天才們的探索

佘毅仁

【極限探索·深海專題之四】

世間事物的發(fā)展總是從量變到質(zhì)變的，在科學(xué)發(fā)展史上也從不例外，許多科學(xué)家都在先輩的研究基礎(chǔ)上，加以革新和改良，最終得到具有突破性意義的發(fā)展。諸如達(dá)·芬奇這樣的天才博物學(xué)家，將科學(xué)、藝術(shù)、軍事、建筑、工程技術(shù)等聚集于一身，成為科學(xué)界的先驅(qū)者。本文就將介紹致力于現(xiàn)代深海探索的先鋒科學(xué)家們的故事。

天才的相遇

1933年，在美國芝加哥世界博覽會的進(jìn)步時(shí)代科技展覽上，威廉·畢比和奧古斯特·皮卡爾德成為了焦點(diǎn)人物。雖然此時(shí)畢比還未創(chuàng)造1000米的深潛紀(jì)錄，但憑借其家喻戶曉的知名度仍然吸引了大量的關(guān)注。而來自瑞士的皮卡爾德此時(shí)已經(jīng)是不折不扣的“世界最高高度”紀(jì)錄的創(chuàng)造者了，他已經(jīng)越過了同溫層（平流層），飛越了海拔1萬多米的高空，不但創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，還進(jìn)行了科學(xué)實(shí)驗(yàn)。這兩位科學(xué)家對彼此的發(fā)明都抱有濃厚的興趣。兩位身高接近2米的大個(gè)子，互相考察著對方的發(fā)明，可謂是一道奇特的“景觀”。兩人的發(fā)明頗為相似，均是中空的密封球體，只是皮卡爾德的球體更大一些，可這兩個(gè)發(fā)明卻是用于完全相反的環(huán)境。畢比的“深潛球”之前已作介紹，而皮卡爾德的發(fā)明，堪稱一絕。熱氣球飛行早在19世紀(jì)已風(fēng)靡歐洲，人們利用熱氣球進(jìn)行各種探險(xiǎn)和娛樂活動(dòng)。載人的部分多為半封閉的籃框吊艙，掛載在氣球之下飛行。而皮卡爾德的載人艙則為全封閉的球形掛艙，系在氣球之下，直接飛入數(shù)十千米的高空。兩人互相交流經(jīng)驗(yàn)，都覺得十分愉悅和榮幸。同時(shí)，畢比向皮卡爾德詳細(xì)介紹了“深潛球”的工作原理和他在深海探險(xiǎn)時(shí)看到的奇景。

這次的交流對皮卡爾德產(chǎn)生了很深的影響，讓皮卡爾德聯(lián)想起了他少年時(shí)代的夢想……

高空和深海

皮卡爾德出生于瑞士巴塞爾的名門。1909年，皮卡爾德和雙胞胎哥哥一起獲得博士學(xué)位，成為名副其實(shí)的少年博士。少年時(shí)期，皮卡爾德就幻想用潛水器潛入海洋，并在海洋中無限制地自由遨游。后來，他和哥哥又開始研究起了航天，準(zhǔn)備利用氣球，飛出大氣層，翱翔在宇宙中，研究宇宙的奧秘。之后他還和大名鼎鼎的物理學(xué)家愛因斯坦合作。皮卡爾德使用自己的設(shè)備幫助愛因斯坦在高空進(jìn)行研究，并和他建立了深厚的友誼。他們一同參加了1927年第五屆“索爾維”國際物理學(xué)高峰會議，這次物理學(xué)會議成為了20世紀(jì)世界物理學(xué)最為輝煌的頂峰。在此期間，居里夫人、波爾、普朗克、洛倫茨等著名物理學(xué)家均列席參會，皮卡爾德也把他的研究成果在會議中與其他科學(xué)家們分享。

