居里夫妇的实验——中国青少年科普分级阅读书系(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：薛贤荣,龙吟

出版社：湖北科学技术出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

居里夫妇的实验——中国青少年科普分级阅读书系试读：

身边高科技

信息高速公路，磁悬浮列车，人造器官，体能发电，激光时钟……在科技高速发展的今天，一个个匪夷所思的奇迹就在我们身边发生，并与我们的生活息息相关！

让我们关注身边的高科技吧，我们在享受这些高科技成果的同时，也要随时准备着，在将来奉献自己的聪明才智。

居里夫妇的实验

贝克勒耳的发现是19世纪末最伟大的发现之一，成为人类打开原子大门的钥匙。不过，他的发现不像伦琴的发现那样立刻震动了全世界，也没有引起世界各国的普遍研究。因为当时人们认为，这仅仅是研究X射线性质的一个插曲。但是，原籍波兰的法国科学家玛丽·斯可罗多夫斯卡（即居里夫人）和她的丈夫比埃尔·居里认为这个发现很重要，他们决定研究这新发现的射线。

要研究这种肉眼看不见的射线，就得先有一种迅速而方便的侦察射线的方法。用照相底片感光的方法太慢了，太麻烦了。玛丽仔细研究了贝克勒耳的报告，她注意到了“铀盐发射出来的不可见的射线能使带电的金箔验电器放电”这段记载。

是不是能够用验电器的放电来发现不可见的射线，并且根据验电器放电的快慢来测量放射性的强弱呢？

比埃尔·居里是物理学家，他很快地设计制造了一种既简单又灵敏的验电器。利用和验电器相连的灵敏检流计，可以很快地发现射线并测量射线的强度。他用铀化合物做了试验，这种验电器非常好用。

玛丽想：除了铀以外，会不会还有别的物质也能发出不可见的射线呢？她搜集了各种各样的化合物反复进行试验，终于找到了另一种元素——钍。钍和铀一样，也会不停地发出不可见的射线。她把这种现象叫做“放射性”。铀和钍都是放射性元素。

接着，她又仔细地研究铀的放射性。她发现，含铀多的物质放射性就强，含铀少的物质放射性就弱。她试了各种铀的化合物，包括金属铀，都证明了这一点。这就是说，可以根据放射性的强弱来测定出物质中铀的含量有多少。

但是，玛丽在应用这种方法来测定铀矿石中的铀含量的时候，出现了怪事，沥青铀矿和钢铀云母矿石的放射性比纯金属铀还要强得多。实验反复进行了20多次，一直是这样。难道是验电器出了毛病？可是用铀的化合物试验，又没有问题。这是怎么回事呢？

为了弄清楚这个问题，玛丽在实验室里用化学方法合成了铜铀云母，主要成分和天然的钢铀云母一样。但是，人工合成的钢铀云母的放射性只有天然的钢铀云母的18%。差别在哪里呢？唯一的差别就是天然的不够纯，有杂质。这多出来的放射性，想必是由杂质产生的。也就是说，在这些铀的矿物中存在着放射性更强的未知元素。

这是伟大发现的前夜，比埃尔·居里决心放下他自己从事的物理学研究，和玛丽一起去找寻这未知的新元素。

新元素会有什么样的化学性质呢？不知道。但是他们相信，这新元素一定有非常强的放射性。

他们决定从沥青铀矿中去寻找。矿石先溶解在酸里，然后通入硫化氢气体，于是生成了许多沉淀。在沉淀中应该有铅、铜、砷、铋，而铀、钍、钡等应该还在溶液里。那么新元素到底在溶液里，还是在沉淀里呢？

把沉淀和溶液分开，用验电器分别测量，结果是沉淀的放射性更强一些。他们把这部分沉淀又用酸溶解了，加入了新的化学试剂，把铅、铜和砷都分离出去，剩下了铋。这剩下的铋就有非常强的放射性。他们已经知道，铋是没有放射性的。这证明沥青铀矿石中含有一种化学性质和铋非常相似的新元素。新元素的放射性非常强，比铀要强许多倍。

1898年7月18日，在法国科学院宣读了居里夫妇提交的科学报告，题目是《沥青铀矿内所含的新放射性物质》。为了纪念玛丽的祖国波兰，他们提议把这种和铋的性质相似的新放射性元素叫做钋（Polonium，波兰的意思）。

居里夫妇不像一些粗心的人那样，把那些溶液丢掉。他们仔细地测量了溶液的放射性强度，结果发现，溶液的放射性强度比里面含有的铀和钍应有的强度还要大，看来还可能有另一种新元素在溶液里。他们继续努力工作。

5个月后，1898年12月26日，他们又到科学院宣布发现了一个新的放射性元素，化学性质和钡相似。这就是镭（Radium，放射线的意思）。镭的放射性极强，初次得到的和大量钡混在一起的镭，放射性已经比铀大900倍（纯镭的放射性要比铀大几百万倍）！

但是，要大家公认发现一种新元素，单靠强大的放射性是不行的，必需分离出纯的镭或是镭的化合物。

居里夫妇由奥地利搞来了8吨沥青铀矿渣。他们在理化学校的一间棚子里艰苦工作了45个月，最后，在1902年终于得到了0.1克纯氯化镭的白色晶体。

镭，这种新元素，谁也不怀疑它的存在了。这真是一种奇妙的元素，它不停地放出极强的射线。不仅如此，人们还发现镭的射线能治病，能治疗癌症。

消息传遍欧洲，传遍全世界。研究镭射线，不仅在自然科学家那里，也在医学界展开了。开始没有太多人注意的对放射性的研究，一下子在全世界形成了热潮。许多国家纷纷成立了镭学研究所来研究镭和其他放射性物质。有些国家还建立了工厂去提炼这极为宝贵的镭，以满足医疗和科学研究的需要。

贝克勒耳和居里夫妇一起，因为放射性的发现和研究，1903年得到科学界的最高荣誉——诺贝尔奖。

红外线与紫外线

1800年，英国物理学家用灵敏的温度计研究光谱里各种色光的热作用时，把温度计移到光谱的红光区域外侧，发现温度上升得更高，说明那里有看不见的射线照射到温度计上了，这种射线后来被称为红外线。

红外线最显著的作用是热作用，所以可利用红外线来加工食品或烘干谷物。如用来烘干油漆，由于它可以透过漆层表面深入到内部，可使烘干的漆不起皱纹。

由于一切物体都在不停地发射红外线，并且辐射的红外线的波长和强度不同，利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，然后用电子仪器对接收到的信号进行处理，可还原成被测物体的原来面貌和特征，这种技术叫红外线遥感。

