景芳时空|带你看展达芬奇的机械艺术

本期郝景芳带大家来到直上云霄——列奥那多·达芬奇飞行与工程机械展，与清华大学科学博物馆的王哲然博士一起带大家看展。

地点：清华大学科学博物馆

一：清华大学科学博物馆藏了啥？

郝景芳：今天我们继续直播探展，这是我今年开始的一个新系列，就是我发现有哪些特别好的科学艺术展，希望带着大家看一看，今天我来到的是清华大学科学博物馆。现在就请清华大学科学博物馆的王哲然博士给我们介绍一下科学博物馆，还有今天的达芬奇展。

达芬奇

王哲然：清华大学科学博物馆是2018年在学校通过的方案。2019年我们办了第一个展，叫百年气象，回顾了建馆一年来从清华大学各院系收藏来的这些科学仪器。

之前，我们国家是没有这样收藏型的科学博物馆，我们所谓的科技馆，大多数是以这种互动式的产品为主的，所以对于科学仪器，也就是在实验室里科学家们用到的这些科学物品，其实是缺乏收藏意识的，清华大学科学博物馆是国内首家做这样科学仪器收藏的一个机构。

郝景芳：哲然博士给我们讲一下直上云霄这个展，它是怎么来的？

王哲然：我们之前办了两个展，都是以收藏为主。在历史上的这些科学仪器、科学器具，技术发明很多都遗失了，还有一部分是人们只停留在想象的层面，停留在图纸设计的层面，没有付诸于实践，没有付诸于实际的制造。但这一类的这种人类的科学构想也非常重要，那么，这类我们能如何实现？就是通过复原复制的方式把历史上的一些技术发明和科学仪器给他们复原出来。

郝景芳：这个复原真的是非常不容易，我们看到了很精细的一些科学结构。那这些艺术展品都是根据达芬奇当时真正的手稿去做的吗？

王哲然：这个展叫直上云霄，它其实是涵盖了这个展的两个分主题，一个是飞行类的机械发明，一类是工程类的机械发明。达芬奇的手稿里面有很多关于飞行器械的探讨，我们也想把这些飞行类的发明给复原出来，让大家看一下他作为人类飞行器的先驱，他有哪些想法？

第二个展区是工程机械展，主要是围绕当时佛罗伦萨修建的一个圣母百花教堂，无论是飞行器，还是修建教堂，这两个无一例外是想要站得更高，飞得更远，所以他们都是一个向上的，是一个摆脱地心引力的一个倾向，所以我们取名直上云霄。

二：为何通才达芬奇接受的是职业教育？

王哲然：1467年的时候，达芬奇进入到了一个画家的工作室，我们知道达芬奇没有读过大学，当时的欧洲，一般的人想过得比较体面有两种方式，一个是去大学受教育，另外一个是去行会办的学校。它就对应我们国家现在讲的两种学生的去向，一个是进大学，接受通识教育；另外是进入职业学校，未来有一个更定向的职业发展。

哈佛大学

郝景芳：这个其实挺奇特的，达芬奇进入的是职业学校，做的是学徒，但他现在却成了通识教育里最知名的代表人物。他懂这些科学机械工程包括军事，然后又是一个艺术天才，所以他这样的一个通才到底是怎么养成的呢？就是他是怎么从一个职业行会的学生后来变成了一个每一个学科都精通的人？

王哲然：大学这个体制，比如说，清华大学其实依然延续的是西方中世纪以来的一个大学传统。那么，大学的问题就是说，大学教育往往是以书本为主要的学习媒介，而达芬奇进入的行会则不然，他们更注重手工，就是种种实践。其实在当时就比当时的大学要更往前走了一步，因为它更贴近现实生活，他教授的东西更致力于解决现实中的问题，这就是达芬奇他的思考。

达芬奇手稿

我们知道对于思考而言，你的路径，你的目标要准确，那你可能才会结出丰硕的成果，所以达芬奇跟当时大学里的那些学者最本质的一个差别，就是他想的问题，都是要致力于解决某一种实践上的困难，或者是改善人类的福祉，而不是去空谈一些理论概念。所以这是达芬奇在当时很有学问，或者是他向通才努力的一个原因吧。

