高科技和大科學時代
高科技是當代常見的名詞，但是不是大家都知道它包括哪些內容？大科學是人們不大熟悉的術語，它具有哪些特點？在高科技和大科學時代，有許多新奇的事物，但這時代的科技文化最根本的特點可用一句話來概括，這就是本書的主題曲——走向真與美的統一。
“橫看成嶺豎成峰，遠近高低皆不同。
不識廬山真麵目，隻緣身在此山中。”
這首誦廬山的古詩，想必不少讀者早己熟悉。該詩直接描述的是廬山，內中所蘊含的深意卻在廬山之外。世上由於身在其中因而不識其真麵目的事實在太多了，不用說別的，本書的讀者衣、食、住、行和工作、學習、娛樂、休息，都離不開現代科技成果；但若問起本世紀科技文化與上世紀相比有什麼特點，即便是知識階層中的成員，能回答出些道道來的，恐怕也不會太多，原因就在於“身在此山中”。
要想認識今日科技文化之山的真麵目，不能盲目地在山中轉來轉去。那怎麼辦呢？要像孫猴子那樣一個跟頭翻上雲端，睜大火眼金睛，向四麵八方遠眺近望，把科技文化之山的全貌一覽無餘。這時定會得出兩個結論：此山真高，真大。用當代術語來說，高指“高科技”，大指“大科學”。
高科技王國——航天技術
“高科技”這個詞，如今已進入日常用語中，報刊、雜誌、公司招牌、廣播電視、日常對話等處經常用到。但高科技究竟包括哪些方麵呢？對此，相當多的人並不很清楚。此外，高科技常常帶個“新”字，“高”、“新”是相對的。時代不斷前進，原本是“高”的，會在更高的科技麵前“相形見絀”，“新”的則漸漸落伍，被更新的科技替代。不過無論如何，在某個曆史階段，高科技領域總有個基本範圍，國內有關專家，曾用下麵所示的圖框概括。
介紹如此龐大的“王國”，需要寫一本厚厚的專著。這裏隻介紹兩個相對於科技文化發展影響較大的領域。本節介紹的是“航天技術”。
“航天技術”的有關成果，近年來報導得相當多。阿波羅飛船首次登月成功的消息，曾震驚全球。當飛船的船長，美國著名宇航員阿姆斯特朗，邁步踏上月球時，曾自豪地說：“這是一個人的一小步，但卻是人類的一大步。”這一名言為人們所熟知，但仔細想想這句話，究竟包含怎樣的深意呢？航天在科技文化的發展中，起了什麼作用呢？對這些更深層的東西，很少有人注意。
前麵的章節中，不隻一次提到探索宇宙的奧秘是科技文化的一個重要方麵，燦爛又神秘的星空，曾是神話的主題，是文人墨客吟詠的對象，也是哲學家思考的中心，科學家研究的焦點。不少科學先驅者為此獻出青春，甚至關入黑牢，失去生命。而今人類對太陽係，以及太陽係外的其它星係，都有了不少了解，但並未感到滿足，因為人類始終有這樣一個願望——飛出地球去。
這種飛出地球的願望，早已進入了文學作品。在中國古代神話中，有“嫦娥奔月”的故事，講嫦娥吞下了仙藥，身體變得很輕，於是飛上了天，進入月亮上的廣寒宮。希臘神話中，則有借助蠟翅飛上太空的能工巧匠代代羅斯和他的兒子伊卡羅斯。這兩個神話都留下了一點遺憾。嫦娥孤單單地留在月宮中，隻有玉兔桂樹為伴，像詩人寫的那樣：“嫦娥應悔偷靈藥，碧海青天夜夜心。”代代羅斯和伊卡羅斯雖然飛出了地球，但伊卡羅斯為太陽的燦爛所吸引，飛得離太陽越來越近，以至蠟翅熔化，墜海而死。
