早在幾千年以前，人類就用巨大的樹木製成了最早的船，人們叫這種船為獨木船。以後，古人出於不同目的的需要又製成了各種各樣的船隻。到1000年前的隋、唐時期，造出了長達20丈可乘600多人的大海船。1404年明代航海家鄭和下西洋時，所率領船隊中的最大船隻，竟長達150米，寬61米，立9桅，張12帆，錨重幾千斤，舵長ll米，重達1500噸級。歐洲人也在很早的時候就造出了船隻。如1492年，哥倫布率領的在美洲“發現了新大陸”的船隊，就是由巨大的船隻組成的。1521年，麥哲倫一行進行環球航行，所率領的也是一支用巨大船隻組成的船隊。一個小小的獨木船，經過幾千年的漫長歲月，體積一點點地增大，人類就借助這個在古代社會中最省力的運輸工具對未知世界進行探索。那時不論船的體積多麽龐大，氣勢多麽宏偉，可它一直是靠人力和風力行駛的。1769年，瓦特蒸汽機的發明，對古老的船隻擺脫人力、風力行駛的狀況提供了可能。人們開始了把蒸汽機用於推動船舶航行的探索。美國發明家富爾頓，於1807年發明了新型水上運輸工具——輪船，它迎來了人類水上航行的機械化時代。富爾頓生於美國的一個農場工人家庭。少年時代，他酷愛繪畫，善於幻想。在他剛剛進入青年時期，就成了一位很有名氣的肖像畫家。富爾頓的愛好不僅在繪畫上，他對搞科學發明興趣更高。他在少年時代，就曾幻想製造一種不用人力和風力，便能自動在水上行駛的船隻。漸漸地，他完全地陷人了這一幻想之中。有一天，他劃著船在海上遊玩。劃累了，就坐在船舷上休息一會兒，在不知不覺中，他感覺到船兒遊動起來。沒有劃槳，風平浪靜，船兒為什麽會遊動呢?富爾頓驀然看到自己伸在水中的雙腳，由於他腳伸入海水之中不停地戲耍，起到了槳的作用，推動了船兒漂轉。富爾頓高興極了，他幻想一定要造出一隻大船，船隻由大輪子做槳推動行駛，所以富爾頓叫他的船為“輪船”。他又從這件事中受到啟發：若用蒸汽機帶動這個大輪子，不就可以驅動船隻向前航行了嗎?隨著富爾頓的長大，造船的幻想越來越占據他的心靈。1797年他去法國學習繪畫，在那裏他居然製成了一艘長6米，寬2米的潛艇，起名為“鸚鵡螺”。後來他結識了一位名叫利文斯頓的美國駐法國公使，利文斯頓也想發明輪船，兩人誌同道合，最後利文斯頓競把女兒嫁給了富爾頓。1802年，富爾頓又來到倫敦學習繪畫，但他仍把許多精力放在鑽研科學技術上。使他走運的是，他結識了蒸汽機的發明人瓦特。1803年，富爾頓回到巴黎，在塞納河上又建成了一艘船。可就在他準備試航的前一天，狂風將船打成兩截，沉入了河底。富爾頓傷心極了，流下了眼淚。1807年，富爾頓回到祖國美國，他又造起一艘名為“克萊蒙特”號的輪船。人們把這個龐然大物看作是個怪物，把富爾頓看作是個瘋子。富爾頓把各種奚落嘲諷丟在腦後。1807年的8月17日，“克萊蒙特”號正式下水試航。如潮水般的人群目睹著這個怪物：它長達40.5米，兩側各有一個大水車式的輪子，上麵立著一個直冒黑煙和火星的大煙囪。富爾頓一聲令下，船體徐徐離開船座向水中滑去。由富爾頓設計、瓦特親手製造的發動機轟鳴起來，兩側的輪子轉動起來拍打著河水，“克萊蒙特”號的遠航開始了。富爾頓這次試航的成功，使人們深深認識到輪船的威力。正式揭開了航運史上輪船時代的序幕。盡管在富爾頓之前製造輪船的人，算起來不下10人，但世界卻公認輪船的發明人是富爾頓。
火車的問世——斯蒂芬森（1814年）
斯蒂芬森出生在英國的一個煤礦工人家庭。由於家境貧寒，8歲時不得不到礦上當童工，幹些擦拭機器和保管零件等雜活。當他長到14歲時，開始操縱紐可門式氣壓蒸汽機。天天與蒸汽機打交道，使他與蒸汽機交上了朋友。他從小在礦上長大，與煤礦工人有著特殊的感情，並且對煤炭運輸的艱辛產生了很深的感觸。於是，斯蒂芬森立誌，一定要發明一種強有力的運輸工具，解除煤礦工人的勞苦。從此他開始了對火車的研究。斯蒂芬森與當時英國的大多數技師一樣，沒有受過任何正規教育。17歲時，他還認不得幾個字，科學知識更少得可憐。他是個被人瞧不起的小雜工。可是斯蒂芬森不顧別人怎樣看待他，他對自己充滿信心，決心從頭開始。他說：“既然基礎等於零，那就一切從零開始。”從此，他就開始參加夜校學習。由於斯蒂芬森文化水平太低，17歲的他每天要同七八歲的兒童坐在一起上課。小同學都感到好奇，總是帶著譏笑的眼光看著他。為了學習，他對這些毫不在乎。白天幹活，晚上學習，就這樣憑著堅韌的毅力，閱讀了大量的科技書籍，他終於摘掉了文盲的帽子，並掌握了製造火車的數理化專業知識。“火車”一詞是怎麽來的呢?早在1803年，一個名叫特拉維西克的英國礦山技師首先利用瓦特的蒸汽機造出了世界上第一台蒸汽機車。這是一台單一汽缸蒸汽機，能牽引5輛車廂，它的時速為5至6公裏。這台機車沒有設計駕駛室，機車行駛時，駕駛員跟在車旁邊走邊駕駛。因為當時使用煤炭或木柴做燃料，所以人們都叫它“火車”，於是一直沿用至今。但是這台機車有很多缺點，經常出事故。 1812年，有人在鐵軌上試行改進，但沒有成功。到了1813年又有人為解決鐵軌打滑問題進行了改進，也沒有成功。就在這時，斯蒂芬森開始了對蒸汽機車的探索。斯蒂芬森深知實踐的重要。他不僅學習書本的知識，還十分注重實踐。他仔細觀察了當時人們製成的各種火車，研究比較了它們的優缺點。他還專程來到瓦特的故鄉，深入研究瓦特蒸汽機的構造原理。經過刻苦的鑽研，他終於掌握了蒸汽機的性能，總結出許多試製蒸汽機車的經驗。1814年，當斯蒂芬森33歲時，終於造出了第一台蒸汽機車。這台機車有兩個汽缸，能牽引30噸貨物，時速7公裏，可以爬坡。斯蒂芬森的火車大大提高了前人試製的機車的效率，斯蒂芬森所創造出的這種新的陸路運輸工具，開創了運輸事業的新時代。但這種火車仍然有許多不足之處。由於翻車事故，造成人員傷亡，因此有人硬說不如馬車安全。蒸汽機噴汽時產生強烈的噪音，驚嚇牛馬，所以一些人阻擋、反對使用火車。斯蒂芬森又對火車進行了改進，其中最重要的是減少了噪音。1823年，斯蒂芬森作為總工程師，完成了從斯托克頓到達林頓的世界上第一條40公裏長的商業性鐵路工程。起初這條鐵路不是為行駛火車而鋪設的，而是為馬車運輸鋪設的。經斯蒂芬森的努力，終於促使英國政府同意讓火車在這條鐵路上行駛。1825年9月27日，當由斯蒂芬森親自駕駛他自己製造的“運動”號機車，載了450名旅客，以時速24公裏從達林頓駛到斯托克頓時，鐵路運輸事業就從此誕生了。從此，火車終於被世人承認。斯蒂芬森被世界公認為火車的發明人。直到1828年，馬力運輸才被機車運輸取代。這一年在萊茵希爾進行的一次機車比賽，參加比賽的有三人，斯蒂芬森駕駛著他的“火箭號”機車以每小時58公裏的速度行駛了100公裏，戰勝了對手“桑士巴裏號”和“新奇號”，取得了優勝。
電磁感應的發現——法拉第（1831年）
電磁感應實驗——1831年8月，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環上，線圈A接直流電源，線圈B接電流表，他發現，當線圈A的電路接通或斷開的瞬間，線圈B中產生瞬時電流。法拉第發現，鐵環並不是必需的。拿走鐵環，再做這個實驗，上述現象仍然發生。隻是線圈B中的電流弱些。為了透徹研究電磁感應現象，法拉第做了許多實驗。1831年11月24日，法拉第向皇家學會提交的一個報告中，把這種現象定名為“電磁感應現象”，並概括了可以產生感應電流的五種類型：變化著的電流、變化著的磁場、運動的穩恒電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。法拉第之所以能夠取得這一卓越成就，是同他關於各種自然力的統一和轉化的思想密切相關的。正是這種對於自然界各種現象普遍聯係的堅強信念，支持著法拉第始終不渝地為從實驗上證實磁向電的轉化而探索不已。
電磁感應判定——右手定則：伸開右手，使大拇指跟其餘四個手指垂直，並且都跟手掌在一個平麵內，把右手放人磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，大拇指指向導體運動的方向，那麽其餘四個手指所指的方向就是感應電流的方向。
探索過程——因磁通量變化產生感應電動勢的現象(閉合電路的一部分導體在磁場裏做切割磁力線的運動時，導體中就會產生電流，這種現象叫電磁感應)。1820年H_C.奧斯特發現電流磁效應後，許多物理學家便試圖尋找它的逆效應，提出了磁能否產生電，磁能否對電作用的問題。1822年D.F.J.阿喇戈和A.yon洪堡在測量地磁強度時，偶然發現金屬對附近磁針的振**有阻尼作用。1824年，阿喇戈根據這個現象做了銅盤實驗，發現轉動的銅盤會帶動上方自由懸掛的磁針旋轉，但磁針的旋轉與銅盤不同步，稍滯後。電磁阻尼和電磁驅動是最早發現的電磁感應現象，但由於沒有直接表現為感應電流，當時未能予以說明。1831年8月，M.法拉第在軟鐵環兩側分別繞兩個線圈，其一為閉合回路，在導線下端附近平行放置一磁針，另一與電池組相連，接開關，形成有電源的閉合回路。實驗發現，合上開關，磁針偏轉；切斷開關，磁針反向偏轉，這表明在無電池組的線圈中出現了感應電流。法拉第立即意識到，這是一種非恒定的暫態效應。緊接著他做了幾十個實驗，把產生感應電流的情形概括為5類：變化的電流，變化的磁場，運動的恒定電流，運動的磁鐵，在磁場中運動的導體，並把這些現象正式定名為電磁感應。進而，法拉第發現，在相同條件下不同金屬導體回路中產生的感應電流與導體的導電能力成正比，他由此認識到，感應電流是由與導體性質無關的感應電動勢產生的，即使沒有回路沒有感應電流，感應電動勢依然存在。後來，法拉第給出了確定感應電流方向的楞次定律以及描述電磁感應定量規律的法拉第電磁感應定律。並按產生原因的不同，把感應電動勢分為動生電動勢和感生電動勢兩種，前者起源於洛倫茲力，後者起源於變化磁場產生的有旋電場。
