图文详情

本文由公众号 “把科学带回家” 提供
给孩子最好的科学教育

来源 | 万物

编辑 | Mirror

列奥纳多· 达· 芬奇逝世500年后的今天，他的画作《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》早已无人不知。但很多人不知道，达·芬奇的科学笔记也同样伟大，其创造力可以说远远超越了他的时代。达·芬奇过世后留下了很多手稿，内容包括他对自然的观察，对人体的研究和大量的机械发明。其中最具代表性的作品之一是后人整理出的《大西洋古抄本》手稿集，共有12 卷，1119页， 1750 多张图稿。这本手稿集的原作保存于米兰的安波罗修图书馆，不过就在今年，数据可视化公司The Visual Agency发布了这本手稿的完整电子版，为我们展现出这位传奇大师的惊人创造力（电子版网页链接详见文末）。

工程机械发明

达·芬奇在手稿中设计了数百种机械武器，其中还有不少后世武器的雏形，堪比一位军事工程师。他还执迷于将人送上天空，并为此设计了一系列飞行器。“钻气机”就是其中一种。这种飞行器的原理是压缩空气产生升力，从而实现载人飞行，很多人认为它是现代直升机的鼻祖。除了“钻气机”，达·芬奇还设计过多种飞行器，例如一种模拟鸟类拍打翅膀的飞机。

“钻气机” | 图片来源《万物》

你可能不知道的是达·芬奇有很多巧妙设计其实是为宫廷娱乐服务的。他在米兰的宫廷里担任类似于娱乐总管的职位，尽管这个职位不尽如人意，但达·芬奇在这里结识了当时各个领域的精英。他曾向数学家卢卡·帕西奥利学习数学，又从军事工程师弗朗西斯科·迪·乔治·马蒂尼那里获得机械设计灵感。有了这些知识，他制造出了令同时代人惊艳的魔术道具，比如通过传动齿轮装置驱动，而实现短距离自动行驶的自动车，这也是世界上最早的自动装置之一。

自动车设计手稿

达·芬奇在工程领域的才华逐渐被认可，大约在1502 年，又被任命为切萨雷·波吉亚的总建筑师和总工程师之后，他在他的笔记中绘制了意大利伊莫拉城地图。

意大利伊莫拉城地图 | 图片来源《万物》

生理结构研究

达·芬奇对人体的研究也相当出名。其中，《维特鲁威人》常被用作人类精神的象征。这幅人体绘画其实是为了解开一个建筑学谜团而创作的。当时的人们认为建筑比例应该遵从人体比例。古罗马建筑师维特鲁威在他的作品《建筑十书》中提出人体可以在不破坏比例的前提下，同时被嵌入正方形和圆形。许多建筑师都企图找到这样精妙的人体比例，但都以失败告终。为之着迷的达·芬奇最终以这副画作完美地解决了这个问题。不过据后来的研究发现，达·芬奇的这幅作品很可能参考了其好友——一位年轻建筑师贾科莫·安德烈的设计，也可能是他们共同完成的作品。

《维特鲁威人》| 图片来源《万物》

他不仅研究人体外观，也研究人体的内部构造。从1480年左右开始，为了提高自己画人像的技艺，他开始钻研人体解剖学。达·芬奇主要通过解剖动物来做解剖学研究，但是他一生也解剖过大约30 多具尸体，大多是无名尸或被处决的囚犯。

在达·芬奇留下来的解剖学笔记和图稿中，他对于心脏的描述之精确，令人拍案叫绝。他曾经用玻璃做了一个牛的心脏模型（真玻璃心×），这样不仅可以描述它的外观，还能测试、研究心脏的运行机制。通过将水泵入玻璃心脏，达·芬奇观察到血液从心脏流入主动脉时会产生涡流（旋转流动）。这样心脏每次泵出血液后，主动脉中涡流的作用力就能关闭心脏瓣膜。

心脏解剖手稿 | 图片来源《万物》

1511年，达·芬奇绘制出了胎儿图像。图中的子宫是人类的，但胎盘却是牛的。他相信哺乳动物的解剖特征都是相似的。

子宫与胎儿 | 图片来源《万物》

研究达·芬奇绘稿的专家马丁·克莱顿认为，“就算达·芬奇没有做其他任何事，没画过一幅画，单单在解剖学上的成就，就足以使他进入文艺复兴伟人之列。他的解剖学工作兼具深度和广度，称他为文艺复兴时期最伟大的科学家一点也不过分。”

