(09)科技之谜-第6部分

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　（1818～1901年）研究了传染的途径，并于1854年提出了一种学说，说霍
乱是一种特殊的病原菌在腐败的有机物污染的土壤中产生的毒素引起的。柯
赫一发现霍乱菌，彼登可法就承认那是他所说的特殊的病原菌。但是，他又
根据自己的学说，主张不介于土壤的霍乱菌，是不会引起霍乱的。
　　　　　1892年，当时已74岁高龄的彼登可法为了证明自己的主张正确，而当
着学生的面喝了培养出来的纯霍乱菌。过了好几天也没有发病，因此，看上
去他似乎战胜了柯赫，但是，后来他的学生恩梅希利希也作了同样的实验，
而他却得了霍乱，彼登可法的学说因此而破产了。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　接种能否预防传染病
　　　　　另一方面，巴斯德把探索病原菌的工作交给了柯赫，而他自己却拼命研
究动物对病原菌的抵抗能力。他的这种研究导致免疫学的建立，为我们带来
了无可估量的好处。
　　　　　1880年，巴斯德着手研究鸡的可怕的传染病——鸡霍乱。他用鸡的血液
培养了这种病的病原菌。把浸过这种病原菌的面包扔给鸡吃，鸡就得了鸡霍
乱，很快就死去了。但是，把几周前培养出来的细菌给鸡吃，鸡却没有死。
再把新分离出来的剧毒细菌给那只鸡吃，鸡还是没有得病。他就这样发现了
毒性变小的细菌　（菌苗）使鸡有了免疫力，不会再得同样的疾病。
　　　　　他接着研究羊的炭疽病，培养了菌苗。但是，很多医生和兽医都对他的
理论持否定态度，反对使用菌苗。最后，终于在1881由默伦农业会主持，举
行了公开实验，以便确定两者中谁的说法正确。实验场所选在默伦附近的一
个牧场。5月5日，实验的准备工作完全就绪，很多农业家、化学家、医生
和兽医都赶来作证。其中大部分人都相信、盼望以至公开扬言巴斯德的实验
将失败。
　　　　　50头羊分成两群。巴斯德和他的学生给25头羊注射了炭疽病的菌苗。
两周后的　5月　17日第二次注射了菌苗。又过了两周，5月31日巴斯德和他
的助手们把50头羊全部逮住，注射了新鲜的、剧毒的炭疽病菌。巴斯德预言，
没有接种菌苗的25头羊在6月2日以前将全部死掉，而接种过菌苗的25头
羊一头也不会死。
　　　　　6月2日，除见证人外，还有很多看热闹的人、新闻记者赶来。展现在
他们面前的情景，和巴斯德所预言的完全一样。地上躺着22头羊的尸体，旁
边有两头在垂死挣扎，不到一个小时也死掉了。唯一剩下的一头羊，也于当
天死掉。而接种菌苗的25头羊，却安然无事，自由自在地吃着草。
　　　　　这种戏剧性的公开实验，勿庸置疑地证明了菌亩具有卓越的效力，证明
了巴斯德的免疫理论的正确性。实验后的两年内，近十万头家畜接受了菌苗，
其中因炭疽病而死亡的只有650头。而在此以前，每十万头家畜中，每年都
有大约9000头死于这种病。
　　　　　免疫理论立刻被应用到预防人的传染病上来，不知有多少人因此而免于
死亡。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　热气球好还是氢气球好
　　　　　像鸟一样在高空飞翔，是人类多年来的愿望。这种愿望，由于1783年出
现气球而如愿以偿。而且，几乎在同一个时期出现了两种气球，彼此展开了
激烈的竞赛。
　　　　　第一个把气球放上天的，是居住在法国里昂附近的昂诺内的造纸业者蒙
格雷维尔兄弟：兄约瑟夫（1740～1810年），弟雅克（1745～1799年）。他
们两人用纸和亚麻制造了直径5米的气球，于1783年6月5日用燃烧麦秆的
热气把气球升上大约2000米的高空。这就是热气球。
　　　　　消息传到巴黎，法国科学院把蒙格雷维尔兄弟请到巴黎，让他们做实验，
但是，准备工作需要三个月的时间，性急的巴黎人等不得。因此，当时刚刚
出名的实验科学教授雅克·夏尔（1746～1824年）他提出了关于气体温度和
体积关系的夏尔法则，一举成名，决定自己作气球实验。
　　　　　与蒙格雷维尔兄弟的做法不同，他是利用比空气轻的氢气作浮力的。在
罗贝尔兄弟的协助下，他用涂胶的不透气的丝绸制成了直径约四米的球，内
充用铁和硫酸制造的氢气。实验是在8月27日进行的。他在涌到圣德马克广
场来的据说达30万人的观众面前，割断了系气球的绳子，气球迅速上升，两
分钟后，便消失在云雾中了。这个气球大约飞了45分钟，落在了距巴黎24
公里的格内斯村。老百姓见从天上飞来个怪物，十分吃惊和恐怖，用步枪、
耙子、连枷等把气球打了个粉碎。
　　　　　在夏尔制造新气球的时候，蒙格雷维尔兄弟出现在巴黎，于9月19日进
行了热气球实验。这次实验是在凡尔赛宫的院子里进行的，国王路易十六和
皇后也出席观看。在黑压压的人群面前，五彩缤纷的直径达15米的热气球载
着羊、鸡和鸭子飞上了天空。上升到大约500米的高度，于8分钟后落在三
公里外的森林里。
