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？ 呂良正｜臺灣營建研究院院長、國立臺灣大學土木工程學系教授 黃春木｜臺北市立建國高中歷史科教師 鄧建國｜國立臺灣師範大學設計系所教授 簡麗賢｜臺北市立第一女子高級中學物理教師 ——見微知著推薦 （依姓名筆畫排序） 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。 本書特色 ．探索七種被譽為「文明基石」的零件背後的技術，以及鮮為人知的發明家故事。 ．揭示工程學對於人類的寶貴意義——工程學的核心從來都是以人為本，並藉此引領出一條對這個世界更有同理心的道路。 ．作者手繪可愛而明瞭的解構圖，幫助讀者輕鬆拆解複雜機械和儀器的運作原理。 ．收錄前人珍貴的設計圖，一睹在沒有當今科技協助年代令人驚豔的先驅設計。 各界好評 「作者艾葛拉瓦為熱愛寫科普書的結構工程師，擅長以結合歷史說故事的方式來傳遞工程概念，將工程學變得簡單有趣，過去審定其暢銷作：《如何在果凍上蓋城市？》及《哇！這是怎麼蓋出來》，對這樣的寫作風格如沐春風。本書以我們熟悉的七項工程小發明，穿插豐富有趣的歷史故事，娓娓道來衍生的重要工程應用，讓我們眼界大開。」 ——呂良正／臺灣營建研究院院長、國立臺灣大學土木工程學系教授 「若要讚嘆人類文明的成就，工程學是最顯明的代表，幾乎永不停歇地帶來更高、更快、更大、更小、更輕、更精準、更堅韌的科技物，無可限量地造福我們的生活。 但這些科技物之所以有用，需要眾多零件的串接整合，少一根釘子、毀一個輪子、缺一塊鏡片或磁鐵、壞一個彈簧或泵浦、斷一條繩子等，將會導致航空器墜毀、高樓倒塌、工廠停擺，或大規模停電。本書充滿創意及洞察力，以七種小物打造一處『大觀園』，為我們展現文明發展最不可或缺的零件，和人類心靈最精采豐富的源頭。」 ——黃春木／臺北市立建國高中歷史科教師 「這本書從小零件背後的技術出發，闡述鮮為人知的發明家故事，娓娓道出工程學以人為本的核心價值，引領讀者同理心的理解與關懷，不僅是科學普及的書籍，還蘊藏人文的關懷。閱讀《小零件改變大世界》，帶領我們從宏觀的世界走進微觀的視野，理解七種不顯眼卻又無處不在的基本零件，如何成為現代文明的重要推手，造就工程學的巍峨與壯麗，以及如何發展人類生活的文明。」 ——簡麗賢／臺北市立第一女子高級中學物理教師 「迷人！」 ——山姆．奇恩 Sam Kean／《華爾街日報》（Wall Street Journal） 「羅瑪不僅介紹了偉大的發明，還敍述了製造和應用這些發明的社會，以及受這些發明影響的人們……本書寫下了值得向科學家和工程師講述的悠久歷史，進而觸動他們的社會意識。」 ——亞當．夏皮羅 Adam R. Shapiro／《科學》雜誌（Science） 「令人愉快……從背後的物理原理到簡單實用的技巧，彈簧、輪子和釘子等日常物品有著無窮的魅力……儘管迷人的複雜技術引人矚目，但其實改變世界的往往是這些小零件。」 ——提姆．哈佛 Tim Harford／《金融時報》（Financial Times） 「一場關於建築模塊的古怪而有趣的演出。」 ——《科克斯書評》（Kirkus）

前言 第一章：釘子 第二章：輪子 第三章：彈簧 第四章：磁鐵 第五章：鏡片 第六章：繩子 第七章：泵浦 結語 謝辭 特別鳴謝 參考書目及延伸閱讀

