文：羅瑪．艾葛拉瓦（Roma Agrawal）

泵浦

五千年前，小零古代美索不達米亞（現伊拉克境內）底格里斯河（Tigris）和幼發拉底河（Euphrates）之間是改基本一片貧瘠的平原，其中點綴著一些沼澤。變大泵浦那裡的世界水乾旱環境意味早期定居者需要灌溉作物，才能餵飽不斷增長的運送研擬人口。新的渴求控多米源码解析發明往往是為了回應需求，對古代的讓們美索不達米亞人來說，他們的出流困境跟人類從很早以前就一直在對抗的困境一樣，但是體操在某次靈光乍現中，一位不知名的小零發明家──也可能是一個團隊──想到一種辦法可以讓作物豐收和餵飽所有人口，這個發明是改基本一個類似起重機的結構，叫做桔槔（shadoof）。變大泵浦

桔槔很像支撐架很高的世界水翹翹板，它是運送研擬一個直立的支架，最上面有根槓桿，渴求控也就是一根長棍子，其中一端連著桶子，另一端連著平衡錘。這個簡單又精巧的結構讓他們能夠用桶子從河裡提水，再澆灌在田地裡，這種對他們的生存來說至關重要。

桔槔正是泵浦，「泵浦」這個詞彙可能會讓人聯想到相當複雜的技術裝置，裡頭有著許多移動的蝴蝶量化 源码零件，但是從最基本的層面來說，泵浦就是能移動液體或氣體的裝置而已。泵浦可以簡單到只是一根繩索末端的一桶水，供你拉動它，也可以複雜到變身為靠馬達驅動的多活塞引擎，用來移動和燃燒汽油，為車輛提供動力。

自古以來，泵浦就扮演了重要的角色，將乾淨的水輸送給我們，然後帶走污水，同時使我們能夠大規模生產糧食，就連在惡劣環境下也能辦到。我們之所以需要泵浦是因為流體（包括液體和氣體）會因應周遭的作用力而以某種方式自然移動，它們像瀑布一樣從高處流向低處，這源於重力原理；它們也會從高壓區流向低壓區，原因是自由流動的粒子不喜歡不穩定，它們想保持平衡狀態（氣球裡面的空氣不喜歡被外面的空氣壓縮，這就是為什麼充氣後，如果不把氣球綁緊，空氣會洩出來，這正是為了取得平衡）。

泵浦會迫使流體以不自然的wt系统源码方式移動，可以反重力地將它們往上推、強迫它們處於高壓狀態，甚至只是將它們輸送到別的地方。泵浦就像彈簧一樣有很多不同的形式，並在世界各地被個別開發出來，以因應各地不同的情境和需求。這證明了工程師將泵浦當成工程問題的解決方案，進而探索各種可行性，在不同地域都有其悠長的歷史。

像桔槔以及阿基米德式螺旋抽水機（後者是在古埃及發明，被希臘人發現，第一章曾提及）這樣創新的泵浦，最初都是出現在乾旱地區，那裡的居民必須在水源供應上盡其所能發揮創造力。即便在現代世界，很多人雖然有幸住在有水龍頭流出源源不絕的淨水的地方，也還是相當依賴泵浦。我發現這很有趣（但也覺得羞愧），我們今天使用的許多泵浦，其起源竟然可以追溯到中世紀──更具體地說，是追溯到一位工程師，但我們對他的名字可能不太熟悉。

在一二○六年發表的仿微软源码著作《精巧機械裝置的知識之書》（Kitāb ma’rifat al-hiyal al-handasiya）裡，發明家兼工程師巴迪－阿茲曼．阿布爾伊斯莫伊爾．伊本．拉扎茲．阿爾－加扎利（Badi’ az-Zaman Abu-’l-’Izz Ibn Isma’il Ibn al-Razaz al-Jazari）詳述了五十多種機械裝置。他在迪亞巴克爾（Diyarbakir，位在今天的土耳其境內）工作，是著名的總工程師和優秀工匠，歷經阿爾圖格王朝（Artuquid）的幾位國王，任職長達幾十年。

加扎利這本百科全書式的著作囊括了六大類別的機器和裝置，不僅詳述和繪製出其運作原理，還仔細地解釋了它們的構建和組裝方式，為未來的工程師提供了一座知識寶庫。他用令人驚嘆的方式來結合形式與功能，最著名的結構之一就是那座裝飾繁複又龐大的大象鐘（長四英尺，高六英尺）。這個結構融合了他眾多的創作，像是自動機、流量調節器和閉環系統等，這些系統直到今天仍用於工程學。

加扎利的老家氣候乾燥，於是他也發明了泵浦供家鄉的人提取水源。其中一種特別聰明的設計被稱為往復泵（reciprocating pump），它是能同時達成兩種泵抽作用的泵浦。他安置兩個相對而立的銅製圓筒，各有一個柱塞，app源码领取靠一根杆子連接彼此。有個附著在擺動臂上的齒輪會來回推動那根杆子，因此能夠一舉將水從其中一個圓筒裡推送上來，再拉進另一個圓筒裡。裝置中液體被拉吸進部分真空的部分，被認為是水吸入管（suction pipe）的首度真正運用。

曲柄軸（crankshaft）是將旋轉運動轉換為直線運動的機械，如今已成為燃油動力車輛的主要特色，這也歸功於加扎利。這個裝置有一根主臂，主臂上垂直連接著好幾根直桿。當主臂旋轉時，由於呈「曲柄」狀，因此可以成排地來回拉動直桿，以壓縮氣體或燃料。這項技術對蒸汽機和汽車引擎的發明來說至關重要，少了它，我們的世界將截然不同。

