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第18章 非比寻常的科学技术之最(4)

设备移动之处,信息即被正确地显示打印出来。该设备已经考虑了所有的手动参数,如旋转、速度和方向的突然改变等。最终在材料印刷出来的图像与数字电子文件一模一样。传统的打印机与精密的线条移动和走纸机构密切相关,而PrintDream公司的RMFI技术可以将随意的运动(手的移动)转变成高质量的文本和图像输出。

RMFI技术的应用非常广泛,包括报表、条码、处方等,事实上它可以在所有可打印的表面打印几乎所有的信息内容。RMPI技术最早出现于2003年在德国召开的展会上,随后发展的速度非常快,发展过程中最大的一个突破是发明的传感器,这是一个非常精密的光学导航传感器,定位于将RMFI技术推向一个更高的印刷质量和性能的新境界。

最早的转基因作物

20世纪80年代初发展起来的植物基因工程技术能够对植物进行精确地改造,转基因作物在产量、抗性和品质方面有显着地改进,同时也可极大地降低农业生产成本,缓解不断恶化的农业生态环境。人们将这次技术上的巨大飞跃称为第二次“绿色革命”。

所谓转基因,即是指通过基因转化技术将外源基因导入受体细胞。将含有转基因的转化体经过一系列常规育种程序加以选择和培育,最后选育出具有人们所需要的目标性状和有生产利用价值的新型品种,这种方法就可以称为转基因育种。通过转基因后的生物,在产量、抗性、品质或营养等方面向人类所需要的目标转变,而不是创造新的物种。

世界上第一例转基因植物的成功应用是1983年美国的转基因烟草,当时曾有人惊叹:“人类开始有了一双创造新生物的上帝之手。”1996年美国第一例转基因番茄开始在超市出售。

目前转基因作物中最常见的是转入抗除草剂基因,这样的转基因作物可以抵抗普通的、较温和的除草剂,因此农民用这类除草剂就可以除去野草,而不必采用那些毒性较强、较有针对性的除草剂。其次是转入抗虫害基因,用得最多的是从芽孢杆菌克隆出来的一种基因,有了这种基因的作物会制造一种毒性蛋白,对其他生物无毒,但能杀死某些特定的害虫,这样农民就可以减少喷洒杀虫剂。

在1996至2002年间,全球转基因作物种植面积从170万公顷迅速扩大到5870万公顷,7年间增长了35倍,从而使得转基因作物成为普及应用速度最快的先进农作物技术之一。在全球转基因作物面积迅速扩大的同时,种植转基因作物的国家也在不断增多。2002年全球有16个国家的550万~600万农民种植转基因作物。全球进行商业化种植的转基因作物包括大豆、玉米、棉花、油菜、土豆、烟草、番茄、南瓜和木瓜等。其中,前四种转基因作物占主导地位,其他转基因作物的种植面积微不足道。

自1996年第一例转基因食品投入市场后,人们在享受转基因这一高科技的丰硕果实的同时,也开始担心转基因生物的安全问题。20世纪最后的一年多的时间里,诸如此类转基因作物的安全性的问题,在全球范围内引起了激烈的争论:反对者认为转基因作物具有极大的潜在危险,可能会对人类健康和人类生存环境造成威胁。在欧洲,转基因作物曾一度被一些媒体称之为“由科学家创造、最终又毁灭了这个科学家的怪物”。

其实,转基因技术与传统育种技术相比,它可以打破物种的界限,将动物、微生物基因转入植物中。但是,从总体上来说,转基因技术仍是传统的育种方法的延伸,它所面临的健康、环保问题,传统作物同样也有。因此,对转基因作物安全性的争论从表面上看是一个科学问题的争论,似乎是由于科学工作者对转基因作物及其安全性的认识不同所致。然而,实际上卷入这场争论的除科研机构外,还有政府、企业、消费者、新闻等机构和环境保护组织,争论的实质并不是纯科学问题,而是经济和贸易问题,换句话说,转基因作物的安全性已成了国际贸易的技术壁垒。

