正文 第七章 探索科學的神奇(2 / 3)

記憶液晶

日本佳能公司開發的強誘電性液晶,具有很強的記憶功能。使用這種液晶的電視畫麵細膩,畫麵變換迅速;如果電腦和文字處理機用它作顯示裝置後,就算是突然間停電,也不必擔心因為它可以保留輸入的信息。

記憶襯衫

日本采用了新式加工工藝和方法生產出了形狀記憶棉布襯衫,這種襯衫不縮水,而且形狀也不會改變。即使出現了一些小的皺褶,隻要稍加熨燙即可平展,穿起來很方便。

記憶毛毯

科學家發明了一種用記憶合金絲混合織成的毛毯。這種毛毯很神奇,如果你蓋著它感到過熱時,它就會自動掀開一部分,自動把溫度降低一些,讓人處於一種舒適的溫度下人安然入睡。

記憶釘子

用記憶金屬製作而成的釘子用在汽車的外胎上,當遇到氣溫降低,公路上結有冰霜時,釘子就會“自動”從外胎裏伸出來,以此來防止輪胎打滑。

記憶胸罩

日本推出了一種新型胸罩,這種胸罩內摻入了鎳鈦記憶金絲。它可以根據使用者的體溫變化而改變乳罩的形狀,使之適應胸圍的需要;而且它的質地很輕柔也很輕便,容易洗滌,無論洗多少次它也不會喪失“記憶力”。

記憶麵條

日本新推出了一種新的麵條叫記憶麵條,這種麵條中含有一定的膽堿。人們食用後,膽堿會與人體內的化學物質反應,從而生成“二酰膽堿”,這種物質可以提高人們的記憶力。據說經常食用這種麵條的人,記憶力要比常人提高30%。

隨著社會的發展,人們的生活越來越好。當然人們也越來越懂得享受,科學家們也為此不斷努力著,各種為人們生活帶來方便的商品也漸漸的琳琅滿目。相信未來會有更多更實用的商品來到人們的生活中。

8.未來的量子計算機

量子計算機不同於我們平時有的計算機。它是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。如果某個裝置處理和計算的是量子信息,運行的是量子算法,那麼它就是量子計算機。

這種量子計算機的概念源於對可逆計算機的研究。科學家們研究可逆計算機的目的是為了解決計算機中的能耗問題。還是先了解一下什麼是量子計算機吧!

對於現在,我們使用的電子計算機集成電路的集成度,大約以每3年翻兩番的速度發展。1990年製成了64兆位的動態隨機存儲器,集成電路的線寬已細到0.3微米。1993年製成了256兆位的動態隨機存儲器。當存儲器達到1024兆位時,集成電路的線寬將細到0.1微米,也就是千萬分之一米,它差不多是一根頭發絲的千分之一。這麼細的電路,被認為是集成電路的發展極,如果電路比這更細時,現有電子元件將會失去工作的理論基礎,因為電子作為一種微小粒子,具有“波粒二象性”,當電路線寬大於0.1微米時,電子完全可視為粒子,而不必考慮其波動性;而當電路線寬小於0.1微米時,那麼就必須考慮電子的波動性。與此同時還會出現種種新的物理現象,稱為量子效應。利用量子效應工作的電子元件就被稱為量子元件。

現在的電子元件是通過控製所通過的電子數量多少或有無來進行工作的。宏觀上,電子計算用電位的高低來表示0和1以進行存儲和計算。而量子元件則通過控製粒子波動的相位來實現輸出信號的強弱和有無,量子計算機通過利用粒子的量子力學效應,如光子的極化,原子的自旋等來表示0和1以進行存儲和計算。量子元件的使用將使計算機的工作速度大大提高(約可提高1000倍),功耗大大減少(約可減少1000倍),電路大大簡化且不易發熱,體積大大縮小。

量子計算機,最早是由理乍得·費曼提出的,一開始是從物理現象的模擬而來的。可是,他發現當模擬量子現象時,因為龐大的希爾伯特空間而使資料量也變得龐大。一個完好的模擬所需的運算時間則變得相當可觀,甚至是不切實際的天文數字。理乍得·費曼當時就想到如果用量子係統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少,比現行計算機要快得多。正是它的這一特點吸引了大批科學家參與開發研究。量子計算機的概念也由此而誕生以及被人注意。