意 義——電磁感應現象是電磁學中最重大的發現之一，它顯示了電、磁現象之間的相互聯係和轉化，對其本質的深入研究所揭示的電、磁場之間的聯係，對麥克斯韋電磁場理論的建立具有重大意義。電磁感應現象在電工技術、電子技術以及電磁測量等方麵都有廣泛的應用
電報機的發明——莫爾斯（1837年）
幾千年來，通訊技術曾經長期停滯不前。即使是外敵入侵、邊城告急，除了狼煙報警之外，最快的辦法也不過是驛站快馬傳送文書。17世紀中期，英國海軍推行了旗語，18世紀末，法國政府建立了信號機體係，這才在一定程度上解決了海陸快速傳送消息的困難。通訊技術關鍵性的變革發生在19世紀中期。1832年秋天，在大西洋中航行的一艘郵船上，美國醫生傑克遜給旅客們講電磁鐵原理，旅客中41歲的美國畫家莫爾斯被深深地吸引住了，並牢記住了這些。他聯想起自己所看到的法國信號機體係，它每次隻能憑視力所及傳訊數英裏而已；如果用電流傳輸電磁訊號，不是可以在瞬息之間把消息傳送數千英裏之遙嗎?從這以後，他毅然改行投身於電學研究領域。莫爾斯於1791年出生在美國一個牧師家庭。他青年時研究繪畫和雕刻，曆任過若幹藝術團體的負責職務。他拋卻了鋪著榮譽地毯的藝術之路，轉向尚處於幼年時代的電學，冒著失敗的風險，在崎嶇不平的科技之峰上努力攀登。在試製電報機的過程中，莫爾斯的生活極為困苦，有時甚至挨餓。他節衣縮食，以購置實驗用具。1836年，他不得不重操藝術家的舊業，以解決生計問題。但他始終沒有中斷研究工作。堅持不懈的努力和友人的幫助，莫爾斯終於獲得成功。莫爾斯從在電線中流動的電流在電線突然截止時會進出火花這一事實得到啟發，“異想天開”地想，如果將電流截止片刻發出火花作為一種信號，電流接通而沒有火花作為另一種信號，電流接通時間加長又作為一種信號，這三種信號組合起來，就可以代表全部的字母和數字，文字就可以通過電流在電線中傳到遠處了。經過幾年的琢磨，1837年，莫爾斯設計出了著名且簡單的電碼，稱為莫爾斯電碼，它是利用“點”“劃”和“間隔”(實際上就是時間長短不一的電脈衝信號)的不同組合來表示字母、數字、標點和符號。1844年5月24日，在華盛頓國會大廈聯邦最高法院會議廳裏，一批科學家和政府官員聚精會神地注視著莫爾斯，隻見他親手操縱著電報機，隨著一連串的“點”“劃”信號的發出，遠在64公裏外的巴爾的摩城收到由“嘀”“嗒”聲組成的世界上第一份電報。第一封電報的內容是聖經的詩句：“上帝行了何等的大事。”
照相機的發明——達蓋爾（1839年）
照相是一種能把有形之物原樣不變地記錄下來的技術。古代，人們為了把物體的形狀記錄下來，隻有采取繪畫的方法。但再高明的畫師，也難以把物體的原形毫不走樣地記錄下來。為了解決這個問題，人們發明了利用光學原理的照相。最原始的照相機就是所謂的“針孔照相”。這是通過針孔使物體的像映照在牆壁上的做法。例如著名畫家達。芬奇就曾用這種方法把風景正確地映照在牆上。但是，這種針孔照相本身並不能記錄，隻是投影而已。達·芬奇為了把針孔投影記錄下來，曾經對投影的像用鉛筆描繪，作為記錄。1802年，英國人維丘德首先利用硝酸銀的感光作用，把硝酸銀塗在紙片上，製成了印像片。1827年，法國人尼布斯在錫板或玻璃板上撒上瀝青粉末，上麵再敷上一層油或蠟，使之成為半透明體。在陽光下，經過長時間照射，可以留下實物的白色影子，製成不會消逝的照片。但是，每拍一張這樣的照片，就要在陽光下曬上6至8個小時，這樣複雜的過程顯然不適合實際使用。到了1839年，照相技術有了新進展。一位叫達蓋爾的法國學者在一個偶然的機會裏發現了一種新的感光材料。達蓋爾在研究照相技術時，無意中把一把銀匙放在用碘處理過的金屬板上，過了一會兒，達蓋爾發現這把銀匙的影子居然印到了板上。這一現象使他大為吃驚。於是他專門磨製金屬板，並在上麵塗了碘，用鏡頭進行拍攝，果然拍下了薄薄的影子。這一成功，極大地鼓舞了達蓋爾的信心。達蓋爾繼續向突破照相技術的最後難關進軍。又是一個偶然的發現幫了他的大忙。有一天，達蓋爾到藥品箱中找藥品，突然看到過去曾經曝過光的底片上，影像已經變得十分清晰。這是什麽原因呢?為了找到答案，他每天晚上將一張曝過光的底片放在藥箱裏，第二天早晨，在取出底片的同時取出一瓶藥。他想：如果某一種有效藥品被取出箱外，再放進曝過光的底片就不可能顯現清晰。但是使達蓋爾意外的是，當箱子裏的藥品全部取完後，而底片仍然顯像清晰。這不禁使達蓋爾十分驚異。為了徹底查清原因，達蓋爾把箱子翻來覆去進行反複檢查，終於發現了箱子裏有一些小水銀珠。他立刻意識到，奇跡一定是水銀造成的。經過分析後達蓋爾認為：因箱子裏溫度較高，使水銀蒸發影響底片使其顯像良好。為了證實這一判斷，達蓋爾把曝過光的底片放在暗室裏，用水銀蒸氣進行試驗，果然取得了預期效果。這樣，達蓋爾就解決了照相的關鍵技術——顯影問題。接著，他又解決了定影技術，從而徹底解決了照相技術問題。達蓋爾的發明和現在的照相技術基本上是相同的。所以，照相技術的發明應當歸功於達蓋爾。
發電機的問世——法拉第（1840年）
發電機的發明，是以電磁學的創立為理論基礎的。而奠定電磁學的實驗基礎的，是英國化學家和物理學家法拉第。法拉第由於家庭貧困，隻上過兩年小學，12歲就上街賣報，13歲到一個書商兼訂書匠的家裏當學徒。他求知欲望十分強烈，利用訂書的空閑時間，如饑似渴、廢寢忘食地閱讀了許多有關自然科學方麵的書籍。他在聽過大化學家戴維的科學講演以後，把整理好的講演記錄送給戴維，並且附信，表明自己願意獻身科學事業，同時“毛遂自薦”，結果如願以償，22歲時，他當了戴維的實驗室助手。1820年，奧斯特發現了電流對磁針的作用，法拉第敏銳地認識到它的重要性。1821年，法拉第在日記中寫下了一個設想：用磁生電。到1831年他終於發現，一個通電線圈產生的磁力雖然不能在另一個線圈中引起電流，但是當通電線圈的電流剛接通或中斷時，另一個線圈中的電流指針有微小偏轉。法拉第抓住這個發現反複做試驗，證實了當磁作用力發生變化時，另一個線圈中就有電流產生。法拉第發現線圈在磁場運動中可以產生電流，指明了製造發電機的原理。按照這個原理，最初製造的幾種發電機都用永久磁鐵提供磁場，用蒸汽機帶動線圈轉動。從1840年到1865年，已經有龐大笨重的永久磁鐵發電機在運轉。這種發電機的磁場太弱，發電效率很低。
1866年，德國工程師西門子發明了一種發電機，它能夠提供強有力的電流。西門子年輕的時候曾經在炮兵部隊中工作，熟悉新發展起來的電報。1847年他成立西門子公司，從事生產電報設備和建立電報線路的工作。西門子公司不單是生產現成設備，它還有科學實驗室。這個實驗室發明了用於電報線的樹膠絕緣體和電報裝置中的電樞引鐵等。實驗室的種種發明大大推動了公司的業務活動。為了解決德國電鍍工業對電力的大量需要，在西門子的指導下，1866年公司實驗室研製成功用電磁鐵代替永久磁鐵的自激磁場式發電機。這種新型發電機效率高，發電容量大，成為現代電力工業的基石。有了發電機，發電廠相繼建立起來，輸電網也隨著出現。發電機的誕生標誌著類開始進入電氣時代。
內燃機的發明——奧托（1866年）
內燃機是相對於蒸汽機來說的。蒸汽機是利用煤的燃燒來加熱鍋爐內的水，使水變成蒸汽，且蒸汽具有較高的壓力。將這種蒸汽引人氣缸，從而推動活塞，使曲軸旋轉。因為煤是在氣缸外麵燃燒，所以可以說蒸汽機是一種“外燃機”。由此我們可以推想，如果用某種“適當”的燃料，讓它在氣缸內燃燒，以推動活塞，使曲軸旋轉，就可以稱為“內燃機”了。究竟需要什麽樣的“適當”燃料呢?不難想像：首先，燃料要能方便地送進氣缸，最好能像空氣一樣，能被吸進去；其次，在氣缸裏易燃、好燒；第三，燃燒後氣體要能方便地從氣缸內排出去，不留殘渣，否則氣缸內將很快被殘渣占滿，而且活塞是在氣缸內往複運動的，殘渣會更加劇活塞和氣缸的磨損。這是最基本的三條。還有一些其他的要求，如這種燃料容易獲得，攜帶方便，使用安全等。但隻要能滿足以上三條，內燃機的設想即可實現。人類的生產實踐和科學試驗使符合上述三個基本條件要求的燃料一個一個地實現了。最早出現的是煤氣。煤氣是將木炭或煤等，置於通風不太好的爐子裏燃燒而產生出來的一種氣體。它的主要成分是一種容易燃燒的一氧化碳氣體。一氧化碳燃燒後生成二氧化碳，仍是氣體，一般沒有什麽殘渣。所以，煤氣是滿足上述要求的。正是在這樣的條件下，1866年，德國人奧托創製了第一台能夠實際使用的煤氣內燃機。這台內燃機除了有氣缸、活塞、連杆、曲軸、飛輪外，與蒸汽機不同的是：氣缸上有兩個蘑菇形的氣門，一個為進氣門，另一個為排氣門。為了定時開啟這兩個氣門，在內燃機內設置了一根由曲軸帶動的凸輪軸，對應每個氣門，凸輪軸上就有一個相應的凸輪，當凸輪的較多部位轉到與氣門杆的端部接觸時，氣門便被推開；當凸輪較高部位轉過去後，氣門便在氣門彈簧的作用下關閉。奧托的內燃機在當時可算得上最出色的動力機械了，本身小巧緊湊，運轉較平穩，費用較低。但在當時卻未能得到廣泛采用，這主要是由於它需要一個較大的煤氣發生爐給它提供煤氣。因此，在重量、體積和起動前的準備工作等方麵與蒸汽機相比，優越性就不太多。加之內燃機剛出現，故障較多，人們對它的興趣也就不大了。事隔不久，另一種比它好的內燃機出現了，這就是現代汽車上裝用的汽油機的原型。當時，好幾個國家都先後有人造出了這種內燃機。不過，較有代表性和很快得到實用的是1882年由德國人戴姆勒造出的汽油內燃機。從汽油內燃機這一名稱，即可想到它用的燃料就是汽油。將汽油用於內燃機，首先遇到的是如何將**的汽油與空氣均勻而迅速地混合起來，形成很好的可燃混合氣，供給內燃機工作。為此，戴姆勒創造了一個化油器。化油器的基本原理就是利用內燃機進氣過程中，氣流通過化油器中的一個“喉管”將汽油吸出並吹散，而形成混合氣。戴姆勒的汽油機轉動起來了，一條驚人的消息轟動了歐洲：這台汽油機創造了當時令人難以置信的高轉速——每分鍾1000多轉。這樣的轉速在我們現在看來實在很平常，但那時人們所見過的隻有每分鍾200多轉的蒸汽機，自然認為這是十分了不起的事了。石油裏的汽油可供汽油機用，剩下的部分還有沒有可作內燃機燃料的呢?新的探索又開始了。石油加溫後，汽油被蒸餾出去了，再將溫度升高一些，另一種油——柴油又被蒸餾出來。柴油不易蒸發，也難以用氣流來吹散它。要使它與空氣形成易燃混合氣，隻好另找途徑。1893年，—個叫狄賽爾的德國人首先造出了一台用柴油作燃料的內燃機，並於1897年製成壓燃式的柴油機及其噴油裝置。後來，由於製作經驗不成熟卻忙於向各國推銷，第一批20台售出後紛紛退貨。但是柴油機固有的優點卻得到不斷完善和發展。在‘1904年已有近千台50～100馬力的柴油機在使用。1908年至1914.年間，有6個國家的潛艇采用柴油機驅動，這是柴油機取得發展的重要標誌。
