上研究生時我有個導師是意大利人。我原以為老教授可能對體育不會有太大的興趣，即使有的話，可能也是足球。沒想到在閑聊過程中，了解到他的最大興趣是看帆船比賽。他談起美洲杯帆船賽那眉飛色舞的樣子，讓我很難把他和一個學術大咖聯係起來。
後來我才知道，美洲杯帆船賽(America's Cup)是世界範圍內最具影響力的四個比賽之一(另外三個是:世界杯足球賽，奧運會，一級方程式賽車)。
美洲杯帆船賽源於1851年，一艘美國帆船“美洲號”（America）在英國和15艘皇家快艇艦隊的帆船比賽，最後“美洲號”大獲全勝，讓當時的超級大國大英帝國很沒麵子。
此後的130多年時間裏，美國在麵對來自世界各國的25次挑戰中保持不敗，創下體育運動史上最長的連勝紀錄。到目前為止，除美國外，隻有澳大利亞，新西蘭，瑞典拿過美洲杯。
我以前隻在電視上看過帆船比賽(美洲杯的門票最便宜也要六千刀以上)。今年夏天，因為我在一個學術組織裏任誌願者，這個組織為了獎勵誌願者，在開了一個早上的會以後，下午讓我們去Clear Lake坐帆船。這個地方雖然叫湖，但實際上連著大海，和墨西哥灣相通。去之前問了一下，發現我們這一夥人裏沒有一個人會開帆船的，所以船主人就和我們一起出行了，自任船長。船長是位看上去大約70出頭的老者，年輕時當過兵，可能還是個官。32噸重的船，沒有一個好船長和一些得力的"水手"，還真不容易擺弄。
沒開船之前，老船長很威嚴地定了一些規矩，並給每個人分配一些任務。一些身體壯實的被分配幹一些力氣活。輪到我時，船長問了一下我的名字，然後說:我看你像個猴子一樣跳來跳去，很靈活的樣子，你負責解纜繩，係纜繩。所以我要最後一個上船，第一個下船。我們中有一個人被分派到負責撥充電電線。他就開始拔充電線。被船長大聲嗬斥:我讓你拔了嗎？你必須聽從命令，等我讓你拔時你再拔。這一頓嗬斥嚇得大家麵麵相覷不敢作聲。七八個人在船長指揮下忙了20多分鍾，才完成出航的準備工作。這麽大一條船，在船塢裏船船靠船停著，進出船塢都是個挑戰。
老船長一通指令之後，我們的船終於緩緩地駛出了港口。雖然是個帆船，但是在港口裏還是用充好的電池，憑驅動馬達慢慢地開了出去。一路之上，老船長給我們講解了很多東西。從湖裏出到海灣的水道看上去是一片寬廣的水麵，但是實際上水的深度相差很大。有一條專門挖出來的很深的航道。水上有幾個浮標，如果超出了這幾個浮標，旁邊水可能不夠深，象這樣32噸重的船就有可能擱淺。所以這一段放慢速度，開得很小心。
開過了這一段，到了深水區，船長把引擎關掉，這才開始真正的帆船駕駛。風帆打開了，風吹得嘩嘩作響，船在快速前進。
我們中四個人被安排負責控製風帆的方向，兩個人一邊。根據風向，聽老船長的指揮，一邊放繩另一邊收繩。除了要有點力氣，還要求收放速度比較快。特別是在船轉彎的時候，四個人簡直就是拚盡全力在收繩，放繩。眼看那巨大的風帆從一頭呼啦啦轉到另一頭，風力在船上的作用就改變方向，然後船就按預定的方向行駛，真的神奇而又壯觀。
剛開始出去的時候是順風，所以我覺得很容易理解，風帆兜著風，船就相當於被風往前吹著走。我當時就想到了一個問題，問船長:我們回來的時候逆風怎麽辦呢？是不是要靠馬達開回來？船長說:不用，你一會兒就會看到。
果然回程時我們四個人滿頭大汗，把風帆從一頭轉到另一頭，船長在中間把舵，船很快調了180度頭往回開。逆風確實也能走！但是我們四個人很辛苦，過一會兒就要拚命的放繩收繩。我一邊全神貫注的聽船長的指揮，一邊心裏就開始產生了懷疑:這船沒有動力，怎麽能光靠風而逆風行駛呢？這不是違反物理定律嗎？不過我咬了咬牙，沒有開口問，因為船長和我們四個人一直象打仗一樣忙著控製風帆和船的航行方向，我想不應該在這時候去打擾船長。
回家以後我迫不及待就上網搜:為什麽帆船可以逆風而行？結果讓我大跌眼鏡，原來這個帆船逆風行的工作原理還挺複雜的，居然要用到流體力學裏的伯努利原理。大家可能都聽說過伯努力原理，飛機為什麽能起飛，就是這個原理。機翼形狀的設計讓機翼上部的氣流速度和下部的氣流速度不一樣由此產生了壓強差。空氣就產生了向上的力，把飛機托起來。帆船上的風帆被風一吹，那形狀確實象飛機的機翼。這個"機翼"的攻角是可以用兩邊收放繩子來控製的。角度控製得合適的話，可以讓風帆所受的力和風的方向成一個小於90度的夾角。風帆所受的力可以分解成兩個方向，一個是和船頭到船尾的方向平行的，另一個是和船身的方向垂直的。下圖中那個小小的heading force就是使得前往船往前進的力。
看到這裏，你可能和我一樣有一個問題:和船垂直的那個力看上去會很大，不會把船往垂直的方向推嗎？我想答案是:可能會有垂直方向的少量移動，但是船的底部結構使得沿船身方向行駛時阻力很小，而橫移的時候，阻力很大。所以，結果是船主要沿船頭所指的方向前進，但是可能有一點很小的橫移。
所以側麵頂風也是可以行駛的,船行駛的方向和風的方向必須有一個角度。這個角度太小的話，推船前進的那個風力會變得很小，甚至轉成順風方向，這樣船就不能前進了(如下圖所示)。
如果一定要完全逆風行駛，也是有辦法的:船要走S型(如下圖，真是很聰明的辦法)，這也是為什麽我們一直在收繩放繩而船長經常在打方向盤，因為船一直在轉彎。
真沒想到，一個小小的風帆還涉及到這麽多巧奪天工的設計。我查了一下，曆史最早使用帆船的是古埃及人，大約在公元前4000年就開始用帆船了。關鍵是那時候沒有人懂伯努力原理，連數學公式都沒有，更不要說偏微分方程了。但是人家埃及人就直接用了，不得不承認埃及人很偉大。就好象中國人學過平麵幾何的都知道勾股定理，但全世界其它國家的人都稱之為畢達哥拉斯定理。沒人否認這數學定理是畢氏嚴格證明出來的，但是在他之前的中國木匠早就用上了勾三股四弦必五，所以叫勾股定理也有一定的道理。
那天天氣很熱，所以開帆船時候還累得我一身大汗。當我們抱怨開個帆船真不容易時，老船長告訴我們:還有人獨自開帆船環球一周的呢。以前我也聽過這個新聞。坐過一次帆船才知道這有多難。風向一變，需要一個人把舵兩個人放繩，兩個人收繩，我們五個人還滿頭大汗。當然從理論上講，可以減成三個人:一個人把舵，一個人放繩，一個人收繩。那會更累，但是應該是可行的。可是一個人怎麽操作？
當我們不了解一個事情的具體操作的時候，也許隻是驚歎一下而已。讓你了解得更多時你越會感到無比的震驚。不知道這世上還有多少這樣我們不了解的事情。一定很多很多。三百六十行，行行出狀元。每當遇到這樣的事情，我都意識到: 必須有一顆謙卑的心。
