作者：李逆熵
出版社：新雅文化事業有限公司
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探星的軌跡试读：
前言
愛上科學，是人生中一件非常幸福的事情。
多年前，這件幸福的事情發生在我的身上。多年來，我作了不少的努力，希望同樣的事情也發生在更多的年輕人身上。
既然你正在閱讀這段文字，這件幸福的事情可能已經在你的身上發生，或至少是即將發生。恭喜！恭喜！
科學的奇妙確是人生喜悅的一大泉源。請看看本書裏一些充滿趣味的問題：
·機器也可以自我繁殖嗎？
·宇宙是一個微波爐？
·季候風可以勁過颱風？
·去火星有捷徑嗎？
這只是書中內容的一小部分。還有更多奇妙的問題等待你去發掘呢！
最後，筆者想借此多謝新雅文化事業有限公司的梁榮錝先生和何小書小姐。全賴他們的邀請，這輯一套三本的《百分百科學系列》叢書才有機會跟大家見面。願借此叢書祝賀新雅文化事業有限公司的五十周年誌慶以及山邊出版社的三十周年誌慶，希望他們繼續出版多些優質的科學叢書，令更多人愛上科學！李逆熵二〇一一年七月1．機械人三定律
機械人時代將於何時來臨？大家可能沒有想過，這一方面固然是個科技的問題，但同時也是一個社會抉擇的問題。
試想想，一個到處可見到機械人的社會，真的會讓我們安心嗎：不法分子利用機械人做壞事怎麼辦？機械人出了故障傷害人類怎麼辦？尤其甚者，機械人若衍生出自我意識和感情，最後叛變並與人類對抗時怎麼辦？
人類並非今天才想到這些問題。早於20世紀20年代，當捷克劇作家恰彼克（Karel Capek）創造出robot這名詞時，類似的問題便已縈繞人們心中。雖然恰彼克最先構思的robot，是指以生物方法培育的人造奴隸，但很快，科幻小說作家都以robot指稱金屬製的人形機器──亦即我們今天所指的「機械人」—並於三四十年代期間，創作出大量有關機械人失控並加害人類的驚嚇故事。機械人定律的誕生
當時還是個年輕小伙子的科幻作家阿西莫夫（Isaac Asimov），有感於這種他認為極不合理的陳腔濫調蔚然成風，遂於1940年左右創立了赫赫有名的「機械人學三大定律」（The Three Laws of Robotics）：
1．機械人不得傷害人類，或袖手旁觀讓人類受到傷害；
2．在不違反第一定律的情況下，機械人必須服從人類給予的任何命令；
3．在不違反第一和第二定律的情況下，機械人必須盡力保護自己。（留意「機械人學」──robotics──這個名詞也是由阿西莫夫所自創。）
一夜之間，機械人叛變的陳腔濫調成為明日黃花。筆者於中學二年級首次讀到這三大定律，興奮得徹夜難眠。大半個世紀後，日本發展出第一個能模擬人類動作（如打招呼、上樓梯……）的機械人，並命名為「ASIMO」，正是向這個「機械人學」的開山祖師致敬。
然而，現實世界當然較科幻小說中的描述複雜得多。「三大定律」在理念上十分精彩，在具體執行上卻是困難重重。是以即使到了21世紀的今天，對於「機械人時代何時才來臨？」這個問題，仍然沒有人能給出肯定的答案。
荷里活的一部電影《智能叛變》（I, Robot），乃改編自阿西莫夫的作品，但總體成績甚差。要領略阿氏作品的精神面貌，筆者推薦多年前也是改編自阿氏作品的電影The Bicentennial Man，在港上映時稱為《鐵甲再生人》。2．自我繁殖的機器
我們能不能製造一個可以自我繁殖的機械人？
當然我們所說的，並非一個機械人可以像人類那樣「生」出另一個機械人，我們所指的，是一個機械人能夠在實驗室或工廠中製造出一個和自己完全一樣的複製品。假如這是可能的話，我們只需要製造一個機械人，然後讓它製作所有其他的機械人就成了。這可是自動化製造業的終極夢想。
不過，這是否真的可能呢？如果一個機械人能夠製造出一個自己的複製品，那這個機械人的「大腦」（嚴格來說是「中央處理器」即CPU）之內，必定要包含一組指令教它如何進行複製的操作，對吧？而如果第二代機械人也要能夠製作另一個和它一樣的機械人，它也一定要包含這一組指令。同樣地，第三代機械人也必須包含着這一組指令……如此類推。自我複製機器違反邏輯？
推論的結果似乎是這樣：原來的機械人身上的指令似乎要包括第二組指令，而第二組指令又要包括第三組指令，而第三組指令又要包括……如此無窮無盡。
那麼，這是否代表「自我繁殖的機械人」，以至一般而言，任何「自我複製的機器」（self-reproducing machines）都是邏輯上不可能的呢？
雖然「自我繁殖的機器」早已經常在20世紀初的科幻小說中擔綱演出，但不少學者都對整個概念非常懷疑，正正就是因為以上的推理。
