50位史上最偉大的工程師：他們的創新改變了世界

　　一本由STEM教育大使及STEM教育叢書作者共同執筆的跨學科最新力作！ 　　你可曾想過，每天通勤的交通工具、冬暖夏涼的居住空間、 　　純淨無雜質的飲用水質、光速暢行的網際網路是怎麼來的？ 　　倘若沒有工程師，人類社會將停滯不前，這個世界也無法運轉…… 　　工程師會提供方法來滿足人類的各種需求，運用智慧製作工具， 　　再藉由這些工具將世界塑造成適合人類生活的樣貌。 　　西元一世紀，古希臘工程師希羅發明最早的蒸氣機，在一千多年後用來發動工業革命；同一世紀，中國的數學工程師張衡發明地動儀和指南車，為人們預測地震與指引方向； 　　二十世紀，日本建築工程師內藤多仲設計了六座鐵塔，榮獲「耐震高塔之父」的稱號…… 　　以畫作＜蒙娜麗莎的微笑＞聞名的達文西居然是現代戰車的原型設計師！ 　　英國的喬治·史蒂文森為何被稱為「鐵道之父」？ 　　從陸地飛向天空，萊特兄弟製造飛機的故事家喻戶曉， 　　那麼，你知道發明噴射發動機的人又是誰？ 　　從陸地到海洋，英國土木工程師伊桑巴德·金德姆·布魯內爾設計出第一條隧道； 　　法裔工程師約瑟夫·巴札爾蓋特，設計出建構倫敦中心地帶的地下污水系統工程，緩解了霍亂疫情…… 　　本書介紹的50位工程師來自世界各地，包含各式各樣的傑出人才， 　　其共同點都是針對現實世界的問題，提供實際的解決之道， 　　並為世界的建構做出重大的貢獻。 　　曾任STEM教育大使及編撰STEM教育書籍的兩位作者， 　　致力於跨學科的教育模式，透過本書生動描述形塑這個世界的發明與創新， 　　讓我們得以一窺這些幕後推手的有趣生平。 　　書中以精美插圖展示他們的主要成就， 　　包括機械、建築、橋梁或是重大的技術革新， 　　更以引人入勝的內容探討這些工程師如何突破困境，獲致成功。 　　從高聳入雲的摩天大樓、大型強子對撞機，一直到矽晶片和微小的奈米碳管……， 　　我們居住的世界不斷地經過工程形塑，為我們帶來更多便捷與舒適， 　　提升了生活品質，造福未來。 　　如果你曾經想過「那是誰做的？」 　　那麼，在本書中就可以找到答案！

前言／人類居住的世界，一切都跟工程有關　6 薩卡拉之左塞爾金字塔的建造者──印何闐 Imhotep　　8 不只發現阿基米德原理的工程師──阿基米德 Archimedes　　12 水壓風琴的發明家──克特西比烏斯 Ctesibius　　16 史上最著名《建築十書》的作者──維特魯威 Vitruvius　　18 窺管、里程計的發明家──亞歷山卓的希羅 Heron of Alexandria　　20 指南車、候風地動儀的發明家──張衡　　22 羅馬帝國圖拉真橋、圖拉真廣場的建造者──大馬士革的阿波羅多洛斯 Apollodorus of Damascus　　26 《奇巧機械裝置的知識之書》的作者──伊斯麥爾．加札利 Ismail Al-Jazari　　30 聖母百花大教堂巨大穹頂的設計者──菲利波．布魯內萊斯基 Filippo Brunelleschi　　34 《論工具》、《論機器》的作者──馬里亞諾．迪．雅各波：塔科拉 Mariano di Jacopo: Il Taccola　　40 熟知土木和機械工程的多才藝術家──李奧納多．達文西 Leonardo da Vinci　　44 發明永動鐘、建造划槳潛艇的工程師──科內利斯．德雷貝爾 Cornelis Drebbel　　50 以自製望遠鏡觀察土星環的天文學家──克里斯蒂安．惠更斯 Christiaan Huygens　　52 改良顯微鏡並寫出《微物圖誌》的自然哲學家──羅伯特．虎克 Robert Hooke　　54 第一部實際運作蒸汽機的發明家──湯瑪斯．紐科門 Thomas Newcomen　　58 H系列航海鐘與航海錶的發明家──約翰．