身体力行回顾足迹 历史长河驰骋大地
——从直立行走的双手劳动，到四通八达的交通网络
李 冰
人类的需要，从基本方面讲是：衣、食、住、行。科学史上关于“衣、食、住”的历史性推断和介绍很多，我们却想从人类身体力行的历史足迹作一些回顾，也许关于为“行”服务的运输工具的发展，可能是最早、也最多地体现了人的创造性劳动本性。运输业发展的历史，也演义了很多耐人寻味的发明故事。
1．从“泥行乘撬”和“轻撬”记载中得到的启示
自然科学史中，这样记述早期运输方面的发明历史：车子的发明经历了漫长的过程。在远古时代，我们的祖先靠打猎和采集野果生活，树叶、兽皮为“衣”，只要是可充饥之物即可为“食”，每天寻觅不多，可以轻而易举地带回居“住”的洞穴。“行”也就只需要用脚手的沿攀。
随着劳动经验的丰富和“武器”工具的进步，获取的东西日渐见多，春夏秋冬四季变化也需要人们收集所需之物，就有了发明运输工具的需要。有责任感的一部分祖先们开始了创新的探索。最早的运输“车子”，会是拉起两根长树枝拖着走，这比肩扛手提轻快多了；用两根树枝比用偶尔发现的宽大枝叶拖拉去运输，在使用功能上具有了普遍性，也更具有创新思维的特点。这样的方法不再是偶有所用的经验，而是具有了创造性和实用性，应该算是当时的发明。
从某种意义上说，是直立行走解放了人的双手；也可以说，具有创造性劳动的双手造就和发展了区别与其他动物的人类。
据《史记》记载，在夏朝，我们的祖先已经普遍使用了一样有效的交通工具，被称为“泥行乘橇”(如图1．1)。国外的科学史著作中也有关于“轻橇”的记载，这段演义记录中，还可见到关于我国祖先的发明中，更重视对周围环境加以利用的内容。而西方发明的“轻橇”技术，并不涉及择路而行，需要加以改进的地方就更多一些。这和易学中关于“乾道变化，各正性命，保合太和，乃利贞”的观点是一致的。也就是说，我们的祖先在重视发挥自身特点的同时，十分重视和周边保持最大程度的和谐，认为才能有光明的前景！（这种追求和谐的综合性思维方法，对创新和创造的推动是可以想见的。比如，现已发现的最早的石器出土于东非肯尼亚的库彼弗拉，距今有260万年；在我国云南元谋出土的石器有170万年，但有在石器上连接骨头或树枝作把柄的痕迹，这种复合工具的进步意义是很大的，中华文化非常具备思维上的创新特色。不过，这里请容笔者暂留给以后章节展开讨论）。
[图1.1泥行乘橇]
而有关“轻橇”的西方记载，由于是借助于滑杆在地上滑动，在没有道路情况下，要带着东西拖着走，自然会艰辛。轻快而“行”的需要，对东西方的整个人类都会是有吸引力的。自然又会给有头脑的人带来各种创新思维的机遇：人们发现圆滑的石头和圆木头滚动于橇下，可以达到轻快的目的；又发现道路的好坏至关重要，于是，就发明了一种可称为“滚子橇”的运输工具。但据说，道路是最早在中国出现的，在夏朝就有记载。每当与朋友一起谈史论道时，爱国敬祖之情就不能不油然而生！
从滚子到车轮经历了漫长的演变：把滚子演变为紧嵌在轴上的两个厚圆盘，是记载中最早的车子的样子。据《左传》中，记载了“奚仲作车”的故事。奚仲是夏禹的车正——负责车辆制造的官。出土陶瓷中可以看到当时中国造车技术的高明程度。这大概和修有道路而又重视技术方法兼顾有关。这段演义故事，可以看到我国祖先在发明创造上的集大成。中华文化兼顾周边环境的综合思维，比起西方的专业思维方法，是各有特点的。
轮子的发明和不断创新，无疑为运输工具——车子的发展带来了活力，从两轮车到四轮车，从牛车到马车，当然也有人力车。据三国记载，诸葛孔明还发明了运送军粮的“流星木马”，一时为敌军视为神物，可见创新在军事和政治中的作用也十分明显。西方的车轮也是在生产和战争中不断演化（图1.2）。
[图1.2车轮的演化]
