同時也模糊了自然物和機械裝置

❶ 機械之美——機械時期的計算設備

手動時期的計算工具通常沒有多少復雜的製作原理，許多經典的計算工具之所以強大，譬如算盤，是由於依託了強大的使用方法，工具本身並不復雜，甚至用現在的話來講，是遵從著極簡主義的。正因如此，在手動時期，人們除了動手，還需要動腦，甚至動口（念口訣），必要時還得動筆（記錄中間結果），人工計算成本很高。到了17世紀，人們終於開始嘗試使用機械裝置完成一些簡單的數學運算（加減乘除）——可不要小看了只能做四則運算的機器，計算量大時，如果數值達到上萬、上百萬，手工計算十分吃力，而且容易出錯，這些機器可以大大減輕人工負擔、降低出錯概率。

機械裝置的歷史其實相當久遠，在我國，黃帝和蚩尤打仗時就發明了指南車，東漢張衡的地動儀、渾天儀、記里鼓車（能自動計算行車里程），北宋時期蘇頌、韓公廉發明的水運儀象台（天文鍾），數不勝數，其中好多發明事實上已經實現了某些特定的計算功能。然而所謂工具都是應需求而生的，我國古代機械水平再高，對計算（尤其是大批量計算）沒有需求也難為無米之炊，真正的通用機械計算設備還得在西方進入資本主義後逐漸出現。

那個時候，西方資產階級為了奪取資源、占據市場，不斷擴大海外貿易，航海事業蓬勃興起，航海就需要天文歷表。在那個沒有電子計算機的時代，一些常用的數據通常要通過查表獲得，比如cos27°，不像現在這樣掏出手機打開計算器APP就能直接得到答案，從事特定行業、需要這些常用數值的人們就會購買相應的數學用表（從簡單的加法表到對數表和三角函數表等等），以供查詢。而這些表中的數值，是由數學家們藉助簡單的計算工具（如納皮爾棒）一個個算出來的，算完還要核對。現在想想真是蛋疼，腦力活硬生生淪為苦力活。而但凡是人為計算，總難免會有出錯，而且還不少見，常常釀成航海事故。機械計算設備就在這樣的迫切的需求背景下應運而生。

研製時間：1623年~1624年

契克卡德是現今公認的機械式計算第一人，你也許沒聽說過他，但肯定知道開普勒吧，對，就是那個天文學家開普勒。契克卡德和開普勒出生在同一城市，兩人既是生活上的好基友，又是工作上的好夥伴。正是開普勒在天文學上對數學計算的巨大需求促使著契克卡德去研發一台可以進行四則運算的機械計算器。

Rechenuhr支持六位整數計算，主要分為加法器、乘法器和中間結果記錄裝置三部分。其中位於機器底座的中間結果記錄裝置是一組簡單的置數旋鈕，純粹用於記錄中間結果，僅僅是為了省去計算過程中筆和紙的參與，沒什麼可說的，我們詳細了解一下加法器和乘法器的實現原理和使用方法。

乘法器部分其實就是對納皮爾棒（詳見上一篇 《手動時期的計算工具》 ）的改進，簡單地將乘法表印在圓筒的十個面上，機器頂部的旋鈕分有10個刻度，可以將圓筒上代表0~9的任意一面轉向使用者，依次旋轉6個旋鈕即可完成對被乘數的置數。橫向有2~9八根擋板，可以左右平移，露出需要顯示的乘積。以一張紀念郵票上的圖案為例，被乘數為100722，乘以4，就移開標數4的那根擋板，露出100722各位數與4相乘的積：04、00、00、28、08、08，心算將其錯位相加得到最終結果402888。

加法器部分通過齒輪實現累加功能，6個旋鈕同樣分有10個刻度，旋轉旋鈕就可以置六位整數。需要往上加數時，從最右邊的旋鈕（表示個位）開始順時針旋轉對應格數。以筆者撰寫該部分內容的時間（7月21日晚9:01）為例，計算721+901，先將6個旋鈕讀數置為000721：

隨後最右邊的（從左數第六個）旋鈕順時針旋轉1格，示數變為000722：

第五個旋鈕不動，第四個旋鈕旋轉9格，此時該旋鈕超過一圈，指向數字6，而代表百位的第三個旋鈕自動旋轉一格，指向數字1，最終結果即001622：

這一過程最關鍵的就是通過齒輪傳動實現的自動進位。Rechenuhr使用單齒進位機構，通過在齒輪軸上增加一個小齒實現齒輪之間的傳動。加法器內部的6個齒輪各有10個齒，分別表示0~9，當齒輪從指向數字9的角度轉動到0時，軸上突出的小齒將與旁邊代表更高位數的齒輪嚙合，帶動其旋轉一格（36°）。

相信聰明的讀者已經可以想到減法怎麼做了，沒錯，就是逆時針旋轉加法器的旋鈕，單齒進位機構同樣可以完成減法中的借位操作。而用這台機器進行除法就有點「死腦筋」了，你需要在被除數上一遍又一遍不斷地減去除數，自己記錄減了多少次、剩餘多少，分別就是商和余數。

由於乘法器單獨只能做多位數與一位數的乘法，加法器通常還需要配合乘法器完成多位數相乘。被乘數先與乘數的個位相乘，乘積置入加法器；再與乘數十位數相乘，乘積後補1個0加入加法器；再與百位數相乘，乘積後補2個0加入加法器；以此類推，最終在加法器上得到結果。

總的來說，Rechenuhr結構比較簡單，但也照樣稱得上是計算機史上的一次偉大突破。而之所以被稱為「計算鍾」，是因為當計算結果溢出時，機器還會發出響鈴警告，在當時算得上十分智能了。可惜的是，契克卡德製造的機器在一場火災中燒毀，一度鮮為人知，後人從他在1623年和1624年寫給開普勒的信中才有所了解，並復制了模型機。

研製時間：1642年~1652年

1639年，帕斯卡的父親開始從事稅收方面的工作，需要進行繁重的數字相加，明明現在Excel里一個公式就能搞定的事在當時卻是件大耗精力的苦力活。為了減輕父親的負擔，1642年起，年方19的帕斯卡就開始著手製作機械式計算器。剛開始的製作過程並不順利，請來的工人只做過家用的一些粗糙機械，做不來精密的計算器，帕斯卡只好自己上手，親自學習機械製作。

現在想想那個生產力落後的時代，這些天才真心牛逼，他們不僅可以是數學家、物理學家、天文學家、哲學家，甚至還可能是一頂一的機械師。

作為一台加法器，Pascaline只實現了加減法運算，按理說原理應該非常簡單，用契克卡德的那種單齒進位機構就可以實現。而帕斯卡起初的設計確實與單齒進位機構的原理相似（盡管他不知道有Rechenuhr的存在）——長齒進位機構——齒輪的10個齒中有一個齒稍長，正好可以與旁邊代表更高數位的齒輪嚙合，實現進位，使用起來與契克卡德機的加法器一樣，正轉累加，反轉累減。

但這一類進位機構有著一個很大的缺陷——齒輪傳動的動力來自人手。同時進行一兩個進位還好，若遇上連續進位的情況，你可以想像，如果999999+1，從最低位一直進到最高位，進位齒全部與高位齒輪嚙合，齒輪旋轉起來相當吃力。你說你力氣大，照樣能轉得動旋鈕沒問題，可齒輪本身卻不一定能承受住這么大的力，搞不好容易斷裂。

為了解決這一缺陷，帕斯卡想到藉助重力實現進位，設計了一種叫做sautoir的裝置，sautoir這詞來自法語sauter（意為「跳」）。這種裝置在執行進位時，先由低位齒輪將sautoir抬起，而後掉落，sautoir上的爪子推動高位齒輪轉動36°，整個過程sautoir就像盪鞦韆一樣從一個齒輪「跳」到另一個齒輪。

這種只有天才才能設計出來的裝置被以後一百多年的許多機械師所稱贊，而帕斯卡本人對自己的發明就相當滿意，他號稱使用sautoir進位機構，哪怕機器有一千位、一萬位，都可以正常工作。連續進位時用到了多米諾骨效應，理論上確實可行，但正是由於sautoir裝置的存在，齒輪不能反轉，每次使用前必須將每一位（注意是每一位）的齒輪轉到9，而後末位加1用連續進位完成置零——一千位的機器做出來恐怕也沒人敢用吧！

既然sautoir裝置導致齒輪無法反轉，那麼減法該怎麼辦呢？帕斯卡開創性地引入了沿用至今的補碼思想。十進制下使用補九碼，對於一位數，1的補九碼就是8，2的補九碼是7，以此類推，原數和補碼之和為9即可。在n位數中，a的補九碼就是n個9減去a，以筆者撰寫該部分內容的日期（2015年7月22日）為例，20150722的8位補九碼是99999999 - 20150722 = 79849277。觀察以下兩個公式：

a-b的補碼就是a的補碼與b的和，如此，減法便可以轉化為加法。

Pascaline在顯示數字的同時也顯示著其所對應的補九碼，每個輪子身上一周分別印著9~0和0~9兩行數字，下面一行該位上的表示原數，上面一行表示補碼。當輪子轉到位置7時，補碼2自然顯示在上面。

帕斯卡加了一塊可以上下移動的擋板，在進行加法運算時，擋住表示補碼的上面一排數，進行減法時就擋住下面一排原數。

加法運算的操作方法與Rechenuhr類似，唯一不同的是，Pascaline需要用小尖筆去轉動旋鈕。這里主要說一說減法怎麼做，以筆者撰寫該部分內容的時間（2015年7月23日20:53）為例，計算150723 - 2053。

置零後將擋板移到下面，露出上面表示補碼的那排數字：

輸入被減數150723的補碼849276，上排窗口顯示的就是被減數150723：

加上被減數2053，實際加到了在下排的補碼849276上，此時上排窗口最終顯示的就是減法結果148670：

整個過程用戶看不到下面一排數字，其實玄機就在里頭，原理挺簡單，09一輪回，卻很有意思。

研製時間：1672年~1694年

由於Pascaline只能加減，不能乘除，對此萊布尼茨提出過一系列改進的建議，終究卻發現並沒有什麼卵用。就好比自己寫一篇文章很簡單，要修改別人的文章就麻煩了。那麼既然改進不成，就重新設計一台吧！

為了實現乘法，萊布尼茨以其非凡的創新思維想出了一種具有劃時代意義的裝置——梯形軸（stepped drum），後人稱之為萊布尼茨梯形軸。萊布尼茨梯形軸是一個圓筒，圓筒表面有九個長度遞增的齒，第一個齒長度為1，第二個齒長度為2，以此類推，第九個齒長度為9。這樣，當梯形軸旋轉一周時，與梯形軸嚙合的小齒輪旋轉的角度就可以因其所處位置（分別有0~9十個位置）不同而不同。代表數字的小齒輪穿在一個長軸上，長軸一端有一個示數輪，顯示該數位上的累加結果。置零後，滑動小齒輪使之與梯形軸上一定數目的齒相嚙合：比如將小齒輪移到位置1，則只能與梯形軸上長度為9的齒嚙合，當梯形軸旋轉一圈，小齒輪轉動1格，示數輪顯示1；再將小齒輪移動到位置3，則與梯形軸上長度為7、8、9的三個齒嚙合，小齒輪就能轉動3格，示數輪顯示4；以此類推。

除了梯形軸，萊布尼茨還提出了把計算器分為可動部分和不動部分的思想，這一設計也同樣被後來的機械計算器所沿用。Stepped Reckoner由不動的計數部分和可動的輸入部分組成，機器版本眾多，以德意志博物館館藏的復製品為例：計數部分有16個示數輪，支持16位結果的顯示；輸入部分有8個旋鈕，支持8位數的輸入，里頭一一對應地安裝著8個梯形軸，這些梯形軸是聯動的，隨著機器正前方的手柄一同旋轉。機器左側的手柄藉助蝸輪結構實現可動部分的左右平移，手柄每轉一圈，輸入部分移動一個數位的距離。

進行加法運算時，先在輸入部分通過旋鈕置入被加數，計算手柄旋轉一周，被加數即顯示到上方的計數部分，再將加數置入，計算手柄旋轉一周，就得到計算結果。減法操作類似，計算手柄反轉即可。

