同时也模糊了自然物和机械装置

❶ 机械之美——机械时期的计算设备

手动时期的计算工具通常没有多少复杂的制作原理，许多经典的计算工具之所以强大，譬如算盘，是由于依托了强大的使用方法，工具本身并不复杂，甚至用现在的话来讲，是遵从着极简主义的。正因如此，在手动时期，人们除了动手，还需要动脑，甚至动口（念口诀），必要时还得动笔（记录中间结果），人工计算成本很高。到了17世纪，人们终于开始尝试使用机械装置完成一些简单的数学运算（加减乘除）——可不要小看了只能做四则运算的机器，计算量大时，如果数值达到上万、上百万，手工计算十分吃力，而且容易出错，这些机器可以大大减轻人工负担、降低出错概率。

机械装置的历史其实相当久远，在我国，黄帝和蚩尤打仗时就发明了指南车，东汉张衡的地动仪、浑天仪、记里鼓车（能自动计算行车里程），北宋时期苏颂、韩公廉发明的水运仪象台（天文钟），数不胜数，其中好多发明事实上已经实现了某些特定的计算功能。然而所谓工具都是应需求而生的，我国古代机械水平再高，对计算（尤其是大批量计算）没有需求也难为无米之炊，真正的通用机械计算设备还得在西方进入资本主义后逐渐出现。

那个时候，西方资产阶级为了夺取资源、占据市场，不断扩大海外贸易，航海事业蓬勃兴起，航海就需要天文历表。在那个没有电子计算机的时代，一些常用的数据通常要通过查表获得，比如cos27°，不像现在这样掏出手机打开计算器APP就能直接得到答案，从事特定行业、需要这些常用数值的人们就会购买相应的数学用表（从简单的加法表到对数表和三角函数表等等），以供查询。而这些表中的数值，是由数学家们借助简单的计算工具（如纳皮尔棒）一个个算出来的，算完还要核对。现在想想真是蛋疼，脑力活硬生生沦为苦力活。而但凡是人为计算，总难免会有出错，而且还不少见，常常酿成航海事故。机械计算设备就在这样的迫切的需求背景下应运而生。

研制时间：1623年~1624年

契克卡德是现今公认的机械式计算第一人，你也许没听说过他，但肯定知道开普勒吧，对，就是那个天文学家开普勒。契克卡德和开普勒出生在同一城市，两人既是生活上的好基友，又是工作上的好伙伴。正是开普勒在天文学上对数学计算的巨大需求促使着契克卡德去研发一台可以进行四则运算的机械计算器。

Rechenuhr支持六位整数计算，主要分为加法器、乘法器和中间结果记录装置三部分。其中位于机器底座的中间结果记录装置是一组简单的置数旋钮，纯粹用于记录中间结果，仅仅是为了省去计算过程中笔和纸的参与，没什么可说的，我们详细了解一下加法器和乘法器的实现原理和使用方法。

乘法器部分其实就是对纳皮尔棒（详见上一篇 《手动时期的计算工具》 ）的改进，简单地将乘法表印在圆筒的十个面上，机器顶部的旋钮分有10个刻度，可以将圆筒上代表0~9的任意一面转向使用者，依次旋转6个旋钮即可完成对被乘数的置数。横向有2~9八根挡板，可以左右平移，露出需要显示的乘积。以一张纪念邮票上的图案为例，被乘数为100722，乘以4，就移开标数4的那根挡板，露出100722各位数与4相乘的积：04、00、00、28、08、08，心算将其错位相加得到最终结果402888。

加法器部分通过齿轮实现累加功能，6个旋钮同样分有10个刻度，旋转旋钮就可以置六位整数。需要往上加数时，从最右边的旋钮（表示个位）开始顺时针旋转对应格数。以笔者撰写该部分内容的时间（7月21日晚9:01）为例，计算721+901，先将6个旋钮读数置为000721：

随后最右边的（从左数第六个）旋钮顺时针旋转1格，示数变为000722：

第五个旋钮不动，第四个旋钮旋转9格，此时该旋钮超过一圈，指向数字6，而代表百位的第三个旋钮自动旋转一格，指向数字1，最终结果即001622：

这一过程最关键的就是通过齿轮传动实现的自动进位。Rechenuhr使用单齿进位机构，通过在齿轮轴上增加一个小齿实现齿轮之间的传动。加法器内部的6个齿轮各有10个齿，分别表示0~9，当齿轮从指向数字9的角度转动到0时，轴上突出的小齿将与旁边代表更高位数的齿轮啮合，带动其旋转一格（36°）。

相信聪明的读者已经可以想到减法怎么做了，没错，就是逆时针旋转加法器的旋钮，单齿进位机构同样可以完成减法中的借位操作。而用这台机器进行除法就有点“死脑筋”了，你需要在被除数上一遍又一遍不断地减去除数，自己记录减了多少次、剩余多少，分别就是商和余数。

由于乘法器单独只能做多位数与一位数的乘法，加法器通常还需要配合乘法器完成多位数相乘。被乘数先与乘数的个位相乘，乘积置入加法器；再与乘数十位数相乘，乘积后补1个0加入加法器；再与百位数相乘，乘积后补2个0加入加法器；以此类推，最终在加法器上得到结果。

总的来说，Rechenuhr结构比较简单，但也照样称得上是计算机史上的一次伟大突破。而之所以被称为“计算钟”，是因为当计算结果溢出时，机器还会发出响铃警告，在当时算得上十分智能了。可惜的是，契克卡德制造的机器在一场火灾中烧毁，一度鲜为人知，后人从他在1623年和1624年写给开普勒的信中才有所了解，并复制了模型机。

研制时间：1642年~1652年

1639年，帕斯卡的父亲开始从事税收方面的工作，需要进行繁重的数字相加，明明现在Excel里一个公式就能搞定的事在当时却是件大耗精力的苦力活。为了减轻父亲的负担，1642年起，年方19的帕斯卡就开始着手制作机械式计算器。刚开始的制作过程并不顺利，请来的工人只做过家用的一些粗糙机械，做不来精密的计算器，帕斯卡只好自己上手，亲自学习机械制作。

现在想想那个生产力落后的时代，这些天才真心牛逼，他们不仅可以是数学家、物理学家、天文学家、哲学家，甚至还可能是一顶一的机械师。

作为一台加法器，Pascaline只实现了加减法运算，按理说原理应该非常简单，用契克卡德的那种单齿进位机构就可以实现。而帕斯卡起初的设计确实与单齿进位机构的原理相似（尽管他不知道有Rechenuhr的存在）——长齿进位机构——齿轮的10个齿中有一个齿稍长，正好可以与旁边代表更高数位的齿轮啮合，实现进位，使用起来与契克卡德机的加法器一样，正转累加，反转累减。

但这一类进位机构有着一个很大的缺陷——齿轮传动的动力来自人手。同时进行一两个进位还好，若遇上连续进位的情况，你可以想象，如果999999+1，从最低位一直进到最高位，进位齿全部与高位齿轮啮合，齿轮旋转起来相当吃力。你说你力气大，照样能转得动旋钮没问题，可齿轮本身却不一定能承受住这么大的力，搞不好容易断裂。

为了解决这一缺陷，帕斯卡想到借助重力实现进位，设计了一种叫做sautoir的装置，sautoir这词来自法语sauter（意为“跳”）。这种装置在执行进位时，先由低位齿轮将sautoir抬起，而后掉落，sautoir上的爪子推动高位齿轮转动36°，整个过程sautoir就像荡秋千一样从一个齿轮“跳”到另一个齿轮。

这种只有天才才能设计出来的装置被以后一百多年的许多机械师所称赞，而帕斯卡本人对自己的发明就相当满意，他号称使用sautoir进位机构，哪怕机器有一千位、一万位，都可以正常工作。连续进位时用到了多米诺骨效应，理论上确实可行，但正是由于sautoir装置的存在，齿轮不能反转，每次使用前必须将每一位（注意是每一位）的齿轮转到9，而后末位加1用连续进位完成置零——一千位的机器做出来恐怕也没人敢用吧！

既然sautoir装置导致齿轮无法反转，那么减法该怎么办呢？帕斯卡开创性地引入了沿用至今的补码思想。十进制下使用补九码，对于一位数，1的补九码就是8，2的补九码是7，以此类推，原数和补码之和为9即可。在n位数中，a的补九码就是n个9减去a，以笔者撰写该部分内容的日期（2015年7月22日）为例，20150722的8位补九码是99999999 - 20150722 = 79849277。观察以下两个公式：

a-b的补码就是a的补码与b的和，如此，减法便可以转化为加法。

Pascaline在显示数字的同时也显示着其所对应的补九码，每个轮子身上一周分别印着9~0和0~9两行数字，下面一行该位上的表示原数，上面一行表示补码。当轮子转到位置7时，补码2自然显示在上面。

帕斯卡加了一块可以上下移动的挡板，在进行加法运算时，挡住表示补码的上面一排数，进行减法时就挡住下面一排原数。

加法运算的操作方法与Rechenuhr类似，唯一不同的是，Pascaline需要用小尖笔去转动旋钮。这里主要说一说减法怎么做，以笔者撰写该部分内容的时间（2015年7月23日20:53）为例，计算150723 - 2053。

置零后将挡板移到下面，露出上面表示补码的那排数字：

输入被减数150723的补码849276，上排窗口显示的就是被减数150723：

加上被减数2053，实际加到了在下排的补码849276上，此时上排窗口最终显示的就是减法结果148670：

整个过程用户看不到下面一排数字，其实玄机就在里头，原理挺简单，09一轮回，却很有意思。

研制时间：1672年~1694年

由于Pascaline只能加减，不能乘除，对此莱布尼茨提出过一系列改进的建议，终究却发现并没有什么卵用。就好比自己写一篇文章很简单，要修改别人的文章就麻烦了。那么既然改进不成，就重新设计一台吧！

为了实现乘法，莱布尼茨以其非凡的创新思维想出了一种具有划时代意义的装置——梯形轴（stepped drum），后人称之为莱布尼茨梯形轴。莱布尼茨梯形轴是一个圆筒，圆筒表面有九个长度递增的齿，第一个齿长度为1，第二个齿长度为2，以此类推，第九个齿长度为9。这样，当梯形轴旋转一周时，与梯形轴啮合的小齿轮旋转的角度就可以因其所处位置（分别有0~9十个位置）不同而不同。代表数字的小齿轮穿在一个长轴上，长轴一端有一个示数轮，显示该数位上的累加结果。置零后，滑动小齿轮使之与梯形轴上一定数目的齿相啮合：比如将小齿轮移到位置1，则只能与梯形轴上长度为9的齿啮合，当梯形轴旋转一圈，小齿轮转动1格，示数轮显示1；再将小齿轮移动到位置3，则与梯形轴上长度为7、8、9的三个齿啮合，小齿轮就能转动3格，示数轮显示4；以此类推。

除了梯形轴，莱布尼茨还提出了把计算器分为可动部分和不动部分的思想，这一设计也同样被后来的机械计算器所沿用。Stepped Reckoner由不动的计数部分和可动的输入部分组成，机器版本众多，以德意志博物馆馆藏的复制品为例：计数部分有16个示数轮，支持16位结果的显示；输入部分有8个旋钮，支持8位数的输入，里头一一对应地安装着8个梯形轴，这些梯形轴是联动的，随着机器正前方的手柄一同旋转。机器左侧的手柄借助蜗轮结构实现可动部分的左右平移，手柄每转一圈，输入部分移动一个数位的距离。

进行加法运算时，先在输入部分通过旋钮置入被加数，计算手柄旋转一周，被加数即显示到上方的计数部分，再将加数置入，计算手柄旋转一周，就得到计算结果。减法操作类似，计算手柄反转即可。