哈里森 John Harrison　　62 改良蒸汽機燃料效率的發明家──詹姆斯．瓦特 James Watt　　66 道路巨人、十九世紀初最長吊橋的建造者──湯瑪斯．泰爾福德 Thomas Telford　　72 第一部蒸汽動力機車的設計者──理查．特里維西克 Richard Trevithick　　76 建造第一架載人滑翔機且成功飛行的工程師──喬治．凱利 George Cayley　　80 促進英國各地鐵路大幅擴張的工程師父子檔──喬治．史蒂文森與羅伯特．史蒂文森 George & Robert Stephenson　　84 以實驗啟發電動馬達設計的科學家──麥可．法拉第 Michael Faraday　　90 建造巨大輪船的英國鐵路工程師──伊桑巴德．金德姆．布魯內爾 Isambard Kingdom Brunel　　92 紐約布魯克林大橋的設計師與建造者──約翰．羅布林、華盛頓．羅布林、艾蜜莉．羅布林 John, Washington & Emily Roebling　　98 重建倫敦下水道系統的工程師──約瑟夫．巴澤爾傑特 Joseph Bazalgette　　102 設立第一座引擎工廠的工程師──尼古拉斯．奧托 Nikolaus Otto　　108 真正的摩天大樓之父──威廉．勒巴隆．詹尼 William Le Baron Jenney　　110 第一輛四輪汽車的設計師暨建造者──戈特利布．戴姆勒 Gottlieb Daimler　　114 為錄音、電燈、電影放映帶來重大突破的發明家──湯瑪斯．愛迪生 Thomas Edison　　118 取得第一部可用電話專利的發明家──亞歷山大．葛拉漢．貝爾 Alexander Graham Bell　　124 以輕量金屬結構超前時代的建築師──弗拉基米爾．舒霍夫 Vladimir Shukhov　　130 發明拍擊扇反制生化戰的女科學家──赫莎．艾爾頓 Hertha Ayrton　　134 構想出電力系統與無線電技術的發明家──尼古拉．特斯拉 Nikola Tesla　　136 以同步多工鐵路電報改善鐵路網安全的發明家──格蘭維爾．伍茲 Granville Woods　　142 研發出高效率柴油引擎的發明家暨工程師──魯道夫．狄塞爾 Rudolf Diesel　　146 發明電影攝影機及放映機的兄弟檔──奧古斯特．盧米埃爾與路易．盧米埃爾 August & Louis Lumiere　　150 實現第一次重於空氣的航空器飛行的兄弟檔──韋爾伯．萊特與奧維爾．萊特 Wilbur & Orville Wright　　154 讓無線電通訊成為國際通用技術的發明家──古列爾莫．馬可尼 Guglielmo Marconi　　160 工業管理領域的先驅──莉蓮．莫勒．吉爾布雷斯 Lillian Moller Gilbreth　　164 實現以液體燃料發射火箭的科學家──羅伯特．戈達德 Robert H. Goddard　　166 對紐約市供水系統有重大貢獻的工程師──諾拉．斯坦頓．布拉奇．巴尼 Nora Stanton Blatch Barney　　172 協助改善乘客旅程體驗的鐵路工程師──奧莉薇．丹尼斯 Olive Dennis　　174 打造東京鐵塔、大阪通天閣的塔博士──內藤多仲　　176 英國女性工程學會的創始成員──薇瑞娜．霍姆斯 Verena Holmes　　180 為現代直升機奠定基礎的航空工程師──伊戈爾．西科爾斯基 Igor Sikorsky　　184 打造出網格穹頂的博學家──巴克敏斯特．富勒 R. Buckminster Fuller　　190 史丹佛大學首位女性工程教授──伊姆加德．弗呂格－洛茲 Irmgard Flugge-Lotz　　194 最早提出飛機渦輪噴射引擎構想的航空工程師──法蘭克．惠特爾 Frank Whittle　　196 協助人類登陸月球的火箭工程師──華納．馮．布朗 Werner von Braun　　200 發展出摩天大樓管狀結構的工程師──法茲勒．拉曼．康恩 Fazlur Rahman Khan　　204 圖片出處　208