元素周期律的發現——門捷列夫（1869年）
概述——俄羅斯化學家門捷列夫(1834～1907年)，生在西伯利亞。他從小熱愛勞動，喜愛大自然，學習勤奮。
1860年門捷列夫在為著作《化學原理》一書考慮寫作計劃時，深為無機化學的缺乏係統性所困擾。於是，他開始搜集每一個已知元素的性質資料和有關數據，把前人在實踐中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人類關於元素問題的長期實踐和認識活動，為他提供了豐富的材料。他在研究前人所得成果的基礎上，發現一些元素除有特性之外還有共性。例如，已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性質；堿金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時，都很快就被氧化，因此都是隻能以化合物形式存在於自然界中；有的金屬如銅、銀、金都能長久保持在空氣中而不被腐蝕，正因為如此，它們被稱為貴金屬。於是，門捷列夫開始試著排列這些元素。他把每個元素都建立了一張長方形紙板卡片，在每一塊長方形紙板上寫上了元素符號、原子量、元素性質及其化合物，然後把它們釘在實驗室的牆上排了又排。經過了一係列的排隊以後，他發現了元素化學性質的規律性。元素周期律揭示了一個非常重要而有趣的規律：元素的性質，隨著原子量的增加呈周期性的變化，但又不是簡單的重複。門捷列夫根據這個道理，不但糾正了一些有錯誤的原子量，還先後預言了15種以上的未知元素的存在。結果，有三個元素在門捷列夫還在世的時候就被發現了。1875年，法國化學家布瓦博德蘭，發現了第一個待填補的元素，命名為镓。這個元素的一切性質都和門捷列夫預言的一樣，隻是比重不一致。門捷列夫為此寫了一封信給巴黎科學院，指出镓的比重應該是5.9左右，而不是4.7。當時镓還在布瓦博德蘭手裏，門捷列夫還沒有見到過。這件事使布瓦博德蘭大為驚訝，於是他設法提純，重新測量镓的比重，結果證實了門捷列夫的預言，比重確實是5.94。這一結果大大提高了人們對元素周期律的認識，同時也說明很多科學理論被稱為真理，不是在科學家創立這些理論的時候，而是在這一理論不斷被實踐所證實的時候。當年門捷列夫通過元素周期表預言新元素時，有的科學家說他狂妄地臆造一些不存在的元素，而通過實踐，門捷列夫的理論受到了越來越普遍的重視。後來，人們根據周期律理論，把已經發現的100多種元素排列、分類，列出了今天的化學元素周期表，張貼於實驗室牆壁上，編排於辭書後麵。它更是我們每一位學生在學化學的時候，都必須學習和掌握的一課。現在，我們知道，在人類生活的浩瀚的宇宙裏，一切物質都是由這100多種元素組成的，包括我們人本身在內。可是，化學元素是什麽呢?化學元素是同類原子的總稱。所以，人們常說，原子是構成物質世界的“基本磚石”，這從一定意義上來說，還是可以的。然而，化學元素周期律說明，化學元素並不是孤立地存在和互相毫無關聯的。這些事實意味著，元素原子還肯定會有自己的內在規律。這裏已經孕育著物質結構理論的變革。終於，到了19世紀末，實踐有了新的發展，放射性元素和電子被發現了，這本來是揭開原子內幕的極好機會。可是門捷列夫在實踐麵前卻產生了困惑。一方麵他害怕這些發現“會使事情複雜化”，動搖“整個世界觀的基礎”；另一方麵又感到這“將是十分有趣的事……周期性規律的原因也許會被揭示”。但門捷列夫本人就在將要揭開周期律本質的前夜——1907年帶著這種矛盾的思想逝世了。門捷列夫並沒有看到，正是由於19世紀末、20世紀初的一係列偉大發現和實踐，揭示了元素周期律的本質，摒棄了門捷列夫那個時代關於原子不可分的舊觀念。在摒棄其不準確的部分的同時，充分肯定了它的合理內涵和曆史地位。在此基礎上誕生的元素周期律的新理論，比當年門捷列夫的理論更具有真理性。
元素周期的探索之路——攀登科學高峰的路，是一條艱苦而又曲折的路。門捷列夫在這條路上，也是吃盡了苦頭。當他擔任化學副教授以後，負責講授《化學基礎》課。在理論化學裏應該指出自然界到底有多少元素?元素之間有什麽異同和存在什麽內部聯係?新的元素應該怎樣去發現?這些問題，當時的化學界正處在探索階段。各國的化學家們，為了打開這秘密的大門，進行了頑強的努力。雖然有些化學家如德貝萊納和紐蘭茲在一定深度和不同角度客觀地敘述了元素間的某些聯係，但由於他們沒有把所有元素作為整體來概括，所以沒有找到元素的正確分類原則。年輕的學者門捷列夫也毫無畏懼地衝進了這個領域，開始了艱難的探索工作。他不分晝夜地研究著，探求元素的化學特性和它們的一般的原子特性，然後將每個元素記在一張小紙卡上。他企圖在元素全部的複雜的特性裏，捕捉元素的共同性。雖然他的研究一次又一次地失敗了。但他不屈服，不灰心，堅持幹下去。為了徹底解決這個問題，他又走出實驗室，開始出外考察和整理收集資料。1859年，他去德國海德爾堡進行科學深造。兩年中，他集中精力研究了物理化學，使他探索元素間內在聯係的基礎更紮實了。1862年，他對巴庫油田進行了考察，對**進行了深入研究，重測了一些元素的原子量，使他對元素的特性有了深刻的了解。1867年，他借應邀參加在法國舉行的世界工業展覽俄羅斯陳列館工作的機會，參觀和考察了法國、德國、比利時的許多化工廠、實驗室，這讓他大開眼界，更加豐富了元素方麵的知識。這些實踐活動，不僅增長了他認識自然的才幹，而且對他發現元素周期律，奠定了雄厚的基礎。門捷列夫又返回實驗室，繼續研究他的紙卡。他把重新測定過的原子量的元素，按照原子量的大小依次排列起來。他發現性質相似的元素，它們的原子量並不相近；相反，有些性質不同的元素，它們的原子量反而相近。他緊緊抓住元素的原子量與性質之間的相互關係，不停地研究著。他的腦子因過度緊張而經常昏眩。但是，他的心血並沒有白費，在1869年2月19日，他終於發現了元素周期律。他的周期律說明：簡單物體的性質，以及元素化合物的形式和性質，都和元素原子量的大小有周期性的依賴關係。門捷列夫在排列元素表的過程中，又大膽指出，當時一些公認的原子量不到元素的正確分類原則。年輕的學者門捷列夫也毫無畏懼地衝進了這個領域，開始了艱難的探索工作。他不分晝夜地研究著，探求元素的化學特性和它們的一般的原子特性，然後將每個元素記在一張小紙卡上。他企圖在元素全部的複雜的特性裏，捕捉元素的共同性。雖然他的研究一次又一次地失敗了。但他不屈服，不灰心，堅持幹下去。為了徹底解決這個問題，他又走出實驗室，開始出外考察和整理收集資料。1859年，他去德國海德爾堡進行科學深造。兩年中，他集中精力研究了物理化學，使他探索元素間內在聯係的基礎更紮實了。1862年，他對巴庫油田進行了考察，對**進行了深入研究，重測了一些元素的原子量，使他對元素的特性有了深刻的了解。1867年，他借應邀參加在法國舉行的世界工業展覽俄羅斯陳列館工作的機會，參觀和考察了法國、德國、比利時的許多化工廠、實驗室，這讓他大開眼界，更加豐富了元素方麵的知識。這些實踐活動，不僅增長了他認識自然的才幹，而且對他發現元素周期律，奠定了雄厚的基礎。門捷列夫又返回實驗室，繼續研究他的紙卡。他把重新測定過的原子量的元素，按照原子量的大小依次排列起來。他發現性質相似的元素，它們的原子量並不相近；相反，有些性質不同的元素，它們的原子量反而相近。他緊緊抓住元素的原子量與性質之間的相互關係，不停地研究著。他的腦子因過度緊張而經常昏眩。但是，他的心血並沒有白費，在1869年2月19日，他終於發現了元素周期律。他的周期律說明：簡單物體的性質，以及元素化合物的形式和性質，都和元素原子量的大小有周期性的依賴關係。門捷列夫在排列元素表的過程中，又大膽指出，當時一些公認的原子量不準確。如那時金的原子量公認為169.2，按此在元素表中，金應排在鋨、鉑的前麵，因為它們被公認的原子量分別為198.6、196.7，而門捷列夫堅定地認為金應排列在這三種元素的後麵，原子量都應重新測定。大家重測的結果，鋨為190.9、鉑為195.2，而金是197.2。實踐證實了門捷列夫的論斷，也證明了周期律的正確性。在門捷列夫編製的周期表中，還留有很多空格，這些空格應由尚未發現的元素來填滿。門捷列夫從理論上計算出這些尚未發現的元素的最重要性質，斷定它們介於鄰近元素的性質之間。例如，在鋅與砷之間的兩個空格中，他預言這兩個未知元素的性質分別為類鋁和類矽。就在他預言後的四年，法國化學家布阿勃朗用光譜分析法，從門鋅礦中發現了镓。實驗證明，镓的性質非常像鋁，也就是門捷列夫預言的類鋁。镓的發現，具有重大的意義，它充分說明元素周期律是自然界的一條客觀規律，為以後元素的研究，新元素的探索，新物資、新材料的尋找，提供了一個可遵循的規律。元素周期律像重炮一樣，在世界上空轟響了，門捷列夫也因此聞名於世界!