利用这种技术可以在飞机或卫星上勘测地热、寻找水源、监测森林火情、估计农作物的长势和收成、预报台风寒潮等。如欧洲红外线天文观测卫星（ISO）发现，在距离地球3000光年的星际空间存在水蒸气和碳元素。英国伦敦大学的一个国际科研小组分析该卫星发回的数据后认为，这两种物质是地球生物体内不可缺少的，因此这一星际空间也可能会诞生生命。

由于红外线波长比可见光长，所以衍射现象比较显著，容易穿过云雾烟尘，可用对红外线敏感的红外胶片进行远距离摄影和高空摄影，而不受白天、黑夜的限制。利用红外线原理制成的夜视器可以在黑夜中观察景物，如军事上使用的红外线瞄准器。博物馆或银行金库等重要部门进出口要道布置了红外线发射和接收设备，这就是红外线防盗报警装置。

红外线的热对人体有理疗作用，特别是波长为6～14微米的远红外线更易被人吸收，可穿透皮下3～5厘米，促进血液微循环、消炎镇痛、抑制细菌真菌生长。

人们利用现代科技又制成远红外陶瓷材料，在常温下能发射红外线，把这种材料织在纤维中或用印刷法涂在衣服上，穿在身上犹如把日光带在身上，可治疗腰腿痛、关节炎等，做成帽子可防止秃发，做成鞋垫能防止脚部皲裂，使用时不怕水洗，不像中草药要更换，被称为“回归自然的绿色保健品”。

1801年德国物理学家里特把照相底片放在紫外区域时，底片感光了，由此发现了紫外线。一切高温物体，如太阳、弧光灯所发的光中都包含有紫外线，它的波长比紫光还短。

用紫外线照相能够清晰地分辨出纸上的指纹。紫外线能使许多物质发出荧光，日光灯就是紫外线激发管壁上的荧光粉而发光的。黑光灯能发出一定波长的紫外线光，农业上利用昆虫的趋光性，用黑光灯来捕杀螟、蛾、蚊等害虫。

由于紫外线有杀菌消毒作用，医院里常用紫外线给病房和手术室消毒。紫外线还能促进生理作用和治疗皮肤病、软骨病等，经常在矿井下劳动的人，要定期适当地照射紫外线以保障身体健康。

一滴水能够映现出整个太阳

谁都承认，大自然是极其复杂的。但是谁能想到，她竟是按照最简单的方法构成的。构造一个事物，最简单的方法莫过于按照一种模式来复制了，大自然所用的就是这种方法。这种方法看起来单调而简单，大自然却用它创造出了种种奇迹，创造出了一个多姿多彩、充满了生机的世界。这正是大自然的聪慧之处。

用这种方法构造出的世界，呈现出许许多多神奇的现象。

一滴水在宇宙中不过是一个微小的点，可是它却能反映出整个太阳。这就意味着整个太阳已经被“压缩”进一个水滴之中：我们的眼睛不过几厘米大小，却能看到整个星空，只有整个星空的信息被浓缩进空间的每一个点上，这才有可能。于是，当我们面对清晨绿叶上的串串露珠时，仿佛看到无数的太阳在微风中舞蹈；当我们凝视少女那秋潭般碧澈的眼睛时，似乎看到了一个奥妙无穷的宇宙。

科学家们用这个原理制造出了全息照片。通常的照片撕碎后不能复原，而且其成像是平面的。全息照片则不同，它的成像是立体的，与真实的事物一般无二。假如照片上是一只狗的头像，那么，那只狗的头看上去就伸到了照片之外。这种照片所摄取的图像与现实事物相同，假如从照片的正面看上去有些景物被前面的东西挡住了，那么，只要你侧一下身子，换个角度，就能看到后边的事物。这种照片的另一个特点，就是它的每一部分都含有这个图像的全部信息。把它的底片撕碎，每一碎片都能重现出原来的完整图像。当科学家们正在研制的全息电影和全息电视问世之时，我们在影院里就能真正体会到身临其境的感觉。

我们本来就生活在这样一个全息的世界中，人们的日常生活中随处可以发现全息的影子。我们之所以能够看电视、听广播，就是由于电磁波的每一点上都携带着电视台和广播电台所发出的全部信息，由此我们才能够在不同的地方看到完整的图像、听到完整的声音。

实际上，在空间的每一个点上，都有来自世界以至全宇宙的信息，只是由于这些信息隐藏得比较深或者很微弱，我们无法感受到。但只要有相应的信息显示器（比如天文望远镜、电视机等）就可以使这些信息展示出来。所以，我们要认识这个世界本来是无需出门的，只要把我们身边空间中的信息翻译或显示出来，整个世界甚至整个宇宙就会展现在我们面前。这大概就是老子所说的“不出门而知天下，不窥牖而知天道”的境界吧。

不仅空间上是这样，而且时间上也是如此。每一个存在物在其自身中都浓缩着它自己的历史、它的类的历史以至整个宇宙的历史。每一个历史发展阶段都作为一个层次沉淀在进化链条上在后来的、较高级的事物中。人是目前所知的最高的进化层次，在他之中包含了宇宙有史以来的所有进化阶段。宇宙最初产生的中子、质子、原子等粒子是构成我们身体的最基本的材料；构成生命的基本单位是生命出现初期所形成的细胞；人的胚胎发育过程是生物整个进化史的缩影；我们的教育过程是人类教育史的重演，每一部教科书都是本学科发展史的浓缩。

人类的大脑也包含着它的进化史，由爬行动物脑、缘脑（哺乳动物脑）和新皮层（尼人—智人进化阶段的产物）三个层次构成，它们对应着脑进化的三个阶段，分别负责本能、情感和智力。

可见，事物发展过程上的每一段落都是其进化史的缩影。从时间上说，宇宙的每一刹那都包含着过去的一切，蕴藏着未来的一切，因为现在的一刹那是过去的全部时间孕育的一个结果，否则这一刹那是无法存在的；而未来之所以能够存在，完全有赖于此刻这一刹那的存在，如果这一刹那消失了，时间的链条就会完全断裂，未来就无法产生。因此，佛经上说一刹那就包含着千世万世、刹那即是千年，并非是宗教的呓语。

我们人类从很遥远的古代起就有了进行星际飞行的梦想，嫦娥奔月就是其中的一个。尽管目前已经实现了这个梦想，但是看来要飞出银河系是几乎没有可能的，因为宇宙太广阔了，广阔得令我们难以想象，广阔得令我们不寒而栗：即使以光的速度飞行，要飞出银河系距我们最近的地方，也要上万年的时间；而要飞到目前我们所观测到的最远的地方，则需要200亿年！况且，就人类目前的科学技术来看，要达到以光速飞行是绝对不可能的。

