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知乎电子书提问:哪些新事物的出现,引发了看似毫无关联的领域的变革?

最近在读《我们如何走到今天》的书稿,在此之前,我从来没想到氯消毒技术的诞生和比基尼的出现有着千丝万缕的联系。一个新事物的诞生影响了毫不相干的领域的发展,这样的故事大家还能组合出来其他版本吗?欢迎来写下你的思考ヽ(??▽?)ノ

【汪有的回答(828票)】:

谢 @知乎电子书邀。我就讲一段科学家在地球密度测量工作中,无意间大大推动了地图测绘学发展的历史吧。(本答案涉及多张大图,在电脑上浏览效果更好,手机版可直接点击图像放大观看。)

1774年,一支英国科考组出现在苏格兰的野外。

这支科考队受到英国皇家学院的重托,领头的是英国皇家天文学家马斯基林和数学家赫顿,随行还有大批的测绘人员,他们有一个狂拽酷炫的任务:

——测量地球的密度。

原理简单到不行,你懂高中物理就能会,请看图:

原理就是:一个大山旁边的铅垂线,会因为大山的万有引力往山那边偏一点点。这时候,测量一下垂线往大山那边偏离了多少,就知道吸引力有多大。接下来,我们只需要知道大山和铅球有多重,就能进而推算地球的密度和质量。

是不是超简单?

然而这个实验最难的是——我们上哪知道山有多少质量啊???怎么称啊???

马斯基林只能假设,山的密度就跟花岗岩差不多,是水的2.5倍。那么要知道山的质量,只要用这个密度乘以山的体积就可以了呢!

然后问题又来了:

——那山的体积怎么量啊!!!

皇家学院的科学家们讨论了一下,觉得:首先你得找一个形状比较好量的山。

于是,皇家学院会员、测绘专家梅森先生公款旅游,遍寻英伦,最后跑到了苏格兰山地,找到了一座外形非常圆锥,非常规整的大山:榭赫伦山。

你看这座山,简直是个圆锥体,非常方便测量体积。而且这座山旁边很空旷,没有别的山体,也就意味着铅垂线不会受到其他山的引力吸引。现在这座山已经成了苏格兰旅行圣地,夏天度假的时候好多游客来爬,舒展身心。而如今的几乎每一本旅游手册,在介绍到这座山的时候,总会提上一笔这座山在科学史上的地位。

于是,1774年,马斯基林和赫顿就立刻带着测量队赶到,这次实验也因榭赫伦山得名,就叫做榭赫伦实验(Schiehallion experiment)。

马斯基林先要测量的是铅垂线到底偏离了多少,这就涉及铅垂线的定位和偏离角度的测量。

那个时候科学家没有GPS,要定位只能看星星。为了定位铅垂线的具体位置,马斯基林要分别在南北坡对上百颗星星进行三百次以上的观测。观测中星星的位置还会出现各种变化,什么进动啊、光行差啊、章动啊都会影响观测。他们连地球表面的弯曲都得考虑进去,更不必提英国多雾多雨的天气也会造成不少困扰。

测量大山体积的时候,工作组的测量工作也非常枯燥而无聊,他们得先拿经纬仪、象限仪、天顶仪这些确定山上每个点都落在地图上什么位置上,再用气压计测量当地的海拔。

在漫长的测量工作里,测量员们围着这座大山像定制正装的裁缝那样围着顾客进行了大量的测量,一共弄出来几百组数据。每组数据都包括横坐标纵坐标和海拔高度,赫顿把这些坐标密密麻麻标在一张纸上,看上去就是一堆密密麻麻的黑点,每个点旁边写着个海拔。

乱得要死,反正谁也不知道这是什么鬼。

然而,赫顿发现:只需要把海拔高度相等的点连接在一起,这座山的整体形状不就超级清晰了嘛!

没错,他发明了等高线。

经过现代高中地理课本熏陶的文科生们,很容易就可以根据这张等高线图看出来这座山大体的形态。

当然,赫顿的原地图已经遗失,这里的插图是一位英国艺术家Karen Rann根据赫顿原始数据的重置版本,非常清晰。Karen Rann更进一步,根据这些等高线图,用模型将榭赫伦山重现了出来:

为了计算整体的体积,赫顿得把上面这个模型中每一层的数据都拿出来计算一次,每一层都得单独计算体积、质量、重心。最后赫顿经过了两年的计算才终于算完,在1778年提交了最终报告,论文长达100页,最终向世界揭示了地球的密度。

结论是:假设山体是花岗岩的密度,是水的2.5倍,测量后,地球的密度为水的4.5倍。由于地球的平均密度高于地壳岩石的密度,他正确地推断出地球内部有更重的东西。我们今天对地球密度的测量值是水的5.515倍,这次测量的误差控制在了20%以内。

靠着这次测量,人类再一次验证了牛顿定律,得知了地球的密度、地球的质量,然后就可以推断出太阳系里所有星体的质量,一瞬间整个太阳系的质量都被我们知道了。

靠着这个实验,发起人马斯基林获得了英国皇家学院颁发的柯普利奖章,这个奖章地位非常高,大约相当于当时的诺贝尔奖。

这个实验结果对人类的影响大么?