到了20世紀50年代，科學家約翰．馮．紐曼（John Von Neumann）對這個問題的研究帶來了突破。透過了精辟的深入分析，他證明了「自我繁殖的機器」不一定包含着不無限倒退，也沒有任何邏輯矛盾。他的分析非常數學化，相關的論文收錄於1966年出版《自我繁殖機器理論》（The Theory of Self-reproducing Automata）。
終於，這個富有幻想性的科幻小說意念，首次從數理科學那兒得到最堅實的支持。時至今日，「馮．紐曼機器」（Von Neumann Machine）一詞專指任何有能力自我複製的機器。許多人相信這種機器在未來能夠為宇宙探索提供高效的方法。一些人更推測這種機器可能為外太空文明所應用，而我們在外太空遇上的第一種人工製品很可能就是這種機器。
馮．紐曼作出突破後不久，人們發現了DNA的結構，破解了古老的遺傳與自我複製之謎。令科學家既驚訝又興奮的是，生命自我複製所採取的模式，竟然與馮．紐曼所描述的數理邏輯框架完全吻合。3．超微納米世界
踏進了21世紀，「納米」已經成為了一個時髦的名詞。一些商品──無論是抹潔布還是護膚霜─更打着「納米科技」的旗號，以標榜它們的神奇功效。究竟什麼是「納米」？「納米科技」又有多神奇呢？
納米（nanometer）其實是一個長度單位。但它是一個微小得超乎想像的長度。一納米僅為十億分之一米，亦即一毫米的百萬分之一，約為一根頭髮直徑的十萬分之一左右。把十個氫原子（宇宙最細小的原子）並排在一起，長度便約為一納米。超微工藝新境界
那麼納米科技又是什麼？所謂納米科技（nanotechnology，台灣則稱奈米科技），是指人類對物質的控制，已達於納米尺度─亦即分子（molecular）甚至原子（atomic）水平─的一種工藝技術。
自從半導體的發明與大型集成電路的發展，人類不少工藝技術已不斷趨向微型化（miniaturisation），甚至超微型化的方向進發。踏進21世紀，這股微型化的趨勢是否已經到了盡頭呢？富想像力的科學家的回答是：絕不！納米科技的興起，可望將超微工藝的發展推到一個嶄新的境界。
打開一個高級（多是瑞士製造的）機械手錶，內裏的微型齒輪和彈簧夠精細了吧？但我們有沒有想過，即使最微細的機械組件如齒輪和活塞等，都由億兆的原子所組成？但我們真的需要這麼多原子嗎？原子數量被減至億兆分之一的一個齒輪，原則上不也可以繼續發揮它作為齒輪的作用嗎？沿着這個思路下去，我們是否有一天能夠好像砌積木一般（如十分受世人喜愛的LEGO），直接以原子和分子「砌」成一些只能用電子顯微鏡才看得見的機器？再推前一步，我們也許可以製成一些可在人類血液中巡邏的超微機械人（nanobots），它們不單可以不停地監視着我們的健康狀況，還可協助清除有害的物質，甚至修補身體！奇異現象湧現的納米世界
好像科幻小說的情節嗎？的確，納米科技開拓了科幻般的奇妙天地。一般科幻小說只是將傳統的事物縮小而已，但在納米的世界，由於分子間的吸引力（稱為Van der Waals forces），甚至量子力學的效應已變得舉足輕重，不少宏觀世界不會出現的奇異現象皆會─湧現，如何利用這些科幻小說也想像不到的現象來為人類服務，是一個巨大的寶庫，也是對納米工程師的重大挑戰。
以上只是一個十分粗略的介紹，納米科技的範圍其實十分廣闊，它還包括了超分子組合、納米管、納米粉體、納米電子元件、納米機械、納米材料、納米生物科技等。21世紀無疑將是一個「納米世紀」！4．數碼複製無失真
大家都十分清楚，我們正生活在一個「數碼年代」（Digital Age）。但各位能否說得出，在這之前是什麼年代呢？
答案是「模擬年代」（Analogue Age）。數碼和模擬的分別在哪裏？了解這個問題的答案，將大大有助我們了解數碼科技的威力。
假設在長途電話（不要說互聯網）還未普及的年代，一個人被派駐海外工作，他的未婚妻要為他在香港訂製一枚結婚戒指。但這個人有什麼方法告知未婚妻他手指的粗度呢？這個人可用一條幼身的繩子在無名指繞一圈，並在繩上作標記，以表示手指有多粗。如今，他有兩個選擇：一是把繩子放進信封寄返香港，二是量度繩子上所示的手指粗度，並把有關數字（如多少毫米）寫在信上寄返香港。資料數字化 傳遞不失真
上述兩個方法中，前者正是模擬式通訊，後者則是數碼式通訊的好例子。（多年前，筆者加入天文台後被派往英國接受氣象訓練，同行的一位同事正遇上這個問題，所以這是個真實的例子！）模擬的好處是直接和準確，但容易失真，例如繩子會因溫度和濕度的變化而改變長度。至於數碼，如量度的單元不夠細密（如上述只達於毫米），
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]