寿命最短的基本粒子

所谓基本粒子的寿命,就是指粒子从产生到衰变所经历的一段时间。迄今为止,人们所知道的基本粒子已有300多种。其中,除少数寿命特别长的稳定粒子(如光子、中微子、电子和质子)外,其他都会分别通过弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用衰变成别的粒子。在这些会衰变的粒子中,绝大多数是瞬息即逝的,也就是说,它们往往在诞生的瞬间就已夭折。但由于引起衰变的原因不同,不同粒子的寿命(通常指粒子静止时的平均寿命)也有巨大的差异。

通过弱相互作用衰变的粒子有20余种。其中,仔依介子的寿命大致为2.6伊10-8秒,即仔依介子经过一亿分之一秒就衰变成了其他秒子。一亿分之一秒,从我们日常生活中习惯了的时间概念来讲,是不值一提的;但在微观世界里,它却不能被忽视,相反倒是个不太小的数字。在大量能自动衰变的基本粒子中,能活上一亿分之一秒的算是相当长寿的。

再来看看通过电磁相互作用衰变的粒子(共两种),它们的寿命就要短得多了。仔依介子的寿命是0.84伊10-16秒,浊介子的寿命是3伊10-19秒。比起仔依介子来,它们的寿命竟分别要短8~11个数量级。

但要论寿命的最短,要算通过强相互作用衰变的“共振态粒子”。它们的伙伴特别多,占基本粒子家族成员的一半以上,共200多种。当粒子寿命短于10-10~10-12S时,很难在探测器中留下径迹而直接被探测到,只能通过其衰变产物的反应截面来观测。在研究原子核的散射和反应过程中,当入射粒子能量取某一确定值时,散射或反应的截面突然变大,截面随能量的变化曲线和力学中的共振曲线完全类似,因而被称为共振态。

1953年,来自意大利的科学家费米和他的同事安得森在美国芝加哥大学的同步回旋加速器上做实验时,发现了质子——介子系统中的第一个共振态,但是那时候人们并未想到有这么多共振态。1952年,美国物理学家格拉塞制成了世界上第一台氢泡室,在乙醚泡中显示了宇宙射线中粒子的径迹。这以后有好几个物理研究组开始将泡室用于高能物理研究,不断研究和发展泡室技术。阿尔瓦雷斯发展了氢泡室技术和数据分析方法,首次把这类粒子命名为“共振态”,大大促进了粒子物理学的发展,从而在1968年获得了诺贝尔物理学奖。

最早的电子计算机

第二次世界大战期间,随着火炮的发展,弹道计算日益复杂,原有的一些计算机已不能满足使用要求,迫切需要有一种新的快速的计算工具。美国军方为了解决计算大量军用数据的难题,成立了由宾夕法尼亚大学莫奇利和埃克特领导的研究小组,开始研制世界上第一台电子计算机。在一些科学家、工程师的努力下,在当时电子技术已显示出具有记数、计算、传输、存储控制等功能的基础上,经过三年紧张的工作,1946年2月10日,美国陆军军机械部和摩尔学院共同举行新闻发布会,宣布了第一台电子计算机“埃尼亚克”研制成功的消息。

“E.IAC”(埃历阿克),即“电子数值积分和计算机”的英文缩写。它采用穿孔卡输入输出数据,每分钟可以输入125张卡片,输出100张卡片。2月15日,又在学校休斯敦大会堂举行盛大的庆典,由美国国家科学院院长朱维特博士宣布“埃尼亚克”研制成功,然后一同去摩尔学院参观那台神奇的“电子脑袋”。

出现在人们面前的“埃尼亚克”不是一台机器,而是一屋子机器,密密麻麻的开关按钮,东缠西绕的各类导线,忽明忽暗的指示灯,人们仿佛来到一间控制室,它就是“埃尼亚克”。在其内部共安装了17468只电子管,7200个二极管,70000多电阻器,10000多只电容器和6000只继电器,电路的焊接点多达50万个;在机器表面,则布满电表、电线和指示灯。机器被安装在一排2.75米高的金属柜里,占地面积为170平方米左右,总重量达到30吨。这一庞然大物有8英尺高,3英尺宽,100英尺长。它的耗电量超过174千瓦;电子管平均每隔7分钟就要被烧坏一只,埃克特必须不停更换。起初,军方的投资预算为15万美元,但事实上,连翻跟斗,总耗资达48.6万美元,合同前前后后修改过20余次。尽管如此,E.IAC的运算速度却也没令人们失望,能达到每秒钟5000次加法,可以在3/1000秒时间内做完两个10位数乘法。一条炮弹的轨迹,20秒钟就能被它算完,比炮弹本身的飞行速度还要快。

