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《九十九种垃圾加一计妙想》以奇思为笔，将废料与智慧交融，绘就创新焕彩画卷
铛铛铃2025-09-13【科普】578人已围观
简介
今天为你解读的书是
《99种垃圾加一记妙想》
副标题：一部发明家和发明的古怪历史
本书的书名来自于大发明家爱迪生的一句话。他说，发明家只需要两样东西，那就是垃圾和想象力。
当然，事情肯定没有这么简单。这本书要向读者展示的，就是那些发明背后的故事。
本书作者特雷弗·诺顿是英国利物浦大学教授，退休后他与妻子居住在海边，专门从事写作工作，出版了很多科普书籍。
至于写这本书的初衷，诺顿的原话是说：“今天的世界由无数伟大的发明组成，明日的世界也将如此，发明者理应得到书写。”
虽然这本书叫做历史，但全书对发明和发明家的介绍，基本是从工业革命开始的。因为在这之前的发明，绝大多数都没法确定发明者的身份，没法说谁发明了炼铁，谁发明了陶器，只能总结为劳动人民的智慧了。
再有，在作者眼中，只有将想法落地，才算有资格称为发明家。比方说，达·芬奇确实在本子上画满了奇思妙想，他甚至设计了坦克和直升机，但当时的技术水平没法将它们造出来。一直到工业革命时，人们才有能力把发明家一些天马行空的设想转变为现实。
也是从工业革命开始，人类的发明数量出现了爆炸式的增长。为了理顺这些发明，本书的内容分成20多个主题，在每一个主题中，作者把相关的发明和发明家故事串在了一起。
我将为你整理出书中隐藏的两条主线，让你能从一个更宏观的视角来审视发明与发明家的故事。这两条主线分别是一个发明的生命周期，以及发明家的成长转变。
先来说说一个发明的生命周期。纵观发明的历史，我们会发现，一个发明其实如同生命一般，同样要经历出生、成长、成熟和衰老的过程。我就以电话为例，向你展示一个发明的完整生命周期。
谈到电话的诞生，咱们要先讲一个悲剧的人物，他叫安东尼奥·梅乌奇。这位梅乌奇是一个意大利电工，在19世纪中期，那个时代的人们有一种迷信，认为电击可以治疗各种疾病，梅乌奇就是靠给人做电疗来谋生。有一次，他把电极贴到病人身上，然后去隔壁调整开关，结果他惊奇地发现，居然是从电线中传来了病人的叫声。梅乌奇马上意识到，这一发现有着重要意义，他觉得自己也许能发明一个会说话的电报机。
后来，梅乌奇移居到了美国，并继续着他的研究。经过十几年的努力，梅乌奇不断完善他的装置。有传言说，他甚至能在家里和工作室之间铺设一根可以通话的电话线。1871年，梅乌奇向专利局提交了一份专利预告，名字叫做可谈话的电报机。所谓的专利预告是一种临时声明，正在研究中的发明还达不到申请专利的条件，但申请人可以在一定期限享受优先申请这个专利的权利，这个保护期一般是一年。专利预告的费用要比专利便宜得多，但是需要每年更新一次。
按道理讲，有了这份专利预告，梅乌奇只要耐心完善他的模型，就可以将电话专利收入囊中。然而，天有不测风云，就在梅乌奇即将大获成功的时候，悲剧发生了。有一次他坐船时，船上的锅炉爆炸，造成120人死亡，还有很多人被严重烫伤，重伤者中就有梅乌奇。这给原本就不富裕的梅乌奇雪上加霜，高昂的医药费耗尽了他的钱财，他也就没钱更新这份专利预告。就这样，梅乌奇错过了得到电话专利的机会。
对于发明家来说，运气确实是一个重要因素。在发明电话这事上，运气站在了亚历山大·贝尔这边。贝尔出身于英国的一个语言治疗师世家，天生就对声音十分敏感。成年后，他在波士顿大学谋到了一个职位，专门教失聪的人说话。著名的女作家，《假如给我三天光明》的作者海伦·凯勒就是贝尔的学生。