我們對水的需求和依賴意味著泵浦的眾多發展都是為了要搬運水。大約在十七世紀，工程師開始轉向思考其他液體以及泵浦的其他用途，隨著十九和二十世紀的工業化進程，泵浦的設計迅速發展，並且受到廣泛運用。

就像加扎利的那種裝有柱塞的圓筒──也就是活塞（pistons）──便被運用在自行車打氣筒和汽車引擎裡。還有齒輪泵，它是帶有一個旋轉組件的旋轉泵浦，可以讓流體往前移動（用來推動汽油等黏稠的液體）。隨著手動操作漸漸被電力取代，泵浦也跟著變得越來越來精密和複雜，離心泵就是利用這種新能源使液體高速旋轉，再藉由離心力將它們往外推（就像遊樂園旋轉遊樂設施裡的遊客被擠壓在圓柱形牆壁上一樣），然後再排放到出口處。

雖然在我們周遭有無數的泵浦造就了我們的現代化生活，但在人類發明這些人工泵浦之前，自然界早就存在一種最為精細複雜的泵浦。每個人體內都有一個很厲害的泵浦，沒有它，我們便活不下去。

心臟是胚胎體內第一個發育的器官，因為胚胎存活與否，在於氧氣和養分有沒有被送往所有細胞、廢棄物有沒有被帶走。等到我們呱呱落地到這個世界，心臟和循環系統便開始日復一日地承擔起這份工作。我們的心臟每天跳動約十萬次，目的是確保身體能夠運作。

儘管工程師從古到今發明和製作了不少精巧的泵浦，但他們長久以來也竭力地想要創造出類似心臟般堅固又有效率的泵浦，以及找出方法修復開始惡化或衰竭的心臟。但問題是，心臟不是具有標準化活動零件的正統泵浦，也不是可以在工程圖上刻板列出尺寸的裝置。我們已經能夠在一定程度上複製它，也挽救了許多性命，但在做到這一點之前，是經歷過許多實驗和失敗，更犧牲了不少貓。

書籍介紹

本文摘錄自《小零件改變大世界：釘子、輪子、彈簧、磁鐵、鏡片、繩子、泵浦，七種細小發明如何成為現代文明的重要推手？》，臉譜出版

作者：羅瑪．艾葛拉瓦（Roma Agrawal）
譯者：高子梅

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🔩2023英國皇家學會科學圖書獎入圍作🔩
🔩現代世界不為人知的小小零件，如何從根本上改變了我們的生活？🔩

💡七種建構現代文明的細小發明

在人類文明漫長的歷史中，許多矚目的發明與創新相繼誕生，讓我們今天得以過上舒適的生活，並能享受科技發展帶來的便利。

論及人類最偉大的工程奇蹟，我們可能首先會想到許多恢弘的建築物或精密的機器。這些成就固然令人讚嘆不已，但其實一些微小而簡單的結構零件更值得我們關注，因為改變世界的往往是這些小零件，它們是文明與科技的基石，若沒有它們，現代世界賴以運作的各種事物將不復存在——

🔩從輕型飛機到越洋船艦，人類能夠上天下海，全是小小釘子的功勞？
🛞輪子怎樣開啟了人類的探險時代，讓我們的足跡遍布地球，甚至踏足宇宙？
➿被隱藏起來的彈簧，如何使摩天大樓拔地而起，並形塑今天的城市生活？
🧲不只是導航，磁鐵還幫助我們打破空間限制，讓距離不再窒礙溝通與交流？
🔎鏡片如何促進醫學變革，讓人類掌握生命密碼，甚至讓創造生命變成可能？
🪢兼顧實用與美學功能的繩子，數千年來也為我們提供了心靈上的療癒？
⛽從取水工具到人工心臟，人類如何發明出各式各樣的泵浦來延續與挽救生命？

《如何在果凍上蓋城市？》的作者、曾參與建造西歐最高建築物碎片塔的結構工程師羅瑪．艾葛拉瓦，將帶領我們走進工程學的微觀世界，一睹七種不顯眼、卻又無處不在的基本零件，如何成就各種奇蹟，推進人類文明的發展。

💡被埋沒在歷史中的發明家故事

「他們來自於世界各地，也來自不同的時代，
他們是讓電流通過自己雙手的醫師、用顯微鏡研究自己精子的商店老闆、
接受豬心移植的病患、對破掉的餐盤感到沮喪的家庭主婦……」

在人類發明與創新的歷程中，不乏知名於世的傑出工程師和科學家，但也有更多締造了卓著成就的人物，卻因為時代環境或身分所限而默默無聞。羅瑪在本書中為我們重新講述了這些鮮為人知的故事，以及他們對於工程學和這個世界舉足輕重的貢獻。

工程學可以揭露我們過去的模樣，把人類的歷史告訴我們，亦能反映我們當下的面貌。如果能理解我們所製造出來的東西如何運作，它也將成為我們通向光明未來的引路者。

本書將從小處開始，為你打開那些表面看來高深莫測的東西，並期望能再一次點燃你對探索各種人類創新發明的好奇心，進而啟發你深入複雜但引人入勝的工程學世界。

Photo Credit: 臉譜出版

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責任編輯：馮冠維
核稿編輯：翁世航