那浩瀚无垠的宇宙之海，对于我们来说，永远是可望而不可及的呀。

面对人类，我不仅要发问：那扯起了帆，准备远航的漂泊者，你要到哪里去呢？是要去宇宙深处邀游吗？我们心中也有一个同样辽阔的宇宙啊！

既然我们注定永远不能实现在星系之间飞行的梦想，那么，就让我们用赤诚的心灵来谛听萦绕于我们身边的宇宙之声吧，谛听来自遥远宇宙的呼唤，倾听来自远古的喘息，倾听大自然无声的喃喃细语。

玻璃微珠显神奇

近年来，国外盛行一种室外露天电影。人们在晴朗的日子里，采用由细小玻璃微珠制成的“白昼电影银幕”就可以观看各种影片，自放映以来很受欢迎。

银幕上的这种玻璃微粒，从表面上看起来就像一种白色粉末，但在光学显微镜下观察则是粒度十分均匀的球形颗粒，直径只有头发丝一般大小，用眼睛很难分辨。这些玻璃微珠对光线有很强的反射作用，光线无论从哪个方向射过来都可以从原来的方向反射回去，而且亮度很大，从而使人们能够很清晰地看到银幕上的画面。

这种玻璃微珠是在比较复杂的技术条件下获得的。它以具有较高折射率的氧化物为原料，配以在玻璃中有很高折射率的重金属氧化物，将它们放进电炉或煤气炉进行高温熔融，直到原料变得均匀清晰时，取出进行急骤冷却、粉碎、筛选，制成粒度合适，但形状不规则的颗粒。然后，再采用等离子喷涂技术或火焰喷涂技术，将它们制成白色、透明、均匀的球形玻璃微珠。

经过一系列复杂的工艺流程生产出的玻璃微珠，具有耐水、耐酸、析晶率低等优良性能。特别是它的折射率很高，可以达到2.20左右。当光线射入球状玻璃微珠时，玻璃微珠就像一面微型凸透镜。当它的折射率为2时，就可以将光线聚焦于微珠的后球面。这时，通过涂在后球面的反射层或球面自身的反射作用，便将光线从整体上沿原路折返回去。

此外，当反射层与微珠球面构成同心圆时，即使成斜角射入的光线，也能有效地反射回去。所以，在制作玻璃微珠时都要尽一切可能来提高它的折射率，以便于缩短聚焦点与微球面的距离，扩大入射角范围，取得更好的效果。

在现代社会不断进步和发展中，玻璃微珠有着越来越重要的作用。

除了可以作为新奇的露天电影之外，还可以制成各种定向反光膜，用于各类交通标志，如道路标志、汽车牌号、桥梁隧道入口标志、救生用具反光标记、航标和机场信号牌等。当夜晚无人之际，汽车飞快地行驶在高速公路上，随着车灯的闪烁，道路两旁的定向反光膜便将射向它的光线全部反射回去。你亮我也亮，使人们看起来就像是有信号灯在指挥交通，还可以使驾驶人员在视野不佳的情况下看清周围的情况，确保交通安全。

此外，玻璃微珠还能够用来制成彩色印花反光织物，这种织物可以制作矿山、消防、环卫等部门作业人员的工作服，以及其他反光衣物，为减少事故、改善管理、提高效率起到极为重要的作用。

奇妙的克隆

一个细菌经过20分钟左右就可一分为二；一根葡萄枝切成10段就可能变成10株葡萄；仙人掌切成几块，每块落地就生根；一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐茎，一年内就能长出数百株草莓苗……凡此种种，都是生物靠自身的一分为二或自身的一小部分的扩大来繁衍后代，这就是无性繁殖。

无性繁殖的英文名称叫“Clone”，译音为“克隆”。实际上，英文的“Clone”起源于希腊文“Klone”原意是用“嫩枝”或“插条”繁殖。时至今日，“克隆”的含义已不仅仅是“无性繁殖”，凡来自一个祖先，经过无性繁殖出的一群个体，也叫“克隆”。这种来自一个祖先的无性繁殖的后代群体也叫“无性繁殖系”，简称无性系。

自然界的许多动物，在正常情况下都是依靠父方产生的雄性细胞（精子）与母方产生的雌性细胞（卵子）融合（受精）成受精卵（合子），再由受精卵经过一系列细胞分裂长成胚胎，最终形成新的个体。这种依靠父母双方提供性细胞、并经两性细胞融合产生后代的繁殖方法就叫“有性繁殖”。

但是，如果我们用外科手术将一个胚胎分割成两块、四块、八块……最后通过特殊的方法使一个胚胎长成两个、四个、八个……生物体，这些生物体就是克隆个体。而这两个、四个、八个……个体就叫做无性繁殖系（也叫克隆）。

可以这样说，关于克隆的设想，我国明代的大作家吴承恩已有精彩的描述——孙悟空经常在紧要关头拔一把猴毛变出一大群猴子，猴毛变猴就是克隆猴。克隆鲫鱼出世前后

1979年春，中国科学院武汉水生生物研究所的科学家用鲫鱼囊胚期的细胞进行人工培养，经过385天59代连续传代培养后，用直径10微米左右的玻璃管在显微镜下从培养细胞中吸出细胞核。与此同时，除去鲫鱼卵细胞的核，让卵细胞留出空间做好接纳囊胚细胞核的准备。一切准备就绪后，把玻璃管吸出的核移放到空出位置的鲫鱼卵细胞内。得到了囊胚细胞核的卵细胞在人工培养下大部分夭亡了。在189个这种换核卵细胞中，只有两个孵化出了鱼苗。而最终只有一条幼鱼渡过难关，经过80多天培养后长成8厘米长的鲫鱼。这种鲫鱼并没有经过雌、雄细胞的结合，仅仅是给卵细胞换了个囊胚细胞的核，实际上是由换核卵产生的，因此也是克隆鱼。

在克隆鲫鱼出现之前，英国牛津大学的科学家已经在1960年和1962年，先后用非洲一种有爪的蟾蜍（非洲爪蟾）进行过克隆试验。试验方式是先用紫外线照射爪蟾卵细胞，破坏其中的核，然后依靠高超的外科手术从爪蟾蝌蚪的肠上皮细胞、肝细胞、肾细胞中取出核，并把这些细胞的核精确地放进已被紫外线破坏了细胞核的卵细胞内。经过精心照料，这些换核卵中终于有一部分长出了活蹦乱跳的爪赡。这种爪赡也不是经过精细胞和卵细胞相结合产生的，所以也是克隆爪蟾。