郝景芳：实践真的非常重要。实践不仅出真知，而且实际上实践可以让一个人他真正能把很多的想法变成一个创造性的结晶产物，所以我们今天的学校让学生所有的学习最后都落到了一个考试上，并不能够真正出一个实践的成果。这个可能会影响学生的，从达芬奇后续的发展上也可以看到这一点。

三：如何把达芬奇的机械手稿转化为实物？

王哲然：1498年，他开始研究飞行机器，我们会看到大量的达芬奇研制的这些飞行器。

达芬奇手稿

郝景芳：那么他的这个爱好是从哪儿来的？

王哲然：当时的艺术家，比如我们现在想的画家，他往往不会从事建筑，或者是修建机器的这种工作，但其实当时的艺术家他跟工程师是一个大的群体，就是他没有一个非常狭隘的门类，所有当时的这种手工艺人，他都要从事这一类的工作。

郝景芳：这个确实，整个的文艺复兴史就是在当时还没有像我们今天学科分的那么细，我们会看到更多的这种大的科学家、艺术家，还有生理学家、哲学家，他们其实是不分门类的。

王哲然：在达芬奇之前，其实人类是很想去飞的。这是一个人类本能的冲动，就想像鸟一样飞行。有人预言说，未来人类一定是能飞的，只是我们现在还不知道这些技术细节。那么，在达芬奇时代有一个真正的飞行家，就是把翅膀绑在身上，然后从高塔上跳过去，他的飞行时间是在1503年，这是跟达芬奇同时代的一个人。那当时达芬奇应该是知道他的这个试飞的实验，而且达芬奇应该是分析了他失败的原因，认为他的翅膀上绑了太多的金属导致特别重，然后也不好操控，所以虽然我们现在看到他的很多想法非常独特，但依然不应该忘记他是生活在一个时代氛围里的。

郝景芳：上一次我看那个计算展，也是看到说大陆计算机的发明，一代一代是怎样进行下去的，没有任何一个横空出世的这种大师，他是完全从零开始，都是站在大师的肩膀上往前走。

舞台飞行船

王哲然：这个是我们复原的第一个模型，叫舞台飞行船。

郝景芳：其实当时所有的人想到飞，首先就是想到说要么给人装上翅膀，要么给车装上翅膀，这是最直接的想象。但是，实际上这些想象一直都没有太成功，那像达芬奇的想象，它是把这个船两边装了轴，然后装上两个大的翅膀，这样的飞行船能飞吗？

王哲然：这个它是能飞的，但是它可能跟我们想的不一样，大家看到的舞台飞行船就是当时的佛罗伦萨的艺术家有很大的一个工作，是给这些王公贵族设计庆典，然后做这个舞台的道具，比如表现天神天使在舞台上飞来飞去的这些东西，它不是真飞。

舞台飞行船模型

郝景芳：它其实是把一个转动的力矩，变成了这个翅膀上下翻飞的这样。它当时有参加过演出吗？还是说只是一个设计图？

王哲然：这个我们不知道了。只能说从手稿上看它不是一个真正飞的模型，然后学者们推断说，这个应该跟他制造舞台道具的经历有关系。

王哲然：达芬奇它设计飞行器的一个主要的思路就是所谓的扑翼机，什么叫扑翼机呢？就是靠翅膀扇动飞起来的机器，我们知道，现在的飞机叫做固定翼式飞机，它的翅膀是不能动的，它是靠发动机提供一个动力，然后通过流体力学给这个机翼做一个形状上的设计，使得飞机能飞。

四：达芬奇的思考方式和前人有何不同？

王哲然：我们发现，展馆的模型好像并不像我们想象中的是一个完整的飞行器。这个里边我们可以看出达芬奇的一种思考方式，就是他已经知道，我在通过这样的模型，通过这样的机械来思考的时候，我需要把问题拆解成一个一个的问题，我们看他每个模型实际上在探讨一个问题，这其实是一个现代科学思路。我要造一个大机器，怎么造？这是我们古人的思维方式，就是把所有的问题都混在一块，然后我们现在包括大家学物理的时候，也会讲隔离体受力分析，就是把问题拆解了，这其实是当时意大利他们从工匠到科学家一种很流行的思考方式。

欧洲工匠

郝景芳: 也就是拆成每一个环节，再在每一个环节找一个解决方案，所以达芬奇就研究这个翅膀的结构，花了很多的时间，不知道他当时是不是也都造出来过，然后才能够画出这些手稿。