进行乘法运算时，在输入部分置入被乘数，计算手柄旋转一周，被乘数就会显示到计数部分，计算手柄旋转两周，就会显示被乘数与2的乘积，因此在乘数是一位数的情况下，乘数是多少，计算手柄旋转多少圈即可。那么如果乘数是多位数呢？这就轮到移位手柄登场了，以笔者撰写该部分内容的日期（7月28日）为例，假设乘数为728：计算手柄先旋转8周，得到被乘数与8的乘积；而后移位手柄旋转一周，可动部分左移一个数位，输入部分的个位数与计数部分的十位数对齐，计算手柄旋转2周，相当于往计数部分加上了被乘数与20的乘积；依法炮制，可动部分再左移，计算手柄旋转7周，即可得到最终结果。

可动部分右侧有个大圆盘，外圈标有0~9，里圈有10个小孔与数字一一对应，在对应的小孔中插入销钉，可以控制计算手柄的转动圈数，以防操作人员转过头。在进行除法时，这个大圆盘又能显示计算手柄所转圈数。

进行除法运算时，一切操作都与乘法相反。先将输入部分的最高位与计数部分的最高位（或次高位）对齐，逆时针旋转计算手柄，旋转若干圈后会卡住，可在右侧大圆盘上读出圈数，即为商的最高位；逆时针旋转位移手柄，可动部分右移一位，同样操作得到商的次高位数；以此类推，最终得到整个商，计数部分剩下的数即为余数。

最后提一下进位机构，Stepped Reckoner的进位机构比较复杂，但基本就是单齿进位的原理。然而莱布尼茨没有实现连续进位，当产生连续进位时，机器顶部对应的五角星盘会旋转至角朝上的位置（无进位情况下是边朝上），需要操作人员手动将其拨动，完成向下一位的进位。

研制时间：1818年~1820年

以往的机械式计算器通常只是发明者自己制作了一台或几台原型，帕斯卡倒是有赚钱的念头，生产了20台Pascaline，但是根本卖不出去，这些机器往往并不实惠，也不好用。托马斯是将机械式计算器商业化并取得成功的第一人，他不仅成为了机械式计算器的发明家，更成为了牛逼的企业家（创办了当时法国最大的保险公司）。从商之前，托马斯在法国军队从事过几年部队补给方面的工作，需要进行大量的运算，正是在这期间萌生了制作计算器的念头。他从1818年开始设计，于1820年制成第一台，次年生产了15台，往后持续生产了约100年。

Arithmometer基本采用莱布尼茨的设计，同样使用梯形轴，同样分为可动和不动两部分。

所不同的是，Arithmometer的手柄在加减乘除情况下都是顺时针旋转，示数轮的旋转方向通过与不同方向的齿轮啮合而改变。

此外，托马斯还做了许多细节上的改进（包括实现了连续进位），量产出来的Arithmometer实用、可靠，因而能获得巨大成功。

研制时间：1874年

莱布尼茨梯形轴虽然好用，但由于其长筒状的形态，机器的体积通常很大，某些型号的Arithmometer摆到桌子上甚至要占掉整个桌面，而且需要两个人才能安全搬动，亟需一种更轻薄的装置代替梯形轴。

这一装置就是后来的可变齿数齿轮（variable-toothed gear），在17世纪末到18世纪初，有很多人尝试研制，限于当时的技术条件，没能成功。直到19世纪70年代，真正能用的可变齿数齿轮才由鲍德温和奥德纳分别独立制成。该装置圆形底盘的边缘有着9个长条形的凹槽，每个凹槽中卡着可伸缩的销钉，销钉挂接在一个圆环上，转动圆环上的把手即可控制销钉的伸缩，这样就可以得到一个具有0~9之间任意齿数的齿轮。

齿轮转一圈，旁边的被动轮就转动相应的格数，相当于把梯形轴压成了一个扁平的形状。梯形轴必须并排放置，而可变齿数齿轮却可以穿在一起，大大缩减了机器的体积和重量。此类计算机器在1885年投产之后风靡世界，往后几十年内总产量估计有好几万台，电影《横空出世》里陆光达计算原子弹数据时所用的机器就是其中之一。

研发时间：1884年~1886年

欣赏了这么多机器，好像总感觉哪里不对，似乎与我们今天使用计算器的习惯总有那么一道屏障……细细一琢磨，好像全是旋钮没有按键啊摔！

好在那个年代的人们发现旋钮置数确实不太方便，最早提出按键设计的应该是美国的一个牧师托马斯·希尔（Thomas Hill），计算机史上有关他的记载貌似不多，好在还能找到他1857年的专利，其中详细描述了按键式计算器的工作原理。起初菲尔特只是根据希尔的设计简单地将按键装置装到Pascaline上，第一台Comptometer就这么诞生了。

Comptometer采用的是“全键盘”设计（也就是希尔提出的设计），每个数位都有1~9九个按键（0不需要置数），某个数位要置什么数，就按下该数位所对应的一列按键中的一个。每列按键都装在一根杠杆上，杠杆前端有一个叫做Column Actuator的齿条，按下按键带动杠杆摆动，与Column Actuator啮合的齿轮随之旋转一定角度。按键1~9按下时杠杆摆动的幅度递增，示数轮随之转动的幅度也递增，如此就实现了按键操作到齿轮旋转的转化。

1889年，菲尔特又发明了世界上第一台能在纸带上打印计算结果的机械式计算器——Comptograph，相当于给计算器引入了存储功能。

1901年，人们开始给一些按键式计算器装上电动马达，计算时不再需要手动摇杆，冠之名曰“电动计算机”，而此前的则称为“手摇计算机”。

1902年，出现了将键盘简化为“十键式”的道尔顿加法器，不再是每一位数需要一列按键，大大精简了用户界面。

1961年，Comptometer被改进为电子计算器，却依然保留着“全键盘”设计。

最后，让我们一起来欣赏一下美国摄影师 Kevin Twomey 的摄影作品吧！这些图片均由不同焦距的多张照片经景深处理工具Helicon Focus拼合而成，十分精美。

附：

1.  Kevin Twomey还为收藏这些机器的Mark Glusker拍了个小视屏 ，有各种机器运行时候的样子，值得一看。

2. 国内也有一网友从意大利淘了一台1960年的电动计算机，并录制了 使用演示视频 。从视频中可以直观地感受到，除法比加、减、乘慢得多，而我们现在其实已经知道了其中的原因。

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人类文明作为一个整体，其历史上的众多成果不可能是由单个人在一夜之间做到的，在一段时期内，对于某一类计

❷ 显微镜的14个结构和作用

镜座、镜柱、镜臂、载物台、镜筒、物镜转换器和调焦装置等。镜和目镜回，后者包括反光答镜（或内置光源）、聚光器。
标本的放大主要由物镜完成，物镜放大倍数越大，它的焦距越短。焦距越小，物镜的透镜和玻片间距离（工作距离）也小。油镜的工作距离很短，使用时需格外注意。目镜只起放大作用，不能提高分辨率，标准目镜的放大倍数是十倍。聚光镜能使光线照射标本后进入物镜，形成一个大角度的锥形光柱，因而对提高物镜分辨率是很重要的。聚光镜可以上下移动，以调节光的明暗，可变光阑可以调节入射光束的大小。
显微镜用光源，自然光和灯光都可以，以灯光较好，因光色和强度都容易控制。一般的显微镜可用普通的灯光，质量高的显微镜要用显微镜灯，才能充分发挥其性能。有些需要很强照明，如暗视野照明、摄影等，常常使用卤素灯作为光源。光学显微镜是由光学放大系统和机械装置两部分组成。光学系统一般包括目镜、物镜、聚光器、光源等；机械系统一般包括镜筒、物镜转换器、镜台、镜臂和底座等。

❸ 机械设计制造及其自动化与机械工程有哪些区别

引言：很多考生会选择一些关于机械类的专业，但是又不懂这些专业之间有什么区别。你知道机械设计制造及其自动化与机械工程有什么区别吗？很多人感觉这些名字都很相像，所以区分不开接下来就跟着小编一起去了解一下他们之间的区别吧。

所以学生在选专业的时候一定要对这些专业做到真正的了解，否则进入院校之后，感觉与所想的不一样，就会有心理落差。要看自己的兴趣，更喜欢哪一方面的课程，和对哪一方面更加感兴趣。不要盲目的选择要做到了解再选择。

❹ 谈谈科技发展与自然关系的哲学反思

谈谈科技发展与自然关系的哲学反思

从科技与自然关系的变化不难看出，科技的不断发展在推动了人类社会文明形态变迁的同时，也大大影响着人类对自然的认识、态度和生活习惯，从而成为构建人和自然关系的重要手段与环节。

摘要:

工业文明使科技与自然的关系经历了从巫魅到祛魅的演变。在“人类中心主义”的科技理性支配下，工业文明的科技价值观、方法论乃至实践过程都追求对自然的控制和改造，必然导致科技对生态环境的严重破坏。生态文明视域下，应对科技理性、价值观、方法论和实践过程进行全面反思，推动科技形态的生态化转型，发展并促成一种“亲自然”的生态化科技还魅于自然。

关键词:

生态文明;科技发展;亲自然;哲学反思

大约在500年前开始的西方近代科学革命迅速地改变了人类的技术形态。在近代科技杠杆的撬动下，人类的生产方式发生了巨大变革，开启了机器大生产的工业文明时代。在工业文明的社会中，人们借助现代科技和先进工具，使得人与自然的关系产生了颠覆性的改变:人力得到了巨大的释放和提升，开始大肆开发、改造、征服，甚至是掠夺自然，相形之下，自然力退缩了。今天，人类面临日益严重的生态危机及其所衍生的不可持续发展的威胁，近代科技与建立在其基础上的工业文明都难辞其咎。然而，“没有科技的转向，就不可能有文明的转向”[1]。基于此，要克服环境问题，重建人与自然的和谐，基础性的工作就是要促进科技形态的转变，即以生态化科技引领生态文明新形态。在我国，制定科技发展战略是引导并支撑科技发展的重要途径，为了适应生态文明建设、发展生态化科技，需要科技发展战略的生态化转变。如何促进科技发展战略的生态化转变，则首先要探讨科技发展与自然演变的关系。

1科技与自然关系的历史变迁

讨论科技发展与自然关系，有必要首先厘清“技术”、“科学”与“科学技术”3个概念的演变与内在关系，因为这3个概念之间既反映着科技形态的发展与演变，同时也内含着与自然的关系演变与发展。用一个简化的模式呈现3个概念之间的内在联系以及所反映的科技形态的演变:技术(与人类生存具有源始性关系)→科学(始于希腊人开创的“理性科学”)→科学-技术(工业文明时期受近代科学兴起影响，引起科学与技术一体化的形态转变)。科技形态的改变意味着人与自然交换方式的改变，最终也是人与自然关系的改变。

1.1前工业文明时期科技与自然的关系技术从古至今始终伴随着人类的生产与生活。前工业文明时期，人类主要以技术作为和自然打交道的中介，借助技术，人类改变了身体受制于自然的状态，生产方式由采集渔猎过渡到农耕畜牧，发展出能够掌握较为稳定的生活资料来源、熟练栽培植物、驯化动物的农业文明，并伴随着人口增长、对自然需求的增大。由于技术的发展水平还很有限，前工业文明时期它的运用虽打破了自然原有的生态平衡，但整体上看还是局部的、可恢复的，对自然尚不能形成伤筋动骨的破坏。而科学在前工业文明时期与技术融合的程度还比较低，二者的界限也较为明显。即便在前工业文明几千年时间里，科学的形态也不断变化———从纯逻辑思辨的理性科学演化出了基于经验论的实验科学和基于唯理论的数理科学，科学却鲜有直接参与干预自然。理性科学对形而上学的执着关注反而并不重视机械技术的发展，近代数理实验科学在工业化生产到来之前多处在实验室或纸面阶段。尽管在前工业文明时期，技术和科学都没有对自然造成大范围的生态破坏，却并不代表前工业文明的技术和科学是符合生态文明的，尤其是近代科学，它的兴起为科技结合和工业文明到来做了思想和物质上的铺垫。