電話的發明——貝爾（1875年）
“我知道命運掌握在我自己的手中，我知道巨大的成功馬上就要到來。”貝爾曾自信地向世界這樣宣告。
貝爾1847年3月3日出生於英國蘇格蘭的愛丁堡。他的父親是一位嗓音生理學家，並且是矯正說話、教授聾人的專家。1862年貝爾進入著名的英國愛丁堡大學，選擇語音學作為自己的專業，貝爾通過總結父輩們的經驗進步很快。1867年畢業後又進英國倫敦大學攻讀語言學。就在此時，英國發生大規模的肺病，貝爾先後失去了兩個兄弟，其父帶著全家遷居到加拿大以躲避瘟疫。1869年22歲的貝爾受聘為美國波士頓大學語言學教授，擔任聲學講座的主講。在莫爾斯電報發明後的20多年中無數科學家試圖直接用電流傳遞語音，貝爾也把發明電話作為自己義不容辭的責任。但由於電話是傳遞連續的信號而不是電報那樣不連續的通斷信號，在當時的難度好比登天。他曾試圖用連續振動的曲線來使聾啞人看出“話”來，沒有成功。但在實驗中，他發現了一個有趣現象：每次電流通斷時線圈發出類似於莫爾斯電碼的“滴答”聲，.這引起貝爾大膽的設想：如果能用電流強度模擬出聲音的變化不就可以用電流傳遞語音了嗎?隨後的兩年內貝爾刻苦用功掌握了電學，再加上他紮實的語言學知識，使他如同插上了翅膀。他辭去了教授職務，一心紮入發明電話的試驗中。在萬事俱備隻缺合作者時他偶然遇到了18歲的電氣工程師沃特森。兩年後，經過無數次失敗後，他們終於製成了兩台粗糙的樣機：圓筒底部的薄膜中央連接著插入硫酸的碳棒，人說話時薄膜振動改變電阻使電流變化，在接收處再利用電磁原理將電信號變回語音。但不幸的是，試驗失敗了，兩人的聲音是通過公寓的天花板而不是通過機器互相傳遞的。正在他們冥思苦想之時，窗外吉他的丁冬聲提醒了他們：送話器和受話器的靈敏度太低了!他們連續兩天兩夜自製了音箱、改進了機器。然後開始實驗，剛開始沃特森隻從受話器裏聽到嘶嘶的電流聲，終於他聽到了貝爾清晰的聲音“沃特森先生，快來呀!我需要你!”1875年6月2日傍晚，當時貝爾28歲，沃特森21歲。他們趁熱打鐵，幾經半年的改進，終於製成了世界上第一台實用的電話機。1876年3月3日(貝爾的29歲生日)，貝爾的專利申請被批準。其實，在貝爾申請電話專利的同一天幾小時後，另一位傑出的發明家艾利沙·格雷也為他的電話申請專利。由於這幾個小時之差，美國最高法院裁定貝爾為電話的發明者。回到波士頓後兩人繼續對它進行改進，同時抓住一切時機進行宣傳。兩年後的1878年，貝爾在波士頓和沃特森在相距300多公裏的紐約之間首次進行了長途電話實驗。與34年前莫爾斯一樣取得了成功。所不同的是他們舉行的是科普宣傳會，雙方的現場聽眾可以互相交談。中途出了個小小的問題：表演最後節目的黑人歌手聽到遠方貝爾的聲音後緊張得出不了聲，急中生智的貝爾讓沃特森代替，沃特森鼓足勇氣的歌唱使雙方的聽眾不時傳來陣陣掌聲和歡笑聲，試驗圓滿成功。1877年，也就是貝爾發明電話後的第二年，在波士頓設的第一條電話線路開通了，這溝通了查爾期·威廉期先生的各工廠和他在薩默維爾私人住宅之間的聯係。也就在這一年，有人第一次用電話給《波士頓環球報》發送了新聞消息，從此開始了公眾使用電話的時代。1922年，貝爾逝世於加拿大巴德克，享年75歲。
電燈的發明——愛迪生（1879年）
在電燈問世以前，人們普遍使用的照明工具是煤油燈或煤氣燈。這種燈因燃燒煤油或煤氣，因此，有濃烈的黑煙和刺鼻的臭味，並且要經常添加燃料，擦洗燈罩，因而很不方便。更嚴重的是，這種燈很容易引起火災，釀成大禍。多少年來，很多科學家想盡辦法，想發明一種既安全又方便的電燈。19世紀初，英國一位化學家用2000節電池和兩根炭棒，製成世界上第一盞弧光燈。但這種光線太強，隻能安裝在街道或廣場上，普通家庭無法使用。無數科學家為此絞盡腦汁，想製造一種價廉物美、經久耐用的家用電燈。這一天終於來到了。1879年10月21日，一位美國發明家通過長期的反複試驗，終於點燃了世界上第一盞有實用價值的電燈。從此，這位發明家的名字就像他發明的電燈一樣，走入了千家萬戶。他，就是被後人讚譽為“發明大王”的愛迪生。1847年2月l 1日，愛迪生誕生於美國俄亥俄州的米蘭鎮。他一生隻在學校裏念過三個月的書，但他勤奮好學，勤於思考，其發明創造了電燈、留聲機、電影攝影機等1000多種成果，為人類做出了重大的貢獻。愛迪生12歲時，便沉迷於科學實驗之中，經過自己孜孜不倦地自學和實驗，16歲那年，便發明了每小時拍發一個信號的自動電報機。後來，又接連發明了自動數票機、第一架實用打字機、二重與四重電報機、自動電話機和留聲機等。有了這些發明成果的愛迪生並不滿足，1878年9月，愛迪生決定向電力照明這個堡壘發起進攻。他翻閱了大量的有關電力照明的書籍，決心製造出價錢便宜，經久耐用，而且安全方便的電燈。他從白熱燈著手試驗。把一小截耐熱的東西裝在玻璃泡裏，當電流把它燒到白熱化的程度時，便由熱而發光。他首先想到炭，於是就把一小截炭絲裝進玻璃泡裏，可剛一通電馬上就斷裂了。“這是什麽原因呢?”愛迪生拿起斷成兩段的炭絲，再看看玻璃泡，過了許久，才忽然想起，“噢，也許因為這裏麵有空氣，空氣中的氧又幫助炭絲燃燒，致使它馬上斷掉!”於是他用自己手製的抽氣機，盡可能地把玻璃泡裏的空氣抽掉。一通電，果然沒有馬上熄掉。但8分鍾後，燈還是滅了。可不管怎麽說，愛迪生終於發現：真空狀態時白熱燈顯得非常重要，關鍵是炭絲，問題的症結就在這裏。那麽應選擇什麽樣的耐熱材料好呢？愛迪生左思右想，終於想到熔點最高，耐熱性較強要算白金啦!於是，愛迪生和他的助手們，用白金試了好幾次，可這種熔點較高的白金，雖然使電燈發光時間延長了許多，但不時要自動熄掉再自動發光，仍然很不理想。愛迪生並不氣餒，繼續著自己的試驗工作。他先後試用了鋇、鈦、錮等各種稀有金屬，效果都不很理想。過了一段時問，愛迪生對前邊的實驗工作做了一個總結，把自己所能想到的各種耐熱材料全部寫下來，總共有1600種之多。接下來，他與助手們將這1600種耐熱材料分門別類地開始試驗，可試來試去，還是采用白金最為合適。由於改進了抽氣方法，使玻璃泡內的真空程度更高，燈的壽命已延長到2個小時。但這種由白金為材料做成的燈，價格太昂貴了，誰願花這麽多錢去買隻能用2個小時的電燈呢?實驗工作陷人了低穀，愛迪生非常苦惱，一個寒冷的冬天，愛迪生在爐火旁閑坐，看著熾烈的炭火，口中不禁自言自語道：“炭炭……”可用木炭做的炭條已經試過，該怎麽辦呢?愛迪生感到渾身燥熱，順手把脖子上的圍巾扯下，看到這用棉紗織成的圍脖，愛迪生腦海突然萌發了一個念頭：“對!棉紗的纖維比木材的好，能不能用這種材料?”他急忙從圍巾上扯下一根棉紗，在爐火上烤了好長時間，棉紗變成了焦焦的炭。他小心地把這根炭絲裝進玻璃泡裏，一試驗，效果果然很好。愛迪生非常高興，緊接又製造很多棉紗做成的炭絲，連續進行了多次試驗，燈泡的壽命一下子延長13個小時，後來又達到45小時。這個消息一傳開，轟動了整個世界。使英國倫敦的煤氣股票價格狂跌，煤.氣行也出現一片混亂。人們預感到，點燃煤氣燈即將成為曆史，未來將是電光的時代。大家紛紛向愛迪生祝賀，可愛迪生卻無絲毫高興的樣子，搖頭說道：“不行，還得找其它材料!”“怎麽，亮了45個小時還不行?”助手吃驚地問道。“不行!我希望它能亮1000個小時，最好是16000個小時!”愛迪生答道。大家知道，亮1000多個小時固然很好，可去找什麽材料合適呢?愛迪生這時心中已有數。他根據棉紗的性質，決定從植物纖維這方麵去尋找新的材料。於是，馬拉鬆式的試驗又開始了。凡是植物方麵的材料，隻要能找到，愛迪生都做了試驗，甚至連馬的鬃，人的頭發和胡子都拿來當燈絲試驗。最後，愛迪生選擇竹這種植物。他在試驗之前，先取出一片竹子，用顯微鏡一看，高興得跳了起來。於是，把炭化後的竹絲裝進玻璃泡，通上電後，這種竹絲燈泡競連續不斷地亮了1200個小時!這下，愛迪生終於鬆了口氣，助手們紛紛向他祝賀，可他又認真地說道：“世界各地有很多竹子，其結構不盡相同，我們應認真挑選一下!”助手們深為愛迪生精益求精的科學態度所感動，紛紛自告奮勇到各地去考察。經過比較，在日本出產的一種竹子最為合適，便大量從日本進口這種竹子。與此同時，愛迪生又開設電廠，架設電線。過了不久，美國人民便用上這種價廉物美，經久耐用的竹絲燈泡。竹絲燈用了很多年。直到1906年，愛迪生又改用鎢絲來做，使燈泡的質量又得到提高，一直沿用到今天。當人們點亮電燈時，每每會想到這位偉大的發明家。是他，給黑暗帶來無窮無盡的光明。1979年，美國花費了幾百萬美元，舉行長達一年之久的紀念活動，來紀念愛迪生發明電燈一百周年。
汽車的發明——本茨（1885年）
也許我們都聽說過或見到過“本茨”牌小轎車。“本茨”牌小轎車就是以汽車的發明者卡爾·本茨的名字命名的。
1885年，卡爾·本茨造出了世界上第一輛裝有四衝程汽油發動機的輕型三輪車，這要算是世界上最古老的汽車了。這輛汽車的試製成功，奠定了今天汽車工業的基礎。卡爾·本茨1848年生在德國，他的父親在鐵路上工作。年輕時，他曾在工業學校學習數學和機械。後來他又在工廠的工作中積累了許多實際操作的經驗。1871年，本茨在曼德投資建立了工廠，並開始了對內燃機的研究。他是怎樣開始對內燃機產生興趣的呢?原來，當時自行車已經發明。不過，那時的自行車和我們現在的自行車不同。那時的自行車的腳蹬是裝在非常大的前輪上的，蹬起來非常費力。本茨想：如果能把發動機裝在自行車上，行動起來，就會既快又省力了。那個時候，歐洲已有一些國家利用蒸汽機來驅動船舶和火車。但由於蒸汽機非常笨重而且是燃料在汽缸外燃燒的外燃機，所以無法裝在自行車和其他的輕型車輛上。經過詳細調查，本茨發現發動機中了除了蒸汽機之外，還有燃汽機。燃汽機是一種將汽缸中的易燃氣體點火引爆，然後利用氣體爆炸膨脹所產生的力量來推動汽缸中的活塞的內燃機。當活塞的運動通過連杆帶動汽車的傳動軸時，傳動軸就會驅動車輪旋轉起來。當時所用的易燃氣體是煤氣。1878年，本茨製成了使用煤氣的燃氣機。緊接著，他又開始研究把發動機裝在小型四輪和三輪車上。由於燃氣機需要製造裝氣體的裝置，這個裝置很大，所以無法裝在輕裝的車輛上。為了解決這個問題，本茨絞盡了腦汁。一天，本茨聽到了這樣一件事，有人用汽油清除衣服上的汙垢時，使得屋子裏充滿了汽油，當火苗接觸到這些彌漫在屋子裏的汽油時汽油發生了爆炸。本茨想，汽油既然有這麽大的威力，可不可以將汽油用來代替煤氣呢?這樣，就不再需要裝氣體的裝置，發動機的體積和重量就會得到很好的改善。在這之前，一位法國人曾製造過汽油發動機，但發現它的力量不大。本茨通過研究發現，蒸發後的汽油直接用在發動機中，是效率不佳的主要原因。本茨不斷改變混雜在汽油中的空氣比例，分析爆炸的強度。他發現，當壓縮混合氣體使其密度增加時，爆炸力就會隨之增強。由此本茨成功地製造出了體積小、力量大的汽油發動機。但是這種內燃機因為隻有一個汽缸，所以把它裝在汽車上，汽車行駛起來很不平穩。英國科學家克拉克發明了一項改進措施，就是在一台內燃機中裝上兩個汽缸。當一個汽缸處在回複階段時，讓另一個汽缸爆燃做功，兩個汽缸交替做功，使輸出的動力均勻起來。本茨采用了這種方法，製成了四衝程的內燃機。1885年，本茨首次成功地將內燃機與車輪結合在一起。他把他製造的汽油發動機裝在了三輪車上。到1885年的秋天，本茨所製造的汽車已能以每小時12公裏的速度穩定地行駛了。由於它用汽油內燃機作動力，所以被人們叫做汽車。這就是世界上第一輛汽車。