〈第二章：輪子〉 　　齒輪讓我們能夠改變力的方向和大小，久而久之，這使得工程師得以開發出一整套技術。蒸汽火車便是透過齒輪傳動系統，利用引擎裡的燃料來轉動車廂的車輪；在手錶裡頭，受到同一動力來源驅動的大大小小的齒輪，會以不同的速度轉動錶盤上的秒針、分針和時針，使我們能更精準地判讀時間；我們會在開車時靠換檔來協助爬坡、在維持較高速度的同時減少油耗，以及阻止汽車失控滾下山坡；工廠能有跟建築物一樣大的生產線，也都是倚賴齒輪來生產各式各樣的產品。然而，雖然上至大型物件、下至微小又精密的零件，都能靠齒輪來驅動，其表現令人驚豔不已，但我最喜歡的齒輪應用範例，其實是在日常家電上—攪拌機、洗衣機、洗碗機，這些東西看起來可能不像勞力士手錶或競賽自行車那麼有魅力，但對我而言，卻是不同凡響，因為它們改變了整個社會，特別是婦女的生活。 　　在一八九三年的芝加哥工業博覽會上，有一項新發明引起了群眾的注意，那是一個長方形的大木箱，其中一側有一堆曲軸、旋轉的齒輪和輪子，一個裝滿髒盤子的籠子消失在木箱裡，幾分鐘後再度出現，盤子變得乾淨無比，就像徒手洗過一樣。博覽會的評審給了它最佳機械結構、最佳耐用性能、以及最能配合工作領域來作調整的最高殊榮，這是現場展出唯一一臺由女性設計的機器。 　　約瑟芬．科克倫（Josephine Cochran）一八三九年出生在俄亥俄州阿斯塔比拉郡（Ashtabula County）的工程師家庭裡，外祖父約翰．費區（John Fitch）發明了美國第一艘有專利權的蒸汽船，父親約翰．加里斯（John Garis）則是土木工程師，在俄亥俄河（Ohio River）沿岸修建過許多工廠。如果約瑟芬是個男孩，或許她就有機會追隨家族的腳步鑽研工程學，但那是對女性來說選擇有限的時代。她十九歲就嫁給了威廉．科克倫（William Cochran），婚後搬到伊利諾州謝爾比維爾（Shelbyville）的一棟豪宅裡，成了社交名媛並育有兩個孩子。 　　科克倫一家很喜歡舉辦盛大的晚宴，因此約瑟芬經常拿出她引以為傲的祖傳餐盤，據說可以追溯到十七世紀。但是每次這些餐盤被洗碗工磕碰出缺口時，她都很沮喪，有時候甚至親自清洗以確保它們安全無虞，同時她也深信一定還有更好的方法。也許是自小在家裡對工程師們的觀察啟發了她去大膽想像，於是終於設計出一款可以完成這項工作的機器，還說：「如果沒有其他人可以發明一臺洗碗的機器，就讓我來吧。」一八八三年，設計才進行到一半，約瑟芬的丈夫就過世了，留下鉅額債務和極少的資金。 　　她被迫將自己的點子和草圖迅速轉化成一門可以謀生的生意，她尋求專業工程師的協助來解決機械上的複雜細節，但又對他們能夠提供的協助感到沮喪，她後來說：「我沒有辦法叫那些男的照我的方法來做，除非是在他們自行嘗試和失敗之後。」她在一八八五年初次申請專利，並僱用一位叫做喬治．巴特斯（George Butters）的技工來幫她在宅第後面的棚屋裡製作出第一臺洗碗機的原型。 　　在那個時代，我猜男性恐怕對洗碗都沒有太多經驗，因此雖然在約瑟芬之前也有人嘗試設計過洗碗機，但他們的設計總是會害餐盤碎裂。他們的機器使用刷子清洗餐具，並需要有人手動把沸水倒在餐具上。約瑟芬卻深知餐盤應該如何由內到外地清洗，她測量餐具的尺寸，並設計出一款金屬網籠，內有不同的分區來妥當擺放不同種類的餐具。排列妥當的齒輪會緩緩旋轉這個籠子，讓所有餐具都能曝露在肥皂水和噴出的水柱裡，這是第一臺靠抽水洗滌而非刷子的洗碗機。機器內的泵浦（分別用來抽取清水和肥皂水）都是靠一根控制桿操作，槓桿會跟一種變體的齒輪相連（她的「齒輪」不是圓形，而是弧形，而且有兩對）。在最初的設計裡，當操作員來回搖動控制桿時，肥皂水會從第一個槽噴到餐具上，然後弧形齒輪會移動到第二個位置，控制泵浦將熱水加壓來沖洗餐具，直到完全乾淨，整個過程只需要幾分鐘。一八八六年十二月二十八日，約瑟芬．科克倫獲得了她的洗碗機專利。 　　