1.2工业文明时期科技与自然的关系18世纪，蒸汽机的发明使牛顿的力学体系和热学理论得到了技术化应用，也意味着科学和技术结合的开始，成为“科学-技术”(下文简称为“科技”)，通过对自然界物质的分解、重构和再造，将科学成果不断转化为生产力，从而焕发出了帮助人类改造自然、变革自然的巨大魔力。蒸汽机在生产领域迅速而广泛地使用，使机械力开始代替了人力和畜力，标志着第一次工业革命的到来。其后，近代科学武装下的科技在距今不过300年的时间里完成了一次又一次的突破，人类一步步摆脱了对自然和牲畜提供生产动力的依赖，改造自然能力空前提高，以石化燃料为动力的机器、火车、轮船将人类带入了大机器生产的工业化社会。流水线的机器生产彻底改变了人们长期以来以家庭作坊式的生产模式，就连农业生产也同样用的是工业化的生产模式。但是，工业文明发达的生产力背后是对自然资源需求的爆炸性增长，而对生产和效率的追求使自然的生态平衡被轻易忽视———大规模地攫取作为生产原料的自然资源投入工业生产，之后又将生产废料“还”给自然。近代科技帮助人类更新了文明形态，也的确丰富了人与自然物质变换的内容，提升了与自然之间物质变换的效率，带来前所未有的物质繁荣，却也对自然生态环境造成了严重的破坏和摧残，远远超出了自然的环境承载能力。可以见得，工业文明是以牺牲生态换取的。

2工业文明:科技发展导致环境问题的哲学反思

从科技与自然关系的变化不难看出，科技的不断发展在推动了人类社会文明形态变迁的同时，也大大影响着人类对自然的认识、态度和生活习惯，从而成为构建人和自然关系的重要手段与环节。近代科技追求效率和力量，这为工业文明的意识形态提供了支持。在工业文明的社会结构中，整个社会都把资本增值作为最高目标和行为准则，人类通过科学对自然的改造也不例外，人们已在不知不觉中接受了现代科技的逻辑，被纳入了现在科技的“座架”之中，为获取更多资源满足人类的利益，从而加强对自然的控制和改造，同时也对发扬这样的科学和技术予以支持，使得其获得更多的资源[2]。

2.1人类中心主义的科技理性近代哲学使人的主体性得到彰显，成为了世界的中心和价值的唯一尺度，这也将人从自然的整体中抽离，成为宰制自然的主人;加之人类长期以来希望摆脱自然束缚的朴素愿望，必然地要求有一种服务于人类的科技理性和与之对应的科技形态。而科技发展到工业文明时期，解释和改造自然的能力客观上也有了显著的提升，于是相互作用下衍化产生了“亲人类”的科技理性。近代科技理性奉行人类中心主义，把摆脱自然束缚、征服自然视作对人类的造福，在这种科技的理性支配下，近代科技放大了对力量和效用追求，正如培根的名言“知识就是力量”，在满足人类自身利益和追求社会“进步”的旗帜下，近代科技理性对待自然的态度已从顺应变成了控制、利用和征服，探索自然的奥秘不过是为了更好地驾驭自然。

2.2科学主义的科技方法论实证科学和数理科学是近代科学的两大重要组成，机器化则是近代技术的鲜明特征。实证科学倡导经验的方法，认为了解自然需要通过观察实验，将所研究的自然物置于实验室的极端条件下进行反复刺激，以“严刑拷打”的方式逼问自然，当考察物在非自然干预下的反应以规律的方式呈现，自然的奥秘就被解开了，科学也就有了预测和控制自然的能力。数理科学的方法则是对世界进行数学化解析，通过建立了贯通几何和代数的直角坐标系，将物质和空间置于其坐标系内实现了世界的普遍数学化。同时，近代科技还推崇机械自然观，认为自然世界和人造的机器并无本质差别，世界可以像机器设备一样被拆分。近代科技的方法论即是用挤压和拆解的方法来解释和改造世界，还将其认定的研究方法扩张到了自然以外的方方面面，使得科学成了真理的代名词，科技成了解决一切问题的唯一正确方案，凡是不能被实证的或不能用数学的方式量化分析的都是非科学的，都会遭到科学的拒斥。近代科技的独尊地位停滞了其对自身的反思，就好比缺乏制动系统的车，在反自然的歧途上越滑越远。

2.3单一维度的科技价值观近代科技把自然当作一个可计算、可拆解的对象，以不断精确的尺度对其进行解构、细分和还原，使“自然本身在新的数学的指导下被理念化了”[3]。但每一次解构也都是一次对自然去质化的过程，当自然被表述成符号化的等式、模型或是部分的加总，它的整体性、内在性等其他价值维度却被遮蔽，自然的价值被缩减为只剩下物质和材料。科技消弭了自然的神秘感，“宇宙被视为一台由死物质(至少是无声无息的物质)上演的戏剧”[4]。它打消了人对自然的敬畏，使人改造和掠夺自然变得更加心安理得。近代科技的价值观也充满了对自然环境的挑战，往往以人工化再造改变自然环境展示自身的强大。在效率逻辑的推波助澜下，科技的适用性和自然的生态平衡常常被忽视甚至无视，导致科技对自然的侵略和破坏也是高效率的。

2.4与自然对立的科技实践近代科技在与自然互动中将自然看作可任意摆置的持存物。“在现代技术中起支配作用的解蔽乃是一种促逼，此种促逼向自然提出蛮横要求，要求自然提供本身能够被开采和贮藏的能量。”[5]932自然被科技效用化为提供满足人类需要的能源库，是被置于股掌之间的摆弄对象———“空气为着氮料的出产而被摆置，土地为着矿石而被摆置，矿石为着铀之类的材料而被摆置，铀又为着原子能而被摆置，而原子能则可以为毁灭或和平利用的目的而被释放出来。”[5]933科技的滥用也导致了人的异化。技术理性“对自然界的支配是以人与所支配的客体的异化为代价的，随着精神的物化，人与人之间的关系本身，甚至个人之间的关系也异化了。”[6]人被卷入科技发展进程，独立性被渐渐消解，成了科技发展特殊的能源、工具和持存物，膨胀的欲望和异化的事实使人与自然的关系陷入恶性循环。

3生态文明:实现生态拯救的科技发展之路

工业文明的科技割裂了人与自然的整体及内在联系，并在工业资本的推波助澜下导致一个反讽的结果:以对抗自然的方式满足人类利益，最终导致人类利益难以为继和人类文明不可持续。生态文明的要义与价值精髓是人与自然的和谐，生态文明视域下为实现生态拯救，需要全局性、有步骤地摒弃过去一味“求力”、“逐利”的科技发展道路，战略性地引导科技发展从观念到实践进行生态化转向，寻求可持续的生态化科技发展。

3.1树立亲自然的科技理性环境危机的教训已经证明了自然是人类赖以生存的基础，人并不能脱离自然独立存在。自然是内在性的领域，它按照固有的规律运行。科技并非万能，它虽能帮助人类更好地认识自然、把握和利用自然的规律，却也无法改造这些规律，能够改造的实际上只是自然与人的相处方式。工业文明时期追求“改造”和“征服”的科技理性已经显露出了其不可持续的局限性，实现科技生态化转型首当其冲的是要扭转这种局限。生态文明的科技理性需要在承认并尊重自然生态整体性的前提下建构，是一种顺应自然规律的、生态整体主义的亲自然理性。亲自然的科技理性倡导“倾听自然，对自然保持一种虔诚的态度，认为人类的一切真知识本质上都来源于活生生的自然，而不是来自实验室中的自然切片，不是实验室中遭到'拷打'和'拷问'的自然。”[7]正如自然的动态平衡是依靠物种的多样性来维系，亲自然的科技理性反对近代科技对“人类中心”及科学确定性的偏执追求，更注重多元性和适应性，主动放弃挑衅性的思维而以适应性取而代之，主张适应自然的科技才是可持续的、有意义的。

3.2建构亲自然的科技方法论应该承认，借助量化、分解、实验等近代科技方法的祛魅，人类摆脱了巫魅的状态，对自然的理解能力有了显著的提高。因此，虽然工业化造成的严重生态恶果印证了工业文明时期科技与生态自然的不相适性，但这并不意味着要因噎废食，彻底否定科技的方法和工业文明的成果，而是要在近代科技的基础上批判地探索出一种与自然环境相协调的科技方法论，“以不同的'方式利用技术文明的成果，以达到人和自然的解放，和将科学精神从为剥削服务的毁灭性滥用中解放出来。”[8]科技解释自然的能力越强，未知的领域也越宽，莫测的自然能给人类和科技的发展无限的启迪。亲自然的科技方法论尊重并且认可自然，在自身的发展过程中不是以自然为敌，而是以自然为师。工业文明带来的物质繁荣是由单向度的生产———消费模式缔造的，它最终必然走向自然能源的消耗殆尽，地球也将变成大垃圾厂。而生态文明的科技以“仿生态”为方法，摒弃对生产数量的刻意追求和资源的一次利用，以效仿自然的循环模式取而代之。自然是一个系统，它不能只由单一的物种构成。生态文明的科技方法论并不自恃为唯一真理，对其他科学形态和非科学的智慧表达都能以宽容的态度吸收或欣赏，人文和自然科学在生态化科技这里不仅并不对立，而且努力促成二者的有机融合。类比生态系统需要借助物种的多样性维持其平衡，生态科技也将在多样化智慧的交流和碰撞中形成对世界愈发全面的认识。

3.3引导科技价值观还魅自然工业文明的科技价值观强调科技改造自然的效率，却不幸造成了环境的迅速恶化，欠下了大笔的“生态债”，可以说片面效率逻辑的价值观是一种短视，赢得当下，输掉未来。科技、自然和人三者并非是此消彼长的竞争关系，而是共生共荣的。生态文明的科技价值观不否认效率，但也不忽视整体，是兼顾“数量上多”和“质量上好”的价值观，通过强调整体性的和谐稳定为科技和人类的可持续发展赢得前提。生态化的科技价值观对自然是博爱的，破除普遍科技化对自然价值的抹杀。通过培养人和科技与自然万物付诸情感的平等交流还魅与自然，是一种亲人类、也亲自然的科技观。“世界的形象既不是一个有待挖掘的资源库，也不是一个避之不及的荒原，而是一个有待照料、关心、收获和爱护的大花园。”[9]作为生态系统的自然具有一种内在的秩序，它本就不应是人类征服剥削的对象，而是生命万物无私的孕育者和养育者，是人类情感的依托。“我们将不再只满足于为了自己的利益而机械地操纵世界，而会对它怀有发自内心的爱。我们将像对待自己的至爱之人一样呵护它，使它包含在我们之中，成为我们不可分割的一部分。”[10]生态文明的科技价值观会引导科技发展也还魅自然，回归生活世界和生活技术。

3.4引导亲自然的生态化科技实践亲自然的科技实践秉承生态化的思想，在与自然的互动过程中自觉践行亲自然的科技观，进而引导科技模式朝着亲自然、生态化的方向转型。科技生态化转型并不能一蹴而就，它是一个需要着眼未来、着手当下过程。科技生态转型需要循序渐进，但这并不能成为逃避现实的借口，反倒提醒人们在科技转型的过程中更需要注重科技行为的亲自然标准，将其贯彻到生产循环的始终，实现全过程的亲自然。警惕不成熟的“所谓”生态技术埋下的未来生态隐患，例如，虽然开发风能、潮汐能、太阳能等清洁能源以减小高度依赖化石燃料带来的严重污染、提高能源的利用效率等措施确实不失为当下缓解环境危机的有效手段，但当因耗损被更换的设备不能被有效降解或人工贮藏的能源不慎泄漏，其对生态环境造成破坏的深度和广度甚至远超工业化的生产。亲自然的生态实践也要求科技要主动作为，应主动、深入地探索能源多层次利用和废弃物资源化利用，转变资源的“高效利用”为“生态化利用”，最大化地实现全过程无污染的“真正生态化”。为让被人化的自然物能够回到有序的自然循环秩序中，生态化的科技实践还可更进一步地致力于对自然进行主动优化，要在“未来不欠自然生态债”目的的基础上尽可能偿还过去对自然的亏欠，如借助生物技术的治理，恢复因人类活动遭到破坏的河流、森林等自然景观，对可能影响整体平衡的局部环境主动介入优化，以达到科技与自然关系的和谐、互利互惠的目的。