在教书的同时，贝尔对电气方面的研究也很感兴趣，比如他就改良过电报系统，还做出了一种叫做谐波电报的发明。这种谐波电报可以同时发送和接收好几个信号，从而提高电报局的工作效率。当然，他的声学研究也没有落下。贝尔曾用橡胶膜来模拟人的喉咙，研究它的发声规律。随后他开始思考，空气可以使橡胶膜振动发声，那么如果用电让金属膜振动，是不是就能把声音用电流传送出去了呢？就这样，贝尔产生了一个新的念头，那就是借用电线来传导声音。
为了开展研究，贝尔还雇了一个助手，名叫托马斯·沃森。经过反复实验，他们发现电流在铜线圈中流动或停止时，线圈就会产生声音。如果进一步产生持续的电流，就可以产生连续的音调振动，也就是实现了用电来传送说话声。按照这个思路，他们不断完善着自己的电话模型。直到有一天，在一次实验中，贝尔不小心把酸液撒到了裤子上，他立刻喊道：“沃森先生，来帮帮我！”此时，在楼下的沃森立刻冲了上来，大叫：“我听见你的声音了！”于是，这句普普通通的求助，成了人类历史上的第一次电话通话。
1876年，贝尔向专利局申请了电话专利。就在他申请第一份专利后的几个小时，美国俄亥俄州的发明家伊丽莎·格雷就为一部原理相似，但性能更好的电话发布了专利预告。所以说，运气站在了贝尔这边，贝尔算是顺利度过了发明的初创阶段，成功拿到了专利。
当然他也并不是一帆风顺，贝尔就遇到了一个新发明早期最容易遇到的问题，那就是没人识货。有了专利后，贝尔首先向一个加拿大商人出售电话在英国的独家专利权，他的开价只有150美元，但这个商人摇了摇头，认为电话不值这个价。这个商人此时拒绝的，将是那个时代利润最高的专利。随后，贝尔还向西联电报公司出售他的专利，这家公司几乎控制了当时整个美国的电报业务。显然，西联是最适合推广电话业务的，因为他们有现成的电报网络，只要稍加改造就能用来通电话。但西联公司对贝尔这项发明的评价是：“有太多的缺点，无法看作是正式的通信手段，该装置对本公司没有价值。”
人们无法理解新发明的意义，因为新发明在诞生之初，性能往往不如原先的产品，这样的例子屡见不鲜。比如汽车在发明初期效率远低于马车，人类最早的一批汽车又吵闹又不安全，行驶一小时就要修理五小时。
经过初创期之后，一个好的发明就将进入到成长期。在这个时期，新发明将得到不断完善，也会有部分的公众愿意尝试使用这项新产品。贝尔所设计的电话有很多缺点，其中最大的问题是信号十分微弱，如果想打个电话，人们就要对着话筒声嘶力竭地吼叫。很快，来自英国的大卫·休斯设计了一种类似麦克风的装置，来加强声音的采集。按照他自己的话说，这个装置甚至能捕捉到苍蝇的脚步声。
再有，在贝尔原本的设计中，话筒和听筒是一体的，这给使用者造成了很大的麻烦。打电话时，要不断将电话在嘴和耳朵之间来回移动，甚至在早期电话的说明书着重强调着：“不要用嘴巴听，也不要用耳朵说。”有些消费者干脆直接买两台电话，一个用来听，一个用来说。后来爱迪生对电话的话筒进行了改进，才让电话用起来更方便。
经过多项完善，电话终于从一个模型变成了比较成熟的产品。但是只有电话本身品质的提升，这还远远不够，一个新发明的成长还需要整个体系的成熟。如果不能和你希望通话的人接上线，电话就不能发挥作用，所以还需要一个中转站来连接不同的电话，而这就是电话交换机。
电话交换机，也许你在老电影中见过，它就是一个连着很多线路的面板，每条线都代表一路电话。当有人提起电话，这个面板上对应的灯就会亮起，接线员拿起话筒问清要打给谁，就将插头插进对应于目标电话的插孔上。1878年，第一台电话交换机在康涅狄格州安装完成。但这个需要第三方介入才能完成的通话十分不方便，还存在着隐私泄露的风险，因为接线员要全程听着双方的谈话，才能在通话结束时拔下连线。