我国著名学者童第周先生在1978年成功地进行了黑斑蛙的克隆试验。他将黑斑蛙的红细胞的核移入事先除去了核的黑斑蛙卵中，这种换核卵最后长成能在水中自由游泳的蝌蚪。

鱼类换核技术的成熟和两栖类换核的成功，使一批从事良种培育工作的科学家激动不已。既然鲫鱼的囊胚细胞核取代鲫鱼卵细胞核后能得到克隆鱼，那么异种鱼换核能否得到新的杂种鱼呢？

我国科学家首先提出了这个问题，也首先解决了这个问题。就是培养克隆鲫鱼成功的那个研究所，设法把鲤鱼胚胎细胞的核取代了鲫鱼卵细胞的核。鲤鱼细胞核和鲫鱼卵细胞质居然能相安无事，并开始了类似受精卵分裂发育的过程，最后长出有“胡须”的“鲤鲫鱼”。这种鱼有“胡须”，生长快，完全像鲤鱼，但它的侧线鳞片数和脊椎骨的数目与鲫鱼相同，而且鱼味鲜美不亚于鲫鱼。这种人工克隆新鱼种的出现为鱼类育种开辟了新途径。

对科学的追求是永无止境的。鱼类、两栖类克隆的成功自然而然地使科学家把目光投向了哺乳类。美国和瑞士的科学家率先从灰色小鼠的胚胎细胞中取出细胞核，用这个核取代黑色小鼠受精卵细胞核。实际上，这个黑色小鼠的受精卵在精子细胞核刚进入卵细胞后，就把精子细胞核连同卵细胞的核一起除去。灰鼠胚胎细胞的核移入黑色小鼠的去核受精卵后，在试管里人工培养了四天，然后再把它植入白色小鼠的子宫内。经几百次灰、黑、白这样的操作以后，白色小鼠终于生下了两只小灰鼠。克隆绵羊“多利”

1996年2月27日出版的英国《自然》杂志公布了爱丁堡罗斯林研究所威尔莫特等人的研究成果：经过247次失败之后，他们在去年7月得到了一只名为“多利”的克隆雌性小绵羊。“多利”绵羊是如何“创造”出来的呢？威尔莫特等学者先给“苏格兰黑面羊”注射促性腺素，促使它排卵。得到卵之后，立即用极细的吸管从卵细胞中取出核。与此同时，从怀孕3个月的“芬多席特”六龄母羊的乳腺细胞中取出核，立即送入取走核的“苏格兰黑面羊”的卵细胞中。手术完成之后，用相同频率的电脉冲刺激换核卵，让“苏格兰黑面羊”的卵细胞质与“芬多席特”母羊乳腺细胞的核相互协调，使这个“组装”细胞在试管里经历受精卵那样的分裂、发育而形成胚胎的过程。然后，将胚胎巧妙地植入另一只母羊的子宫里。到去年7月，这只“护理”体外形成胚胎的母羊终于产下了小绵羊“多利”。“多利”不是由母羊的卵细胞和公羊的精细胞受精的产物，而是“换核卵”一步一步发展的结果，因此它是“克隆羊”。“克隆羊”的诞生，在世界各国引起了震惊。它的难能可贵之处在于换进去的是体细胞的核，而不是胚胎细胞核。这个结果证明：动物体中执行特殊功能、具有特定形态的所谓高度分化的细胞与受精卵一样，具有发育成完整个体的潜在能力。也就是说，动物细胞与植物细胞一样，也具有全能性。克隆技术造福人类

克隆技术会给人类带来极大的好处。例如，英国PPL公司已培育出羊奶中含有治疗肺气肿的α-I抗胰蛋白酶的母羊。这种羊奶的售价是6000美元一升。一只母羊就好比一座制药厂。

用什么办法能最有效、最方便地使这种羊扩大繁殖呢？最好的办法就是“克隆”。同样，荷兰PHP公司培育出能分泌人乳铁蛋白的牛，以色列LAS公司育成了能生产血清白蛋白的羊。这些高附加值的牲畜如何有效地繁殖？答案当然还是“克隆”。

母马配公驴可以得到杂交优势特别强的动物——骡，然而骡不能繁殖后代，那么，优良的骡如何扩大繁殖？最好的办法也是“克隆”。我国的大熊猫是国宝，但自然交配成功率低，因此已濒临绝种。如何挽救这类珍稀动物？“克隆”为人类提供了切实可行的途径。

除此之外，克隆动物对于研究癌生物学、研究免疫学、研究人的寿命等都有不可低估的作用。

不可否认，“克隆绵羊”的问世也引起了许多人对“克隆人”的兴趣。例如，有人在考虑，是否可用自己的细胞克隆成一个胚胎，在其成形前就冰冻起来。在将来的某一天，自身的某个器官出了问题时，就可从胚胎中取出这个器官进行培养，然后替换自己病变的器官。这也就是用克隆法为人类自身提供“配件”。

有关“克隆人”的讨论提醒人们，科技进步是一首悲喜交集的进行曲。科技越发展，对社会的渗透越广泛深入，就越有可能引起许多有关的伦理、道德和法律等问题。我想用诺贝尔奖获得者、著名分子生物学家J.D．沃森的话来结束本文：“可以期待，许多生物学家，特别是那些从事无性繁殖研究的科学家，将会严肃地考虑它的含意，并展开科学讨论，用以教育世界人民。”

高科技美术的诞生

计算机音乐是高科技的产物，高科技与美术结缘其实比与音乐结缘更早。

众所周知，第一台真正意义上的现代电子计算机ENIAC诞生于1945年，这个电子计算机的始祖与现代计算机相比，好像一个巨人。它重30吨，占地170平方米，足足有10间房子那么大。可运算速度却只有每秒5000次。尽管这已打破了“世界纪录”，可毕竟还不能满足人们的要求。

晶体管计算机的出现是1956年，20世纪60年代初晶体管又被集成电路代替，这些新产品后来居上，体积、成本越来越小，而功能却越来越多。

本来，制造计算机是为了解决科学研究中的繁琐运算而用的。运算结果常常是一大串数字，使人觉得太不形象了，所以科学家又设计了一些程序，让计算机把研究结果绘成曲线。这一来，有趣的事情出现了：科学家们发现这些原本属于科学数据的图线、图像，有时却具有美的艺术效果。为什么不把它利用起来呢？当年古希腊哲学家毕达哥拉斯不就曾认为数字、比例能体现美吗？事实上第一批计算机艺术作品大多为各式各样的直线和曲线的组合。例如，不同倾斜度的直线、圆、椭圆、抛物线、双曲线、心脏线，等等。

你很可能曾在学习几何时遇到不少困难，让那些公理、定理、各种证明搅得晕头转向。科学家们却不是这样，他们不但从几何学的定理证明和逻辑体系中学到了科学思想和科学方法，还从几何图形中发现了美。他们开始只是用几何曲线来表达自己的研究结果，渐渐便有人试着用它们组合成艺术图像。

