达·芬奇：超越时代的科学巨人

    一

    每次到法国，卢浮宫都是行程上的必去之地，而被游客围得水泄不通的达·芬奇的《蒙娜丽莎》则是百看不厌的镇馆之宝。达·芬奇最后的三年岁月是在法国克洛吕斯城堡（Château du Clos Lucé）度过的，这恐怕也是《蒙娜丽莎》收藏于法国而非意大利的主要原因吧。然而人们对他的艺术创作执迷甚多，对他的科技发明却知之甚少。今年1月再次赴法开会时，孔泉大使建议我们周末去参观图尔市（Tours）的昂布瓦兹皇家城堡（le chateau Royal d'Amboise）和与之一街相隔的克洛吕斯城堡，前者是法国国王弗朗索瓦一世的王宫，后者则是达·芬奇的住所。这次参观使我们大饱眼福，对达·芬奇有了一个深刻全面的认识，留下终生难忘的印象。

    两个城堡坐落在距巴黎西南二百多公里的美丽荡漾的卢瓦尔河谷中，是世界著名的文化遗产地。这里是法国文艺复兴运动的源泉，而作为法国文艺复兴缔造者的弗朗索瓦一世和作为实践者的达·芬奇则在这里联手推动了文化与科学的发展，为法国文艺复兴的繁盛奠定了坚实的基础。

    从巴黎沿着卢瓦尔河向西南，我们一行人来到图尔市，再从图尔市驱车半个小时，便抵达了城堡所坐落的寂静的小城中间。由于我们来得太早，城堡博物馆大门紧闭，外面风雪交加，街上空无一人。一个小咖啡馆为我们驱散了一身的寒气，我们成为城堡第一批来访的客人。

    我们首先参观了昂布瓦兹皇家城堡，这是卢瓦尔河谷第一座引进意大利风格的建筑，弗朗索瓦一世在这里度过了他美好的童年并正式登基成为法国国王。法国人民为弗朗索瓦一世而感到骄傲，他保护了许多法国文人，鼓励艺术家来法国居住和创作。第一次在意大利与达·芬奇见面时，他就盛情邀请达·芬奇赴法定居。弗朗索瓦一世的诚意打动了达·芬奇，1516年，时年64岁的达·芬奇带着《蒙娜丽莎》、《施洗者圣约翰》和《圣母子与圣安娜》这三幅他最钟爱的画作来到法国。弗朗索瓦一世也很慷慨，将紧邻昂布瓦兹皇家城堡的夏宫克洛吕斯城堡赠与达·芬奇。两人不但临街而居，而且两座城堡还由地下通道相连，国王常穿过这条密道来造访达·芬奇，为他的创造发明而着迷。弗朗索瓦一世任命达·芬奇为“首席画家、国王的建筑师、工程师”，给予他和王子同等的薪俸，让他能心无旁骛地投入创作。达·芬奇也用生命的最后三年进行了无数天马行空、令后世叹服的发明和创作。他潜心绘画，教授有关运河、城市建设与建筑方面的课程，有些记载认为他参与了罗莫兰丹宫殿的建筑计划，设计了香波堡的部分建筑，为克洛吕斯，为法国，乃至为世界留下无尽珍宝。1519年5月2日，达·芬奇去世，国王极为悲痛，把他视为皇家成员，葬于昂布瓦兹皇家城堡内的圣·于贝尔小教堂（Saint-Hubert）。我们有幸走进了这座安葬达·芬奇的小教堂，鸟瞰并沉思于卢瓦尔这一奔流不息的历史长河之中。

    然后我们来到了与昂布瓦兹城堡一街之隔的夏宫克洛吕斯城堡，这个城堡是1471年在12世纪旧城堡的基础上重新修建的，用白色石灰华和红色砖瓦相砌而建，凸显出15世纪的建筑风格。整个城堡围绕一幢八角塔楼修建，塔楼内有螺旋楼梯，塔楼的左右两翼呈直角展开的是两幢二层楼的建筑。二百余年前，这里由圣·布里家族（Saint Bris）买下，现今的家族继承人决定对外开放，将城堡建成一座展示达·芬奇不凡作品的文化之园和学生的实习基地。

