达芬奇的水世界

达芬奇一生设计了太多超越时代的东西。但许多人并不知道，这位科学巨匠一生都痴迷于水。他用自己的笔，无数次描绘过水，他并非只是记录水的景致，而是在探索流体的秘密。达芬奇留下的作品中，最早描绘水的画作出现在1473年，是一幅风景画，画的是一条河流从岩石迭瀑而下，沿着山谷流淌；45年后，他的最后一张“水作品”描绘的是洪水冲毁大地的景象。在1508–1511年间，达芬奇详细地研究过水的流体力学特性，他显然是打算撰写关于这一问题的研究文章，只不过这篇文章未能完成。在五百多年前，达芬奇曾无数次细致观察水的运动，他曾对水流形式的线性和圆周特征做出敏锐的分析，但水作为流体超级复杂的本质使得他没能找到一种能够描述流动的普遍规律。达芬奇碰巧是一位绘画大师，他善于使用透视、剖视和爆炸法绘制各种东西，在X光透视设备发明之前，这是最有效的科学解析方法。在自己的笔记中，达芬奇凭借超人的绘画功底展示了水体流动的奇妙境界。

达芬奇留下的关于水的研究性画作中，最为精致的部分涵盖了两个研究方向。首先是水流经过平板状障碍物的状态。水流的“图案”在障碍物周围及后方呈现出的稳定性和重复性让达芬奇非常惊讶，有证据表明流动不是混乱的，而是受物理定律的制约。在这幅作品另一面的笔记中，达芬奇试图从入射角、撞击和反射等角度来阐述这些原理。在下面，达芬奇用生花妙笔精心描绘了水流从高处的流道流向下方水池的景观。这是更为复杂且精细的研究：从水面向下方深处出现了多层漩涡，每一个漩涡都许多气泡，这些气泡构成同心圆形状，且膨胀过程中彼此不受干扰。莱昂纳多当然不是一个冷静的观察者，他在其他地方写下了“波涛荡漾的美丽景象”和“一种元素（空气）穿透另一种元素（水）而产生的美丽运动”等文字。

达芬奇在1508/1509年间绘制的《水流经过障碍和下落运动》

达芬奇在手稿中以自己的见解描述过风力作用下波浪的形成，以及水流和涡流在水面下如何形成复杂的藤蔓状流动形式。最令人称奇的，是达芬奇率先提出使用特制设备来进行“实验研究”。手稿清楚记录了他打算制造的试验设备——一个陶制的矩形水槽，长116厘米，宽29厘米，四壁用玻璃制作以便于观察。为了显示流体的运动方式，达芬奇还考虑在水里加入某种植物细小的种子，就像是后人在类似试验中使用染色剂一样。这一实验构想无疑表明了达芬奇的科学精神。手稿显示，达芬奇最关心的问题之一，是当气流从一端吹过水槽表面时，底部的液体会发生怎样的变化，他认为水底的物体可能会朝着风的反向运动。

达芬奇甚至把流体试验模型推广到地质研究领域。他认为，在研究两条河流交汇处河岸受水流影响问题时，可以使用沙子进行简单的模拟试验。他甚至建议制作一个关于地中海及其周围峡湾和河流的大型模型，来重建这一区域的地质形成过程。他推测直布罗陀海峡会随时间推移变得更宽，最终让地中海变成一条巨型河流——尼罗河的延长部分。

达芬奇在1508/1509年间绘制的《水流经过障碍和下落运动》

达芬奇的手稿每次都能让研究者吃惊。这些手稿证实，达芬奇对于液体湍流的某些认识并不完全来自对自然景物的观察，而是来自对涡流运动的实验观测。过去人们一直认为，达芬奇的许多科学研究成果并没有出版传播，对后世的科技发展影响不大。但新近研究表明，达芬奇的相当一部分部分手稿，早在17世纪就以手抄本形式在地质测绘研究圈子中传播，显然，在某种程度上，达芬奇的研究一定点燃过不少新的创意火花。