科学家的努力很快便为某些追寻新画法的艺术家所发现，他们认识到这正是他们所求索的工具。

文艺复兴中诞生的“西洋画”先后出现了各种流派：佛罗伦萨画派、威尼斯画派、学院派、浪漫主义画派、印象画派（包括后期印象派、新印象派等），可谓百花齐放，美不胜收。但从另一方面看，艺术家们已把西洋画的艺术潜力发掘得相当充分，要想进一步创新，需要有新的绘画工具、新的技法。

当代一些美术流派、立体派、超现实主义画派、动作派及野兽派等应运而生。在这些流派中也出现了一些名家，世界闻名的毕加索就是其中的佼佼者。但毕竟艺术的目的是创造“美”，那些怪异又缺乏美感的美术作品，尽管可以风靡一时，但终究是过眼烟云，成为来去匆匆的过客。而计算机美术却在“美”的呼唤下来到了人间。

计算机为什么能创造美呢？它又是通过什么方法来创造美呢？计算机之所以能进行美术创作，有它的科学基础，即美术作品所借助的手段：形与色、光与暗都能用计算机看得懂的“数字”符号来表示。

为了易于理解，先介绍一种我国古老的“提花机”。提花机是一种织花色鲜艳的绫罗绸缎的机器，明代宋应星写的《天工开物》一书中具体介绍了它的操作过程。

用提花机织花样，需先由画师画出彩色的图样——花本，再由一名能工巧匠根据这花本做出织花方案，先将经线排好，然后设计每次穿梭时应提起哪几条经线，以及穿什么色彩的纬线。操作方案定了之后，将它交给织者。织者人数从一人到四人，较素的绫罗，一个人操作，用脚踏板来提经线；复杂的花色，则一人忙不过来，最多时要用四人，坐在织机上方的“花楼”之上，像耍提线木偶的艺人那样，用提线方法来拉起相应的经线。

这里画师只管花本，织布者只管照花本来提线穿线，而这中间最关键的一步由能工巧匠来完成。

现在对照着提花机织花锦的步骤来看计算机怎么作画。计算机作画要有画家来构思，在某种意义上也是给出“花本”；对画家的构思计算机并不理解，必须把这“花本”变成操作方案，专业术语叫模—数转化。计算机依照这方案在彩色屏幕上挥毫用笔，实现“花本”上的艺术构思，这一步叫数—模转化。这两步中都有个“数”字，从某种意义上说，这“数”就好比那操作方案，而编程序者就好比那位能工巧匠。

利用人体热能束发电

日前，人类主要是通过利用各种自然资源来获取能源，与之相对应的是，人类利用人体自身热能来发电，这属于生物质能的范畴。笔者对这种新的获取能源方式充满希望。

我国是一个人口大国，拥有全世界五分之一的人口，如果能有效地利用人体自身热能发电，对我们这个发展中国家来说，有十分现实的经济利益和深远的社会效益。

早在1821年，德国物理学家塞贝克在昏暗实验室里，借着微弱烛光做了一个著名的试验。他将两种不同的金属导线接到一起，用火去烧它们的接点时，发现另外两个线端出现了微弱的直流电位差，他把这个电位差称为温差电势，并测试出：温差电势的大小，同被加热的接点（热端）和没有加热的冷端的温度差成正比，而且与两种导体本身的材料有关。这就是科学史上著名的“塞贝克效应”实验。后来，这个实验的结果在工业上得到了广泛的应用，工业高温测量仪器都把热电偶作为主要的探测头。

利用“塞贝克效应”原理来开发发电电池有着广阔的前景。人体的正常体温一般在37℃左右，与自然界的平均温度存在着一定的温差，人们用增减衣物，保持体温的恒定。经多次实际测量，人体与外界存在一定温差，冬季在10～18℃，春秋两季在10～15℃，夏季在12～15℃，由此可见，由于人体的自我调节、自适应性，人体与自然气温差值，基本上是一个常数，在温差之间，我们利用“塞贝克效应”原理可以设计出实用的发电电池。

著名的“塞贝克效应”实验过去将近200年了，在半导体技术高度发达的今天，温差电池所使用的材料性能，集成电路制造技术，和当年金属热电偶材料性能，制造技术相比，不可能同日而语了。目前，制造这种半导体温差电池，在技术上是完全可行的。人体热能的有效利用，国内实用的产品尚在研制过程中。国外相关技术也有发展，如在日本已经研制成功并投入使用的新型发电半导体材料。

随着科学技术的飞速发展，信息产业革命的兴起，电池已成为社会大宗消耗产品，现在，全国每年要消耗几百亿只电池，造成十分严重的环境污染。如果把这种发电电池投放市场，取代化学电池，将可缓解电力供应的压力和减少环境污染。温差电池，是一种物理电池，工作时无声，无运动部件，无化学污染，作为一种工业产品，可以一次投资，永久受益，是一种利于环保的绿色电池，将来会部分取代化学电池，成为小功率电池的主流，应用前景不可限量。

半导体温差发电电池，可以使手机摆脱充电器的束缚，成为真正意义上的手机，成为人类身体新机能的一个组成部分。

半导体温差发电电池可以作为小型电子产品电源。把温差电池放在红外遥控器中，只要手握遥控器就可以提供电源完成遥控任务，不需要时，放到一边即可切断电源，提高遥控器使用寿命。

在军事领域，半导体温差发电电池可以为野战的士兵提供稳定电源，提高单兵的野外生存能力，可以监测士兵的健康状况。还可以使卫星定位仪、通讯机、单兵瞄准具结合起来，组成一个依靠自身能源供给的、独立的、现代化武器装备系统。

在医疗卫生领域，半导体温差发电电池可以和掌上电脑、互联网共同组成远程监护医疗系统，随时检测病员的体温脉搏，传递医疗信息，为其制订手术方案提供可靠的依据。

在极地探险、野外勘测中为工作人员提供不间断电源供应。

在航天事业中，在宇宙飞船上，半导体温差发电电池可以将其装置设在原子能电池、燃料电池、发热装置外壳上，回收电能，为茫茫宇航之路提供宝贵的电源。

21世纪是人类寻找新能源、开发利用新能源的世纪，发展的脚步永远不会停歇，温差电池这一小小的发明将会带来一场新的能源革命，补充传统电力供应不足，它将使人类的生命之树常青，焕发新的生命活力，在带给人类方便生活的同时，还大自然一个温馨、和谐、清新、美丽的生活空间。

