第4章 疯狂的科技
可以把计算机穿在身上吗
我们常会冒出这样的念头：要是能像科幻电影里那样，把微型计算机穿在身上该有多好。梦想是推动进步的力量。在今天，已经有了一些零散的小设备出现在实验室中。未来十年，把计算机穿在身上，也许会像穿件衣服一样自然。
按照现代计算机理论奠基人之一冯·诺依曼的观点，计算机可以分成处理单元、输入单元、输出单元和存储单元等几个部分；但从使用角度出发，人们可能会更倾向于另一种分类：主机、输出设备和输入设备。当这些部分都变得够小够方便的时候，我们就有可能把计算机穿在身上。
与听觉相关的便携式输出设备已十分成熟，与视觉相关的输出设备也有了不错的进展。日本一家公司开发的产品能用激光将图像直接投射到使用者的视网膜上——不必担心，激光的强度很低，不会对视力产生影响。它利用人的视觉暂留原理，让激光快速地按指定顺序在水平和垂直两个方向上循环扫描，撞击视网膜的一小块区域使其产生光感，从而使人们感觉到图像的存在。2013年面世的智能眼镜也是采用了类似的原理，让人们可以直接在眼镜上接收信息，同时不用担心看不见面前的景物。
美国西雅图华盛顿大学的几位研究者则干脆打算把显示器做在隐形眼镜上。他们将发光二极管元件、控制电路、天线和数据通信模块集成到一片软性隐形眼镜上，使用者戴上它能看到简单的图形。虽然现在它能提供的像素数量还不够多，但是可以想见，它会在视野中呈现出很广阔的场景——毕竟它是有史以来，与人们的眼睛接触最亲密、也最能保护隐私的显示系统了。
可以戴在眼睛上的显示系统，只是可穿戴计算机的一部分，人们可能会更关注和计算机对话的方式，毕竟键盘和鼠标都不大适合边走边用。在这方面，研究人员已经研发出了一种工具，只需碰碰指头，就能向电子设备发出指令。这种工具的名字是Skinput，这个单词是“皮肤”和“输入”两个词的结合。它由一条臂带、一个微型投影仪和一部运算装置构成，其中投影仪并非必备。
臂带内侧有两列形状像微型听诊器的传感器阵列，每个阵列的五个压电式传感器将会收集不同频率的震动，并由运算装置将敲击手臂产生的震动转化为计算机可以识别的信号。当人敲击手臂时，经由皮肤表面直接传导的横波将会先行到达传感器，而通过骨骼传导的震动则在由内而外传递到皮肤时，形成到达时间稍晚的纵波。通过震动的强度和时间差可以计算出产生震动的源头的位置——这和我们进行地震测量时的方法十分类似。这种技术允许人们用一种在掌心敲敲打打的方式，来告诉计算机该做什么。
当然，我们也可以直接和计算机说话。智能手机上已经出现了语音识别软件，可以把我们的话语转化成文字，继而让手机执行特定的功能。这种技术已经有了超过40年的历史，而且还在迅速发展中。也许再过10年，计算机就能像是我们的朋友那样听懂我们说的每一句话。
看来，可穿戴计算机的输入和输出设备都已经有了不错的进展，而主机完全可以用智能手机来代替——按照现在科技发展的速度，10年后智能手机的计算能力应该最少达到今天家用计算机计算能力的10倍以上。那么，应该用什么方式把这些设备连接在一起呢？
无线网络应该是个不错的选择。蓝牙技术能连接10米之内的设备，对可穿戴计算机来说已经够用，但是也许还有更好的选择：人体局域网。这个研究领域从20世纪90年代就已经开始发展，现在已经有了不少实验性产品。韩国一些大学里的研究者已经实现了可以媲美家用宽带的数据传输速度，能在3秒钟内传输一首歌曲。从本质上来说，这还是一种无线通信系统。它会在人体皮肤表面传递一个弱电场，通过适当的调制来携带数据。这种技术和蓝牙通信技术相比，不容易被截获和窃听，也不会被干扰，而且耗能要低得多。
对了，还有电池问题。计算机总是要用电的，而电池充电总是有些麻烦。人体发电技术能解决这种麻烦，让可穿戴计算机永远电力满满。早在2007年，英国的一些研究者开发出了方糖大小的振动发电设备，并且希望它能有更多的用途，例如通过人体内天然的振动源——心脏来为小型设备供电。
当然，并不是每个人都想在体内植入一个小发电机。在这方面，一次性打火机也许可以帮上忙。打火机中都有一小片压电陶瓷，当它的形状变化时就会产生电能。利用这个原理制作的压电鞋，每走一步都能发电。而把压电材料做成细丝，再封装进柔软的硅橡胶中，就制造出了具有良好柔韧性和惊人发电效率的发电鞋垫。当科学家把压电材料的尺寸缩小到只有通过电子显微镜才能看到的程度，就制造出了能发电的外套，这种外套将会随着我们每一个细微动作的发生而产生电能。
