從科學創(chuàng)新到大眾應用，誰是站在科學家背后的人?
導言
法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應后，是維爾納·馮·西門子等工程師首先發(fā)明了實用型發(fā)電機，讓人類真正地用上了電。
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20世紀最偉大的物理學家愛因斯坦在他的辦公室中掛了三幅肖像畫：艾薩克·牛頓、克拉克·麥克斯韋以及邁克爾·法拉第。牛頓對于人類科學的貢獻不言而喻，在麥克斯韋百年誕辰之時，愛因斯坦盛贊麥克斯韋，稱其對物理學做出了“自牛頓時代以來的一次最深刻、最富有成效的變革”。雖然法拉第只掌握了基本的代數(shù)知識，但是他在實驗領(lǐng)域的傲人天賦使得他取得了眾多獨創(chuàng)性貢獻。1831年，法拉第通過一系列實驗演示了磁與電的相互關(guān)系，包括 “磁場的改變產(chǎn)生電場”這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，并總結(jié)出了被后世稱為 “法拉第電磁感應定律” 的數(shù)學規(guī)律。這是法拉第對科學的杰出貢獻之一，也成為后來電磁發(fā)電機的基本原理。
?法拉第的實驗室
雖然法拉第最早發(fā)現(xiàn)磁變化能夠產(chǎn)生電，之后又有無數(shù)發(fā)明家嘗試著各種方式試圖使得電能真正地服務(wù)于人類，但是發(fā)電機真正能夠大規(guī)模應用卻在很大程度上依賴于一位天才的發(fā)明家以及工程師——維爾納·馮·西門子。
發(fā)電機的發(fā)明，讓電能照亮世界
1866年秋天，當時已經(jīng)五十歲的西門子創(chuàng)始人維爾納·馮·西門子始終在思考一個問題：如何提升現(xiàn)有發(fā)電機的發(fā)電效率？雖然此時距離法拉第提出電磁感應原理已經(jīng)過去了三十多個年頭，但是在發(fā)電機的發(fā)電效率上始終難取得突破。
?維爾納·馮·西門子
在當時，電能的產(chǎn)生依賴于化學電池和小型發(fā)電機，除了電報通訊和一些簡單的電應用，如此小的電量根本無法支持電能的其他應用。一些大規(guī)模的電力應用，比如說路燈或是發(fā)電廠，在當時的條件下根本不可能實現(xiàn)。為了產(chǎn)生照亮某個地方的電能，必須在這個地方周邊安置一個容納發(fā)電機的建筑，以放置利用永磁性發(fā)電的的磁電設(shè)備，這些設(shè)備龐大又低效，僅僅只能產(chǎn)生700瓦特的電能卻重達2000公斤。而且永磁體的缺點顯而易見，不僅產(chǎn)生的磁場弱，在使用的過程中磁性還會不斷降低。這些弊端正是當時的西門子要思考解決的問題，他的目標在于實現(xiàn)更高速的電樞轉(zhuǎn)速以及產(chǎn)生更強的磁場。
為了實現(xiàn)這兩個目標，西門子標新立異地想出通過為發(fā)電機增加兩個極靴來減少電磁的損耗，再將導體盤繞成線圈，并讓其在磁場中旋轉(zhuǎn)，如此循環(huán)往復，導體兩端產(chǎn)生交流電，極性轉(zhuǎn)換器隨后將其轉(zhuǎn)化成直流電。這一發(fā)明最巧妙的地方是，把生產(chǎn)出來的電力送回電磁鐵。也就是說，它一遍又一遍強化電磁鐵磁性直到鐵芯完全磁化，從而在磁場和電流之間產(chǎn)生了一個正反饋循環(huán)。而西門子的這一思路來源于他的另一項重要發(fā)明——指針式電報機中使用的發(fā)電機。
經(jīng)過數(shù)周的測試，西門子確信他的這一發(fā)明是發(fā)電機領(lǐng)域的巨大突破。與使用永磁體的發(fā)電機相比，他所設(shè)計的發(fā)電機要輕85%，而發(fā)電量卻提高了35%，與此同時，在產(chǎn)生同樣電能的情況下它的價格比前者要低75%。