    克洛吕斯城堡除了介绍达·芬奇最后三年的起居生活和画作以外，主要是展示达·芬奇的科技思想和重要发明。因为作为艺术家的达·芬奇无疑举世闻名，但他作为雕塑家、解剖学家、城市规划学家、建筑家、工程师的成就却远没有其画作那样广为人知。的确，我们能轻易说出《蒙娜丽莎》、《最后的晚餐》这些达·芬奇的名作，却少有人知道他也是第一辆坦克、第一辆汽车、计算器、旋转浮桥、桨叶船、作为飞机前身的飞行器、直升机、降落伞等等的发明者。

    城堡主人首先告诉我们，法国大革命的时候，要不是当时的主人一再表示自己是革命派的话，这个城堡早就被烧掉了。我们随同城堡主人从城堡塔楼内的螺旋楼梯拾级而上，这处瞭望塔是中世纪旧城堡留下的唯一痕迹，登楼后走过一段文艺复兴艺术长廊，就进入了城堡二楼的展厅。在这里，有达·芬奇的卧室、弗朗索瓦一世的姐姐玛格丽特·德·纳瓦尔的卧室，卧室内有雕刻了神兽、海兽和小天使的带帐幔的木床，16、17世纪带暗屉的书桌，橱窗里陈列的水壶、耶稣雕像、铸铁纪念章等，有几个房间里还摆设着几件珍贵的中国明清青花瓷瓶，这些无不呈现出文艺复兴时期华美、雅致的风格。据闻，达·芬奇常常从卧室的窗户眺望昂布瓦兹皇家城堡，他以此为主题的作品现为英国温莎王室所收藏。

    城堡的第一层则是礼拜堂、会客厅、沙龙和厨房。安娜·德·布列塔尼礼拜堂内有四幅壁画，均是达·芬奇弟子亲自绘成的。文艺复兴大厅是达·芬奇的会客厅，他就是在这里接待前来拜访的弗朗索瓦一世国王、王公贵族、各国大使和艺术家的。几间小沙龙阳光充足，很可能是达·芬奇完成《施洗者圣约翰》的画室。而厨房则是厨娘杜丽娜的领地，她在这里为身为素食者的达·芬奇烹制美食，厨房里仍保留着16世纪的家具。达·芬奇语录则镶嵌在城堡中每个展区的墙面玻璃板里。这里处处都展示着达·芬奇晚年生活的细节和文艺复兴文化艺术的踪迹。

    二

    进入地下层，才正式进入此行的重点——展示达·芬奇科技思想与发明的模型厅。四间陈列室里展示了50件不可思议的机器模型，这些当时仅存于达·芬奇笔下的机器超越了整个时代，在五个世纪以后才被人类重新发明和应用。达·芬奇的科技思想既源于他广博的学识和数学根基，也受益于他作为民用与军用工程师的实践经历，他参考同时代科学研究成果，追溯中世纪甚至更早期的科技传统，将知识系统化，并凭借惊人的想象力和创造力在各个领域进行发明创作。

    受限于当时的材料与技术，达·芬奇很多大胆而才华横溢的设想均未能实现，但他留下了大量设计手稿，有相当详细的设计草图和文字注释。几个世纪之后，IBM公司根据这些手稿，利用当时所能使用的材质，将达·芬奇的设计转换为模型，展示在其故居中。模型厅里循环播放六部三维动画，惟妙惟肖地展示了如何应用达·芬奇所发明的设备装置。城堡园子里还散布着20台可操作的大型机械，有直升飞机、木桥、坦克、机关枪、活动桥、转桥、飞行器、水车、降落伞，等等。这些模型按照不同主题分门别类，涵盖飞行器、机械发明、军事武器、水利工程、城市规划等多个领域，令人目不暇接，不敢相信这是五百年前达·芬奇的发明创造。