也许不久之后，上述这些技术都会成熟到可以商业化的程度。到那时，我们把计算机穿在身上的梦想就能实现啦。（猛犸）
科幻电影中的隔空传物可行吗
在科幻电影中经常会出现隔空传物的神奇之举，把信息、实物甚至人，瞬间传送到另一个空间甚至时间。这些技术将来能够实现吗？
量子通信中，有一个十分强大而又完全不同于经典的概念，那就是量子纠缠态。两个以上的光量子构成了纠缠态，其行为不可思议，爱因斯坦曾称之为“远距作用的幽灵”。纠缠着的一对光量子双胞胎，好像机器中发射出来的一对骰子。这两个骰子分别朝两条路射出，它们互相分开越来越远，可以远到互相间隔许多光年。但是，无论它们相距多远，这一对双胞胎似乎总能立即互相感应、互相关联。每个骰子在其各自的路径上不停地随机滚动，呈现一连串的1到6之间的随机序列，每个数值出现的概率为1/6。但奇怪的是，无论它们相距多远，两个骰子总是显示出相同的数值，似乎有一种诡异的、无形的心灵感应传递在两个互相纠缠的粒子之间。
量子纠缠这种诡异的远距离作用，用于量子通信是再好不过了。科学家不仅这么想了，还真的这么做了。这就是近年来兴起的热门话题——“量子态隐形传输”。
隐形传输的理论设想，是由美国IBM研究中心的研究员贝内特等人最先提出来的：将一个未知量子态的完整信息，通过两个独立通道（经典和量子）的合作，发送出去，在新的远离发送处的位置重新组合后，产生一个在发送过程中被破坏了的原始量子态的精确副本。因此，所谓隐形传送是指脱离实物的一种“完全”的信息传送。传送的仅仅是原物的量子态而不是原物本身，传输过程中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。
量子隐形传输与科幻中的隔空传物是两码事，将来如何发展呢？让我们拭目以待！（张天蓉）
会不会有一天可以用意念上网
如果有一天，你想给某个人打电话，只需要在脑子里想一下就可以了，无需亲自拨号，你觉得可能吗？意念控制一直是科幻迷的梦想，实际上，这个愿望可能在不久的将来成为现实。目前已经有公司在研发智能手机和个人计算机意念控制技术，用以实现上述愿望了。
关于意念控制的研究在不断进行着。美国科学家就发现了使用一小部分脑细胞，在计算机屏幕上控制复杂图像的方法。如果这种方法能得以广泛应用，未来我们就可以实现用意念控制手机和计算机上的图像显示。在这项研究中，志愿者可以通过他们的思维来选择所要显示的图片，每个志愿者的大脑传送到计算机的信号只来自一小部分脑细胞。参与研究的12位志愿者都患有癫痫，他们的大脑内侧颞叶里植入有监测癫痫发作的细电线，内侧颞叶主要负责记忆与对复杂图案（例如人脸）的分辨。然后研究人员通过人脑-计算机接口设备将志愿者的大脑连接在一台计算机上。
在实验中，计算机屏幕上播放出两张照片，两张照片上分别显示着两个相似的对象。志愿者通过连接在大脑上的细电线，集中精神，直到被挑选的照片完全显示出来，另一张完全淡出。研究结果表明，计算机会记录大脑信号，并据此做出反应，而这些信号只来自内侧颞叶内的四个脑细胞。例如，其中的一个脑细胞可能会在看到玛丽莲·梦露的照片时做出反应，另一个细胞则会对迈克尔·杰克逊的照片产生反应。在这项研究中，科学家只操纵少数几个脑细胞就可以靠集中注意力做出选择，而控制这些脑细胞的方法并不复杂。
为了实现意念控制，人们还发明了各种各样的意念控制器。
Emotiv Epoc意念控制器是一种“神经头盔”，使用者戴上这个头盔，用意志和情感可以控制电子游戏角色的动作。Emotiv Epoc主要运用一种被称为非侵入性的脑电波仪技术，感测并学习使用者大脑神经元电信号模式，解读使用者大脑对特定动作产生的反应，再利用软件转化成计算机或游戏机能理解的信息，将人的意念、感觉与情绪传输到计算机，让游戏中的虚拟人物模仿玩家的面部表情，让虚拟人物在游戏中移动指定物品。Mindflex则是另一款意念控制设备，可以让人用意念隔空移物。
