他是发明自行车的没落贵族,却被世人遗忘近200年

身为巴登贵族的卡尔·德莱斯于1813年向皇室和沙皇亚历山大展示了人力战车。1817年,他又展示了一辆两轮跑动机。根据作者的观点:农业的不断歉收促成了这一发明:两轮车是为了取代依赖于燕麦的马匹运输。

  


撰文 | 汉斯·埃哈德·莱辛

翻译 | 王桂馨



环顾自然界,我们无法在其中找出两轮车的原型。所以,在相当长的一段时间内,马匹一直是最重要的个人交通工具,不过,它们的行进方式与两轮车完全不同。两轮车的创新性也被现代人低估了,在当时,它为人们的生活带来了全新的体验:骑行的人必须始终在两个轮子上保持动态的平衡。


如今,这种交通工具已经成为我们日常生活的一部分,不用大惊小怪。如果我们换个角度看问题就会发现,稳定保持两轮车的行进,和稳定保持飞机飞行的动态过程很像。因此,在发明这套设备后,有些研究科学史的人认为,卡尔·德莱斯(KarlDrais,1785–1851)的成就甚至可以与航空先驱比肩。


从发明自行车的原型,到人们普遍学会骑这种双轮车,大约花了50年。而这个时间跨度,几乎与奥托·李林塔尔(OttosLilienthals)发明的滑翔机发展成战后悬挂式滑翔机的时间一样长。在研究与驾驶有关的物理学和工程学问题时,自行车的原型还一度充当过测试平台。美国汽车历史学家詹姆斯·J ·弗林克(James J. Flink,加利福尼亚大学尔湾分校的退休教授)就把汽车视为自行车的继承者 :“在先前,没有哪项技术创新(就连内燃机也算上)能像自行车一样,对汽车工业的发展做出过如此重要的贡献。”在莱特兄弟的发迹史中,他们也先尝试制造了两轮的车。这表明,双轮车技术对早期的飞机设计有着举足轻重的作用。


然而作为非常关键的发明人,德莱斯却一直没得到重视,直到几年前才有人重新提出他才是当时的大发明家。德莱斯为人处事颇为“另类”,以至于同时代的人对他的发明都冷眼相待。他也因此错失了发明自行车的机遇。事实上,他确实没有发明自行车,而是发明了可转弯的双轮车。


25 年来,历史学家每年都会在不同国家举办的国际自行车大会上做翔实的报告。首先,历史学家们揭穿了当时其他国家在两轮车的研究上也同样领先的谎言,然后把一度遭受忽视的自行车历史重新当作值得思考的研究对象。在经过多次论证后,德莱斯才被认为是这项创新技术的真正发明人。


1785 年,德莱斯在巴登的首府卡尔斯鲁厄出生,他继承了绍尔布隆家族的男爵封号。那是一个战火纷飞的年代,法国在 1789 年发生了大革命,随后又派出军队入侵邻国。


当时,德莱斯的技术才能在上学时就已经初显端倪。而他的父亲可能也因此停了他的拉丁语课,让他迅速在3 年后修完中学学业。他的校长约翰 · 洛伦茨 · 博克曼(JohannLorenz Bo?ckmann) 也许给过德莱斯很多启发,让他对科学产生兴趣,因为博克曼管理着一间物理陈列室,开展了一系列光学和电报实验。



贵族没落


拉姆福德伯爵本杰明·汤普森(Benjamin Thompson,1753-1814)或许也对德莱斯有一定的影响。当时,物理学家和发明家都喜欢在慕尼黑工作,汤普森恰好就在那里担任大臣。他的社会改革也引起了各地行政官员的讨论。为了让穷人们能吃饱饭,拉姆福德伯爵不仅设计了一款价格低廉但营养丰富的炖菜,还设计了耗油更少的炉子。于是,德莱斯的父亲用同样的模式,在卡尔斯鲁厄也为穷苦人建造了一间厨房。


拉姆福德伯爵多次从贵族手中获得过科研资助,还有两次与有钱寡妇结婚的经历。然而,这条路对年轻的德莱斯却行不通。他父亲患有癫痫病,人们认定这种疾病会遗传,所以阻碍了他通过婚姻发迹的道路。德莱斯家族虽然是贵族,但却没有地产,所以他必须帮宫廷做事。