王哲然：我们现不知道，但是从他手稿来讲，他几乎没有讲这些真正造出来过，都是一些纯粹的想象。

郝景芳：大家其实可以看到我们刚才整个在飞行梦想这样的一个展厅里，看到达芬奇他自己设计的飞行器还是有很大的进步和提升的，就是说它能够真正通过他自己的设计理念，不断地去探索科学原理。不管他设计的这些机械结构到底具体能不能实现，但是起码我们会看到，这些机械结构设计是越来越成熟，越来越复杂，能够让这些机器可以造出一个真正可用的这个机械结构。

五：达芬奇称得上是横空出世吗？

飞行墙（左右滑动查看更多）

郝景芳：我在这里面，其实想给大家再看一下这个飞行墙，从最早的一些先驱到达芬奇，再到达芬奇之后的一系列工程师、科学家和发明家，我想说的一点是这些伟大的发明，它都是一系列人在持续，不断地做出改进和努力。每个人可能解决一个小问题，最终导致了我们今天的发明。

有的时候，我们学校里面再讲一些科学史的时候，经常会说某一个人发明了一样东西就好像他是横空出世，突然之间发明的，或者我们中国古代的一些科学家也更多的好像是个人，比如说徐霞客等，这个个体很厉害，很伟大，但是似乎就很难形成这样一种连续不断，非常多人在前人基础上面去做贡献的连续谱系。而这个才是现代发明创造最主要的一种原理，所以我们真的是要让孩子从小的时候就知道真正的发明创造，它是很多很多人持续不断的去对一个问题进行长期的难关攻克才带来了真正伟大的发明创造，而不是某一个天才的灵光一闪。这个对于孩子将来形成一种他自己能够做出伟大发明创造是一种很重要的前期观念。

徐霞客

王哲然：我们现在进入到的第二个展厅，第二部分工程机械。这个里面主要是讲达芬奇同时代的工程师的一些发明创造。刚才郝老师总结得特别好，就是我们人类的技术，绝不是有一些天才的人物，自己坐在家里拍脑袋就想出来的。他们一定是处在一个历史文化的氛围之中，是在这样的一个时代的精神的鼓舞下，做出了自己的更进一步的发展。

郝景芳：我就觉得在当时那个时代有一个氛围，大家认为工匠、艺术家，或者说是发明家，其实他们是一体的，并不像我们今天不但分的特别的细，而且还会有一种像鄙视链，会觉得工地上面的这个包工头，这些真正实际做工程的并不是特别高的职位，大家都好像不愿意让孩子去学习这些工程相关的一些方向，更希望孩子就只是坐在房间里面画图纸。

那这种情况下，我们会发现整个的文艺复兴时期很多伟大的建筑师、艺术家、工程师，他们是真正的在那些建筑工地上面锻炼出来的，它会对于这些工程上面能做什么样的发明创造，怎么样才是最需要的，它有最直观的感受，所以是把这个知识创新力量和实践动手能力做了特别好的结合情境。

文艺复兴三杰（米开朗基罗、拉斐尔、达芬奇

）

六：为何达芬奇差点就没能成为一个巨匠？

郝景芳：哲然博士，你觉得达芬奇他能够成为一个巨匠，都有哪些真正的原因呢？

王哲然：简单来说，第一个是他的教育，他的父亲非常开明，他是一个公证员，也就相当于现在的律师，但是他看到达芬奇从小就爱画画，就直接送达芬奇去做工匠，在当时是比大学要低一点的，就感觉读职业教育可能不如上大学那么体面，但他的父亲非常尊重孩子的天性。如果我们说他的父亲送他去读大学，也许我们就失去了一个伟人。

另外，刚才也讲当时他生活的这个时代，这些艺术家、工程师的这个群体是非常注重实践的，这是他知识增长的一个来源，但另外一方面，在整个文艺复兴的带动下，大家有对这种理论知识空前的兴趣，对于希腊人留下来的科学遗产，大家都想去学习它。

达芬奇的工程设计手稿

达芬奇自己有一个私人藏书图书馆，然后他把很多收入都用来买书，他的私人的藏书甚至可以比肩当时的某些大学，他其实是不断的在用知识丰富自己武装自己，而不是一味的说用工匠的那种试错的办法去反复的试错，那样效率很低的，所以他是一个理论加实践相结合的人。

