推理1.7 汽缸分離 輪胎充氣 靈感解困惑.doc

1.7 汽缸分離 輪胎充氣 靈感解困惑瓦特（17361819）是世界公認(rèn)的蒸汽機(jī)發(fā)明家. 他的創(chuàng)造精神、超人的才能和不懈的鉆研為后人留下了寶貴的精神財(cái)富和物質(zhì)財(cái)富. 瓦特改進(jìn)、發(fā)明的蒸汽機(jī)是對(duì)近代科學(xué)和生產(chǎn)的巨大貢獻(xiàn)，具有劃時(shí)代的意義，它導(dǎo)致了第一次工業(yè)技術(shù)革命的興起，極大的推進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展. 瓦特出生于英國的格林諾克，由于家境貧窮沒機(jī)會(huì)上學(xué)，先是到一家鐘表店當(dāng)學(xué)徒，后又到格拉斯哥大學(xué)去當(dāng)儀器修理工，瓦特聰明好學(xué)，他常抽空旁聽教授們講課，再加上他整日親手?jǐn)[弄那些儀器，學(xué)識(shí)也就積累得不淺了. 1764年，格拉斯哥大學(xué)收到一臺(tái)要求修理的紐可門蒸汽機(jī)，任務(wù)交給了瓦特. 瓦特將它修好后，看看他工作那么吃力，就象一個(gè)老人在喘氣，顛顛顫顫地負(fù)重行走，覺得實(shí)在應(yīng)該將它改進(jìn)一下. 他注意到毛病主要是缸體隨著蒸汽每次熱了又冷，冷了又熱，白白浪費(fèi)了許多熱量. 能不能讓它一直保持不冷而活塞又照常工作呢？于是他自己出錢租了一個(gè)地窖，收集了幾臺(tái)報(bào)廢的蒸汽機(jī)，決心要造出一臺(tái)新式機(jī)器來. 從此，瓦特整日擺弄這些機(jī)器，兩年后，總算弄出個(gè)新機(jī)樣子. 可是點(diǎn)火一試，那汽缸到處漏氣，瓦特想盡辦法，用氈子包，用油布裹，幾個(gè)月過去了，還是治不了這個(gè)毛病. 一天他又趴到汽缸前觀察漏氣的原因，不小心一股熱氣沖出，他急忙躲閃，右肩上已是紅腫一片，就像被一把熱刀削過一樣，辣辣地疼起來，弄得他心煩意亂. 他真有些灰心了，這時(shí)，是他的妻子給了他勇氣，妻子用激將法又激起了繼續(xù)研究下去的雄心. 他又回到地下實(shí)驗(yàn)室，將過去的資料重新翻閱一番，打起精神又干了起來，干累了就守著爐子燒一壺水喝茶. 一天，他一邊喝茶，一邊看著那一動(dòng)一動(dòng)的壺蓋. 他看看爐子上的壺又看看手中的杯子，突然“靈感”來了：茶水要涼，倒在杯里；蒸汽要冷，何不也把它從汽缸里也“倒”出來呢？這樣想著，瓦特立即設(shè)計(jì)了一個(gè)和汽缸分離的冷凝器，這下熱效率提高了三倍，用的煤只有原來的四分之一. 這關(guān)鍵的地方一突破，瓦特頓然覺得前程光明. 他又到大學(xué)里向布萊克教授請(qǐng)教了一些理論問題，教授又介紹他認(rèn)識(shí)了發(fā)明鏜床的威爾金技師，這位技師立即用鏜炮筒的方法制了汽缸和活塞，解決了那個(gè)最頭疼的漏氣問題. 1784年，瓦特的蒸汽機(jī)已裝上曲軸、飛輪，活塞可以靠從兩邊進(jìn)來的蒸汽連續(xù)推動(dòng)，再不用人力去調(diào)節(jié)活門，世界上第一臺(tái)真正的蒸汽機(jī)誕生了. “充氣輪胎”可謂是科技史上的一大發(fā)明，其應(yīng)用之廣泛，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)之重要，只要看一看全世界每條公路上行駛的車輛和飛機(jī)的起落架就不難知道. 這充氣輪胎的發(fā)明也源自一個(gè)“靈感”. 1888年，蘇格蘭的一名獸醫(yī)約翰鄧祿普（John Dunlop），因?yàn)閮鹤域T了木制輪子的自行車摔得頭破血流，便下決心改進(jìn)它. 