打破这一局面的改进或许早在8世纪就已流传到了地中海沿岸。它可能是阿拉伯人发明的，不过也可能是他们从中国人那里学来的。欧洲人叫它“大三角帆”，他们误以为这种帆是东罗马人从君士坦丁堡带来的。大三角帆装在桅杆上，顶部有一根可活动的桁，它让船只第一次得以逆风航行。哪怕风向与航向几乎完全相反，大三角帆也能驾驭。大三角帆带来的第一个影响是出海的船只变多了，因为出港前不必再苦苦等风。贸易节奏随之加快，船舶的规格也变得更大：货物和港口数量飞速增长，人们自然希望以一条大船替代数条小船，这样更加经济实惠。从12世纪到13世纪，欧洲北部的麦地产量稳步增长，大宗货物出口成为常态。北方国家，尤其是如今德国波罗的海一带沿岸的商业城镇结成的汉莎同盟，和南方地中海区域的国家签署了贸易协定。从1150年到1300年，商品价格和利润、积累的财富和投入商业的资本都增长了约30%。但水手们仍面临诸多困难：哪怕是安装了大三角帆，这些用来运输粮食的新船操纵起来也很困难，因为它们的形状根本不适合在浅水海滨或者码头附近航行，只有在天气理想的时候，船只才能顺利入港。这个问题在北方尤其严重，或许正是出于这个原因，解决它的办法也首先出现在北方，我们在两枚13世纪中期的印章上找到了最初的证据，这两枚印章分别来自埃伯林和维斯马，都是波罗的海沿岸的港口城市。印章上绘的船都装备了方向舵。
在此之前，掌控航向基本靠舵桨，不过正如德国水手发现的，船大到了一定程度，舵桨就笨重得无法操纵了。新式舵可能源自中国，阿拉伯人在印度洋远航时采用了这种设备，随后它又流传到地中海沿岸和北方。这种“尾舵”装在船尾中央一根垂直的柱子上。要安装这根柱子，船尾必须是平的。于是船的形状再次改变：新式船尖头平尾，有更多装载空间。借助尾舵，水手操控大船时，有了必要的纵向操纵能力，这又进一步激励了商人投入资金。船变得更宽、更平、更长，装得也更满了。