美国堪萨斯州的阿尔蒙·斯特罗格就信不过接线员。值得一提的是，斯特罗格是一位殡仪馆老板，他根据自己的设想制作了一台机器。用这台机器，你只要依照正确的顺序按键，它就会发出几个脉冲来控制一个零件转动一定的角度，自动接上正确的线路。这种自动交换机取代了电话接线员的工作，让打电话变得高效而隐秘。就这样改进了的电话加上自动交换机系统，电话这个新发明来到了它的成熟期。美国人逐渐接受了这种通讯方式。爱迪生在1885年就曾预言，通过几个中继站，或许就能使美国全境互相通话。他的话很快就得到了应验，美国的几个主要城市都架起了电话线。第一个跨越北美的电话在1915年接通了，电话的两头是在东海岸的贝尔和西海岸的沃森，这第一通穿越美国的电话内容仍然是贝尔的一句：“沃森先生，来帮帮我。”此时美国已经有了超过700万部的电话，贝尔的电话公司更是成为了全美规模最大、盈利最多的公司，它也是如今的电信业巨头美国电话电报公司的前身。为了纪念贝尔的贡献，在他去世的那天，全美的电话都暂停响铃了一分钟。
当然，一项发明终归会迎来衰落。后来的故事我们都知道，甚至亲身经历过，电话逐渐衰落，手机慢慢兴起。手机是利用电磁波来传输信号的，现代第一部可商用的手机来自于摩托罗拉公司的研究者马丁·库帕。摩托罗拉本身是做收音机和对讲机起家，随后进入到通讯领域。1973年的4月，当马丁做出第一台手机后，他的第一通电话就是打给了竞争对手尤尔·恩格尔，恩格尔正是大名鼎鼎的贝尔实验室的研究人员。这次通话代表着手机时代的开启。
和今天的手机相比，这部手机显得极其笨重，内部有30个电路板，通话时间只有半小时，充电时间却要十小时。经过几十年的完善与发展，手机成为了我们生活的一部分。当然，故事还在重复上演，随着通讯技术的高速发展，3G、4G、5G时代的更迭，电子邮件、短信、QQ、微信各种新式的通讯发明不断涌现。可以想见，这些发明也会如同电话一样，经历初创、成长、成熟再到衰落，未来会有新的技术再将它们颠覆掉，这就是发明的必然趋势。
好了，我说完了发明的生命周期，让我们再来聊聊发明背后的发明家们。正如本书作者强调的，伟大的发明背后是伟大的发明家。大众心目中的发明家形象，也许是阿基米德那样，在浴缸中洗澡时，突然灵感迸发，赤裸着身子跑到大街上高喊一声：“我搞定了！”可能在很早之前，确实需要这样的灵光一闪，但随着时代的发展，发明家群体也在逐渐进化。通过不同历史时期的对比，我们可以总结出，发明家们成长转变的三个趋势，分别是团队化、专业化和理论先行。下面我们来讲几个发明家们的故事，来逐一说明这三个趋势。
首先是团队化。在19世纪之前，大部分的科学研究或者发明创造，都靠着个人的聪明才智，或者顶多像上文中的贝尔那样，雇佣一两个帮手。但是随着第二次工业革命的到来，这种情况迅速起了变化，从个人的单打独斗转变到团队的分工合作。这其中最具代表性的例子，就是发明大王托马斯·爱迪生。
在我们的印象里，爱迪生是个技术狂人，没日没夜地捣鼓发明，靠着天分和努力，最终功成名就。正如他那句名言：“天才是1%的灵感，加99%的汗水。”但他没有提到的，自己还有200个助手。爱迪生自小喜欢搞研究，成年后做过电报员，靠着他早期的一些电子、电信领域的发明，比如电子投票器、证券报价机等，渐渐积攒起了名声和金钱。事业有所起色的爱迪生在新泽西的门罗公园购买了一个大谷仓，并将那里改造成了世界上第一座设备齐全的大型实验室，还雇佣了大量的研究人员从事技术的研发。