?西門子發(fā)明的發(fā)電機
那一年，英國人惠斯通（Sir Charles Wheatstone）和瓦利（Samuel Alfred Varley）也分別獨立地發(fā)明了自勵式直流發(fā)電機。
一個新的時代就此開啟了，更高效且便宜的電能在這一發(fā)電機出現(xiàn)之后成為可能。人類從這之后才真正進入電氣時代，電能也從此開始點亮世界。
作為以電能為代表的第二次工業(yè)革命的參與者以及推動者，西門子在電氣化領(lǐng)域一直走在時代的前列。在蒸汽機車依舊廣受歡迎的1879年，63歲的維爾納·馮·西門子展示了世界上第一條電氣化鐵路。這之后，西門子很快意識到電動列車在運輸中的潛能。兩年之后的1881年5月16日，西門子在柏林的里特希菲爾德投資新建了世界上第一條電車軌道。這一段只有2.5公里的電車路線成為了人類交通史上的里程碑，開啟了電動列車的輝煌時代，無論是電車、地鐵還是高速列車皆肇始于此。
1896年，為了慶祝匈牙利帝國的千禧年，西門子在布達佩斯修建了歐洲大陸的第一條電氣地鐵線路，而這條線路至今仍在布達佩斯的地鐵線路中發(fā)揮著作用，并于2002年列入了聯(lián)合國教科文組織世界文化遺產(chǎn)名錄之中。
?世界上第一列電車
人工智能時代的電能前沿技術(shù)
時至今日，我們的發(fā)電機依舊遵循著西門子所設(shè)計的發(fā)電機原理，但是一代又一代和維爾納·馮·西門子一樣的工程師們將它與最前沿的技術(shù)相結(jié)合來更高效的產(chǎn)生電能。
?西門子為布達佩斯修建的電氣地鐵
隨著AlphaGo在圍棋領(lǐng)域所向披靡，人工智能成為了當今這個時代最熱的主題。如何將人工智能應用于實踐，成為了擺在工程師面前最直接的問題。
西門子的兩位研發(fā)工程師Volkmar Sterzing以及Steffen Udluft就率領(lǐng)著他們的團隊將人工智能應用到了看似與之毫不相關(guān)的蒸汽輪機上面。他們設(shè)計的一種被叫做GT-ACO（Gas Turbine Autonomous Control Optimizer, 燃氣輪機自動控制優(yōu)化器）的新系統(tǒng)被應用于美國和韓國的發(fā)電站之中。通過實時搜集相關(guān)的數(shù)據(jù)，再應用人工智能的算法，使得蒸汽輪機的運行得以最好的優(yōu)化以提升效率并削減排放。
?Volkmar Sterzing與Steffen Udluft
從蒸汽機到流水線，從電氣化到信息化，人類的歷史伴隨工業(yè)革命的進程發(fā)生著翻天覆地的變革。隨著科學技術(shù)水平尤其是數(shù)字化技術(shù)的不斷提升，“工業(yè)4.0”的提法也不斷見諸報端。在新的工業(yè)革命浪潮來臨之時，歷史超過一百多年的西門子又一次走在了前面。它利用最新的信息技術(shù)為現(xiàn)實的生產(chǎn)流程與系統(tǒng)構(gòu)建了一個“數(shù)字化雙胞胎”，將現(xiàn)實世界中復雜的研發(fā)、試驗、制造以及運營過程轉(zhuǎn)移到了線上，可以實時模擬現(xiàn)實中可能出現(xiàn)的各種狀況以選擇最優(yōu)的方案，并根據(jù)現(xiàn)實中反饋的數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化迭代模型。Arquimedes Canedo是這一領(lǐng)域的代表專家，研發(fā)了一種類似于知識圖譜的“數(shù)學化雙胞胎”圖譜以鏈接不同的知識，并且與人工智能技術(shù)相結(jié)合，來不斷改進生產(chǎn)流程。