他的教父卡尔·弗雷德里奇·冯·巴登(Karl Friedrich von Baden)认定年轻的德莱斯应该在林业部门工作。然而,当时申请林业部门职位的人已经挤破了房间,于是 18 岁的他进入海德堡大学学习数学、物理和建筑。学业有成后,他开始在叔叔开办的林业管理学校教书,成了没有实职的林务官。但在做这份工作时,人们只把他看作实习生。他想去海德堡大学或瑞士霍夫维尔模范农场工作的希望也落空了。而在父亲的要求下,他选择了停职留薪。


在经济有了保障后,他在曼海姆尝试着做起了发明,要知道,在前工业时代发明家可是一个没有收入的职业。教父去世后,德莱斯在宫廷的差事也告吹,但此时,他已经成功发明了一些东西。《巴登杂志》刊登了其中一项:一种可以记录音量的扩展设备。而这也使德莱斯成了爱迪生留声机的先驱之一。当时,巴登也恰好从巴黎引入了二进制算法,替换原有的计算方式,作为莱布尼兹的门徒,德莱斯还专门出版了一本叫做《二进制》的书。这本书对采用二进制平方根算法的二进制系统进行了阐述。


这些故事都是在农业危机日益加剧的背景下进行的。在拿破仑战争中,到处作战的军队已经耗尽了农民们储备的燕麦,到1812 年秋天又遇上持续4 年的作物歉收。于是对用马匹作为交通工具的社会来说,燕麦(关键的粮食作物,马匹会大量食用)的价格开始大幅上涨。


在上大学前,德莱斯曾看到过用四轮架起车身的“轻型马车” (施韦青根车型)。这种马车还被运送到慕尼黑宫廷(位于莱茵河右岸的普法尔茨,在 1803 年之前是巴伐利亚领土,之后归属巴登)。像工艺品一般的马车是在 1775 年由伦敦的桌椅制造商制造的,它不再用马匹拖动马车 ( 见下图 : 用人力驱动 ),可以避免在整洁干净的花园小径上留下马的粪便。这个发现让德莱斯对通过肌肉带动前行的设备产生了巨大的兴趣。而当燕麦一再涨价时,他也想到,要寻找一种全新的方案,替代马拉车。


德莱斯发现,花园轻型马车和类似的车辆太复杂、摩擦太大,因此效率低下。他认为直接在后轮轴上放一个踏轮就能解决问题。德莱斯没有自己的生产车间,所以他必须花高价委托一家工厂加工样车。


1813 年,他的四轮“牵引车”建造完毕,不过在许多方面仍然类似于施韦青根车型。车的转向装置在前面,由一个人操作,而第二个人则需要面朝车尾踏动踏轮。这能使原本2 小时的行程减小到 1 小时,相当于每小时行驶 6 到 7 千米。车上还能额外搭载2 名乘客或一些小型物件。


德莱斯在卡尔斯鲁厄向皇室和来访的沙皇亚历山大展示了他的发明,并大获成功。然而,当他要求获得财政支持,以及获取在大公领地出售制造许可证(因为原则上官员是不许从事商业活动的)时,却遭遇了挫折。



一场空欢喜的推销


当时沙皇提议,让他向在维也纳国会汇聚一堂的侯爵们展示新发明的牵引车。因为在1814 和1815 年间,大约200 个诸侯国的代表们要在拿破仑胜利后共同讨论欧洲大陆的未来。在踏上这次昂贵的旅程之前,德莱斯又对装置做了一次快速改造,他用曲轴替代后轮之间的踏板,使驾车的人可以面朝前方。这说明,德莱斯已经非常了解曲轴驱动,并且能够合理利用它了。


由于提交给《所有最新发明的新杂志》的文章还没出版,所以他只能为维也纳的贵族们做一个特别版。他在文中明确指出,在燕麦和马匹短缺的情况下,人力车可以发挥很大的作用:“在战争中,马匹和马粮往往比较短缺,所以用这样的车辆来替代马车非常重要。”在一辆保存至今的样车上,还可找到他手写的附注:在恶劣的路况和山路上行车时,会很费劲,但在去往海德堡的路上,却能比疾驰的马匹还快。


不过,沙皇的提议到头来却是一场空欢喜,因为前来划分国界的侯爵们并没有带着决定军队车辆事宜的战地指挥官。显然,侯爵们并不认为燕麦涨价严重到需要考虑替代品的程度。此外,德莱斯还遭到了主管当局的警告,因为他违反规定穿着制服进行演示。这令他感到无比沮丧,随后,便转向发明土地测量仪和拖缆切割机。


而燕麦危机并没有得到解决。1816 年,整年都没有夏天,降雪和降雨连绵不断,作物歉收,饥荒、牲畜死亡、居民四处迁徙。然而,当时的新闻审查制度虽然允许报纸报道市场价格,但却不允许报道紧急事件。人们并没有深刻意识到灾荒的影响。