有了自己的队伍，爱迪生的底气就更足了，他宣称自己的目标是：“每十天发明一批小型装置，每六个月发明一批大型装置。”这其中最著名的就要数白炽灯了。白炽灯其实并不是爱迪生首创的，而是加拿大人亨利·伍德华和马修·埃文斯发明的，但这二位没有经费用来投产，而且他们设计的灯泡灯丝寿命太短，几乎没有实用价值。爱迪生立刻意识到了灯泡的商业价值，果断买下了他们的发明，并让一个20人的研究团队来进行攻关改良。
在这个过程中，也诞生了爱迪生最让人津津乐道的故事，那就是为了找到理想的灯丝，爱迪生试验了成百上千种材料，甚至包括50种竹子和一位工人的络腮胡。其实大部分实验是工作室、研究团队在做，爱迪生扮演的是一个监工的角色。他在实验室里装了一部管风琴，当员工疲惫的时候，就有人来演奏这架管风琴，来给大家鼓劲儿。当然，爱迪生对自己要求也十分严格，经常没日没夜地工作。终于，爱迪生手下的技术员找到了合适的材料，让灯泡的寿命可以达到1500小时。
爱迪生确实是个优秀的领导者，能够网罗到很多杰出的人才，比如后来交流电的发明者特斯拉，就曾为爱迪生工作过。这些研究人员虽然做出了出色的工作，但他们的发明在法律上的专利都归属了爱迪生本人。在团队的帮助下，爱迪生一生申报了近1100项专利。
现在回看爱迪生这个人，他不仅能感知技术的发展趋势，还拥有敏锐的商业嗅觉，更是能充分发挥团队的力量，这些素质综合到一起，使爱迪生成为了人类历史上最成功的发明家。在他去世时，全美国的电灯都熄灭一分钟，以表示哀悼。
发明家们的第二个转变趋势，就是越来越专业化了。我们的印象中，总能听说很多业余人士搞出了不少发明，远了不说，哪怕是20世纪的很多重要发明，其发明者往往都是非科班出身。比如前面提到，自动电话交换机的发明者斯特罗格是个殡仪馆的老板，还有摩斯电码的发明者摩斯原本是个画家，电视机的发明人是个卖鞋油的。但是随着科学研究越来越复杂，社会分工越来越深化，哪怕是同一个学科中，不同的小领域之间，可能也是隔行如隔山，因此业余人士越来越力不从心了，真正重要的突破，还是要依靠专业人士。
比较典型的例子是关于青霉素的故事。作为最常用的抗菌药品之一，青霉素挽救过无数人的生命。而这项发明起初也是来自一次无心插柳。19世纪中后期，随着医学技术的发展，人们开始了针对细菌的研究工作，各家大型医院都开设了自己的细菌实验室。在伦敦的圣玛丽医院，他们主要研究对象是葡萄球菌，它会导致肺炎和脓肿。在这家医院中，有一位细菌学家，名叫亚历山大·弗莱明。1928年，弗莱明从一个病人身上提取了一些葡萄球菌的样品，准备培养一阵子再研究。可是过了几天，他发现这份样品受到了污染，长出了一大块霉斑。这些霉可能来自于弗莱明的楼下，因为那里一直在培养类似的菌株，可能是部分细菌顺着敞开的大门飘进了弗莱明的实验室。本来这将是一次失败的实验，但是弗莱明发现了一个怪现象，那就是在那块霉斑的附近，并没有出现任何其他细菌菌落。后来经过仔细研究，他确认了这块儿能对抗细菌的霉斑是青霉菌，他还把青霉菌分泌的抗菌物质命名为青霉素。
弗莱明还想进一步把青霉素提取出来，但是他并没有相关的经验。他在整个职业生涯中向来是独自研究，这次也不想请别的专家来帮忙提取和分离青霉素，于是他放弃了这个项目，只写了一篇论文报道了自己的发现，并没有继续深入。但是弗莱明的发现引来了另两位英国科学家的兴趣，他们是病理学家霍华德·弗洛里以及生物化学家恩斯特·柴恩。他们二人当时正在合力寻找一种能够消除疾病，又不会破坏病人细胞的细菌。虽然弗莱明没能提取青霉素，但弗洛里和柴恩两人早就在这个领域打磨多年，有着成熟的理论体系与技术。很快，二人就推测出了青霉素的化学结构，并摸索出了提取、纯化青霉素的办法。在这之后，他们在英国化学家诺曼·希特里的帮助下，还发明了增加青霉素产量的方法。当时正值第二次世界大战，青霉素的出现立刻发挥了重要作用，拯救了无数受伤的士兵和平民。