    这里还是让我们来看看他的几件天才般的发明吧。

    飞行器

    在达·芬奇的所有发明中，他无疑对飞行器最情有独钟。他在手稿中用一段极具节奏与韵律的优美文字表达了他对飞行器的狂热：“大鸟将在天鹅的背上，展开首度的飞行。为它的诞生之地带来永恒的赞扬。所有的文字记录也将为它献上无上的荣耀。”在飞行器研究上，他已经深入到近现代物理学的许多领域：“在正式确立飞鸟运动的学问前，必须先确定掌握风的知识，后者同时解释了风与水的运动。……应先深研无风下落的物体（即重力与自由落体法则），以及有风下落的物体（即空气阻力与空气动力学）……物体在撞击空气的同时，空气对物体也产生了相等的撞击力量。……鸟儿的动作虽然反复多样，但根据经验，我们也能以最完整细微的方式分析所有的动作，再创造出兼具人类灵魂和才智的复杂工具。”飞行在那个时代简直是天方夜谭般的存在，达·芬奇能在那样的背景下提出如此杰出的设想，有如伟大的先知。 

    在详细研究鸟类飞行模式的基础上，达·芬奇策划了数部飞行机器，包括以四个人力运作的直升机以及轻型滑翔翼。其中的直升机由船形机身、发动机、蝙蝠形机翼、扁平的机尾和动力传输装置组成。发动机由旋转轴和大螺旋构成，可以用人腿踏蹬与大螺旋相连的脚蹬，控制飞机的升降。达芬奇相信，如果“螺旋桨”的旋转能够达到足够的速度，飞机就能升空。但在当时的技术和人力条件下，他的飞行器梦想只能停留在大胆的设计阶段。而当代人则通过对材料的改进解决了这一问题，一架根据达·芬奇所画草图设计的滑翔式飞行器已成功实现在天空平稳飞翔，达·芬奇的设计在五百多年后终于实现。

    汽车的雏形

    达·芬奇对于自动行驶的车辆有独到的理解，他曾设计了一部手摇式“汽车”。“汽车”由两个弹簧发动机驱动，以结构复杂的部件和不同方位的齿轮传输能量。这种自动行驶车在当时主要用于舞台演出，不需要行驶太长的距离，它的动力来自弹簧产生的压力，经过一系列的齿轮和杠杆把动力传递到轮子上。这一设计的奇特之处还在于对速度的控制，车子的一个圆盘上设置了很多方块，让一个与轮子相连的杠杆的一端与这个圆盘相接，车子运行时，圆盘上的方块数量多，杠杆的阻力增大，轮子运转的速度就减慢，行驶的时间及里程就会加长。相反，如果人为减少圆盘中的方块，轮子的阻力降低，行驶速度就加快，能量消耗增加，行驶时间和距离就缩短。这种车还有个带绳的手闸，刹车时，拉动手闸，转动的齿轮被卡住，车就停了下来。这差不多可以说是最早的“汽车”。佛罗伦萨一家博物馆的科学家曾于2004年按达·芬奇图纸制造了这样的一辆“汽车”，运行良好。

    另外值得一提的是，达·芬奇在“汽车”设计中发明的变速概念正在以现代化的形式使用在汽车、拖拉机、雪上摩托车等车辆上。  

    旋转浮桥

    由于达·芬奇曾任军事工程师，他的手稿中也包含了不少军事机械的设计。他还在1482年致米兰公爵卢多维克·史佛札（Ludovico Sforza）的信中写道：“在下能建造轻便的活动桥，可用以追击溃逃之敌，亦能建造更坚固的桥梁，既可防火、抗突击，又易于装设拆卸。在下并掌握特殊技巧，能焚毁敌军所建之桥。……在下能建造装置炮火的装甲战车，一旦进入敌人的队伍，即使最强悍的军队也为之溃散。步兵部队只需尾随其后，便可一举歼灭。”他的军用发明中包括旋转浮桥、机关枪、人力或以马拉动的武装坦克车、子母弹、军用降落伞等，其中，达·芬奇对桥花了很多心思笔墨。