汲取先人智慧

达·芬奇之所以会有这些过人的成就，除了他个人的天赋，也离不开大量的学习。他自幼就喜欢观察大自然中的各种事物，年轻时又在赫赫有名的韦罗基奥工作室当学徒。在那里你并不能只专注于艺术设计，还必须掌握一定的机械、工程等综合领域的知识才能成为一名合格的设计师。当时的达·芬奇更注重现实经验的积累，而对书中的知识接触不多。在他来到米兰之后，活字印刷术和雕刻术开始被推广开来，推动了知识的传播。达·芬奇就是在那时收集并阅读大量书籍，如饥似渴地学习先人的著作。

罗伯托·瓦初里奥的《军事艺术》

实际上，达·芬奇的很多设计灵感都是来自于先人的作品。他创作《大西洋古抄本》时就大量借鉴了罗伯托·瓦初里奥的名作《军事艺术》，镰刀战车就源自这本古籍。而自动车也是参考了早于他许多年的工程师希罗的设计。不过，达·芬奇的确在其中加入了自己的思考，改进了这些古老的技术。例如，将装甲战车的大炮改良为可以调节瞄准方向的设计。这也恰恰说明，达·芬奇并非是穿越自未来的存在，相反，是先人的智慧给了他关键的启迪。

以实验挑战权威

尽管达·芬奇很重视书本知识的学习，但他也并没有迷信权威，而是以实验来验证那些被人们奉为圭臬的观点。例如当时的人们都把天文学家克罗狄斯·托勒密的理论作为权威，托勒密认为月球和行星都能自己发光，并且提出地球是宇宙的中心。而达·芬奇通过自己设计的模拟图验证后认为月球只是反射了太阳光，甚至还提出“太阳是静止不动的”，地球不是宇宙的中心，而只是处于其他行星之中，与它们一起形成统一的系统。达·芬奇是否早已有完整理论我们无从得知，令人称奇的是，他提出这一结论的时间比伽利略还早了约一百年。

天体研究手稿

达·芬奇还认为天体运动和人体运动是同种力作用的结果，人体其实是个微缩版的宇宙。他总能将各个看似不相干的领域联系在一起，再饶有兴致地研究其中的共通规律。为了研究螺旋结构，他曾仔细观察波浪、鸟类飞行、植物生长和发丝形状，将研究范围扩大到地理学、植物学和拓扑学等领域。在达·芬奇眼中，世间万物相互联系，共同构成了一个不断运动的巨大系统。也许正是领悟到的这些联系，让达·芬奇在多领域都能有所建树。

水流运动图解 | 图片来源《万物》

达·芬奇显然是个当之无愧的旷世奇才，只可惜在科学研究方面，他没能好好整理总结自己过去的大量手稿。他也曾经想要将手稿集结出书，但是新的灵感总是在召唤他不断投身于一个又一个新领域，例如想通过水流来研究自然规律等等，不过始终未能得出一个系统化的理论，最终也没能出书。所幸后世的人们意识到这些手稿的重要性，将它们整理保留了下来。

破解“达·芬奇密码”

在解析达·芬奇的手稿时，研究者们也遇到了不少困难。例如他在写笔记时是用左手从右写到左，而且都是镜像文字，必须借助镜子才能识别。经过长达几百年的时间，手稿中的许多墨迹都已经模糊或消失，借助紫外线，这些笔记才得以重现。

紫外线下显出的《三博士来朝》草稿 | 图片来源《万物》

达·芬奇为他的《三博士来朝》画作打的一系列手部形态的草稿，就是这种情况。在肉眼看来，这页笔记是空白的，但是在紫外线的照射下，手就显现了出来。“隐形笔迹”的秘密其实藏在达·芬奇常用的墨水里，这种墨水是达·芬奇用橡树瘿汁液自制的，在其中加入了硫酸铁和阿拉伯树胶。在紫外线照射下，纸张等物质会发出荧光。达·芬奇的墨水虽然已经褪色，但里面的含铁成分仍然留在纸上，进而屏蔽了荧光，使笔迹显现出来。

尽管我们通过各种科技手段复原出了达·芬奇的天才之作，其中仍有大量等待我们去解读的“达·芬奇密码”，包括下面这组达·芬奇的机械发明设计手稿。

达·芬奇重要发明年表

城防机械（1482-1485）

可以将敌军的攻城梯推开。这种防御工具由一系列的杠杆和横梁组成。