但是，意念控制计算机也带来新的问题。有计算机安全专家认为神经装置正以极快的速度更新，其在未来的应用前景非常广阔，如果从现在起仍不关注安全问题，我们可能在5年或10年内后悔自己犯下大错。利用计算机导致被攻击者神经受损的悲剧已有先例。在2007年和2008年，就曾有人攻击癫痫病患者救助网站，致使一些患者发病。
尽管存在这些危险，但绝大多数新装置在设计时并未考虑安全因素。对于新装置，神经系统工程师考虑的是安全性和可靠性，神经伦理学家关注的是其是否符合道德规范。但是，直到现在，只有少数组织考虑神经装置可能以何种方式遭到入侵。从长远的眼光来看，一旦生物计算成为现实，计算机可以置入人脑，那时的神经安全，就不光是神经装置的安全了。凡事有利就有弊，科技发展了，人还是要解决好自己的问题。（姜奇平）
为什么激光能使原子“冷却”下来
想象一群自由原子，它们都在杂乱无章地运动着，这种无规则运动叫作热运动。科学家用温度来描述无规则运动的激烈程度。温度越高，表明热运动越激烈，或者说原子的平均运动速率越大。室温下，原子的平均运动速率约为300米/秒。从这个意义上看，获得低温，实际上就是降低原子无规则运动的速度。那么用什么办法能让原子降温，或者说，让原子热运动速度降低呢？
早在半个世纪前，人们就发现电磁辐射能影响原子的运动。激光冷却就是利用问世于20世纪60年代初的激光来降低原子热运动速度。那么激光冷却的原理是什么呢？
想象一辆汽车借着惯性在无摩擦的冰面上滑行，若有人将一些小沙袋迎面投掷进滑行中的汽车里，汽车的速度必然会降低。这就是物理学中的动量守恒原理。激光冷却正是利用了这个原理。原子就像冰面上滑行的汽车，激光可看成由一个个光子构成，而这些光子就是小沙袋。通俗地讲，就是原子吸收了迎面而来的光子，运动速度降低，从而使温度下降。
且慢，还有个问题。由于原子在做无规则运动，当人们发射一束激光，必有一些光子赶上原子，从后面撞上原子而不是迎面撞上原子。这样，激光降低了某些原子的运动速度，岂不也同时提高了另外一些原子的运动速度？
这里涉及物理学中的另外一个现象——多普勒效应。你是否有这样的经历，一列鸣笛的火车从你身旁急速驰过，当火车由远而近时，你听到的汽笛声稍显尖锐，而在火车由近而远时，汽笛声略变低沉。1842年，奥地利科学家多普勒发现并解释了这一现象：当声源或光源（都是波）高速接近观测者时，观察者测量（感受）到的频率会变高，反之，当声源或光源远离观测者时，观察者测量到的频率会变低。
既然如此，迎着光源运动的原子和远离光源运动的原子“感受”到的光子频率是不同的。而根据量子力学原理，原子在吸收光子时仅对某些特定频率（称为原子吸收频率）的光子才会“欣然笑纳”。所以，如果把激光频率调到比原子的吸收频率稍低一点，那么只有面向光源运动的原子会吸收迎面而来的光子，速度慢下来，而其他原子却与光子“失之交臂”，运动速度不受影响。
如果激光从各个方向照射一群原子，那么原子在各个方向的速度都会降低。即原子的热运动速率减小，温度下降——原子被“冷却”了。（林志方）
3D打印机打印出的飞机能飞吗
今天我们常用来打印照片的喷墨打印机，工作原理很简单：当收到计算机发来的信号时，喷头上的一些小孔就会喷出一小滴墨水到纸张上。这个过程周而复始，纸面上就涂满了绚丽的色彩。现在，有些喷墨打印机已经能每次只喷出1×10^（-¹²）升颜料墨水——这也就是说，1升墨水要喷一万亿次才能用完。
当我们把这种思路扩展到立体空间时，我们就可以设计出3D打印机。顾名思义，3D打印就是在长、宽、高三个维度上进行的打印，它能够打印出立体构造，比方说一座雕塑、一块巧克力等。这也是3D打印又被叫作“立体打印”的原因。2011年8月，英国南安普顿大学的一群研究者就打印出了一架无人飞机，并且真的能飞。
有些3D打印机的喷头只能喷出液体原料，有些3D打印机可以喷出半固体原料，还有一些能喷出粉末原料。这些喷头除了能在水平方向上运动，还能在垂直方向上运动。喷完一层之后，喷头会抬高一点点，然后继续喷出下一层。为了让喷出的各层黏合在一起，3D打印机使用的原料一般都能在液态和固态之间快速转化，以加热、紫外线照射、冷却等方式来把原料黏合在一起。
