讀者,你好!
我在昨天講到,人的命是由大環境和自身做事情的方法決定的。今天我們來看一個實例,這是我在寫新書《極簡科技史》時研究的一個例子,它就是飛機的發明。今天我把未來新書中的內容摘要整理給你,希望對你有所啟發。
像鳥類一樣飛行是人類很早就有的夢想。從中國古代的風箏,到古希臘人制造的機械鴿,再到文藝復興時期達·芬奇所設計的飛行器,都反映出人類對飛行的渴望。
但是,沒有科學基礎的嘗試是難以成功的。因此我今天想表達的第一個想法是,凡事要想做好,靠拍腦袋想是不行的,要有科學依據。
到了文藝復興時期,人們才開始理性研究飛行。達·芬奇在科學地研究了鳥類的飛行之后寫了《論鳥的飛行》一書,它在后來被看成是航空科學的開山之作。
到了 17 世紀,意大利的科學家博雷利(Giovanni Alfonso Borelli)從生物力學的角度研究了動物肌肉、骨骼和飛行的關系,他指出人類沒有鳥類那樣輕質的骨架、發達的胸肌和光滑的流線型身體,因此人類的肌肉力量不足以像鳥類那樣振動翅膀飛行。(根據博雷利的計算,一個體重 60kg 的人,至少得具備 1.8m 寬的胸腔才能支持扇動翅膀所需要的肌肉。 博雷利將他的這個研究成果寫成了《鳥類的飛行》一書。)
博雷利的結論宣告了人類各種模仿鳥類的飛行努力都不可能成功。因此,接下來的兩百年,在研制飛機上沒有什么進步,因此這兩百年對飛行器的研發都集中在各種氣球上。
制作可以飛行的飛機,可比制作飛行氣球要難得多。密度遠遠大于空氣的飛行器要想升空并能持續飛行,就必須解決升力、動力和可操縱性三個難題。
19 世紀初空氣動力學之父,英國的喬治·凱利(Sir George Cayley,1773 – 1857)從中國的竹蜻蜓上受到啟發,從理論上設計了一種直升機,當然它只是存在于圖紙之上,不可能實現。
凱利隨后又試圖模仿鳥類設計振翼的飛機,但是不成功,后來他認識到鳥類的翅膀不只是提供動力,還提供升力,他還因此發現空氣在不同形狀的翼面流過時產生的壓力不同,提出了通過固定機翼(而非振翼)提供飛行升力的想法。
喬治·凱利在他的晚年將全部精力集中在實現他的理論上。1849 年,凱利制造了一架三翼滑翔機,讓一名 10 歲的小孩坐著它從山頂滑下(動力來自于人用繩子牽引),實現了人類歷史上第一次載人滑翔飛行。
四年后,即 1853 年,凱利又制造了可以操控的滑翔機,這次他成功地讓一位成年人(他的馬車夫)實現了飛行。這次飛行的具體時長和距離沒有明確記載,但是可能過程有點兇險,以至于這位馬車夫隨后就辭職不干了。
關于這架滑翔機的設計和當時的一些飛行記錄,凱利寫成了論文《改良型 1853 年有舵滑翔機》,并且送到了當時世界上唯一的航空學會——法國航空學會。
1971 年,英國飛行員史潑勞中校,按照凱利留下的筆記仿制了當年的滑翔機,并獲得成功,證明了 118 年前凱利的記載是真實的。
由于當時沒有輕質量的發動機,因此凱利當時進行自帶動力的飛行夢想無法實現。1857 年,已經 82 歲高齡的凱利知道自己所剩的時日無多,仍在努力設計輕質量的發動機,但終無所成。所幸的是,凱利對自己的研究工作都有詳細的記述,特別是留下了《論空中航行》的論文,成為了航空學的經典。
在這篇論文中,凱利明確指出升力的機理與推力機理應該分開,人類的飛行器不應該單純模仿鳥類的飛行動作進行飛行,而應該用不同裝置分別實現升力和動力,這為飛機的發明指出了正確的道路。
凱利去世大約半個世紀之后,美國發明家萊特兄弟,即奧維爾·萊特和威爾伯·萊特實現了他的遺愿——自帶動力的載人飛行。奧維爾·萊特在 1912 年時講,他們的成功完全要感謝凱利這位英國紳士在 100 年前寫下的飛行器的理論。
他說到,“喬治·凱利爵士所知道的有關航空的原理可以說前無古人、后無來者,直到 19 世紀末,他所出版的作品毫無錯誤,實在是科學史上最偉大的文獻”。而他的兄弟威爾伯·萊特也說,“我們設計飛機的時候,完全是采用凱利爵士提出的非常精確的計算方法進行設計計算的”。
萊特兄弟可以講是研制飛機的先驅中最幸運的兩個人。他們出生得足夠早,以至于飛機還沒有被發明,當然,他們出生得也足夠晚,以至于凱利的理論和奧托的內燃機都已經為他們準備好了。
更幸運的是,原本比他們更有希望最早制造出自帶動力、固定機翼飛機的德國發明家奧托·李林塔爾在一次試驗中不幸喪生了。李林塔爾是世界上最早實現自帶動力滑翔飛行的人,他的工作對萊特兄弟非常有啟發,而他的事跡也激勵著這兩位美國年輕人的工作。
今天,依然有很多德國人認為是李林塔爾最先發明了飛機,柏林的主要機場也是以他的名字命名的。因此,我們可以這樣講,萊特兄弟只是比李林塔爾命好。