有什么辦法可以避免輪子造成的顛簸呢？如何讓輪子與地面不再“硬碰硬”呢？他想啊想，始終找不到一個(gè)好辦法. 有一天，他用一根橡膠制作的水管澆花時(shí)，感到水在水管子里面涌動(dòng)而富有彈性，他頓生“靈感”：把這種灌滿水的橡膠管圍在木制的自行車輪子上，不就可以減輕顛簸了嗎？他很快制成了世界上第一個(gè)“充水輪胎”，1867年，又改成“充氣輪胎”，1888年，又改進(jìn)為內(nèi)外雙胎. 那以后，他的發(fā)明經(jīng)過不斷改進(jìn)，不但解決了汽車、摩托、自行車等各種行駛車輛的減震問題，而且還形成了遍及全世界的輪胎產(chǎn)業(yè). 另一個(gè)靠“靈感”突破難點(diǎn)的重大發(fā)明是英文打字機(jī). 克里斯托夫拉森肖爾斯（Christopher Latham Sholes）在美國一家煙廠工作，妻子在一家公司當(dāng)秘書，常常日夜趕寫材料，太辛苦了！他想，如能用機(jī)器代替手工寫字，該多好??！他找到多年研究打字機(jī)卻半途而廢的朋友，把人家的模型拿過來. 他發(fā)現(xiàn)這架模型的最大問題是“字鍵”和“字臂”不實(shí)用，可自己反復(fù)研究也毫無結(jié)果. 1863年的一個(gè)深夜，肖爾斯在院子里散步構(gòu)思新方案，回到屋里偶然看到太太彎背寫字的那個(gè)美麗的側(cè)影，哇！一個(gè)“靈感”迸發(fā)出來把太太的頭當(dāng)作“字鍵”，彎彎的玉臂當(dāng)作“字臂”，豈不正是設(shè)計(jì)合理、造型實(shí)用的打字機(jī)模型嗎？他激動(dòng)地抱著太太，充滿歉意地說：“對(duì)不起啊，親愛的，我差點(diǎn)因打字機(jī)而失戀，是你賜予了我靈感?。　贝撕?，又經(jīng)過4年的反復(fù)試驗(yàn)，肖爾斯終于在1867年冬天發(fā)明出了世界上第一臺(tái)字母式打字機(jī). 雖然人們至今對(duì)于什么是“靈感”、“靈感”是否存在，一直沒有一致的認(rèn)識(shí)甚至爭(zhēng)論不休，但“靈感”肯定是人類大腦智力活動(dòng)的一種現(xiàn)象. 靈感是突如其來的，并沒有邏輯思維的一步步推導(dǎo). 靈感的出現(xiàn)，意味著常規(guī)思維的跳躍，邏輯思維的中斷. 靈感是虛幻的，可遇卻難求. 我國水稻專家袁隆平這樣解釋靈感:“靈感是知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、追求、思索與智慧綜合在一起而升華了的產(chǎn)物. ”錢學(xué)森教授解釋得更具體：“假設(shè)一個(gè)很難的問題，在這些潛意識(shí)里加工來加工去，得到結(jié)果了，這時(shí)可能與我們的意識(shí)溝通了，一下子得到了答案. 整個(gè)的加工過程，我們可能不知道. 這就是所謂的靈感. ”大發(fā)明家愛迪生（Thomas Alva Edison，18471931）總結(jié)得好：“天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的靈感. ”可見，“靈感”并不是神秘莫測(cè)的. 當(dāng)深入研究某個(gè)問題時(shí)，長久地百思不得其解，天天處于困惑之中，這時(shí)就很可能在一個(gè)特定的場(chǎng)合和時(shí)刻，發(fā)覺那個(gè)問題與當(dāng)前的事件有些雷同或相似，二者存在著某種邏輯聯(lián)系. 這兩件事情“撞”在一起，大腦會(huì)突然“閃亮”，一下子會(huì)冒出智慧的火花而驟然發(fā)現(xiàn)：這不就是那個(gè)“易如反掌的困惑”嗎？這不就是打開那把“銹鎖”的鑰匙嗎？怎么會(huì)這么簡(jiǎn)單啊，這么明白！以前為什么就那么“傻”，死活也研究不出來呢？