对一件东西的爱好是由知识产生的，知识愈准确，爱好也就愈强烈。—达·芬奇
达·芬奇出生于15世纪欧洲文艺复兴时期的意大利，被誉为“人类历史上绝无仅有的全才”，他的绘画杰作《蒙娜丽莎》《最后的晚餐》《岩间圣母》等作品已经成为人类追求美和艺术的代名词。但很少有人知道，达·芬奇还是一位思想深邃的发明家、建筑工程师以及天文学家。他擅长雕刻、音乐、发明、建筑，通晓数学、生理、物理、天文、地质等学科，既多才多艺，又勤奋多产。他全部的科研成果都保存在约6000多页的手稿中，爱因斯坦认为，达·芬奇的科研成果如果在那时就发表的话，当时欧洲的科技进展可以在原有基础上提前30年到50年。
达·芬奇的飞翔梦
从观察湍流到设计引水装置
1466年，15岁的达·芬奇来到佛罗伦萨，拜著名雕刻家韦罗基奥为师。他曾做过下水道工程师，这份不太体面的工作并没有让他丧失进取心和创造力。在重建和翻修下水道时，他通过仔细观察和记录，画出了著名的湍流图。这张看似杂乱的图稿体现了达·芬奇惊人的洞察力和创造力，这是人类第一次对水的流动规律进行系统性地探索。
湍流是个迷雾般的难题，500多年后，现代科学才用计算机模拟出湍流的几个基本模型。此时的科学家惊讶地发现，这竟然和多年前达·芬奇用肉眼观测并绘制的手稿有着惊人的相似。
1482年，达·芬奇开始为宫廷工作。通过对水流的仔细研究，他设计了很多引水装置，包括最著名的米兰护城河。合理的引水装置和精妙的结构让米兰城逃过了好几次火灾和战火的侵袭。
从水的流动到空气的流动
这种针对流体力学的研究奠定了达·芬奇在飞行装置方面的理论基础。达·芬奇从小就对风筝怀有浓厚的兴趣,他在笔记中曾提及儿童时期是如何以极高的兴致观看风筝飞行的，正是这种热爱促使他以科学的态度对待飞行问题。他认为研究鸟的飞行是揭开飞行之迷的正确方法。
为了观察鸟的飞行，达·芬奇经常去佛罗伦萨的市场上买一篮子鸟，然后到一个开阔的地方打开笼子将鸟放飞，借以观察鸟是如何起飞及扇动翅膀的。这一举动虽然令卖鸟的小商贩们非常高兴，但其他人看到这一场景都感觉很奇怪。达·芬奇对旁人的嘲笑并不在意，他还是一遍又一遍将鸟放出去，不断观察翅膀的动作。经过大量的研究，他发现，除了研究飞鸟本身以外，还应当研究鸟的飞行环境。他说：“为了理解鸟类在空气中运动的真正科学，必须首先研究风的科学。”
至此，他已经认识到研究风力或空气动力对航空科学的重要意义。同时加上之前在米兰工作时对水流的研究，他发现空气和水一样，只要能控制其流动的方向，就能产生可利用的动能。所以他认为空气动力学知识可以通过对水动力学的研究间接获得。这两个观点在后来的科学研究中都被认为很有现实意义。
达·芬奇绘制了大量手稿，对鸟的飞行原理、飞行控制、鸟身体的各部分在飞行中的功能、空气的特性等都进行了详细的观察与分析，得出的结论中有许多是正确的，其中甚至包含了200年后牛顿正式提出的作用与反作用定律。
达·芬奇的手稿几乎都是图文参半，这有助于理解相对难懂的文字
从研究飞行到设计飞行器
19世纪中叶，人们在意大利米兰图书馆中找到了31岁的达·芬奇在1483年写的札记中的一张飞行器草图，草图标明:“这架飞行器的升力是由旋转着的螺旋桨产生的。”
在草图旁边，达·芬奇写道：“螺旋桨的骨架应该用像细绳子那样极细的铁丝制成，从圆周到中心的距离应该等于8肘（1肘约等于60厘米）。如果想把这种装置造好，要用结实的帆制作（帆上的孔眼都用淀粉糊细致地涂过）。那么我想：当螺旋桨迅速旋转时，它将在空中画出一条旋转的轨迹，并向上升起。若你用一根宽而薄的尺子劈开空气，你就会相信这一点了，这时你的手会感到来自尺子侧面的压力……最后，帆布应该固定在用长而细的芦草秆制成的骨架上。这个模型的轴和上紧的金属弹簧相连，如果弹簧松开，它就会使螺旋桨转动起来。”
这架飞行器旋翼直径接近5米，属于比较大型的飞行装置，因此达·芬奇设想在中间的基座上站立4个人，以驱动螺旋桨旋转。由于达·芬奇非常明确地阐述了它的升空原理，他是人类历史上以飞行为目的制造过第一架直升机模型的人。但由于无法克服旋翼与机身的扭转力，以及无法创造足够的动力，这架飞行器遗憾地无法飞上蓝天。但达·芬奇仍被航空史学家看作是直升机的发明者，这项发明也被认为对现代航空学做出了切实的贡献。
从画出手稿到写出论文