進行乘法運算時，在輸入部分置入被乘數，計算手柄旋轉一周，被乘數就會顯示到計數部分，計算手柄旋轉兩周，就會顯示被乘數與2的乘積，因此在乘數是一位數的情況下，乘數是多少，計算手柄旋轉多少圈即可。那麼如果乘數是多位數呢？這就輪到移位手柄登場了，以筆者撰寫該部分內容的日期（7月28日）為例，假設乘數為728：計算手柄先旋轉8周，得到被乘數與8的乘積；而後移位手柄旋轉一周，可動部分左移一個數位，輸入部分的個位數與計數部分的十位數對齊，計算手柄旋轉2周，相當於往計數部分加上了被乘數與20的乘積；依法炮製，可動部分再左移，計算手柄旋轉7周，即可得到最終結果。

可動部分右側有個大圓盤，外圈標有0~9，里圈有10個小孔與數字一一對應，在對應的小孔中插入銷釘，可以控制計算手柄的轉動圈數，以防操作人員轉過頭。在進行除法時，這個大圓盤又能顯示計算手柄所轉圈數。

進行除法運算時，一切操作都與乘法相反。先將輸入部分的最高位與計數部分的最高位（或次高位）對齊，逆時針旋轉計算手柄，旋轉若干圈後會卡住，可在右側大圓盤上讀出圈數，即為商的最高位；逆時針旋轉位移手柄，可動部分右移一位，同樣操作得到商的次高位數；以此類推，最終得到整個商，計數部分剩下的數即為余數。

最後提一下進位機構，Stepped Reckoner的進位機構比較復雜，但基本就是單齒進位的原理。然而萊布尼茨沒有實現連續進位，當產生連續進位時，機器頂部對應的五角星盤會旋轉至角朝上的位置（無進位情況下是邊朝上），需要操作人員手動將其撥動，完成向下一位的進位。

研製時間：1818年~1820年

以往的機械式計算器通常只是發明者自己製作了一台或幾台原型，帕斯卡倒是有賺錢的念頭，生產了20台Pascaline，但是根本賣不出去，這些機器往往並不實惠，也不好用。托馬斯是將機械式計算器商業化並取得成功的第一人，他不僅成為了機械式計算器的發明家，更成為了牛逼的企業家（創辦了當時法國最大的保險公司）。從商之前，托馬斯在法國軍隊從事過幾年部隊補給方面的工作，需要進行大量的運算，正是在這期間萌生了製作計算器的念頭。他從1818年開始設計，於1820年製成第一台，次年生產了15台，往後持續生產了約100年。

Arithmometer基本採用萊布尼茨的設計，同樣使用梯形軸，同樣分為可動和不動兩部分。

所不同的是，Arithmometer的手柄在加減乘除情況下都是順時針旋轉，示數輪的旋轉方向通過與不同方向的齒輪嚙合而改變。

此外，托馬斯還做了許多細節上的改進（包括實現了連續進位），量產出來的Arithmometer實用、可靠，因而能獲得巨大成功。

研製時間：1874年

萊布尼茨梯形軸雖然好用，但由於其長筒狀的形態，機器的體積通常很大，某些型號的Arithmometer擺到桌子上甚至要佔掉整個桌面，而且需要兩個人才能安全搬動，亟需一種更輕薄的裝置代替梯形軸。

這一裝置就是後來的可變齒數齒輪（variable-toothed gear），在17世紀末到18世紀初，有很多人嘗試研製，限於當時的技術條件，沒能成功。直到19世紀70年代，真正能用的可變齒數齒輪才由鮑德溫和奧德納分別獨立製成。該裝置圓形底盤的邊緣有著9個長條形的凹槽，每個凹槽中卡著可伸縮的銷釘，銷釘掛接在一個圓環上，轉動圓環上的把手即可控制銷釘的伸縮，這樣就可以得到一個具有0~9之間任意齒數的齒輪。

齒輪轉一圈，旁邊的被動輪就轉動相應的格數，相當於把梯形軸壓成了一個扁平的形狀。梯形軸必須並排放置，而可變齒數齒輪卻可以穿在一起，大大縮減了機器的體積和重量。此類計算機器在1885年投產之後風靡世界，往後幾十年內總產量估計有好幾萬台，電影《橫空出世》里陸光達計算原子彈數據時所用的機器就是其中之一。

研發時間：1884年~1886年

欣賞了這么多機器，好像總感覺哪裡不對，似乎與我們今天使用計算器的習慣總有那麼一道屏障……細細一琢磨，好像全是旋鈕沒有按鍵啊摔！

好在那個年代的人們發現旋鈕置數確實不太方便，最早提出按鍵設計的應該是美國的一個牧師托馬斯·希爾（Thomas Hill），計算機史上有關他的記載貌似不多，好在還能找到他1857年的專利，其中詳細描述了按鍵式計算器的工作原理。起初菲爾特只是根據希爾的設計簡單地將按鍵裝置裝到Pascaline上，第一台Comptometer就這么誕生了。

Comptometer採用的是「全鍵盤」設計（也就是希爾提出的設計），每個數位都有1~9九個按鍵（0不需要置數），某個數位要置什麼數，就按下該數位所對應的一列按鍵中的一個。每列按鍵都裝在一根杠桿上，杠桿前端有一個叫做Column Actuator的齒條，按下按鍵帶動杠桿擺動，與Column Actuator嚙合的齒輪隨之旋轉一定角度。按鍵1~9按下時杠桿擺動的幅度遞增，示數輪隨之轉動的幅度也遞增，如此就實現了按鍵操作到齒輪旋轉的轉化。

1889年，菲爾特又發明了世界上第一台能在紙帶上列印計算結果的機械式計算器——Comptograph，相當於給計算器引入了存儲功能。

1901年，人們開始給一些按鍵式計算器裝上電動馬達，計算時不再需要手動搖桿，冠之名曰「電動計算機」，而此前的則稱為「手搖計算機」。

1902年，出現了將鍵盤簡化為「十鍵式」的道爾頓加法器，不再是每一位數需要一列按鍵，大大精簡了用戶界面。

1961年，Comptometer被改進為電子計算器，卻依然保留著「全鍵盤」設計。

最後，讓我們一起來欣賞一下美國攝影師 Kevin Twomey 的攝影作品吧！這些圖片均由不同焦距的多張照片經景深處理工具Helicon Focus拼合而成，十分精美。

附：

1.  Kevin Twomey還為收藏這些機器的Mark Glusker拍了個小視屏 ，有各種機器運行時候的樣子，值得一看。

2. 國內也有一網友從義大利淘了一台1960年的電動計算機，並錄制了 使用演示視頻 。從視頻中可以直觀地感受到，除法比加、減、乘慢得多，而我們現在其實已經知道了其中的原因。

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人類文明作為一個整體，其歷史上的眾多成果不可能是由單個人在一夜之間做到的，在一段時期內，對於某一類計

❷ 顯微鏡的14個結構和作用

鏡座、鏡柱、鏡臂、載物台、鏡筒、物鏡轉換器和調焦裝置等。鏡和目鏡回，後者包括反光答鏡（或內置光源）、聚光器。
標本的放大主要由物鏡完成，物鏡放大倍數越大，它的焦距越短。焦距越小，物鏡的透鏡和玻片間距離（工作距離）也小。油鏡的工作距離很短，使用時需格外注意。目鏡只起放大作用，不能提高解析度，標准目鏡的放大倍數是十倍。聚光鏡能使光線照射標本後進入物鏡，形成一個大角度的錐形光柱，因而對提高物鏡解析度是很重要的。聚光鏡可以上下移動，以調節光的明暗，可變光闌可以調節入射光束的大小。
顯微鏡用光源，自然光和燈光都可以，以燈光較好，因光色和強度都容易控制。一般的顯微鏡可用普通的燈光，質量高的顯微鏡要用顯微鏡燈，才能充分發揮其性能。有些需要很強照明，如暗視野照明、攝影等，常常使用鹵素燈作為光源。光學顯微鏡是由光學放大系統和機械裝置兩部分組成。光學系統一般包括目鏡、物鏡、聚光器、光源等；機械繫統一般包括鏡筒、物鏡轉換器、鏡台、鏡臂和底座等。

❸ 機械設計製造及其自動化與機械工程有哪些區別

引言：很多考生會選擇一些關於機械類的專業，但是又不懂這些專業之間有什麼區別。你知道機械設計製造及其自動化與機械工程有什麼區別嗎？很多人感覺這些名字都很相像，所以區分不開接下來就跟著小編一起去了解一下他們之間的區別吧。

所以學生在選專業的時候一定要對這些專業做到真正的了解，否則進入院校之後，感覺與所想的不一樣，就會有心理落差。要看自己的興趣，更喜歡哪一方面的課程，和對哪一方面更加感興趣。不要盲目的選擇要做到了解再選擇。

❹ 談談科技發展與自然關系的哲學反思

談談科技發展與自然關系的哲學反思

從科技與自然關系的變化不難看出，科技的不斷發展在推動了人類社會文明形態變遷的同時，也大大影響著人類對自然的認識、態度和生活習慣，從而成為構建人和自然關系的重要手段與環節。

摘要:

工業文明使科技與自然的關系經歷了從巫魅到祛魅的演變。在“人類中心主義”的科技理性支配下，工業文明的科技價值觀、方法論乃至實踐過程都追求對自然的控制和改造，必然導致科技對生態環境的嚴重破壞。生態文明視域下，應對科技理性、價值觀、方法論和實踐過程進行全面反思，推動科技形態的生態化轉型，發展並促成一種“親自然”的生態化科技還魅於自然。

關鍵詞:

生態文明;科技發展;親自然;哲學反思

大約在500年前開始的西方近代科學革命迅速地改變了人類的技術形態。在近代科技杠桿的撬動下，人類的生產方式發生了巨大變革，開啟了機器大生產的工業文明時代。在工業文明的社會中，人們藉助現代科技和先進工具，使得人與自然的關系產生了顛覆性的改變:人力得到了巨大的釋放和提升，開始大肆開發、改造、征服，甚至是掠奪自然，相形之下，自然力退縮了。今天，人類面臨日益嚴重的生態危機及其所衍生的不可持續發展的威脅，近代科技與建立在其基礎上的工業文明都難辭其咎。然而，“沒有科技的轉向，就不可能有文明的轉向”[1]。基於此，要克服環境問題，重建人與自然的和諧，基礎性的工作就是要促進科技形態的轉變，即以生態化科技引領生態文明新形態。在我國，制定科技發展戰略是引導並支撐科技發展的重要途徑，為了適應生態文明建設、發展生態化科技，需要科技發展戰略的生態化轉變。如何促進科技發展戰略的生態化轉變，則首先要探討科技發展與自然演變的關系。

1科技與自然關系的歷史變遷

討論科技發展與自然關系，有必要首先釐清“技術”、“科學”與“科學技術”3個概念的演變與內在關系，因為這3個概念之間既反映著科技形態的發展與演變，同時也內含著與自然的關系演變與發展。用一個簡化的模式呈現3個概念之間的內在聯系以及所反映的科技形態的演變:技術(與人類生存具有源始性關系)→科學(始於希臘人開創的“理性科學”)→科學-技術(工業文明時期受近代科學興起影響，引起科學與技術一體化的形態轉變)。科技形態的改變意味著人與自然交換方式的改變，最終也是人與自然關系的改變。

1.1前工業文明時期科技與自然的關系技術從古至今始終伴隨著人類的生產與生活。前工業文明時期，人類主要以技術作為和自然打交道的中介，藉助技術，人類改變了身體受制於自然的狀態，生產方式由採集漁獵過渡到農耕畜牧，發展出能夠掌握較為穩定的生活資料來源、熟練栽培植物、馴化動物的農業文明，並伴隨著人口增長、對自然需求的增大。由於技術的發展水平還很有限，前工業文明時期它的運用雖打破了自然原有的生態平衡，但整體上看還是局部的、可恢復的，對自然尚不能形成傷筋動骨的破壞。而科學在前工業文明時期與技術融合的程度還比較低，二者的界限也較為明顯。即便在前工業文明幾千年時間里，科學的形態也不斷變化———從純邏輯思辨的理性科學演化出了基於經驗論的實驗科學和基於唯理論的數理科學，科學卻鮮有直接參與干預自然。理性科學對形而上學的執著關注反而並不重視機械技術的發展，近代數理實驗科學在工業化生產到來之前多處在實驗室或紙面階段。盡管在前工業文明時期，技術和科學都沒有對自然造成大范圍的生態破壞，卻並不代表前工業文明的技術和科學是符合生態文明的，尤其是近代科學，它的興起為科技結合和工業文明到來做了思想和物質上的鋪墊。