前言 人類居住的世界，一切都跟工程有關 　　聽到「工程」一詞，或許你最先想到的畫面會是一些建造的事物，例如具有代表性的橋梁、建築或運輸工具。不過在這些顯而易見的成就背後，都藏著一個普遍的事實：人類的世界中，工程無所不在。從高聳的摩天大樓和大型強子對撞機（Large Hadron Collider，一種巨大的科學儀器，也是全世界最龐大的機器），到矽晶片上小至看不見的電路，以及只能透過顯微鏡發現的奈米碳管（carbon nanotube），在我們的世界——我們居住的人類世界——一切都跟工程有關。本書挑選了一部分對建構世界有所貢獻的工程師並講述其事蹟。 　　 　　在我們認識這些工程師前，可以先了解他們做的事，甚至提出最基本的問題：工程是什麼？「工程」的前面通常會加上其他修飾詞，例如土木、結構或機械等。眾多的專業，代表了工程的領域極為廣泛。然而每位工程師都有一個共通點，那就是他們會針對現實世界的問題提供實際的解決之道。他們的解決之道通常是實體的結構和機器，但也可能是比較難以感知的形態，例如將原料轉換成有用產品的過程，或是把資料轉化為有意義的資訊。 　　 　　為了進一步解釋工程的概念，我們可以這麼說：工程師會提供方法來滿足人類的各種需求。雖然所有生物都會為了適應生存條件而進化，但是人類擁有一些獨特的能力，讓我們更能夠控制自然環境。我們運用智慧製作工具，再藉由這些工具將世界塑造成適合我們的樣貌。或許我們能夠以史前先人為例，他們使用燧石製作成石斧，是最早的工程師。從最早出現的基本工具到簡單的機器（例如槓桿、滑輪和輪子），我們可以追溯工程的基礎，而正是這些基礎引領著我們建立了現代世界，讓人類成為地球上的優勢物種。現今圍繞著我們的日常基礎建設，是工程史長久以來累積的成果。如果你仔細思考自己每天所使用的一切，一定會發現有趣的工程背景故事。 　　 　　並非所有的工程師都是先驅，也不一定都是科學家與發明家，不過歷史上確實有許多工程師身兼這些角色的例子。工程師經常以他人的成就為基礎，他們會結合或改善現有的發明來打造出成品。只要有科學發現，工程師就會將其應用至日常生活的實際層面。正因如此，在科學進展劇烈發生的時期（例如文藝復興和工業革命），跟工程相關的故事才會特別豐富多元。 　　 　　我們挑出五十位工程師，由他們代表從古至今一些重大的工程成就。由於工程的範圍極為廣泛，所以我們不得不採取篩選的方式。一直到比較近代的時期，檔案中才記載了較多女性工程師的成就。希望她們和其他工程師在本書中的故事能夠鼓舞人心。為了面對未來的挑戰，尤其是氣候變遷，現在或許是人類最需要工程師的時刻。他們可能會運用新的技術（例如機器人與人工智慧），但他們也會尋找問題的解答，將構想化為現實，就像你即將在書中見到的這些工程師。

李奧納多．達文西 Leonardo da Vinci 心靈手巧的人類能夠創造各種發明，卻永遠無法設計出比大自然更美妙、更純粹、更直接的東西……。──李奧納多．達文西，《溫莎手稿》（Codex Windsor） 李奧納多．達文西或許是文藝復興時期最著名的藝術家：這個名字家喻戶曉，代表性的畫作有〈蒙娜麗莎〉（La Gioconda）與〈最後的晚餐〉（The Last Supper）。不過，達文西在藝術之外，還擁有眾多才能，涵蓋了科學、解剖學、數學、建築及工程。