今天小編分享的科學經驗：什麼？時尚名媛竟然還能“參與”造火箭？，歡迎閲讀。
看标題你就能想見了，這是一個跨度很大的故事——時間跨度也是一樣，從 19 世紀末，一直到 20 世紀中葉。
故事要從一個叫瑪德琳 · 薇歐奈（Madeline Vionnet）的大膽女子講起。男性讀者大概不容易知道這是誰，女性讀者或許會有所反應：這是與可可香奈兒齊名的 20 世紀二三十年代三大時裝設計師之一。
瑪德琳 · 薇歐奈的畫像，圖片來源：wikimedia
很少有人了解她的家世。大家只是模糊地知道，她出身貧寒，很早就嫁人，小孩沒能活過一年。随後，她又經歷了婚姻動蕩，只身一人跨過英吉利海峽去到了倫敦，輾轉做了幾份臨工，最後當了一名裁縫的助手。大概就是在那個時候，薇歐奈認定了，做衣服，是她這輩子唯一的事業。
而當她掙到足夠多的錢返回法國的時候，時裝界正在悄然經歷一場變革。席卷整個二十世紀的女性解放運動正在持續醖釀。許多前衞的女子帶頭扔掉了緊箍咒一般勒住身體的硬質束腰。美國舞蹈家伊莎多拉 · 鄧肯（Isadora Duncan）裙裾飄揚，赤腳跳舞的模樣掀起了風潮。這種像希臘女神一般奔放又純潔的形象，擊中了年輕的薇歐奈。她決心做出像水一般奔騰又温柔的裙子，能讓女性自由展示自己的身體曲線，又不受束縛。
可是，怎樣才能實現呢？
她把對服裝的熱愛，轉化成了極其細膩的觀察與體驗。她仔細地把玩着各種各樣的布料，靈感突然跳進了腦袋。
她将一塊輕薄但又不失質感的絲綢布料旋轉了 45 °，再斜斜地裁了下來。原本有些板正局促的材料，在斜着挂起來的時候，竟然呈現出飄逸的下墜質感。而這下墜的質感，服服帖帖地在剪裁衣服用的人台上，勾勒出了曼妙的曲線。
瑪德琳 · 薇歐奈在 1925 年設計的一款禮服，圖片來源：wikimedia
這種技術後來被稱作 " 斜裁 "（bias cut）。問題是，為什麼斜裁之後，布料就呈現出了這樣輕盈優美的效果呢？
這是一個工程結構學的問題。棉、絲等大部分天然材料，延展性很弱。用工程學術語來講，是彈性模量很大，也就是應力和應變的比值很大——即使你用很大的力氣，也沒有辦法把它扯出非常明顯的變形。反之，彈性模量小的東西，比如橡膠，比如現在常見的含有萊卡成分的棉織物，就更容易變形一些。
布料上的每一根線，都是沿着經緯彼此垂直交叉，才織成的。所以，橫着和豎着都扯不動。彈性模量很大的布料，斜向剪切的彈性模量反而是小的，可以朝斜着的方向伸縮。纖維越是粗、織得越是松的絲綢，則能被拉伸更多，看起來就有更明顯的垂墜感。
為了更直觀地理解，大家可以找一塊方形紗布，對比一下從對角線拉扯和從對邊拉扯時紗布的伸長量。圖片來源：wikimedia
斜裁這個技術，立馬成為了巴黎時裝界的一大潮流。薇歐奈也因此成了 " 斜裁女王 "。
薇歐奈自然是沒有學過數學和物理的，估計也對 " 彈性模量 " 這樣的術語也是一無所知。然而她對材料的掌控，卻表現出了數學和工程的美感。她在斜裁的裙擺上，也會斜着裁開，鑲入平行四邊形布料，裙擺層層墜下，仿佛笛卡爾的葉形線一般；而她方裁的裙子也很好看，适當的材料在下墜的剪切力下，蕩起像水波一樣的豎直褶皺。
這一切來自于工匠的直覺。很多時候，工匠的洞察力和直覺是超越理論而存在的。這來源于他們在實踐中對于材料的經驗和感知。和薇歐奈的直覺有異曲同工之妙的是，美國的帆船匠們早在 19 世紀就發現，船帆以特定的角度剪裁懸挂，會更結實、更兜風，在競速的時候能把英國的帆船遠遠甩在身後。帆船匠處理船帆的原理與 " 斜裁 " 相似，不過應用方向相反——帆布在直裁時的紋理構成了比較穩定的結構。
這種工匠的直覺，在半個世紀之後，再次發揮了作用。這次延伸到了一個讓人意想不到的領網域——火箭。
火箭的燃料分液體和固體兩種。其中，固體燃料質量較輕，也比較好掌控。唯一的問題是，這種塑性材料會在點火的時候膨脹，很容易把燃料箱給撐爆。
