智慧的闪电--世界发明史话-第18章
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把自行车的前轮变小，从而使骑车更安全的尝试不断进行着，但限于当
时的工艺水平，这些尝试都失败了。
1885年，英国人斯塔利发明了链条传动的自行车。这种自行车用链条把
踏板的运动传达给轮，并把前后轮的大小一致起来。为了加快行走速度，他
还把脚踏板上的齿轮设计得大于后轮，以便后轮的转速大于脚踏的速度。这
种自行车的一个主要优点，是把车座、踏板、把手以及前后轮的旋转轴这五
个点，互相之间都构成三角形结构，这种结构完全符合结构力学原理。
经过斯塔利的改进，自行车变得安全可靠，而且效率大大提高了。于是，
自行车在欧洲很快地普及开来。
1888年，苏格兰人邓洛普又发明了内充空气的车胎。在此之前，自行车
用的都是木轮或实心胶轮，这种轮子很重。邓洛普一心想加以改进，但又苦
于想不出好办法。有一天，他在公园用橡胶水管浇花时受到启发，发明了带
充气内胎的车轮，从而使自行车的性能得到飞跃性地提高，开创了一个自行
车大普及的时代。
邮票的诞生
（1840年）
人们在日常生活中，写信、邮寄物品都离不开邮票。因此，对邮票人们
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都是很熟悉的。特别是许多集邮爱好者，对邮票的历史都很清楚。
世界上最早的邮票是英国在 1840年发行的一便士的黑色邮票和两便士
的蓝色邮票。它的发明，并不是凭借灵感，而是邮政服务系统长期发展的必
然结果。
在古希腊和罗马帝国之后的欧洲，最先建立国家邮政服务系统的主要国
家是路易六世统治的法国，因为法国在1464年就颁布了邮政法。英国的查理
一世于1635年建立了一个由皇家垄断的邮政系统。在第一任邮政局长威瑟林
斯的领导下，英国邮政实行了日夜服务，只要6天就能把一封信从伦敦送到
爱丁堡，并把回信从爱丁堡送到伦敦。威瑟林斯还制定了一个正规的邮费表，
只有一张纸那么大。根据这个表，每80英里路程收两便士邮费。
18世纪末叶，在皮特的管理下，英国改进了公路，引进了最早的邮政马
车，从而提高了邮政服务的速度和效率，但是邮费也不断增长，这引起人们
的极大不满。
1836年，罗兰·希尔提出取消基于距离和若干邮费表的系统，而代之以
基于重量的一致的收费标准，通过用胶水把“标签”粘在每一封信上的办法
预先收费。这一建议在1840年5月6日付诸实施，英国政府这时发行了两种
最早的“标签”——邮票。这一改进取得了成功，在1840年投递的信件比前
一年多了一倍。
在最初的年代里，标准邮票有许多改进。1854年，阿切尔发明了邮票穿
孔机，这一发明使得投递信件人不再需要用剪刀来剪邮票。
在邮票使用中，也出现了一些欺骗行为。比如有人把打在黑色邮票上的
邮戳弄掉，再重复使用。为了防止这个问题，人们又改进了邮票的制作技术。
除了改成红色之外，还用若干分离的印版印刷以防伪造，并在邮票的角上加
上检查字母以防止另一种常见的欺骗行为，如在两张用过的邮票上各剪下一
半来，把没有邮戳的两半拼成一张“新”邮票。
1874年成立了万国邮政联盟，此后，希尔创造的邮政系统在全世界迅速
得到了推广。
转炉炼钢技术的发明
（1856年）
提到炼钢技术，在相当古老的年代就已出现了。公元前15世纪，在亚美
尼亚有一种叫做“渗碳法”的炼钢技术。其方法是把熟铁反复加热锤打，使
碳素渗入熟铁表面。这种原始的炼钢办法一直被人们应用到18世纪。
这种古老的炼钢技术，曾经制造出锋利惊人的名剑宝刀。但由于这种“千