然而，封建社会的长期存在，对创新、创造和科学技术的发展是不利的。封建社会的统治者只把自己视为天子，其他人都被“资治通鉴”成了形同草木：其用人只是把人作为工具，变成被缚束于皇权下的奴役。而西方人本主义革命以后，人却可以自主地成为了不断被解放的对象：把人从繁重的奴役劳动中解放出来，是生产力发展所需要的，又恰恰为人的创造性劳动开辟了广阔天地。所以我们说，一个时代能明确提出“创新工程”，是这个时代一个时代能明确提出“创新工程”，是这个时代开明的表现。新时代的领导人也认为：创新是一个民族的灵魂，是一个国家永兴旺发达的不竭动力。
2．从解放人力运输的汽车发明谈开去
世界上最早的汽车，是在1769年，法国的陆军技术军官菊诺制造的。他在锅炉后装了两个汽缸，蒸汽冲动汽塞运动，通过曲轴传给前轮，在结构上推动一个前轮而成为三轮汽车。（见图1.3）。[图1.3三轮汽车]
后来英国工程师居尼奥改造了它，通过装方向盘，改变前边两轮的行进方向，变为四轮汽车更安全了，从而成为运送客人的工具，并成立了第一家汽车运输公司——苏格兰蒸汽汽车公司。
19世纪人们又为汽车安上了橡胶充气轮胎减震。19世纪80年代，德国工程师达姆勒，利用汽油内燃机取代了汽车上的锅炉；法国的达姆勒，进一步完善了汽车发动机，并为汽车装了离合器、齿轮箱和变速器，基本完善了汽车功能适应了当时人们的需求。为了满足更多人使用的需要，美国著名发明家福特，百折不挠地降低汽车的成本。1909年发明并生产丁T型汽车。（见图1.4)。到1913年，福特厂一天就可生产一千辆T型汽车，很快就使汽车在世界随处可见。汽车的发明是一个不断满足人类需要的过程，它不仅方便了人类，而且带动了各行各业的工业发展。
[图1.4福特T型汽车]
汽车的发明告诉我们，人类的需要和人们百折不挠的责任感推动着不断创新的发明事业；正是人类所特有的创新思维能力，加之依据客观存在条件的不断实践，使发明创造不断地走向了成功!
应该承认，中国人在漫长的封建社会里，关于“行”的发明创造确实是落后了。这要归罪于用土地约束自由人性的地主阶级的头——皇帝老儿。统治阶级把本应是自由开阔的人类之行，尽量限制在了身体力行，使人民成为土地的奴役，一切服务于便于统治的需要。
当太过古老陈腐的皇帝们正在热衷于让人效忠，从四抬大轿到八抬、十六抬大轿的时候，西方的工业革命却很快认同了解放人力的蒸汽机。而在这么长的历史时期，东方几万万人中，有没有瓦特式的发明，能从开水的蒸汽推动了壶盖想开去呢？不得而知。应该会有吧!
然而，在东方皇帝老儿为了唯我独尊的天子利益，拼命扼杀各类创新之时，蒸汽机却在西方推动了汽车的发明。这无疑是运输中的革命性变革。但据说，当汽车被介绍到中国时，清朝的“老佛爷”却本能地忌讳同样是人的司机（马拉车在前她反不忌讳）座在自己的前面，从而把汽车视为“怪物”。封建主义到了末期，更表现出了其奴役人性的落后的一面。
3．水下天上，交通别有洞天
人类对“行”的需求，还可以从各个方面去不断考虑：按照人类一般的思维规律，人们从“泥行乘橇”， 自然应会想到“水行乘舟”的创新；人们从“顺滕而下”和“鹰击长空”，也应该想到人类的空中通道。而且，随着科学技术的发展和各种需要的增加，人们还会想要便捷的各种自行车，水下潜行和太空中飞行。人们还会想到水陆两用、空地两用，将来人们还可能向空中自行和全方位可用的交通工具发展。只要需要就应该创新思维，只要可行就需要积极实践。
历史事实也正是如此，人们不会满足水道中的水排、木船，借助风力的帆船也就产生了。当蒸汽机一出现，人们很快用它走向大江和海洋。
随着螺旋推进器的发明，一位勤奋的美国工人富尔顿大胆地把它用于行船。资料介绍，富有艺术天分的富尔顿过去以画肖像为爱好，为了新计划的需要，他结交了一个修理枪炮的工人朋友，并去学习画机械图。先后经过九年百折不挠的实验，终于在1803年造出了第一艘蒸汽轮船，长
由于马力不足，他想造第二条船，但社会习惯势力开始干扰这位工人出身的发明家的事业，甚至有人夜里去拆毁他的轮船。他坚持了作为人之天职的最高的自尊，他坚持了作为发明人的最大的自信，他也坚持了作为工人的最大的勤奋和坚韧，终于在
战争的威胁，有时也带来一种保卫自己的需要。在我国清代咸丰年间，中国人自己制造了一艘名叫“黄鹄”的轮船。船长50余尺，时速40千里，据说与“克莱蒙号”不相上下，制造的时间也差不多。但是中国当时还没有民族工业发展的条件，航海事业才落伍了。