無線廣播的發明——赫茲（1889年）
在現代信息社會中，無線電廣播技術起著極為重要的作用。而廣播技術的發明過程是很複雜的，它是多種重要發明匯合起來形成的一個大型技術。
無線電的發明是德國人赫茲的功績。1889年，赫茲發現，在火花線圈的兩端加上高電壓使它發生火花，這時便從火花射出電波，可以使遠處的線圈產生電流，無線電的基礎就是電波的利用。有記載的首次成功的無線電廣播是在1906年的聖誕節之夜。美國的費森登使用功率為l千瓦、頻率為50赫茲的交流發電機，借助麥克風進行調製、播發講話和音樂，許多地區，包括海上的船隻都可清楚地收聽到。第一次世界大戰前，許多國家進行無線電廣播試驗。大戰期間，比利時、荷蘭和德國出現一些地區性廣播節目。正規的定時廣播是從1920年開始的。兩年後，在美國約有600個廣播台，100萬聽眾。在英國，馬可尼公司進一步試驗，並於1922年5月在倫敦創辦了著名的ZLD廣播台。無線電廣播技術史上一個最重要的進展方向是使用波長的不斷縮短。在20年代，所使用的波長是長波和中波。許多國家完全依賴中波。由於傳播距離有限，不得不建立許多中繼站。有些國家除中波外還利用長波，因為使用功率強大的發射機發射的長波，可以覆蓋全國。地麵波傳播理論使人們以為隻有長波才能遠距離傳播，而波長在200米以下的短波，由於傳播距離極短，不會有什麽用處。可是，大批無線電業餘愛好者由於在長波波段的活動受到限製，一心想在較短波長的波段內創造奇跡。第一次大戰結束後，那些人了迷的業餘愛好者積極探索用短波通信的可能性。他們夜以繼日地在家中安裝無線電裝置，進行試驗探索。1921年12月，在從美國到英國的試驗中，利用200米波獲得成功，從此短波長廣播成為長距離廣播的主要方式。與長波相比，短波傳播可以做到有較強的方向性，因而用較低的功率就可以發射到較遠的距離。所以200米短波廣播試驗成功後，對短波的研究進展很快，特別是荷蘭的年輕工程師馮·貝茨利爾於1925年4月建造了一個波長約為30米的發射機，在5月13日的試驗中，在印度尼西亞收到了這個發射機發射的信號。兩個月後，在荷蘭和印尼之間建立了短波無線電聯係。後來還發現，用特製的高頻發射管製造的發射機可以向世界範圍發射信號。1927年6月1日，荷蘭女皇利用這種發射機向東、西印度群島發表了廣播講話，這是第一個“世界廣播係統”。從此，在長距離廣播中，短波取代了長波。利用波長更短的微波進行通信的研究早在20年代就開始了。1920年研製成功的巴克豪森板柵振**器可以有效地發射40厘米的微波，引起了人們對微波的興趣。1929年，法國人克拉維爾開始研究如何利用微波進行通信。1931年3月，克拉維爾和他的同事在加來和多佛爾之間40公裏的距離上進行試驗，證明了微波通信的高質量、獨立、靈活和經濟。1933年，他建立了英法之間的第一條商用微波無線電線路。40年代發現微波在對流層中的散射現象後，發展起微波超視距通信，它的特點是距離遠、容量大、保密性好、適合於軍事通信，但也有可靠性差和所需發射功率大等缺點。
柴油機之父——狄塞爾（1892年）
隨著對汽車油耗和排放的限製越來越嚴，柴油機對汽車生產商的吸引力也越來越大。提起柴油機，不能不講到它的發明者魯道夫·狄塞爾。魯道夫·狄塞爾，1858年3月出生在法國巴黎，父母是在法國打工的德國工人。法、德交惡後，狄塞爾一家被驅逐回德國。家庭的生活也隨之困難起來。但小狄塞爾學習勤奮，中學畢業時以最高分數獲得了獎學金，進入慕尼黑工業大學學習。1879年，年僅2l歲的狄塞爾大學畢業。當上了一名冷藏專業工程師。在工作中，狄塞爾深感當時的蒸汽機效率極低，萌發了設計新型發動機的念頭。在積蓄了一些資金後，狄塞爾辭去了製冷工程師的職務，自己開辦了一家發動機實驗室。針對蒸汽機效率低的弱點，狄塞爾專注於開發高效率的內燃機。當時尼古拉斯·奧托發明的點火式內燃機已較成熟，但那時奧托發動機的燃料是煤氣，儲存、攜帶均不方便，效率也受到影響。19世紀末，石油產品在歐洲極為罕見，於是狄塞爾決定選用植物油來解決機器的燃料問題(他用於實驗的是花生油)。因為植物油點火性能不佳，無法套用奧托內燃機的結構。狄塞爾決定另起爐灶，提高內燃機的壓縮比，利用壓縮產生的高溫高壓點燃油料。後來，這種壓燃式發動機循環便被稱為狄塞爾循環。像所有偉大的發明家一樣，狄塞爾的前進道路上困難重重。實驗證明，植物油燃燒不穩定，成本也太高，難以承擔狄塞爾的“重任”。好在當時石油製品在歐洲逐漸普及，狄塞爾選擇了本來用於取暖的重餾分燃油——柴油作為機器的燃料。壓燃式發動機的結構強度始終是個難題。一次實驗中，汽缸上的零件像炮彈碎片一樣四處飛散，差點兒造成人員傷亡。實驗不順利，狄塞爾的資金也漸漸耗盡。他不得不回到製冷機工廠謀生。但狄塞爾沒有向困難屈服，他利用業餘時間繼續實驗，一步步完善自己的機器。1892年，狄塞爾終於能夠向全世界展示自己的成果——一台實用的柴油動力壓燃式發動機。這種發動機功率大，油耗低，可使用劣質燃油，顯示出輝煌的發展前景。狄塞爾隨即投人到柴油機生產的商業冒險中。不幸的是，作為優秀的工程師，狄塞爾缺乏商業頭腦，他在經濟上漸漸陷入困境。1913年狄塞爾已處於破產的邊緣。這一年夏天，狄塞爾在乘坐英吉利海峽的渡輪時，突然失蹤，據說是投海自殺。但狄塞爾發明的柴油機，在汽車、船舶和整個工業領域得到越來越廣泛的發展。
x射線的發現——倫琴（1895年）
x射線的發現過程，是一個充滿偶然性的故事。1895年，在德國中部的巴伐利亞，倫琴博士正在進行有關密封玻璃管裏的發光現象的試驗。這就是：在裝有兩個電極的真空玻璃管(雷鈉管)電極上進行加上高電壓的實驗。這項實驗本身並不新鮮，是當時的科學家都知道的，一加高電壓，管內就要發光。但是為什麽發光，當時還是一個謎。1895年11月8日下午，倫琴和夫人吃完了飯，回到實驗室來，要再次觀察雷鈉管的發光現象。他從架子上拿了一隻雷鈉管，用黑色紙套把它嚴嚴實實地包了起來。接著，他關上門窗，把房間弄黑，然後給管子接通高壓電源，讓管子放電，以便檢查黑色紙套是否漏光。正當他準備開始正式實驗時，突然發現一種奇異的現象：附近的小工作台上有一塊塗了氰亞鉑酸鋇的紙板發出一片明亮的熒光。切斷電源，熒光也隨之消失了。倫琴發現這一現象後，又仔細觀察了產生這種現象的原因，他讓一係列放電通過陰極射線管，結果紙板上出現了同樣的閃光。他確信，紙板發出的熒光，不可能是陰極射線形成的，因為陰極射線的能量連幾厘米以上的空氣都穿不透，而雷鈉管離小工作台有兩米多遠，陰極射線是無法穿越這樣長的距離的。於是，倫琴又把紙板移開，換上照相膠板，結果膠板感光了。接著，他又在雷鈉管和照相底板之間放上幾種東西：鑰匙、自己常用的獵槍。令人驚奇的是，就連鑰匙和獵槍金屬部分的細小之處都清清楚楚地照出來了。這真是一個驚人的發現。接著，倫琴又讓他的夫人把手放在雷鈉管和膠板中間，結果，夫人手上的每塊骨頭以及手上戴的戒指都照出來了。從那天起，倫琴就住在了實驗室，夜以繼日地進行著研究試驗，終於在1895年12月28日發表了研究報告。1896年1月5日，關於x射線的重大報道在維也納日報上刊出，立即引起全世界的注意。在美國報道此事4天之後，就有人用x射線發現了患者腳上的子彈。x射線很快就進入了醫學領域。當時英國一位著名外科醫生托馬斯.亨利稱之為“診斷史上的一個最大的裏程碑”。1901年，倫琴由於發現x射線的貢獻，獲得了諾貝爾物理學獎金。
無線電的發明——馬可尼（1895年）
無線電技術就是利用無線電波傳輸信息的通信方式。能傳輸聲音、文字、數據和圖像等。與有線電通信相比，不需要架設傳輸線路，不受通信距離限製，機動性好，建立迅速；但傳輸質量不穩定，信號易受幹擾或易被截獲，保密性差。人類發明了電報和電話後，信息傳播的速度不知比以往快了多少倍。電報、電話的出現縮短了各大陸、各國家人民之間的距離感。但是，當初的電報、電話都是靠電流在導線內傳輸信號的，這使通信受到很大的局限。譬如，要通信首先要有線路，而架設線路受到客觀條件的限製。高山、大河、海洋均給線路的建造和維護帶來很大的困難。況且，極需要通信聯絡的海上船舶，以及後來發明的飛機，因它們都是會移動的交通工具，所以是無法用有線方式與地麵人們聯絡。19世紀發明的無線電通訊技術，使通信擺脫了依賴導線的方式，是通信技術上的一次飛躍，也是人類科技史上的一個重要成就。1894年，即赫茲去世的那年，馬可尼剛滿20歲，他在電氣雜誌上讀到了赫茲的實驗和洛奇的報告。從小就喜歡擺弄線圈、電鈴的他，便一頭鑽進了電磁波的研究中。他想既然赫茲能在幾米外測出電磁波，那麽隻要有足夠靈敏的檢波器，也一定能在更遠的地方測出電磁波。經過多次的失敗，他終於邁出了可喜的第一步。他在家中的樓上安裝了發射電波的裝置，樓下放置了檢波器，檢波器與電鈴相接。他在樓上一接通電源，樓下的電鈴就響了起來。晚上，當父親看到了這個新奇的裝置，把以前憋在肚子裏的火氣和不滿都拋到九霄雲外，再也不叫他“不切實際的空想家”了。並開始給兒子經濟資助，讓他一心搞實驗。馬可尼初次告捷後，信心增強了。他大量收集資料和文章，不管這些文章的作者是有名氣的還是無名氣的，隻要對他有用，有所啟發的文章，他都耐心閱讀，仔細分析。他把各家的缺點分析清楚，把各人的長處集合起來，改進自己的機器。1895年夏天，馬可尼又完成了一次非常成功的實驗。到了秋天，實驗又獲得很大的進步。他把一隻煤油桶展開，變成一塊大鐵板，作為發射的天線。把接收機的天線高掛在一棵大樹上，用以增加接收的靈敏度。他還改進了洛奇的金屬粉末檢波器，在玻璃管中加入少量的銀粉，與鎳粉混合，再把玻璃管中的空氣排除掉。這樣一來，發射方增大了功率，接收方也增加了靈敏度。他把發射機放在一座山崗的一側，接收機安放在山崗另一側的家中。當給他當助手的同伴發送信號時，他守候著的接收機接收到了信號，帶動電鈴發出了清脆的響聲。這響聲對他來說比動人的交響樂更悅耳動聽。這次實驗的距離達到2.7公裏。1937年，馬可尼與世長辭，在意大利羅馬有近萬人為他送葬，同時，英國所有無線電報和無線電話，以及大不列顛廣播協會的廣播電台停止工作2分鍾，向這位無線電領域的偉大人物致哀。馬可尼以及其他為無線電通信領域作出過貢獻的科學家雖然離開了人間，可是他們發明的無線電通信留給了後人，並將造福於人類的子子孫孫。