3D打印机对于我们来说算是新鲜事物，但实际上类似的技术早在20世纪90年代就已经用于工业设计和生产上了。作为一种快速成型技术，3D打印避免了传统模具生产过程所需的高成本和长时间，让设计师们能够快速看到他们的设计变成实物。和经过切割、磨削、抛光等工序完成的传统工艺品相比，3D打印机制造的产品精度并不高，它与传统制造方式的不同之处在于，传统工艺品是以逐步减少原材料的方式而生产的，3D打印技术则是以逐步添加原材料的方式完成生产，没有任何制造经验的人也能做出独一无二的产品。随着这种技术的成熟，3D打印机将会成为普通家庭常备的工具。甚至有些分析家认为，3D打印机将会改变制造业的面貌，让人们可以在家里生产出想要的东西。
如果家中有一台3D打印机，将会把生活的方便程度提升到全新的高度。虽然过去10年中人们一直在尝试开发适用于家庭的小型3D打印机，但从2011年开始，3D打印机似乎才进入了井喷阶段。虽然这类3D打印机依然只能以塑料为主要原料，但是人们还是看好其前景，并期待它的新进展。美国一家公司就推出了多色3D打印机，使用不同颜色的塑料条作为原料，塑料条在机器里被加热成液态喷出，遇冷即可凝结；英国一家实验室则开发了可以喷出液态巧克力的3D打印机，可以随心所欲地制造任意形状的巧克力。
医生们也已经在尝试用3D打印机制造更奇妙的东西了。1997年，美国马萨诸塞州总医院的杰伊·瓦卡提用3D打印机制造了一个人耳软骨形状的可降解支架，放进牛的成软骨细胞，并且将其植入一只裸鼠的皮下。几个月后，发育的软骨组织逐渐渗透进这个支架，并且将支架降解掉，从而得到了一只体外培养的人耳。2009年3月，瑞士伯尔尼的研究人员使用3D打印机成功制造出了尺寸精确的人拇指骨；差不多在同一时间，日本国立富山大学的中村直人用同样的方式打印出了有两层结构的血管——距人类血管的三层结构只有一步之遥，而且采用这种方法制造的组织，所有材料都来自患者自身，因此不会引起排异反应。美国一家企业在研发3D打印人体器官的技术，不过哪怕是最乐观的预言家，也认为这可能需要10年或者更久的时间才会成真。
在未来的几年中，我们将会看到更多的3D打印成果。也许自己也可以买到一台，用来打印些小模型之类的东西。虽然3D打印机现在还受到原料、打印精度等诸多限制，但是可以相信，随着3D打印的普及，我们最终会看到无所不能的打印机，就像机器猫的神奇口袋一样随时呈现各种东西。（猛犸）
汽车也能飞上天吗
难道汽车也能飞上天？是的，有些汽车确实能够飞上天。
2012年，在纽约国际车展开幕的当天，一辆长着翅膀的“飞行汽车”竟然抢走了所有豪车的风头。工作人员只用一把简单的扳手，就将原先藏在顶棚上方的一对翅膀巧妙地展开并牢牢连在车身左右。然后他坐进驾驶室，启动发动机，汽车尾部的螺旋桨就飞速旋转起来。众目睽睽之下，一辆漂亮的小轿车，瞬间就变成了一架小飞机。
其实，飞行汽车只是把飞机的飞行部件有选择地移植到普通汽车上。所谓有选择移植就是将与飞行有关的部件，如产生升力的机翼、生成推进力的螺旋桨以及起平衡作用和操控飞行姿态的尾翼搬到汽车上，而飞机原应拥有的座舱、机轮起落架和发动机等，则完全利用原有的车厢、车轮和汽油发动机。这样，就诞生了这种空地两栖的交通工具。
因此，飞行汽车几乎都拥有可折叠的机翼（包括尾翼）和赖以在空中获得推进力的螺旋桨。当它在地面行驶时，相当于一辆驮着机翼的汽车。一旦摇身一变飞上天空，便相当于机翼下挂着一部汽车的飞机。此时，发动机不再驱动汽车车轮，而是驱动螺旋桨。
其实，早就有人钟情于飞行汽车。在20世纪三四十年代，就有人热衷于飞行汽车的设计并开发出数款飞行越野车，但最终因技术不成熟和使用不便而放弃。
近年来，飞行汽车重新受到重视。2012年春，美国人造出了“变形金刚”飞行汽车，该飞行汽车装有2个座位和4个车轮，机翼折叠后与普通汽车无异。一旦升空，每升汽油可供“变形金刚”飞行15千米，速度则达到185千米/时。几乎同时，丹麦人也推出了更加前卫的单座三轮旋翼式飞行汽车PAL-V-1，它和“变形金刚”的不同之处只是用旋转的叶片代替了机翼，其实更应该称其为“飞行旋翼机”。