还有一些别有风采的运输方式（见图1.5），介绍来以飨读者。说明人类不断创新的多样性。其中也有很多趣事，多是实际需要加上不断实践者所为。篇幅所限，余容今后再做论述。
[图1.5 一些别有风采的运输方式]
和汽车对社会的贡献一样，航空的需要也带来了科学技术在很多方面的发展。其中的例子也可说明发明方案的多样性。 莱特兄弟发明了飞机，人们都很清楚，自不赘述。而直升飞机是另一种思路的航空飞行器，它依靠发动机驱动水平旋翼，使空气向下方流动加速，产生反作用升力，同时将空气向与垂直线成某一角度的方向加速，产生引力和拉力，使自身在空中飞行。
最早是布雷格及其公司研究了直升机，当时稳定性很差，受气候影响大。1932年，福克·符夫博士研制了两个反向旋转翼，1938年由威尔公司研制试飞，大大提高了直升机的安全系数，才有了直升机的今天。应该说现代直升机的研究还大有学问，只是由于飞机的成功，解决了人们航空需求的一大部分，而使直升飞机的创新工作放缓了。
航空的另一方面的思路是飞艇，它由气球演变而来。由于气球省燃料，成本底和平稳而成为需要。但当时其致命的弱点是只能处于空中飘荡状态，不便于按人们的意愿改变方向，这就违背了人们的需求。想办法控制气球的飘移方向（见图1.6）,就成了飞艇的主要目标。最初人们根据帆船的道理，也给气球装了风帆和舵面。然而不行，飞艇受空气运动的力量后，它的航面由于不是在水上，而还是在空气中，受力的情形非常不同，在船上有效的方法对其失效，设计失败了。
18世纪后期，法国的罗伯特兄弟作了一艘鱼形飞艇，气囊长
到了1852年，法国的季法尔利用三角形的风帆舵面，并试用螺旋桨在飞艇上，飞速达到
1884年发明家克雷布斯和勒纳尔，巧用奇思，使用了刚性舵来驾驶，除头部仍用螺旋桨外，尾部也装了方向舵。转向自如，一举成功！可见面对需要，研究方法的重要性。
[图1.6 从气球到飞艇]
4．从便捷的需要到自行车创新
人们追求“行”之需要方面的例子，还应该讲一下自行车的有关故事。自行车现在仍有时被称为“单车”，因为它适应了人们单独交通时便捷需求的需要。人们如果细想一下，仍会感叹其设计方案中，运动状态的“平衡不倒”和快捷方便之妙。
然而历史告诉我们，它来自于人们实践的摸索而不是数学的妙算。
实际上，它不仅是人类面对便捷需要，不断实践的产物；它也是把人自身的机敏机能和借助外部物质结构的性质，有机结合在一起的发明实例。（见图1.7）。实际上，现在街面上的滑跑鞋、旱冰鞋，还有少年儿童玩的滑行车，都是属于把人的自身技能和物性结构结合在一起的发明。
[图1.7 自行车原理]
由于这种人的潜能与物结合的特性，自行车在使用方面比较完善以后，很多年间只向着应用多样化方向发展：有男车、女车；有普通车、轻便车、载重车、竞赛车，小轮车以及特种车——比如双人车、杂技车、独轮车；有钢车、塑料车和轻合金车；也有高、低、轻便、折叠之分，反映了发明发展到一定阶段后的创造性方向。
而毕业于英国剑桥大学工程系的莫尔顿，性格开朗而又信念坚定，他认为“新的概念或革新，经常产生于个人的创造性灵感之中”，在自行车市场因无新意而衰退的时候，他的灵感中出现了一种新式自行车构思：车架F型结构，狭窄截面小车轮和新式悬挂装置，舒服、安全、省力、速度快、重量轻，适应了自行车之对于人们活动便捷的需要。
他在1960年申请了美国专利，并刺激了自行车工业市场。1963年，美国给他专利保护权，1964年，苏联给他专利保护权。到1965年一年，世界上七个国家的大型自行车制造厂生产了莫尔顿自行车。后又经四次较大的改型，都紧紧围绕人们希望出行便捷的需要进行，莫尔顿式自行车几乎占领了整个自行车市场。当自行车向美观、电动化发展时，也都会引用莫尔顿服务于人的便捷需求的基本设计。（当然，日本桥石自行车公司的小荣国敏在电动自行车上发明的全塑齿轮和齿带传动技术，对自行车的发展也功不可抹。又一次充分反映了人类发明创造形式的多样性。有些学生在读发明史时，会有支碎和跳跃之感，是属文字表达形式有限而发明方式千变万化所致。信息时代的传播方式，许会更有利于表达和推介人类的创新与创造性劳动。这些仍将在信息时代与发明创造一节中讨论）。