由于马匹在当时被认为是一件物品,而不是具有感情的活物,所以有文章报道,饥饿难耐的人们宰杀了马匹。在法国众议院 1817 年 12 月 23 日的一份报告中也提到了马匹死亡的情况。当时的作家拉埃尔·法恩哈根·冯·恩瑟(Rahel Varn hagen von Ense) 在信件中,向柏林的朋友提到:“物价飞涨,家家饥荒;如此困苦,无暇他顾 ;如相问,皆如此 ;距此几英里外,树皮面包果腹,死马取肉充饥。”虽然在来年的春天,新草又长了出来,但患病的马还是没能挺得住。德国各诸侯国纷纷从俄罗斯进口总价值超过了 2 亿古尔登(1 古尔登约等于1.18 欧元)的粮食,经水路抵达莱茵河上的鹿特丹。

当时《曼海姆人信息报》是当地唯一的报纸,人们可从中找到一条不起眼的信息:德莱斯式跑动机在6 月12 日正式出行。而另一份报纸则整整刊登了这条信息一个月,从而让我们记住了两轮车第一次上路的历史。


德莱斯本人则提前一天用“新发明的牵引车 LODA”(LODA 可能是法语词“locomotion”和“dada”的缩写)完成了从格恩斯巴赫到巴登的路程。为了与先前的四轮车区分开来,在秋季时,他专门为自己的两轮车起了一个新名,叫“跑动机”,而新闻界则更喜欢用“德莱斯式”描述这辆两轮车。从 1834 年开始,这个叫法也适用于单轨的两轮车了。



滑冰鞋的启示


我们现在无法准确获知为什么发明者会在当时使用两个车轮。德莱斯自己只说过:“灵感主要是从滑冰中获得的。”其实,当时还没有任何其他运动是需要保持动态平衡的。脚踩滑板在冰上运动则在几个世纪以前,就在荷兰出现了。随后,这项运动在德国的上流社会也特别流行。因此,想在两个轮子上保持平衡,即便不是运动员也能做到。


在试驾时,德莱斯选择了曼海姆城堡和施韦青根前方“驿站”之间的道路,这是整个地区最好的一路段。德莱斯提到的车站位于施韦青根前方的中途。他说往返共有 4 个邮递单位的距离。从他的手稿中可以得知,一个邮递单位相当于两英里(3.2 千米)的距离,那么曼海姆-驿站-曼海姆的行程总计是12.8 千米。为此,据德莱斯说,他仅需要“不满一小时”。与他从格恩斯巴赫出发的登山行驶迥然不同,这次他的平均速度是每小时 13 到 14 千米,比每小时3 千米的邮递马车快得多!


德莱斯用技术进步对饥荒做出了回应,并再次投身陆运事业,希望能提高效率。不过,这次他没有公开呼吁这种跑动机在危机时刻很重要。要么是他自己认为没有这个必要,要么是报纸编辑因害怕被审查人员没收全部印刷品而拒绝出版类似内容。


即便没有大力宣传,那个时代的人们也认识到了跑动机的优势。比如说,1817年11 月28日,由于粮食大获丰收,德雷斯顿解除了严格的新闻审查,同时需要大量的运力。于是《训练和保养琐事》还抱怨道:“由于德莱斯式跑动机的出现,人们不再需要购买和保养价格昂贵的马匹,燕麦有可能在未来降价”。而在法国,希刚公爵也在1818 年4 月14 日的《巴黎日报》上写道:“我长途跋涉的唯一动机就是希望看到这些稀奇的车辆,有了它们,我们就不再需要奢侈的马匹了,燕麦和干草也会降价。”而1812 年燕麦第一次涨价和1816 年燕麦的暴涨,都是推动发明跑动机的重要时机。

标准跑动机铜版画的立体图(1817年)。



自行车雏形


跑动机的消息在欧洲不胫而走,快速传播,甚至还传到了美国。手工匠人们按照新闻报道中的描述重建了两轮车,但是把原始设计中很多精巧的部件给搞丢了,因此批评家毫不客气地说,这个版本很“笨拙”。当时原型车是用陈放多年的木材制成的,重量仅 22 公斤,并不比现在的荷兰轮(在自行车上常见的一种车轮结构)重。总而言之,人们用木材(那个时代常用的机械制造材料)制成原型跑动机这件事,让很多后来的历史学家都对此产生了误会,以为它只是民俗制品,只有对民俗感兴趣的人才会研究它。事实上,跑动机不仅是自行车的前身,在概念上也已经是一辆初具雏形的自行车了。