专家认为，对于距离为1000千米以上的旅途来说，人们更倾向于乘坐飞机，但如果只需移动几十千米或几百千米，那飞行汽车的优势就凸现出来了。在那些对飞行不利的天气里，对航空飞行所造成的限制和阻碍对于飞行汽车将不是问题，所以，飞行汽车的拥有者将照样正常上下班，或者离开机场去赶火车或公交。不仅如此，他们还多了一项选择：或腾空而起，或收起翅膀继续踏上公路赶路。
当然，由于具备两套功能，所以在整体构造上飞行汽车必然稍显笨重，为此，在空中飞行时性能必然较正常飞机稍差，耗油量也比较大，造价要高出不少。
人们相信，只要技术上取得了大的突破，也许若干年后，飞行汽车将得到推广。（江东）
为什么3D电影看着那么像真的
大家先来做一个简单的实验：在桌上立起一支笔，闭上左眼，单独用右眼看一下这支笔的位置；然后闭上右眼，睁开左眼，再看一下笔的位置。如此左右眼交替多做几次，发现没有，这支笔的位置看上去似乎微微晃来晃去。
对于面前的这支笔，其实只有一个位置，可是我们的左眼和右眼相隔几厘米，因此各自看到的位置会稍稍不一样。为了避免两只眼睛打起架来，大脑指挥部要进行“调停”，把左右眼看到的东西合成为一幅画面。聪明的大脑不仅没有让合成后的画面晃来晃去，还可以根据左右眼的位置差别，判断出这支笔离你有多远。我们可以轻松看到眼前万物的“远近高低各不同”，很大程度上归功于这种“双眼效应”。
近些年深受欢迎的IMAX—3D电影，比如大家熟知的美国电影《阿凡达》，它的3D效果正是利用了这种“双眼效应”。普通电影提供给你的是同样的内容，可是3D电影让你的双眼分别看“不同的电影”。也许你会说，我也戴过3D电影眼镜，可没发现看到的是不同的东西呀？当然，你的左眼和右眼看到的电影画面是一样的，只是电影画面上的物体的位置和大小稍稍有所不同，大脑把两个视角的电影画面结合到一起的时候，眼前就会呈现如同亲临现场、站在阿凡达身边一般感觉的立体图像。3D电影相比于普通电影，拍摄的时候要用至少两台摄像机，分别代表两只眼睛的视角，拍摄的画面还要通过计算机处理，最后将这“两部电影”精心制作并显示在屏幕上。
那副眼镜又为什么那么神奇，让左眼和右眼看到的东西各异呢？常见的3D电影眼镜的镜片既不是近视镜，也不是远视镜，而是一种叫偏光片的材料。3D电影屏幕上发出的光线也是非同一般的，叫圆形偏振光，光一边向前传播，一边自己绕着自己转圈儿，屏幕上发出的播给左眼看的画面的光是逆时针转的，播给右眼看的画面的光是顺时针转的，而左侧眼镜偏光镜片恰好只让逆时针旋转的光通过，右侧偏光镜片只让顺时针旋转的光通过。如果光旋转的方向不能被镜片识别，就会被过滤掉，这样保证了左右眼看到各自需要接收的图像，不会混到一起。
除了偏光眼镜以外，还有一种眼镜被称为“快门眼镜”。戴这种3D电影眼镜的时候，电影屏幕上快速交替显示左眼需要的画面和右眼需要的画面，间隔只有零点零几秒。眼镜的镜片也跟着在变，如果屏幕上显示的是左眼需要的画面，左侧镜面是透明的，右侧镜面却会被“关掉”，变成黑色，把右眼临时挡住；接着屏幕上显示右眼需要的画面的时候，右侧镜面透明，左侧变黑，把左眼挡住。如此一来，由于变换很快，你完全觉察不到每次都有一只眼睛被挡住了，其实是两只眼睛在轮流看，合成后却同样是流畅的立体图像。
如果不戴3D电影眼镜，还能不能看3D电影、电视画面呢？当然可以了，那就要靠裸眼3D技术了。既然我们可以让人的眼睛戴上眼镜，为什么不可以给屏幕“戴上眼镜”呢？当然，目前裸眼3D游戏机和手机比较多，而裸眼3D电视机和电影还不是很普及。
裸眼3D技术还有许多需要完善的地方，不过科学家还有一门更炫的技术，那就是全息电影。前面涉及的电影，无论是用3D眼镜还是采用裸眼3D技术，美中不足之处在于其视角是固定的。而全息电影就允许你从各个角度看电影，电影不再是一幅画面，而是一个摆在你面前的从前后左右都可以看的虚拟物体，它的立体感会更强。
设想一下，将来你足不出户就可以走遍世界各地，点一下“撒哈拉沙漠”，眼前就会出现漫天黄沙，耳边萦绕着呼啸的风声，脚下也会制造出踩着沙子的感觉，让你仿佛真的置身于沙漠之中，分不清是梦境还是现实是多么酷的事情。（焦述铭）
未来我们可以坐电梯上太空吗
1979年，英国科幻作家克拉克出版了《天堂的喷泉》一书，讲述了人类靠一种强度极大但质量极轻的碳纤维材料把地球和同步轨道卫星连接起来的科幻故事。据说，美国科学家皮尔逊于1975年提出太空电梯的概念时，人们对他的建议就是“改行写科幻小说去吧”。