這些悲劇性的傳說，絲毫不影響人類對太空的向往，也未使科學家們放棄航天的願望。航天先驅俄國的齊奧爾科夫斯基（1857～1935）曾留下這樣的名言：“人生活在地球上，地球是人類的搖籃，但人類不會停留在這搖籃裏，他將小心翼翼地飛出大氣層，然後飛向字宙空間。”
飛出地球，並不是件容易事，牛頓在蘋果樹下的發現——地心引力，把人類牢牢束縛在地球上，不過牛頓力學，並不僅僅指出飛出地球有什麼困難，也告訴人們飛出地球的方法。
要進行宇宙航行，必須跨越三個台階。
第一個台階，飛行速度達到7.9公裏/秒，這時飛船可以不返回地球上，但也擺脫不了地球的束縛，而是成為像月球那樣的星星，確切點講，是人造地球衛星。
第二個台階，飛行速度達到11.2公裏/秒。這時飛船可以擺脫地心引力的束縛，去太陽係其它行星旅行。
第三個台階，飛行速度達到14.6公裏/秒。飛船可以擺脫太陽引力的束縛，飛出太陽係，向深空遠航。
三個台階是一個比喻，學名是第一、第二、第三宇宙速度。
爬這三個台階的困難可想而知。不光是速度高，還有動力問題。在天空中飛行一般靠浮力，航天最終要進入空氣稀薄、甚至近乎真空的區域，沒有空氣，又哪裏談得上浮力呢！航天先驅者們於是想到了中國的爆竹，即借助牛頓力學中的反作用力，火箭由此而生。
說到火箭的發展，必須提到一位德國人——馮·布勞恩（1912～1977）。當阿波羅登月成功時，美國航天中心地麵指揮中心負責人情不自禁地高呼：“這是馮·布勞恩的足跡。”
早在幼年時期，馮·布勞恩就對天上的星星入了迷，母親給了他一架望遠鏡，臨睡前，他能對著星空看上幾個鍾頭，並幻想有朝一日，能坐上他自己設計的飛行器，到太空去探險。不久他因為放焰火闖了禍，被關在書房中，書房中恰恰有本火箭專家奧伯特寫的書，書名是《通向星際空間之路》，書中的宇宙航行遠景，把布勞恩吸引住了，從那時起，他便立誌把宇宙航行作為自己的畢生事業。
1930年，布勞恩進入柏林的沙洛滕堡工學校，得以結識奧伯特教授，從此，開始了自己對空間飛行的探索。他在自建的“土”火箭飛行場上搞實驗；他把自行車改裝成離心機，讓小白鼠承受超重作用試驗，以致驚動了女房東，說要是再繼續這種胡鬧行為，就馬上把他趕出去。
命運給布勞恩安排了一條不平坦的道路。他不願讓德國的火箭發展落於人後，試製成了射程遠達250公裏的A4火箭，卻又不願把它發展成戰爭武器。有人把此事密告蓋世太保，馮·布勞恩被納粹逮捕。盡管如此，A4火箭仍然被用來發射V－2導彈，1944年，V－2導彈投入戰爭，受害最大的城市是倫敦，它受到1200多枚導彈的轟擊。
領導德國人民進行反法西斯鬥爭的台爾曼（1886～1944）曾有這樣的名言：“法西斯來了又去了，但德國人民永遠長在。”事實的確如此，A4火箭沒能挽救法西斯的命運，但德國科學家的創造卻開辟了一個航天時代。
開辟一個時代，說起來容易作起來難。牛頓力學為航天指出了方向，告訴人們航天會遇到什麼困難。科學計算表明，要是隻用一節火箭，不論這火箭個頭多大，連第一階台階也上不去，更不用說飛出地球了。因為速度要高，裝的推進劑就得多，而要裝的推進劑多，火箭的份量就大，於是需要更多的推進劑。
這看起來似乎是轉不出去的死胡同，但並沒有把航天設計師難倒，他們想出了邊前進、邊輕裝的方法，即製造多級火箭或加火箭助推器。這類火箭在上升過程中，把燃料燒完的那一節火箭（或助推器）及時甩掉，速度自然就高了上去，最後隻剩下人造衛星或宇宙飛船，飄遊於天宇了。