這就是“靈感”！靈感的呼之欲出好比差一層窗戶紙沒有點(diǎn)破，閃念間，燃起璀璨煙火. 在人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史中，有一些重要的發(fā)明就來自于“靈感”. 靈感成就了偉人和偉業(yè)，更進(jìn)一步推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步！有人說詩人寫詩是有“靈感”的，其實(shí)這是詩人構(gòu)思時(shí)精神高度集中的前提下獲得的一種意境. 正常人都可以出現(xiàn)靈感，只是水平高低不同而已，并無本質(zhì)的差別. 與“靈感”相近的是“頓悟”. 頓悟就是弄明白，頓時(shí)徹徹底底弄明白. 經(jīng)常會(huì)聽到“聽君一席話，勝讀十年書. ”這就是因?yàn)榱私獾酶笍?，看到了本質(zhì). 佛學(xué)界這樣解釋“頓悟”：覺悟和迷惑的差別只在一念之間，認(rèn)為悟就是“一念相應(yīng)，便成正覺”，不僅是瞬間完成，剎那間覺悟，而且要求對(duì)真理的把握，是完整的，而不是部分的，是徹底的，而不是有遺漏的，是完全的覺悟. 介紹一下“曼德拉的頓悟”吧，也許可以從中領(lǐng)會(huì)什么是“頓悟”、“頓悟”與“靈感”的區(qū)別. 南非的民族斗士曼德拉，因?yàn)轭I(lǐng)導(dǎo)反對(duì)白人種族隔離政策而入獄，白人統(tǒng)治者把他關(guān)在荒涼的大西洋小島羅本島上27年. 羅本島位于離開普敦西北方向7英里的桌灣. 島上布滿巖石，到處都是海豹和蛇及其他動(dòng)物. 曼德拉被關(guān)在總集中營一個(gè)“鋅皮房”里，他每天早晨排隊(duì)到采石場(chǎng)，然后被解開腳鐐，下到一個(gè)很大的石灰石田地，用尖鎬和鐵鍬挖掘石灰石. 有時(shí)從冰冷的海水里撈取海帶. 因?yàn)槁吕且?，專門看押他的看守就有三人. 當(dāng)1991年曼德拉出獄當(dāng)選總統(tǒng)以后，他在總統(tǒng)就職典禮上的舉動(dòng)震驚了世界. 總統(tǒng)就職儀式開始了，曼德拉起身致辭歡迎他的來賓. 在介紹了來自世界各國的政要后,他說令他最高興的是當(dāng)初看守他的3名前獄方人員也能到場(chǎng). 他邀請(qǐng)他們站起身，以便他能介紹給大家. 曼德拉博大的胸襟和寬宏的精神，讓南非那些殘酷虐待了他27年的白人汗顏，也讓所有到場(chǎng)的人肅然起敬. 看著年邁的曼德拉緩緩站起身來，恭敬地向3個(gè)曾關(guān)押他的看守致敬，在場(chǎng)的所有來賓以至整個(gè)世界，都靜下來了. 曼德拉后來向朋友們解釋說，自己年輕時(shí)性子很急，脾氣暴躁，正是在獄中學(xué)會(huì)了控制情緒才活了下來. 他的牢獄歲月給了他時(shí)間與激勵(lì)，使他學(xué)會(huì)了如何處理自己遭遇苦難的痛苦. 他說，感恩與寬容經(jīng)常是源自痛苦與磨難的，必須以極大的毅力來訓(xùn)練. 曼德拉說起獲釋出獄當(dāng)天的心情：“當(dāng)我走出囚室、邁過通往自由的監(jiān)獄大門時(shí)，我已經(jīng)清楚，自己若不能把悲痛與怨恨留在身后，那么我其實(shí)仍在獄中. ”這就是曼德拉的“頓悟”. “靈感”、“頓悟”都是“直覺”，簡(jiǎn)言之，直覺就是直接的覺察，它是人腦對(duì)客觀事物的一種迅速識(shí)別、敏銳而深入的洞察或領(lǐng)悟；是人們自覺或不自覺考慮某一個(gè)問題時(shí)，在頭腦中突如其來的一種創(chuàng)造性設(shè)想. 廣義上的直覺是指包括直接的認(rèn)知、情感和意志活動(dòng)在內(nèi)的一種心理現(xiàn)象，也就是說，它不僅是一個(gè)認(rèn)知過程、認(rèn)知方式，還是一種情感和意志的活動(dòng). 