但工程师们经过论证发现，以现有技术为基础，太空电梯的梦想是有可能实现的。太空电梯的本质是建设一座永久性的“缆绳”式建筑，将地面与地球静止轨道上的某一点连接起来，并允许运输工具沿着这条缆绳行驶。听起来这和我们常见的电梯确实大同小异，问题在于我们要连接哪两个点和怎样连接。
地球静止轨道上的卫星比较特殊，它相对于地球是静止不动的。但是这种卫星都必须定点于赤道上空35786千米处。要保证太空电梯相对于地面不发生飘移，只能一端建在赤道上，另一端连接地球静止轨道卫星。
如果从地球静止轨道卫星上垂下一根35786千米长的绳梯，整个地球静止轨道卫星连同绳梯就会因重力的作用，一起掉到地面上来。为了保持平衡，就必须从地球静止轨道卫星向上伸出平衡用的缆绳和平衡重物（锤）。平衡锤以地球静止轨道卫星的速度与缆绳一起绕地球运转产生的离心力可以与卫星下方绳梯的重力相抵消。
在现实中，要实现太空电梯的梦想则比神话和小说中困难得多。我们把一根2米长、1毫米粗的细铁丝直立在地上，铁丝本身的重量就会使它弯曲。但如果把这根铁丝垂吊起来，就能吊起很重的东西。这说明，细长物体承受拉力的本领比承受压力的本领大得多。虽然如此，但长达35786千米的太空电梯自身的重量仍有可能把它拉断。建造太空电梯最大的挑战在于找到制造电梯缆绳的材料。缆绳应该是一根高强度的长索。普通的钢丝如果从9千米的高空中垂下来，就会被自己的重量拉断。碳纳米管的发明使人们看到了一线希望。用碳纳米管制造的缆绳强度可与金刚石媲美。理论上说，宽1米、厚度像纸一样薄的碳纳米管缆带就可以支撑13吨的重量。但它也不见得能承受天梯的自重，还有在天梯中上下的载荷重量。
与大多数公共交通一样，目前航天工程师设计的太空电梯舱也是双向对开的，并在适当的高度安装“站台”以方便乘客和货物上下。这些站台实际是固定在太空电梯上的空间站，它们的重量应该从最初设计时就考虑在内，甚至电梯舱的载重和行驶位置也需要精确计算，以保证缆绳的平稳。（赵洋）
为什么玩计算机游戏还能帮科学家得世界大奖
有一种计算机游戏，它既不是魔兽世界、红色警戒，也不是实况足球，而是可以帮助科学家进行科研的Fold游戏。打开游戏程序，你会发现里面并没有怪物和武器，只有一些五颜六色、弯弯曲曲、形状各异折叠在一起的链条。你可以像搭积木、揉橡皮泥一样用鼠标拖动和旋转这些链条，改变整个链条的形状。游戏里面列出了很多规则，你可以发挥自己的想象力和推理能力，搭出的形状越好，得分就会越高。玩家还可以和各个国家的朋友一起组成小队来互相比赛，像很多网络游戏一样，Fold游戏得到了很多游戏玩家的青睐。
有意思的是，这款游戏并不是由游戏公司开发的，而是科学家的作品，计算机游戏怎么会和科学搭上关系呢？这首先要从计算机的运行能力说起了。
家用计算机计算能力很有限，科学家制造了体积庞大的超级计算机，运算速度是家用计算机的很多倍，来解决小型计算机解决不了的问题。可是这些超级计算机造价昂贵，制作复杂，不是每个人都能使用的，况且很多时候超级计算机的计算速度还是不够用。于是科学家想了一个好办法，如果我们每个人的个人计算机贡献出一点计算力量，凝聚到一起不就变成了一台“超超级计算机”了吗？
这个好点子被称为分布式计算或者网格计算。很多科学家在做研究的时候需要大量地计算，比如生物学家要对数以亿计的基因进行计算，天文学家要对观测的海量数据进行处理，可身边的计算机没有那么多，速度也没有那么快。于是他们把这些计算任务分解成了很多小块，通过互联网发给了世界各地的志愿者，让志愿者的计算机去进行计算，再把收回的结果汇总到一起。我们平时在用计算机的时候，计算机CPU常常只开动了10%、20%，剩余的计算资源处于闲置状态，通过下载一个小程序参加这些项目，就可以将剩余的计算资源利用起来，且不会影响到自己计算机上的工作，何乐而不为呢？
除了让分布在各地的计算机参与科学家的计算项目，志愿者自己也能亲身参与其中。美国几位科学家把蛋白质研究项目制作成了好玩的游戏让志愿者来玩。游戏里积木一样的东西代表了一个蛋白质分子结构，每一条链是蛋白质的基本单位氨基酸。科学家需要大海捞针一样搜索可以帮助治疗癌症和艾滋病的蛋白质结构，可有限的人力和有限的计算机完成这样繁琐的任务显得力不从心。是数百万的游戏玩家帮科学家解决了这个难题。在游戏里，玩家不需要了解很多生物知识，只要按照游戏规则“摆积木”就可以，游戏玩得分数越高，就越有可能帮科学家找到有用的蛋白质结构或其他科研成果。