3.5促进亲自然的生态化科技形成当我们的生存和发展已经被严重生态危机困扰，并且已经意识到生态危机的科技根源和生态文明本质上的优越性之后，我们没有理由放弃它而坐等生态破坏终将带来的毁灭，而更应该促进这种拥有“善性”的、对人与自然关系进行良性调和，对人的自由发展和诗意栖居起促进作用的生态化科技更快、更好地完成转型和普及。但这需要经历一个长期而曲折的过程，毕竟工业文明的科技在过去的几百年里为人类社会作出过卓越贡献，而生态文明的科技还处在探索的阶段，许多并不完全成熟。科技也具有社会性，受到社会因素的影响而建构。从现状上看，工业化的科技对社会的影响还未散去，表现为普遍推崇技治主义的管理思维:工程师领导、科学家决策、量化管理、数据化考核等，而社会领域这种缺乏多样性的工业科技思维正是生态科技所反对的也是生态科技出场的阻碍。促进生态化科技的形成，要先让生态文明的理念深入到每一个人的内心，使其成为人们的信仰和自觉的行动，并在与生态科技的互动中加深对自然和人性的理解。其次还要治理好社会环境。生态科技认为追求“整体”、“适度”、“博爱”是维持生态可持续的方法，这恰也是政治、经济等社会诸领域永葆发展活力的方法。因此，推动社会的和科技的生态化二者并不矛盾，而是相辅相成、相互促进的。最后，生态化的科技有一定的自我隐匿性，犹如自然处于动态平衡的状态时，其和谐之美却常被人忽视，只有当平衡被打破、环境问题出现以后，和谐的可贵才被人察觉。从这个角度说，生态化科技也如同一个“理念”，需要人类不断体验、不断完善。

参考文献:

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[2]田松.警惕科技迷信[J].读书，2012(11):101

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[5]孙周兴.海德格尔选集[M].上海:上海三联书店，1996

[6]霍克海默，阿多尔诺.启蒙辩证法[M].重庆:重庆出版社，1978:24

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[10]王治河.后现代主义的建设性向度[J].中国社会科学，1997(1):30

❺ 近代前期为什么会形成机械论的自然观结合近代前期的科学技术发展水平进行论述。谢了

简述机械自然观的特点。
与笛卡儿的从绝对确定的公理出发，靠演绎和论证而构成的自然体系对立，牛顿的方
法是
依靠一个个事实的实证与归纳达到原理，其特点是：
1． 实质是只能问"怎么样"，而不能问"为什么"。
2． 把数学作为开启宇宙秘密的钥匙。
3． "力"和"素"的概念超出了力学、光学和化学领域而被赋予一般方法论意义，任何东西

都是力，都是素，成为普遍实用的特征。
随着自然科学的发展，对“自然”的理解发生了由目的论到机械论的转变。自然不再是一个有机的生命体而是一架机器，它由物质粒子组成，按照确定的力学规律而运行，具有因果上的必然性却无所谓理智与目的，甚至连人体也不过是一架机器[2](P73)。 如此一来，蕴含在自然之中的神性消失了，世界作为一个有机整体的终极目的消失了，希腊意义上原初的自然——一个有生命的、具有外在形式与内在本性的自然，分裂为物质与精神的两极。康德所处的时代，正是这样一个机械自然观凯歌高奏的时代。人们相信客观规律的普遍必然性，而目的论的有机自然观，亦即一种包含了自我实现的意志的自然观，则被贬斥为神学的遗产。这样以来，自然被归结为遵循因果律而运行的物质体系，而内在的目的性则被科学从自然身上无情地剥落。

❻ 机械之美——机械时期的计算设备

本文刊载于《上海财经大学博物馆馆刊》2018年11月（第一期），网络版为 《机械之美——机械时期的计算设备》 。

所谓计算机，顾名思义，就是用于计算的机器。诚然现在的计算机应用已经远远超出了计算本身，不论是电脑、平板、还是手机，我们天天靠着它们看电影、听音乐、交流感情，看似与计算已经毫无关系，但事实上最初计算机的诞生就是为了满足人们对数学计算的需求，而如今计算机这些强大功能的底层实现，也依旧靠的是数学计算，这也是为什么我们仍然保留着「计算机」这一称呼的原因吧。

远古时代，原始人为了搞清楚猎物的数目就已经与计算攀上了关系，他们用手指计数，用结绳记事。到了古代，人们又发明了算筹、算盘等简单工具，借助复杂的使用方法，求解复杂的问题。至此，人们在计算时不光要动手，还要动脑，甚至动口（念口诀），必要时还得动笔（记录中间结果），人工成本很高。

到了17世纪，人们终于开始尝试使用机械装置完成一些简单的数学运算（加减乘除）——可不要小看了只能做四则运算的机器，计算量大时，如果数值达到上万、上百万，手工计算十分吃力，而且容易出错，这些机器可以大大减轻人工负担、降低出错概率。

机械装置的历史其实相当久远，在我国，黄帝和蚩尤打仗时就发明了指南车，东汉张衡的地动仪、浑天仪、记里鼓车（能自动计算行车里程），北宋时期苏颂、韩公廉发明的水运仪象台（天文钟），数不胜数，其中好多发明事实上已经实现了某些特定的计算功能。然而所谓工具都是应需求而生的，我国古代机械水平再高，对计算（尤其是大批量计算）没有需求也难为无米之炊，真正的通用机械计算设备还得在西方进入资本主义后逐渐出现。

那个时候，西方资产阶级为了夺取资源、占据市场，不断扩大海外贸易，航海事业蓬勃兴起，航海就需要天文历表。在那个没有电子计算机的时代，一些常用的数据通常要通过查表获得，比如cos27°，不像现在这样掏出手机打开计算器APP就能直接得到答案，从事特定行业、需要这些常用数值的人们就会购买相应的数学用表（从简单的加法表到对数表和三角函数表等等），以供查询。而这些表中的数值，是由数学家们借助简单的计算工具（如纳皮尔棒）一个个算出来的，算完还要核对。现在想想真是蛋疼，脑力活硬生生沦为苦力活。而但凡是人为计算，总难免会有出错，而且还不少见，常常酿成航海事故。机械计算设备就在这样的迫切的需求背景下应运而生。

研制时间：1623年~1624年

契克卡德是现今公认的机械式计算第一人，你也许没听说过他，但肯定知道开普勒吧，对，就是那个天文学家开普勒。契克卡德和开普勒出生在同一城市，两人既是生活上的好基友，又是工作上的好伙伴。正是开普勒在天文学上对数学计算的巨大需求促使着契克卡德去研发一台可以进行四则运算的机械计算器。

契克卡德计算钟支持六位整数计算，主要分为加法器、乘法器和中间结果记录装置三部分。其中位于机器底座的中间结果记录装置是一组简单的置数旋钮，纯粹用于记录中间结果，仅仅是为了省去计算过程中笔和纸的参与，没什么可说的，我们详细了解一下加法器和乘法器的实现原理和使用方法。

乘法器部分其实就是对纳皮尔棒的改进，简单地将乘法表印在圆筒的十个面上，机器顶部的旋钮分有10个刻度，可以将圆筒上代表0~9的任意一面转向使用者，依次旋转6个旋钮即可完成对被乘数的置数。横向有2~9八根挡板，可以左右平移，露出需要显示的乘积。以1971年的纪念邮票上的图案为例，被乘数为100722，乘以4，就移开标数4的那根挡板，露出100722各位数与4相乘的积：04、00、00、28、08、08，心算将其错位相加得到最终结果402888。

加法器部分通过齿轮实现累加功能，6个旋钮同样分有10个刻度，旋转旋钮就可以置六位整数。需要往上加数时，从最右边的旋钮（表示个位）开始顺时针旋转对应格数。以笔者撰写该部分内容的时间（7月21日晚9:01）为例，计算721+901，先将6个旋钮读数置为000721：

随后最右边的（从左数第六个）旋钮顺时针旋转1格，示数变为000722：

第五个旋钮不动，第四个旋钮旋转9格，此时该旋钮超过一圈，指向数字6，而代表百位的第三个旋钮自动旋转一格，指向数字1，最终结果即001622：

这一过程最关键的就是通过齿轮传动实现的自动进位。契克卡德计算钟使用单齿进位机构，通过在齿轮轴上增加一个小齿实现齿轮之间的传动。加法器内部的6个齿轮各有10个齿，分别表示0~9，当齿轮从指向数字9的角度转动到0时，轴上突出的小齿将与旁边代表更高位数的齿轮啮合，带动其旋转一格（36°）。

相信聪明的读者已经可以想到减法怎么做了，没错，就是逆时针旋转加法器的旋钮，单齿进位机构同样可以完成减法中的借位操作。而用这台机器进行除法就有点「死脑筋」了，你需要在被除数上一遍又一遍不断地减去除数，自己记录减了多少次、剩余多少，分别就是商和余数。

由于乘法器单独只能做多位数与一位数的乘法，加法器通常还需要配合乘法器完成多位数相乘。被乘数先与乘数的个位相乘，乘积置入加法器；再与乘数十位数相乘，乘积后补1个0加入加法器；再与百位数相乘，乘积后补2个0加入加法器；以此类推，最终在加法器上得到结果。

总的来说，契克卡德计算钟结构比较简单，但也照样称得上是计算机史上的一次伟大突破。而之所以被称为计算钟，是因为当计算结果溢出时，机器还会发出响铃警告，在当时算得上十分智能了。可惜的是，契克卡德制造的机器在一场火灾中烧毁，一度鲜为人知，后人从他在1623年和1624年写给开普勒的信中才有所了解，并复制了模型机。

研制时间：1642年~1652年

1639年，帕斯卡的父亲开始从事税收方面的工作，需要进行繁重的数字相加，明明现在Excel里一个公式就能搞定的事在当时却是件大耗精力的苦力活。为了减轻父亲的负担，1642年起，年方19的帕斯卡就开始着手制作机械式计算器。刚开始的制作过程并不顺利，请来的工人只做过家用的一些粗糙机械，做不来精密的计算器，帕斯卡只好自己上手，亲自学习机械制作。

现在想想那个生产力落后的时代，这些天才真心牛逼，他们不仅可以是数学家、物理学家、天文学家、哲学家，甚至还可能是一顶一的机械师。

帕斯卡加法器，顾名思义，只实现了加减法运算，按理说原理应该非常简单，用契克卡德的那种单齿进位机构就可以实现。而帕斯卡起初的设计确实与单齿进位机构的原理相似（尽管他不知道有契克卡德计算钟的存在）——长齿进位机构——齿轮的10个齿中有一个齿稍长，正好可以与旁边代表更高数位的齿轮啮合，实现进位，使用起来与计算钟的加法器一样，正转累加，反转累减。

但这一类进位机构有着一个很大的缺陷——齿轮传动的动力来自人手。同时进行一两个进位还好，若遇上连续进位的情况，你可以想象，如果999999+1，从最低位一直进到最高位，进位齿全部与高位齿轮啮合，齿轮旋转起来相当吃力。你说你力气大，照样能转得动旋钮没问题，可齿轮本身却不一定能承受住这么大的力，搞不好容易断裂。