其实并不大。

因为它的误差毕竟接近了20%,也就是20年后,同为皇家学院的后辈卡文迪许,就通过卡文迪许扭秤实验更精确地测量了地球的密度。马斯基林的比值是4.500,卡文迪许测出的比值是5.448,现代值是5.515,卡文迪许的精度误差只有1.2%,完爆前辈。而且卡文迪许是个天才宅男,不爱出远门,只是在家弄了四个大铅球就完成了这个实验,根本不用出去爬什么大山。马斯基林和赫顿的数据很快就被淘汰。

图为卡文迪许扭秤实验示意图

但是,马斯基林和赫顿一定不会想到的是,他们在榭赫伦实验中发明的等高线,让他们成为了地图测绘学的先驱。

其实,在赫顿之前,也有学者有过类似等高线的运用,在该世纪初,测量英吉利海峡深度时,就出现了粗糙模糊的等深线。后来荷兰测绘师也采用过类似的方法简单地描绘过地形。而人类首次采用大量详实的数据通过高精度地形测绘和数据搜集来绘制真正意义的等高线,就是从赫顿开始。从赫顿之后,等高线的引入,成为了地图测绘的基本工具。

此前,如果地图编撰者要绘制地形图,他们只能大概画成这个样子(赫顿同时代的美国波士顿地图,已经有了些地形绘制的概念,地势的提升使用阴影表示;水中的浅色线条不是等深线,是水下的沙洲):

然而赫顿之后,随着地形测绘的进一步深化,我们可以把地图画成这个样子:

等高线之后,等高线的诸多变体也已经投入使用:等深线、等温线、等气压线等一批测绘工具走进人类的生活,极大地改变了各大学科的面貌。

而这一切的开始,是皇家天文学家马斯基林从皇家学院接下了一个任务:他要启程前往苏格兰山地,去测量地球的密度。

the end

【傅渥成的回答(225票)】:

谢邀。

「一个新事物的诞生影响了毫不相干的领域的发展」看起来很美好,可真相其实是:我们无法预言到底新生的事物到底会在什么领域产生真正的影响,尤其是对早期参与新事物发明发现的人来说。还有更有意思的例子:爱迪生曾经以为留声机「正确的打开方式」是录下声音,然后通过邮局将声音寄给朋友,从而实现通信;而贝尔发明电话时,他曾经以为这会改变我们听音乐会的方式。事实上,两个人恰好搞反了他们发明的重要意义。一件新生事物的接受,不但要看发明人的努力奋斗,也受到历史行程的影响。

一个有趣的例子是关于电的。在发现生物电的初期,许多科学家,例如意大利科学家伽伐尼(Luigi Aloisio Galvani)在实验中很偶然地用一根带电荷的金属解剖刀接触了死去的青蛙的坐骨神经,这时,神奇的事情发生了,他观察到青蛙仿佛没有死,仍然像活着一样踢了一下。从这个实验中,伽伐尼成为第一个认识到电与生物的运动之间联系的人,此后有越来越多人、在越来越多的动物(或者动物的尸体)上开始重复他的这一发现,一时成为风尚。当时的人们开始觉得,「电」可能成为联系生死的一种桥梁。同时期的玛丽·雪莱(Mary Shelley)受到伽伐尼实验的启发,写下了《弗兰肯斯坦》,仔细查看《弗兰肯斯坦》的故事设定,就可以感受到它与伽伐尼实验的联系:弗兰肯斯坦是一个科学怪人,他将许多不同人体的器官和组织拼界在一起,组成一个人体,并利用雷电使这个人体拥有了生命。玛丽·雪莱及其同一时期的人们都相信或许我们距离「死而复生」或者让瘫痪者的四肢恢复运动等已经近在咫尺——然而现在我们知道,这些看似很有前途的尝试都失败了。而在这些失败之外,有的尝试却最终成功了:玛丽·雪莱吸取最新的科研成果,将其创作为小说,这反而是一个有趣的创新。我们现在把《弗兰肯斯坦》看成是科幻小说的起源。

更有趣的例子其实是能量守恒定律的发现。永动机的设计者们没有人发现能量守恒定律,反而发明了很多有用的机械,这也算是「影响了毫不相干的领域的发展」。而能量守恒定律的提出完全是由于许多不同领域的科学家独立的一些发现,最终建立起来的。在能量守恒定律建立的过程中,一位医生和一位啤酒厂的老板起到了重要的作用:

迈尔(Julius Robert Mayer)是一位德国医生,他在 1840 年前后开始思考与能量守恒的有关问题,并最终取得了出色的结果。迈尔曾经是一位随船医生,他开始思考能量守恒的有关问题是在去爪哇的航行中。在当时,「放血疗法」依然是中世纪以来的重要的临床手段,医生迈尔的重要工作之一就是对船员们进行放血。在历史上,医生、僧侣和理发师都曾经从事过放血的工作,但这样的工作对于外行人来说依然非常危险。最可能出现的问题就是错切了动脉血管,因为心脏正在源源不断地将血液泵向动脉,一旦切到动脉,这可能导致失血过多,严重的还可能导致死亡。迈尔是一位医生,所以他很显然知道这个道理,也正因为如此,当他在热带给水手放血时,他狠狠地吓了一跳——他看到流出了鲜红的血液,这看起来很想说含氧量较高的动脉血,难道是切到了动脉?随后他发现自己没有弄错,这的确就是静脉血。他随后开始认真思考起这个问题来,因为迈尔了解过拉瓦锡的燃烧理论,知道物质在氧气中燃烧的放热与饮食中所获取的能量相等,因此他找到了一个解释:之所以当船航行到热带时水手们的血液比较红,是因为在热带时,人体的体温维持变得非常不再困难,因此水手们不需要消耗那么多的氧。想到这一点,还只是科学发现道路上的第一环。接下来,迈尔表现出了更大的智慧。迈尔首先看到的是热和(生命的)运动的等价。他认为马拉车时车与地面摩擦产生的热量,以及车轮旋转时车轴因摩擦产生的热量,都是由马的运动及其作功产生的,于是提出了能量守恒定律最早的雏形。