隨著研究的不斷深入，皮卡爾德的設(shè)備已不能滿足所需。此時(shí)，他設(shè)計(jì)出了球形的封閉掛艙來沖擊高空，突破人們生活的對流層，希望在更高的空間里得到新的發(fā)現(xiàn)。此時(shí)，他的研究獲得了比利時(shí)國家科學(xué)研究基金會的全力支持，最終完成了鋁制的封閉科考載人艙的設(shè)計(jì)和制造工作，他將其命名為“弗恩斯”（基金會的首字母縮寫）。1932年，皮卡爾德乘著這個(gè)系纜載人艙的氫氣球，飛越了16000米的高空進(jìn)入同溫層，這不僅創(chuàng)造了新的高度紀(jì)錄，還在當(dāng)時(shí)人類從未涉及過的高度研究了各種宇宙射線和臭氧的情況，為宇宙科學(xué)作出重要的貢獻(xiàn)。此舉引起了歐洲社會的廣泛關(guān)注，皮卡爾德一舉成名。眾所周知，人類不憑借科學(xué)設(shè)備是無法到達(dá)高空的，與海洋深度越深壓力越大相反，高空不但空氣稀薄，溫度極低，而且高度越高，壓力隨之減小，只有使用封閉的內(nèi)部常壓載人艙才可以在如此之高的高度上生存工作。這個(gè)設(shè)備為日后皮卡爾德探索海洋作出了重要的鋪墊。有意思的是，法國漫畫家埃爾熱在《丁丁歷險(xiǎn)記》中設(shè)計(jì)出了一位正直、勇敢，富有社會責(zé)任心的天才科學(xué)家——向日葵教授，而他的原型就是皮卡爾德。1933年，在與畢比接觸后，皮卡爾德便開始著手海洋探索的計(jì)劃，不久之后，他設(shè)計(jì)出了巧奪天工的作品——遨游在海中的“氣球”。

神奇的科學(xué)探索家族

皮卡爾德的雙胞胎哥哥也是位杰出的科學(xué)家，名為讓-菲利克斯。他和弟弟一樣酷愛氣球飛行，只是讓-菲利克斯對氣球飛行更為執(zhí)著。讓-菲力克斯于20世紀(jì)30年代初移民美國，與太太珍妮特共同進(jìn)行氣球飛行。1933年，他和弟弟成為芝加哥世界博覽會上的風(fēng)云人物。在相當(dāng)長的時(shí)間里，兄弟兩人交替刷新著飛行高度的世界紀(jì)錄。他還創(chuàng)造了航天史上的眾多奇跡，他不僅是化學(xué)家、工程師，還是發(fā)明家，他的許多發(fā)明為航空業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。二戰(zhàn)后，高新科技的發(fā)展使材料技術(shù)突飛猛進(jìn)，有機(jī)塑料的運(yùn)用使讓-菲利克斯的發(fā)明更如虎添翼，他設(shè)計(jì)的高空氣球被用于軍事偵察和大氣及外層空間科學(xué)的研究探索。20世紀(jì)50年代初，他已有能力使用氣球在高空探測研究近地天體表面的狀況。因此，讓-菲利克斯便成為美國著名科幻劇《星際迷航》中星艦“進(jìn)取號”船長讓-盧克·皮卡爾德的原型。讓-菲利克斯的兒子唐納德繼承了他的傳統(tǒng)，同樣成為了著名的航空專家。

皮卡爾德的兒子雅克，是名副其實(shí)的《海底兩萬里》的實(shí)踐者。他不僅成為世界上首批探索海底最深處的人，還在大洋中漂流、科考了數(shù)千千米。中年時(shí)開始致力于保護(hù)海洋環(huán)境，成為和平利用海洋的先導(dǎo)。

皮卡爾德的孫子博特蘭，是人類史上用氣球完成不間斷環(huán)球飛行的第一批航空專家?，F(xiàn)在他還計(jì)劃用太陽能動(dòng)力飛機(jī)完成環(huán)球飛行呢。這樣富有科學(xué)探索精神的神奇家族為人類帶來的各種偉大的創(chuàng)舉至今還在繼續(xù)，我們就拭目以待他們繼續(xù)創(chuàng)造的奇跡吧！

戰(zhàn)爭的成果

戰(zhàn)爭給人類帶來無盡痛苦的同時(shí)，也迅速促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。在海洋科學(xué)領(lǐng)域中，戰(zhàn)爭技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)的相生相伴，無疑加速了人類探索海洋的步伐。

1490年，達(dá)·芬奇用管子插入水中，耳朵就可以聽到遠(yuǎn)方船只航行的聲音，這是世界上最早的聲吶。到了19世紀(jì)，人們漸漸知道水聲傳播的速度很快，隨即科學(xué)家就測出了聲波在水中的平均傳播速度約為每秒1500米。后來科學(xué)家們發(fā)明了能將水聲波轉(zhuǎn)換成電信號的記錄儀器。人們在研究中發(fā)現(xiàn)，各種波能形式在水中的傳輸距離和損耗不同，比如光和電磁波在水中衰減速度極快，傳輸距離也非常有限。經(jīng)過多次試驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)聲波在水中有著不錯(cuò)的傳輸速度和傳播距離，是最為實(shí)用、可靠、高效的波束載體。