1.2工業文明時期科技與自然的關系18世紀，蒸汽機的發明使牛頓的力學體系和熱學理論得到了技術化應用，也意味著科學和技術結合的開始，成為“科學-技術”(下文簡稱為“科技”)，通過對自然界物質的分解、重構和再造，將科學成果不斷轉化為生產力，從而煥發出了幫助人類改造自然、變革自然的巨大魔力。蒸汽機在生產領域迅速而廣泛地使用，使機械力開始代替了人力和畜力，標志著第一次工業革命的到來。其後，近代科學武裝下的科技在距今不過300年的時間里完成了一次又一次的突破，人類一步步擺脫了對自然和牲畜提供生產動力的依賴，改造自然能力空前提高，以石化燃料為動力的機器、火車、輪船將人類帶入了大機器生產的工業化社會。流水線的機器生產徹底改變了人們長期以來以家庭作坊式的生產模式，就連農業生產也同樣用的是工業化的生產模式。但是，工業文明發達的生產力背後是對自然資源需求的爆炸性增長，而對生產和效率的追求使自然的生態平衡被輕易忽視———大規模地攫取作為生產原料的自然資源投入工業生產，之後又將生產廢料“還”給自然。近代科技幫助人類更新了文明形態，也的確豐富了人與自然物質變換的內容，提升了與自然之間物質變換的效率，帶來前所未有的物質繁榮，卻也對自然生態環境造成了嚴重的破壞和摧殘，遠遠超出了自然的環境承載能力。可以見得，工業文明是以犧牲生態換取的。

2工業文明:科技發展導致環境問題的哲學反思

從科技與自然關系的變化不難看出，科技的不斷發展在推動了人類社會文明形態變遷的同時，也大大影響著人類對自然的認識、態度和生活習慣，從而成為構建人和自然關系的重要手段與環節。近代科技追求效率和力量，這為工業文明的意識形態提供了支持。在工業文明的社會結構中，整個社會都把資本增值作為最高目標和行為准則，人類通過科學對自然的改造也不例外，人們已在不知不覺中接受了現代科技的邏輯，被納入了現在科技的“座架”之中，為獲取更多資源滿足人類的利益，從而加強對自然的控制和改造，同時也對發揚這樣的科學和技術予以支持，使得其獲得更多的資源[2]。

2.1人類中心主義的科技理性近代哲學使人的主體性得到彰顯，成為了世界的中心和價值的唯一尺度，這也將人從自然的整體中抽離，成為宰制自然的主人;加之人類長期以來希望擺脫自然束縛的樸素願望，必然地要求有一種服務於人類的科技理性和與之對應的科技形態。而科技發展到工業文明時期，解釋和改造自然的能力客觀上也有了顯著的提升，於是相互作用下衍化產生了“親人類”的科技理性。近代科技理性奉行人類中心主義，把擺脫自然束縛、征服自然視作對人類的造福，在這種科技的理性支配下，近代科技放大了對力量和效用追求，正如培根的名言“知識就是力量”，在滿足人類自身利益和追求社會“進步”的旗幟下，近代科技理性對待自然的態度已從順應變成了控制、利用和征服，探索自然的奧秘不過是為了更好地駕馭自然。

2.2科學主義的科技方法論實證科學和數理科學是近代科學的兩大重要組成，機器化則是近代技術的鮮明特徵。實證科學倡導經驗的方法，認為了解自然需要通過觀察實驗，將所研究的自然物置於實驗室的極端條件下進行反復刺激，以“嚴刑拷打”的方式逼問自然，當考察物在非自然干預下的反應以規律的方式呈現，自然的奧秘就被解開了，科學也就有了預測和控制自然的能力。數理科學的方法則是對世界進行數學化解析，通過建立了貫通幾何和代數的直角坐標系，將物質和空間置於其坐標系內實現了世界的普遍數學化。同時，近代科技還推崇機械自然觀，認為自然世界和人造的機器並無本質差別，世界可以像機器設備一樣被拆分。近代科技的方法論即是用擠壓和拆解的方法來解釋和改造世界，還將其認定的研究方法擴張到了自然以外的方方面面，使得科學成了真理的代名詞，科技成了解決一切問題的唯一正確方案，凡是不能被實證的或不能用數學的方式量化分析的都是非科學的，都會遭到科學的拒斥。近代科技的獨尊地位停滯了其對自身的反思，就好比缺乏制動系統的車，在反自然的歧途上越滑越遠。

2.3單一維度的科技價值觀近代科技把自然當作一個可計算、可拆解的對象，以不斷精確的尺度對其進行解構、細分和還原，使“自然本身在新的數學的指導下被理念化了”[3]。但每一次解構也都是一次對自然去質化的過程，當自然被表述成符號化的等式、模型或是部分的加總，它的整體性、內在性等其他價值維度卻被遮蔽，自然的價值被縮減為只剩下物質和材料。科技消弭了自然的神秘感，“宇宙被視為一台由死物質(至少是無聲無息的物質)上演的戲劇”[4]。它打消了人對自然的敬畏，使人改造和掠奪自然變得更加心安理得。近代科技的價值觀也充滿了對自然環境的挑戰，往往以人工化再造改變自然環境展示自身的強大。在效率邏輯的推波助瀾下，科技的適用性和自然的生態平衡常常被忽視甚至無視，導致科技對自然的侵略和破壞也是高效率的。

2.4與自然對立的科技實踐近代科技在與自然互動中將自然看作可任意擺置的持存物。“在現代技術中起支配作用的解蔽乃是一種促逼，此種促逼向自然提出蠻橫要求，要求自然提供本身能夠被開采和貯藏的能量。”[5]932自然被科技效用化為提供滿足人類需要的能源庫，是被置於股掌之間的擺弄對象———“空氣為著氮料的出產而被擺置，土地為著礦石而被擺置，礦石為著鈾之類的材料而被擺置，鈾又為著原子能而被擺置，而原子能則可以為毀滅或和平利用的目的而被釋放出來。”[5]933科技的濫用也導致了人的異化。技術理性“對自然界的支配是以人與所支配的客體的異化為代價的，隨著精神的物化，人與人之間的關系本身，甚至個人之間的關系也異化了。”[6]人被捲入科技發展進程，獨立性被漸漸消解，成了科技發展特殊的能源、工具和持存物，膨脹的慾望和異化的事實使人與自然的關系陷入惡性循環。

3生態文明:實現生態拯救的科技發展之路

工業文明的科技割裂了人與自然的整體及內在聯系，並在工業資本的推波助瀾下導致一個反諷的結果:以對抗自然的方式滿足人類利益，最終導致人類利益難以為繼和人類文明不可持續。生態文明的要義與價值精髓是人與自然的和諧，生態文明視域下為實現生態拯救，需要全局性、有步驟地摒棄過去一味“求力”、“逐利”的科技發展道路，戰略性地引導科技發展從觀念到實踐進行生態化轉向，尋求可持續的生態化科技發展。

3.1樹立親自然的科技理性環境危機的教訓已經證明了自然是人類賴以生存的基礎，人並不能脫離自然獨立存在。自然是內在性的領域，它按照固有的規律運行。科技並非萬能，它雖能幫助人類更好地認識自然、把握和利用自然的規律，卻也無法改造這些規律，能夠改造的實際上只是自然與人的相處方式。工業文明時期追求“改造”和“征服”的科技理性已經顯露出了其不可持續的局限性，實現科技生態化轉型首當其沖的是要扭轉這種局限。生態文明的科技理性需要在承認並尊重自然生態整體性的前提下建構，是一種順應自然規律的、生態整體主義的親自然理性。親自然的科技理性倡導“傾聽自然，對自然保持一種虔誠的態度，認為人類的一切真知識本質上都來源於活生生的自然，而不是來自實驗室中的自然切片，不是實驗室中遭到'拷打'和'拷問'的自然。”[7]正如自然的動態平衡是依靠物種的多樣性來維系，親自然的科技理性反對近代科技對“人類中心”及科學確定性的偏執追求，更注重多元性和適應性，主動放棄挑釁性的思維而以適應性取而代之，主張適應自然的科技才是可持續的、有意義的。

3.2建構親自然的科技方法論應該承認，藉助量化、分解、實驗等近代科技方法的祛魅，人類擺脫了巫魅的狀態，對自然的理解能力有了顯著的提高。因此，雖然工業化造成的嚴重生態惡果印證了工業文明時期科技與生態自然的不相適性，但這並不意味著要因噎廢食，徹底否定科技的方法和工業文明的成果，而是要在近代科技的基礎上批判地探索出一種與自然環境相協調的科技方法論，“以不同的'方式利用技術文明的成果，以達到人和自然的解放，和將科學精神從為剝削服務的毀滅性濫用中解放出來。”[8]科技解釋自然的能力越強，未知的領域也越寬，莫測的自然能給人類和科技的發展無限的啟迪。親自然的科技方法論尊重並且認可自然，在自身的發展過程中不是以自然為敵，而是以自然為師。工業文明帶來的物質繁榮是由單向度的生產———消費模式締造的，它最終必然走向自然能源的消耗殆盡，地球也將變成大垃圾廠。而生態文明的科技以“仿生態”為方法，摒棄對生產數量的刻意追求和資源的一次利用，以效仿自然的循環模式取而代之。自然是一個系統，它不能只由單一的物種構成。生態文明的科技方法論並不自恃為唯一真理，對其他科學形態和非科學的智慧表達都能以寬容的態度吸收或欣賞，人文和自然科學在生態化科技這里不僅並不對立，而且努力促成二者的有機融合。類比生態系統需要藉助物種的多樣性維持其平衡，生態科技也將在多樣化智慧的交流和碰撞中形成對世界愈發全面的認識。

3.3引導科技價值觀還魅自然工業文明的科技價值觀強調科技改造自然的效率，卻不幸造成了環境的迅速惡化，欠下了大筆的“生態債”，可以說片面效率邏輯的價值觀是一種短視，贏得當下，輸掉未來。科技、自然和人三者並非是此消彼長的競爭關系，而是共生共榮的。生態文明的科技價值觀不否認效率，但也不忽視整體，是兼顧“數量上多”和“質量上好”的價值觀，通過強調整體性的和諧穩定為科技和人類的可持續發展贏得前提。生態化的科技價值觀對自然是博愛的，破除普遍科技化對自然價值的抹殺。通過培養人和科技與自然萬物付諸情感的平等交流還魅與自然，是一種親人類、也親自然的科技觀。“世界的形象既不是一個有待挖掘的資源庫，也不是一個避之不及的荒原，而是一個有待照料、關心、收獲和愛護的大花園。”[9]作為生態系統的自然具有一種內在的秩序，它本就不應是人類征服剝削的對象，而是生命萬物無私的孕育者和養育者，是人類情感的依託。“我們將不再只滿足於為了自己的利益而機械地操縱世界，而會對它懷有發自內心的愛。我們將像對待自己的至愛之人一樣呵護它，使它包含在我們之中，成為我們不可分割的一部分。”[10]生態文明的科技價值觀會引導科技發展也還魅自然，回歸生活世界和生活技術。

3.4引導親自然的生態化科技實踐親自然的科技實踐秉承生態化的思想，在與自然的互動過程中自覺踐行親自然的科技觀，進而引導科技模式朝著親自然、生態化的方向轉型。科技生態化轉型並不能一蹴而就，它是一個需要著眼未來、著手當下過程。科技生態轉型需要循序漸進，但這並不能成為逃避現實的借口，反倒提醒人們在科技轉型的過程中更需要注重科技行為的親自然標准，將其貫徹到生產循環的始終，實現全過程的親自然。警惕不成熟的“所謂”生態技術埋下的未來生態隱患，例如，雖然開發風能、潮汐能、太陽能等清潔能源以減小高度依賴化石燃料帶來的嚴重污染、提高能源的利用效率等措施確實不失為當下緩解環境危機的有效手段，但當因耗損被更換的設備不能被有效降解或人工貯藏的能源不慎泄漏，其對生態環境造成破壞的深度和廣度甚至遠超工業化的生產。親自然的生態實踐也要求科技要主動作為，應主動、深入地探索能源多層次利用和廢棄物資源化利用，轉變資源的“高效利用”為“生態化利用”，最大化地實現全過程無污染的“真正生態化”。為讓被人化的自然物能夠回到有序的自然循環秩序中，生態化的科技實踐還可更進一步地致力於對自然進行主動優化，要在“未來不欠自然生態債”目的的基礎上盡可能償還過去對自然的虧欠，如藉助生物技術的治理，恢復因人類活動遭到破壞的河流、森林等自然景觀，對可能影響整體平衡的局部環境主動介入優化，以達到科技與自然關系的和諧、互利互惠的目的。