鐳元素的提煉——居裏夫人（1902年）
瑪麗1867年出生於波蘭的華沙，高中畢業後，曾患了一年的精神疾病。由於是女性的原因，她不能在俄羅斯或波蘭的任何大學繼續進修，所以她做了幾年的家庭教師。最終，在她的姐姐的經濟支持下移居巴黎，並在索邦(sor-bonne，巴黎大學的舊名)學習數學和物理學。經過四年的努力後，瑪麗於巴黎大學取得物理及數學兩個碩士學位。在那裏，她成為了該校第一名女性講師。瑪麗亞在索邦結識了另一名講師——皮埃爾·居裏，就是她後來的丈夫。他們兩個經常在一起進行以瀝青鈾礦石為主的放射性物質的研究，因為這種礦石的總放射性比其所含有的鈾的放射性還要強。在研究過程中，她發現能放射出那種奇怪光線的不隻有鈾，還有釷。因此，她做出大膽判斷：還有一種物質能夠放射光線，這種新的物質，也就是還未發現的新元素，隻是極少量地存在於礦物之中。居裏夫人把它定名為“鐳”，因為在拉丁文中，它的原意就是“放射”。當時很多科學家並不相信，認為居裏夫婦隻是一種假設，甚至有人說道：“如果真有那種元素，請提取出來，讓我們瞧瞧!”要提煉鐳元素，需要足夠的瀝青鈾礦，而這種礦很稀少，價格又很昂貴，他們根本無法得到。這件事後來傳到奧地利，迅速得到奧地利政府的支持，奧地利政府贈送他們一噸已提取過鈾的瀝青礦殘渣，這才開始了提取純鐳的實驗。經過3年多的艱苦工作，居裏夫婦終於在1902年提煉出0.1克鐳鹽，接著又初步測定了鐳的原子量。由於這種元素的放射性比鈾強200萬倍，因而它不用借助任何外力，就會自然發光發熱。 鐳的發現，引起科學乃至哲學的巨大變革，為人類探索原子世界的奧秘打開了大門。可以說，它的發現，開辟了科學世界的新領域，並由此誕生了一門新興的放射學，所以，鐳被譽為“偉大的革命者”。正是因為居裏夫婦為科學革命做出了巨大的貢獻，第二年，他們便獲得了諾貝爾物理獎金。過後不久，人們又發現鐳在醫學方麵的價值，給癌症患者帶來了福音，這使本來已經非常昂貴的鐳，變得更加珍貴。有人勸說居裏夫婦說：“您如果去申請專利，定會成為百萬富翁!”“不，鐳是一種元素，它應屬於全世界!”居裏夫婦毫不猶豫地回答。居裏夫婦非常信奉“科學是無國界”的，也可以說，這是他們獻身科學的共同宏願。但不幸的是，1906年4月的一天，在一次車禍中彼埃爾·居裏失去了自己寶貴的生命。居裏夫人強忍悲痛，繼續進行自己的科學研究。1910年，居裏夫人成功地分離出純鐳，分析出鐳元素的各種性質，精確地測定了它的原子量。在同年居裏夫人出席的國際放射學理事會上，製定了以居裏名字命名的放射性單位，同時采用了居裏夫人提出的鐳的國際標準。
相對論的提出——愛因斯坦（1905年）
相對論
狹義相對論的創立——早在16歲時，愛因斯坦就從書本上了解到光是以很快速度前進的電磁波，他產生了一個想法，如果一個人以光的速度運動，他將看到一幅什麽樣的世界景象呢?他將看不到前進的光，隻能看到在空間裏振**著卻停滯不前的電磁場。這種事可能發生嗎?與此相聯係，他非常想探討與光波有關的所謂以太的問題。以太這個名詞源於希臘，用以代表組成天上物體的基本元素。17世紀，笛卡爾首次將它引入科學，作為傳播光的媒質。其後，惠更斯進一步發展了以太學說，認為荷載光波的媒介物是以太，它應該充滿包括真空在內的全部空間，並能滲透到通常的物質中。與惠更斯的看法不同，牛頓提出了光的微粒說。牛頓認為，發光體發射出的是以直線運動的微粒粒子流，粒子流衝擊視網膜就引起視覺。18世紀牛頓的微粒說占了上風，然而到了19世紀，卻是波動說占了絕對優勢，以太的學說也因此大大發展。當時的看法是，波的傳播要依賴於媒質，因為光可以在真空中傳播，傳播光波的媒質是充滿整個空問的以太，也叫光以太。與此同時，電磁學得到了蓬勃發展，經過麥克斯韋、赫茲等人的努力，形成了成熟的電磁現象的動力學理論——電動力學，並從理論與實踐上將光和電磁現象統一起來，認為光就是一定頻率範圍內的電磁波，從而將光的波動理論與電磁理論統一起來。以太不僅是光波的載體，也成了電磁場的載體。直到19世紀末，人們企圖尋找以太，然而從未在實驗中發現以太。但是，電動力學遇到了一個重大的問題，就是與牛頓力學所遵從的相對性原理不一致。關於相對性原理的思想，早在伽利略和牛頓時期就已經有了。電磁學的發展最初也是納人牛頓力學的框架，但在解釋運動物體的電磁過程時卻遇到了困難。按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度，也就是光的速度是一個恒量，然而按照牛頓力學的速度加法原理，不同慣性係的光速不同，這就出現了一個問題：適用於力學的相對性原理是否適用於電磁學?例如，有兩輛汽車，一輛向你駛近，一輛駛離。你看到前一輛車的燈光向你靠近，後一輛車的燈光遠離。按照麥克斯韋的理論，這兩種光的速度相同，汽車的速度在其中不起作用。但根據伽利略理論，這兩項的測量結果不同。向你駛來的車將發出的光加速，即前車的光速=光速+車速；而駛離車的光速較慢，因為後車的光速=光速一車速。麥克斯韋與伽利略關於速度的說法明顯相悖。我們如何解決這一分歧呢?
19世紀理論物理學達到了巔峰狀態，但其中也隱含著巨大的危機。海王星的發現顯示出牛頓力學無比強大的理論威力，電磁學與力學的統一使物理學顯示出一種形式上的完整，並被譽為“一座莊嚴雄偉的建築體係和動人心弦的美麗的廟堂”。在人們的心目中，古典物理學已經達到了近乎完美的程度。德國著名的物理學家普朗克年輕時曾向他的老師表示要獻身於理論物理學，老師勸他說：“年輕人，物理學是一門已經完成了的科學，不會再有多大的發展了，將一生獻給這門學科，太可惜了。”愛因斯坦似乎就是那個將構建嶄新的物理學大廈的人。在伯爾尼專利局的日子裏，愛因斯坦廣泛關注物理學界的前沿動態，在許多問題上深人思考，並形成了自己獨特的見解。在十年的探索過程中，愛因斯坦認真研究了麥克斯韋電磁理論，特別是經過赫茲和洛倫茲發展和闡述的電動力學。愛因斯坦堅信電磁理論是完全正確的，但是有一個問題使他不安，這就是絕對參照係以太的存在。他閱讀了許多著作後發現，所有人試圖證明以太存在的試驗都是失敗的。但經他研究發現，除了作為絕對參照係和電磁場的荷載物外，以太在洛倫茲理論中已經沒有實際意義。於是他想到：以太作為絕對參照係是必要的嗎?電磁場一定要有荷載物嗎?愛因斯坦喜歡閱讀哲學著作，並從哲學中吸收思想營養，他相信世界的統一性和邏輯的一致性。相對性原理已經在力學中被廣泛證明，但在電動力學中卻無法成立，對於物理學這兩個理論體係在邏輯上的不一致，愛因斯坦提出了懷疑。他認為，相對論原理應該普遍成立，因此電磁理論對於各個慣性係應該具有同樣的形式，但在這裏出現了光速的問題。光速是不變的量還是可變的量，成為相對性原理是否普遍成立的首要問題。當時的物理學家一般都相信以太，也就是相信存在著絕對參照係，這是受到牛頓的絕對空間概念的影響。19世紀末，馬赫在所著的《發展中的力學》中，批判了牛頓的絕對時空觀，這給愛因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，愛因斯坦與一個朋友貝索討論這個已探索了十年的問題，貝索按照馬赫主義的觀點闡述了自己的看法，兩人討論了很久。突然，愛因斯坦領悟到了什麽，回到家經過反複思考，終於想明白了問題。第二天，他又來到貝索家，說：“謝謝你，我的問題解決了。”原來，愛因斯坦想清楚了一件事：時間沒有絕對的定義，時間與光信號的速度有一種不可分割的聯係。他找到了開鎖的鑰匙，經過五個星期的努力工作，愛因斯坦把狹義相對論呈現在人們麵前。1905年6月30日，德國《物理學年鑒》接受了愛因斯坦的論文《論動體的電動力學》，在同年9月的該刊上發表。這篇論文是關於狹義相對論的第一篇文章，它包含了狹義相對論的基本思想和基本內容。狹義相對論所根據的是兩條原理：相對性原理和光速不變原理。愛因斯坦解決問題的出發點，是他堅信相對性原理。伽利略最早闡明過相對性原理的思想，但他沒有對時間和空間給出過明確的定義。牛頓建立力學體係時也講了相對性思想，但又定義了絕對空間、絕對時間和絕對運動，在這個問題上他是矛盾的。而愛因斯坦大大發展了相對性原理，在他看來，根本不存在絕對靜止的空間，同樣不存在絕對同一的時間，所有時間和空間都是和運動的物體聯係在一起的。對於任何一個參照係和坐標係，都隻有屬於這個參照係和坐標係的空間和時間。對於一切慣性係，運用該參照係的空間和時間所表達的物理規律，它們的形式都是相同的，這就是相對性原理，嚴格地說是狹義的相對性原理。在這篇文章中，愛因斯坦沒有多討論將光速不變作為基本原理的根據，他提出光速不變是一個大膽的假設，是從電磁理論和相對性原理的要求而提出來的。這篇文章是愛因斯坦多年來思考以太與電動力學問題的結果，他從同時的相對性這一點作為突破口，建立了全新的時間和空間理論，並在新的時空理論基礎上給動體的電動力學以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。什麽是同時性的相對性?不同地方的兩個事件我們何以知道它是同時發生的呢?一般來說，我們會通過信號來確認。為了得知異地事件的同時性我們就得知道信號的傳遞速度，但如何測出這一速度呢?我們必須測出兩地的空間距離以及信號傳遞所需的時間，空間距離的測量很簡單，麻煩在於測量時間，我們必須假定兩地各有一隻已經對好了的鍾，從兩個鍾的讀數可以知道信號傳播的時間。