锤百炼”的办法太费功夫，炼出来的钢铁数量有限，难以满足产业发展对大
量钢铁的需要。
1740年，英国的哈尔曼在印度古老的“坩锅”炼钢法的基础上，发明了
一套现代的炼钢技术。他把铣铁、碎玻璃和木炭盛在坩锅里，放在反射炉里
从上加热，这样，铣铁就可以熔化成钢而沉在坩锅底部，然后把它倒入模型
里，冷后用来制造工具或武器。但这种炼钢法的产量仍然太小，一次最多只
能炼几十公斤钢。
而真正发明现代炼钢技术的是英国人贝塞麦。贝塞麦生于英国的查尔
顿，他的父亲是法国人，一生从事发明研究。贝塞麦在父亲的影响下，从小
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就喜欢搞发明。他在18岁时就因发明了邮票印刷机而闻名于世。
到1854年，英、法、土联军在近东和俄国展开了一场激战，即所谓克里
米亚战争。贝塞麦在此期间发明了来复线，使大炮射程更远，打得更准。但
由于当时制造大炮的钢铁质量低劣，致使发射中常因炮管破裂而影响发射。
贝塞麦按照英国军事当局的指令，要研制坚固耐用的大炮，而解决这一
问题的关键是炼出高质量的钢。为解决这一难题，他开始钻研冶金技术。他
查遍了所有图书馆有关冶金技术方面的大量资料，考察了英格兰的炼铁厂，
并创建了冶炼实验工厂。
一天，贝塞麦正在实验工厂炼铁，他用鼓风箱往坩锅里吹风，偶然发现
一块铁片粘在坩锅边上。当他取下这块铁片细看时，发现这是一块炼成了的
钢。贝塞麦十分兴奋，决心揭开铁片变钢的奥秘。经过多次试验研究，终于
弄清了原因：由于吹进了氧气，才使生铁中的碳大多被氧化而变成了钢。于
是，他设计了一个从坩锅底部吹进大量氧气的方法。这样，一种新式转炉诞
生了。
这种转炉是一个罐形装置，架在转体上可以侧倾装料和卸钢。铁水倒入
转炉，同时加入其他物料以清除杂质，然后强烈的热风通过炉底吹入。空气
中的氧首先与铁生成氧化亚铁，氧化亚铁再把生铁中的锰硅等杂质氧化除
去，再与生铁中的碳化合，生成二氧化碳从上边排出。
1855年7月的一天，贝塞麦用一根陶土制成的管往坩锅的铁水进行吹风
试验时，突然从坩锅口飞出雨点般的火花，一刻钟之后，火花不见了，而火
焰则由红变白，再变弱，最后完全消失了。贝塞麦迅速取出样品进行化验分
析，证实这炼出来的确实是纯钢。以往要用几个星期才能炼成的钢，贝塞麦
只用了十几分钟就完成了。1855年8月，贝塞麦在英国公开发表了他只用15
分钟炼成纯钢的新技术。
贝塞麦发明的转炉只需十几分钟就可以炼出10吨以上的钢，这样能为建
筑材料、机床及枪炮等大型武器的制造提供足够的原料。
转炉炼钢法出现后，人们对它的改进仍在继续进行。1877年，英国人托
马斯用碱性耐火材料给转炉加上了碱性内衬，使过去容易被磷腐蚀的转炉性
能得到大幅度提高。
第二次世界大战后，1952年，奥地利的林茨公司和德纳威茨公司合作，
研究出了氧气顶吹转炉炼钢法。这种转炉是从上部用高速喷嘴向炉里吹氧
气，而不是从底部吹氧气，这样就扩大了炉子的容量，也提高了产品质量。
目前现代化钢厂大都使用这种转炉。
失败的成就——合成染料
（1856年）
朋友，当你走在大街上，看到人群、车辆及建筑物构成的那五光十色的
景象时，你是否会想到，这主要是染料给生活增添的色彩呢？100多年前，
生活的色彩还没有今天这样地丰富多样，因为那时染色还非常困难。谁要想
把布料染成自己喜爱的颜色，只能用茜草、郁金、蓝靛、大黄、红花等植物
的根、叶和皮之类的汁来染色。由于这些植物染料种类不多，数量也少，而
且染出来的东西色泽不够明亮，远不能满足人们对色彩的爱好与需求。