到目前为止，“众人拾柴火焰高”，Fold游戏的参与者已经帮助研究者做出了好几项世界顶级研究成果，发现了多个有用的蛋白质结构，有些科学家10年都没有解决的难题在游戏中迎刃而解，研究者在发表的论文里还特地感谢了这些网上的游戏迷。不少人因为玩计算机游戏玩进了网瘾治疗所，可这些玩家却有可能玩出世界科学大奖。你如果有兴趣在玩游戏的同时为科学家提供帮助，就来加入这些分布式计算项目吧。有朝一日人类攻克了癌症、艾滋病等科学难题之时，或许其中也会有你的一份功劳。（焦述铭）
为什么计算机可以认出人长得什么样子
如今一些网站推出了新登录方式，使用者不再需要输入用户名和密码，只要用摄像头自拍一张照片，计算机就可以通过你的脸知道你是哪一位用户。这是怎么做到的呢？
对于每个人来说，通过脸部长相区分出你我他是再简单不过的事情。不过，我们在识别人脸的时候，大脑究竟是怎么工作的，科学家到现在为止也不是完全清楚，但这并没有阻挡计算机成为“面相师”。
计算机没有分辨不同人脸的天赋，只拥有和大量数据打交道的能力，所以在计算机眼中，无论帅哥还是美女的照片，都是一堆数字而已。照片上的每一个点的颜色值都以数字的形式储存在计算机程序里，所有的任务都是通过计算这些数据实现的。
计算机首先要做的是用一个“人脸模板”在图片数据中上下左右移动和计算，根据计算结果，在照片中锁定出人脸的位置和大小，把照片里人脸部分抓出来，并且把大小调整到标准状态。在找到了人脸之后，下一步就是判断这张脸是谁的。为了识别人脸，计算机会建立一个数据库，里面储存着每个人第一次登录时的照片。计算机需要把现在正在看的这张脸和数据库里成千上万的人脸进行比对。为了做好人脸比对这最关键的一步，研究人员想了很多主意。
一种办法是先在各张脸上找到眼睛、鼻子和嘴的位置。虽然人一眼就可以看出来，不过计算机是需要通过一定的方法计算出来的。然后，通过测量两只眼睛之间的距离、鼻子大小等尺寸信息，来比较这张照片是不是符合数据库里某一个人的面部信息。
还有一种精确度更高的“特征脸”方法。我们能够看出李雷长得像李雷，韩梅长得像韩梅，一定是通过他们脸上一些特征辨认出来的，可是有的时候又说不出到底是什么特征。计算机可以发挥自己“算术好”的优点，把数据库里大量人脸数据合成到一起进行计算，算出几十张“特征脸”，然后每一张真人脸都是可以由这些特征脸按比例组合而成，就像鸡尾酒可以由几种不同的酒调和而成一样，只要两张脸中含有的各张特征脸的“调和比例”很接近，就可以判断是同一个人的。
当然，计算机也会有认不出人脸的时候，照片里的人戴着口罩或者戴着墨镜，照片里只有半边脸，或者照片里的光线太暗或者太亮，都可能让人脸识别系统失灵，为了让计算机的“眼力”更好，科学家还有很多工作要做。（焦述铭）
自动步枪、轻机枪和冲锋枪有什么不同
对于不熟悉枪械结构的人而言，往往搞不清楚自动步枪、轻机枪和冲锋枪的区别，因为这些枪都能连发射击，外形也有类似之处。那它们到底是怎么分类，又如何来识别呢？
首先从内部结构、原理来看，冲锋枪的设计要求简单可靠，其枪机组件也不需要承受太大的压力，因此大多采用枪机后坐式设计。自动步枪的威力比冲锋枪大，结构也比冲锋枪复杂，大多采用导气式原理来设计。轻机枪由于威力大、后坐力大，为保证机构动作可靠耐用，往往采用枪管后坐式设计。这三种武器在外形上各有千秋。冲锋枪与自动步枪的外形较为接近，但通常更为短小紧凑些。而轻机枪较好识别，不仅枪身体积明显更大，还配有起稳定射击作用的两脚架。
如果外形不好识别，可通过子弹来识别。尤其是冲锋枪和步枪，因为使用子弹不同，导致威力、射程有明显区别。冲锋枪只能使用威力较小的手枪弹，枪管也短，其有效射程往往在150～200米范围内。普通步枪弹和轻机枪弹往往通用，部分大威力步枪的子弹和重机枪通用。由于子弹不同，所以它们的射程也不同。发射小口径子弹的自动步枪，如著名的AK47、M16步枪，有效射程在400米左右，而大威力步枪的射程和机枪的射程分别能达到800米、1000米以上。