但我們如何知道異地的鍾對好了呢?答案是還需要一種信號。這個信號能否將鍾對好?如果按照先前的思路，它又需要一種新信號，這樣無窮後退，異地的同時性實際上無法確認。不過有一點是明確的，同時性必與一種信號相聯係，否則我們說這兩件事同時發生是無意義的。光信號可能是用來對時鍾最合適的信號，但光速並非無限大，這樣就產生一個新奇的結論：對於靜止的觀察者同時的兩件事，對於運動的觀察者就不是同時的。我們設想一個高速運行的列車，它的速度接近光速。列車通過站台時，甲站在站台上，有兩道閃電在甲眼前閃過，一道在火車前端，一道在後端，並在火車兩端及平台的相應部位留下痕跡，通過測量，甲與列車兩端的間距相等，得出的結論是，甲是同時看到兩道閃電的。因此對甲來說，收到的兩個光信號在同一時間間隔內傳播同樣的距離，並同時到達他所在位置，這兩起事件必然在同一時間發生，它們是同時的。但對於在列車內部正中央的乙，情況則不同，因為乙與高速運行的列車一同運動，因此他會先截取向著他傳播的前端信號，然後收到從後端傳來的光信號。對乙來說，這兩起事件是不同時的。也就是說，同時性不是絕對的，而取決於觀察者的運動狀態。這一結論否定了牛頓力學中引以為基礎的絕對時間和絕對空間框架。相對論認為，光速在所有慣性參考係中不變，它是物體運動的最大速度。由於相對論效應，運動物體的長度會變短，運動物體的時間膨脹。但由於日常生活中所遇到的問題，運動速度都是很低的(與光速相比)，看不出相對論效應。愛因斯坦在時空觀的徹底變革的基礎上建立了相對論力學，指出質量隨著速度的增加而增加，當速度接近光速時，質量趨於無窮大。他並且給出了著名的質能關係式：E=me+2，質能關係式對後來發展的原子能事業起到了指導作用。廣義相對論的建立於1905年，愛因斯坦發表了關於狹義相對論的第一篇文章後，並沒有立即引起很大的反響。但是德國物理學的權威人士普朗克注意到了他的文章，認為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美，正是由於普朗克的推動，相對論很快成為人們研究和討論的課題，愛因斯坦也受到了學術界的注意。1907年，愛因斯坦聽從友人的建議，提交了那篇著名的論文去申請聯邦工業大學的編外講師職位，但得到的答複是論文無法理解。雖然在德國物理學界愛因斯坦已經很有名氣，但在瑞士，他卻得不到一個大學的教職，許多有名望的人開始為他鳴不平。1908年，愛因斯坦終於得到了編外講師的職位，並在第二年當上了副教授。1912年，愛因斯坦當上了教授，1913年，應普朗克之邀擔任新成立的威廉皇帝物理研究所所長和柏林大學教授。在此期間，愛因斯坦在考慮將已經建立的相對論推廣。對於他來說，有兩個問題使他不安。第一個是引力問題，狹義相對論對於力學、熱力學和電動力學的物理規律是正確的，但是它不能解釋引力問題。牛頓的引力理論是超距的，兩個物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無窮大的速度傳遞，這與相對論依據的場的觀點和極限的光速衝突。第二個是非慣性係問題，狹義相對論與以前的物理學規律一樣，都隻適用於慣性係。但事實上卻很難找到真正的慣性係。從邏輯上說，一切自然規律不應該局限於慣性係，必須考慮非慣性係。狹義相對論很難解釋所謂的雙生子佯謬，該佯謬說的是，有一對孿生兄弟，哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行，根據相對論效應，高速運動的時鍾變慢，等哥哥回來，弟弟已經變得很老了，因為地球上已經經曆了幾十年。而按照相對性原理，飛船相對於地球高速運動，地球相對於飛船也高速運動，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應該年輕了。這個問題簡直沒法回答。實際上，狹義相對論隻處理勻速直線運動，而哥哥要回來必須經過一個變速運動過程，這是相對論無法處理的。正在人們忙於理解相對狹義相對論時，愛因斯坦正在接受完成廣義相對論。1907年，愛因斯坦撰寫了關於狹義相對論的長篇文章《關於相對性原理和由此得出的結論》。在這篇文章中，愛因斯坦第一次提到了等效原理，此後，愛因斯坦關於等效原理的思想又不斷發展。他以慣性質量和引力質量成正比的自然規律作為等效原理的根據，提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運動的參照係。愛因斯坦並且提出了封閉箱的說法：在一封閉箱中的觀察者，不管用什麽方法也無法確定他究竟是靜止於一個引力場中，還是處在沒有引力場卻在作加速運動的空間中，這是解釋等效原理最常用的說法，而慣性質量與引力質量相等是等效原理一個自然的推論。1915年11月，愛因斯坦先後向普魯士科學院提交了四篇論文。在這四篇論文中，他提出了新的看法，證明了水星近日點的進動，並給出了正確的引力場方程。至此，廣義相對論的基本問題都解決了，廣義相對論誕生了。1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用於慣性係的相對論稱為狹義相對論，將隻對於慣性係物理規律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理，並進一步表述了廣義相對性原理：物理學的定律必須對於無論哪種方式運動著的參照係都成立。愛因斯坦的廣義相對論認為，由於有物質的存在，空間和時間會發生彎曲，而引力場實際上是一個彎曲的時空。愛因斯坦用太陽引力使空間彎曲的理論，很好地解釋了水星近日點進動中一直無法解釋的43秒。廣義相對論的第二大預言是引力紅移，即在強引力場中光譜向紅端移動，20年代，天文學家在天文觀測中證實了這一點。廣義相對論的第三大預言是引力場使光線偏轉，最靠近地球的大引力場是太陽引力場。愛因斯坦預言，遙遠的星光如果掠過太陽表麵將會發生一點七秒的偏轉。1919年，在英國天文學家愛丁頓的鼓動下，英國派出了兩支遠征隊分赴兩地觀察日全食。經過認真的研究，得出最後的結論是：星光在太陽附近的確發生了一點七秒的偏轉。英國皇家學會和皇家天文學會正式宣讀了觀測報告，確認廣義相對論的結論是正確的。會上，著名物理學家、皇家學會會長湯姆孫說：“這是自從牛頓時代以來所取得的關於萬有引力理論的最重大的成果”，“愛因斯坦的相對論是人類思想最偉大的成果之一”。愛因斯坦成了新聞人物，他在1916年寫了一本通俗介紹相對論的書《狹義與廣義相對論淺說》，到1922年已經再版了40次，還被譯成了十幾種文字，廣為流傳。相對論的意義狹義相對論和廣義相對論建立以來，已經過去了很長時間，它經受住了實踐和曆史的考驗，是人們普遍承認的真理。相對論對於現代物理學的發展和現代人類思想的發展都有巨大的影響。相對論從邏輯思想上統一了經典物理學，使經典物理學成為一個完美的科學體係。狹義相對論在狹義相對性原理的基礎上統一了牛頓力學和麥克斯韋電動力學兩個體係，指出它們都服從狹義相對性原理，都是對洛倫茲變換協變的，牛頓力學隻不過是物體在低速運動下很好的近似規律。廣義相對論又在廣義協變的基礎上，通過等效原理，建立了局域慣性長與普遍參照係數之間的關係，得到了所有物理規律的廣義協變形式，並建立了廣義協變的引力理論，而牛頓引力理論隻是它的一級近似。這就從根本上解決了以前物理學隻限於慣性係數的問題，從邏輯上得到了合理的安排。相對論嚴格地考察了時間、空間、物質和運動這些物理學的基本概念，給出了科學而係統的時空觀和物質觀，從而使物理學在邏輯上成為完美的科學體係。狹義相對論給出了物體在高速運動下的運動規律，並提示了質量與能量相當，給出了質能關係式。這兩項成果對低速運動的宏觀物體並不明顯，但在研究微觀粒子時卻顯示了極端的重要性。因為微觀粒子的運動速度一般都比較快，有的接近甚至達到光速，所以粒子的物理學離不開相對論。質能關係式不僅為量子理論的建立和發展創造了必要的條件，而且為原子核物理學的發展和應用提供了根據。廣義相對論建立了完善的引力理論，而引力理論主要涉及的是天體。到現在，相對論宇宙學進一步發展，而引力波物理、致密天體物理和黑洞物理這些屬於相對論天體物理學的分支學科都有一定的進展，吸引了許多科學家進行研究。
一位法國物理學家曾經這樣評價愛因斯坦：“在我們這一時代的物理學家中，愛因斯坦將位於最前列。他現在是、將來也還是人類宇宙中最有光輝的巨星之一”。“按照我的看法，他也許比牛頓更偉大，因為他對於科學的貢獻，更加深入地進人了人類思想基本要領的結構中。”
燃氣輪機的發明——莫斯（1918年）
燃氣輪機是一種用燃氣推動渦輪直接產生旋轉運動的動力裝置，可連續無振動地高速工作。中國古代的走馬燈，古羅馬時代的煙風車，都是早期出現的燃氣渦輪雛形。據記載，1791年已提出“燃氣輪機”的名稱。19世紀上半葉達姆貝爾和本森曾分別製造過簡陋的定容和定壓熱功循環的燃氣輪機，但沒有實用價值。1902年，美國人莫斯發表了有關燃氣渦輪的論文。1918年，他用汽油機排出的燃氣驅動渦輪，以帶動增壓器，受到軍界的重視。1926年，英國的格裏菲斯提出渦輪葉片的氣動力理論，他和惠特爾分別於1927年和1928年發明燃氣渦輪螺旋槳軸帶動的軸向和徑向增壓器，促進了渦輪螺旋槳飛機的產生，從而解決了飛機高空飛行的性能問題。燃氣渦輪是否被推廣使用，在很大程度上取決於耐高溫耐腐蝕的高強度材料及其加工技術。30年代後期，空氣動力學和風洞實驗的發展，為合理選擇渦輪葉片的形狀和尺寸創造了條件。瑞士的阿梅爾首次研製成工業上實用的4000千瓦定壓熱功循環的燃氣輪機。美國最早的燃氣輪機是在1937年為火車和輪船製造的。到1941年和1945年，瑞士和美國分別製成燃氣輪機驅動的火車和汽車。第二次世界大戰後，燃氣輪機進入全麵發展和使用時期。50年代初中國科學家吳仲華提出葉輪機械三元流動理論，對50年代以後的燃氣渦輪及噴氣發動機的發展起了很大作用。至60年代，軸流式壓氣機的增壓比達23，超過離心式的4～5倍，大大提高了發動機的功率和熱效率，而被廣泛地使用。1970年世界燃氣渦輪發電裝置總容量達3200萬千瓦。1971年它在艦船上的總功率達780萬馬力。此後最大燃氣輪機的功率又達到10萬千瓦級，熱效率達30％。美國研製的20萬千瓦級的燃氣輪機，熱效率達40％。
