直上云霄展览现场 摄影：浦峰（新京报记者）
10月21日，在“直上云霄——列奥纳多·达·芬奇的飞行与工程机械展”开幕仪式后，清华大学航天航空学院教授陈海昕、策展人王哲然博士分别就《达·芬奇对飞行的贡献》和《达·芬奇机械发明的复原研究》进行主题发言。我们特别将两位老师的发言记录整理成文，分两期微信内容分享给大家。
主讲人
王哲然
清华大学科学史系助理教授、清华大学科学博物馆馆长助理、复原项目主持人。
达·芬奇机械发明的复原研究
根据王哲然主题发言整理成文
展览“直上云霄”源于清华科博已经进行两年的达·芬奇机械发明复原项目，这也是清华科博的首个复原研究项目。经过近两年的筹备，我们通过手稿的研究、模型的设计、加工制作各个环节紧张的工作，完成了首批达·芬奇机械发明的研究性复原，这次展览就是对我们目前成果集中性的汇报。
“直上云霄”展览现场
在前期调研和与国内外的同行交流的时候，我们经常会被问到两个问题，一是你们为什么要研究达·芬奇？二是现在欧洲，特别是意大利已经有很多达·芬奇的复原研究了，你们为什么还要独立地来做研制？
作为一个科学史的研究者，我想从另外的一个角度来理解和看待这两个问题。在我看来，达·芬奇和他的手稿是一把打开西方科技史的钥匙，是一个连通古代、中世纪和现代的奇异迷宫。下面，我就从这两个问题入手，介绍我们复原的研究和展览的相关情况。
为什么选择达·芬奇呢？我想，选择达·芬奇的原因有很多，他是家喻户晓的人物，在很多学科，比如几何学、机械学、光学、流体力学、天文学、解剖学领域都留下过他的思考。当然在达·芬奇内心，并不存在这些学科的分野，他思维的跳跃度很大，经常从一个领域切换到另外一个领域，利用类比和联想将思考不断地深入下去。
达·芬奇手稿
首先，达·芬奇是一个古代科学技术的追寻者。他生活在文艺复兴时代，那个时代古典科学著作受到了空前的重视，希腊、罗马的天文学、数学和机械学的原理被大家充分地阅读和翻译，包括像达·芬奇在内的工匠阶层，他们也愿意来读这些书，来理解其中的发明创造。从达·芬奇现有的藏书来看，有欧几里得的原本、阿基米德的著作、建筑师维特鲁威以及工程师希罗的著作。当时，达·芬奇就改造过维特鲁威和希罗都提到的一个叫“里程计”的装置。这个装置也是我们团队第一次做的复原模型，它曾在2020年的“神机妙算——计算器具历史展”中展出。
达·芬奇手稿与“直上云霄”展出模型
其次，达·芬奇也是一位中世纪科学技术的见证者。中世纪欧洲开始大量使用各类机械制造的省力机器。在手稿中，达·芬奇记录了当时许多机械技术成就，他的机械绘图中最重要的一部分，当属在佛罗伦萨做学徒期间记录下来的工程起重机械手绘稿。这些机械是由菲利普·布鲁内莱斯基为修建圣母百花大教堂而专门发明的。
布鲁内莱斯基生于1377年，逝世于1446年。他去世后的第六年，达·芬奇才刚刚出生。布鲁内莱斯基在1418年就开始担任圣母百花大教堂穹顶的总设计师。这个建筑是当时世界上最高的一个在建建筑，也是欧洲穹顶直径跨度最大的建筑。当时的工程师需要克服大量的技术工程难题，才能使整个穹顶合拢。布鲁内莱斯基有很多对现代建筑影响非常大的创造，在机械上也有许多发明。他发明了众多的起重机，使得巨大的石料可以调到50米高空，并且精确地放置在作业现场。达·芬奇和他的一些同时代的工程师都在记录当时在工地上堆放的这些大型起重机械。这类工程机械，是本次展览复原第二部分的一个主要内容，我们希望通过展示达·芬奇和他同时代工程师的作品来反映他们之间的继承关系。达·芬奇在机械上的很多奇思妙想不一定是来自他本人的独创，有着鲜明的时代烙印，是15、16世纪意大利机械文化的一个缩影。
“直上云霄”展出模型
最后，达·芬奇还是一位现代科学技术的预言者。人们经常称赞达·芬奇是一位“穿越者”，他预见了许多未来才出现的技术发明和科学理论，是第一位将飞行作为科学问题并严肃对待的研究者。比如，他发明了机枪，在美国南北战争时期被用在了战场上，还有潜水艇、装甲车等。他的手稿里也提到了一些后来的科学理论，比如运动的相对性原理，伯努利原理、光和声的波动性、物质与能量的守恒定律、机械动力学、动脉的作用、地层和化石的形成，光合作用等。