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2020-09-10
祝所有的老师们节日快乐，感谢你们为国家建设、为社会发展付出的贡献～～～
让远航非洲得以实现的设备可能源自中国，把它带到欧洲的依然是无所不在的阿拉伯人。早期历史记载中断断续续地出现过它的身影，最初的一份记载来自一位英国云游修士，名叫亚历山大·内坎。1180年，从巴黎归来的内坎带来了一则新闻：据说有一种神秘的针会永远指向同一个方向。1269年，另一位云游修士，马里孔特的彼得，记述了他在意大利卢切拉围城战期间与安茹公爵共同完成的一系列实验，其中用到了一种名叫“旱指针”的工具。1270年以后，因托莱多星表而名望卓著的智者阿方索颁布法令，要求所有出海的水手携带这种指针。到了13世纪晚期，指南针已经传遍了地中海。原始的指南针仅仅是一根套在麦秆里的磁针，漂浮在装满水的碗里。不过1300年，意大利阿马尔菲共和国的水手为磁针绘制了一套盘面，标示出精细的方向，设计灵感正是来自风向玫瑰线。同时，罗盘还被装进了盒子里。现在，领航员测量航线的精度提高到了圆的1/32，方向也进一步细分成8个“主风向”，8个“半风向”和16个“1/4风向”。方向的标准化体系来自地中海水手的长期经验，这里的风向稳定而可靠。 罗盘对经济的推动作用怎么形容都不为过。大三角帆与横帆的组合、尾舵和罗盘彻底改变了航海业。13世纪初，一到冬天海面上便完全见不到船只，意大利的航海城市甚至立法禁止冬季出海。威尼斯的船队每年两次定期起航，开往地中海东岸。其中一次在复活节出发，9月返回；另一次则是8月出发，在异国的港口过冬，来年春天再返航。100年后，舰队离港的时间依然未变，但8月出发的舰队会在冬天越洋回到母港。借助罗盘，船只在阴云密布时也能辨别方向，日夜兼程。航行的班次翻了一番，船员得到了长期稳定的工作。投资者因此更安心也更慷慨，航班数量持续增长。君士坦丁堡陷落后，通往东方的商路被切断，人们不得不跨越大洋寻找新货源。正是这样的远航，让西方人发现了美洲。悬挂大三角帆的商船穿过多变的海风，抵达亚速尔群岛。从这里开始，稳定的信风鼓动横帆，将商船送到加勒比海域，水手升起三角帆，寻找机会靠岸。返航也遵循同样的流程，一路上无论天气是好是坏，指南针总能告诉人们目的地在哪个方向。
传说哥伦布在第一次穿越大西洋时，发现指南针其实并不可靠。1492年9月，哥伦布抵达加勒比海附近时，恐慌开始在船员间蔓延：有人发现，指南针偏离了北极星的方向。这种现象当时从未有人见过。16世纪初，返航的哥伦布船队带回了指南针出现异常的消息，这立即引起了人们的担忧。如果指南针不可靠，那么投资远航的风险就会大大增加；英国、西班牙和葡萄牙正在崛起为海上帝国，他们的经济命脉越来越依赖足够准确的导航技术。 当时的英国是整个欧洲最有活力的越洋帝国。顺理成章地，英国人率先通过实验找出了指南针异常的原因。1581年，伦敦的罗盘制作者罗伯特·诺曼进行了一系列实验，并将实验结果写成了《新引力》一书。诺曼把磁针和不带磁性的针分别放在盛有水的碗里，结果出乎他所料，磁针指着的并不是正北方。他还注意到，磁针向北的那头微微沉进了水里。当时人们尚不知道，地理北极和地磁北极并不重合，要想让磁针指向正北，你必须位于地磁北极所在的经线上，而在其他地方，磁针的指向总会或多或少有所偏差，偏差大小取决于你所处的位置。诺曼的发现吸引了威廉·吉尔伯特的注意，他生活优裕，是英国皇家内科医学院的院长，也是伊丽莎白女王的私人医生。
1569年，25岁的吉尔伯特在剑桥大学获得了医学博士学位，次年他来到伦敦，很快就在首都的上流社会里闯出了名头，成为许多高官望族的私人医生。1600年他进入宫廷的时候，英国已经经历了两任统治时间长达数十年的君主——亨利八世和他的女儿，“童贞女王”伊丽莎白一世。当时的英国对外所向披靡，内部也很安定，而后者多亏了王室对秘密警察的审慎运用。亨利八世解散了修道院，海外贸易也飞速扩张，英国进入了繁荣期，在这样的环境下，只要勤奋工作、嗅觉灵敏，无论你梦想成为什么样的人，几乎都能实现。用今天的话来说，整个社会都在向上流动。如果你恰好有点钱，又明智地投资了那些处于上升期的产业，就大可高枕无忧，悠闲地鼓捣自己的爱好。大部分上层中产阶级和贵族选择了打猎，而吉尔伯特则开始解决罗盘指针之谜，他将在这个问题上花费18年时间。
作为一名医生，吉尔伯特极富科学素养。少年时期吉尔伯特便耳闻目睹许多重大的航海发现，他是弗朗西斯·德雷克爵士的好友，同时一直与英国和欧洲大陆的科学“激进分子”保持通信。