1914年，加拿大科學(xué)家瑞吉納德·費(fèi)森登發(fā)明了世界上第一套現(xiàn)代主動(dòng)回聲探測儀，它可以用回聲原理測定體積較大的物體，但精確度不高?，F(xiàn)代無線電對講機(jī)也是由他發(fā)明。之后，一戰(zhàn)爆發(fā)，船用聲吶系統(tǒng)需求激增，法國物理學(xué)家保羅·朗吉文研制出了電子主動(dòng)回聲聲吶，這種聲吶可發(fā)出高頻超聲波探測目標(biāo)，使協(xié)約國艦船有效發(fā)現(xiàn)德國潛艇的能力大幅加強(qiáng)，進(jìn)而可使一些船只免于潛艇的攻擊。朗吉文教授是位和平主義斗士，二戰(zhàn)期間不僅反對德國法西斯，還來到中國，反對日本侵略中國，是中國人民的抗日盟友。到了20世紀(jì)20年代中期，船用導(dǎo)航聲吶應(yīng)運(yùn)而生，使船只能有效探測水文情況，減少海難的發(fā)生。

水下的科學(xué)對抗

時(shí)至二戰(zhàn)，海洋科學(xué)迎來了新的發(fā)展契機(jī)，美、英、德、法、日、蘇等世界列強(qiáng)都在海洋應(yīng)用科學(xué)上有不同程度的發(fā)展。其中，美、英、德的突破最大。聲吶的廣泛應(yīng)用使艦船和潛艇之間玩起了貓捉老鼠的游戲。此外，各種水聲偵測和攻擊武器也相繼誕生。主動(dòng)和被動(dòng)聲吶，以及其他種類的水聲掃描儀器，除了軍事用途以外，還對導(dǎo)航、海洋地形地貌探測提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。美國在海洋科考探測方面投入了很大的精力，美國海洋地質(zhì)學(xué)泰斗莫利斯·尤英和著名海洋學(xué)家阿林·文在二戰(zhàn)中的表現(xiàn)尤為突出，不僅分析了大西洋部分海底的地質(zhì)種類和構(gòu)成，還改進(jìn)了遠(yuǎn)距離水聲偵測潛艇的手段，有效打擊了納粹德國海軍潛艇的狂妄企圖。此后阿林·文的發(fā)明還為世界海洋科考立下了汗馬功勞。

德國在水聲探測方面也動(dòng)足了腦筋，他們研制出潛艇用的“消聲瓦”，還在聲學(xué)及材料磁性學(xué)的模擬、誘導(dǎo)、干擾等手段上做足了研究，為日后反向研究海洋地質(zhì)、偵測軍事裝備和海洋生物學(xué)等方面提供了重要的技術(shù)依據(jù)。從20世紀(jì)10年代末開始，德國人也曾研制出類似于畢比-巴頓的潛水設(shè)備，但它是一個(gè)圓筒形的常壓式載人潛水艙，只能乘載一人，也由母船吊裝控制沉浮。最初它的作用是觀察船體、淺海區(qū)域的水下地形偵測和水下建筑的制造與檢修，隨著不斷地改進(jìn)，到了二戰(zhàn)前后，它便用于各種軍事用途，成為德國海軍的水下“哨兵”。

還記得畢比-巴頓的潛水球嗎？20世紀(jì)30年代末40年代初，為了防止德國海軍向大西洋西部和美加?xùn)|海岸滲透，大西洋中的百慕大作為重要的中轉(zhuǎn)區(qū)域變成了美國的軍事基地，潛水球被美國海軍借用，成為研究和記錄新型水下武器的重要設(shè)備。

戰(zhàn)爭使海洋學(xué)和相關(guān)應(yīng)用科學(xué)得到了高速的發(fā)展。這種發(fā)展促進(jìn)了20世紀(jì)下半葉人類對海洋的認(rèn)識和開發(fā)。皮卡爾德的研究到1937年已初具規(guī)模，原本持續(xù)推進(jìn)的工作被二戰(zhàn)無情地打斷。直到戰(zhàn)爭結(jié)束后，才見到了成功的“曙光”。