当然，我们不能无限地夸张达·芬奇在理论方面的成就，因为他从来没有给过我们一个非常完整的科学理论，而且他用的语言是比较笨拙的亚里士多德或中世纪物理学的概念。但至少在以下两个方面，达·芬奇的科学探索跟现代科学方法是相契合的。首先，他善于运用定量化的语言表述，例如他做实验时使用的铁板的重量、实验器具的长度，他都会给出定量的考虑。另外，达·芬奇非常重视观察，重视经验和实验在科学中的作用，这在他对飞行器的研究上就得到了集中体现。在达·芬奇之前其实有很多人尝试研究飞行，但他们或是将飞行想得过于神秘，或是认为完全不靠谱，亦或是想得过于简单。达·芬奇是第一个严肃对待这个问题的人。他非常精确地分析鸟的飞行方式，分析用机械制作的翅膀能够承受多大的力，设想用风力或者金属弹力为飞行器提供动力，也非常关注飞行员如何精确地操纵飞行器的问题。
达·芬奇的手稿里提到了很多与飞行器相似的机械，其实它们并不是直接应用于飞行的，而是用于探究空气动力学的原理，或是探究飞行器的一些操纵机制。展览的第一部分——飞行机械，就着重展示了我们对手稿里关于飞行的这些发明机械的复原。尽管达·芬奇并未成功发明过真正可以自由飞行的机器，但我们不妨将每一件机械模型，视为他的一份思想切片，从中了解他独特的思维方式和科学方法。
第二个问题是，为什么我们要独立地来做这个复原研究。意大利的同行早在1910年就开始复原达·芬奇的模型，到了1939年，在二战之前，米兰已经出现了一个专业的团队来做达·芬奇的复原，后来这批模型在全世界巡展。但是很可惜，这些模型在太平洋战争中被毁。20世纪50年代，米兰在建国家科学技术博物馆时重造了一批展品，非常吸引观众。既然已经有了成熟的研究，为什么我们还要做这个独立的研究呢？我认为，独立开展复原研究依然具有无可替代的学术、实践和教育价值。
“直上云霄”展览筹备讨论现场
从学术的层面讲，复原研究是一项高度专门化的科学史研究方法，它以历史记录和考古遗存为依据对古代技术发明进行从无到有的恢复。这项研究特别能够将我们带入到科学史那些细节里面。过去，我们的科学史研究比较强调概念和思想本身变迁，我们一般认为像工具、仪器，工艺或者这些与技术相关的内容是比较次要的，它们是思想的副产品。但是现在这种观念在我们的科学史研究界已经大为改观了，出现了所谓的“实践转向”或者“物质转向”的新思潮。在这种观念的影响下，我们越来越感觉到一个时代精英的科学理论的背后，实际上有一个数量更为庞大的工程师、工匠和手工艺人的群体，一个时代的科学成就或多或少都是建立在当时技术与物质条件的基础上。复原研究显然是我们深入这一类问题的绝好方法，它在传统的文本研究之外构建出我们理解科学史的一个新的角度，构建一个全新的知识增长点。
在实践层面上，亲自开展复原研究为科博团队积累了宝贵的经验。科博馆筹建最大的困难就是展品建设，历史上很多技术发明和科学仪器都已经不存在了，只能通过复原的手段进行恢复。我们在复原的过程中涉及到材料、工艺、互动性、耐久性、成本控制等一系列问题，只有亲自深入复原工作才能够接触和思考这些问题。前辈复原工作的基础为我们的学术研究和实验探索提供了借鉴。而真正进入实物复原后遇到的问题和挑战，为我们深入研究科技史技术细节提供了绝好的方法。
在手稿信息不完整、疫情反复的情况下，我们复原制造团队克服了时间与空间的困难，完成了从笔记资料到机械实物的蜕变，从立项筹备、研究手稿、技术分析、三维建模、研磨图纸再到制造加工、反复调试、展览呈现，每一个过程都渗透了团队精益求精、不断求索、严谨扎实的工作作风，也见证了项目组的成长历程。
更重要的是，作为一家大学博物馆，清华科博深知自己肩负着人才培养的重任，特别重视挖掘复原研究的教育功能和教育价值。基于达·芬奇项目，我们首先在科学史系开设了一门叫《科学史专题实践》的课程，带同学们做达·芬奇的空气螺旋直升机，在其中穿插着文艺复兴机械史和飞行史的内容，是一个文理工三个学科交叉的课程。此外，我们还为这个项目特别申请了 “达·芬奇飞行机器的复原及其展陈研究”和“圣母百花大教堂穹顶的复原展示研究”两个本科生SRT项目。这两个SRT项目吸引了人文学院、美术学院、生命科学学院、机械工程系、航天航空学院、建筑学院、电子工程系等专业的同学。在跨学科、跨院系的交流合作中，同学们锻炼了文献整理研究能力和模型制作的设计动手能力，对文艺复兴科技史、空气动力学、科学仪器复原（模型制作）、博物馆展陈设计等内容有更为深入的认识。
《科学史专题实践》课程合影
我们这次展示的作品有些还不尽完美，但复原研究始终在路上，我们会不断研究、调整、改进，为观众制造更加还原的达·芬奇飞行器与工程机械。
扑翼苍穹，文艺巨擘手稿描绘科学奇想；
穷理开物，科博后生匠心重现先驱绝学。
点击图片，详细了解展览“直上云霄”