从发现青霉菌到提纯青霉素，再到扩大产量，青霉素发展的每一个环节，都得到了专业人士的推动，并在短短几十年里影响了人类历史的进程。
除了团队化和专业化，发明家们的第三个转变趋势是理论先行。其实这部分要讨论的是先有发明还是先有理论的问题，这有点像在讨论先有鸡还是先有蛋。在早期阶段，发明往往要比理论先出现。在2000年前，人们就能凭借着经验锻造出质量优良的铁器，但直到近代冶金学兴起，人们才搞清楚了如何控制合金配比与微观结构，来提升材料的整体性能。再比如，瓦特开始改良蒸汽机的时候，还没有热力学三定律，他也不知道热效率的计算方法。在很长的历史时期中，人们更多追求的是发明的使用价值，不太在乎这项发明背后运行机制或理论原理，这样导致了很多杰出的发明都是发明家无意间得到的。但现如今，一个新的发明往往更多依靠着基础理论的研究与突破。随便翻看一下近些年诺贝尔奖得主的名单，你就能找到一些理论指导发明的论证。
比如，2019年的诺贝尔化学奖得主古迪纳夫，在1970年代研究了钴酸锂材料的理化性质，这指导了索尼公司发明锂离子电池。2007年的诺贝尔物理学奖颁发给了巨磁阻效应的学者，他们的理论帮助计算机硬盘存储能力提高了几个数量级。类似的例子有很多，其中最具说服力的例子可能就是原子弹了。
20世纪初期是物理学大爆发的年代，短短几十年间，诞生了无数才华横溢的学者，这其中最广为人知的就是阿尔伯特·爱因斯坦。爱因斯坦最重要的成果之一就是质能方程，也就是能量E等于质量M乘以光速C的平方。这个小小的公式指出了，即使在很小质量的物体中，也蕴藏着巨大的能量。当然，人类想要释放这些能量，还需要更多理论物理学的积累，这其中主要的贡献就包括物理学家莉泽·迈特纳与奥托·哈恩，因为他们弄清了核裂变的物理过程。这二人的研究发现，如果用一束质子去轰击铀元素，那么铀的原子核变得很不稳定，甚至发生分裂，而在这个分裂过程中，会有一小部分质量转变为能量，并被释放出来。
有了质能方程搭建起了大框架，又有核裂变的研究指出了前进方向，这些理论上的突破最终为原子弹的发明铺平了道路。当然，有了理论还远远不够，为了造出原子弹，美国在1942年启动了曼哈顿计划。这项计划一共雇佣了13万人，其中既有物理学家和实验人员，更多的则是工程师、文职人员、建筑工和军人，整个计划花费20多亿美元。所以，原子弹的出现不能归功于某一个发明家或者学者，它也不只代表了理论指导发明这个趋势，同时也体现着团队化与专业化的重要性。
虽然有着团队化、专业化、理论先行的趋势，但咱们要明确的是，真正优秀的发明家仍然需要付出大量的时间、金钱和辛苦的劳动。比如詹姆斯·戴森，为了发明他那著名的戴森吸尘器，足足研究了15年，制作了5000台样机。
伟大的发明和伟大的发明家们，是推动人类社会前进的力量。互联网、电池、智能手机、移动支付，我们有幸不断见证着新发明的涌现与普及。也许在不久的将来，可控核聚变、合成生物学、仿生学，这一个个新的名词将再次改变世界。
好，《99种垃圾加一记妙想》这本书就为您解读到这里，听书笔记在音频下方，我们下期再见。
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