飞行科学:一个最绚烂的主题

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  “1802年6月,洪博爬上当时公认的世界最高峰,也就是秘鲁钦博拉索山的火顶山,海拔6267米。尽管危险,洪博还是明察秋毫,注意到一般人容易忽略之处:‘在雪线之上,也就是5000余米的高处,有些岩石上仍有苔藓。上一次,我们在比那里低780米之处看到绿色苔藓。庞普兰德(洪博的伙伴)在4500米的高处抓到一只蝴蝶,我们在比那里高800米之处,看到一只苍蝇……’”这是在《旅行的艺术》一书中,提到科学旅行家(或说旅行科学家)洪博独到之处时的一段描述。
  如同对作家艾伦狄波顿旅行主题作品的评论,如果这趟旅行的背后有一个灵魂,绝不是马可波罗和麦哲伦,而可能会是达文西或达尔文;绝不是哥伦布和郑和,而可能会是洪博或法布尔;绝不是凯萨和狄亚士,而可能会是帕斯卡尔或蒙田……这种旅行,不见得是指一般所谓田野调查和实地观察性质的科学工作与正规实验,而是由一种亲身经验启发的科学思考与情怀。
  一晚在素食餐厅,暑假迷上西游记卡通的儿子和女儿看到墙上的一幅《八仙过海》图,开始好奇地问起一些直白而好玩的问题,例如为什么孙悟空可以飞那么远而唐三藏却不能(或者不要)?八仙中为什么有的这样飞有的那样飘?甚至我还必须从头帮他们复习:其实在超级英雄的正义联盟中(超人、蝙蝠侠、蜘蛛人),真正会飞行的只有超人,蝙蝠侠算是滑翔,蜘蛛人算是摆荡和跳跃。《八仙过海》图的俗世重点,当然在于“八仙过海,各显神通”,小孩们对这些仙人腾空过海的法宝与技术,是充满好奇与欣赏的。同样,飞行之旅的重点,也是自己稍微用心对于挣脱(或利用)地心引力与飞行科技的一种提问与观察。
  人类和飞行之间,或者应该说人类和地心引力之间的关系是非常奥妙与纠结的,不要说梦想,就连梦境,都可以说“飞行”是一种可正可邪的事物。不知道是不是每一个人都有这样的经验和记忆:自己做过的好梦与噩梦中,都有以飞行为主题的,一种例如是自己展现一股小小的飞行超能力,神气活现地“飞”奔,瞬行百里;另一种同样是腾空,不过加入一种“失控”的元素,毫无着力地被抛离地表,身体不知会飘落何方,感觉到一种莫名的恐惧!这样可正可邪的飞行梦境记忆与经验其实在提醒我们一件事:飞行的本质一定并非完全贴近虚幻、梦想与浪漫,而应该比较趋向现实、生存与科学,但两端之间又充满重合与混杂。
  (热)气球是航天器的一种,在飞行科技分类的位阶上属于单纯利用空气浮力的无动力浮升器。它的飞行原理也可以说是最简单的,它配备填充气体的袋状物,当充入气体的密度小于其周围环境的气体密度,且由此压力差产生的静浮力大于气球本身与其搭载物的重量时,气球就可浮升。气球作为一种交通工具可用来运载观测仪器和乘客,只装载设备的无载人气球经常用于对高空大气环境的科学研究,有时也用于测定宇宙射线。很多人不知道,其实热气球最早是由中国人发明的,称为天灯或孔明灯,在公元二三世纪被发明,用来传递军事信号。知名学者李约瑟也指出,公元1241年,蒙古人曾经在李格尼兹战役中使用过龙形天灯来传递信号,而欧洲人直到1783年才向空中释放第一个内充热空气的气球。
  到了18世纪,法国造纸商孟格菲兄弟在欧洲重新发明了热气球。他们受碎纸屑在火炉中不断升起的启发,用纸袋把热气聚集起来做实验,使纸袋能够随着气流不断上升。1783年6月4日,孟格菲兄弟在里昂安诺内广场做公开表演,一个圆周为33米的模拟气球升起,飘然飞行了2.4千米。同年9月19日,在巴黎凡尔赛宫前,孟格菲兄弟为国王、王后、宫庭大臣及13万巴黎市民进行了热气球的升空表演。同年11月21日下午,孟格菲兄弟又在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次载人空中航行,热气球飞行了25分钟,在飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近。这次飞行比莱特兄弟的飞机早了整整120年。在充气气球方面,法国的罗伯特兄弟则是最先乘充满氢气的气球飞上天空的。
  “飞机是怎么飞的?”这个看起来基本通俗的问题,其实有着非常复杂深奥的答案,甚至是现今科学还没有办法做完整解释与掌握的,至于早期教科书上提到的白努利定律与传统流体力学,例如“由于机翼的上方是弯曲的,其上方距离会比下方来得长,因此被分成上下两股的空气为了要同时汇流在一起,通过上方的空气速度就必须要加快才行;这样一来,根据白努利定律,由于上方的空气速度变快了,因此其压力降低。于是在机翼的上下之间就产生了压力差,使得机体被由压力高的地方往压力低的地方推,也就是由下往上推;而这,就是飞机之所以能飞起来的原因”之类的说法,不是无法全面解释,就是被后面的现实观察与科学研究给推翻了。正如我的一位机师朋友说:“自己驾驶客机都已经有好几年的经验,却无法完全搞懂飞机到底是怎么飞的?!”