3.5促進親自然的生態化科技形成當我們的生存和發展已經被嚴重生態危機困擾，並且已經意識到生態危機的科技根源和生態文明本質上的優越性之後，我們沒有理由放棄它而坐等生態破壞終將帶來的毀滅，而更應該促進這種擁有“善性”的、對人與自然關系進行良性調和，對人的自由發展和詩意棲居起促進作用的生態化科技更快、更好地完成轉型和普及。但這需要經歷一個長期而曲折的過程，畢竟工業文明的科技在過去的幾百年裡為人類社會作出過卓越貢獻，而生態文明的科技還處在探索的階段，許多並不完全成熟。科技也具有社會性，受到社會因素的影響而建構。從現狀上看，工業化的科技對社會的影響還未散去，表現為普遍推崇技治主義的管理思維:工程師領導、科學家決策、量化管理、數據化考核等，而社會領域這種缺乏多樣性的工業科技思維正是生態科技所反對的也是生態科技出場的阻礙。促進生態化科技的形成，要先讓生態文明的理念深入到每一個人的內心，使其成為人們的信仰和自覺的行動，並在與生態科技的互動中加深對自然和人性的理解。其次還要治理好社會環境。生態科技認為追求“整體”、“適度”、“博愛”是維持生態可持續的方法，這恰也是政治、經濟等社會諸領域永葆發展活力的方法。因此，推動社會的和科技的生態化二者並不矛盾，而是相輔相成、相互促進的。最後，生態化的科技有一定的自我隱匿性，猶如自然處於動態平衡的狀態時，其和諧之美卻常被人忽視，只有當平衡被打破、環境問題出現以後，和諧的可貴才被人察覺。從這個角度說，生態化科技也如同一個“理念”，需要人類不斷體驗、不斷完善。

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❺ 近代前期為什麼會形成機械論的自然觀結合近代前期的科學技術發展水平進行論述。謝了

簡述機械自然觀的特點。
與笛卡兒的從絕對確定的公理出發，靠演繹和論證而構成的自然體系對立，牛頓的方
法是
依靠一個個事實的實證與歸納達到原理，其特點是：
1． 實質是只能問"怎麼樣"，而不能問"為什麼"。
2． 把數學作為開啟宇宙秘密的鑰匙。
3． "力"和"素"的概念超出了力學、光學和化學領域而被賦予一般方法論意義，任何東西

都是力，都是素，成為普遍實用的特徵。
隨著自然科學的發展，對「自然」的理解發生了由目的論到機械論的轉變。自然不再是一個有機的生命體而是一架機器，它由物質粒子組成，按照確定的力學規律而運行，具有因果上的必然性卻無所謂理智與目的，甚至連人體也不過是一架機器[2](P73)。 如此一來，蘊含在自然之中的神性消失了，世界作為一個有機整體的終極目的消失了，希臘意義上原初的自然——一個有生命的、具有外在形式與內在本性的自然，分裂為物質與精神的兩極。康德所處的時代，正是這樣一個機械自然觀凱歌高奏的時代。人們相信客觀規律的普遍必然性，而目的論的有機自然觀，亦即一種包含了自我實現的意志的自然觀，則被貶斥為神學的遺產。這樣以來，自然被歸結為遵循因果律而運行的物質體系，而內在的目的性則被科學從自然身上無情地剝落。

❻ 機械之美——機械時期的計算設備

本文刊載於《上海財經大學博物館館刊》2018年11月（第一期），網路版為 《機械之美——機械時期的計算設備》 。

所謂計算機，顧名思義，就是用於計算的機器。誠然現在的計算機應用已經遠遠超出了計算本身，不論是電腦、平板、還是手機，我們天天靠著它們看電影、聽音樂、交流感情，看似與計算已經毫無關系，但事實上最初計算機的誕生就是為了滿足人們對數學計算的需求，而如今計算機這些強大功能的底層實現，也依舊靠的是數學計算，這也是為什麼我們仍然保留著「計算機」這一稱呼的原因吧。

遠古時代，原始人為了搞清楚獵物的數目就已經與計算攀上了關系，他們用手指計數，用結繩記事。到了古代，人們又發明了算籌、算盤等簡單工具，藉助復雜的使用方法，求解復雜的問題。至此，人們在計算時不光要動手，還要動腦，甚至動口（念口訣），必要時還得動筆（記錄中間結果），人工成本很高。

到了17世紀，人們終於開始嘗試使用機械裝置完成一些簡單的數學運算（加減乘除）——可不要小看了只能做四則運算的機器，計算量大時，如果數值達到上萬、上百萬，手工計算十分吃力，而且容易出錯，這些機器可以大大減輕人工負擔、降低出錯概率。

機械裝置的歷史其實相當久遠，在我國，黃帝和蚩尤打仗時就發明了指南車，東漢張衡的地動儀、渾天儀、記里鼓車（能自動計算行車里程），北宋時期蘇頌、韓公廉發明的水運儀象台（天文鍾），數不勝數，其中好多發明事實上已經實現了某些特定的計算功能。然而所謂工具都是應需求而生的，我國古代機械水平再高，對計算（尤其是大批量計算）沒有需求也難為無米之炊，真正的通用機械計算設備還得在西方進入資本主義後逐漸出現。

那個時候，西方資產階級為了奪取資源、占據市場，不斷擴大海外貿易，航海事業蓬勃興起，航海就需要天文歷表。在那個沒有電子計算機的時代，一些常用的數據通常要通過查表獲得，比如cos27°，不像現在這樣掏出手機打開計算器APP就能直接得到答案，從事特定行業、需要這些常用數值的人們就會購買相應的數學用表（從簡單的加法表到對數表和三角函數表等等），以供查詢。而這些表中的數值，是由數學家們藉助簡單的計算工具（如納皮爾棒）一個個算出來的，算完還要核對。現在想想真是蛋疼，腦力活硬生生淪為苦力活。而但凡是人為計算，總難免會有出錯，而且還不少見，常常釀成航海事故。機械計算設備就在這樣的迫切的需求背景下應運而生。

研製時間：1623年~1624年

契克卡德是現今公認的機械式計算第一人，你也許沒聽說過他，但肯定知道開普勒吧，對，就是那個天文學家開普勒。契克卡德和開普勒出生在同一城市，兩人既是生活上的好基友，又是工作上的好夥伴。正是開普勒在天文學上對數學計算的巨大需求促使著契克卡德去研發一台可以進行四則運算的機械計算器。

契克卡德計算鍾支持六位整數計算，主要分為加法器、乘法器和中間結果記錄裝置三部分。其中位於機器底座的中間結果記錄裝置是一組簡單的置數旋鈕，純粹用於記錄中間結果，僅僅是為了省去計算過程中筆和紙的參與，沒什麼可說的，我們詳細了解一下加法器和乘法器的實現原理和使用方法。

乘法器部分其實就是對納皮爾棒的改進，簡單地將乘法表印在圓筒的十個面上，機器頂部的旋鈕分有10個刻度，可以將圓筒上代表0~9的任意一面轉向使用者，依次旋轉6個旋鈕即可完成對被乘數的置數。橫向有2~9八根擋板，可以左右平移，露出需要顯示的乘積。以1971年的紀念郵票上的圖案為例，被乘數為100722，乘以4，就移開標數4的那根擋板，露出100722各位數與4相乘的積：04、00、00、28、08、08，心算將其錯位相加得到最終結果402888。

加法器部分通過齒輪實現累加功能，6個旋鈕同樣分有10個刻度，旋轉旋鈕就可以置六位整數。需要往上加數時，從最右邊的旋鈕（表示個位）開始順時針旋轉對應格數。以筆者撰寫該部分內容的時間（7月21日晚9:01）為例，計算721+901，先將6個旋鈕讀數置為000721：

隨後最右邊的（從左數第六個）旋鈕順時針旋轉1格，示數變為000722：

第五個旋鈕不動，第四個旋鈕旋轉9格，此時該旋鈕超過一圈，指向數字6，而代表百位的第三個旋鈕自動旋轉一格，指向數字1，最終結果即001622：

這一過程最關鍵的就是通過齒輪傳動實現的自動進位。契克卡德計算鍾使用單齒進位機構，通過在齒輪軸上增加一個小齒實現齒輪之間的傳動。加法器內部的6個齒輪各有10個齒，分別表示0~9，當齒輪從指向數字9的角度轉動到0時，軸上突出的小齒將與旁邊代表更高位數的齒輪嚙合，帶動其旋轉一格（36°）。

相信聰明的讀者已經可以想到減法怎麼做了，沒錯，就是逆時針旋轉加法器的旋鈕，單齒進位機構同樣可以完成減法中的借位操作。而用這台機器進行除法就有點「死腦筋」了，你需要在被除數上一遍又一遍不斷地減去除數，自己記錄減了多少次、剩餘多少，分別就是商和余數。

由於乘法器單獨只能做多位數與一位數的乘法，加法器通常還需要配合乘法器完成多位數相乘。被乘數先與乘數的個位相乘，乘積置入加法器；再與乘數十位數相乘，乘積後補1個0加入加法器；再與百位數相乘，乘積後補2個0加入加法器；以此類推，最終在加法器上得到結果。

總的來說，契克卡德計算鍾結構比較簡單，但也照樣稱得上是計算機史上的一次偉大突破。而之所以被稱為計算鍾，是因為當計算結果溢出時，機器還會發出響鈴警告，在當時算得上十分智能了。可惜的是，契克卡德製造的機器在一場火災中燒毀，一度鮮為人知，後人從他在1623年和1624年寫給開普勒的信中才有所了解，並復制了模型機。

研製時間：1642年~1652年

1639年，帕斯卡的父親開始從事稅收方面的工作，需要進行繁重的數字相加，明明現在Excel里一個公式就能搞定的事在當時卻是件大耗精力的苦力活。為了減輕父親的負擔，1642年起，年方19的帕斯卡就開始著手製作機械式計算器。剛開始的製作過程並不順利，請來的工人只做過家用的一些粗糙機械，做不來精密的計算器，帕斯卡只好自己上手，親自學習機械製作。

現在想想那個生產力落後的時代，這些天才真心牛逼，他們不僅可以是數學家、物理學家、天文學家、哲學家，甚至還可能是一頂一的機械師。

帕斯卡加法器，顧名思義，只實現了加減法運算，按理說原理應該非常簡單，用契克卡德的那種單齒進位機構就可以實現。而帕斯卡起初的設計確實與單齒進位機構的原理相似（盡管他不知道有契克卡德計算鍾的存在）——長齒進位機構——齒輪的10個齒中有一個齒稍長，正好可以與旁邊代表更高數位的齒輪嚙合，實現進位，使用起來與計算鍾的加法器一樣，正轉累加，反轉累減。

但這一類進位機構有著一個很大的缺陷——齒輪傳動的動力來自人手。同時進行一兩個進位還好，若遇上連續進位的情況，你可以想像，如果999999+1，從最低位一直進到最高位，進位齒全部與高位齒輪嚙合，齒輪旋轉起來相當吃力。你說你力氣大，照樣能轉得動旋鈕沒問題，可齒輪本身卻不一定能承受住這么大的力，搞不好容易斷裂。

為了解決這一缺陷，帕斯卡想到藉助重力實現進位，設計了一種叫做sautoir的裝置，sautoir這詞來自法語sauter（意為「跳」）。這種裝置在執行進位時，先由低位齒輪將sautoir抬起，而後掉落，sautoir上的爪子推動高位齒輪轉動36°，整個過程sautoir就像盪鞦韆一樣從一個齒輪「跳」到另一個齒輪。

這種只有天才才能設計出來的裝置被以後一百多年的許多機械師所稱贊，而帕斯卡本人對自己的發明就相當滿意，他號稱使用sautoir進位機構，哪怕機器有一千位、一萬位，都可以正常工作。連續進位時用到了多米諾骨效應，理論上確實可行，但正是由於sautoir裝置的存在，齒輪不能反轉，每次使用前必須將每一位（注意是每一位）的齒輪轉到9，而後末位加1用連續進位完成置零——一千位的機器做出來恐怕也沒人敢用吧！