焦耳(James Joule)在大学毕业之后继承了家里的啤酒厂,他在啤酒的酿造和啤酒厂的经营方面都曾经非常活跃。焦耳的思考也是从这开始的。作为一个家里有啤酒厂的男人,焦耳考虑的是用新发明的电动机来替换他家里啤酒厂的蒸汽机。他观察到了电动机和各种电路中的发热现象,他想到这和蒸汽机运转中的摩擦现象一样。而谈到这种「替换」的问题,作为科学家,当然不会在意各种成本,而如果脱离了成本谈所谓「效率」显然在经营上陷入失败。焦耳在思考类似的问题时显然避免了这种错误,因为他还有经济学的视角——到底是利用怎样的能源可以帮助节省开支?在思考这样的问题时,他开始选用了统一的标准来对各种不同的能源进行比较。焦耳发现蒸汽机中燃烧一磅煤跟一种早期的原电池中消耗一磅的锌放出的热量是完全不同的,前者可以放出后者五倍的热——从这个意义上来看,蒸汽机似乎要比电动机更经济。为了更准确地度量这种「经济」,就不能仅仅只对「放热」进行简单的估计,而是应该对不同类型的能源在某种统一的「经济责任」(economical duty)下进行比较。这种责任(duty)就像他在经营啤酒厂时,根据收入按照统一的标准所缴纳的税务一样。这些机器的的职责就是去「运转」,焦耳把这种「经济责任」定义为将 1 磅的重量举高 1 英尺的能力,我们现在很明显能看出来,这就是在重力场做功的一个具体的实例,这也是我们今天用「焦耳」作为「功」的单位的原因。更有意思的是,之所以焦耳可以建立起能量守恒定律的定量关系,还因为他在酿酒技术方面的成熟,好的酿酒师总能有办法让反应器的温度控制在非常精确的范围内,焦耳在他的年代宣称自己可以把温度测量的误差精确到难以置信的程度(3 mK),而如果要验证像摩擦生热这样的过程中的能量守恒,对温度的精确测量是必不可少的。随着他不断提高实验的精度,他最终测得「热」和「功」之间的转换系数对水而言是,772.692 英尺·磅(力)/英制热单位,这个值换算为国际单位制与卡路里之间的换算关系,即为 4.159 J/cal,这个数值实在是令人惊叹的精确。

除此以外,还可以举出很多很多例子,例如:

  • 炼金术——定量实验的方法——化学、医药、矿物学……
  • 百科全书——法国大革命
  • 进化论——高尔顿(生物统计、优生学)——希特勒
    • 核武器——冷战——博弈论——现代的经济学
    • 检测天线的噪音性能,消除通信干扰信号——宇宙微波背景辐射——暴胀宇宙

    当然,还有一些比较间接的例子,例如《我们如何走到今天:重塑世界的 6 项创新》中提到的一些奇特的脉络,例如:

    • 印刷术——书籍传播——近视等问题被发现——镜片工艺——显微镜和望远镜

    • 收音机——爵士乐的流行——非洲裔音乐家地位的提高——民权运动
    • 超声波——中国新生婴儿的性别比例

    【狐狸先生的回答(59票)】:

    谢邀, 前面大家都回答已经非常有趣。

    这本书现现在还在预售阶段,可能大家都还没有读过。我手上正好有一本邀请我试读样书,这里补充一点书的信息。

    这本书写了六个改变世界的发明:玻璃,寒冷,清洁,声音,时间,光。有的发明比如“玻璃”确实是一种传统意义上的发明。但有的事物,比如“寒冷”,“时间”。实际上描写的满足人类某一特定需求的一系列发明的故事。

    比如说“寒冷”。作者讲“冷”这个东西实际上在19世纪之前是没有变成一种商品的,虽然北方很多人家里会窖藏冰块,到夏天还不会融化,用来制作冷饮,但没有人想要把它作为商品出售。

    这直到美国新英格兰地区除了一位叫图德的商人,这个人年轻的时候发生了一件悲剧。他的哥哥身有残疾,于是兄弟两个想要到加勒比海度假疗养。结果走到半路发现天太热了,到加勒比海非得热死不可。于是两兄弟赶快往回家走,可是他哥哥身体弱,还是在半路上没挺住,热死了。

    图德一直记着这件事情,于是一辈子都想着要把“冷”这种东西拿到炎热的地方去销售。冰的获取在北方很容易,就是冬天从从湖里挖出来就好了,几乎没有成本,就是人力费。冰的运送需要一些成本。保存稍微有些麻烦,但是空气是热的不良导体,只要把冰放在没有阳光照射的地方就可以让它融化的非常缓慢。图德觉得这个里面有商机,因为热带的人应该都想要在夏天要冰块来冷却食物和屋子。在北方这种事情已经可以做到了,过去大家没有想要在热带干这件事情的原因主要是因为热带冬天不结冰。但图德想反正只要保存得当,把冰从北方运送过去不就可以了?