在剑桥学习期间，他想必读到过前人关于具有神奇疗效的天然磁石的文献。天然磁石正是指南针磁性的来源，不过吉尔伯特一直对“神奇疗效”这部分嗤之以鼻。所以，他花了18年时间，殚精竭虑，研究神秘的磁石。吉尔伯特把天然磁石磨成一个个小球——他称之为“小地球”——然后用它去接触各种材料，例如金属、木头、水、琥珀和磁针。所有实验结束后，吉尔伯特于1600年出版了一本总结性的著作《论磁石》，这本书一出版便大获成功，短短几年内就传遍了欧洲。除了自己的实验以外，吉尔伯特还汇总了当时对磁力的认识。他得出了重要结论：地球本身是一个巨大的磁体，有南北两个磁极；地球绕地轴自转，同时围绕太阳在太空中公转。吉尔伯特指出，正是磁场的存在才让地球上包括大气在内的所有东西停留在现在的位置，而不是飞散到太空中去。他还重申了前人的观点：某些东西在摩擦后会产生磁性。此外，他轻描淡写地说，如果磁场维持大气的理论成立，那么行星之间应该没有空气。
吉尔伯特的结论清晰有力，欧洲各地的人们纷纷着手验证这一理论。结论中还有另一个引人遐想的部分：真空，虽然他的原话是“没有空气”。但是，根据亚里士多德的理论，真空根本不可能存在。亚里士多德曾说，“自然界厌恶真空”，他认为物体在空气中运动是因为存在一种“推动”。空气从物体前方移动到后方，物体由此被推动着前进。同时他又认为，介质对运动有阻碍的作用，因此，空气越稀薄，物体穿行就越迅速。依这套理论，既然真空中的物体不会遇到任何阻力，那么它的运动速度将达到无穷大。亚里士多德不接受“速度无穷大”的概念，所以他得出结论，能实现速度无穷大的条件不会被满足。 研究吉尔伯特理论的主要是军队工程师，他们正在钻研火药的新应用，以及增强火炮威力的办法。其中有一位名叫奥托·冯·居里克的德国工程师，他出生于《论磁石》出版后两年。居里克在荷兰莱顿大学（这所学校是政府为了表彰莱顿市民英勇抵抗侵略、守卫了城市而建立的）修完数学和法学课程的时候，欧洲人正兴致勃勃地尝试创造真空。1646年，44岁的居里克被选为马德堡市的市长，同时也因业余科学家的身份小有名气。1652年，神圣罗马帝国皇帝斐迪南三世来到位于如今德国南部的雷根斯堡，召集各位亲王、市长和主教共议国政。皇帝听说了居里克的研究，要求他演示。那年5月，居里克研制的真空泵给达官贵人们留下了深刻印象。这真空泵实际上只是对当时常见的灭火器稍加改动的产物，安装有一套阀门，能将各种容器抽空。一次实验表明，含有空气的容器比抽空以后的容器更重；另一次实验表明，只有球形容器才能被抽空，其他任何形状的容器都会向中心塌陷。被抽空的容器里出现了奇怪的现象：蜡烛熄灭，小鼠死掉，铃铛摇晃却没有声音。不过居里克的巅峰之作还得数马德堡半球实验。他把两个空心的黄铜半球合在一起抽成真空，然后驱赶两组各8匹马在两头用力拉。马奋力向前，却始终无法拉开黄铜半球。然后，居里克重新向球内注入空气，两个半球轻轻一拉就分开了。居里克证明了我们可以创造真空，而且真空拥有可怕的力量。斐迪南三世大受震动，他命令维尔茨堡大学的数学教授加斯帕尔·肖特记录这次实验。肖特出版了两本记述马德堡半球实验的著作，第一本发行于1657年。顿时，整个欧洲的学者都注意到了居里克的研究。

几年后，居里克的兴趣转向了吉尔伯特理论的另一个领域：磁。1663年之前的某个时间，他开始测试哪些物质在摩擦后会产生吸引力。硫黄是其中一种。居里克把碾碎的硫黄倒进一个玻璃球里，加热熔化硫黄，待其冷却后敲碎玻璃，就得到了硫黄球。接下来，他用一根棍子穿过硫黄球，把棍子横置在安有传动装置的支架上，转动支架的手柄，让硫黄球高速转动。居里克用手摩擦飞转的硫黄球，片刻之后，这个球就会开始吸附羽毛、亚麻线、水等各种东西。于是居里克得出结论，正是这种引力让被抛向空中的物体落回地面。然后，他又做了一个实验。他在黑暗中摩擦飞转的硫黄球，看见它开始发光，光芒弥散开来好几英寸，将他的双手笼罩其中。在居里克看来，这种光不过是磁力的另一种古怪特性，硫黄球在摩擦时产生的轻微爆裂声也是同理。1672年，他出版了《新马德堡实验》一书，归纳了他的实验结果，书里只有一小段文字提到了硫黄球。不过，这一小段文字已经足以触发接下来100年的新发现。

变革的历程中总有一些关键的时刻，未来的可能性突然成倍地涌现出来。居里克的著作就是其中之一。他的真空泵促使人们开始研究气体的成分，尤其是空气，于是氧气被发现，由此人们顺理成章地开始研究燃烧过程；对呼吸系统疾病的研究和元素分析也随之开展。真空泵还帮助人们解决了矿井的排水问题，促进了冶金术，尤其是炼钢业的发展。对气体的研究还将激发科学家去探索光在不同气体中的传播，继而发现阴极射线，然后在此基础上发明电视机。居里克的硫黄球实验影响更为深远。他在实验中看到的光、听到的爆裂声都来自电，我们无须再赘述电促成的诸多发明和发现。 居里克硫黄球实验最隐秘的影响或许是它深化了人类对天气的研究。数百年来，人们一直在探究雷和闪电的特性。英国撒克逊时代的传教士比德曾经推测，闪电由云摩擦产生，雷则是云团碰撞发出的声响。中世纪人们还有一种习俗，雷雨时要去敲响教堂尖塔上的大钟，希望赶走雷电，结果害得无数敲钟人触电伤亡。事实上，直到1786年，巴黎最高法院还颁布了一条法令来制止这种行为，因为此前的33年里发生了386起记录在案的雷击事件，至少有103个倒霉蛋被电死在湿漉漉的钟绳旁。居里克实验之后的30年内，人们开始把静电和闪电联系起来。1708年，英国的华尔博士写道，电“似乎和雷声和闪电有一些相通之处”；1735年，另一位英国人斯蒂芬·格雷尝试测量这种神秘的力量能沿着一根绳子传多远，最后他也得出了同样的结论。