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1950 年代，美國宇航局（NASA）連續發射了好幾顆 " 北極星 " 火箭，都因為類似的問題失敗、爆炸。
英國科學家、材料科學和生物力學的創始人之一詹姆斯 · 愛德華戈登在其名作《結構是什麼》中提到，就職于 NASA 的工程師，在當時流行的斜裁睡袍上找到了靈感：燃料箱能不能夠像絲綢一樣，在垂直的方向小幅伸縮，從而解決點火膨脹的問題？
答案是：能。
1950 年代末 1960 年代初，工程師們改進了燃料箱的設計，把彈性模量極小的金屬材料，換成了像編辮子一樣斜着纏起來的鋼化玻璃絲或者碳纖維絲，再用耐熱材料填充。當火箭點火時，這些材料會順應膨脹，把燃料箱些微地拉長一點點。這樣既不影響燃料的作用力方向，又能防止被撐爆的悲劇發生。
後來的火箭燃料箱，都沿用了類似的設計。固體燃料被廣泛地用在了火箭的助推器上，在大大小小的衞星發射中都扮演了重要角色。我們能看上電視、用上 GPS，都得感謝 " 斜裁 " 的發明。
這種工匠的直覺，加上跨越學科、領網域的 " 啓發 "，構成了技術創新的轉捩點。工匠到工程師的 " 更新 "，是完善的、系統性的理論訓練。然而工匠和工程師共有的，是不可或缺的經驗知識（experiential knowledge），這些知識只有在實踐中才能獲取。而實踐的重點，不僅僅是對于實用技能的培養，還有觀察力、溝通力、感知力甚至共情力等能力的培養，将現實中的觀察，進行抽絲剝繭的思考和大膽的構想和實踐。
對于機構而言，構建一個注重多樣性、合作的環境，有助于經驗知識的培養、傳遞和創新。畢竟，經驗知識的來源是多種多樣的，睡裙和火箭兩個領網域可以説是毫不相關，但就是能夠產生 " 意外 " 的聯結。這要求機構為經驗知識提供更靈活、更自由的管理環境。
一個研究團隊曾經深入過中國台灣的某知名半導體公司，了解到他們的項目創新過程。研究發現，項目需要的新技術，需要跨機構的合作，而支持這種創新的，不僅僅是技術條件，還有管理條件，讓團隊能夠有足夠多的空間去和外部進行交流、碰撞、學習，再把經驗層面的知識，用小規模實驗的形式，轉換為切實的創新。
工匠和工程師的力量，在于在世界的細處，把毫不相關的兩個東西聯系起來，再用數學、物理和工程把它們細細密密地縫合在一起。這個世界，永遠不缺少智慧又充滿熱愛的眼睛；而我們需要珍視的，是如何培養這樣的敏鋭的智慧，并給予智慧的火花發光發熱的機會。
參考文獻
[ 1 ] J E Gordon ( 1978 ) , Structures, or why things don't fall down.
[ 2 ] https://www.businessoffashion.com/articles/education/madeleine-vionnet-1876-1975
[ 3 ] Madelyn Shaw ( 2006 ) Textiles and the Body: The Geometry of Clothing, Textile Society of America Symposium Proceedings. 322.
[ 4 ] Hung, H. F., Kao, H. P., & Chu, Y. Y. ( 2008 ) . An empirical study on knowledge integration, technology innovation and experimental practice. Expert Systems with Applications, 35 ( 1-2 ) , 177-186.
策劃制作
作者丨鄭李 科技史博士
審核丨劉勇 中國科學院國家空間科學中心研究員
策劃丨徐來、丁崝
責編丨丁崝
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