    于是图德就拉了一船冰去加勒比海的一个岛上卖,然后每人买,他的生意就崩溃了。为什么呢?因为当他把冰块运送到加勒比海的岛上的时候,当地人反应并不热烈,冰对他们虽然稀奇,但并不必要。就好像非洲部落里的人从来没穿过鞋,你把鞋拿过去卖,这东西虽然好,但是当地人的需求不会马上显现出来的。

    图德不得不一直亏损,但有趣的是他并没有放弃,反而进一步投入,使得冰的生产销售链条成型,尤其重要的是他在出售地建立了仓库,这使得他可以从容的在当地营销冰块,而不会受到天气对货物的影响。

    在这个过程中,南方的人开始意识到冰的重要性。越来越多的人会在饮料里加冰块。人们开始在工作的地方放置冰来降温。销售冰块成了一门日常生意,每天早上工人们从仓库里取出冰块,分送到城里各处。

    更有意思的是,冰块改变了农产品的商业版图。过去畜牧业是非常地域化的一个产业,如果要把新鲜的肉送到远方,一般采用的方法是送的牲畜,到当地去屠宰。牲畜在旅途中的照顾非常麻烦,还可能会得病。所以一般牲畜很难卖的很远。但冰块改变了这一切,现在人们不需要运送活的牲畜去另一个地方,只需要将宰杀分割好的肉质品冻在冷冻车内,就可以运送到遥远的地方。这使得畜牧发达的地区可以提高产量,因为它们的销售地域大大的扩张了。冷冻火车应运而生,人们可以在火车到站的时候添加冰块,就可以让肉制品一直运送到远方。紧接着的是冷冻轮船,农业产品因此可以送到全世界。1906年,美国适逢暖冬,纽约时报的头条标题是《冰块涨价到40美分,冰荒迫在眉睫》。图德贩卖了一块冰,全世界的人都在自发的思考冰有什么用。

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    图德在当年被称作冰块大王。但这本书并不认为图德的聪明大脑和商业能力是“寒冷”在热带风行的原因。作者认为这实际上是科技临界点的一个小小范例,是不同的技术和社会条件在成熟以后必然出现的突破。科技的发展并不像是聪明人的接力赛,而像是一棵棵纠缠的蔓藤,蔓藤有时独自生长,有时相互交错,在某个临界的节点,几株不同的蔓藤会突然结合,开出绚烂的花朵。一个例证是制冰机的发明,当冰块成为了重要的生意后,不同的发明家因为不同的理由制作自己的制冰机器。这个新的发明并不是在一次,而是多次被反复的发明,创造。

    其他的主题的风格也是试图带着读者去沿着这些错综复杂的蔓藤观察现代世界的构成方式,总之阅读这本书是非常有趣的,在此安利一下。

    【陈子鹏的回答(61票)】:

    强答一个有那么一点关联的...

    ATCA(Australia Telescope Compact Array)是澳大利亚的一个射电望远镜阵列,由澳大利亚国家科研机构联邦科学与工业研究组织(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation,CSIRO)运行。

    (图片来自维基)(图片来自维基)

    上世纪80年代,CSIRO射电天文组的一群天文学家Dr John O"Sullivan,Dr Terrence Percival AM,Mr Graham Daniels,Mr Diet Ostry,Mr John Deane用这玩意儿干了件事,搜索宇宙中原子尺度的黑洞“爆炸”的信号,以验证著名的“霍金辐射”。

    霍金辐射是科学界著名偶像红人霍金提出的“黑洞蒸发”理论的一个副产物。量子物理认为,宇宙中会不断“凭空”产生正负虚粒子对,随后湮灭,释放能量,这样维持了宇宙背景的“零点能”。但如果虚粒子对产生在带电黑洞附近,那其中反粒子会被吸进黑洞,另一个被弹开,产生霍金辐射。与此同时,黑洞会因为吸收反粒子而逐渐“蒸发”,而他们想要探测的,就是蒸发到最后一刻的黑洞发出的信号。

    显而易见,这个探测计划最终失败了,不然这又是另一个大新闻了。不过,考虑到黑洞“爆炸”的信号的波段覆盖面,他们为ATCA设计了一块能够进行信号的快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform)的芯片装在望远镜上,以快速接收和处理数据。项目停止之后,他们转念一想,当时FFT在通信领域还没有大行其道,而这块芯片可能会有很大用处。

    于是他们就将这项技术应用到通信领域,解决了无线通信中的"the multipath problem",也就是单频道收信时,信号受到墙壁等反射形成的回声对原信号的干扰问题,而且思路也很粗暴——把数据拆开用多个窄频分别发送。

    1992年和1996年,CSIRO获得了这项技术的专利,而这项技术本身则很快占领了全世界,它是WLAN通信,也就是少了它浑身难受的Wi-Fi的核心技术。

    相关参考:维基百科

    blog.patentology.com.au

    【腓特烈招谁惹谁了的回答(176票)】:

    核子工业的发展,推动了玩具产业在上世纪40年代-60年代的“爆炸”。

    在上世纪四五十年代,随着人类进入“原子时代”,人类对于核武器、核战争、核冬天以及世界毁灭的恐惧亦与日俱增。但没想到的是,在这个本应人人视核子为狼虎、避而远之尚且不及的时代,一群脑洞大开的发明家——或者换句话说,一群为了赚钱什么都敢做的疯子,竟然反其道而行之,把“黑手”伸向了“无辜可爱”的熊孩子。老实说,玩具作为工业发展的一环,本身也应该与工业的历史水平相适应,但这一点可从不适用于军事工业——冷兵器时代的开刃技术从没用于过玩具的生产,热兵器时代的枪弹、炸药也从没成为过儿童的玩物,偏偏到了原子时代,和杀死过上万人的胖子、小男孩一个原理的放射源怎么就突然摆上孩童的桌面了?