早期量子計算機,實際上是用量子力學語言描述的經典計算機,並沒有用到量子力學的本質特性,如量子態的疊加性和相幹性。在經典計算機中,基本信息單位為比特,運算對象是各種比特序列。與此類似,在量子計算機中,基本信息單位是量子比特,運算對象是量子比特序列。所不同的是,量子比特序列不但可以處於各種正交態的疊加態上,而且還可以處於糾纏態上。這些特殊的量子態,不僅提供了量子並行計算的可能,而且還將帶來許多奇妙的性質。與經典計算機不同,量子計算機可以做任意的幺正變換,在得到輸出態後,進行測量得出計算結果。因此,量子計算對經典計算作了極大的擴充,在數學形式上,經典計算可看作是一類特殊的量子計算。量子計算機對每一個疊加分量進行變換,所有這些變換同時完成,並按一定的概率幅疊加起來,給出結果,這種計算稱作量子並行計算。除了進行並行計算外,量子計算機的另一重要用途是模擬量子係統,這項工作是經典計算機無法勝任的

日本日立製作所開發研究成功了一種量子元件——“單個電子晶體管”,它可以控製單個電子的運動。這種晶體管不僅體積小,而且功耗特別低,比目前功耗最小的晶體管低約1000倍。日本富士通公司正在開發量子元件超高密度存儲器,在1平方厘米麵積的芯片上,可存儲10萬億比特的信息,相當於可存儲6000億個漢字。美國物理學家翰遜博士開發成功的電子自旋晶體管,很有可能將集成電路的線寬降至0.01微米。在一個小小的芯片上可容納數萬億個晶體管,從而使集成電路的集成度大大提高。利用量子力學原理設計,由量子元件組裝的量子計算機。它不僅運算速度快,存儲量大、功耗低,而且體積也會大大縮小。一個超高速計算機可以直接放在口袋裏,人造衛星的直徑可以從數米減小到數十厘米。

量子計算機它可以進行大數的因式分解,和Grover搜索破譯密碼,但是同時也提供了另一種保密通訊的方式。在利用EPR對進行量子通訊的實驗中中我們發現,隻有擁有EPR對的雙方才可能完成量子信息的傳遞,任何第三方的竊聽者都不能獲得完全的量子信息,正所謂解鈴還需係鈴人,這樣實現的量子通訊才是真正不會被破解的保密通訊。此外量子計算機還可以用來做量子係統的模擬,人們一旦有了量子模擬計算機,就無需求解薛定愕方程或者采用蒙特卡羅方法在經典計算機上做數值計算,便可精確地研究量子體係的特征。

量子計算機是通過量子分裂式、量子修補式來進行一係列的大規模高精確度的運算的。其浮點運算性能是普通家用電腦的CPU所無法比擬的,量子計算機大規模運算的方式其實就類似於普通電腦的批處理程序,其運算方式簡單來說就是通過大量的量子分裂,再進行高速的量子修補,但是其精確度和速度也是普通電腦望塵莫及的,因此造價相當驚人。目前唯一一台量子計算機仍在微軟的矽穀老家中,尚在試驗階段,離投入使用還會有一段時間。量子計算機當然不是給我們用來玩電子遊戲的,因為這好比拿激光切割機去切紙大材小用。它的主要用途是例如象測量星體精確坐標、快速計算不規則立體圖形體積、精確控製機器人或人工智能等需要大規模、高精度的高速浮點運算的工作。但是在運行這一係列高難度運算的背後,是可怕的能量消耗、不怎麼長的使用壽命和恐怖的熱量。假如1噸鈾235通過核發電機1天能提供7000萬瓦伏電量,但這些電量在短短的10天就會被消耗殆盡,當然這也隻是最保守的估計;試想如果一台量子計算機一天工作4小時左右,那麼它的壽命將隻有可憐的2年,如果工作6小時以上,恐怕連1年都不行,這也是最保守的估計;假定量子計算機每小時有70攝氏度,那麼2小時內機箱將達到200度,6小時恐怕散熱裝置都要被融化了,這也還隻是最保守的估計!

所以由此看來,高能短命的量子計算機恐怕離我們的生活還有一段漫長的距離,那麼就讓我們一起迎著未來的曙光拭目以待吧!