　　　　　蒙格雷维尔兄弟还作了一个直径16米、高25米的大气球，于11月21
日载着皮拉特尔·德罗齐埃和达尔朗德飞上天，进行了第一次载人飞行。他
们两人从布洛涅森林起飞，点燃携带的麦秆以维持浮力，以　1000米的高度横
越巴黎上空。约25分钟后在八公里外的野外着陆。
　　　　　十天后，12月1日，夏尔和罗贝尔兄弟中的一个人一起坐进新制造的氢
气球，在40万观众的注视下，从图伊勒里宫的院子起飞。以大约600米的高
度，在空中飞行了两个小时，降落在40公里外的内斯尔。夏尔曾一个人乘气
球达到过3500米的高空，并平安地返回地面。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　直流送电好还是交流送电好
　　　　　空前绝后的发明大王托马斯·爱迪生也并非一生中没有犯过一次错误。
他粗暴地反对交流送电，被视为他一生中的最大错误。
　　　　　爱迪生费尽心血，于1879年10月21日成功地把用炭化棉线制成的灯丝
封入真空灯泡，并使之持续亮了大约40个小时　（一说是13个小时）。与此
同时，他还研究成功了电线、插座、开关、保险丝和电表等配电送电所必需
的元件。1882年在伦敦和纽约开始从中央发电站向数千家用户送电。
　　　　　但是，在配电和送电中只使用110伏的直流电，因此，电压低，损耗大，
充其量只能给离电厂二三英里内的用户送电。
　　　　　1869年，乔治·威斯汀豪斯（1846～1914年）发明了气闸，他以此为基
础，投身于铁道事业，取得了成功。他预见到电力事业的未来，而打进了这
个领域。他了解到，戈拉和吉布斯取得了变压器的专利权，他认为，变压器
是解决直流送电问题的关键。就是说，送电损耗与电压的高低成反比，电压
越高，这电效果越好。所以，最好是用交流，用变压器提高电压后送出到用
电的地方再用变压器变到安全的实用电压，供用户使用威斯汀豪斯买下了戈
拉吉布斯的专利权，以自己改进，制成了实用变压器。1885年底成立了威斯
汀豪斯电气公司1886年3月，成功地在四英里的线路上送电。同年感恩节之
夜，布法拉市的许多电灯通过这种方式发出了亮光。这件事轰动一时，人们
纷纷前来订购。
　　　　　刚开始时认为没有什么了不起的爱迪生，对此感到不安因此，不惜重金，
大造舆论，宣传交流送电有危险。他不断把新闻记者和参观者邀请到他的研
究所，让他们看高压电流击死野狗、野猫的试验。据说，附近的猫、狗因此
而减少到过去的十分之一，特别是，纽约法院当局决定取消绞刑，而采用交
流电椅处刑一事，对爱迪生来说，是一个极好的宣传材料。
　　　　　由于爱迪生的攻击，交流电的声誉下降了，威斯汀豪斯的事业也面临绝
境。但是，他毫不气馁地寻找反击的机会。1893年，他在芝加哥万国博览会
上，成功地避开爱迪生，接受了为25万个灯泡供电的计划。这项计划取得了
非凡的成功，因此，早就计划利用尼亚加拉瀑布发电的D·亚当斯便把这项
事业委托给了威斯汀豪斯。交流电因此而取得了决定性的胜利。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　谁先发现杨辉三角
　　　　　杨辉三角是一个由数字排列成的三角形数表，一般形式如下：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　　　　　　　　　　1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　　　　　　2　　　　　　　　　　　　1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　3　　　　　　　　　　　　3　　　　　　　　　1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　4　　　　　　　　　　　6　　　　　　　　　　　4　　1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1　　　　　　　　5　　　　　　10　　10　　　　　　　　　　　　　5　　　　　　1
　　　　　　　　　　　　　　　　1　　6　　　　　　　　　　　15　　20　　15　　6　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　n
　　　　　其中每一横行都表示　（a＋b）　（此处n=1，2，3，4，5，6，）展开式中
的系数。杨辉三角最本质的特征是，它的两条斜边都是由数字1组成的，而
其余的数则是等于它肩上的两个数之和。后者实质上就是后来发现的组合数
的基本性质：
　　　　　C（R…1）　（N…1）　＋　CR　（N…1）　=　CR　（R　=　1，…，N　）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　N
　　　　　按照这一规律，可得到任意高次的二项展开式的系数。