    可疯狂发明家们就是这么胆大妄为,直接使用百里杀一人千里不留痕的放射源材料制作玩具,并堂而皇之冠以“原子”之名售卖,这可比以往那些制作飞机坦克大炮模型但一发子弹都打不出来玩具商“野性”到不知道哪里去了。而当时或许是核子、核能太过迷人的关系吧,竟然真的有一群熊孩子和他们的父母为这样的“恐怖玩具”着迷,甚至不惜花费高价购买——毕竟相对于铁皮火车或者玩具狗,这些怪模怪样的盒子和器材能让“you know nothing”的小屁孩们最快地体验成为科学家的荣耀感,父母也愿意他们玩玩这种高大上的“科学实验”而不是天天练投球砸坏邻居老太太的花圃。

    最著名的,莫过于1950年诞生的“吉尔伯特U-238核动力实验室”,其诞生远远早于世界上第一座核电站实现发电运行。

    其发明者是彼时的奥运冠军、一开脑洞就停不下来的阿尔弗雷德·卡尔顿·吉尔伯特其发明者是彼时的奥运冠军、一开脑洞就停不下来的阿尔弗雷德·卡尔顿·吉尔伯特

    这套“玩具”的价格即使在现在看来也相当惊人——其售价高达50美元!而1950的1美元,购买力相当于2016年的10.02美元(Inflation by Amount),换句话说,如果是在今天,那么这款玩具的售价将高达501美元,或3368+人民币,超过了一台XBOX ONE或play station 4游戏主机的售价!

    虽然名为“玩具”,但“核动力实验室”的组成一点都不简单,其包括一个闪烁镜、一个云室、一个验电器、一个盖革计数器和一本使用手册,以及四瓶铀矿及其所带的真真实实的放射源——一个贝塔-阿尔法放射源,一个纯贝塔放射源,一个伽马放射源,以及一个与云室使用直接相关的短期阿尔法放射源。当然,本品归根到底是准备给熊孩子的,所以还包含一部与主题密切相关的漫画书,用来吸引熊孩子们的兴趣。

    而“吉尔伯特U-238核动力实验室”之所以赫赫有名,除了其本身是一部富有时代意义、开创性的作品外,更重要的是沾了知名游戏《辐射》的光。《辐射》系列浓郁的冷战风使得游戏玩家在为之痴迷的同时,废寝忘食地寻找一切可能被《辐射》列为参考的现实原型,而奇特的“吉尔伯特U-238核动力实验室”,正是由于其特殊的诞生时期,以及含有核子材料的客观现实,被很多论坛中不明所以的《辐射》玩家视为游戏中无处不在的“爆炸半径”("Blast Radius‘’)桌面游戏的原型。

    (不过实际上,两者并没有关系,《辐射》系列游戏的骨灰级玩家早就援引其购买的辐射游戏艺术设定集给出了解释,“爆炸半径”游戏仅仅是一款桌面转盘游戏而已。)

    Bethesda Softworks, The Art of Fallout 4, Dark Horse Books(2015),p.325

    而阿尔伯特还发明了“捆绑销售”与“分开销售”相结合的模式,“吉尔伯特U-238核动力实验室”中包含的盖革计数器,是可以单独购买的。

    不过,这款游戏虽然具有划时代的“爆炸”意义,但很快就被管理部门取缔了,从面世到寿终正寝,虽然引起一阵浪潮,但总共只持续了不到2年时间,但仅仅在不到两年的时间内,就有大量孩童在沉浸于此玩具中不能自拔后,出现了恶心、呕吐、脱发、口鼻出血等典型的辐射病态症状,不知有多少躲过了二战摧残的孩童在年纪轻轻时却因为一款玩具而死于白血病。

    “吉尔伯特U-238核动力实验室”是最著名的“核子游戏”,但并不是最早的,实际上,在距离“小男孩”和“胖子”爆炸不到2年的工夫,一款名为“核能故事”的半实验用核子玩具便已经问世。

    虽然相比“吉尔伯特U-238核动力实验室”来看。“核能故事”只有一个闪烁镜和两瓶矿物,显得寒酸了许多,不过其也有自身的特点——其包含一张名为“放射性屏幕”的厚纸,里面含有镭的成分。

    而吉尔伯特引以为豪甚至敢于单独销售的“吉尔伯特盖革计数器”也并非没有对手,当时,密苏里州的贝尔工厂就生产了一款核心功能一致的盖革计数器,不过因为外表更为卡通,因此更受熊孩子的欢迎。

    如果说上世纪50年代初,人类对核子在恐惧的同时还可能抱着那么一点“好奇”的态度的话,那么,50年代末60年代初,已经经历过数次可能毁灭地球的核子危机的人类怎么都不该对核子继续保有那么高的热情了,更何况上述的含有核子材料的玩具,虽然往往能引起一阵风潮,却常常不免被取缔的尴尬,因此投资者的理性似乎也不容许他们继续投产这样高商业危险的项目。但就这,上世纪五十年代末六十年代初,仍然有两款新的核子玩具问世,不知道当时的美国人是不是预料到两年后的古巴导弹危机而提前做准备呢?