为了解决这一缺陷，帕斯卡想到借助重力实现进位，设计了一种叫做sautoir的装置，sautoir这词来自法语sauter（意为「跳」）。这种装置在执行进位时，先由低位齿轮将sautoir抬起，而后掉落，sautoir上的爪子推动高位齿轮转动36°，整个过程sautoir就像荡秋千一样从一个齿轮「跳」到另一个齿轮。

这种只有天才才能设计出来的装置被以后一百多年的许多机械师所称赞，而帕斯卡本人对自己的发明就相当满意，他号称使用sautoir进位机构，哪怕机器有一千位、一万位，都可以正常工作。连续进位时用到了多米诺骨效应，理论上确实可行，但正是由于sautoir装置的存在，齿轮不能反转，每次使用前必须将每一位（注意是每一位）的齿轮转到9，而后末位加1用连续进位完成置零——一千位的机器做出来恐怕也没人敢用吧！

既然sautoir装置导致齿轮无法反转，那么减法该怎么办呢？帕斯卡开创性地引入了沿用至今的补码思想。十进制下使用补九码，对于一位数，1的补九码就是8，2的补九码是7，以此类推，原数和补码之和为9即可。在n位数中，a的补九码就是n个9减去a，以笔者撰写该部分内容的日期（2015年7月22日）为例，20150722的8位补九码是99999999 - 20150722 = 79849277。观察以下两个公式：

a-b的补码就是a的补码与b的和，如此，减法便可以转化为加法。

帕斯卡加法器在显示数字的同时也显示着其所对应的补九码，每个轮子身上一周分别印着9~0和0~9两行数字，下面一行该位上的表示原数，上面一行表示补码。当轮子转到位置7时，补码2自然显示在上面。

帕斯卡加了一块可以上下移动的挡板，在进行加法运算时，挡住表示补码的上面一排数，进行减法时就挡住下面一排原数。

加法运算的操作方法与契克卡德计算钟类似，唯一不同的是，帕斯卡加法器需要用小尖笔去转动旋钮。这里主要说一说减法怎么做，以笔者撰写该部分内容的时间（2015年7月23日20:53）为例，计算150723 - 2053。

置零后将挡板移到下面，露出上面表示补码的那排数字：

输入被减数150723的补码849276，上排窗口显示的就是被减数150723：

加上被减数2053，实际加到了在下排的补码849276上，此时上排窗口最终显示的就是减法结果148670：

整个过程用户看不到下面一排数字，其实玄机就在里头，原理挺简单，09一轮回，却很有意思。

研制时间：1672年~1694年

由于帕斯卡加法器只能加减，不能乘除，对此莱布尼茨提出过一系列改进的建议，终究却发现效果不大。就好比自己写一篇文章很简单，要修改别人的文章就麻烦了。那么既然改进不成，就重新设计一台吧！

为了实现乘法，莱布尼茨以其非凡的创新思维想出了一种具有划时代意义的装置——梯形轴（stepped drum），后人称之为莱布尼茨梯形轴。莱布尼茨梯形轴是一个圆筒，圆筒表面有九个长度递增的齿，第一个齿长度为1，第二个齿长度为2，以此类推，第九个齿长度为9。这样，当梯形轴旋转一周时，与梯形轴啮合的小齿轮旋转的角度就可以因其所处位置（分别有0~9十个位置）不同而不同。代表数字的小齿轮穿在一个长轴上，长轴一端有一个示数轮，显示该数位上的累加结果。置零后，滑动小齿轮使之与梯形轴上一定数目的齿相啮合：比如将小齿轮移到位置1，则只能与梯形轴上长度为9的齿啮合，当梯形轴旋转一圈，小齿轮转动1格，示数轮显示1；再将小齿轮移动到位置3，则与梯形轴上长度为7、8、9的三个齿啮合，小齿轮就能转动3格，示数轮显示4；以此类推。

除了梯形轴，莱布尼茨还提出了把计算器分为可动部分和不动部分的思想，这一设计也同样被后来的机械计算器所沿用。莱布尼茨计算器由不动的计数部分和可动的输入部分组成，机器版本众多，以德意志博物馆馆藏的复制品为例：计数部分有16个示数轮，支持16位结果的显示；输入部分有8个旋钮，支持8位数的输入，里头一一对应地安装着8个梯形轴，这些梯形轴是联动的，随着机器正前方的手柄一同旋转。机器左侧的手柄借助蜗轮结构实现可动部分的左右平移，手柄每转一圈，输入部分移动一个数位的距离。

进行加法运算时，先在输入部分通过旋钮置入被加数，计算手柄旋转一周，被加数即显示到上方的计数部分，再将加数置入，计算手柄旋转一周，就得到计算结果。减法操作类似，计算手柄反转即可。

进行乘法运算时，在输入部分置入被乘数，计算手柄旋转一周，被乘数就会显示到计数部分，计算手柄旋转两周，就会显示被乘数与2的乘积，因此在乘数是一位数的情况下，乘数是多少，计算手柄旋转多少圈即可。那么如果乘数是多位数呢？这就轮到移位手柄登场了，以笔者撰写该部分内容的日期（7月28日）为例，假设乘数为728：计算手柄先旋转8周，得到被乘数与8的乘积；而后移位手柄旋转一周，可动部分左移一个数位，输入部分的个位数与计数部分的十位数对齐，计算手柄旋转2周，相当于往计数部分加上了被乘数与20的乘积；依法炮制，可动部分再左移，计算手柄旋转7周，即可得到最终结果。

可动部分右侧有个大圆盘，外圈标有0~9，里圈有10个小孔与数字一一对应，在对应的小孔中插入销钉，可以控制计算手柄的转动圈数，以防操作人员转过头。在进行除法时，这个大圆盘又能显示计算手柄所转圈数。

进行除法运算时，一切操作都与乘法相反。先将输入部分的最高位与计数部分的最高位（或次高位）对齐，逆时针旋转计算手柄，旋转若干圈后会卡住，可在右侧大圆盘上读出圈数，即为商的最高位；逆时针旋转位移手柄，可动部分右移一位，同样操作得到商的次高位数；以此类推，最终得到整个商，计数部分剩下的数即为余数。

最后提一下进位机构，莱布尼茨计算器的进位机构比较复杂，但基本就是单齿进位的原理。然而莱布尼茨没有实现连续进位，当产生连续进位时，机器顶部对应的五角星盘会旋转至角朝上的位置（无进位情况下是边朝上），需要操作人员手动将其拨动，完成向下一位的进位。

研制时间：1818年~1820年

以往的机械式计算器通常只是发明者自己制作了一台或几台原型，帕斯卡倒是有赚钱的念头，生产了20台加法器，但是根本卖不出去，这些机器往往并不实惠，也不好用。托马斯是将机械式计算器商业化并取得成功的第一人，他不仅成为了机械式计算器的发明家，更成为了牛逼的企业家（创办了当时法国最大的保险公司）。从商之前，托马斯在法国军队从事过几年部队补给方面的工作，需要进行大量的运算，正是在这期间萌生了制作计算器的念头。他从1818年开始设计，于1820年制成第一台，次年生产了15台，往后持续生产了约100年。

托马斯四则计算器基本采用莱布尼茨的设计，同样使用梯形轴，同样分为可动和不动两部分。

所不同的是， 它的手柄在加减乘除情况下都是顺时针旋转，示数轮的旋转方向通过与不同方向的齿轮啮合而改变。

此外，托马斯还做了许多细节上的改进（包括实现了连续进位），量产出来的机器实用、可靠，因而能获得巨大成功。

研制时间：1874年

莱布尼茨梯形轴虽然好用，但由于其长筒状的形态，机器的体积通常很大，某些型号的托马斯四则计算器摆到桌子上甚至要占掉整个桌面，而且需要两个人才能安全搬动，亟需一种更轻薄的装置代替梯形轴。

这一装置就是后来的可变齿数齿轮（variable-toothed gear），在17世纪末到18世纪初，有很多人尝试研制，限于当时的技术条件，没能成功。直到19世纪70年代，真正能用的可变齿数齿轮才由鲍德温和奥德纳分别独立制成。该装置圆形底盘的边缘有着9个长条形的凹槽，每个凹槽中卡着可伸缩的销钉，销钉挂接在一个圆环上，转动圆环上的把手即可控制销钉的伸缩，这样就可以得到一个具有0~9之间任意齿数的齿轮。

齿轮转一圈，旁边的被动轮就转动相应的格数，相当于把梯形轴压成了一个扁平的形状。梯形轴必须并排放置，而可变齿数齿轮却可以穿在一起，大大缩减了机器的体积和重量。此类计算机器在1885年投产之后风靡世界，往后几十年内总产量估计有好几万台，电影《横空出世》里陆光达计算原子弹数据时所用的机器就是其中之一。

研发时间：1884年~1886年

上述的机器似乎已经发展到十分完美的程度了，可与今人概念中的计算操作始终存在着一道巨大屏障——没有按键。

好在那个年代的人们发现旋钮置数确实不太方便，最早提出按键设计的应该是美国的一个牧师托马斯·希尔（Thomas Hill），计算机史上有关他的记载貌似不多，好在还能找到他1857年的专利，其中详细描述了按键式计算器的工作原理。起初菲尔特只是根据希尔的设计简单地将按键装置装到帕斯卡加法器上，第一台菲尔特自动计算器就这么诞生了。

菲尔特自动计算器采用的是“全键盘”设计（也就是希尔提出的设计），每个数位都有1~9九个按键（0不需要置数），某个数位要置什么数，就按下该数位所对应的一列按键中的一个。每列按键都装在一根杠杆上，杠杆前端有一个叫做Column Actuator的齿条，按下按键带动杠杆摆动，与Column Actuator啮合的齿轮随之旋转一定角度。按键1~9按下时杠杆摆动的幅度递增，示数轮随之转动的幅度也递增，如此就实现了按键操作到齿轮旋转的转化。