匪夷所思的柯蒂键盘

世界上有很多东西，熟视了渐渐无睹，见多了常常不怪，习惯了往往为常。不知你留意过没有，我们眼下使用的电脑，键盘上的26个英文字母，都是以Q打头至M结束。从学习英文字母那天起，我们都是遵循从A到Z的顺序读取的。那么，电脑输入键盘为什么不按常规排位呢？

现今通用的电脑输入键盘，排列成倒梯形的字母方阵，首行的前六个字母是Q、W、E、R、T、Y，一般称作柯蒂组合式键盘。追溯起来，它的产生和定位并不是出于先进的创意，而是由于当年材料工艺和机械工艺水平落后，制造商们退而求其次的无奈之举。

第一台打字机问世之初，其键盘原本是按英文字母的顺序排位的，而且键距尽可能地缩小。但在实际使用过程中发现，一旦击键速度太快，连接按键的金属杆就会相互干扰，发生卡键现象，打出的字迹也混乱模糊。打字员不得不停顿下来，用手将绞结粘连在一起的字键分开，才能继续操作，从而严重影响了打字速度。为此，公司时常收到客户的投诉。

受当时材料工艺和机械工艺的限制，设计师和工程师们很难解决卡键问题。走投无路之际，有一位工程师提出，既然我们无法提高字键的弹回速度，不如想办法降低打字员击键速度。降低击键速度的方法很多，最简单的就是打乱26个字母的排列顺序，把使用频率较高的字母摆在较笨拙的手指下，把不常用的字母排在灵活度较高的手指下。这样一来，打字的速度明显降低，卡键问题便迎刃而解，于是便有了现在这样一种匪夷所思的排键方式。排版系统。在现代科技日新月异的今天，设计笨拙的柯蒂键盘仍然大行其道，如同方向盘一样，几乎成了一种文化标志。由此可见，习惯的力量是多么顽固，有时，就连高科技也是它没办法。

最高级的银行卡密码——手指

指纹是人体的一项生物特征，是指手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹路。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但是，它蕴涵大量的信息，每个人指纹的纹路在图案、断点和交叉点上是各不相同的。随着计算机技术的发展，大容量存储器和处理芯片的存在，使得指纹识别技术的可靠性得到较大提高，成本得到很大降低，这项技术的安全系数也较普通系统有了很大的提高。指纹IC卡，让你生活更便捷

目前，我国在金融、电子商务中使用的基本上是智能IC卡，这类卡在使用时是通过“用户ID+用户密码”来进行身份识别和数据的访问，基于该方式加密的金融卡有两大隐患，一是电脑只认密码不认人；二是密码位数短，容易破解，若位数长，用户很难记，常遗忘密码，所以对用户造成使用时不便。全球的金融IC卡使用区域是受限制的，这主要是因为各国的IC卡标准不统一。指纹IC卡结合是指纹识别技术中最有前景的方向。该技术把卡主人的指纹（加密后）存储在IC卡上，并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统。当读卡机阅读卡上的信息时，一并读入持卡者的指纹，通过比对卡上的指纹与持卡者的指纹，就可以确认持卡者的身份，从而进行下一步的交易。目前ATM提款机加装指纹识别功能，在美国已经开始使用。这时，用户不需要任何密码，更不会担心丢失或遗忘。将指纹识别技术应用于金融卡，也是一种加密上的改进，但比起虹膜识别技术的误辨识率要高，拒真率也高，虹膜技术在金融卡身份识别中将更有前途。让恐怖分子无处藏匿

指纹不仅能泄露身份，还能告诉别人你在过去一段时间接触过什么。用最新发现的指纹识别技术，能鉴定罪犯的犯罪事实，指纹应用于破案已经不是什么新鲜事了，犯罪分子们也深知指纹的威力，道行稍微高点儿的，都知道作案之后抹掉指纹痕迹。不过，最近美国科学家开发出了一种新的指纹识别技术。这种技术不仅可以通过指纹识别出犯罪嫌疑人，还能识别出犯罪嫌疑人的手指作案时曾经接触过什么，比如药品或爆炸物。虽然犯罪分子可以通过各种手段销毁作案时留下的指纹，但是他们不可能在日常生活中不留下一点儿自己的指纹。至少，在签名的时候，就会不可避免地留下指纹。就是通过这点儿“蛛丝”，利用美国最新的指纹识别技术，犯罪分子的“马迹”就显露无遗。法医最常见的能力便是进行指纹确认。联邦调查局建造了一个综合性自动化的指纹确认系统，这个系统由世界上最庞大的生物数据资料库组成。它在犯罪分子档案里收纳了4700多万犯罪分子的指纹和相应的犯罪历史。这些信息都是由各州、各地区以及联邦法律机构资源提交的。数字化指纹传输能力让各州、各地方以及在海外执行任务的军队各经授权部门将指纹传回犯罪实验室，并可以在2个小时内接收在库的犯罪分子的十指指纹及犯罪历史。不用担心电脑被他人登录

人的指纹纹理具有断点、分叉点和转折点，这些点同时具有7种以上的唯一性特征，通常手指上平均具有70个节点，会产生大约490个数据，所以每个人的手指指纹都不相同，确保了指纹信息的唯一性。据专业机构测试，指纹技术被破解的机会只有326亿分之一。尽管笔记本可以设置BIOS开机密码，但依然很容易破解，而指纹技术可以做到“唯一性”，开机只需手指一扫即可登录，既免去了输入密码的麻烦，同时让开机保护更加高效。指纹技术还可以进行文件保护，而且在笔记本上登录网络银行，交易系统等网页时，指纹技术可实现手指扫描登录，不仅避免了记忆繁多的密码，也可避免密码记录在网页中被非法用户盗走的可能。从发展过程来看，指纹技术分为两个阶段，最初的指纹技术主要用于身份鉴定，即只负责笔记本开机保护，这种指纹技术属于光学识别系统，因而无法穿透皮肤表层，只能扫描手指皮肤表面，不能深入真皮层，这就使得识别率并不高，譬如手指有灰尘造成识别出错，而且也容易被“复制”，譬如做一个指纹手模即可通过识别系统，十分不安全。为了解决以上问题，主流笔记本通常采用了新一代指纹识别技术，不仅可实现开机保护，还提供了文件加密，应用程序控制等功能，由于采用了电容传感器技术，电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，而达到手指皮肤的真皮层的活体组织层读取指纹图案，可以检测到是否是真正的手指，识别率和安全程度有了极大的提升。“指付通”时代已来临