這些知識和技能的領域，對他來說並無分別，而且全都包含在一種受到人文主義影響的學科內，透過觀察與實驗研究自然。 科學和數學會在達文西的藝術中派上用場，幫助他處理技術方面的挑戰，例如製作巨大的銅馬雕像，或是在義大利米蘭恩寵聖母院食堂牆面上畫出《最後的晚餐》。同樣地，達文西的繪畫技巧也能讓他以視覺化的方式記錄科學觀察與想法，以及畫出詳細的工程和建築設計。 達文西就像塔科拉和迪．喬治，是擁有技術知識和創造技巧的藝術家兼工程師，能夠在紙上推測、設計與發明。達文西的附圖筆記內容，全都是相反的「鏡像書寫」，留存下來的大約有七千頁。這些原版活頁紙上，充滿了他在工作時寫下的筆記與繪圖。他可能還拿了其中一些頁面向富有的資助者展示構想。其他頁面則是記錄了他的觀察或科學研究。後來，有人收集了手稿並裝訂成冊。這些筆記現在是構想與發明的寶庫，而我們也能清楚看出工程在達文西的職涯中有多麼重要。 達文西於1452年出生於文西（Vinci），那是位於義大利中部托斯卡尼山區的一個市鎮。他是一名非婚生子，父親皮耶羅．達文西（Piero da Vinci）是在佛羅倫斯工作的公證員，母親卡特琳娜．莉比（Caterina Lippi）則是來自貧窮務農家庭的年輕女子。他的嬰幼兒時期是由母親在鄉間一座農場養育成長。後來在五歲左右，達文西到了家族位於文西的住宅，跟叔叔與祖父母一起生活。然而，由於達文西不是合法繼承人，並未接受當時強調的將古典文本死記硬背的學究式教育。諷刺的是，這可能促使了達文西的自由思考與自立自強，後來把身為他所謂「未受教育之人」這一點，轉換成一種優勢，也讓之後的伽利略重視觀察與推理，更甚於從書本獲得的智識。 繼母過世之後，達文西前往佛羅倫斯跟父親一起生活。父親為當時十四歲的他找到了一份工作，也就是在知名的佛羅倫斯藝術家安德烈．德爾．委羅基奧之工作室擔任學徒。委羅基奧主要的職業是雕刻家，也具有畫家與金匠的身分。他的工作坊相當繁忙，要處理各種委託案件，而達文西也因此學習了眾多領域的技能與知識，包括素描、雕刻、繪畫，以及金屬加工與鑄造、機械工程、化學、木工。 身為學徒的達文西，在委羅基奧指導下鍛鍊自己的藝術天分。在一段著名的記述中，達文西被要求在委羅基奧的一幅畫裡加上一位天使。他展現的技藝高超到令人訝異，甚至讓他的導師後來放棄了繪畫。達文西也有過實際的工程經驗。在布魯內萊斯基為佛羅倫斯聖母百花大教堂建造的穹頂上，達文西協助委羅基奧安裝了一顆金球。在大教堂的工地時，達文西會熱衷地研究建造穹頂所使用的機械裝置。布魯內萊斯基的旋轉式起重機，以及一種用於將建材吊升至穹頂的升降式起重機，都被達文西畫進了筆記保存下來。達文西出師並開始自己接案後，仍然繼續與委羅基奧合作。然而，他也開始得到工作半途而廢的名聲，原因可能是他的興趣太過廣泛而分心了。 1482年，「偉大的羅倫佐」（Lorenzo th Magnificent）派遣達文西從佛羅倫斯前往米蘭。達文西的外交任務之一，是要將他製作的一把銀色里拉琴送給米蘭公爵，藉此撫平兩個城邦之間的衝突。達文西抓住這次機會，向即將接替父親成為米蘭公爵的盧多維科．斯福爾札（Ludovico Sforza）爭取軍事工程師一職。他寫了一封信給斯福爾札，內容詳述了他能夠為軍事戰役貢獻的工程技能，例如建造橋梁和挖掘隧道。他接著列出自己能夠製造的各種武器，包括裝甲車輛、大炮和其他攻城武器。在信件結尾，達文西舉出了自己在民用建築與水力工程方面的技能，這些都可以在和平時代派上用場。直到最後，他才稍微提及自己的藝術能力！ 信件內容讓盧多維科大為佩服，達文西也因此獲得了工作。在這段期間的義大利，藝術家兼工程師的地位達到前所未有的高度，包括敵對的富裕家族以及遠方的統治者，都會爭相延攬能人智士。雖然達文西的軍事發明大部分都未曾真正建造出來，但還是為宮廷娛樂提供了特殊的效果。