  人类科技和天然生物之间的竞合相长、爱恨情仇不是三言两语可以道尽的。比如一般流传莱特兄弟的飞机创作是受到鸟类飞行的启发,就连兄弟俩的意见都是不同调的,韦伯·莱特在自传中坚持认为鸟类是他们教育的一部分,而另一位奥维尔·莱特则认为鸟类飞翔的观察只给了他们灵感。而在20世纪二三十年代,有数百家从事研发、制造并贩卖飞机的小公司。据航空工程师与名作家诺威估计,那段期间共有10余万种不同的飞机在天上飞来飞去。后来,许多飞行员都撞了机,许多航空公司也都破了产。在这10余万种形形色色的飞机中,大约只有100种存活下来,形成今日航空的基础。飞机的演化过程活脱脱就是达尔文的演化流程,少数存活下来的飞机,全都极为稳定、经济又安全。
  当我正仰望着天空,追踪飞机的来处去向时,几只桦斑蝶和凤蝶又从面前翩翩飞舞而过,加上稍早遇到的众多紫斑蝶和善变蜻蜓,以及手边刚好有一篇《科学人》杂志标题为《蜘蛛吹气球》的科学新闻,提到一些初生蜘蛛可以利用“蛛丝气球”进行播迁,让人不得不又惊想起这些不到0.01克的小东西,无论在飞行模式、细微构造与遗传信息各个方面,依然着实地展现出浩瀚天地、宏伟生命的精妙与感动。
  哲学家尼采曾提到“丰富人生”这个语汇。1873年的夏天,他写了一篇论文,来区分搜集事实与运用已知事实:前者像是探险或研究,后者则是内在或心灵的充实。他认为前者没有什么,而赞扬后者,并且表示以近乎科学的方式去搜集事实注定徒劳,真正的挑战是利用事实“丰富人生”。
  我喜欢欣赏飞行,探究飞行物不是没有原因的。一向给人以乐观甚至调皮形象的科学家费曼曾表示:“我们很幸运,能活在一个还有很多新发现的年代。这就像发现新大陆一样——你只能发现美洲一次。我们这个年代是发现大自然基本定律的年代,这个日子永远不会再来了。”我宁可相信他这句话是开玩笑的,因为这样的观点有些消极。我相信,单是“飞行的奥妙”及其延伸的问题探究与衍生的科学趣味,就绝不是哪一个年代哪一个地区或哪一群人,甚至不是人类可以独占与穷尽的!
  在这些年参与或听闻科学工作与科技教育的日子,我深深感受到科技进步带来的方便与效率,但这样的背景有时会造成在不必要或不适当的时候,科学脱离切身与现实,科技疏远观察与生活。艺术家罗斯金曾说:“科技使我们轻而易举地到达美景跟前,但美的拥有和欣赏不是可以简化的……我教画的目的,是希望我的学生学着去爱大自然,而不是教他们盯着大自然去画画。”
  其实不单是艺术与美的欣赏,科学科技本身亦然!飞行是一个好主题,因为“飞行”对众生而言是一种长远历史的创新,多元发展的传统,不退流行的经典,无边无际的发现,永不褪色的探寻!而在其他相关事情上的一个实践,就是鼓励科学家与科技人去旅行,不单是为了放松,而是一种融入生活与自然的旅行,实践强度越高越好,结构差异越大越好,形式限制越宽越好。这就如同帕斯卡尔在《沉思录》中写出的:“如果我们对实物不以为然,画得再怎么像、再如何令人激赏,也没有用!”
  早先为洪博立传的史瓦振博格,为这部传记取了个副标题——《一生能够缔造的成就》。他将洪博那不寻常的好奇主要归纳为五个领域:“①对地球及其栖居生物的知识。②找出支配宇宙、人类、动物、植物、矿物的更高自然法则。③发现生命的新形态。④发现罕为人知的土地,以及这些土地的各种产物。⑤了解新的人种,包括其习俗、语言及文化发展脉络。”洪博的一生都在兴奋地证明:“我们应该向这个世界探询正确的问题!”
  用心旅行就是一场最华丽的实验!飞行科学就是一个最绚烂的主题!
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