既然sautoir裝置導致齒輪無法反轉，那麼減法該怎麼辦呢？帕斯卡開創性地引入了沿用至今的補碼思想。十進制下使用補九碼，對於一位數，1的補九碼就是8，2的補九碼是7，以此類推，原數和補碼之和為9即可。在n位數中，a的補九碼就是n個9減去a，以筆者撰寫該部分內容的日期（2015年7月22日）為例，20150722的8位補九碼是99999999 - 20150722 = 79849277。觀察以下兩個公式：

a-b的補碼就是a的補碼與b的和，如此，減法便可以轉化為加法。

帕斯卡加法器在顯示數字的同時也顯示著其所對應的補九碼，每個輪子身上一周分別印著9~0和0~9兩行數字，下面一行該位上的表示原數，上面一行表示補碼。當輪子轉到位置7時，補碼2自然顯示在上面。

帕斯卡加了一塊可以上下移動的擋板，在進行加法運算時，擋住表示補碼的上面一排數，進行減法時就擋住下面一排原數。

加法運算的操作方法與契克卡德計算鍾類似，唯一不同的是，帕斯卡加法器需要用小尖筆去轉動旋鈕。這里主要說一說減法怎麼做，以筆者撰寫該部分內容的時間（2015年7月23日20:53）為例，計算150723 - 2053。

置零後將擋板移到下面，露出上面表示補碼的那排數字：

輸入被減數150723的補碼849276，上排窗口顯示的就是被減數150723：

加上被減數2053，實際加到了在下排的補碼849276上，此時上排窗口最終顯示的就是減法結果148670：

整個過程用戶看不到下面一排數字，其實玄機就在里頭，原理挺簡單，09一輪回，卻很有意思。

研製時間：1672年~1694年

由於帕斯卡加法器只能加減，不能乘除，對此萊布尼茨提出過一系列改進的建議，終究卻發現效果不大。就好比自己寫一篇文章很簡單，要修改別人的文章就麻煩了。那麼既然改進不成，就重新設計一台吧！

為了實現乘法，萊布尼茨以其非凡的創新思維想出了一種具有劃時代意義的裝置——梯形軸（stepped drum），後人稱之為萊布尼茨梯形軸。萊布尼茨梯形軸是一個圓筒，圓筒表面有九個長度遞增的齒，第一個齒長度為1，第二個齒長度為2，以此類推，第九個齒長度為9。這樣，當梯形軸旋轉一周時，與梯形軸嚙合的小齒輪旋轉的角度就可以因其所處位置（分別有0~9十個位置）不同而不同。代表數字的小齒輪穿在一個長軸上，長軸一端有一個示數輪，顯示該數位上的累加結果。置零後，滑動小齒輪使之與梯形軸上一定數目的齒相嚙合：比如將小齒輪移到位置1，則只能與梯形軸上長度為9的齒嚙合，當梯形軸旋轉一圈，小齒輪轉動1格，示數輪顯示1；再將小齒輪移動到位置3，則與梯形軸上長度為7、8、9的三個齒嚙合，小齒輪就能轉動3格，示數輪顯示4；以此類推。

除了梯形軸，萊布尼茨還提出了把計算器分為可動部分和不動部分的思想，這一設計也同樣被後來的機械計算器所沿用。萊布尼茨計算器由不動的計數部分和可動的輸入部分組成，機器版本眾多，以德意志博物館館藏的復製品為例：計數部分有16個示數輪，支持16位結果的顯示；輸入部分有8個旋鈕，支持8位數的輸入，里頭一一對應地安裝著8個梯形軸，這些梯形軸是聯動的，隨著機器正前方的手柄一同旋轉。機器左側的手柄藉助蝸輪結構實現可動部分的左右平移，手柄每轉一圈，輸入部分移動一個數位的距離。

進行加法運算時，先在輸入部分通過旋鈕置入被加數，計算手柄旋轉一周，被加數即顯示到上方的計數部分，再將加數置入，計算手柄旋轉一周，就得到計算結果。減法操作類似，計算手柄反轉即可。

進行乘法運算時，在輸入部分置入被乘數，計算手柄旋轉一周，被乘數就會顯示到計數部分，計算手柄旋轉兩周，就會顯示被乘數與2的乘積，因此在乘數是一位數的情況下，乘數是多少，計算手柄旋轉多少圈即可。那麼如果乘數是多位數呢？這就輪到移位手柄登場了，以筆者撰寫該部分內容的日期（7月28日）為例，假設乘數為728：計算手柄先旋轉8周，得到被乘數與8的乘積；而後移位手柄旋轉一周，可動部分左移一個數位，輸入部分的個位數與計數部分的十位數對齊，計算手柄旋轉2周，相當於往計數部分加上了被乘數與20的乘積；依法炮製，可動部分再左移，計算手柄旋轉7周，即可得到最終結果。

可動部分右側有個大圓盤，外圈標有0~9，里圈有10個小孔與數字一一對應，在對應的小孔中插入銷釘，可以控制計算手柄的轉動圈數，以防操作人員轉過頭。在進行除法時，這個大圓盤又能顯示計算手柄所轉圈數。

進行除法運算時，一切操作都與乘法相反。先將輸入部分的最高位與計數部分的最高位（或次高位）對齊，逆時針旋轉計算手柄，旋轉若干圈後會卡住，可在右側大圓盤上讀出圈數，即為商的最高位；逆時針旋轉位移手柄，可動部分右移一位，同樣操作得到商的次高位數；以此類推，最終得到整個商，計數部分剩下的數即為余數。

最後提一下進位機構，萊布尼茨計算器的進位機構比較復雜，但基本就是單齒進位的原理。然而萊布尼茨沒有實現連續進位，當產生連續進位時，機器頂部對應的五角星盤會旋轉至角朝上的位置（無進位情況下是邊朝上），需要操作人員手動將其撥動，完成向下一位的進位。

研製時間：1818年~1820年

以往的機械式計算器通常只是發明者自己製作了一台或幾台原型，帕斯卡倒是有賺錢的念頭，生產了20台加法器，但是根本賣不出去，這些機器往往並不實惠，也不好用。托馬斯是將機械式計算器商業化並取得成功的第一人，他不僅成為了機械式計算器的發明家，更成為了牛逼的企業家（創辦了當時法國最大的保險公司）。從商之前，托馬斯在法國軍隊從事過幾年部隊補給方面的工作，需要進行大量的運算，正是在這期間萌生了製作計算器的念頭。他從1818年開始設計，於1820年製成第一台，次年生產了15台，往後持續生產了約100年。

托馬斯四則計算器基本採用萊布尼茨的設計，同樣使用梯形軸，同樣分為可動和不動兩部分。

所不同的是， 它的手柄在加減乘除情況下都是順時針旋轉，示數輪的旋轉方向通過與不同方向的齒輪嚙合而改變。

此外，托馬斯還做了許多細節上的改進（包括實現了連續進位），量產出來的機器實用、可靠，因而能獲得巨大成功。

研製時間：1874年

萊布尼茨梯形軸雖然好用，但由於其長筒狀的形態，機器的體積通常很大，某些型號的托馬斯四則計算器擺到桌子上甚至要佔掉整個桌面，而且需要兩個人才能安全搬動，亟需一種更輕薄的裝置代替梯形軸。

這一裝置就是後來的可變齒數齒輪（variable-toothed gear），在17世紀末到18世紀初，有很多人嘗試研製，限於當時的技術條件，沒能成功。直到19世紀70年代，真正能用的可變齒數齒輪才由鮑德溫和奧德納分別獨立製成。該裝置圓形底盤的邊緣有著9個長條形的凹槽，每個凹槽中卡著可伸縮的銷釘，銷釘掛接在一個圓環上，轉動圓環上的把手即可控制銷釘的伸縮，這樣就可以得到一個具有0~9之間任意齒數的齒輪。

齒輪轉一圈，旁邊的被動輪就轉動相應的格數，相當於把梯形軸壓成了一個扁平的形狀。梯形軸必須並排放置，而可變齒數齒輪卻可以穿在一起，大大縮減了機器的體積和重量。此類計算機器在1885年投產之後風靡世界，往後幾十年內總產量估計有好幾萬台，電影《橫空出世》里陸光達計算原子彈數據時所用的機器就是其中之一。

研發時間：1884年~1886年

上述的機器似乎已經發展到十分完美的程度了，可與今人概念中的計算操作始終存在著一道巨大屏障——沒有按鍵。

好在那個年代的人們發現旋鈕置數確實不太方便，最早提出按鍵設計的應該是美國的一個牧師托馬斯·希爾（Thomas Hill），計算機史上有關他的記載貌似不多，好在還能找到他1857年的專利，其中詳細描述了按鍵式計算器的工作原理。起初菲爾特只是根據希爾的設計簡單地將按鍵裝置裝到帕斯卡加法器上，第一台菲爾特自動計算器就這么誕生了。

菲爾特自動計算器採用的是「全鍵盤」設計（也就是希爾提出的設計），每個數位都有1~9九個按鍵（0不需要置數），某個數位要置什麼數，就按下該數位所對應的一列按鍵中的一個。每列按鍵都裝在一根杠桿上，杠桿前端有一個叫做Column Actuator的齒條，按下按鍵帶動杠桿擺動，與Column Actuator嚙合的齒輪隨之旋轉一定角度。按鍵1~9按下時杠桿擺動的幅度遞增，示數輪隨之轉動的幅度也遞增，如此就實現了按鍵操作到齒輪旋轉的轉化。