跑动机的各种细节也能提供相关的信息 :直径27英寸的车轮(大小与今天的车轮相同);通过前轮转向装置实现稳定的转向;转轴位于滑动轴承中部,也带有黄铜衬套,轮毂钻有方便上油的可闭锁孔;铰链有侧支架,方便停车;鞍座后面还有行李架;前轮两侧有两个包装袋 ;刹车时在把手用劲,却在后轮上施加摩擦力;鞍座和把手高度可调。此外,把手可以向前折叠,从而方便将车辆向斜坡上拉。


当时跑动机还没有使用脚踏驱动,而是通过用脚蹬施力的方式向前推行。因为,除了会滑冰的年轻人之外,当时还没有谁敢在驱车向前时脚不着地。


1817 年 11 月,德莱斯在施沃恩与格茨书店出版了四页说明书(含两幅铜版画),瓦格纳工厂则以此为蓝图在曼海姆制造了跑动机。整套设备还包含使用说明手册,其中德莱斯对平衡的描述还是错的。到1820年,德莱斯才把它改对了:“如果在猛冲时,一不留神失去了平衡,想改变重心的倾斜方向,需要用脚掌向反方向施力,才能调整到位。”而且,德莱斯还观察到,在不经意地左右倾斜把手时可以划出曲线,此时,他想:“如果要转弯,应立即先将重心移到内侧,然后再转向”。



水落石出


根据史料判断,当时的德莱斯应该是个名人。比如说,专门从事大脑研究的高尔(Gall)就收藏了这位发明家的面部模型(用泥土倒模制成)。除他以外,被纳入收藏的德国人就只有诗人约翰·沃尔夫冈·冯·歌德(JohannWolfgang von Goethe)了。当时有两个科学社团都有德莱斯活动的身影。未来的公爵夫人,年轻的马格里夫·利奥波德(Markgraf Leopold)还写信给他 :“事实上,您再次凭借巧妙实用的发明向世界展示了您在科学和工业方面的才华,您的才智不仅为您个人增添荣耀,也为社会做出了巨大的贡献。”


由于这项成果的特殊背景,所以禁止商业化,德莱斯不可能成为企业主,在面对许多模仿和抄袭时,他也毫无办法。1818年,他在巴黎找到了持有许可证的滑冰鞋推销商吉恩·加尔森(Jean Garcin),让加尔森在游乐园里向年轻夫妇租赁三轮版本的跑动机,这项举动让他们大获成功。


在伦敦,制车工匠丹尼斯·约翰逊(Denis Johnson)也做出了改进版。不幸的是,他忽视了稳定性和刹车,导致城市人行道上经常发生事故,所以很快就被罚款并禁止行驶。类似的事情在米兰、费城、纽约和加尔各答遗憾地重演着。最后,全世界有关部门禁止了约5000至10 000辆跑动机。


大概几十年后,德莱斯的发明才再次被提起,并做了进一步的开发。在19 世纪60 年代初,滑冰运动盛行后,人们开始变得勇敢。巴黎的发明家们在双轮车前轮配备了脚踏柄。不久之后,这类车型也在其他国家,特别是美国投入生产了。


1869年的“脚踏两轮车比赛”。


不过,将近 200 年之后,德莱斯才被公认为是这项发明的创造者和策划者。人们为什么会忘记那段历史呢?这或许和政治有关。1849 年,德莱斯在巴迪斯革命期间放弃了贵族身份,只想成为公民卡尔·德莱斯。在德国的三月革命前期他便透露自己是一位民主人士,好不容易才逃过了暗杀。


叛乱运动的目的是建立人民主权下的巴登共和国,但和德国其他各诸侯国一样,革命失败了。1849年7 月,普鲁士领导下的部队攻下了最后一个堡垒拉斯塔特。德莱斯的养老金被完全没收,所幸医疗自主权没被剥夺。两年后,德莱斯在卡尔斯鲁厄去世。1891 年,他的尸骨迁往新的城市公墓时,拥护君主制度的人们到处散播有关他的恶毒谣言。这些运动直到 1918年德国皇帝退位时才结束,但到了这个时候,造谣的影响已经非常深远了 :天才的发明家卡尔·德莱斯成了科技史上一个古怪的边缘人物。


本文原载于《环球科学》2017年7月刊,

转载请联系newmedia@huanqiukexue.com


点击阅读原文,挑选超值优惠套餐


首页 - 环球科学ScientificAmerican 的更多文章: