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第18章 生活中的高新技术(3)

用磷酸盐或有机卤素化合物作阻燃剂,把普通的纸和纸板在阻燃剂溶液中浸渍,然后烘干,也能起到防火的作用。人们用溴化物来处理耐火纸,燃烧时,会产生一种阻止燃烧的气体,它使纤维和氧气不能接触,纸也就烧不起来了。这种经过防火处理的纸,用于房屋糊墙、电气工业,能起到隔热和防火的作用。

普通的书写纸,经过防火处理,用来印刷需要保存的文件,万一失火,只要文件不与火焰接触,即使装文件的铁壳箱置于高温中,也不致立即焚毁,这种文件防火纸,是应特殊需要而生产的。

结实的牛皮纸

牛皮纸的由来

每当新学期开学的时候,结实的牛皮纸就开始在学校大肆流行起来,同学们总喜欢将自己还散发着油墨香味的新课本用牛皮纸包起来,给新书穿上新“衣服”。那么,这样结实的牛皮纸是怎么来的呢?牛皮纸和我们见到的牛有什么关系呢?

其实,在很早很早以前,“牛皮纸”当真是用小牛的皮做的,当然啦,这种“牛皮纸”,现在只有在做鼓皮的时候,才会用到它。而我们包书用的牛皮纸,是人们学会了造纸技术以后,用针叶树的木材纤维,经过化学方法制浆,再放入打浆机中进行打浆,并加入胶料、染料等,最后在造纸机中制作成纸张。由于这种纸的颜色为黄褐色,纸质坚韧,很像牛皮,所以人们把它叫做牛皮纸。

牛皮纸为何比普通纸牢固

其实,牛皮纸与普通纸的制造方法并没有多大的不同。为什么牛皮纸比普通纸牢固呢?这主要是制牛皮纸所用的木材纤维比较长,而且在蒸煮木材时,是用烧碱和硫化碱化学药品来处理的,这样它们所起的化学作用比较缓和,木材纤维原有的强度所受到的损伤就比较少,因此用这种纸浆做出来的纸,纤维与纤维之间是紧紧相依的,所以牛皮纸都非常牢固。

正因为牛皮纸的质地格外结实,又不容易吸水,所以不光是同学们喜欢用它包书,工厂里也常常用它来包装产品。绒线、布匹、水泥、染料、鞋、袜等很多商品,都穿着牛皮纸的“外衣”走进仓库和百货公司,然后,它们再脱下这件“外衣”,来到使用者的家里。

装载一个图书馆的玻璃片

一个图书馆的书可以放进一小块玻璃里去?这不比把一只大象放进一只食品袋里去更加荒唐吗?这不,现代科学技术已经把许多幻想变为现实。

玻璃片上的图书馆

完成这种奇特任务所用的技术,称为激光全息术。用这种技术拍摄一张人像,必须在暗室里用激光器当光源来拍摄。拍好的底片冲出来是一片模糊,不知道的人准以为是拍坏了。但是,你把底片放在激光束中一照明,就能看到你拍摄的像。不过,这不是一般的平面照片,而是逼真的塑像。也就是说,它并不是记录物体的某一投影,而是把物体全部记录下来了,这就是称它为全息照相的理由。

全息底片上模糊的一片,实际上是许多干涉条纹。只有相干性好的光源才能在底片上产生这样的精细条纹。因此,全息术必须采用相干性好的激光做光源。

全息照相反映的物体,有点像照镜子时看到的情况。你看公共汽车上供驾驶员用的反光观察镜做成凸面,一小块镜子可以反映出一条大街上的景物。景物虽被缩小了,但是反映了许多景物,这可算是把许多图像压缩在小范围内的一个例子。然而要把整个图书馆的书放进一小块玻璃里去,却要复杂得多。

其实,一张照片是由一个个小点子组成的,每一个小点就是一个像素,它的密度大概是1毫米内几个点。而全息照相用的特种玻璃膜层厚约10微米,像点密度为每毫米2000点以上。这种底片上1毫米见方的一小块,可以记下一张310平方厘米左右的大照片。你要看时,只需用激光照在这一小块底片上,就可以清晰地看到这张照片。这样,15×15平方毫米的一小块薄膜上,足够记下一本200页的书。要注意,这一薄层才10微米厚。激光全息可以分层记录,1毫米是1000微米,可以记下100层。那么,一块记录玻璃记下几十万册图书是完全做得到的。

化肥的功与过

化肥为中国农业立下汗马功劳

中国是一个人口众多的国家,粮食生产在农业生产的发展中占有重要的位置。通常增加粮食产量的途径是扩大耕地面积或提高单位面积产量。根据中国国情,继续扩大耕地面积的潜力已不大,虽然中国尚有许多未开垦的土地,但大多存在投资多、难度大的问题。这就决定了中国粮食增产必须走提高单位面积产量的途径。

施肥不仅能提高土壤肥力,而且也是提高作物单位面积产量的重要措施。化肥是农业生产最基础而且是最重要的物质投入。据相关组织统计,化肥在对农作物增产的总份额中约占40~60%。中国能以占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口,可以说化肥起到举足轻重的作用。

化学肥料为农业增产立下了汗马功劳,在未来的农业发展中它仍然要唱“主角”,依靠它换取粮食满足人口日益增长的需要。

化肥带来的不良后果

有人认为,大量施用化学肥料会造成环境污染,这一观点逐渐形成一股声势浩大的对农用化学产品的批判风。对化肥的指责集中在:施用化肥造成土壤板结,水质污染,农田遭受侵蚀或退化,土壤肥力下降;特别是大量施用氮肥,在农田和饮水中有过量的亚硝酸盐沉积,对人畜造成危害。施用化肥还造成水土流失,土壤沙化。他们称“每一个粮食丰收年都是以流失大量可贵的表土换来的”。