    在写给卢多维克的信中，达·芬奇描述了许多“非常轻但高低不平”的桥，旋转浮桥就是其中之一。按照达·芬奇的构想，建造桥的材料可就地获取，同时易于运输。旋转浮桥具有抛物线般的外形，只有一个跨度，通过一个巨型“垂直栓”就能安全达到两岸。浮桥靠绳索和升降机移动，再辅以轮子和金属滚轴以便于滑行。此外，浮桥还安装有一个用于平衡和操纵目的的平衡箱，在降到对岸前，一直会悬在空中。达·芬奇认为自己的旋转浮桥能完美地应用于战争中，既有助于追击，也适合迅速撤退。  

    桨叶船

    达·芬奇生长于航海之国意大利，在文艺复兴时期，那里的工商业和海运进入十分繁盛的时期，对于作为主要交通工具的船也就有了越来越高的技术要求，需要装载量大航行速度又快的船只。达·芬奇的发明中就包括了一种速度很快的桨叶船，这种船的船体中央有一个巨大的圆形齿轮，通过许多船员不停踩踏使大圆盘转动，从而提供动力，然后通过一系列的齿轮与杠杆，把动力传给安装在船两边的六个巨大圆形轮桨上。由人踩踏提供的不太大的力量，经过杠杆与齿轮的放大作用，转变成了桨叶巨大的动力。这样，只需要很少的人力，就能让整个船迅速航行。  

    “理想城”

    在达·芬奇生活的时代，意大利经济繁荣发展，政治日益分化，那时每位王子都在大兴土木，修建自己的城池。达·芬奇也在1485年为曾深受鼠疫危害的米兰设计了一套极为详尽的理想的城市规划案，根据这套方案，整座城市和城中的各类建筑就像一个有生命的有机体。城市建在大河（也许是提契诺河）附近，因为河水能够解决城市的许多问题。城中的建筑以拱廊式两层楼为主：下层有水渠、道路和下水道，工坊和商铺设在下层，供交易和运输使用；上层则是城中达官贵人的宫殿和花园。这一方案不仅解决了瘟疫过后米兰狭窄、拥堵的街道问题，而且将整个市民生活有机地联系起来，为人们提供一个可以自豪地称之为“家”的城市基础。这座“理想城”的模型今天也矗立城堡的园子里，展示着达·芬奇对城市规划的理念与梦想。

    三

    与达·芬奇同时代的人往往对他无所不精的天赋感到万分讶异，而已经了解和掌握现代科技的我们则更为他超越时代的思想与创造所折服。考虑到他所处的正是“黑暗的中世纪”刚刚过去、科技和生产力的发展停滞了近千年的时代，达·芬奇的科技成就就显得更为非凡了：他在培根之前，就已建立了经验科学的基础，并为地质学、光学和力学奠基；他在伽利略之前研究了物体加速的问题；在帕斯卡之前思索液体平衡的论点，建立水力学；在当今的武器技术之前发现弹道学。就如俄国哲人德米特里·梅列日科夫斯基所说：“他有如在众人尚在沉睡时，过早从愚昧无知中苏醒的先知。”

    我们在叹服于达·芬奇非凡的想象力和创造力的同时，也仿佛透过历史的隧道，看到了人类现代科技进步的最初步伐。在达·芬奇所处的文艺复兴时期，蒸汽机和电力机车的发明才刚刚起步，资本主义生产关系才刚刚萌芽，此时距离大机器生产的英国工业革命还有一百多年，而达·芬奇的科技创造已经从中世纪迈向了现代，为工业革命、科技革命的到来奠定了广泛深厚的科技基础。他不仅是文艺复兴时期的艺术巨匠，也是推动现代科学技术发展的先驱。难怪有学者说：“达·芬奇的一些机械模型，宣告了资本主义的到来。” 

    达·芬奇的一生，充满了艺术、科学、技术，特别是梦想。他曾说过：“所有生命的起源，就是行动。”他多姿多彩的人生正是这一信念的最好注解。临终前，达·芬奇写下临别的话：“无人将化为虚有”。这位伟大的艺术家，这位对人世的一切造物充满热情的科学家，这位“追随星辰方向”的自然之子，以他无尽的杰作，获得了不朽。