通常說的“跟著感覺走”，已蘊(yùn)涵著直覺的萌芽. 直覺是發(fā)明的根源. 科學(xué)史表明，許多重大的發(fā)現(xiàn)都是基于直覺：歐幾里得幾何學(xué)的五個(gè)公式就是基于直覺，從而建立起歐幾里得幾何學(xué)這棟輝煌的大廈；阿基米德在浴室里找到了辨別王冠真假的方法；數(shù)學(xué)家哈密頓(Hamilton,William Rowan18051865)是在散步的路上迸發(fā)出了構(gòu)造四元數(shù)的火花；凱庫勒發(fā)現(xiàn)苯分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)更是一個(gè)直覺思維的成功典范. 苯(c6H6)這種有機(jī)物早在1825年就已被英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)人們僅從實(shí)用的角度認(rèn)識(shí)到苯是一種無色有芳香氣味的液體，能溶解許多有機(jī)物，是一種重要的有機(jī)溶劑和合成原料，但并不了解苯的分子結(jié)構(gòu). 此后幾十年中不少科學(xué)家都展開了對(duì)苯分子結(jié)構(gòu)的研究，但大多徒勞無功，盡管所有證據(jù)都表明苯分子非常對(duì)稱，可大家實(shí)在難以想象6個(gè)碳原子和6個(gè)氫原子怎樣能完全對(duì)稱的排列，形成穩(wěn)定的分子. 德國化學(xué)家凱庫勒(FriedrichAKekule18291896)也是當(dāng)時(shí)研究苯分子結(jié)構(gòu)的科學(xué)家之一，凱庫勒經(jīng)過幾年的研究仍無結(jié)果，1864年冬的一天，身心疲憊的凱庫勒在研究苯分子結(jié)構(gòu)時(shí)，由于過于疲勞而在壁爐旁邊打起了盹，稿紙也散落在地上昏睡中原子和分子們開始出現(xiàn)在夢(mèng)幻中，他夢(mèng)見六條蛇在他面前舞蹈，一會(huì)兒六條蛇首尾銜咬形成了個(gè)環(huán)，瞬間六條蛇又變成碳原子環(huán)在他眼前旋轉(zhuǎn). 猛然驚醒后，凱庫勒立即拾起散落在地上的紙筆將夢(mèng)中的碳環(huán)畫了出來，這就是現(xiàn)在充滿有機(jī)化學(xué)教科書的著名正六邊形環(huán)，開辟了有機(jī)結(jié)構(gòu)的新紀(jì)元. 數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)、教學(xué)、研究更離不開直覺. 近代法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家龐加萊（Henri Poincare，1854-1912）說“邏輯用于論證，直覺可用于發(fā)明. ”英國的大數(shù)學(xué)家哈代（G.H.Hardy,18771947）說“數(shù)學(xué)家通常是先通過直覺來發(fā)現(xiàn)一個(gè)定理；這個(gè)結(jié)果對(duì)于他首先是似然的，然后他再著手去制造一個(gè)證明.”高斯曾經(jīng)反復(fù)強(qiáng)調(diào)，他的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)主要來自經(jīng)驗(yàn)，“證明只是補(bǔ)行的手續(xù). ”所謂數(shù)學(xué)直覺，就是大腦基于有限的數(shù)據(jù)資料和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)一切與問題有關(guān)的顯意識(shí)和潛意識(shí)，在敏銳想象和迅速判斷有機(jī)結(jié)合下，跳過若干中間步驟或放過個(gè)別細(xì)節(jié)，從整體上單刀直入地領(lǐng)悟數(shù)學(xué)對(duì)象的本質(zhì)，洞察數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和關(guān)系的一種非邏輯的推理形式. 