    首先是1958年问世的“科学图书馆”系列盖革计数器套装。

    其包含一个盖革计数器以及相应的附件等,不仅如此,该产品还有一本实验说明书,详细地说明了包括阿尔法放射源、伽马放射源测定在内的48种实验的完整流程。其包含一个盖革计数器以及相应的附件等,不仅如此,该产品还有一本实验说明书,详细地说明了包括阿尔法放射源、伽马放射源测定在内的48种实验的完整流程。

    “科学实验室”毕竟还只是个盖革计数器,其本身是没有放射源的,但在全面核战阴云已经漫步全球的60年代,竟然还有玩具厂商生产新的含有放射源的“科学玩具”,这可就真是“在刀尖上跳舞”了。

    1959-1960年间,“美国基础科学俱乐部”再次出品了一款“核能实验室”玩具。

    相较于“吉尔伯特U-238核动力实验室”,这款接近10年后才出品的玩具明显粗糙了很多,内部摆放、玩具零件精致程度比起“U-238”来差的不是一星半点,不过,该有的东西,“核能实验室”却一点儿都不少——U-238只有铀矿,而本产品不但有铀,还有镭,而且数量还相当富裕。

    由上可见当时核子工业的发展对玩具产业的推动和变革产生了多大的影响,不过,这还没完,有道是能放点辐射的就放点辐射,放不了辐射的就得能测测辐射,那要是测都测不了的呢?那就得在文化上与辐射靠拢。而核子工业对玩具产业的影响,也就不仅仅是熊孩子吸几口辐射那么简单,当时的整个玩具产业文化,都透出了一股浓浓的“核子”味道。

    上文中笔者已经提到过《辐射》游戏中的“爆炸半径”桌游的原型问题。事实上,虽然“爆炸半径”和“U-238”没什么联系,但不见得“爆炸半径”真的就一定没有原型,一款风靡于上世纪50年代的桌游“镭”就很可能是“爆炸半径”的原型之一——与“爆炸半径”类似,“镭”不但与辐射密切相关,同样包含了转盘、指针、结算等同类因素(当然,另一种可能是,美帝国主义不知道聪明的中国人发明了骰子这么个伟大而实用的物件)。

    甚至连我们熟知的强手棋(即“大富翁”游戏的原型),都有了和辐射有关的主题,其竟然还混杂了西部文化的因素!

    当然,不能不提的是,这一时期,连漫画都受到了核子工业发展的影响,如著名的DC漫画旗下超级英雄“原子侠”便是如此,之前,他仅仅拥有能缩小的能力,而这一时期,却可以使用核能来扩大自己的力量。

    不过,“核子玩具”的黄金时代,最终还是随着人们对于辐射的日益了解和恐惧的加深烟消云散了。现在想回忆下当年狂热的“核子玩具”风潮,也只能从《辐射》中找找线索和影子了。

    主要参考文献:

    橡树岭联合大学:“核子玩具”专题研究;

    Rosanne DiVernieri,Stinks and bangs: the heyday of the chemistry set;

    Roland Jones,Italian firm goes nuclear with atomic toys:Scale models of ‘Little Boy’ and ‘Fat Man’ shown at German toy fair;

    Bethesda Softworks, The Art of Fallout 4.

    【Mon1st的回答(60票)】:

    对海水和盐水湖中嗜盐细菌的研究引发了神经科学的革命:用激光控制大脑的光遗传学

    对噬盐微生物最早的报告可以追溯到1878年。Farlow 在一份渔业报告中描述了“盐水鳕鱼身上奇怪的红色” [1]。这一红色物质后来被证实为一类嗜盐细菌——它们只能生长在盐水中。

    1960年代,生物化学家们开始对这些嗜盐细菌的细胞壁和细胞膜产生兴趣。Abram 和 Gibbons 发现当逐渐稀释溶液时,细胞膜会破裂成许多小碎片 [2]。

    1967年,Oesterhelt 和 Stoeckenius 发现碎片中紫色的部分含有类似于视紫红质(视网膜上的感光物质)的蛋白 [3]。这类蛋白可以被光子激活,并开启可在细胞内外传送带电粒子的离子通道。

    1999年,Okuno, Asaumi, 和 Muneyuki 描述了一种可以在低盐分环境工作的感光蛋白 [4]。

    2004年8月4日的深夜,Boyden 成功实现用激光刺激神经细胞产生动作电位 [5] *。

    The rest is history.

    后面的故事可以参考知识分子关于光遗传学的专栏文章:知乎专栏

    以及在你的领域里,有哪些现存的黑科技? - 张云的回答

    *Boyden 等人的文章代表了光遗传学被广泛应用的开始,但时间上第一个实现这一技术的是潘卓华。见 华裔光遗传学发明者不应该被遗忘的故事 - 知识分子 - 知乎专栏

    [1] Farlow, WG. "On the nature of the peculiar reddening of salted codfish during the summer season (1878)." U.S. Fish Comm., Report of the Commissioner for 1878, pp 969–973

    [2] Abram, Dinah, and N. E. Gibbons. "Turbidity of suspensions and morphology of red halophilic bacteria as influenced by sodium chloride concentration." Canadian journal of microbiology 6.5 (1960): 535-543.

    [3] Oesterhelt, Dieter, and Walther Stoeckenius. "Rhodopsin-like protein from the purple membrane of Halobacterium halobium." Nature 233.39 (1971): 149-152.

    [4] Okuno, Daichi, Makoto Asaumi, and Eiro Muneyuki. "Chloride concentration dependency of the electrogenic activity of halorhodopsin." Biochemistry38.17 (1999): 5422-5429.