那么，最后一点，达芬奇其实是一个特别爱在自然中去观察，去学习的人，这个也是符合现代科学的精神。要有这个经验主义的态度，要直面人类获得的第一手的科学经验，这些我觉得都是达芬奇能够成功并且博学的原因。

郝景芳：这几点启示对于我们今天的意义都非常的大，因为我们今天会看到学生学的书本上和理论知识是非常多的。这一点当然有好处，但是学生一直缺乏实践，也比较缺少真正能够走到社会里面、走到自然、走到工程一线去观察去体会的这样的经历，而且我们今天也是有一点点割裂，就是会觉得大学是相对来讲比较体面的，然后也是觉得职业教育是相对不体面的，或者是说参加了一些职业教育的学习，一些基础的理论知识又会比较匮乏，但是其实从达芬奇身上，我们会看到说父母比较尊重孩子的一种天性，和他的兴趣，使孩子能够有实践加上理论的充分结合，再加上能够去到一线去观察，然后有自我的思考，自我学习，这些才是这个大师巨匠的成长之路。

《达芬奇笔记》

这个提醒我们，其实在今天也应该让孩子能有丰富综合立体的学习，能够让他有到更广大的世界去观察的机会，能够让他把学校里面学的知识和动手实践真的结合起来。这些对于下一代的大师成长，可能也都是非常必要的。达芬奇这个展真的让我们不仅看到他作为一个画家这一面之外的发明设计的人生，这些对于我们理解达芬奇都是非常有好处的。

七：小小的月壤和中国月球基地计划有何关联？

月壤展览

郝景芳：月壤展览是一个超级特别的展览，因为月壤是非常难得的，一小块的月壤，现在的价格就非常的高。那么哲然博士来给我们讲解一下这个巨大的彩蛋。

王哲然：实际上我们这个月壤非常非常小。大家可以看我们要通过这个放大镜才能看到后面的两个芝麻粒那么大小的月壤的样本。那这两个样本是采自于月球风暴洋东北角，当时嫦娥五号一共带回来了将近两千克的月壤样本，然后分配给国内外的科学家们做研究，这里边一共给我们清华大概是36毫克的月壤样本，其中这些样本除了在实验室里给科学家们做实验，剩下的科学家们暂时不用的就放到我们的博物馆里来，让更多的师生看到月壤的样子。

月壤

郝景芳：那科学家有没有介绍说月壤和地球上面的土壤有哪些共同或者不同点？

王哲然：这个他们现在正在研究。这个跟美国当时回来的飞行船取得的月壤样本的差别在哪儿呢？美国，当时他们的取样是在月球的表面，而我们这个是钻到地表以下去取的。

郝景芳：月球研究里面最主要的研究就是要使用月壤，月壤里面的矿物质可以判断它到底是和地球同源，还是说它是一个独立起源，而且月壤的主要成分也会告诉我们，将来我们到了月球上，可以利用怎样的矿物质，是不是可以用月球上的矿物质去制造我们所需要的很多物料，包括水、空气，还有其他的这些建筑材料等等。所以月亮研究是现在月球研究最主要的一个探测手段，能够看到这样的一些月壤。

月壤的组成成分（图源：维基百科）

王哲然：我们来看一下清华为什么要研究月壤，当然它有很多科研任务，其中一个科研任务大家都很关心：中国想在月球上制造月球基地。因为我们不可能从地球上去拿混凝土到月球，所以必须要就地取材，利用月球上的土壤来做建筑材料。那这就是我们未来月球基地的一个方案的模型，现在清华土木系的老师正在研究如何利用这些月壤，然后未来在月球上搭建自己的建筑。

月壤

郝景芳：这就是我们中国航天未来的月球基地计划吗？所以现在是希望能够用月壤去制造月球混凝土，然后来制造月球基地，那这个真的是意义非常重大。那么，在月球上面可能是为了防辐射等很多缘故吧，一些一种半地下室的月球基地会是更加安全可靠的方案，但是现在人类没办法在月球上直接开展各种各样的工程实验，就需要在地球上研究出这些可行的方案，然后将来在月球上加以建造，很希望这个工程技术能够得到好的研究和突破，早日能看到月球基地的建设，现在这个有计划表吗？

王哲然：这个具体的我们不太清楚，他们目前是有相应的论文发表。