，人類的壽命也得以延長。

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