5．运输方面历史简述后的断想
这一系列故事仅仅是只讨论了运输工具方面的发明故事。理由前面已经讲过，不仅由于笔者不想重复一般教科书宽泛的发明故事，还由于认为人类对“行”的追求，饱含着人类驰骋于大自然的愿望！
从运输方面的历史演义中，读者能想到发明创造离我们有多远吗？只要能了解社会需要，有百折不挠的责任感和实践的毅力，也许我们也能有所为！曾任联合国同声传译组组长的卡姆·洛姆市熟练运用着16种语言，她的信条是：“需要和求知欲是学习的第一原动力”。我们可以认为：需要和责任感也是发明的第一原动力。
如果这还仅仅是发明的第一原动力的话，那么，把握好方向和使用正确的方法也十分重要。我们这里所说的方向，不仅包括有条不紊地直奔服务于需要的目标，也包括锁定目标把握住你所选择的领域，其它领域的新成果才会不断为你的目标所用；我们所说的方法，也不仅包括服务于目的的措施，也包括创新的思维方法。只有这样，所有能为人类服务的成果才能成为你有所发明、有所创造的素材。
请记住，我们假定读这本书的您是要成为为人类服务的各行各业、自由发展的发明者，您当然极可能是工薪阶层，而不会职限于全部时间为工资效力的打工仔，您渴望学习和新的未来。不论是学生，或是学者；不论是人民公仆，或者是企业家，都会有现实的职责和面向未来创新的责任。因为人之最神圣的使命，最能带来人生自豪的劳动，就是创造人类的未来，大自然还有很多素材需要我们去挖掘呢！如果为世人所认可的劳动转化物——货币被您具有了，您就有了组织更多人一起去发明创造的条件；如果宝贵的时间被您拥有了，那就更好了！即便真的已经在人海里被荡涤得口袋空泛，装满实践经验和务实精神的脑袋，也会和您不断创新的双手一起，为您带来人生的价值！
让我们按卷静思，读了上述的发明故事后，咱们会一起想到些什么吗？
a) 你会不会想到车轴总是向下压在车轮箍上，车轴的下方磨擦最大？你会不会想到压力使实际上圆的轮子在运转时并不太圆？利用磁性的排斥与吸引作用会有什么改善作用吗？在自行车上也许没有用，在赛车和悬浮列车上呢？
b) 你会不会想到，自行车的车把，什么样子最适合人的机敏度的发挥，而且，便捷也会带来舒适呢？如果能想到，这本书大概就在启发了人们的发明与创新的兴趣。
c) 如果你还想成为大发明家，也许你还会想到，飞机的顶部紧急充氢以救险，直升机的顶桨可不可以多层，达·芬奇就曾有此设计。他还设计了不少展翅机(见图1.8)。[图1.8达·芬奇设计的展翅机]
d) 也许水上交通工具还有没有更好的推进措施：船能被喷气推动吗？水下的喷气管怕进水不好安装，遇水发生化学反应而产生大量气体的材料，能成为船的新型推进剂吗？等等，等等……。
说不定读者看到这里，就开始有没有所思便要去写发明日记的打算了。笔者已经写了二十多年，而且常常本不是为了什么目的，一有不顺心事，便美其名曰去“写发明日记”，反倒成了最好的自我心理调节方法。觉得是和大自然赋予的天性更近了。有时自己拿出来看看，比看小说的兴趣还有昂然之情。大概仍然是由于发明是人的天性，当您一旦兴趣其中，思维活跃带来的快乐就为您所独享：
l 看到水上运动您还会想到双体船、水翼船、原子能船和气垫船；
l 看到飞翔的小鸟您还会想到滑翔机，旋翼飞机和垂直起降飞机；
l 看到动物的奔跑您又会想到不择道路的步行车、林中穿跨的跳跃器。
l 甚至会对道路、桥梁和隧道的建设也会有新的构想。不过千万不要成为坐而论道的学究。时代不同了，贵贱都一样，学问人能够办到的事，工作人一样可以半得到！
有时我们还会离题地自由遐想，比如我们文中没有提到火车和火箭在交通中的作用，难道您不能联想到悬浮列车，地下火车和单轨火车吗？火箭的作用大概也不一定都用于发导弹卫星，“战斧”既然如此准确，如果大大降低下成本，未必完全不可能创新出抛运物体的工具。
如此等等联想开去，有时会让您享受有如音乐中的陶醉感！