講到這里,我們可以試想一下,如果凱利當時已經有了輕型、大功率的內燃機,他即使不能像萊特兄弟那樣發明飛機,至少也能前進一大步。凱利的遺憾只能說他早出生了半個世紀,相應的技術還沒有準備好。而萊特兄弟就幸運得多了,他們生逢其時。
格拉德威爾在《異類》一書中強調,人出生的時間在很大程度上決定了他們的命運,全世界 1/5 最富有的人,都生在 1830-1840 年的美國,因為他們趕上了美國的工業革命。人出生的時間當然無法選擇,不過可以到哪座山唱哪山的歌,時代需要我們怎么做,我們就怎么做。
東漢的許劭評價(年輕時的)曹操說,“治世之能臣,亂世之梟雄”。曹操后來趕上亂世,于是走了梟雄的道路,可以想象,如果曹操生在漢光武帝的年代,他可能會選擇走能臣的道路,因為那時候當梟雄是作死。相反,到了東漢末年如果曹操想當能臣,也是作死。
對大家來講,如果趕上抗日戰爭那種時期,就不要創業了,應該投筆從戎才有前途。當然,今天如果還想成為拿破侖,就不合時宜了。
今天應該講大家都是生逢其時,趕上了中國發展的最好時期,因此沒有理由抱怨大環境。但是,同樣的大環境,每個人的命運不同。我們還是從萊特兄弟的故事,看看怎樣做事情才能命好。
雖然很多人(和他們后來的同胞)都在爭奪飛機的發明權,不過,發明飛機的榮譽還是應該給予萊特兄弟,因為他們不僅讓人類第一架自帶動力、固定機翼的飛機飛上了天,而且解決了飛機的控制問題,更有意義的是他們發明了一整套進行設計和改進飛機的方法。
飛機的發明最關鍵的技術分別是解決升力、動力和控制這三個難題,其中升力問題被凱利解決了,動力問題被發明內燃機的奧托解決了,但是控制問題一直得不到解決。在萊特兄弟之前,包括李林塔爾等人都試圖靠飛行員用身體的姿勢控制飛機的平衡和飛行的方向,這其實是很難做到的。
萊特兄弟是從控制風箏的方法中得到啟發,從而發明了飛機控制機翼的操縱桿。為了不斷地提高機翼的升力,并且改進飛機的操作系統,兄弟二人打造了一個風洞(以人工的方式產生并且控制氣流,用來模擬飛行器或實體周圍氣體的流動情況),進行了大量的試驗,其中為了改進機翼就嘗試了 200 多種翼形,進行了上千次的測試。
此外,他們對于如何控制飛機平衡、俯仰和轉彎等航空操縱進行了大量的試驗,因此當他們設計的第一架飛機升空時,就已經很好地找到了保持橫側穩定的方法,并且基本上解決了飛機的操縱性和穩定性的問題。
萊特兄弟非常注重飛機設計在理論上的正確性。他們二人雖然是自學成才,但是系統地學習了空氣動力學,有著扎實的理論基礎,而且做事情非常嚴謹。這兄弟二人后來發現了李林塔爾在計算升力時有誤(多算了 60% 的升力),并且進行了修正,之后又通過實驗進行了驗證。這是他們能夠成功而李林塔爾失敗的重要原因。
萊特兄弟生性謹慎,他們不做足試驗是不肯試飛的,而且即使試飛,也要先進行無人駕駛的試飛。為了試驗飛機的轉向控制,萊特兄弟在 1902 年進行了 700-1000 次的滑翔試驗。
他們制作的滑翔機在安裝了可控尾舵后,進行了上百次表現良好的,結果可重復的試驗,最長的一次持續滑翔了 26 秒,飛過了 189.7 米(622.5 英尺)的距離。
這一年的 10 月 8 日,萊特兄弟算是徹底實現了真正的飛行轉向控制,這是飛行史上一個重要的里程碑。此后,他們才將精力集中到制作自帶動力的飛機上。
1903 年 12 月 17 日,萊特兄弟在美國西海岸小鷹鎮成功試飛了自行研制的飛行者一號。從此,人類進入了飛機的時代。
對比一下萊特兄弟所做的事情,就會發現他們與前輩們或者同時代的人有很大的不同。概括起來包括這樣幾方面:
1. 不打無準備的仗,寧可下面多做試驗,也不要匆匆忙忙上天飛行(很多人當時就這樣摔死了)。我們很多人做事情,不做好準備就匆匆忙忙上馬,最后以失敗告終,這不是他們運氣不好,而是“命”不好,命該如此。
2. 要重視理論指導,這點就不多說了,凡事山寨別人的人,都不注重這一點,也就不會有突破性的貢獻。什么樣的指導思想,決定了什么命運。
3. 要有系統的研究方法,比如萊特兄弟進行風洞試驗。這是區別專業和業余的試金石,今天我們在電視的一些科教頻道上還能看到介紹不少民間科學家試圖制造飛機的事情,我對此從來不覺得他們值得效仿。
當然有人會講,應該鼓勵他們,或許他們能成為萊特兄弟呢。我說,他們永遠成不了,因為他們不專業,有哪個造飛機的民間科學家進行了風洞試驗,又有哪個研究了理論,業余的水平再高也是業余。
很多人問我怎樣才能做好投資,我講關鍵是要專業。業余的人會有幾次成功的投資,但是不能系統地保證穩定的回報。但凡做事都應該如此,如果我們做事總是很業余,那么命就好不了。
關于命運的思考,就和你聊這樣三次。
祝好運!
2017年8月22日于硅谷