克特西比乌斯:他在父亲理发店里听出一声鸣响,造出了压力泵

公元前三世纪,埃及亚历山大城,一个理发师的儿子,在父亲的店里做了一件小事。他想给店里装一面可以方便升降的镜子,就用绳子绕过滑轮,一头系镜子,另一头坠一块铅,铅块藏在一根竖直的管子里。镜子上下拉动时,铅块在管中压缩空气,气流猛地从管口挤出,发出一声清越的鸣响。这个年轻人没有把这声异响当故障。他听出了门道:空气是一种可以被压缩、被驱动、能产生力的东西。顺着这个思路,他后来造出了用水压把空气打进不同音管的水力管风琴。

他叫克特西比乌斯(也译作特西比乌斯),约生于公元前二百八十五年,约卒于公元前二百二十二年,希腊化时代亚历山大城的工程师和发明家,被后世称为「气体力学之父」。他生活的时代,正是亚历山大城作为地中海科学中心的黄金期,城里有藏书七十万卷的图书馆和从事研究的缪斯宫,欧几里得、阿基米德前后辉映。

他最重要的发明有两样。一样是改进的水钟,希腊人叫「克勒普叙德拉」(漏壶)。最古老的漏壶靠水匀速滴入容器、浮起指针来计时,麻烦在于水位高低会改变水压,水滴得忽快忽慢。克特西比乌斯设计了一套恒压供水结构,让浮子始终保持在稳定水位,再带动齿轮和指针,能在不同季节按昼夜长短调整刻度,精度在古代世界首屈一指。这套水钟在此后一千多年里一直是最准确的计时装置,直到惠更斯的摆钟问世才真正被超越。

另一样是压力泵。他利用两个带活塞的缸体交替吸水、压水,配上单向阀门,让水可以被持续、加压地抬升和喷射。这是已知最早的机械压力泵,后来被用于灭火、喷泉和深井提水,其活塞加阀门的基本原理,一直沿用到近代的水泵和消防车。据记载,他还设计过以压缩空气驱动的弹射装置、各种自动机械和水力驱动的精巧机关,把空气和水当成可以驯服的动力。

他的同时代人和学生——写出《气体力学》的亚历山大的英雄(希罗),把这条技术路线推到顶峰,甚至做出了靠蒸汽反冲旋转的「汽转球」,离真正的蒸汽动力只差一层窗户纸,而这层纸要到近两千年后的纽科门、瓦特才被捅破。

这里必须讲清楚一件令人惋惜的事:克特西比乌斯自己的著作,一部也没有完整流传下来。他写过论水钟、论气体力学的书,如今全部散佚。我们今天知道他、知道他那些发明,主要靠后人的转述——尤其是公元前一世纪罗马建筑师维特鲁威在《建筑十书》第九卷里专门记下的那段关于他出身、镜子与水钟的文字,此外还有亚历山大的英雄、普罗克洛等人的征引。换句话说,这位「气体力学之父」更像一个存在于别人著作里的影子:具体哪台机器是他亲手所造、哪些是学生的改进,边界已经模糊。这也提醒人:古希腊罗马的科学和技术,曾经到达过多么惊人的高度,又有多少随着图书馆的火灾、抄本的断绝而永远失传。一个理发师之子凭好奇心听出了空气的声音,而他自己的声音,却只能借别人的笔留下来。

❝他第一个听懂了空气可以被压缩、水可以被抬举,造出了用上千年的钟和泵;历史却粗心地弄丢了他写的每一页,只许他活在别人的转述里。❞