    [5] E.S. Boyden et al., "Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity," Nat Neurosci, 8:1263-68, 2005

    【叛逆者的回答(66票)】:

    双向反射分布函数(BRDF)的测量,和寻找外星人。

    首先先说说BRDF。熟悉图形学的都知道BRDF,它表达的是一个点上,某个方向的入射光和某个方向的出射光辐射绿的比值。做渲染的人,一定都会接触到BRDF,一般是经过参数化的,比如Blinn-Phong、Cook-Torrance、GGX等。

    测量BRDF的设备,就不是很常见了。基本结构是这样的。一个转台,可以改变要采集的样本的角度,一个光源和一个照相机固定在悬臂上可以改变照明角度和拍摄角度。这样的就能完整的采集一个材料样本的BRDF。

    这和寻找外星人有什么关系呢?多年前有篇关于外星人的paper,大意是,从地球上观测一个太阳系外行星,那颗行星绕着它的恒星转。在整个过程中,相当于用一个运动的光源和一个运动的观察点对一个样本点采样。通过连续观察,总能覆盖到一个很大区域的角度,以至于可以得到该星球的BRDF。

    得到BRDF又如何呢?对于人们能接触到的材料来说,可以分为两大类。一类是粗糙表面,表面由很多不同方向的小面组成。比如金属、塑料。另一类是垂直结构,比如带微绒毛的材料。他们的BRDF特性非常不一样。如果观察到一个系外行星是粗糙表面类型的BRDF,就表示他很可能只有自然结构。如果是带微绒毛类型的BRDF,就表示那颗行星上可能遍布着摩天大厦这样的垂直物体。

    然而目前为止,这也只是个理论。

    【李雷的回答(142票)】:

    谢 @袁霖 邀请

    x射线,一项改变世界的发现,物理和医学完美结合!

    最近不是诺奖月吗?x射线可是拿了6次诺奖,估计是空前绝后了。

    1901年 伦琴因为发现x射线拿了第一枚诺奖

    1914年 马克斯·冯·劳厄 “发现晶体中的X射线衍射现象”

    1915年 威廉·亨利·布拉格和威廉·劳伦斯·布拉格 “用X射线对晶体结构的研究”

    1917年 查尔斯·格洛弗·巴克拉 “发现元素的特征伦琴辐射”

    1924年 曼内·西格巴恩 “他在X射线光谱学领域的发现和研究”

    1946年 赫尔曼·约瑟夫·马勒 “发现用X射线辐射的方法能够产生突变”。

    今天来简单的介绍一下x射线和咱老本行生物医学口的关系。

    ——————史上第一块诺奖——————

    说到x射线,虽然很多人不一定知道什么是x射线(我也一样),但是我们对它十分熟悉。

    这种图片大家一定见过

    我们日常坐地铁,坐火车,坐飞机或者长途汽车的时候都要通过安检,用的也是x光。

    那么什么是x射线呢?

    这就要讲到1901年诺贝尔物理学奖得主伦琴,要知道,他可是人类史上第一个诺贝尔奖得主,那个时候爱因斯坦才刚大学毕业。他的最伟大贡献就是发现了X射线,而x射线也因此被称作 “伦琴射线”。

    为什么他们都喜欢大胡子???

    关于x射线发现的过程,就不赘述了,毕竟咱不是物理专业。

    1895年11月8日傍晚,他研究阴极射线。为了防止外界光线对放电管的影响,也为了不使管内的可见光漏出管外,他把房间全部弄黑,还用黑色硬纸给放电管做了个封套。为了检查封套是否漏光,他给放电管接上电源(茹科夫线圈的电极),他看到封套没有漏光而满意。可是当他切断电源后,却意外地发现一米以外的一个小工作台上有闪光,闪光是从一块荧光屏上发出的。然而阴极射线只能在空气中进行几个厘米,这是别人和他自己的实验早已证实的结论。于是他重复刚才的实验,把屏一步步地移远,直到2米以外仍可见到屏上有荧光。伦琴认为这不是阴极射线了。伦琴经过反复实验,确信这是种尚未为人所知的新射线,便取名为X射线。他发现X射线可穿透千页书、2~3厘米厚的木板、几厘米厚的硬橡皮、15毫米厚的铝板等等。可是1.5毫米的铅板几乎就完全把X射线挡住了。

    好了,这下子碉堡了,他偶然发现X射线可以穿透肌肉照出手骨轮廓,于是有一次他老婆到实验室来看他时,他请她把手放在用黑纸包严的照相底片上,然后用X射线对准照射15分钟(那个年代人真的v587,要是他预知1946年诺奖,不知心里怎么想),显影后,底片上清晰地呈现出他夫人的手骨像,手指上的结婚戒指也很清楚。这是一张具有历史意义的照片,它表明了人类可借助X射线,隔着皮肉去透视骨骼。

    诺就是这幅图

    ————x射线和影像医学————

    由于这个伟大的发现太重要,因此在伦琴发现X射线后仅仅几个月时间内,它就被应用于医学影像。

    1896年2月,苏格兰医生约翰?麦金泰尔在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。

    这个速度也是碉堡了,不得不佩服那个年代的人们,充满了浪漫主义和勇气。今天的人们更加的谨慎,一个科技从出现到推广,经历了太多的争议。

    而今天,x射线已经广泛应用于医学,并有了放射医学这么一个专门领域,无论是探测骨骼的病变,还是探测软组织的病变比如胸腔X射线,用来诊断肺部疾病,如肺炎、肺癌或肺气肿;而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞。

    当然了,有不少骚年一定记着“胸前那根铁丝”

    然而,x射线可是有风险的

    ———————风险和机遇———————

    1946年,也就是二战结束后的第二年,诺贝尔生理学或医学奖颁给了来自美国的赫尔曼·约瑟夫·马勒,理由是他“发现用X射线辐射的方法能够产生突变”。

    X射线为什么会引发突变呢?