不久，人们留意到了雷电对遍布欧洲的火药库存在着潜在威胁。一场争论即将爆发，探讨这种威胁究竟该采取哪一种办法来化解。争论的源头是一位当时默默无闻的波士顿人，他是一名煮皂工的第15个孩子，名叫本杰明·富兰克林。1750年，富兰克林给英国皇家学会写了一封信，阐述自己的电学理论。他写道，电分为正负两种。电之所以会像人们已普遍观察到的那样，从一个地方流向另一个地方，是因为呈负电的物质总会被呈正电的物质吸引，要回归自然状态下的平衡。富兰克林宣称，正是因此，电流一定会被呈正电的铁棍吸引走，离开它原本会经过的那些或许更危险、更脆弱、更昂贵的东西。他提议用教堂的尖塔验证自己的理论。皇家学会对此嗤之以鼻，所以富兰克林决定自己动手。他本打算借费城的教堂尖塔一用，结果教堂迟迟没能落成，于是，富兰克林做了如今闻名世界的风筝实验。他在风筝上绑了一根铁丝，然后把风筝送入雷雨云吸引雷击。1753年，风筝实验后第二年，富兰克林的实验数据发表在《穷理查年鉴》上。1760年，英国安装了第一根避雷针。

1769年，意大利北部布雷西亚的一座火药库发生爆炸，大约17.5万磅火药被雷电引爆，摧毁了半径639英尺范围内的190幢房屋。于是，安装避雷针成了政府议题。布雷西亚政府请求皇家学会帮助他们避免悲剧重演，为此成立了一个委员会，富兰克林名列其中。避雷针是应该像富兰克林主张的那样安装在屋顶，还是应该装在房子周围？人们为这个问题举棋不定。最后，考虑到富兰克林是革命党人，英国人抛弃了他的建议，把避雷针安装在房屋周围。整个欧洲竖起了无数避雷针，1778年，巴黎甚至出现了专为女士设计的避雷帽。
接下来的两件大事促使人们开始科学地研究气象。其一是1793年的英法战争，在暴风雨中，军舰有时不得不在战局关键时刻离开指定的位置，以免被雷电击中引起爆炸，以致造成战术上的混乱。英国海军部成立了专门的委员会，商议出解决方案：在船的桅杆上安装铜条，再用导线将铜条与船壳上的金属部件连接起来；更重要的是，所有船只回港后必须立即汇报海上的风暴活动。其二则是，继1783年法国中部的两位造纸商孟戈菲兄弟完成了热气球的飞行试验之后，1803年7月，法国科学家艾蒂安·罗伯逊和音乐教师罗伊斯特先生乘坐一个退役的军用热气球从汉堡升空，最终飞到了离地2.3万英尺的高度，这是一个惊人的成就。高空中，罗伊斯特的头肿胀起来，甚至连帽子都戴不上了。不过，这两位勇士仍然证明了人类可以活着到达风暴诞生的高度。随后人们继续进行了许多飞行活动，将空气采集器、气压表、温度计、罗盘、望远镜以及其他各种有助于观察天气的设备——乃至活的动物——送上了天。到了1823年，英国皇家气象学会已经初具雏形，观察天气成了一项公共服务事业。1854年11月14日，一场飓风袭击了停靠在克里米亚的法国精锐舰队，满载船员的“亨利四世”号在风暴中沉没。军部向时任法国天文台台长勒韦里耶求助，询问是否有可能建立一套天气预警系统，避免悲剧重演。第二年的2月16日，勒韦里耶向皇帝汇报，如果能建立一套网状的气象站系统，就能预报天气。他的建议次日就得到了皇帝的首肯。2月19日，勒韦里耶代表皇家科学院提交了一幅当天上午10点的法国气象地图，图上的数据来自分布于全法国的10个观察站。人们随即设想将气象地图出版。1861年，弗朗西斯·高尔顿编撰的第一本气象地图册在英国出版，这时候的气象地图已经和现代的非常相近了。

写这个东西太难了