不用掏钱包，不用刷银行卡，在商场购物之后用手指在机器上一按，就自动结账走人。这并非科幻电影，更不是画押赊账。自去年下半年起，一种全新的“刷指纹”支付方式开始在上海风行，并逐渐成为与现金、银行卡、网银等平起平坐的支付渠道，你有没有想过，有一天你可以不带卡不带钱去购物，结账时只要伸伸手指就可以了呢？现在，一种新型的消费方武——“指付通”已经出现在人们面前，并即将成为未来的信用卡发展方向。“指付通“指纹支付业务是银行为个人用户推出的一项全新的凭手指指纹，无需银行卡和密码的电子支付业务。用户可将本人指纹信息与本人指定的银行账户或本人的“指付通”电子钱包账户进行绑定。并将绑定账户作为“指付通”支付的付款账户。在“指付通”合作商户中消费时，用户仅需在“指付通”终端上摁压已作绑定的手指并输入本人身份识别码，通过认证识别出已绑定的付款账户，并从该账户自动转账支付消费款项，从而完成整个消费过程。从技术层面看，指纹支付是一种不同于现金、银行卡、网上银行、电话银行的新型支付方式，是现有支付方式的一种有效补充。除了爱好时尚的年轻人，指纹支付也非常适合容易忘记密码的老年人。不过也有部分人群是不适宜使用指纹支付的，包括天生没有指纹、长期从事重工业工作使指纹已磨损，或因病理原因造成的手指严重蜕皮、干裂、过度潮湿等。

激光时钟20亿年误差不到1秒

我们都希望时钟越准确越好，一般人对于一天有几秒钟的误差也不以为然，然而激光时钟居然20亿年误差不到一秒！

北京时间2009年2月10日消息，据英国《泰晤士报》报道，美国科学家们目前已经成功地研制出了新一代的激光时钟，这种时钟计时极其精准，在20亿年时间里几乎不会产生1秒的误差。这种迄今计时最为精准的激光时钟未来可应用于卫星导航，其在追踪地面移动目标时精度可以保持在1米以内。20亿年时间误差不超过1秒

科学家们设计制造的这种新型时钟以激光作为测量参考，能够使得20亿年的时间误差不超过1秒，未来，这种新型时钟可以广泛应用在地面卫星导航上，将使得汽车自动驾驶成为可能。在技术应用成熟后，甚至可以实现无人驾驶的飞机精准着陆。在取得上述成就后，美国、英国、德国、法国和日本等多个国家的科学家还准备在这一研究领域继续展开竞赛，以便能够设计制造出更加精准的时钟，他们的目标就是将时钟的时间精准到自137亿年前宇宙大爆炸以来分秒不差。

科学家们相信十年内这种时钟必将实现。由于这种新的时钟是采用激光来测量和同步原子振动频率，因此它们通常也被称为光学时钟。通过这种技术，时钟将可以把时间分成更小的分量。

这种世界上最为先进的时钟是由美国国家标准与技术研究所研制。它通过测量水银离子中电子的振动，可以保持17亿年的精确运行而分秒无差。在此之前，最为精确的计时设备是原子钟，可以实现8000万年精确度误差在1秒之内。对比之下，一只普通的手表一个月内会误差大约15秒。将提高卫星定位精度

位于法国巴黎的国际度量衡委员会计划到2020年实现用光学时钟取代原子钟。该委员会负责时间与频率的执行秘书伊莉斯·阿里亚斯介绍说：“光学时钟代表着时钟的未来，这是一项非常振奋人心的发明。到2015年，我们将取得阶段性成果。”

光学时钟最重要的用途将可能是全球卫星定位系统，用于跟踪飞机、舰船和汽车等。全球卫星定位系统接收由卫星发出的微波信号，主要是通过测量信号开始抵达的时间进行同步，可以将地面的某一物体锁定于10米范围之内。科学家们相信，如果在卫星上安装有光学时钟，他们就可以将目标定位于1米范围之内。这种精度可以用于汽车或飞机的自动驾驶。可用于检测宇宙基本属性

当然，除了这些外，科学家们对于光学时钟的用途还有更高的期望。他们希望光学时钟能够帮助他们检验物理学的基本定律。美国国家标准与技术研究所物理学家蒂尔·罗森邦德认为：“光学时钟还可以用于检测宇宙的基本属性。我们甚至还可以依靠这种精度发现物理学领域基本定律的变化。”

根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。同一种原子的共振频率9是一定的——例如铯133的共振频率为每秒9.19×10。因此铯原子就可以用作一种节拍器来保持高度精确的时间。延伸：从原子钟到光学时钟

普通钟表在测定时间时必须依靠固定的振动频率，机械表的摆轮频率每秒5次或6次，音叉钟的频率每秒几百至几千次。石英钟表的振动频率是由微小的石英片的振动产生的，其固定振动频率每秒932000次。铯原子钟振动频率高达9.19×10。振动频率越高，计时就会越精确。1967年，由于原子钟的研究取得了巨大的进展，人们开始重新给秒确定定义，即按照铯原子的振荡频率来制定。今天的原子钟的精度可以达到每10万年误差不超过1秒。2001年，美国国家标准与技术研究所首次利用激光代替微波研制出第一个光学时钟。2004年，英国国家物理实验所的科学家对这种光学时钟进行了改进。2008年，美国国家标准与技术研究所再次研制出一种新型光学时钟，比当时最先进的原子钟精准了21倍。

现代飞毯——磁悬浮列车

飞机的发明实现了人类飞行的梦想，但是，航空运输还有许多缺憾。例如，需要很大的机场、能耗大、载客少，就是最近推出的最大的空中客车也只能乘坐840人。《一千零一夜》里有一个飞毯的故事，人们坐在飞毯上可以自由自在地飞来飞去，不需要机场，也不需要那么多地勤人员的服务保证。如今，这种飞毯式的交通工具已经在上海实现了。这就是世界上第一条实用的磁悬浮列车，它西起上海地铁二号线龙阳路车站，东到浦东国际机场一期航站楼，正线全长30千米。开通后，乘客只需短短8秒便可从东海之滨的浦东机场到达上海市区。

自古以来，车子就离不开轮子，可是磁悬浮列车像故事里的飞毯，“漂浮”在轨道上，没有轮子。车体与轨道“若即若离”，间隙约一厘米，因而有“零高度飞行器”的美誉。

列车利用电磁力抵消地球引力，在运行中处于磁悬浮状态。如何利用磁力来克服重力呢？我们知道磁极之间同性相斥异性相吸，当两块磁铁的北极或南极相互靠近时，我们会感到很大的相互排斥力，距离越近排斥力越大，所以用磁的斥力可以悬浮列车。其实利用异性相吸，也可以达到悬浮的目的。

上海的磁悬浮列车的原理就是吸力式。吸力式列车的车厢安装在一个底架上，底架骑在导轨上。电磁铁装在底架的下面，导轨上镶有线圈，通电线圈产生的磁场跟底架上的电磁铁相互吸引，但又互不接触，这样可以把列车向上提起，就像我们提起一个篮子。