電視機的問世——法恩斯沃思（1927年）
我們幾乎每天都會看電視，但是卻幾乎沒有人知道菲洛·泰勒-法恩斯沃思是誰。但是，如果你在今年8月19日那天打開了家裏的電視機的話，那麽你事實上已經對他表達了最好的紀念。2006年8月19日是美國科學家菲洛·泰勒·法恩斯沃思誕辰百年的紀念日。他是全世界公認的電子電視的發明者，被稱為“電視之父”。1927年，法恩斯沃思成功用電子技術把圖像從攝像機傳輸到接收器上，這是公認的電視誕生標誌。法恩斯沃思於1906年8月19日出生於美國猶他州的農家。幼年的法恩斯沃思就表現出早慧的跡象，他對見過的任何機械裝置具有攝影般的記憶力和天生的理解力。法恩斯沃思的父母不斷搬家以尋找較理想的居住地。當他們在愛達荷州定居下來之後，ll歲的法恩斯沃思得知他的新家裝有輸電線，欣喜若狂。他在家裏的屋頂閣樓上發現了成捆的科技方麵的舊雜誌，開始自學並決心當個發明家。法恩斯沃思開始做試驗，並在12歲時自製了一台電動車，後來又造出洗衣機供家人使用。後來，法恩斯沃思開始認真地考慮研製電視。他幾乎是本能地意識到用機械裝置傳送圖像是不可行的。這名年輕人還有一個直覺，即令他感到新奇的物理學領域——電子學的研究——有可能掌握著解決這一問題的答案。無論如何，電子能夠以機械裝置不可比擬的速度移動，這就可以使圖像清晰得多，並且意味著不需要活動元件。他由此推理，如果一個畫麵能轉換成電子流，那麽就能像無線電波一樣在空間傳播，最後再由接收機重新聚合成圖像。從本質上看這是個相當簡單的主意，但如此簡單的想法卻似乎沒有任何人想到。1921年，15歲的法恩斯沃思經常神不守舍地考慮著一個難題：怎樣設計一個新穎的收音機，使它能夠把移動的畫麵與聲音一起傳送?他產生了用電傳輸圖像和聲音的想法。不久後，他就畫出一個傳輸器草圖，並拿給老師賈斯廷·托爾曼看。這張簡單草圖，就是現代電視機和電視傳輸技術的雛形。但是，想繼續搞研究的法恩斯沃思卻麵臨許多現實問題。一方麵，他沒有足夠資金；另一方麵，沒人會相信一個15歲孩子的話。法恩斯沃思隻好暫時擱置自己的設計。高中畢業後，法恩斯沃思進入猶他州楊伯翰大學。但因父親去世，他不得不中途退學。退學後，法恩斯沃思來到加州舊金山，創立了屬於自己的簡陋實驗室，繼續他的研究。1927年9月7日，年僅21歲的法恩斯沃思成功利用電子技術，把畫著一條線的玻璃板圖像從攝像機傳送到接收器上。雖然當時圖像很不清晰，但這套設備運行良好。幾個月之內，不少投資者表示願意向法恩斯沃思提供資金供他繼續研究。1930年8月，美國政府授予法恩斯沃思專利權，使他的發明受到專利保護。法恩斯沃思並沒有就此止步，而是繼續專注於電視傳輸設備研究，並發明了100多種電視傳輸設備，為現代電視最終成型作出巨大貢獻。法恩斯沃思發明電視後，不久，又有一些人宣布自己為電視發明者，其中包括美國無線電公司首席電視工程師弗拉基米爾·佐裏金。第一次世界大戰後，俄國人佐裏金移居美國，開始研究電子電視攝像機，佐裏金把它稱為“光電攝像管”，並於1923年為這項發明申請了專利。後來佐裏金進入美國無線電公司，使他的研究工作獲得順利進展，在1933年研製成功電視攝像管和電視接收器。法恩斯沃思的析像器與佐裏金的光電攝像管雖然設計上有差別，但在概念上卻很相近，由此引發了一場有關專利權的糾紛。美國無線電公司認為，佐裏金優先於法恩斯沃思於1923年就為其發明申請了專利，但卻拿不出一件實際的證據。而法恩斯沃思的老師拿著法恩斯沃思的析像器的設計圖紙，為法恩斯沃思作證。1935年，法庭最後判定法恩斯沃思勝訴。但這沒能阻止美國無線電公司在第二次世界大戰結束後大量生產和售賣電視機，還把佐裏金和公司總裁戴維·薩爾諾夫推舉為“電視之父”。而且，美國無線電公司在敗訴多年後才答應付專利使用費給法恩斯沃思。
掛鉤的發明——哈姆爾特·詹內
我們今天看到一列長長的火車奔馳而過時，都知道各車廂之間是用自動掛鉤連接起來的。但在19世紀中葉之前，這種掛鉤還沒有發明，那時連接各車廂的方法是用鐵鏈子拴起來。這種辦法很笨重，不僅費時費力，而且很不牢固，特別是一遇到列車爬坡，車廂容易脫節，往往導致翻車事故。發明火車自動掛鉤的是美國人哈姆爾特·詹內。詹內原來是個鐵路工人，他看到工人們為了連接或分開一列火車的車廂，總要爬上爬下，用鐵鏈子纏來繞去，工作非常艱苦，還容易發生擠傷手腳的事故，便決心發明一種新的連接方法，以減輕工人的勞動強度。1867年的一天，詹內從一個貨運站回家，他邊走邊在思考著火車掛鉤的問題。突然，一群孩子擋住了他的去路，原來這些孩子正在做遊戲。隻見他們先是互相追逐，很快又變成兩人一對，麵對麵，腳頂腳，胳膊伸直，手指彎曲著鉤連在一起，身子向後傾斜著轉圈，並不時發出陣陣歡快的笑聲。詹內站在旁邊看得著了迷，他從孩子們手拉手的方法中得到啟示，他想：“要是能發明一種裝置，像兩隻手一樣勾連起來，問題不就解決了嗎?”詹內忘了一天的疲勞，應即一哪膿 新剞兀 剮嘴回到家，動手用木頭製作手的模型，使模型的手指彎曲著，能鉤在一起，他想用這個辦法解決車廂的連接問題。試驗結果，因為木製的手不能活動而失敗了。詹內並不氣餒，他經過多次試驗改進，最後終於發明了火車的自動掛鉤。這種掛鉤是用鐵鑄造的，像兩隻手，安裝在每節車廂的兩端。“鐵手”的掌心有個機關，兩隻“鐵手”一碰，撞動了機關，就緊緊地握在一起了。要想分開，就啟動另外的機關，兩隻“鐵手”就又分開了。火車自動掛鉤的發明，使鐵路工人從繁重的勞作中解放出來，為鐵路運輸提供了既安全又方便的條件。為了紀念這一發明，人們把火車自動掛鉤稱為“詹內掛鉤”。
複印機的發明——卡爾森（1938年）
在當今“信息爆炸”的時代，複印機成了人們不可或缺的專用工具。人們在幾秒鍾的時間內，就能完成一份文件的複製，從而擺脫了繁重的抄寫工作，並由此促進了信息的傳播。然而，人們也許不知道，複印機的發明凝聚著一位傑出發明人20多年的光陰和心血。卡爾森是美國紐約市的一個發明愛好者。從1936年開始，他就注意到，當時的人們在需要文件複本時，往往通過成本較高的照相技術來完成。由此，他想發明一種能快速並經濟地複製文件的機器。他跑遍了紐約的各個圖書館，搜尋有關這方麵的技術書籍。最初他把研究重點定位於照相複製技術合成，然而，當他飽覽群書之後，覺得在此方向很難有所突破。一天，他來到朋友的工廠裏，一位來自匈牙利的工程師給他展示了一種當光線增強時能夠產生導電性質的物質。卡爾林豁然開朗，意識到這種物質在他的發明中很有應用價值，並把研究重點轉向了靜電技術領域。卡爾森在紐約市的一個酒吧裏租了一個房間作為實驗室，並和他的助手——一個名叫奧特卡尼的德國物理學家開始靜電複製技術的試驗。1938年10月22日，奧特卡尼把一行數字和字母“10、22、38、ASTORIA”印在玻璃片上，又在一塊鋅板上塗了一層硫磺，然後在板上使勁地摩擦，使之產生靜電。他又把玻璃板和這塊鋅板合在一起用強烈的光線掃描了一遍。幾秒鍾之後，他移開玻璃片，這時，鋅板上的硫磺末近乎完美地組成了玻璃片上的那行數字和字母“10、22、38、ASTORIA”。靜電複製技術終於有所突破，卡爾森將這項專利向許多家公司推薦。然而，從1939年到1944年的5年時間裏，沒有一家公司接受卡爾森的專利。這些公司認為，用硫磺末作為“介質”，從技術上看不夠成熟。此外，他們還對生產複印機的市場前景並不看好。實際上，在那時需要複製的文件確實並不很多。卡爾森毫不氣餒，繼續鑽研，完善他的靜電複製技術。又經過幾年的研究，他找到了更為理想的攜帶靜電的“介質”。終於有一家公司采用了卡爾森的最新專利技術，生產出了第一台辦公專用自動複印機。到了1959年，複印機正式被市場所接受，並且像雪球一樣，市場越滾越大。今天，複印機已成為全球一項龐大的產業。卡爾森靜電複印的過程本質上是一種光電過程，它所產生的潛像是一個由靜電荷組成的靜電像，其充電、顯影和轉印過程都是基於靜電吸引原理來實現的。由於其靜電潛像是在光照下光導層電阻降低而引起充電膜層上電荷放電形成的，所以卡爾森靜電複印法對感光鼓有如下要求：具有非常高的暗電阻率。這種感光鼓在無光照的情況下，表麵一旦有電荷存在，能較長時間地保存這些電荷；而在光照的情況上，感光鼓的電阻率應很快下降，即成為電的良導體，使得感鼓表麵電荷很快釋放而消失。卡爾遜靜電複印法所使用的感光鼓主要由硒及硒合金、氧化鋅、有機光電導材料等構成，一般是在導電基體上(如鋁板或其它金屬板)直接塗敷或蒸鍍一薄層光電導材料。其結構是上麵為光導層，下麵為導電基體。卡爾森靜電複印法大致可分為充電、曝光、顯影、轉印、分離、定影、清潔、消電8個基本步驟。
充電——充電就是使感光鼓在暗處，並處在某一極性的電場中，使其表麵均勻地帶上一定極性和數量的靜電荷，即具有一定表麵電位的過程，這一過程實際上是感光鼓的敏化過程，使原來不具備感光性的感光鼓具有較好的感光性。充電過程隻是為感光鼓接受圖像信息準備的，是不依賴原稿圖像信息的預過程，但這是在感光鼓表麵形成靜電潛像的前提和基礎。當在暗處給感光鼓表麵充上一層均勻的靜電荷時，由於感光鼓在暗處具有較高的電阻，所以靜電荷被保留在感光鼓表麵，即感光鼓保持有一定的電位交具有感光性。對於不同性質的光電導材料製的感光鼓應充以不同極性的電荷，這是由半導體的導電特點決定的，即隻允許一種極性的電荷(空穴或電子)“注入”，而阻止另一種極性電荷(電子或空穴)的“注入”。因此對於N型半導體，表麵應充負電；而對P型半導體，則應充正電。當用正電暈對P型感光鼓充正電時，由於P型半導體中負電荷不能移動，因此光導層表麵的正電荷與界麵上的負電荷，隻能相互吸引，而不會中和。倘若用負電暈對P型感光鼓充負電，則由於光導層及共界麵處，感應產生的是正電荷，而P型半導體的主要載流子是“空穴”，自由移動較為容易(或稱為“注入”)，易與感光鼓表麵的負電荷中和。這樣，對P型感光鼓充負電時，其充電效率是相當低的。對於N型感光鼓，則由於其主要載流子是電子，若對其充正電時，其充電效率也是極其低的。目前靜電複印機中通常采用電暈裝置對感光鼓進行充電。
曝光——曝光是利用感光鼓在暗處時電阻大，成絕緣體；在明處時電阻小，成導體的特性，對已充足的感光鼓用光像進行曝光，使光照區(原稿的反光產分)表麵電荷因放電而消失；無光照的區域(原稿的線條和墨跡部分)電荷依舊...