从装备范围来看，步枪是士兵的基本装备，也是装备范围最广、数量最多的武器。轻机枪一般从班组以上才开始装备，重机枪一般连级以上才配置。冲锋枪由于射程和威力都较小，第二次世界大战以后退出了军队的列装序列，大多被执行特殊任务的特种部队或警察等执法部门使用。（袁炜）
步兵冲锋时，机枪火力点在后方，为什么不会打到自己人
在荧屏上常会看到潮水般向敌方冲锋的战士，有时我们不禁会想：这么多人在前集体冲锋，机枪在后面向敌方开火，就不怕打到自己人吗？
其实，担心是多余的，发生误伤的概率是非常低的。这和步兵的作战战术有很大的关系。
首先，步兵如果要发起冲锋，行动前一定会有充分的准备。训练有素的队伍，即使是在紧急情况下发起冲锋，队形也不是一线排开，而是呈梯形。重机枪会提前布置好阵地，一般选择布置在冲锋路线后方的两侧，以己方冲锋队伍的梯形斜边为限制射界，以一定角度侧射。因此，在步兵冲锋过程中，理论上不会有重机枪弹从步兵的冲锋队形中穿过。如果冲锋过程中发生射界被己方队形阻挡，还可以采用仰射法，保证重机枪弹越过己方步兵，弹道高在2.5米以上（又称超越射击）。有了这些措施，重机枪在进行火力压制时就不会出现敌我不分的情况了。
机枪并不总是直射肉眼能看到的目标，相反，经常枪口上仰来射击远在1000～1500米处的肉眼看不到的区域。仰射时，受射击后坐力及枪管振动的影响，重机枪连发射击的子弹群实际上会形成一个纵向截面为锥形的打击面，落地后即生成一个椭圆形的打击区域。这个区域被称为“纵深散布射击区域”，多挺重机枪在进行阵地布置时要尽量将打击区域重叠，以增强杀伤力。当敌人踪迹一旦出现在预想的打击区域，各挺重机枪即按既定的仰角及方向进行射击，将敌军歼灭。这是重机枪的一种独特战术。（袁炜）
哪种核武器最厉害
核武器的威力主要指核武器释放的能量，一般用释放同样能量所需要的TNT炸药的质量来计量，称为“吨TNT当量”。1吨TNT当量相当于41.9亿焦。1945年，“曼哈顿计划”研制的最早一批原子弹的威力相当于2万吨TNT当量。到了1948年的“砂岩”核试验中，采用新技术的“约克”核装置就将核武器的威力翻了一番，据说达到近5万吨TNT当量。1951年，美国人进行了“温室”核试验，他们在名为“乔治”的圆柱形核装置中央装上重氢材料，尝试用裂变反应产生的能量点燃氢核产生核聚变反应。“乔治”裂变反应放出的能量引发了重氢聚变，据说总共释放出了相当于22.5万吨TNT当量的巨大能量。
1952年11月1日，美国进行了代号为“迈克”的热核爆炸试验。这是一个真正意义上的热核聚变装置，因此威力也非常恐怖，据说释放了相当于1040万吨TNT当量的能量。但是它的核聚变材料用的是氘、氚，这些材料因是极易扩散的气体，需要冷却和压缩，因此装置总重达到了65吨，不能作为武器使用。1953年8月，苏联科学家库尔恰托夫领导的团队使用无需冷却的氘化锂作为热核材料，才解决了氢弹的体积和重量问题，成功试验了世界上第一枚真正意义上的氢弹。此后苏联在很长一段时间内都致力研究威力更大的单颗核弹。1961年10月，一枚被称为“大伊万”的超级氢弹从一架苏联轰炸机上投下，这个大家伙创造了直到今天都没有人能打破的纪录——释放的能量超过5000万吨TNT当量。据报道，在爆炸地点，厚3米、直径为15～20千米的冰块被融化，蘑菇云高达64千米，一直延伸到平流层的顶端。如果以单颗核弹的TNT当量来算的话，“大伊万”可算是最厉害的“核弹之王”了。
但在此之后，核武器的研制发展方向发生了改变，核武器开始向着作用多样化的方向改变，不再单纯追求单颗核弹爆炸的威力，而是追求综合的杀伤效果。比如，在一个导弹弹头里装多颗威力较小的核弹头，通过合理设置爆炸参数提高综合破坏力；出现了像中子弹这样的威力不大，但有特殊毁伤作用的核武器。此外，如果在核弹里填上大量的金属钴，爆炸后会释放出具有强大放射性的同位素钴-60。十几年内，在被大量钴-60沾染的地区，不仅人会死于放射病，植物也不能幸免，连细菌病毒都会被清理得一干二净。如果这种“钴炸弹”真被制造出来，“一百年寸草不生”的恐怖预言可能会变成现实。（迢柳娟）