我們現在使用的計算機可以說是夠高科技的,沒想到科學家們還能研發出更為高科技的電子產品,這對於我們未來的生活來說是一種有益的幫助。隻有科技不斷進步,我們的社會也才會跟著不斷的進步。對於未來的世界,我們有的是更多的期盼吧!

9.“網絡汽車”浮出水麵

汽車是我們生活中不可缺少的一種交通工具,我們出門的時候有了它就會就會節省不少的時間。現在汽車也隨著科技的變化而不斷更新改變著,自從有汽車公司提出了“網絡汽車”這個概念,所有的汽車製造商紛紛與技術公司聯合起來開發網絡汽車。所以“網絡汽車”將浮出水麵進入人們的生活當中。

“網絡汽車”這個概念是由IBM公司率先提出的。在這之後,美國各大汽車製造商紛紛與信息技術公司聯合開發網絡汽車。

諾基亞公司是芬蘭著名的電信設備,這個電信設備的製造商預計可能到2005年底,所有新生產出來的汽車都將會擁有至少一個互聯網地址,而這個公司也將力爭成為汽車互聯網接入設備的首要供應商。諾基亞公司在發表的一份聲明中稱,這個公司也將會在不久之後推出其第一款汽車無線通信設備,它被稱之為遠程信息處理係統。這個公司還將於晚些的時候推出性能更加優良的第二代產品。該公司聲稱,第一代遠程信息處理係統的主要特征就是安全可靠和及時的信息傳遞。在這套遠程信息處理係統中具有一個緊急自動呼叫係統,它可以在緊急的情況下,自動將呼叫信息發送至附近的服務中心。比如說,安全氣袋在事故中自行張開的情況。除此之外,該處理係統還能提供許多及時信息,如果路上有交通堵塞的情況下,它可以幫助司機避開阻塞的交通,選擇更加合理的行車路線。諾基亞聲稱,這種最新的遠程信息處理係統將首先在奔馳、奧迪、歐寶和福特等名牌汽車中使用。它也會使用移動電話和全球定位係統(GPS)為用戶提供信息和定位服務。

IBM和摩托羅拉公司也宣布,兩家公司將共同建設基於無線通信以及互聯網服務的聯合開發體製,向汽車行業提供終端用戶信息通信技術,為開發新一代的汽車產品及服務提供更大的幫助。這兩家公司也說明人和汽車廠商合作,各自將各自的技術、商品以及服務相結合,促進汽車廠商投入新一代“Telematics(遠程信息處理)”產品,用以滿足消費者對車用通信/信息傳輸/娛樂的需要。所謂“Telematics”產品就是指車用以及嵌入式電子係統,它可以向司機實時提供各種遙控接駁服務。比如說,它可以向司機提供無線通信、上網以及利用各種實時交通情報提供道路指南、防盜、個人信息服務、電子郵件、娛樂遊戲等服務。摩托羅拉將提供電子設備、軟件、無線通信、網絡以及嵌入綜合技術。IBM則主要提供計算機、軟硬件、IT服務等涉及整個係統基礎設施的技術。

與此同時,日本的鬆下電器產業公司也宣布,將開始發售可上網的小型汽車導航儀“網絡型NAVIKX-GT30”。該產品將CD-ROM驅動器、導航裝置、5.8英寸TFT液晶顯示屏融於一體,設置了與PHS(日本簡易手持電話係統)終端和移動電話的接口。通過上網,可以瀏覽網頁,接收發送電子郵件。該產品不僅可以在車內使用,也可以帶入家中作為網絡終端使用,這也是當初開發時的一個設想。它具有圖像輸入輸出接口,可以同家中的電視機和攝像機等接續。有了這個產品,汽車的功能將大大的增大。

在汽車中加入網絡設備,為人們的通信又增添了方便,而且也可以實現防盜和娛樂一體化。社會在變,科技在變,汽車也隨著科技不斷的更新,也越來越人性化,讓人們可以在生活中更好的應用。

10.移動電話:“武裝到牙齒”

電話我們都知道,有我們平時用的固定電話,也有我們現在普遍使用的移動電話也就是手機,現在各種各樣的手機都有,有的手機小的可以放到錢包裏。但是現在又有新的發明,可以把移動電話“武裝到牙齒”中去,聽起來確實很不可思議,但是科學家們的確是在為此而努力,在不久之後,我們就可以看到全新的移動電話。