这件事说起来好像很简单，实际上是很复杂很精密的。我们知道，南北磁极永远是成对出现的，磁极南北相对，轨道线圈上的磁极也是相对且必须跟运动列车底架上的磁极相对应。列车前进时，车厢的磁极相对于轨道不断运动，因此线圈里流动的电流方向要不断变化，使线圈中原来的S极变成N极，N极变成S极，循环交替。

上面解决了列车悬浮的难题，下一个问题是如何驱动没有轮子的列车呢？我们知道，在列车的底架上装着一组一组的电磁铁，南极、北极交替排列。轨道上也排列着通电线圈形成磁极。如果车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥，结果是一“推”一“拉”，列车就会得到向前的推力。列车前进一点时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极继续上述的过程。这样循环交替，列车就向前奔驰。

与普通轮轨列车相比，磁悬浮列车具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点。据德国科学家预测，到2014年，磁悬浮列车采用新技术后，车速将达每小时1000千米。磁悬浮列车的使用寿命可达35年，而普通轮轨列车只有20～25年。磁悬浮列车路轨的寿命是80年，普通路轨只有60年。世界各国都十分重视发展磁悬浮列车，它是21世纪理想的超级特别快车。

神奇的“隐身衣”

在各国的神话故事中，都有着许多关于隐身术的描写。那些神通广大的仙人们凭借着隐身术，来无影去无踪，着实令人羡慕。

其实，在科学技术飞速发展的今天，我们这些肉体凡胎的普通人依靠某种科技手段，也能够实现“隐身”。2003年1月，日本的一位教授就向人们展示了他研制的“隐身风衣”。人们只要穿上这件“隐身衣”，身体便会瞬间“消失”。

原来，这件风衣是用一种特殊的反光材料做成的，风衣里面安装有无数的摄像头。这些摄像头能够将穿风衣者身后的景物拍摄下来，然后投影到风衣的前面，这样就使我们的眼睛产生错觉，以为穿风衣者变成了透明人，我们能够透过他的身体看到他身后的东西。

近几年，科学家们在研究“隐身术”方面又取得了新的突破。最近，英国伦敦帝国学院教授亨利·彭德利领导的科研小组，成功研究出一种能够让物体隐形的纳米“超材料”，任何物体只要披上用这种“超材料”制成的“斗篷”，就能够从人们的眼皮底下“消失”。

这种用“超材料”制成的“隐身斗篷”效果虽然很神奇，原理却十分简单。我们都知道，物体之所以能够被人眼看见，是由于物体发出的光或物体表面反射的光进入人的眼睛,刺激视觉神经,进而在视网膜上形成影像。用“超材料”制成的“隐身斗篷”可以最大限度地阻止物体表面的光反射，光线照到物体表面，不仅不会产生反射，而且还能够绕过物体表面，然后在物体的身后重新汇合。整个过程就像水流经过一块光滑的岩石一样，当水遇到岩石时会发生分流，经过岩石后又重新汇流到一起。由于没有反射光进入人的眼睛，人眼便看不见物体。同样，由于光线能够在物体身后重新汇合，照射到物体身后的景物上，然后又顺着原路反射到人的视神经上，于是人眼便看见了物体身后的景物。如此一来，便给人造成一种错觉，以为物体披上“隐身斗篷”后就变成透明的了。

当然，这个“隐身斗篷”项目现在还处于研究阶段，不过彭德利教授有信心在5年内让这项科研成果走出实验室，投入实际应用。到那时，建筑物的墙壁可以建成透明的；保温和隔音效果却丝毫不受影响；桥梁和摩天大楼可以看上去好像飘浮在空中……“隐身斗篷”在军事领域也大有用武之地。它能够轻而易举地让一辆军车，甚至是一辆坦克瞬间“消失”。试想一下，如果你只能从车轮扬起的尘土来想象一支行进中的军队，你又怎能与其进行战斗呢？

不可思议的金属玻璃

一根直径4毫米粗的铜合金丝竟可以悬吊起3吨的重物；一种铁合金浸在强酸性液体中，仍能完好无损；硬度无比大却能像液体那样流动。这就是金属玻璃，一种前途不可限量的新型材料。

在人们的概念里，金属与玻璃是两种无论是外观还是性质都截然不同的材料，所以“金属玻璃”这个名字听上去就有些不可思议。还是让我们先进入金属和玻璃两类材料的内部结构作一番探究吧。

一般来说，现有固体材料可分为晶态和非晶态两大类。金属是典型的晶态材料，它们由许多晶粒组成，在晶粒内部，原子呈规则排列（但在晶粒间结合处的原子则排列无序）。液态金属冷却变成固态金属的过程中有确定的凝固点，达到这一凝固点时，晶体结构便形成了。玻璃则是典型的非晶态材料，内部原子呈无序排列（但在很小的范围内观察，还是有一定的规律性）。玻璃从液态到固态是连续变动的，没有固定的凝固点。

从上面可以看出，非晶态结构是整体上无序，但在很小的尺寸范围内存在着有序性，而晶态结构是整体上有序，但在很小的尺寸范围内也存在着无序性。所以两者之间也有共同特点。而物质在不同条件下，既可形成晶体结构，也可形成非晶体结构。比如，金属液体在高速冷却条件下可以得到非晶态金属；而玻璃经过适当处理，也可形成晶态玻璃。

1960年，美国科学家杜威兹首先发现某些液态贵金属合金（如金硅合金）在冷却速度非常快的情况下，其内部的原子还来不及排好位置，尚处于杂乱无章的状态时，便凝固了，成为非晶态金属（合金）。这些非晶态金属具有类似玻璃的某些结构特征，故称为“金属玻璃”。

金属玻璃不寻常的结构决定了其特性。晶态金属或合金中，原子虽然排列得很整齐，但当晶体内有缺陷时，该金属或合金就容易断裂，好比搭积木一样，抽掉中间一块，一般就会倒塌。而金属玻璃，原子排列杂乱无章，好比不规则形状的石头堆成的高台，挖掉一两块，也无关大局。因此金属玻璃的断裂强度可以比钢大3倍。

金属玻璃由于不存在晶粒边界，排列紧密，因此它的硬度更大，即使遭到外力重击，原子也很容易回复原位，同时还具有很强的抗腐蚀能力。也正是由于没有晶粒的体积限制，金属玻璃很容易被制成纳米级的微型器件。

金属玻璃最令人感兴趣的是它的可塑性。在一定的温度下可以像泥巴一样，“捏”成任意形状，但完全冷却后又变得非常坚硬。虽然

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书