從前蘇聯1957年發射第一顆人造衛星算起，已過了近40年時光，借助航天技術，人類對太陽係的了解比哥白尼、開普勒時代大大前進了一步。宇航員們曾多次拜訪月球，並去到人類從未看到過的月亮的“背麵”。行星探測器，則對太陽係其他行星，進行了探測。人們知道了金星的“麵紗”是什麼成份？火星為什麼發紅？木星、土星的光環是怎樣的結構等等。
人們最關心的一個問題是地球是否是太陽係中唯一有生命的星球，並把與地球條件相近的火星作為重點搜索對象，特別是當天文學家在望遠鏡中看到火星上有像河道般的條紋後，對火星人的期望值更高了，科幻小說中，甚至有人類與火星人大戰的驚險情節。空間飛行器的搜索，給這一願望澆了一大盆冷水。那些條紋不過是些溝坎，火星則是一片沙漠。總之，不要說人，就連最低等生物的蹤跡都未發現。
當然，人類仍未放棄尋找外星生命的願望。航天專家們甚至用“多媒體”這類手段，製作了一張“太空名片”。名片上有人類的圖象，有地球上的各種聲響：嬰啼、鳥鳴、水流潺潺、火車轟鳴乃至各種風格的世界名曲——從貝多芬到中國古曲。中國古曲選的是《高山流水》，當初餘伯牙以《高山流水》的琴曲找到了“知音”好友鍾子期。人類期望《高山流水》一曲，能為自己在太空中找到能共語的智能生物。
航天設計師的另一項宏偉計劃，是為人類製造能永久居住的太空港。當代新聞中常常報導空間站與航天器的對接。表麵看來，這種對接就像列車車廂搭鉤，實際上對接比搭鉤要難得多。火車隻能在車軌上移動，位置一下子便對準了；太空中的對接則不然，得有很高的技巧。這種對接，決不是玩什麼遊戲，而是為懸浮於太空的空間站提供後勤服務（供給食品、飲水和其他給養以及航天員的換班、航天器的維修等），也為今後建立更大規模的太空城市積累了經驗。
對接固然要很高的定向技術和自控技術，但這還不是空間飛行中最困難的方麵。空間運輸要求飛行器能飛上太空，又能安全返回地麵。而且不是一個來回就大功告成，而是來來往往多次運行。這種飛行器，必須能在低空、高空和外空間均能飛行，航天飛機就是這類飛行器。
中國的航天事業，起步比美國、前蘇聯、西歐晚些，但在第三世界中高居首位；是世界上第五個能發射空間飛行器的國家。我國古代先人曾以四大發明為世界科技文化作出巨大貢獻，相信在不久的將來，我國在航天技術方麵，也會做出新的貢獻。
高科技王國——計算機藝術
談到宇宙飛船的飛行控製和對接，又涉及到一種高技術——信息技術。信息技術的主體是計算機技術。現在不少人把計算機稱作“電腦”，這個稱呼聽起來很形象，但決不可作為“學名”。因為計算機固然是一種具有一定“智能”的機器，但在目前的技術水平上，以“腦”來稱呼它，還差得太遠；雖然稱呼它為“腦”不大合適，計算機專家和從事人工智能研究的學者，正在努力提高它的智力水平，並設法讓它從事一些在地球上隻有人類才能完成的工作——藝術創造。
用計算機求出複雜的數學方程的數值解，或用計算機控製機器，不少讀者已很熟悉。以解方程而言，無非是把要計算機完成的數值運算工作用計算機語言表達出來，換句話說，編成計算機能懂的程序。將這程序輸入計算機，同時輸進有關的條件和數據，計算機便會依程序辦事，高速度地將運算工作完成。