相信大家都聽說過“武裝到牙齒”這句話吧?不要不相信自己的耳朵,這是真的,要不了多長時間,先進的無線通訊技術就可以讓你真正做到“武裝到牙齒”,把移動電話裝到你的牙齒裏去。

這種新型的手機是由美國麻省理工學院媒體實驗室的科學家吉米·洛伊茲和詹姆斯·阿格設計的,它可以用來接收電台和移動電話發出的數字信號。有相關報道,它已經開始在倫敦科學博物館展出,與它一起展出的還有其它一些“未來派展品”。

我們可以想象一下,在未來的某一天,當你的牙齒裏裝上這種手機之後,那麼你的下顎骨就相當於天線,那麼你的頭則變成了信號接收器。這樣的話,通信對於你來說就方便很多,你可以一邊運動一邊接電話,比如你可以一邊打網球一邊接電話,這樣的話比拿一個手機在手裏要方便多了,你也可以邊做飯邊收聽股市信息、聽你最喜歡的音樂,想想就覺得真是方便之極。其實這套設備從技術上來講是比較簡單的,隻需要把一個微型震動裝置和無線信號接收器裝到牙齒裏就可以了,普通的牙科醫生就可以勝任這個工作。

它的原理是很簡單的,接收到的數字信號轉換成聲音之後,會通過牙齒和骨頭的共鳴直接傳導到內耳。有些人聽了這些可能會有這樣的擔心,這樣一來嘴巴豈不是變成了一個小音箱,哇啦哇啦地不斷有聲音從裏麵傳出,這樣對自己周圍的人是很不禮貌的。

但是這種電話的發明者之一吉米·洛伊茲說,其實完全不必有這方麵的顧慮,因為聲音接收係統是經過特別設計的,聲音震動處於分子水平,因此隻有使用者一個可以聽得到,聲音就好像是從使用者的腦子裏傳出來的一樣,這一點有點類似精神病裏的幻聽症。如果讓一些多餘的聲音信號比如廣告、騷擾電話統統進入使用者的大腦,那麼就很難保證不讓使用者會精神分裂,因此他們還專門設計了一套控製裝置,可以讓使用者可以隨意調整是否接收信號。此外,設計者也充分考慮到了新新人類大膽前衛的消費需求。所以一個人可以在牙齒裏植入幾個這種接收設備,從而製造一種類似家庭影院“環繞立體聲”的音響效果。

因為這種產品的硬件裝備很小,而且牙科醫生到處都有,所以這種“武裝到牙齒”的手機造價相當低廉,所以科學家預計在不久的將來就能夠正式投放到市場。

移動電話竟然也可裝到牙齒裏去!聽起來還真是新鮮。現在不僅是一個科技先進的時代,同時也是講究潮流的時代,這是一種新潮的產品。相信它的誕生一定會受到追求大膽前衛者的消費需求。

11.神奇的“眼睛打字”軟件

現在我們使用電腦的時候,還需要用手來操控,還要學習輸入法,當然還要用到鼠標,用起來是有一點麻煩,這對於正常人來說還好,可是對於殘疾人來說就有一定的困難,那麼有沒有一種可以不用手也能操控的電腦呢?當然,隻要有夢想就有可能實現,科家家發明出了一種隻需要眼睛就可以打字的軟件,為人們的生活帶來很大的方便。

使用電腦的人肯定都有這樣的想法,總是敲鍵盤、用鼠標又慢又麻煩,而且就算是作聲控也很費勁,於是就在想:如果不用動手,甚至不用說話也能操控電腦該多好?當然這還隻是正常人的想法。如果是對於失去雙臂的殘疾人來說,像這種簡單的用手打字對他們來說根本就不可能。不過,現在情況出現轉機了,英國劍橋大學物理係的科學家們設計開發了一種全新的輸入方式——視覺輸入,這可以說是實現了不用手來打字,同時也為失去手臂的殘疾人進行文本輸入開辟了一條全新的路。