　　　　　上述二项系数所组成的三角形数表在欧洲称之为巴斯加三角形。在欧美
国家的数学史著作中，虽然近年来也承认并不是巴斯加最早发现了它，但却
始终认为它来自欧洲或阿拉伯。直至　1972年出版的　《古今数学思想》
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　n
　（＇美＇M·克莱因著）仍然坚持这种观点，认为“（a＋b）在n为正整数时的
展开式，那是13世纪的阿拉伯人就已经知道了的。在1544年左右，史提非
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　n…1
　（Stifel）引入了　‘二项式系数’这个名称，并指出怎样从（1＋a）　来计
　　　　　　　　　　n
算　（1＋a）”。还说类似上述杨辉三角的三角形数表“是塔塔利亚、史提非
和斯提文都已知道的，并被巴斯加用来得出二项展开式的系数”。反而对中
国古代数学家在这方面居于世界领先地位的开创性贡献只字不提，这实在是
极不公正的。
　　　　其实，中国古代数学家在数学的许多重要领域中处于遥遥领先的地位。
中国古代数学史曾经有自己光辉灿烂的篇章，而杨辉三角的发现就是十分精
彩的一页。
　　　　杨辉，字谦光，北宋时期杭州人。在他1261年所著的《详解九章算法》
一书中，辑录了如上所示的三角形数表，称之为“开方作法本源”图，并说
它“出释锁算书，贾宪用此术”。贾宪是11世纪人。这就表明，杨辉三角的
发现远早于1261年，也不是杨辉首先发现的，而是杨辉之前约200年的贾宪
创造的。
　　　　科学史上的任何发明创造都有其客观背景和演变过程。杨辉三角的发现
渊源于高次方程的数值解法。中国古代数学家们对高次方程数值解法的探索
经历了长时期的发展过程。那时候把求解一般方程的数值解法叫作“开方
法”。这是因为一般方程的数值解法，都是由开方的方法推演出来的。特别
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　　　　　　　3
地，开平方和开立方，实际上正是求解x=A和x=B的一种数值解法。早在
魏末刘徽作注的　《九章算术》中，就有完整的开平方法和开立方法。刘徽探
索了这种方法的来源，作出了这种方法的几何解释。例如要求完全平方数
55225的平方根，相当于求一面积为55225的正方形的边长。注意到55225
的平方根为一个三位数，可设正方形的边长为100a＋10b＋c（即a、b、c分别
为所求平方根的百位、十位、个位上的数字），然后逐一确定a、b、c。为
此，刘徽把正方形划分成如图所示的七个部分，其中　1、4、7三部分分别是
边长为　100a、10b、c的正方形。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2
　　　　作了这样的划分以后，首先确定百位数字的　a使它为满足　（100a）≤
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2
55225的最大正整数。易见a等于2。此处（100a）=4000为正方形面积减
去的正方形1的面积，得15225。接着确定十位数字b，使它为满足2×100a
　　　　　　　　　　　　　　　2
×10b＋（10b）≤15225的最大整数。不难知道这里的b等于3，而2×100a
　　　　　　　　　　　　　　2
×10b＋（10b）为2、3、4，三部分面积之和，它与正方形1的面积之和为
　　　　　　　　　　　2
　（100a＋10）bc，此时余下的面积为2325。最后确定个位数字c，使2（100a＋b）
c＋c=2325。此处c等于5（若被开方不是完全平方数，则上式等号添加不等
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2
号，把上述手续继续进行下去）。于是（100a＋10b＋c）=55225，即55225的
平方根为235。用类似的方法，借助于正方体，可进行开立方运算。根据刘
徽的几何解释，古代数学家们不难体会到下列恒等式：
　　　　　　　　　　　　2　2　　　　　　　　2
　　　　　　（a＋b）=a＋2ab＋b
　　　　　　　　　　　　3　3　　2　　　　　　　　　2　3
　　　　　　（a＋b）=a＋3ab＋3ab＋b
　　　　在这以后的数百年中，我国古代数学家们一直没有停止对更高次的开方
法的研究。宋元时期是我国古代数学史上群星灿烂的黄金时代，这一时期诞
生了许多杰出的数学家，留下了不少出色的数学著作。贾宪就是这一时期的
人，他是北宋天文学家楚衍的儿子。贾宪创造了新的开平方法和开立方法，
　《详解九章算法》称之为“增乘开方法”。以开平方为例，因为有等式
　　　　　　　　　　　　2　2　　　　　　　　2　2
　　　　　　（a＋b）=a＋2ab＋b=a＋（2a＋b）b
　　　　则可以把一个数的平方根分成几位数