直到化学合成染料出现后，才解决了人们对色彩的需求。而这项化学上
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最重要的发明，是由英国人柏琴完成的。
19世纪40年代，非洲的英国殖民地曾流行疟疾。奎宁是治疗疟疾的特
效药，但是天然的奎宁产量少，满足不了需要。
当时任英国皇家化学院院长的霍夫曼为了用人工方法合成奎宁，开始研
究从煤焦油中提取奎宁的办法。1856年，霍夫曼收了一个积极热情的18岁
研究生，这就是柏琴。
柏琴在自家庭院角落的一间小屋里夜以继日地进行实验，连节假日也不
休息。他从煤焦油制取了一种苯的化合物叫甲苯胺，想使它再通过一些化学
变化变成奎宁，但失败却接踵而至。
于是，他又从煤焦油的另一个成份——苯胺盐想办法。在合成的最后阶
段加重铬酸钾进行氧化时，他没有得到所希望的白色奎宁结晶，却得到了一
种黑色的粘稠液体！
柏琴没有灰心丧气，他想看看这种黑色沉淀物到底是什么。于是，他向
瓶子里加了点酒精。顿时，黑色液体沉淀溶解成了鲜艳的紫红色。这一来，
更证明它不会是奎宁。
试验失败了，但聪明的柏琴却注意到了那鲜艳漂亮的紫红色。他想：能
不能用它来作染料呢？于是，柏琴拿块布片放进去进行试验。结果，布片被
染成了同样的色彩，而且美观鲜艳，这就是第一种合成染料——苯胺紫。
柏琴获得合成染料的发明专利后，就说服他的父亲，在哈罗附近建起了
一个印染厂。经过改进，生产出一种淡紫色染料，深受女士们的欢迎。就连
当时的英国女王维多利亚也非常喜欢这种颜色，有一次她穿了这种颜色的裙
子出席一个集会，很快产生了强烈的广告效应，人们竞相模仿，风靡一时。
柏琴35岁时，就因生产这种染料而成为巨富。后来他不愿再继续经营染
料工厂，便重操旧业，开始从事化学研究工作。
苯胺紫的发现极具偶然性，但这一发现却是化学上的一个重大突破，它
开辟了新的研究道路，也为化学工业和人类生活增添了光彩。
新的动力机械——内燃机
（1866年）
内燃机是相对于蒸汽机来说的。蒸汽机是利用煤的燃烧来加热锅炉内的
水，使水变成蒸汽，且蒸汽具有较高的压力。将这种蒸汽引入气缸，从而推
动活塞，使曲轴旋转。因为煤是在气缸外面燃烧，所以可以说蒸汽机是一种
“外燃机”。由此我们可以推想，如果用某种“适当”的燃料，让它在气缸
内燃烧，以推动活塞，使曲轴旋转，就可以称为“内燃机”了。
究竟需要什么样的“适当”燃料呢？不难想像：首先，燃料要能方便地
送进气缸，最好能像空气一样，能被吸进去；其次，在气缸里易燃、好烧；
第三，燃烧后气体要能方便地从气缺内排出去，不留残渣，否则气缸内将很
快被残渣占满，而且活塞是在气缸内往复运动的，残渣会更加剧活塞和气缸
的磨损。这是最基本的三条。还有一些其他的要求，如这种燃料容易获得，
携带方便，使用安全等。但只要能满足以上三条，内燃机的设想即可实现。
人类的生产实践和科学试验使符合上述三个基本条件要求的燃料一个一
个地实现了。最早出现的是煤气。煤气是将木炭或煤等，置于通风不太好的
炉子里燃烧而产生出来的一种气体。它的主要成份是一种容易燃烧的一氧化
碳气体。一氧化碳燃烧后生成二氧化碳，仍是气体，一般没有什么残渣。所
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以，煤气是满足上述要求的。
正是在这样的条件下，1866年，德国人奥托创制了第一台能够实际使用
的煤气内燃机。这台内燃机除了有气缸、活塞、连杆、曲轴、飞轮外，与蒸
汽机不同的是：气缸上有两个蘑菇形的