    这是因为我们知道人体细胞中最基础的单位之一就是DNA,而x光照射到DNA上,会引发双螺旋结构发生改变,比如发生了某个点的改变,甚至整条链的断裂。

    如果错误没有得到及时修复,那么就会进一步引发细胞的死亡。

    正常人要是被长期x光照射的话,获得癌变的可能性极高,所以这个图片大家都认识。

    —————变废为宝,改变医学—————

    这点坏处,恰恰可以变废为宝。

    既然射线可以引起突变杀死细胞,那么,癌症,本身也是细胞,用射线杀死癌细胞,不就治疗了癌症了吗?

    这一发现,实现了癌症疗法三分天下之一的放射疗法,俗称放疗

    原理很简单,癌细胞DNA发生突变无法及时修复(事实上短时期内大量损伤,修复几乎是不可能的),然后引发细胞凋亡,还会涉及到今年诺奖的细胞自噬。最终治疗癌症。

    相比于化疗,放疗具有很多优势,比如,放疗可以针对性的进行治疗,而不累及其他组织。比如针对肝癌,可以专门的去照射有肝癌的位置,而不损伤肝的其他部位,实现精准打击。现代更加精确地放疗甚至可以模拟出一个形状来直接有针对性的,设计不同的剂量来对癌症进行治疗。

    此外,对于那些难以手术治疗的癌症,放疗可以更方便的去治疗,比如胰腺癌,由于胰腺处在非常复杂的位置,没有良好的手术空间。那么这个时候就可以采取放疗针对性的去治疗。

    国内最早的放疗医院。

    著名的孙逸仙于1925年2月6日接受放疗,3月12日逝世。著名的孙逸仙于1925年2月6日接受放疗,3月12日逝世。

    当然,放疗的射线有很多,x射线只是其中一种

    今天放疗已经非常先进了,可以精准打击,而且无创(很多街头广告不都是宣传无创么?)

    这就是x射线带来的时代变化。这就是x射线带来的时代变化。

    说明:放疗和原理的关系存在先后,事实上很多医学的内容都是先发现疗效,然后才研究机制的。

    ps:虽然放疗被形象的称作烤死癌细胞,但事实上,完全不一样,放疗绝对不是烤死癌细胞的,而是促进癌细胞自己死。

    所有有些愚蠢的人竟然用火烤癌细胞,真是哔了狗了,你tm那是脱水,不是断裂DNA。

    【吴思涵的回答(9票)】:

    嗜热细菌的发现和研究,带来了现代DNA聚合酶链式反应(PCR),开创了分子生物学的新纪元(克隆、定量、测序、突变、鉴定……甚至分子相互作用,均可以或不得不基于PCR),也为其他学科带来新的突破(分类学、法医学、环境科学……)。

    据说在没有嗜热细菌DNA聚合酶商品化之前,做PCR就是三台水浴锅来回换,每一轮补一次普通弱爆酶

    好吧,微生物学和分子生物学都算biology这个大学科下面的……

    要不然换个例子:拿DNA序列来当信息存储介质(已经有人在干这事)。DNA每个字节可以有4个状态:A、T、C、G,因此存储密度比0、1的更高?(不负责任之猜想)

    【小小的寂寞的回答(5票)】:

    免疫学的研究造就了分子生物学和细胞生物学等学科之中,蛋白质研究的神器。

    抗体一开始是作为凝集细菌和中和细菌毒素的物质被发现的。随后人们发现,抗体和其他适应性免疫系统不仅是人和其他高等脊椎动物抵抗病原体的武器,不同血型之间出现凝集反应也是抗原抗体反应,而器官移植的排异反应也有体液免疫参与。

    这时有人提出抗原抗体结合机制的猜想并且得到了验证。

    再后来,有人想到,既然抗原和抗体结合的专一性那么好,那免疫反应的强弱可以作为判断抗原相似性的指标。以及两种抗原如果相似性越强那么它们之间的序列相似性也更高,相应生物亲缘关系也更接近。于是 1960s 的时候,有人用家兔抗人血清测对其他旧世界灵长类蛋白质的免疫反应 (具体步骤忘了) 得出人和黑猩猩亲缘关系最近的结论。

    在后来人们想到如果我们可以产生纯的抗体不就可以专一鉴定抗原决定簇了么? 不就可以专一匹配蛋白质片段,就像探针匹配核酸片段么? 因为一个浆细胞只表达一种抗体,但是它不会继续分裂,于是人们想到把它和癌细胞如骨髓瘤细胞融合,结果就变成可以无限复制同时产生大量专一抗体的杂交瘤细胞。于是 1975 年人们 (K?hler Milstein) 搞出了单克隆抗体。

    随后各种纯化的抗体成了分子生物学神器: 很多蛋白质相关的实验方法,如免疫组织化学和免疫荧光用于检测蛋白质表达模式和在细胞中定位蛋白质, Western blot 用于鉴定电泳结果,和免疫沉淀法用于分离特定抗原等,都和这些抗体制品有关。

    Update:

    分子生物学的很多工具都来自各种生物面对高温,病原体等环境压力下的适应。

    1969 年人们从热泉中分离出水生嗜热菌 Thermus aquaticus 的时候 (抱歉斜体不能) 有谁想过这货体内的 DNA 聚合酶将会在十几年之后成为 PCR 神器呢?

    有时我会想,保护生物多样性的意义之一,也许是世界上的某个角落,就隐藏着分子生物学的下一个神器。

    高中读完没再学过生物,靠仅存的选修 3 知识和现场查维基百科写的,求专业人士原谅。。。

    See en.m.wikipedia.org/wiki for more details.

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