?Arquimedes Canedo
工程師：科學創(chuàng)新走向
大眾應用背后的英雄
無論是維爾納·馮·西門子，還是當代西門子企業(yè)的工程師們，他們只是無數(shù)個致力于將科學應用付諸于實踐的工程師縮影。世人都知道法拉第在科學史上的杰出貢獻，卻不知道維爾納·馮·西門子才是那個讓電能可以走進千家萬戶的幕后英雄。
長期以來，因為很多時候工程師們獲得的成果都是集體智慧的結(jié)晶，并不像是科學家一樣取得某一領(lǐng)域的突破便能彪炳青史，所以這些工程師們都被我們忽略了。但是，從科學創(chuàng)新到大眾應用的橋梁，正是由這些默默無聞的工程師所搭建的，如果沒有這些工程師讓科學家所發(fā)現(xiàn)的科學突破落地生根，作為普羅大眾的我們就無法享受到這么多的科學成果了。
如何讓科學真正服務(wù)于普羅大眾？如何讓老百姓享受到科學發(fā)展的成果？不僅僅取決于我們的科學家對于前沿科技的研發(fā)工作，還對我們的工程能力提出了更高的要求，更離不開那些默默耕耘讓科學突破落地生根的工程師們。在呼吁全社會崇尚科學，對于科學家給予崇高的社會的地位的同時，也不能忘了那些身居幕后的工程師們。
維爾納·馮·西門子曾說過：“空有想法毫無價值。創(chuàng)新的意義在于讓想法落地生根?！?span style="color: rgb(136, 136, 136);">（Ideas along have little worth. The value of an innovation lies inits practical implementation. ）就像西門子當年讓電能走進千家萬戶，讓出現(xiàn)在科幻小說里的情節(jié)變得觸手可及，百年之后，每一位工程師后輩都在努力踐行這樣的精神，通過自己嚴謹理性的工作把那些天馬行空的想法變成現(xiàn)實，一代又一代工程師前赴后繼地用自己的汗水推動著人類文明邊界的不斷前移。
從工廠到工地，
從海洋到荒漠，
從城市到鄉(xiāng)村，
他們無處不在，
為了發(fā)現(xiàn)一種新的材料，
他們可能試驗了無數(shù)次，
為了驗證一個新的方案，
他們可能失敗了無數(shù)次，
為了找到一個新的結(jié)果，
他們可能驗算了無數(shù)次，
整個社會都在走捷徑，
他們卻一次又一次地從零開始，
他們默默無聞卻又崇高偉大，
而他們，
就是一直推動著這個社會不斷發(fā)展前進的
工程師們。
Smart is the new sexy
看似不茍言笑且嚴肅正經(jīng)的工程師的腦子里可能有成千上萬個新奇的想法，只是他們的工作讓他們必須認真踏實地用百分之百的努力換取哪怕是百分之一的突破。但是當你真正了解他們，你就會發(fā)現(xiàn)他們身上工程師專屬的魅力與浪漫。他們會用軟件為自己心愛的人畫一個專屬的桃心，也會設(shè)定程序為自己心愛的人打磨獨一無二的定情信物，更多的時候他們會默默工作賺錢養(yǎng)家。
「一千個人的心里，有一千個工程師的樣子」
有人說工程師寡言少語，偏愛悶頭做事；
而有人卻說工程師是話癆附體，
對待工程細節(jié)，總能喋喋不休；
有人說工程師是天才，
他們創(chuàng)造未來，改變世界；
也有人說工程師是萌呆，
搞得出高精科技，卻搞不定生活瑣事。
……
一直以來，人們給工程師貼了太多標簽，
有真誠贊美，也有調(diào)侃和誤解…
那么現(xiàn)在，何不讓工程師，為自己代一次言！
用一句話+一件T恤，
秀出來自工程師的正宗工程范兒！
工程師們，這里有一個讓你們隨心所欲的大開腦洞的機會，點擊下方“原文鏈接”，快來設(shè)計你自己專屬的工程師T恤吧，展示屬于你的“工程師文化”！
歐洲的西門子的確是很厲害的，咱們中國可不要西門多吹雪了