1889年，菲爾特又發明了世界上第一台能在紙帶上列印計算結果的機械式計算器——Comptograph，相當於給計算器引入了存儲功能。

1901年，人們開始給一些按鍵式計算器裝上電動馬達，計算時不再需要手動搖桿，冠之名曰「電動計算機」，而此前的則稱為「手搖計算機」。

1902年，出現了將鍵盤簡化為「十鍵式」的道爾頓加法器，不再是每一位數需要一列按鍵，大大精簡了用戶界面。

1961年，菲爾特自動計算器被改進為電子計算器，卻依然保留著「全鍵盤」設計。

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❼ 顯微鏡的目鏡和物鏡的特點是什麼區別是什麼

將微小物體或物體的微細部分高倍放大，以便觀察的儀器或設備。它廣泛應用於工農業生產及科學研究。生物學和醫學工作者在業務中也經常使用顯微鏡。大致分為光學顯微鏡和電子顯微鏡。 光學顯微鏡 即以可見光為光源的顯微鏡。普通的光學顯微鏡在結構上可分為光學系統和機械裝置兩個部分。光學系統主要包括目鏡、物鏡、聚光器、光闌及光源等部分。機械裝置主要包括鏡筒、鏡柱、載物台、鏡座、粗細調節螺旋等部分（圖1 [光學顯微鏡]）。其基本光學原理如圖2[光學顯微鏡成像原理模式圖],圖中左邊小的凸透鏡代表短焦距的一組透鏡，稱物鏡。右邊大的凸透鏡代表長焦距的一組透鏡，稱目鏡。被觀察的物體(AB)放在物鏡焦點(f)稍外的地方。物體的光線通過物鏡後在目鏡焦點(f)稍內方形成一個倒立的放大實像(BA)。觀察者的眼睛通過目鏡將該實像(BA)進一步放大為一個倒立的虛像(BA)。 目鏡位於顯微鏡筒的上方，一般由兩個凸透鏡構成。它除了進一步擴大物鏡所形成的實像之外，也限制了眼睛所觀察的視野。按放大率分,常用目鏡有5倍、10倍和15倍三種。 物鏡一般位於顯微鏡筒的下方，接近所觀察的物體。由8～10片透鏡組成。其作用一是放大(給物體造成一個放大的實像）,二是保證像的質量,三是提高解析度。常用物鏡可按放大率分為低倍 (4×)、中倍(10×或20×)、高倍 (40×)和油浸物鏡(100×)。多個物鏡共同鑲在換鏡轉盤上，可以按需要轉動轉盤選擇不同倍數的物鏡。 顯微鏡的放大倍數為目鏡倍數乘物鏡倍數，如目鏡為10倍，物鏡為40倍,則放大倍數為40×10倍（放大400倍）。優良的顯微鏡可放大2000倍，可分辨相距1×10cm的兩點。 當白光通過凸透鏡時,波長較短的光（藍紫色）,其折射度大於長波長的光（紅橙色），因此，成像時在像周出現各色光譜圍繞,並且有一圈藍色或紅色的輝光,這種顏色上的缺陷稱為色差。由於光線進入（和離開）透鏡鏡面各部分的角度不同，從透鏡四周透過的光線與從透鏡中心透過的光線相比，其折射角度較大。因此，成像時在像周出現模糊而歪曲的影像。這種成像面彎曲的缺陷稱為球面差。一系列形狀、結構和距離不同的凸和凹透鏡組互相配合，便能最大限度地糾正色差和球面差，形成一個明亮、清晰而准確的影像。這就是目鏡或物鏡分別由一組透鏡構成的緣故。這種透鏡稱為平場消色差透鏡。 光線從一種介質（如空氣）投射到另一種較為緻密的介質(如玻璃)中時會彎向「法線」（與介質交界面垂直的一條線）,如圖3 [光線通過物鏡時的情況]中的BOA線。光線由緻密介質(玻璃)進到不緻密介質(空氣)中時會偏離「法線」，如AOB線(圖3a)當光線穿過聚光鏡玻璃(折射率為1.51)進入空氣時同樣會偏離,向外折射,因此進入物鏡的光量減少很多，像的分辨力也降低。使用100倍物鏡時,如果在物鏡和蓋玻片之間充以油液（折射率同樣為1.51）以隔絕空氣，則光線幾乎可以不折射地進入物鏡，這就增加了像的亮度和解析度。這種物鏡稱為油浸物鏡(圖3b)。 聚光器位於顯微鏡台的下方，可會聚來目光源的光線，將光量集中於標本，使標本受到光強適度的均勻照射。聚光器的下端裝有孔徑光闌（光圈）以控制光束的粗細。 普通光學顯微鏡的照明光源位於聚光器的下方，為特製的照度均勻的強光燈泡，並且配有可變電阻，可以改變光線的強度。 由於普通光學顯微鏡的光源光線自鏡體下方向上透射，通過聚光鏡、物鏡，達到目鏡，因此在醫學及生物學研究中必須將被觀察的樣品切成能透過光線的、厚約6m 的薄片，並且要進行染色以顯示不同的組織和細胞等細微結構。整個加工過程稱常規組織製片技術，包括選取適當的組織材料經甲醛（福爾馬林）液固定，逐級酒精脫水，石蠟包埋，用切片機將組織切成薄片裱在玻璃片上，再經蘇木素―伊紅染料著色，最後將組織玻片封固在光學樹脂膠內。制好的組織玻片可長期保存。 顯微鏡的目鏡和物鏡安裝在鏡筒的兩端，它們的距離是固定的。將組織玻片放在載物台上，旋轉粗調螺旋使載物台接近物鏡。組織切片進入物鏡第一焦平面，目鏡內即可見標本內的組織影像。然後用細調螺旋使目鏡內的影像清晰即可進行觀察。改換放大倍數時就要調換目鏡或物鏡。 醫學和生物學常使用的光學顯微鏡 有下列12種： 暗視野顯微鏡 在普通光學顯微鏡台下配一個暗視野聚光器（圖4）,來自下面光源的光線被拋物面聚光器反射，形成了橫過顯微鏡視野而不進入物鏡的強烈光束。因此視野是暗的，視野中直徑大於 0.3m的微粒將光線散射，其大小和形態可清楚看到。甚至可看到普通明視野顯微鏡中看不見的幾個毫微米的微粒。因此在某些細菌、細胞等活體檢查中常常使用。 實體顯微鏡 由雙筒目鏡和物鏡構成。放大率 7～80倍。利用側上方或下方顯微鏡燈照明。在目鏡內形成一個直立的放大實像，可以觀察未經加工的物體的立體形狀、顏色及表面微細結構,並能進行顯微解剖操作,也可以觀察生物機體的組織切片。 熒光顯微鏡 在短波長光波(紫外光或紫藍色光,波長250～400nm）照射下，某些物質吸收光能，受到激發並釋放出一種能量降級的較長的光波（藍、綠、黃或紅光，波長400～800nm），這種光稱熒光。某種物質在短光波照射下即可發生熒光，如組織內大部分脂質和蛋白質經照射均可發出淡藍色熒光，稱為自發性熒光。但大部分物質需要用熒光染料（如吖啶橙、異硫氰酸熒光素等）染色後，在短光波照射下才能發出熒光。熒光顯微鏡的光源為高壓汞燈，發出的紫外光源經過激發濾光片(此濾光片可通過對標本中熒光物質合宜的激發光)過濾後射向普勒姆氏分色鏡分色鏡將激發光向下反射,通過物鏡投射向經熒光染料染色的標本。染料被激發並釋放出熒光,通過物鏡,穿過分色鏡和目鏡即可進行觀察。目鏡下方安置有屏障濾片(只允許特定波長的熒光通過)以保護眼眼及降低視野暗度(圖4 [熒光顯微鏡光學原理])。熒光顯微鏡的特點是靈敏度高，在暗視野中低濃度熒光染色即可顯示出標本內樣品的存在，其對比約為可見光顯微鏡的 100倍。30年代熒光染色即已用於細菌、黴菌等微生物及細胞、纖維等的形態觀察和研究。如用抗酸菌熒光染色法可幫助在痰中找到結核桿菌。40年代創造了熒光染料標記蛋白質的技術，這種技術現已廣泛應用於免疫熒光抗體染色的常規技術中，可檢查和定位病毒、細菌、黴菌、原蟲、寄生蟲及動物和人的組織抗原與抗體，可用以探討病因及發病機理，如腎小球疾病的分類及診斷，乳頭瘤病毒與子宮頸癌的關系等。在醫學實驗研究及疾病診斷方面的用途日益廣泛。 偏光顯微鏡 從光源發出的光線通過空氣和普通玻璃時，在與光線垂直的平面內的各個方向以同一振幅進行振動並迅速向前方傳遞，這是光的波動性原理。空氣與普通玻璃為各向同性體，又稱單折射體。如果該光源的光通過一種各向異性體（又稱雙折射體）時，會將一束光線分為各只有一個振動平面的，而且振動方向互相垂直的兩束光線。這兩束光線的振動方向、速度、折光率和波長都不相同。這樣只有一個振動平面的光線稱偏振光。偏光顯微鏡即利用這一現象而設計。偏光顯微鏡內，在物鏡與目鏡間插入一個檢偏鏡片，光源與聚光器間鑲有起偏鏡片，圓形載物台可以作360°旋轉（圖5[偏光顯微鏡光學原理]）。起偏與檢偏鏡片處於正交檢偏位時，視野完全變黑。將被檢物體放在顯微鏡台上。若被檢物為單折射體，則旋轉鏡台，視野始終黑暗。若旋轉鏡台一周，視野內被檢物四明四暗，則說明被檢物是雙折射體。許多結晶物質（如痛風結節中的尿酸鹽結晶、尿結石、膽結石等），人體組織內的彈力纖維、膠原纖維、染色體和澱粉樣原纖維等都是雙折射體，可借偏振光顯微鏡術檢驗，進行定性和定量分析。 位相顯微鏡 又稱相差顯微鏡或相襯顯微鏡。普通光學顯微鏡之所以看不見未染色的組織、細胞和細菌、病毒等活機體的圖像，是因為通過樣品的光線變化差別（反差）很小。標本染色後改變了振幅（亮度）和波長（顏色），影響了反差而獲得圖像。但是染色會引起樣品變形，也可使有生命的機體死亡。要觀察不染色的新鮮組織、細胞或其他微小活體必須使用位相顯微鏡。位相顯微鏡的原理是兩個光波因位相差而互相干涉，出現光波強弱和反差的改變而成可見影像。點光源發出的光線可以表現為正弦波圖形(圖6a[位相顯微鏡])。兩個波峰間的距離為波長,波的振幅表示光的亮度(振幅大、亮度高)。設想同一光源發出的兩條光波,分別同時通過空氣及某種透明介質。在通過一定厚度的某種透明介質時，光波的速度就會降低，但是光的亮度未變。光波在通過該透明介質後比一直在空氣中前進的另一條光波遲滯了波長，因而兩條光波出現了位相的變化（位相差）。但人眼不能分辨這兩條平行光線的位相差。如果這兩條光波射到光屏的同一點上，而且一條光波比另一條光波遲滯了半個波長，即兩條光波因位相相反而互相干涉抵消則光線消失，或者相對振幅相互影響而光線減弱。如果一條光波雖然遲滯了一個波長,但兩條光波位相相同,則因波的疊加而光線增強。 位相顯微鏡的基本結構與普通光學顯微鏡相同。不同之處在於：①物鏡鏡頭上面，在物鏡第二焦平面裝有一塊圓盤狀的位相板（圖6b[位相顯微鏡]）。②聚光器下面，在聚光器第一焦平面裝有環形光束，光束上刻有狹窄的縫隙可通過環形強光(圖6c[位相顯微鏡])。如圖6d所示，環形光束 A點發出的光線經過聚光器後成為平行光線。光線通過載物台上的樣品時，因樣品內各個質點(如b點)的折射率不同而受到干涉，發生衍射,即分為未偏向波（實線）和偏向波(虛線)。未偏向波通過物鏡聚焦於位相板 A 點上成像，然後通過位相板，均勻地分布在標本像平面上成為背景。偏向波通過物鏡後從位相板 A點周圍通過位相板同樣聚焦在像平面的B上。換句話說，未偏向波和偏向波是分別通過位相板的不同部位。在位相板上不同的區域塗有不同的塗層，可以分別改變未偏向波或偏向波的速度和亮度，由此兩種光波出現了位相差，差了半個波長或一個波長，它們在像平面的合波就出現明暗對比，樣品內的各個細節也就能看得見。 總之，位相顯微鏡是利用樣品中質點折射率的不同或質點厚度的不等，產生光線的相位差，使新鮮標本不必染色就可以看到，而且能夠觀察到活細胞內線粒體及染色體等精細結構，還可以應用於黴菌、細菌、病毒等更微小活體的研究，進行標本形態、數量、活動及分裂、繁殖等生物學行為觀察，並可進行量度與比較。 倒置式顯微鏡 普通顯微鏡鏡的物鏡頭方向向下接近標本。倒置式顯微鏡的物鏡鏡頭則處於垂直向上的位置，因此目鏡和鏡筒的縱軸與物鏡的縱軸呈45度角。載物檯面積較大，在物鏡上方，載物台上方有一個長焦距聚光器和照明光源。物鏡和聚光器可裝配位相顯微鏡的附件。放大率16～80倍。組織培養瓶和培養皿可以直接放在載物台上，進行不染色新鮮標本及活體、細胞的形態、數量和動態觀察。可進行多孔微量生物化學及免疫反應平板的結果觀察。倒置式顯微鏡可換用普通亮視野光學鏡頭；可裝配偏振光、微分干涉差、熒光附件進行觀察。 微分干涉差顯微鏡(DIC) 又稱干擾或干涉顯微鏡。能看到和測定微小的位相變化，與位相顯微鏡相似，使無色透明的標本具有明暗和顏色的變化，從而增強反差。在普通光學顯微鏡的基本結構上安裝偏光和干涉部件，以及360°旋轉載物台它又利用偏振光的干涉原理。如圖7[微分干涉差顯微鏡光學原理]所示,在光源上方安置有起偏鏡片和光束分解棱鏡。從起偏鏡片出來的直線偏振光通過光束分解棱鏡後，分成互相垂直振動的兩條直線偏振光。兩條光線經聚光器折射後射向樣品。因樣品內各個質點的折射射率不同，部分光波的位相改變及因干涉而發生橫向偏移。兩條光線通過物鏡後經第二組光束分解棱鏡相合並，由檢偏鏡發生干涉。終末像的每一個點是由物體上同一點的兩個互相重疊的不同圖像構成的一種混合像，從而使肉眼得以辨識。 微分干涉差顯微鏡同樣可以觀察到在普通亮視野中看不見的無色透明物體,可以觀察細胞、細菌等活體,而且影像呈立體感，較位相顯微鏡的影像更細致、更逼真。可用它對活細胞的各個部位作更精細的研究。如果用白光照明，不同位相表現為各種顏色，轉動載物台，顏色會發生變化。單色光照明產生明暗反差，各種成分呈現不同的對比度。微分干涉差顯微鏡又可以作為一種高度精密的超微量光學天平來使用，用以估測的干物體的精確質量可以小到 1×克。當細胞中所含固體物質的濃度增加百分之一時，其折射率相應增加0.0018。細胞各相成分的折射率可以根據它與相關區域（懸浮液區）間位種的不同而估計，從而可進一步算出一個細胞中某些成分的乾燥重量。 攝影顯微鏡 現代高質量顯微鏡均可安裝顯微照相的各種附件，可以及時完整地保留科學資料。用於照相的顯微鏡要求光學系統和機件結構精密，鏡體堅固穩定。它裝配三目鏡筒，其中兩個45°角觀察用目鏡鏡筒和一個中央垂直鏡筒安裝 135照相機、曝光測量附件、照相目鏡及取景鏡頭，可以進行取景和調焦。聚光器能調節視場中心並配有孔徑光闌使視場照明均勻。鏡座有可調節視場光闌，有電壓表和電壓顯示燈。有可變電阻調節照明亮度。照明光源為6～12伏40～100瓦鹵素燈泡。80年代的自動曝光顯微照相裝置具有自動卷片，自動測光、自動控制曝光，測量和調整色溫以及倒易律失效的補償等各項功能，均用電子計算機自動控制，可以進行黑白感光片、彩色負片和彩色幻燈片的投照。 中央垂直鏡筒又可以安裝電視攝像裝置或16mm電影攝影機及控制裝置，可對活體標本進行定時定格或連續的攝影記錄。 萬能研究用攝影顯微鏡系統 集普通亮視野、暗視野、偏振光、熒光、位相、微分干涉差、顯微攝影等各項功能於一個系統中。還有電子計算機控制的低倍攝影自動聚焦、自動轉換物鏡、聚光器自動匹配、自動調整光源亮度等功能。機身安裝兩個135照相機,一個4×5英寸大版照相機。可另外安裝電視攝像和16mm電影攝影裝置，同樣具有自動卷片、自動測光、自動控制曝光、測量和調節色溫、倒易體失效補償等多項功能。 電子顯微鏡 光學顯微鏡的分辨本領由於所用光波的波長而受到限制。小於光波波長的物體因衍射而不能成像。最高級的光學顯微鏡的分辨本領的限度約 200nm(2000)。為了突破這一限度，可採用電子射線來代替光波。電子微粒以高速運動時，其行為類似光波的傳播過程。運動電子的波長隨其速度而定，在增壓達50萬伏時，其波長為0.001nm(0.01),即電子射線的波長約為可見光的十萬分之一,其分辨本領的極限約為4，其放大倍數比最高級的光學顯微鏡要高很多級。以電子射線為電子光源的顯微鏡稱為電子顯微鏡。現代醫學和生物學使用的電鏡解析度為5～10,即放大率為10～20萬倍。 由於標本厚薄不同，超薄切片機切出的很薄的標本，可用透射式電子顯微鏡觀察。不能切得很薄的標本可用掃描式電鏡進行觀察。 透射式電子顯微鏡(TEM) 是最常用的電子顯微鏡，由電子槍、電磁透鏡系統、熒光屏（或照相機）、鏡筒、鏡座、變壓器、穩壓裝置、高壓電纜、真空泵系統、操縱台等部分組成電子槍相當於光學顯微鏡中的光源,供應和加速從陰極熱鎢絲發射出來的電子束。電鏡所用的電壓一般在20～30萬伏特，才足以使電子槍里的電子以高速飛出。電子通過聚光透鏡，達到標本上，因為標本很薄，高速電子可以透過，並且由於標本各部分的厚度或密度不同，通過的電子就有疏密之分。電壓需要嚴格穩定才能使成像穩定，很小的電壓改變就會引起嚴重干擾。像的亮度可以通過電子槍來控制。 電磁透鏡組相當於光鏡中的聚光器、物鏡及目鏡系統。電子束通過各個電磁透鏡的圓形磁場的中心時可被會聚而產生像。電鏡的透鏡系統由4組電磁透鏡組成,包括聚光透鏡、物鏡、中間透鏡和投射透鏡(目鏡)。可改變聚光透鏡的電流使電子束對標本聚焦並提供「照明」。物鏡靠近標本的焦點上。通過物鏡、中間鏡和投射鏡的三級放大，能在一定的距離處得到高倍的放大像，最終形成的像投射到熒光屏上。在熒光屏部位可換用黑白膠片以製取相片底板。改變電磁線圈中的電流量從而使電磁透鏡調焦，並產生不同的放大率（圖8 [透射式電子顯微鏡]）。 為了盡量減少電鏡中電子與空氣分子相碰撞而產生散射的機會，鏡筒中的真空度要求很高，因此密封的鏡筒與真空泵相連。由於標本需置於真空的鏡筒內，因此不能檢查活材料。 光鏡主要利用可見光波作為光源，樣品染色後改變了光的波長(顏色)和振幅（亮度），影響了反差從而得到圖像。電鏡使用電子射線。電子束的穿透力不強，所以供電鏡檢查的標本必須切到薄至50～ 100nm厚度的切片。電鏡切片的製作步驟與光鏡切片類似，也是由固定、脫水、包埋、切片和染色等程序組成：首先從欲觀察的標本上取材,體積約1。通過戊二醛和四氧化鋨雙固定後，逐級酒精（或丙酮）脫水,環氧樹脂包埋,超薄切片機切片。在電鏡中像的形成是組織片各個部分對電子束的電子產生不同散射的結果，標本中緻密的地方(細節)散射強。可使用各種重金屬鹽染色以增加反差，常用的是醋酸鈾和枸櫞酸鉛復染。由於電子束穿不透玻璃，染好的薄膜切片放在小銅網格上作電鏡觀察。 冷凍蝕刻技術是50年代發明、後來經過改進的一種新的電鏡標本加工技術。其主要原理是把液氮內快速超低溫(-200℃)冷凍的生物標本放在真空冷凍裝置里斷裂，從而將不同部位的細胞器內部結構暴露出來，表現出高低不等的三維結構。在新形成的折斷面上噴鍍一層鉑金碳膜（復型）。將已鍍膜標本在強酸或強鹼性腐蝕溶液里消化，復型膜即漂浮、經打撈、清洗，放在小銅網上進行電鏡觀察和照相。冷凍蝕刻技術在細胞生物膜結構（如細胞膜、線粒體、內質網等）的研究上發揮了重大作用。 掃描式電子顯微鏡(SEM) 標本較厚的表面要產生一個電子光學圖像就要採用電子掃描法（圖9 [掃描電子顯微鏡結構示意圖]）。掃描電鏡的電子槍和電磁透鏡的結構原理類似透射電鏡。電子槍產生的大量電子通過三組電磁透鏡的連續會聚形成一條很細的電子射線（電子探針）。這條電子射線在電鏡筒內兩對偏轉線圈的作用下，順序在標本表面掃描。由於來自鋸齒波發生器的電流同時供應電鏡鏡筒內的和顯示管的兩組偏轉線圈，使得顯示器的電子射線在熒光屏上產生同步掃描。從標本上射出的電子經探測器收集，被視頻放大器放大並控制顯示管亮度。因此在熒光屏上掃描的亮度被標本表面相應點所產生的電子數量所控制，因而在熒光屏上顯示出標本的高倍放大像。通過控制兩套偏轉線圈的電流便可控制放大率的倍數。另外安裝有一個同樣的照相用同步掃描顯示管。 掃描電鏡標本製作中，既要脫水又要基本保持其自然狀態，因此使用標本的臨界冷凍乾燥技術：將組織表面清洗干凈，經戊二醛和四氧化鋨雙重固定，逐級丙酮脫水。由於乙酸戊酯與液化Co置換十分容易,因此首先用梯度乙酸戊酯置換丙酮。然後將標本放入密閉耐壓室內，導入液態Co，使之浸沒標本。很快Co將標本內乙酸戊酯完全置換出來，將後者排出耐壓室。同時耐壓室內的液態Co與迅速蒸發的氣態Co分子之間的互變達到動態平衡。使溫度逐漸上升,液態Co蒸發加快而密度相應降低。達到Co的臨界溫度31.1℃時,氣、液二相密度相同，二相的差異完全消失，即達到相的平衡，此時表面張力為零。使溫度繼續保持在稍高於臨界溫度的條件下，緩慢排出Co氣體,當Co排盡時,標本即已乾燥。取出乾燥好的標本，經真空噴鍍一層碳合金，或放入離子鍍膜機內鍍鉑和金，以增加標本的導電能力，加強反差和增強標本的穩定性。然後即可進行掃描電鏡觀察。 掃描電鏡具有解析度高、景深長、視野廣、顯示三維立體結構、便於觀察和標本制備簡單等許多優點，在生物學及醫學上應用愈來愈多，用以觀察和研究生物標本的表現形態和內部立體結構。掃描電鏡的分辨本領已達到70的水平，已可以直接觀察脫氧核糖核酸(DNA)的分子結構。