有人認(rèn)為也是一種思維方式，這種思維的實(shí)質(zhì)是對(duì)數(shù)學(xué)對(duì)象及其結(jié)構(gòu)、關(guān)系的想象和判斷或猜想. 它表現(xiàn)為靈感、頓悟、奇妙啟示等等，就如同古詩中所描述“山重水盡疑無路，柳盡花明又一村”；“眾里尋她千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處. ”例如 不等式組的解是( ). A. 0x2 B. 0x C. 0x3 D. 0x0，b0，c0. 求以，為邊長的三角形面積. 若用數(shù)學(xué)邏輯思維方法解答，可用海倫公式及三角形面積公式進(jìn)行計(jì)算，顯然是比較麻煩的. 但仔細(xì)觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)，它們分別是三個(gè)直角三角形的三條斜邊，如圖1. 憑直覺，我們就可以將他們組成圖2. 因此，所求三角形的面積就直觀地表達(dá)為矩形與三個(gè)直角三角形的面積之差的問題了. 即S2a2bab2aba2bab直覺與邏輯思維同等重要，偏離任何一方都會(huì)制約一個(gè)人思維能力的發(fā)展，受控制的精神和富有美感的邏輯正是數(shù)學(xué)的魅力所在. 德國數(shù)學(xué)家伊恩斯圖加特也說：“直覺是真正的數(shù)學(xué)家賴以生存的東西”. “數(shù)學(xué)的全部力量就在于直覺和嚴(yán)格性巧妙的結(jié)合在一起，受控制的精神和富有靈感的邏輯.”波利亞也曾說過：“直觀的洞察和邏輯的證明是感知真理的兩種不同方式，直觀的洞察可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超前于形式邏輯的證明.”“直覺是不難發(fā)現(xiàn)的.”龐加萊說. 徐利治教授也曾指出：“數(shù)學(xué)直覺是可以后天培養(yǎng)的，實(shí)際上每個(gè)人的數(shù)學(xué)直覺也是不斷提高的.”扎實(shí)的基礎(chǔ)是產(chǎn)生直覺的源泉. 直覺不是靠“機(jī)遇”，直覺的獲得雖然具有偶然性，但決不是無緣無故的憑空臆想，而是以扎實(shí)的知識(shí)為基礎(chǔ). 若沒有深厚的功底，是不會(huì)迸發(fā)出思維的火花的. 靈感、頓悟、直覺的產(chǎn)生，是我們經(jīng)過長期觀察、實(shí)驗(yàn)、勤學(xué)、苦想的結(jié)果，沒有這個(gè)基礎(chǔ)，靈感不會(huì)自動(dòng)飛進(jìn)人類的大腦. 美感和美的意識(shí)能喚起和支配數(shù)學(xué)直覺，數(shù)學(xué)事實(shí)間的最佳組合往往依靠“審美直覺”來作出的. 數(shù)學(xué)美集中表現(xiàn)在數(shù)學(xué)本身的簡(jiǎn)潔性、對(duì)稱性、相似性、和諧性、奇異性等. 數(shù)學(xué)家阿達(dá)瑪說過“數(shù)學(xué)直覺的本質(zhì)是某種美感或美的意識(shí). ”審美能力越強(qiáng)，則數(shù)學(xué)直覺能力也越強(qiáng). 直覺與類比、聯(lián)想、觀察、實(shí)驗(yàn)、歸納、猜想等推理形式是分不開的，很多直覺就來自于這些推理形式. 反之，直