1946年底,“埃尼亚克”分装启运,运往阿伯丁军械试验场的弹道实验室。

开始了它的计算生涯,除了常规的弹道计算外,它后来还涉及诸多的领域,如天气预报、原子核能、宇宙结、热能点火、风洞试验设计等。其中最有意思的,是在1949年,经过70个小时的运算,它把圆周率仔精密无误地推算到小数点后面2037位,这是人类第一次用自己的创造物计算出的最周密的值。

1955年10月2日,“埃尼亚克”功德圆满,正式退休。它和现在的计算机相比,还不如一些高级袖珍计算器,但它自1945年正式建成以来,实际运行了80223个小时。这十年间,它的算术运算量比有史以来人类大脑所有运算量的总和还要来得多、来得大。它的面世也标志着电子计算机的创世,人类社会从此大步迈进了电脑时代的门槛,使得人类社会发生了巨大的变化。

1996年2月14日,在世界上第一台电子计算机问世50周年之际,美国副总统戈尔再次启动了这台计算机,以纪念信息时代的到来。

第一只电子手表

电子手表是20世纪50年代才开始出现的新型计时器,它在温度25~28益时,一昼夜计时误差在1秒以内,即使当温度至0益以下或50益以上时,每昼夜也才会慢两秒钟。但100多年前我们经常使用的机械手表,由于受温度、气压、地球引力的影响,加上本身机械结构和装配过程中的误差,它的每日走时误差一般也有3~5秒。由此可看到,电子手表的发明在精确时间方面有着多么大的贡献。

1952年,英国发明了电动表,用化学电池作能源,代替机械表中的发条。由于化学电池的能量较稳定,走时的精确度就得到了提高。

但由于电池的电能是通过机械接点传给摆轮的,而机械接点开关次数多了很容易损坏,所以这种表未能得到推广。然而,它对传统机械手表的结构进行的变革、把手表与电挂上钩的做法却打开了人们的思路,促使电子手表应运而生。

真正意义上的最早的电子手表应是1953年由瑞士试制成功的音叉式电子手表。大家知道,只要把音叉轻轻一敲,音叉就会发生振动而发出一定频率的声音。音叉式电子手表就是利用这个特性制成的。它用一个小音叉和晶体三极管无接点开关电路组成音叉振荡系统,来代替摆轮游丝振动系统。音叉的振动频率为每秒300赫兹,所以这种表走动时听不到滴答声而只发出轻微的嗡嗡声,音叉振荡系统产生的时间信号推动秒针、分针、时针转动以指示时间。这种表走时误差每天稳定在2秒以内。1960年美国布洛瓦公司最早开始出售“阿克屈隆”牌音叉电子手表。

1963年由瑞士研制成功摆轮式电子手表。它与电动手表不同的地方是用晶体管、电阻等元件组成无接点开关电路,来代替易损坏的机械接点。由于这种手表不用发条,齿轮系统受力小,磨损较少,因而使用寿命较长,走时精确度比电动手表略高。这种手表于1967年投放市场后,曾在欧洲流行一时。

1969年12月,日本精工舍公司推出了35SQ型电子手表。这是世界上最早的石英电子手表,这种手表以石英的固有振荡频率为走时基准,通过电子线路,控制一台微型电机带动指针,很多性能指标都超过了机械手表,因此很受顾客欢迎。

随着人类科技的发展,最终形成了一种全新的时计。数字显示电子手表采用发光二极管或者液晶为显示元件,直接以数字表示时间。整个手表又被称为“全电子手表”。它走时比指针式石英电子手表更精确,结构比指针式石英电子手表更简单,还具有特别良好的防磁、防震性能。世界上最早的全电子手表是美国汉弥尔顿公司在1972年开始出售的波沙牌数字显示电子手表。