❽ 仿生機械的歷史

模仿生物形態結構創造機械的技術有悠久的歷史。
15世紀義大利的列奧納多·達芬奇認為人類可以模仿鳥類飛行,並繪制了撲翼機圖。
到19世紀,各種自然科學有了較大的發展,人們利用空氣動力學原理,製成了幾種不同類型的單翼機和雙翼滑翔機。
1903年，美國的W.萊特和O.萊特發明了飛機。然而，在很長一段時間內，人們對於生物與機器之間到底有什麼共同之處還缺乏認識，因而只限於形體上的模仿。
直到20世紀中葉，由於原子能利用、航天、海洋開發和軍事技術的需要，迫切要求機械裝置應具有適應性和高度的可靠性。而以往的各種機械裝置遠遠不能滿足要求，迫切需要尋找一條全新的技術發展途徑和設計理論。隨著近代生物學的發展，人們發現，生物在能量轉換、控制調節、信息處理、辨別方位、導航和探測等方面有著以往技術所不可比擬的長處。同時在自然科學中又出現了「控制論」理論。它是研究機器和生物體中控制和通信的科學。控制論是溝通技術系統和生物系統工作原理之間的橋梁，它奠定了機器與生物可以類比的理論基礎。
1960年 9月在美國召開了第一屆仿生學討論會，並提出了「生物原型是新技術的關鍵」的論題，從而確立了仿生學學科，以後又形成許多仿生學的分支學科。
1960年由美國機械工程學會主辦，召開了生物力學學術討論會。
1970年日本人工手研究會主辦召開了第一屆生物機構討論會，從而確立了生物力學和生物機構學兩個學科，在這個基礎上形成了仿生機械學。

❾ 機械唯物主義自然觀對醫學的影響

機械唯物主義自然觀是近代自然哲學家以近代機械力學為基礎,與唯物主義相結合,概括和總結自然觀及其與人類的關系所形成的自然觀.它是歷史上相繼的自然觀狀態的一種形態或一種階段.
機械唯物主義自然觀的自然科學與哲學
機械唯物主義自然觀的自然科學.從 15 世紀到 18 世紀,工場手工業替代家庭手工業,生產技術逐漸改進,自然科學逐步沖破宗教神學觀念的束縛,其中力學發展最快,並被廣泛應用於生產和生活各方面.這一時期自然科學的發展以伽利略和牛頓為代表.伽利略將試驗方法和數學演繹方法相結合應用於物理學領域,使機械論自然觀表現出了 "自然的數學化,質還原為量,人與自然的二元對立,上帝與自然的二元對立"特徵.牛頓統一了天體力學和地面力學,建立了經典力學的完整體系,實現了自然科學的第一次大綜合.他認為物體沒有改變狀態的能力,慣性是其本質屬性,運動需要借靠外力,宇宙是一個依照某一運動規律被設計出來的機械裝置.之後近代的自然科學都以力的概念和機械運動的規律去研究自然科學的其他現象.
機械唯物主義自然觀的哲學.法國的笛卡爾奠定了機械唯物主義自然觀的哲學基礎,他認為世界的運動都是按照力學的定律來運動的,並用這種機械的觀點去解釋一切物質運動,包括宇宙中星體的運動、復雜多變的人體運動,甚至是生命有機體的動物生理運動.這種物質的運動並不是一種有意識的、可以為事物所主導的運動,而是無生命的運動.他認為世界被嚴格區分為形體世界和精神世界兩個部分,它們都有上帝這一個共同的來源; 伴隨著這種區分,他同時也將人類社會中的道德與人文同自然哲學和科學進行了分離.
機械唯物主義自然觀以孤立、靜止的方法研究自然界.機械唯物主義自然觀指導下的自然科學研究用孤立、靜止的觀點解釋自然界,用孤立的觀點來否定事物之間的聯系具有普遍性,用靜止的觀點來認為事物在本質上從來不發生變化,將自己歸到了造物主創造整個自然界的唯心主義營壘中.16 -18 世紀的自然科學大部分領域和學科正處在搜集資料和分門別類加以整理的初級階段.如生物學家林耐把各種植物孤立起來進行分類,認為先要知道生物界是由什麼構成的,然後才能研究他們是怎樣進化的以及各種生物之間的相互關系.這種將研究對象進行分解加以研究的方法由於受研究水平的限制,不可避免地成了孤立、靜止的研究自然界的方法.

