天才中的全才——列奥纳多·达·芬奇
天才中的全才——列奥纳多·达·芬奇作者 | 包彦禹老师
来源 | 包彦禹老师公众号
一提到列奥纳多·达·芬奇（Leonardo di ser Piero da Vinci，1452－1519），也许大家就会联想到一个女人（蒙娜丽莎）和那个晚餐（最后的晚餐）。
今年 2 月初在卢浮宫，我也好不容易挨着人堆一睹《蒙娜丽莎的微笑》。
事实上，除了绘画，达·芬奇在音乐、建筑、数学、几何学、解剖学、生理学、动物学、植物学、天文学、气象学、地质学、地理学、物理学、光学、力学、发明、土木工程等领域都有显著的成就，是人类历史上罕见的天才、全才。
世人熟悉的达·芬奇形象基本上来自于他的这幅著名的自画像。
我们很有必要了解一下达·芬奇绘画之外的渊博学识和深邃思想。
1“太阳中心说”的早期提出者
达·芬奇对太阳、月亮、行星和星座的运动进行过广泛的研究，认为地球不是宇宙的中心，而只是一颗绕太阳运转的行星，反对“地球中心说”，在太阳系的行星轨道中，地球的轨道比其他行星更接近一个圆形轨道，太阳是不运动的，月亮自身也并不发光，只是反射了太阳的光辉。
他还明确地描述了月球的短期变化、如日食和月食的发生机制，以及彗星围绕太阳的轨道。这些观点的提出早于哥白尼“太阳中心说”40 年，比开普勒提出的理论早了 100 多年，达·芬奇还研究了星座的位置和运动，甚至幻想利用太阳能。
达芬奇的天文学研究成果虽然没有像他的艺术作品那样闻名于世，但是他的贡献在天文学领域仍然被人们所赞赏和铭记。
2“永动机”是不可能的
达·芬奇对物理学的观察和实验研究，在那个时代很具前瞻性。他的物理学贡献主要体现在以下三个方面：
1. 力学：达芬奇对物体的运动、加速度和惯性等方面进行了深刻思考，他提出了抛体运动的规律，并且发现了柔性物体的弯曲规律。此外，他还探讨了物体在油和水中运动的规律。
2. 液体力学：达芬奇对水的作用进行了系统地研究，包括水流的涡旋、涡流、和涡片等。他的这些研究成果，对于证明地球是球体而不是平面，是一个宝贵的物理学成果。
3. 光学：达芬奇在光学方面的研究不仅限于绘画，在几何光学方面进行了重要的尝试，探索了像的形成，特别是通过镜面使目标物体变小的原理。
他发现了液体压力的概念，提出了连通器原理，他指出：在连通器内，同一液体的液面高度是相同的，不同液体的液面高度不同，液体的高度与密度成反比。他发现了惯性原理，后来为伽利略的实验所证明。他认为一个抛射体最初是沿倾斜的直线上升，在引力和冲力的混合作用下作曲线位移，最后冲力耗尽，在引力的作用下作垂直下落运动，这一发现使亚里士多德的落体学说产生了动摇，他指出了“永动机”作为能源的不可能性。
达芬奇还预示了物质的原子原理，形象生动的描述了原子能的威力：“那东西将从地底下爆起……使人在无声的气息中突然死去，城堡也遭到彻底毁坏，看起来在空中似乎有破坏力。”
达芬奇的这些物理学成就为后来科学的进一步探索提供了重要的理论和实验基础，对于推动人类知识的进步，具有重要的历史意义。
3生理解剖学的始祖
在医学方面，达芬奇虽然并不是专业医生，但他却在解剖学和疾病治疗方面做出了很多创新贡献。
1. 生理学：达芬奇通过对尸体进行详细解剖，揭示人体内部结构，获得了许多人体解剖和生理学上的重要发现。绘画作品对人体细节的注重正源于此，如“维特鲁威人”的素描，展示了对人体内部神经、骨骼和肌肉的非凡了解。
2. 疾病治疗：达芬奇研究了许多疾病的治疗方法，包括结石病、癌症和伤口感染等药物和手术治疗方法，并发明了一种治疗癌症的药物。此外，达芬奇还对创伤的治疗和感染控制进行了研究和尝试。
3. 解剖学：达芬奇为解剖学的教育做出了重要的贡献，他的标志性绘画作品、解剖笔记以及具有艺术风格的手稿，成为了医学的重要工具。
他发现了血液的功能，认为血液对人体起着新陈代谢的作用。他说血液不断的改造全身，把养料带到身体需要的各个部分，再把体内废物带走。达芬奇研究过心脏，他发现心脏有四个腔，并画出了心脏瓣膜，认为老年人的死因之一是动脉硬化，而产生动脉硬化的原因是缺乏运动。后来，英国的威廉．哈维证实和发展了达芬奇的这些生理学成果。
在解剖学和生理学上取得的巨大成就，他也有了近代生理解剖学始祖的美誉。
4建筑功能与美学的倡导者
在建筑方面，达芬奇表现出卓越的才华。他设计过桥梁、教堂、圆屋顶建筑和城市下水道。在城市街道设计中，他将车马道和人行道分开；设计城市建筑时，具体规定了房屋的高度和街道的宽度，米兰的护城河就是他设计和建造的。