1889年，菲尔特又发明了世界上第一台能在纸带上打印计算结果的机械式计算器——Comptograph，相当于给计算器引入了存储功能。

1901年，人们开始给一些按键式计算器装上电动马达，计算时不再需要手动摇杆，冠之名曰「电动计算机」，而此前的则称为「手摇计算机」。

1902年，出现了将键盘简化为「十键式」的道尔顿加法器，不再是每一位数需要一列按键，大大精简了用户界面。

1961年，菲尔特自动计算器被改进为电子计算器，却依然保留着「全键盘」设计。

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❼ 显微镜的目镜和物镜的特点是什么区别是什么

将微小物体或物体的微细部分高倍放大，以便观察的仪器或设备。它广泛应用于工农业生产及科学研究。生物学和医学工作者在业务中也经常使用显微镜。大致分为光学显微镜和电子显微镜。 光学显微镜 即以可见光为光源的显微镜。普通的光学显微镜在结构上可分为光学系统和机械装置两个部分。光学系统主要包括目镜、物镜、聚光器、光阑及光源等部分。机械装置主要包括镜筒、镜柱、载物台、镜座、粗细调节螺旋等部分（图1 [光学显微镜]）。其基本光学原理如图2[光学显微镜成像原理模式图],图中左边小的凸透镜代表短焦距的一组透镜，称物镜。右边大的凸透镜代表长焦距的一组透镜，称目镜。被观察的物体(AB)放在物镜焦点(f)稍外的地方。物体的光线通过物镜后在目镜焦点(f)稍内方形成一个倒立的放大实像(BA)。观察者的眼睛通过目镜将该实像(BA)进一步放大为一个倒立的虚像(BA)。 目镜位于显微镜筒的上方，一般由两个凸透镜构成。它除了进一步扩大物镜所形成的实像之外，也限制了眼睛所观察的视野。按放大率分,常用目镜有5倍、10倍和15倍三种。 物镜一般位于显微镜筒的下方，接近所观察的物体。由8～10片透镜组成。其作用一是放大(给物体造成一个放大的实像）,二是保证像的质量,三是提高分辨率。常用物镜可按放大率分为低倍 (4×)、中倍(10×或20×)、高倍 (40×)和油浸物镜(100×)。多个物镜共同镶在换镜转盘上，可以按需要转动转盘选择不同倍数的物镜。 显微镜的放大倍数为目镜倍数乘物镜倍数，如目镜为10倍，物镜为40倍,则放大倍数为40×10倍（放大400倍）。优良的显微镜可放大2000倍，可分辨相距1×10cm的两点。 当白光通过凸透镜时,波长较短的光（蓝紫色）,其折射度大于长波长的光（红橙色），因此，成像时在像周出现各色光谱围绕,并且有一圈蓝色或红色的辉光,这种颜色上的缺陷称为色差。由于光线进入（和离开）透镜镜面各部分的角度不同，从透镜四周透过的光线与从透镜中心透过的光线相比，其折射角度较大。因此，成像时在像周出现模糊而歪曲的影像。这种成像面弯曲的缺陷称为球面差。一系列形状、结构和距离不同的凸和凹透镜组互相配合，便能最大限度地纠正色差和球面差，形成一个明亮、清晰而准确的影像。这就是目镜或物镜分别由一组透镜构成的缘故。这种透镜称为平场消色差透镜。 光线从一种介质（如空气）投射到另一种较为致密的介质(如玻璃)中时会弯向“法线”（与介质交界面垂直的一条线）,如图3 [光线通过物镜时的情况]中的BOA线。光线由致密介质(玻璃)进到不致密介质(空气)中时会偏离“法线”，如AOB线(图3a)当光线穿过聚光镜玻璃(折射率为1.51)进入空气时同样会偏离,向外折射,因此进入物镜的光量减少很多，像的分辨力也降低。使用100倍物镜时,如果在物镜和盖玻片之间充以油液（折射率同样为1.51）以隔绝空气，则光线几乎可以不折射地进入物镜，这就增加了像的亮度和分辨率。这种物镜称为油浸物镜(图3b)。 聚光器位于显微镜台的下方，可会聚来目光源的光线，将光量集中于标本，使标本受到光强适度的均匀照射。聚光器的下端装有孔径光阑（光圈）以控制光束的粗细。 普通光学显微镜的照明光源位于聚光器的下方，为特制的照度均匀的强光灯泡，并且配有可变电阻，可以改变光线的强度。 由于普通光学显微镜的光源光线自镜体下方向上透射，通过聚光镜、物镜，达到目镜，因此在医学及生物学研究中必须将被观察的样品切成能透过光线的、厚约6m 的薄片，并且要进行染色以显示不同的组织和细胞等细微结构。整个加工过程称常规组织制片技术，包括选取适当的组织材料经甲醛（福尔马林）液固定，逐级酒精脱水，石蜡包埋，用切片机将组织切成薄片裱在玻璃片上，再经苏木素―伊红染料着色，最后将组织玻片封固在光学树脂胶内。制好的组织玻片可长期保存。 显微镜的目镜和物镜安装在镜筒的两端，它们的距离是固定的。将组织玻片放在载物台上，旋转粗调螺旋使载物台接近物镜。组织切片进入物镜第一焦平面，目镜内即可见标本内的组织影像。然后用细调螺旋使目镜内的影像清晰即可进行观察。改换放大倍数时就要调换目镜或物镜。 医学和生物学常使用的光学显微镜 有下列12种： 暗视野显微镜 在普通光学显微镜台下配一个暗视野聚光器（图4）,来自下面光源的光线被抛物面聚光器反射，形成了横过显微镜视野而不进入物镜的强烈光束。因此视野是暗的，视野中直径大于 0.3m的微粒将光线散射，其大小和形态可清楚看到。甚至可看到普通明视野显微镜中看不见的几个毫微米的微粒。因此在某些细菌、细胞等活体检查中常常使用。 实体显微镜 由双筒目镜和物镜构成。放大率 7～80倍。利用侧上方或下方显微镜灯照明。在目镜内形成一个直立的放大实像，可以观察未经加工的物体的立体形状、颜色及表面微细结构,并能进行显微解剖操作,也可以观察生物机体的组织切片。 荧光显微镜 在短波长光波(紫外光或紫蓝色光,波长250～400nm）照射下，某些物质吸收光能，受到激发并释放出一种能量降级的较长的光波（蓝、绿、黄或红光，波长400～800nm），这种光称荧光。某种物质在短光波照射下即可发生荧光，如组织内大部分脂质和蛋白质经照射均可发出淡蓝色荧光，称为自发性荧光。但大部分物质需要用荧光染料（如吖啶橙、异硫氰酸荧光素等）染色后，在短光波照射下才能发出荧光。荧光显微镜的光源为高压汞灯，发出的紫外光源经过激发滤光片(此滤光片可通过对标本中荧光物质合宜的激发光)过滤后射向普勒姆氏分色镜分色镜将激发光向下反射,通过物镜投射向经荧光染料染色的标本。染料被激发并释放出荧光,通过物镜,穿过分色镜和目镜即可进行观察。目镜下方安置有屏障滤片(只允许特定波长的荧光通过)以保护眼眼及降低视野暗度(图4 [荧光显微镜光学原理])。荧光显微镜的特点是灵敏度高，在暗视野中低浓度荧光染色即可显示出标本内样品的存在，其对比约为可见光显微镜的 100倍。30年代荧光染色即已用于细菌、霉菌等微生物及细胞、纤维等的形态观察和研究。如用抗酸菌荧光染色法可帮助在痰中找到结核杆菌。40年代创造了荧光染料标记蛋白质的技术，这种技术现已广泛应用于免疫荧光抗体染色的常规技术中，可检查和定位病毒、细菌、霉菌、原虫、寄生虫及动物和人的组织抗原与抗体，可用以探讨病因及发病机理，如肾小球疾病的分类及诊断，乳头瘤病毒与子宫颈癌的关系等。在医学实验研究及疾病诊断方面的用途日益广泛。 偏光显微镜 从光源发出的光线通过空气和普通玻璃时，在与光线垂直的平面内的各个方向以同一振幅进行振动并迅速向前方传递，这是光的波动性原理。空气与普通玻璃为各向同性体，又称单折射体。如果该光源的光通过一种各向异性体（又称双折射体）时，会将一束光线分为各只有一个振动平面的，而且振动方向互相垂直的两束光线。这两束光线的振动方向、速度、折光率和波长都不相同。这样只有一个振动平面的光线称偏振光。偏光显微镜即利用这一现象而设计。偏光显微镜内，在物镜与目镜间插入一个检偏镜片，光源与聚光器间镶有起偏镜片，圆形载物台可以作360°旋转（图5[偏光显微镜光学原理]）。起偏与检偏镜片处于正交检偏位时，视野完全变黑。将被检物体放在显微镜台上。若被检物为单折射体，则旋转镜台，视野始终黑暗。若旋转镜台一周，视野内被检物四明四暗，则说明被检物是双折射体。许多结晶物质（如痛风结节中的尿酸盐结晶、尿结石、胆结石等），人体组织内的弹力纤维、胶原纤维、染色体和淀粉样原纤维等都是双折射体，可借偏振光显微镜术检验，进行定性和定量分析。 位相显微镜 又称相差显微镜或相衬显微镜。普通光学显微镜之所以看不见未染色的组织、细胞和细菌、病毒等活机体的图像，是因为通过样品的光线变化差别（反差）很小。标本染色后改变了振幅（亮度）和波长（颜色），影响了反差而获得图像。但是染色会引起样品变形，也可使有生命的机体死亡。要观察不染色的新鲜组织、细胞或其他微小活体必须使用位相显微镜。位相显微镜的原理是两个光波因位相差而互相干涉，出现光波强弱和反差的改变而成可见影像。点光源发出的光线可以表现为正弦波图形(图6a[位相显微镜])。两个波峰间的距离为波长,波的振幅表示光的亮度(振幅大、亮度高)。设想同一光源发出的两条光波,分别同时通过空气及某种透明介质。在通过一定厚度的某种透明介质时，光波的速度就会降低，但是光的亮度未变。光波在通过该透明介质后比一直在空气中前进的另一条光波迟滞了波长，因而两条光波出现了位相的变化（位相差）。但人眼不能分辨这两条平行光线的位相差。如果这两条光波射到光屏的同一点上，而且一条光波比另一条光波迟滞了半个波长，即两条光波因位相相反而互相干涉抵消则光线消失，或者相对振幅相互影响而光线减弱。如果一条光波虽然迟滞了一个波长,但两条光波位相相同,则因波的叠加而光线增强。 位相显微镜的基本结构与普通光学显微镜相同。不同之处在于：①物镜镜头上面，在物镜第二焦平面装有一块圆盘状的位相板（图6b[位相显微镜]）。②聚光器下面，在聚光器第一焦平面装有环形光束，光束上刻有狭窄的缝隙可通过环形强光(图6c[位相显微镜])。如图6d所示，环形光束 A点发出的光线经过聚光器后成为平行光线。光线通过载物台上的样品时，因样品内各个质点(如b点)的折射率不同而受到干涉，发生衍射,即分为未偏向波（实线）和偏向波(虚线)。未偏向波通过物镜聚焦于位相板 A 点上成像，然后通过位相板，均匀地分布在标本像平面上成为背景。偏向波通过物镜后从位相板 A点周围通过位相板同样聚焦在像平面的B上。换句话说，未偏向波和偏向波是分别通过位相板的不同部位。在位相板上不同的区域涂有不同的涂层，可以分别改变未偏向波或偏向波的速度和亮度，由此两种光波出现了位相差，差了半个波长或一个波长，它们在像平面的合波就出现明暗对比，样品内的各个细节也就能看得见。 总之，位相显微镜是利用样品中质点折射率的不同或质点厚度的不等，产生光线的相位差，使新鲜标本不必染色就可以看到，而且能够观察到活细胞内线粒体及染色体等精细结构，还可以应用于霉菌、细菌、病毒等更微小活体的研究，进行标本形态、数量、活动及分裂、繁殖等生物学行为观察，并可进行量度与比较。 倒置式显微镜 普通显微镜镜的物镜头方向向下接近标本。倒置式显微镜的物镜镜头则处于垂直向上的位置，因此目镜和镜筒的纵轴与物镜的纵轴呈45度角。载物台面积较大，在物镜上方，载物台上方有一个长焦距聚光器和照明光源。物镜和聚光器可装配位相显微镜的附件。放大率16～80倍。组织培养瓶和培养皿可以直接放在载物台上，进行不染色新鲜标本及活体、细胞的形态、数量和动态观察。可进行多孔微量生物化学及免疫反应平板的结果观察。倒置式显微镜可换用普通亮视野光学镜头；可装配偏振光、微分干涉差、荧光附件进行观察。 微分干涉差显微镜(DIC) 又称干扰或干涉显微镜。能看到和测定微小的位相变化，与位相显微镜相似，使无色透明的标本具有明暗和颜色的变化，从而增强反差。在普通光学显微镜的基本结构上安装偏光和干涉部件，以及360°旋转载物台它又利用偏振光的干涉原理。如图7[微分干涉差显微镜光学原理]所示,在光源上方安置有起偏镜片和光束分解棱镜。从起偏镜片出来的直线偏振光通过光束分解棱镜后，分成互相垂直振动的两条直线偏振光。两条光线经聚光器折射后射向样品。因样品内各个质点的折射射率不同，部分光波的位相改变及因干涉而发生横向偏移。两条光线通过物镜后经第二组光束分解棱镜相合并，由检偏镜发生干涉。终末像的每一个点是由物体上同一点的两个互相重叠的不同图像构成的一种混合像，从而使肉眼得以辨识。 微分干涉差显微镜同样可以观察到在普通亮视野中看不见的无色透明物体,可以观察细胞、细菌等活体,而且影像呈立体感，较位相显微镜的影像更细致、更逼真。可用它对活细胞的各个部位作更精细的研究。如果用白光照明，不同位相表现为各种颜色，转动载物台，颜色会发生变化。单色光照明产生明暗反差，各种成分呈现不同的对比度。微分干涉差显微镜又可以作为一种高度精密的超微量光学天平来使用，用以估测的干物体的精确质量可以小到 1×克。当细胞中所含固体物质的浓度增加百分之一时，其折射率相应增加0.0018。细胞各相成分的折射率可以根据它与相关区域（悬浮液区）间位种的不同而估计，从而可进一步算出一个细胞中某些成分的干燥重量。 摄影显微镜 现代高质量显微镜均可安装显微照相的各种附件，可以及时完整地保留科学资料。用于照相的显微镜要求光学系统和机件结构精密，镜体坚固稳定。它装配三目镜筒，其中两个45°角观察用目镜镜筒和一个中央垂直镜筒安装 135照相机、曝光测量附件、照相目镜及取景镜头，可以进行取景和调焦。聚光器能调节视场中心并配有孔径光阑使视场照明均匀。镜座有可调节视场光阑，有电压表和电压显示灯。有可变电阻调节照明亮度。照明光源为6～12伏40～100瓦卤素灯泡。80年代的自动曝光显微照相装置具有自动卷片，自动测光、自动控制曝光，测量和调整色温以及倒易律失效的补偿等各项功能，均用电子计算机自动控制，可以进行黑白感光片、彩色负片和彩色幻灯片的投照。 中央垂直镜筒又可以安装电视摄像装置或16mm电影摄影机及控制装置，可对活体标本进行定时定格或连续的摄影记录。 万能研究用摄影显微镜系统 集普通亮视野、暗视野、偏振光、荧光、位相、微分干涉差、显微摄影等各项功能于一个系统中。还有电子计算机控制的低倍摄影自动聚焦、自动转换物镜、聚光器自动匹配、自动调整光源亮度等功能。机身安装两个135照相机,一个4×5英寸大版照相机。可另外安装电视摄像和16mm电影摄影装置，同样具有自动卷片、自动测光、自动控制曝光、测量和调节色温、倒易体失效补偿等多项功能。 电子显微镜 光学显微镜的分辨本领由于所用光波的波长而受到限制。小于光波波长的物体因衍射而不能成像。最高级的光学显微镜的分辨本领的限度约 200nm(2000)。为了突破这一限度，可采用电子射线来代替光波。电子微粒以高速运动时，其行为类似光波的传播过程。运动电子的波长随其速度而定，在增压达50万伏时，其波长为0.001nm(0.01),即电子射线的波长约为可见光的十万分之一,其分辨本领的极限约为4，其放大倍数比最高级的光学显微镜要高很多级。以电子射线为电子光源的显微镜称为电子显微镜。现代医学和生物学使用的电镜分辨率为5～10,即放大率为10～20万倍。 由于标本厚薄不同，超薄切片机切出的很薄的标本，可用透射式电子显微镜观察。不能切得很薄的标本可用扫描式电镜进行观察。 透射式电子显微镜(TEM) 是最常用的电子显微镜，由电子枪、电磁透镜系统、荧光屏（或照相机）、镜筒、镜座、变压器、稳压装置、高压电缆、真空泵系统、操纵台等部分组成电子枪相当于光学显微镜中的光源,供应和加速从阴极热钨丝发射出来的电子束。电镜所用的电压一般在20～30万伏特，才足以使电子枪里的电子以高速飞出。电子通过聚光透镜，达到标本上，因为标本很薄，高速电子可以透过，并且由于标本各部分的厚度或密度不同，通过的电子就有疏密之分。电压需要严格稳定才能使成像稳定，很小的电压改变就会引起严重干扰。像的亮度可以通过电子枪来控制。 电磁透镜组相当于光镜中的聚光器、物镜及目镜系统。电子束通过各个电磁透镜的圆形磁场的中心时可被会聚而产生像。电镜的透镜系统由4组电磁透镜组成,包括聚光透镜、物镜、中间透镜和投射透镜(目镜)。可改变聚光透镜的电流使电子束对标本聚焦并提供“照明”。物镜靠近标本的焦点上。通过物镜、中间镜和投射镜的三级放大，能在一定的距离处得到高倍的放大像，最终形成的像投射到荧光屏上。在荧光屏部位可换用黑白胶片以制取相片底板。改变电磁线圈中的电流量从而使电磁透镜调焦，并产生不同的放大率（图8 [透射式电子显微镜]）。 为了尽量减少电镜中电子与空气分子相碰撞而产生散射的机会，镜筒中的真空度要求很高，因此密封的镜筒与真空泵相连。由于标本需置于真空的镜筒内，因此不能检查活材料。 光镜主要利用可见光波作为光源，样品染色后改变了光的波长(颜色)和振幅（亮度），影响了反差从而得到图像。电镜使用电子射线。电子束的穿透力不强，所以供电镜检查的标本必须切到薄至50～ 100nm厚度的切片。电镜切片的制作步骤与光镜切片类似，也是由固定、脱水、包埋、切片和染色等程序组成：首先从欲观察的标本上取材,体积约1。通过戊二醛和四氧化锇双固定后，逐级酒精（或丙酮）脱水,环氧树脂包埋,超薄切片机切片。在电镜中像的形成是组织片各个部分对电子束的电子产生不同散射的结果，标本中致密的地方(细节)散射强。可使用各种重金属盐染色以增加反差，常用的是醋酸铀和枸橼酸铅复染。由于电子束穿不透玻璃，染好的薄膜切片放在小铜网格上作电镜观察。 冷冻蚀刻技术是50年代发明、后来经过改进的一种新的电镜标本加工技术。其主要原理是把液氮内快速超低温(-200℃)冷冻的生物标本放在真空冷冻装置里断裂，从而将不同部位的细胞器内部结构暴露出来，表现出高低不等的三维结构。在新形成的折断面上喷镀一层铂金碳膜（复型）。将已镀膜标本在强酸或强碱性腐蚀溶液里消化，复型膜即漂浮、经打捞、清洗，放在小铜网上进行电镜观察和照相。冷冻蚀刻技术在细胞生物膜结构（如细胞膜、线粒体、内质网等）的研究上发挥了重大作用。 扫描式电子显微镜(SEM) 标本较厚的表面要产生一个电子光学图像就要采用电子扫描法（图9 [扫描电子显微镜结构示意图]）。扫描电镜的电子枪和电磁透镜的结构原理类似透射电镜。电子枪产生的大量电子通过三组电磁透镜的连续会聚形成一条很细的电子射线（电子探针）。这条电子射线在电镜筒内两对偏转线圈的作用下，顺序在标本表面扫描。由于来自锯齿波发生器的电流同时供应电镜镜筒内的和显示管的两组偏转线圈，使得显示器的电子射线在荧光屏上产生同步扫描。从标本上射出的电子经探测器收集，被视频放大器放大并控制显示管亮度。因此在荧光屏上扫描的亮度被标本表面相应点所产生的电子数量所控制，因而在荧光屏上显示出标本的高倍放大像。通过控制两套偏转线圈的电流便可控制放大率的倍数。另外安装有一个同样的照相用同步扫描显示管。 扫描电镜标本制作中，既要脱水又要基本保持其自然状态，因此使用标本的临界冷冻干燥技术：将组织表面清洗干净，经戊二醛和四氧化锇双重固定，逐级丙酮脱水。由于乙酸戊酯与液化Co置换十分容易,因此首先用梯度乙酸戊酯置换丙酮。然后将标本放入密闭耐压室内，导入液态Co，使之浸没标本。很快Co将标本内乙酸戊酯完全置换出来，将后者排出耐压室。同时耐压室内的液态Co与迅速蒸发的气态Co分子之间的互变达到动态平衡。使温度逐渐上升,液态Co蒸发加快而密度相应降低。达到Co的临界温度31.1℃时,气、液二相密度相同，二相的差异完全消失，即达到相的平衡，此时表面张力为零。使温度继续保持在稍高于临界温度的条件下，缓慢排出Co气体,当Co排尽时,标本即已干燥。取出干燥好的标本，经真空喷镀一层碳合金，或放入离子镀膜机内镀铂和金，以增加标本的导电能力，加强反差和增强标本的稳定性。然后即可进行扫描电镜观察。 扫描电镜具有分辨率高、景深长、视野广、显示三维立体结构、便于观察和标本制备简单等许多优点，在生物学及医学上应用愈来愈多，用以观察和研究生物标本的表现形态和内部立体结构。扫描电镜的分辨本领已达到70的水平，已可以直接观察脱氧核糖核酸(DNA)的分子结构。