❿ 世界上真的有UFO嗎

UFO全稱unidentified flying object 中文意思是不明飛行物。在中國古代，UFO又叫作星槎。未經查明的空中飛行物。國際上通稱UFO，俗稱飛碟。

《中國大網路全書》「航空、航天」冊中正式列入「不明飛行物」（即UFO)條目的解釋，應聘撰稿人是中國UFO研究會第三屆理事長孫式立先生。《中國大網路全書》 關於UFO的解釋全文如下： 不明飛行物未經查明來歷的空中飛行物。國際上通稱UFO，俗稱飛碟。據目擊者報告，其外形多呈圓盤狀（碟狀)、球狀和雪茄狀，在空中高速或緩饅移動。

1947年，美國愛達荷州商人肯尼思·阿諾德駕駛私人飛機穿越華盛頓州的Cascade山脈時，看見9個規則排列的飛碟。幾天之後，新墨西哥州的羅斯威爾發現神秘的金屬殘片。

一些人認為史料關於UFO的記載最早出現於《聖經》里。《聖經·舊約全書》里記載，先知以西結(Ezekiel)看見了最早的UFO。（《聖經·舊約·以西結書》記載：「我(以西)觀看，見狂風從北方刮來，隨著有一朵包括閃爍火的大雲，周圍有光輝。從其中的火內發出好像光耀的精金。又從其中顯出四個活物的形象來。」）

【飛行姿態】

常見的一種UFO的飛行姿態是，紋絲不動地懸停在空中或離地不高地半空中，而且絲毫見不到能確保這一凌空懸停地任何機械作用地表現形式。很顯然，無論如,UFO也不會利用普通飛機所藉助的那種空氣動力學上的升浮力來飛行。看來，UFO並非憑借像直升飛機那樣的螺旋槳來懸停。UFO飛行時既無氣流又無煙團，從而排除了它使用普通噴氣發動機噴氣推動力的可能。幾乎每一個UFO研究者都會產生這樣的印象：UFO擁有能夠抵消引力的某種機械裝置。事實果真如此?

【飛碟熱的首次出現】

飛碟熱首次出現在1878年1月，美國得克薩斯州的農民 J.馬丁看到空中有—個圓形物體。美國150家報紙登載這則新聞，把這種物體稱作「飛碟」。 1947年6月，美國愛達荷州的一個企業家K.阿諾德駕駛私人飛機，途經華盛頓的雷尼爾山附近，發現9個圓盤高速掠過空中，跳躍前進。這一事件在美國所有報紙上得到報道，又一次引起了世界性的飛碟熱，以後有關發現飛碟的報告紛至杳來，各國政府和民間機構也紛紛組織調查研究。

其實，不明飛行物到現在科學家還沒有查出真相，但又大部分是人為的，所以，真像沒有大白！

【關於不明飛行物的爭論】

自40年代末起，不明飛行物目擊事件急劇增多，引起了科學界的爭論。因為UFO不是一種可以再現的，或者至少不是經常發生的事物，沒有檢驗的標准，迄今在世界上尚未形成一種絕對權威的看法。持否定態度的科學家認為，很多目擊報告不可信，不明飛行物並不存在，只不過是人的幻覺或者目擊者對自然現象的一種曲解，可以用天文學、氣象學、生物學、心理學、物理學和其他科學知識來加以說明。他們甚至把飛蝶學視為偽科學。肯定論者認為，不明飛行物是一種真實觀象，正在被越來越多的事實所證實，但許多UFO專家表示，他們並不肯定UFO是外星船。他們認為不應該把相信UFO存在與相信它來自外星的理論混淆起來，因為來自宇宙的假說只是根據其飛行性能、電磁性質以及目擊者的印象解釋歸納推斷出來的，正確與否尚待查證。也有一部分UFO專家支持「外星說」。一些學者還指出，飛碟現象在許多方面與已知的基本科學規律不符，在解釋這種現象時理論上所遇到的困難是它至今未能為現代科學家所承認的主要原因，但不能因此就輕易否定這種現象的存在。

【對不明飛行物的解釋】

① 自然現象：某種未知的天文或大氣現象，地震光，大氣碟狀湍流（一些科學家認為UFO觀象是由環境污染誘發的)，地球放電效應。

② 對已知現象或物體的誤認：被誤認為UFO現象的因素或物體有天體（行星、恆星、流星、彗星錯別字：「慧星」改為「彗星」、殞星等)；大氣現象（球狀閃電、極光、幻日、幻月、愛爾摩火、海市蜃樓、流雲、地光)；生物（飛鳥蝴蝶群等);生物學因素（人眼中的殘留影像，眼睛的缺陷、對海洋湖泊中飛機倒影的錯覺等);光學因素(由照相機的內反射、顯影的缺陷所造成的照片假像，窗戶和眼鏡的反光所引起的重疊影像等)；雷達假目標(雷達副波、反常折射、散射、多次拆射，如來自電密層或雲層的反射或來自高溫、高濕度區域的反射等)，人造器械(飛機燈光或反射陽光、重返大氣層的人造衛星、點火後正在工作的火箭、氣球、軍事試驗飛行器、雲層中反射的探照燈光、照明彈、信號彈、信標燈、降落傘、秘密武器等)。

③ 心理現象：有人認為UFO可能純屬心理現象，它產生於個人或—群人的大腦。UFO現象常常同人們的精神心理經歷交錯在一起，在人類大腦未被探知的領域與UFO現象間也許存在某種聯系。

④ 地外高度文明的產物：有人認為有的UFO是外星球的高度文明生命製造的航行工具。

【主流科學界對ufo現象的不同聲音】

我們有時候還會聽到這樣的說法：某某現象科學解釋不了，那麼就一定是外星人所為。對於這樣的說法，我們應該仔細想想：

第一、這種現象是不是真的無法解釋？所謂的「無法解釋」可能是騙子編造的謊言。

第二、我們承認世界上還存在著科學還無法解釋的問題，然而無法解釋並不意味著永遠不能解釋。比如所謂月面上神秘的閃光現象。這種閃光不是外星人在搗鬼，而是隕石撞擊、火山或者其他普通的物理現象。而所謂的「月橋」不過是光學的幻影。人類探索月球早期拍攝到月球上存在所謂「金字塔」和「方尖石」，然而後期拍攝的高解析度圖像顯示那些石頭普通的再不能普通。這也算一個例子。[1]

絕大部分UFO的報告都是由沒有經驗的、未經訓練的、沒有準備的或異常激動的觀察者提供的，信息非常模糊和不準確，因此通常不可能做出確定的判斷。既然大部分UFO都被確認為捏造的或自然現象，那麼少部分因證據不足無法確認的UFO也屬於捏造的或自然現象的可能性，顯然遠遠高於它們是天外來客的可能性。我們無法做出合理解釋的唯一原因，是因為沒有足夠的必要證據，而不是因為外星人在搗鬼。奇怪的是，發現UFO的報告極少或幾乎從來沒有來自天文學家、氣象學家或天文、氣象愛好者，他們要比一般人花多得多的時間觀察天空，應該更有可能發現空中異常才對，這究竟是外星人在有意躲著他們，還是因為他們做為專家，不容易把自然現象當成UFO？

【研究現狀】

全世界約有三分之一的國家在開展對不明飛行物的研究、已出版的關於不明飛行物的專著約350餘種、各種期刊近百種。對不明飛行物已有不少官方和民間研究機構在進行研究。世界上較大的研究機構都擁有—批專家參知這項工作，包括天文學家、植物學家、生物學家、醫生和精神病學專家、化學家和物理學家、還有航空、土木、電氣、機械和冶金等方面的工程師，以及語言學家，歷史學家等。在美國，一些理工大學甚至巳把不明飛行物問題正式列入博士論文的選題，一些大學和空軍院校還開設了不明飛行物課程。中國也建立了以科技工作者為主體的民間學術研究團體一中國UFO研究會。在台灣和港、澳地區均建有類似的飛碟研究組織。中國關於不明飛行物的科普刊物《飛碟探索》於1981年創刊。

20世紀以前較完整的目擊報告有300件以上。據目擊者報告，不明飛行物外形多呈圓盤狀（碟狀）、球狀和雪茄狀。20世紀40年代末起，不明飛行物目擊事件急劇增多，引起了科學界的爭論。持否定態度的科學家認為很多目擊報告不可信，不明飛行物並不存在，只不過是人們的幻覺或是目擊者對自然現象的一種曲解。肯定者認為不明飛行物是一種真實現象，正在被越來越多的事實所證實。到80年代為止，全世界共有目擊報告約10萬件。不明飛行物目擊事件與目擊報告可分為4類：白天目擊事件；夜晚目擊事件；雷達顯像； 近距離接觸和有關物證。部分目擊事件還被拍成照片。人們對 UFO作出種種解釋，其中有：

①某種還未被充分認識的自然現象；
②對已知物體或現象的誤認；
③心理現象及弄虛作假；
④地外高度文明的產物。

全世界許多國家開展對UFO的研究。關於UFO的專著約350餘種，各種期刊近百種。世界各國有一批專家參加此項工作。中國也建立了以科技工作者為主的民間學術研究團體——中國UFO研究會。中國關於UFO的科普刊物《飛碟探索》於1981年創刊。b]目擊事件分類 到80年代初為止，全世界共有目擊報告約10萬件，每年乎均還要增加3千餘件。

【人與外星人接觸類型的分類】

專門從事這類研究的人，稱自己為不明飛行物學家；他們將人與天外來客的近距離接觸分成了五類：

第一類接觸，是指近距離目擊不明飛行物，但沒有留下任何具體的物證。一天下午發生在墨西哥上空的一場驚人邂逅，就屬於這一類。

第二類接觸，是除目擊不明飛行物之外，還有外星人來訪的具體有形痕跡。引發諸多爭議的麥田怪圈可以被歸為這類接觸。前不久出現在墨西哥一片草地上的古怪圓形圖案，就被認為與不明飛行物有關。

當然，還有著名的第三類接觸，這是真正意義上的接觸———往往是通過心靈感應，與外星人交談。

第四類是近距離接觸，也就是遭外星人綁架，經科學家研究，這是一種睡眠幻覺的現象。

最後一種是第五類接觸：就是從地球上發射飛行器或電磁波，訪問可能存在生命的星球。

【揭開UFO事件真相：不明飛行物調查完全記錄】

我們先從最基本的問題說起：人類是什麼時候迷上不明飛行物的？說來並不奇怪，現代人對不明飛行物的關注，是從冷戰的頭幾年開始，逐漸升溫的。那個時期的人習慣於抬頭看看天空，防備著偵察機和飛來的導彈。真正在全球掀起一股熱潮的事件，發生在1947年的6月。

當時，肯尼思·阿諾德正駕著私人飛機，飛越華盛頓州的喀斯喀特山脈，忽然看見遠處閃過藍白色的亮光。他定睛細看，清楚地看到一些不明飛行物在群山間穿梭飛行，速度很快，非常靈活。

阿諾德向當地報社講述了這件事，由此掀起飛碟熱潮。同一年，後來又發生了一個里程碑式的事件，其影響延續至今。相信的人滿懷敬畏，懷疑的人不勝其煩。這就是羅斯韋爾事件。

在新墨西哥州的羅斯韋爾郊外，一座美國陸軍機場附近的農場上，出現了一些奇怪的碎片。第二天，當地一家報紙便推出獨家新聞，大膽宣稱有一架外星來的飛船已被軍方俘獲。

UFO就是未經查明的飛行物,不能單純說是外星人駕駛的飛行器--飛碟,飛碟之說基本扯淡,UFO大多為光學現象,大氣未知擾動,未知生物,人為偽造,乾脆是看花眼了也有可能!