他的建筑作品, 不仅有效地结合了艺术与科学，而且对当今的建筑设计和工程方法有着深远的影响。
1. 建筑设计：达芬奇的建筑作品采用了自然比例和人体比例调整，以及创新的建材和构造技术。他的建筑设计注重功能和美观的统一，使空间在体积和形状方面更加协调和对称。而且，达芬奇的建筑与环境相融合，以适应当地景观和地形。
2. 建筑材料：达芬奇提倡使用创新材料，如锯齿形石墨，用于改善建筑的结构强度和防火性能，同时使建筑物在质量和重量方面更加均衡。他也对建筑的支撑结构进行了研究，提出精确的计算方法和构造建议来增强建筑物的稳定性和耐久性。
3. 都市规划与景观设计：达芬奇倡导通过规划、设计和改进城市的公共场所，来促进公共交流和社会发展。他强调空间和几何的重要性，正是这些因素使得达芬奇的都市规划和景观设计作品对当今城市规划理论有着深远的影响。
达芬奇对水利学的研究比意大利的学者克斯铁列早一个世纪。为了排除泥沙，他作了疏通亚诺河的施工计划，他设计并亲自主持修建了米兰至帕维亚的运河灌溉工程。由他经手建造的一些水库、水闸、拦水坝便利了农田灌溉，推动了农业生产的发展。有些水利设施至今仍在发挥作用。
达芬奇在建筑、水利领域的贡献是无可置疑的，他的创新创造和智慧启示激励着后来的设计师们不断寻求对建筑的功能与美学的统一。
5包罗万象的机械发明
达芬奇在机械方面的发明更是包罗万象，他将无数的奇思妙想呈现在世人面前。飞行机械、直升飞机、降落伞、机关枪、手榴弹、坦克车、潜水艇、双层船壳战舰、起重机，水下呼吸装置、拉动装置，发条传动装置、滚珠装置、反向螺旋、差动螺旋、纺织物扩张器，挖河机、起重机、照相机、加热机、温度计……都有他的杰作。
每个人都有对天空的渴望，达·芬奇同样有着飞行的梦想，他一直致力于制造一种能够飞行的机器，设计了多种翼型和机身结构，包括蝙蝠翼、鸟类翅膀和椭圆形的机身。1483 至 1486 年期间，达芬奇绘制了一幅飞行器草图。
在达芬奇的设想中，这是一种依靠飞行员自身提供动力来驱动的飞行器。这位天才称自己的设计为“扑翼飞机”，达芬奇让自己的飞机同时具备了推动力和提升力。看来，这位文艺复兴时期的天才早在莱特兄弟之前就有可能开创人类飞行的历史。事实上，这个最早的飞行器的机械设计十分完美，但是，由于人自身所提供的动力和飞行器本身的自重相比不成比例，是无法实际应用的。
直到今天，人们还将达芬奇的设计视为直升机的先祖。
很早，达芬奇就对当时的四轮马车不满，在他的科学世界中，早就有了汽车的影子，点燃现代汽车发明灵感之火的可能就是这辆“达芬奇汽车”。
6归于数学
达·芬奇的贡献远不至此，但离不开的是，他熟练掌握代数、几何、三角学等多个方面的数学知识，对于数学的应用非常娴熟。
达·芬奇在他的笔记本中曾写道：绘画科学开始于点，然后是线，第三个出现的是面，第四个是覆盖着的立体。达芬奇紧跟欧几里得的脚步，形象的描述了零维的点，一维的线，二维的面和三维的空间，在评价数学时说：“在科学中，凡是和数学没有联系的地方，都是不可靠的。”
观察画作《最后的晚餐》的手稿，我们可能就会明白他的思考。
《最后的晚餐》的手稿一：
《最后的晚餐》的手稿二：
《最后的晚餐》：
他认为：和其它科学一样，绘画是一门科学，其基础是数学。在画作和建筑设计中，他非常善于利用透视和黄金分割来达到美学上的完美统一。
在建筑设计上，同样如此。位于意大利弗洛伦萨的圣母百花大教堂内的一个穹顶，就出自达芬奇之手。
为了建造这个穹顶，从 1420 年到 1436 年持续了 16 年的时间，这个大教堂高 46 米，直径 41 米，最初，使用木框架和砖头建造失败，导致工程停滞多年。也就在这个时候，达芬奇开始参与工程，他担任穹顶计划的主要工程师，在他的帮助下，穹顶的建造才得以完成，成为欧洲建筑史的一个里程碑。
达芬奇穹顶搭建前的部分素描：
达·芬奇用自己的想象力和天赋，将数学与艺术、科学结合起来，创造出了众多伟大的作品，他长达 7000 多页的手稿（现存约 5000 多页）至今仍在影响科学研究，他的手稿页则被称为一部 15 世纪科学技术的百科全书。
如果你对达芬奇穹顶的设计也感兴趣，不妨动手实践一回，感受一下这位百科全书式天才的灵感。
好玩的数学 2023-04-10 07:04 发表于江西
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