❽ 仿生机械的历史

模仿生物形态结构创造机械的技术有悠久的历史。
15世纪意大利的列奥纳多·达芬奇认为人类可以模仿鸟类飞行,并绘制了扑翼机图。
到19世纪,各种自然科学有了较大的发展,人们利用空气动力学原理,制成了几种不同类型的单翼机和双翼滑翔机。
1903年，美国的W.莱特和O.莱特发明了飞机。然而，在很长一段时间内，人们对于生物与机器之间到底有什么共同之处还缺乏认识，因而只限于形体上的模仿。
直到20世纪中叶，由于原子能利用、航天、海洋开发和军事技术的需要，迫切要求机械装置应具有适应性和高度的可靠性。而以往的各种机械装置远远不能满足要求，迫切需要寻找一条全新的技术发展途径和设计理论。随着近代生物学的发展，人们发现，生物在能量转换、控制调节、信息处理、辨别方位、导航和探测等方面有着以往技术所不可比拟的长处。同时在自然科学中又出现了“控制论”理论。它是研究机器和生物体中控制和通信的科学。控制论是沟通技术系统和生物系统工作原理之间的桥梁，它奠定了机器与生物可以类比的理论基础。
1960年 9月在美国召开了第一届仿生学讨论会，并提出了“生物原型是新技术的关键”的论题，从而确立了仿生学学科，以后又形成许多仿生学的分支学科。
1960年由美国机械工程学会主办，召开了生物力学学术讨论会。
1970年日本人工手研究会主办召开了第一届生物机构讨论会，从而确立了生物力学和生物机构学两个学科，在这个基础上形成了仿生机械学。

❾ 机械唯物主义自然观对医学的影响

机械唯物主义自然观是近代自然哲学家以近代机械力学为基础,与唯物主义相结合,概括和总结自然观及其与人类的关系所形成的自然观.它是历史上相继的自然观状态的一种形态或一种阶段.
机械唯物主义自然观的自然科学与哲学
机械唯物主义自然观的自然科学.从 15 世纪到 18 世纪,工场手工业替代家庭手工业,生产技术逐渐改进,自然科学逐步冲破宗教神学观念的束缚,其中力学发展最快,并被广泛应用于生产和生活各方面.这一时期自然科学的发展以伽利略和牛顿为代表.伽利略将试验方法和数学演绎方法相结合应用于物理学领域,使机械论自然观表现出了 "自然的数学化,质还原为量,人与自然的二元对立,上帝与自然的二元对立"特征.牛顿统一了天体力学和地面力学,建立了经典力学的完整体系,实现了自然科学的第一次大综合.他认为物体没有改变状态的能力,惯性是其本质属性,运动需要借靠外力,宇宙是一个依照某一运动规律被设计出来的机械装置.之后近代的自然科学都以力的概念和机械运动的规律去研究自然科学的其他现象.
机械唯物主义自然观的哲学.法国的笛卡尔奠定了机械唯物主义自然观的哲学基础,他认为世界的运动都是按照力学的定律来运动的,并用这种机械的观点去解释一切物质运动,包括宇宙中星体的运动、复杂多变的人体运动,甚至是生命有机体的动物生理运动.这种物质的运动并不是一种有意识的、可以为事物所主导的运动,而是无生命的运动.他认为世界被严格区分为形体世界和精神世界两个部分,它们都有上帝这一个共同的来源; 伴随着这种区分,他同时也将人类社会中的道德与人文同自然哲学和科学进行了分离.
机械唯物主义自然观以孤立、静止的方法研究自然界.机械唯物主义自然观指导下的自然科学研究用孤立、静止的观点解释自然界,用孤立的观点来否定事物之间的联系具有普遍性,用静止的观点来认为事物在本质上从来不发生变化,将自己归到了造物主创造整个自然界的唯心主义营垒中.16 -18 世纪的自然科学大部分领域和学科正处在搜集资料和分门别类加以整理的初级阶段.如生物学家林耐把各种植物孤立起来进行分类,认为先要知道生物界是由什么构成的,然后才能研究他们是怎样进化的以及各种生物之间的相互关系.这种将研究对象进行分解加以研究的方法由于受研究水平的限制,不可避免地成了孤立、静止的研究自然界的方法.