求數學方程的數值解，人類覺得很複雜，因為計算步驟很繁瑣，對計算機而言卻並不吃力。要知道進行數值運算，無論是加、減、乘、除、乘方、開方，甚至微分、積分、邏輯運算，都屬於計算機的特長，即使是求數值解時要反反複複地循環，同樣的計算要作上百遍、上千遍、上萬遍，計算機決不會厭煩，也不會在中間出個差錯，導致最後結果全錯的是感染了病毒的計算機。
藝術創造卻大不一樣，人的藝術感受是綜合性的。以畫竹為例，中國成語中有“胸有成竹”一詞，就是說要畫竹需仔細觀察竹的特點，把眼前竹化作胸中（亦即心中）之竹。胸中竹是整體性的綜合形象，依其作畫，又把這胸中竹化作筆下之竹。計算機的工作方式是分析型的，它依照人編的程序辦事，一步一步地來，盡管如此，人類還是想出一些辦法，在這分析與綜合之間架起一座橋梁。
仍以畫竹來說明，人依然需要“胸有成竹”，首先要設置一些“圖元”——不同類型的竹葉與竹枝；再想好畫麵的布排——哪裏疏、哪裏密、哪裏淡、哪裏濃……若是要著色，還要構想好色調及其變化。這些構想，計算機不可能直接理解並加以執行，而要借助特別設計的軟件，把人的構想化為數字符號輸入計算機，這一步有個專有名詞叫“模-數轉換”。而把計算機作畫（在屏幕或繪畫板上）的過程反了過來，需要把數字符號化為“畫中竹”，這一步的學名叫“數-模轉換”。
計算機音樂的原理與繪畫類似，隻不過這裏的“模”，不是繪畫中的要素，而是音樂藝術的要素。代替圖元的是音高、音色；這裏不是安排畫麵，而是要安排音的長短和次序。繪畫中有光線的明暗，音樂中則有聲音的強弱。
也許有人會說，畫竹有了構思之後便可一揮而就，即使是如鄭板橋那樣精心畫竹，乃至“日間揮手夜間思，……畫到生時是熟時”，繪起竹來，也比這“模-數轉換”，“數-模轉換”顛來倒去便當得多。計算機音樂也是如此，本來一吹一拉一彈一唱便可產生的音響，如今要用一串數學計算才能實現。這分明是舍近而求遠，何苦來呢？一種新事物的誕生與存在，總有它自己的道理。計算機繪畫自然不至於模仿原有的畫種，計算機音樂的主攻方向也不是模仿傳統樂器。前者應繪出人力無法繪出的畫圖，後者則應奏出普通樂器（無論是吹、拉、彈、擊）均產生不出的音響。計算機藝術家運用自己的才智作到了這點。
彩圖中有一幅是計算機創造的奇妙圖案，這圖案色彩斑斕，結構多變化，一層套一層。有些部分非常精細。總之技法高超、風格獨特。這類畫即使是吳道子在世、米開朗基羅複生，也描畫不出。而計算機藝術家，卻借助當代最新科學的分支——分形科學將其創造了出來。
計算機音樂則突破了原有的音響世界，無論是銅管、木管的吹奏、彈拔樂器還是拉弦樂器，或是鋼琴、風琴等鍵盤樂器，以及借助人自身聲帶的各種唱法（洋唱法、民歌唱法、戲曲行腔），其音色都由發聲器的振動規律所控製；計算機音樂的音響，卻由數字訊號合成，它的天地要廣闊得多。
早在70年代，國外的計算機音樂家就創造出了許多奇特的音響。比如樂器的音高由發聲體（管弦、聲帶）振動的基頻決定，計算機卻能創造出基頻不斷降低、人聽到的音高卻不斷升高的音響。又如，古人常用“餘音繞梁”一詞來形容音樂之美，就是說，由於這音樂太動聽了，乃至音樂中止之後，其餘音仍在聽者的耳邊回響。近代計算機音樂家借助數字合成技術和相應的音響設備，的確創造出了“餘音繞梁”的音響效果。聽眾坐在音樂廳中，真的感到“餘音嫋嫋，不絕如縷”，使人沉醉。