礙於洗碗機的價格、尺寸和熱水用量，起初約瑟芬的機器難以在國內家用市場銷售，於是她把銷售對象轉移到餐館和飯店，結果拿到了芝加哥著名的帕爾瑪飯店（Palmer House）的第一份訂單，而這得歸功於一位友人的介紹。後來她又想向另一家大型飯店推銷，但這一次沒有人可以幫忙，她只能獨自前往。可是在當時以她的社會地位而言，沒有男性護送的話是不能離家的。從來不曾在沒有父親或丈夫陪伴下到過任何地方的她曾說，那座飯店的大廳看上去有一英里長，但是她穿過了大廳，與飯店的團隊會面，然後帶著價值八百美元的訂單離開。 　　雖然約瑟芬已經開始經商，但在資金籌措上還是很費力，因為守舊的投資者不願將錢交給一位女性，可是她決定不管怎麼樣都要撐下去，一八九三年的芝加哥工業博覽會為她提供了一個突破口，她在博覽會上展示的海報大力宣傳了加里斯－科克倫洗碗機公司（Garis-Cochran Dish Washing Machine Company），並聲稱：「富有創業精神和思想先進的飯店經營業者都應該來查看一下這臺機器。它簡單又容易操作，只要花一小時就能學會使用。」她不僅拿到了來自美國伊利諾州和鄰近幾個州的幾家公司訂單，甚至還有遠自墨西哥的訂單。她較大的機型可以在短短兩分鐘內清洗和烘乾二百四十個餐盤，而且她的客戶群也擴展到醫院和大專院校。 　　約瑟芬繼續研發她的設計，設計出一款靠機械抽水的電動機型，標榜有可以前後移動的架子；後來又有一款機型標榜是受到輪子啟發所做出的旋轉設計，它有旋轉式的架子，並能透過軟管將水排放到水槽裡。一九一二年，約瑟芬七十三歲了，曾經害怕獨自走進飯店大廳的她前往紐約，將多臺機器銷售給著名的飯店和購物中心。令人難過的是，她在第二年就過世了，她的公司被霍巴特製造公司（Hobart Manufacturing Company）收購，然後被合併到他們的KitchenAid 分部，如今隸屬惠而浦集團（Whirlpool）。一九四○年代，KitchenAid 推出第一臺成功的家用洗碗機，終於將這臺機器送進了約瑟芬最初的目標客群裡。 　　今天的洗碗機仍然使用泵浦抽送熱水來清洗餐具，就像那臺先驅性的加里斯－科克倫洗碗機一樣。而且彷彿是向輪子再度致敬，它們還配備了旋臂可將熱水噴灑在餐具上，猶如草坪上的噴水系統。這是工程天才約瑟芬早已預見到的，而且在她去世之前，還提出了另一款類似的設計。 　　二○○六年，約瑟芬．科克倫終於因她的發明而獲得認可，被追頒為美國國家發明家名人堂（the American National Inventors Hall of Fame）的一員。像洗碗機、吸塵器、攪拌器和洗衣機等發明都改變了數百萬人的生活，而這一切都多得了像齒輪、輪子、滑輪等等會旋轉的零件，讓它們的尺寸得以縮小，以進入居家。在這些機器盛行之前，婦女每天得花好幾個小時處理家務，等到她們開始使用這些機器，就獲得了非常寶貴的東西：時間。二○○六年蒙特婁大學（University of Montreal）發表的一份研究報告指出，一九○○年，婦女平均每週花費五十八小時做家務；到了一九七五年，這個數字降到十八小時。家電當然只佔這個發展趨勢的一小部分而已，其他因素還包括工資上升、戰爭，以及大家對女性的社會角色有了更廣泛的討論等。儘管如此，家用電器對女性在職場上為自己爭取一席之地的這件事情上仍發揮了一定作用。

作者：羅瑪．艾葛拉瓦(Roma Agrawal) 譯者：高子梅 出版社：臉譜 書系：科普漫遊1 出版日期：2024-06-25 ISBN：9786263155053 城邦書號：FQ1084 規格：膠裝 / 單色 / 320頁 / 14.8cm×21cm