英國劍橋大學的科學家發明的這種智能軟件,可以讓人不用鍵盤不動手,隻靠著眼睛的移動來打字。用眼睛的移動來打字這一發明使殘疾人打字難的問題有望得到解決。這種全新的輸入方式就是視覺輸入,所謂的視覺輸入,簡單一點說就是用眼睛打字。這種輸入係統由一個眼球跟蹤器和一個稱為衝擊者(Dasher)的動態輸入軟件構成。它可以鑒別眼睛在顯示屏上的移動和注視,如果電腦使用者盯住屏幕上的某個鏈接圖標一秒鍾以上,那麼電腦就自動打開該鏈接。眼球跟蹤器具有跟蹤眼球運動的功能,它由紅外發射器和攝像機組成,能從眼球的微小運動中分辨出眼睛的注視方向,並根據這些信息,指揮計算機選擇要輸入的文字。而且使用者隻需要連續不斷地注視希望輸入的字母,那麼輸入軟件就會自動按次序將它們打印在計算機上,操作十分的簡單直觀。

開發該軟件的科學家介紹,視覺輸入實際上就是一個逐步“聚焦”的過程。這一過程和在圖書館按字母順序尋找想要的圖書很類似。假設圖書館中的圖書全部按英文字母表排序,排列在一個隻有一排的大書架上。書架的最左側是以A開頭的書,而最右側為以Z開頭的書。找書時,隻要像查字典一樣,按照單詞的字母順序依次查找,就可以馬上找到需要的圖書。

而視覺輸入軟件的工作模式與此是類似的,略有不同的是,該軟件的“書架”是垂直放置的,而不是像圖書館那樣水平放置。這樣,圖書館書架上以A開頭的書,在輸入軟件的“書架”上,就到了最上端,以Z開頭的書,則到了最下端。在每個字母的後麵,都跟著一個字母表,以便從中選擇需要輸入的下一個字母。如在以A開頭的書中,第一個字母A後麵跟著的是一個豎立排列的A~Z字母表,輸完第一個字母後,第二個字母可根據需要在字母表中查找。第三、第四個字母也是如此,以此類推。根據這一原則,當輸入以ALL開頭的句子時,首先就要找到以字母A開頭的區域,在這裏可以看到以AA,AB,AC,……AZ等開頭的單詞。在此區域內找到AL後,接下來的字母分別為ALA,ALB,……ALZ等等。這樣,隻要依次找下去,就會在某處找到ALL。此時,軟件就會根據眼睛的選擇,將想要輸入的單詞打印到計算機上。每個單詞完成後,可輸入一個空格或標點符號,接著再輸入下一個字。由於以不同字母開頭的單詞數量不同,為便於查找,不同字母在空間分配上也有所不同。出現幾率大的字母空間大,幾率小的空間小。這個輸入軟件的工作界麵是一個長方形,中間由一條直線將其分為左右兩部分。右側為待選擇的字母和字母表,左側為輸入的字母。該輸入軟件是一個動態係統,目光注視屏幕的不同區域時,輸入界麵上的字母會隨目光上下左右移動。目光向右側注視,字母會向左移動,向右注視的程度越大,字母左移的速度越快。輸入文本時,隻要按字母順序不斷注視想輸入的字母,計算機就會按照要求顯示出想要寫單詞和句子。這種輸入係統同時還具有學習的功能,它可以跟蹤記憶不同人的寫作習慣和喜歡使用的詞語,等到熟悉使用者的書寫習慣後,輸入時隻要選擇一兩個字母,它就會自動推測出下麵可能要寫的幾個字母,甚至整個單詞。為了提高輸入效率,該軟件還特別儲存了一些常用的專有名詞,以幫助使用者更快的錄入。

在使用這套軟件的時候,人們隻需要移動自己的視線就可以在屏幕上“打出”不同的詞句,而且速度也不是很慢每分鍾可輸入34字。雖然這種交互式輸入方法比傳統的鍵盤輸入速度慢,便是對於無法使用鍵盤的殘疾者,以及掌上計算機、移動電話等無法攜帶鍵盤的電子設備,所以它的前景還是很可觀的。這項技術在電腦中的應用,不僅使我們能夠更加快捷和準確地操作電腦,它在醫學或駕駛等其他領域也可以廣泛應用。

未來,實施腦控技術為人類,尤其是為殘疾人士帶來福音。可以試想一下,有朝一日,你隻要“動一下腦子”,就能上網衝浪、閱讀電子郵件,難道不是一件讓人快樂的事情嗎?