❿ 世界上真的有UFO吗

UFO全称unidentified flying object 中文意思是不明飞行物。在中国古代，UFO又叫作星槎。未经查明的空中飞行物。国际上通称UFO，俗称飞碟。

《中国大网络全书》“航空、航天”册中正式列入“不明飞行物”（即UFO)条目的解释，应聘撰稿人是中国UFO研究会第三届理事长孙式立先生。《中国大网络全书》 关于UFO的解释全文如下： 不明飞行物未经查明来历的空中飞行物。国际上通称UFO，俗称飞碟。据目击者报告，其外形多呈圆盘状（碟状)、球状和雪茄状，在空中高速或缓馒移动。

1947年，美国爱达荷州商人肯尼思·阿诺德驾驶私人飞机穿越华盛顿州的Cascade山脉时，看见9个规则排列的飞碟。几天之后，新墨西哥州的罗斯威尔发现神秘的金属残片。

一些人认为史料关于UFO的记载最早出现于《圣经》里。《圣经·旧约全书》里记载，先知以西结(Ezekiel)看见了最早的UFO。（《圣经·旧约·以西结书》记载：“我(以西)观看，见狂风从北方刮来，随着有一朵包括闪烁火的大云，周围有光辉。从其中的火内发出好像光耀的精金。又从其中显出四个活物的形象来。”）

【飞行姿态】

常见的一种UFO的飞行姿态是，纹丝不动地悬停在空中或离地不高地半空中，而且丝毫见不到能确保这一凌空悬停地任何机械作用地表现形式。很显然，无论如,UFO也不会利用普通飞机所借助的那种空气动力学上的升浮力来飞行。看来，UFO并非凭借像直升飞机那样的螺旋桨来悬停。UFO飞行时既无气流又无烟团，从而排除了它使用普通喷气发动机喷气推动力的可能。几乎每一个UFO研究者都会产生这样的印象：UFO拥有能够抵消引力的某种机械装置。事实果真如此?

【飞碟热的首次出现】

飞碟热首次出现在1878年1月，美国得克萨斯州的农民 J.马丁看到空中有—个圆形物体。美国150家报纸登载这则新闻，把这种物体称作“飞碟”。 1947年6月，美国爱达荷州的一个企业家K.阿诺德驾驶私人飞机，途经华盛顿的雷尼尔山附近，发现9个圆盘高速掠过空中，跳跃前进。这一事件在美国所有报纸上得到报道，又一次引起了世界性的飞碟热，以后有关发现飞碟的报告纷至杳来，各国政府和民间机构也纷纷组织调查研究。

其实，不明飞行物到现在科学家还没有查出真相，但又大部分是人为的，所以，真像没有大白！

【关于不明飞行物的争论】

自40年代末起，不明飞行物目击事件急剧增多，引起了科学界的争论。因为UFO不是一种可以再现的，或者至少不是经常发生的事物，没有检验的标准，迄今在世界上尚未形成一种绝对权威的看法。持否定态度的科学家认为，很多目击报告不可信，不明飞行物并不存在，只不过是人的幻觉或者目击者对自然现象的一种曲解，可以用天文学、气象学、生物学、心理学、物理学和其他科学知识来加以说明。他们甚至把飞蝶学视为伪科学。肯定论者认为，不明飞行物是一种真实观象，正在被越来越多的事实所证实，但许多UFO专家表示，他们并不肯定UFO是外星船。他们认为不应该把相信UFO存在与相信它来自外星的理论混淆起来，因为来自宇宙的假说只是根据其飞行性能、电磁性质以及目击者的印象解释归纳推断出来的，正确与否尚待查证。也有一部分UFO专家支持“外星说”。一些学者还指出，飞碟现象在许多方面与已知的基本科学规律不符，在解释这种现象时理论上所遇到的困难是它至今未能为现代科学家所承认的主要原因，但不能因此就轻易否定这种现象的存在。

【对不明飞行物的解释】

① 自然现象：某种未知的天文或大气现象，地震光，大气碟状湍流（一些科学家认为UFO观象是由环境污染诱发的)，地球放电效应。

② 对已知现象或物体的误认：被误认为UFO现象的因素或物体有天体（行星、恒星、流星、彗星错别字：“慧星”改为“彗星”、殒星等)；大气现象（球状闪电、极光、幻日、幻月、爱尔摩火、海市蜃楼、流云、地光)；生物（飞鸟蝴蝶群等);生物学因素（人眼中的残留影像，眼睛的缺陷、对海洋湖泊中飞机倒影的错觉等);光学因素(由照相机的内反射、显影的缺陷所造成的照片假像，窗户和眼镜的反光所引起的重叠影像等)；雷达假目标(雷达副波、反常折射、散射、多次拆射，如来自电密层或云层的反射或来自高温、高湿度区域的反射等)，人造器械(飞机灯光或反射阳光、重返大气层的人造卫星、点火后正在工作的火箭、气球、军事试验飞行器、云层中反射的探照灯光、照明弹、信号弹、信标灯、降落伞、秘密武器等)。

③ 心理现象：有人认为UFO可能纯属心理现象，它产生于个人或—群人的大脑。UFO现象常常同人们的精神心理经历交错在一起，在人类大脑未被探知的领域与UFO现象间也许存在某种联系。

④ 地外高度文明的产物：有人认为有的UFO是外星球的高度文明生命制造的航行工具。

【主流科学界对ufo现象的不同声音】

我们有时候还会听到这样的说法：某某现象科学解释不了，那么就一定是外星人所为。对于这样的说法，我们应该仔细想想：

第一、这种现象是不是真的无法解释？所谓的“无法解释”可能是骗子编造的谎言。

第二、我们承认世界上还存在着科学还无法解释的问题，然而无法解释并不意味着永远不能解释。比如所谓月面上神秘的闪光现象。这种闪光不是外星人在捣鬼，而是陨石撞击、火山或者其他普通的物理现象。而所谓的“月桥”不过是光学的幻影。人类探索月球早期拍摄到月球上存在所谓“金字塔”和“方尖石”，然而后期拍摄的高分辨率图像显示那些石头普通的再不能普通。这也算一个例子。[1]

绝大部分UFO的报告都是由没有经验的、未经训练的、没有准备的或异常激动的观察者提供的，信息非常模糊和不准确，因此通常不可能做出确定的判断。既然大部分UFO都被确认为捏造的或自然现象，那么少部分因证据不足无法确认的UFO也属于捏造的或自然现象的可能性，显然远远高于它们是天外来客的可能性。我们无法做出合理解释的唯一原因，是因为没有足够的必要证据，而不是因为外星人在捣鬼。奇怪的是，发现UFO的报告极少或几乎从来没有来自天文学家、气象学家或天文、气象爱好者，他们要比一般人花多得多的时间观察天空，应该更有可能发现空中异常才对，这究竟是外星人在有意躲着他们，还是因为他们做为专家，不容易把自然现象当成UFO？

【研究现状】

全世界约有三分之一的国家在开展对不明飞行物的研究、已出版的关于不明飞行物的专著约350余种、各种期刊近百种。对不明飞行物已有不少官方和民间研究机构在进行研究。世界上较大的研究机构都拥有—批专家参知这项工作，包括天文学家、植物学家、生物学家、医生和精神病学专家、化学家和物理学家、还有航空、土木、电气、机械和冶金等方面的工程师，以及语言学家，历史学家等。在美国，一些理工大学甚至巳把不明飞行物问题正式列入博士论文的选题，一些大学和空军院校还开设了不明飞行物课程。中国也建立了以科技工作者为主体的民间学术研究团体一中国UFO研究会。在台湾和港、澳地区均建有类似的飞碟研究组织。中国关于不明飞行物的科普刊物《飞碟探索》于1981年创刊。

20世纪以前较完整的目击报告有300件以上。据目击者报告，不明飞行物外形多呈圆盘状（碟状）、球状和雪茄状。20世纪40年代末起，不明飞行物目击事件急剧增多，引起了科学界的争论。持否定态度的科学家认为很多目击报告不可信，不明飞行物并不存在，只不过是人们的幻觉或是目击者对自然现象的一种曲解。肯定者认为不明飞行物是一种真实现象，正在被越来越多的事实所证实。到80年代为止，全世界共有目击报告约10万件。不明飞行物目击事件与目击报告可分为4类：白天目击事件；夜晚目击事件；雷达显像； 近距离接触和有关物证。部分目击事件还被拍成照片。人们对 UFO作出种种解释，其中有：

①某种还未被充分认识的自然现象；
②对已知物体或现象的误认；
③心理现象及弄虚作假；
④地外高度文明的产物。

全世界许多国家开展对UFO的研究。关于UFO的专著约350余种，各种期刊近百种。世界各国有一批专家参加此项工作。中国也建立了以科技工作者为主的民间学术研究团体——中国UFO研究会。中国关于UFO的科普刊物《飞碟探索》于1981年创刊。b]目击事件分类 到80年代初为止，全世界共有目击报告约10万件，每年乎均还要增加3千余件。

【人与外星人接触类型的分类】

专门从事这类研究的人，称自己为不明飞行物学家；他们将人与天外来客的近距离接触分成了五类：

第一类接触，是指近距离目击不明飞行物，但没有留下任何具体的物证。一天下午发生在墨西哥上空的一场惊人邂逅，就属于这一类。

第二类接触，是除目击不明飞行物之外，还有外星人来访的具体有形痕迹。引发诸多争议的麦田怪圈可以被归为这类接触。前不久出现在墨西哥一片草地上的古怪圆形图案，就被认为与不明飞行物有关。

当然，还有著名的第三类接触，这是真正意义上的接触———往往是通过心灵感应，与外星人交谈。

第四类是近距离接触，也就是遭外星人绑架，经科学家研究，这是一种睡眠幻觉的现象。

最后一种是第五类接触：就是从地球上发射飞行器或电磁波，访问可能存在生命的星球。

【揭开UFO事件真相：不明飞行物调查完全记录】

我们先从最基本的问题说起：人类是什么时候迷上不明飞行物的？说来并不奇怪，现代人对不明飞行物的关注，是从冷战的头几年开始，逐渐升温的。那个时期的人习惯于抬头看看天空，防备着侦察机和飞来的导弹。真正在全球掀起一股热潮的事件，发生在1947年的6月。

当时，肯尼思·阿诺德正驾着私人飞机，飞越华盛顿州的喀斯喀特山脉，忽然看见远处闪过蓝白色的亮光。他定睛细看，清楚地看到一些不明飞行物在群山间穿梭飞行，速度很快，非常灵活。

阿诺德向当地报社讲述了这件事，由此掀起飞碟热潮。同一年，后来又发生了一个里程碑式的事件，其影响延续至今。相信的人满怀敬畏，怀疑的人不胜其烦。这就是罗斯韦尔事件。

在新墨西哥州的罗斯韦尔郊外，一座美国陆军机场附近的农场上，出现了一些奇怪的碎片。第二天，当地一家报纸便推出独家新闻，大胆宣称有一架外星来的飞船已被军方俘获。

UFO就是未经查明的飞行物,不能单纯说是外星人驾驶的飞行器--飞碟,飞碟之说基本扯淡,UFO大多为光学现象,大气未知扰动,未知生物,人为伪造,干脆是看花眼了也有可能!