达·芬奇并没有就此放弃飞行的梦想，他正确地推论出是空气流过鸟的翅膀才产生了升力，而且气流流经的速度越快，升力就越大。他还花费大量时间研究和解剖鸟类的翅膀。1505年，53岁的达·芬奇终于完成论文《论鸟的飞行》，这是人类历史上第一篇航空论文。论文中详细介绍了他的许多发现，也阐述了鸟飞行的三个原理。其中第一原理是持续飞行原理，或叫空气的升力原理。他认为，鸟的翅膀在扇动时，翅膀下的空气被压缩，从而在翅膀上下形成一个压力差，这个压力差就是升力。
但是，达·芬奇显然受到了前人的影响，错误地坚持认为人只有模仿鸟儿才能飞行，从而把之后的研究重点放在了扑翼机上，希望通过扑打机翼来获得升力。虽然达·芬奇从未制造出一架可以遨翔于蓝天的飞行装置，但他为航空发展提出的许多主张依然是人类航空事业的一笔巨大财富。
达·芬奇的机械梦
机械魔力引发兴趣
年轻的达·芬奇在佛罗伦萨学习期间，经常去圣母玛丽亚大教堂做帮工。这座庞大的建筑用到了各式各样神奇的机械系统。有一次，达·芬奇在观看工匠们安装教堂穹顶灯塔上的巨型铜球时，亲眼目睹了三速提升机等机械装置的效率，深感其中的神奇。
还有一次，一批来自锡耶纳的工程师设计了一种外形像船的河道淤泥挖掘机，用来清除浅水口的沙砾和淤泥，还有一种能够提高装载量又加快行驶速度的桨叶船。这些工程师的发明让达·芬奇对机械的力量产生了巨大的兴趣，也开始了他对机械设计的探索。
连发火炮解决射速难题
在达·芬奇生活的时代，火炮刚刚问世，还处于老式的前装炮时代。烦琐的装填过程使得它的射速很慢，经常贻误战机。调整射角的方法大多是垫上沉重的木楔子，如果要调整射击方向，甚至还得移动炮位。达·芬奇设计的连发火炮已在不同程度上化解了这些难题。
这个火炮被设计成最多三排、12管，可以通过炮管翻转的形式连续射击36次，并把炮管扇形排列，解决了射界的问题。他还设计出了扇形齿轮，射角可在100多度的范围内快速调整。最后，用双头丝杠来调节火炮的射角。这样超前的理念解决了当时火炮面临的很多限制，而后人直到19世纪末才基本解决了这些问题。
近似坦克的装甲车
根据《世界坦克发展史》记载，达·芬奇是世界上最先设计坦克的发明家。他手稿中的这款坦克拥有多方位的运动能力，并且围绕其周长部署了360度射程范围的火炮。整个车身用金属板加固，能够防御当时大部分火炮的攻击。遗憾的是这个发明并没有进入实用阶段，原因是驱动力不足。达·芬奇的原方案是用八个人合力驱动齿轮，可惜相对于庞大的车身和重量，人力很难完成。他自己这样描述这辆庞然大物：“我可以制造装甲车，它可以凭借携带的火炮的威力进入敌军范围，并且没有任何一队士兵可以突破它。它安全而无懈可击，步兵可以紧随其后快速前进而不受伤害。”人们后来才发现，这个理念几乎与现代坦克的作战原理、战场定位如出一辙。
他的武器暗藏玄机
作为一名机械发明家，达·芬奇还设计了很多革命性的武器，比如战斗马车、攻城车、投石机、集束炸弹，甚至简单的机器人装置和降落伞。
有趣的是，在达·芬奇的这些发明中，大都暗藏着一个非常简单、明显却又可以纠正的缺陷。这些缺陷光看手稿看不出来，只有在制造和使用的过程中才会暴露出来。有人曾按他的手稿制作了几种武器，奇怪的是每当军方人员进行测试时，武器的毛病就立刻显现出来：比如坦克的齿轮部分刚好装反了，滑翔机也有缺陷—如果按照达·芬奇的说明书去操纵滑翔机，你会发现他的指示和你应该做的正好相反，结果就是滑翔机一头栽到了地上—这些武器都各有毛病，在首次试验时无一能正常工作。
后人相信这绝不是因为达·芬奇搞错了其中的原理，而是因为他是一名和平主义者，令他感到进退两难的是，当时他必须为军阀工作。他很清楚自己的发明将被用于军事目的，成为战场上的杀人武器，因此才留下了这些小小的“毛病”，以避免那些心急的战争狂人制造更多的杀戮。
近代科学的伟大先驱
虽然达·芬奇在他有生之年设计了如此多的设备，但我们只能说他是近代科学的探索者和伟大先驱。他是一名伟大的艺术家，却不能称为科学家，因为文艺复兴时期还没有产生严格意义上的现代科学（对现代科学的探索要等到17世纪由牛顿等科学家开启）。达·芬奇的大多数创作虽然只停留在了设计稿阶段，但人们对他的崇敬并不是因为他的这些手稿，而是他令人惊叹的想象力和对科学真理的执着探索。他将新奇甚至荒诞的想法具化为一张张设计图并坚持研究，才是他最伟大的印记。
人们永远记住了这位伟人，因为他让全人类坚信：想象力才是人类发展的原动力。这才是他真正的伟大之处，也是人类不断探索前路和追求新知的证言。