事实上,在20世纪80年代初,对农化产品的批判在发达国家中早已酝酿发生并此起彼伏。当时由于石油涨价,一些学者试图抛弃“无机农业”,提倡所谓“有机农业”或“生态农业”,实质上主张走“低投入农业”之路;其理论核心是完全不投入或少投入化学产品,减少或降低农业成本。

如何防治使用化肥造成的污染

1.强化环保意识,加强监测管理。加强教育,提高群众的环保意识,使人们充分意识到化肥污染的严重性,调动广大公民参与到防治土壤化肥污染的行动中。注重管理,严格化肥中污染物质的监测检查,防止化肥带入土壤过量的有害物质。制定有关有害物质的允许量标准,用法律法规来防治化肥污染。

2.增施有机肥,改善理化性质。施用有机肥,能够增加土壤有机质、土壤微生物,改善土壤结构,提高土壤的吸收容量,增加土壤胶体对重金属等有毒物质的吸附能力。其实,作物秸秆本身含有较丰富的养分,推行秸秆还田是增加土壤有机质的有效措施,绿肥、油菜、大豆等作物秸秆还田前景较好,应加以推广。

3.普及配方施肥,促进养分平衡。根据作物需肥规律、土壤供肥性能与肥料效应,在以有机肥为主的条件下,产前提出施用各种肥料的适宜用量和比例及相应的施肥方法。推广配方施肥技术可以确定施肥量、施肥种类、施肥时期,有利于土壤养分的平衡供应,减少化肥的浪费,避免对土壤环境造成污染。

4.应用硝化抑制剂,缓解土壤污染。硝化抑制剂又称氮肥增效剂,能够抑制土壤中铵态氮转化成亚硝态氮和硝态氮,提高化肥的肥效和减少土壤污染。由于硝化细菌的活性受到抑制,铵态氮的硝化变缓,使氮素较长时间以铵的形式存在,减少了对土壤的污染。

5.采取多管齐下,改进施肥方法。深施氮肥,主要是指铵态氮肥和尿素肥料。据农业部统计,在保持作物相同产量的情况下,深施节肥的效果显著;磷肥按照旱重水轻的原则集中施用,可以提高磷肥的利用率,并能减少对土壤的污染。

电脑——让人类步入新的时代

电脑的发明是根据原始的计算工具研制出来的,起初只是用于计算领域,因此,电脑也叫计算机。现在,电脑在我们的生活中几乎无处不在,它已进入社会生活的各个领域,变成了人们时刻不可分离的生产和生活工具。人们可以利用电脑玩游戏、看电影、交友聊天,还可以利用电脑获取信息、收发邮件以及进行电子商务等活动。电子邮件只需几秒钟就可以将信息传送到世界各地。坐在家里就可以购买来自世界各地的商品。只需坐在电脑前就能够与地球另一端的客户见面会谈。难以想象,如果没了电脑,我们的生活将会变成什么样。

电脑的发明

1946年宾夕法尼亚大学研制出了世界上第一台全电子计算机,称做ENIAC,意思是电子数字积分器和计算器,它包含1.8万只真空管,使用功率为100千瓦。那时的计算机采用的是真空管或电子管,这些机器不但体积庞大,它几乎占用整个房间,而且计算结果经常不准确,许多工程师不得不时常手动调试,使它能正常运行。

1947年晶体管取代了真空管,使计算机的体积大大缩小并且运行更稳定。1958年集成电路的发明大大缩小了计算机的体积。从此计算机开始“瘦身”。

直到1975年,体积足够小且普通家庭有能力购买的计算机才得以面世。当时人们只能通过机箱前的开关控制它的运行,以映射到前面板的闪光图案读取输出结果。

1976年,人们尝试将20厘米的软盘驱动装配到计算机中用于数据储存。只要计算机能够与存储设备进行信息交流,计算机软件即应用程序,如文字处理工具或游戏等就可以运行。这个过程需要一种操作系统形式的特别软件。

1972年,美国计算机科学家加里·基尔代尔开发了程序语言,这样就可以利用计算机来控制交通灯和家用电器如洗衣机等设备。

1973年,基尔代尔编写了能从磁盘中读取和写入数据文件的软件,他将之称为微型计算机,这是第一个应用到微型计算机中的操作系统,并很快取得了成功。

21世纪的电脑

计算机至今已走过了50多个春秋,发展速度之快,是现代科学技术史上少有的。然而,今天的计算机仍有许多不尽人意的地方。

计算机的计算速度对于解决某些问题来说仍显得很慢,例如,长期天气预报、全球环境模拟、地震预测、等离子体核聚变研究等问题,现在的计算机还是有些能力不足。

目前,计算机只能严格地按人所设定的程序来工作,因而不善于解决,也无法从根本上真正解决一些智能问题,如语言识别、图像识别、专家系统等问题,这是因为人们无法把自己的认识翻译成严密的机器指令。除此之外,电脑的“细胞”——集成电路也不可能无止境的发展下去。

人无远虑,必有近忧。科学家在电脑技术如日中天的今天,也开始开辟新的途径,研究开发新一代的电脑。专家认为,首先登场的将是超级电脑。这是指能够进行高速、超大规模计算的一类电脑,又叫做大规模并行计算机,运算速度高达每秒成百上千亿次操作。

在计算机科学中,运算速度通常以每秒执行多少次浮点运算来表达,1次浮点运算就是1次二进制数字的加减。每秒钟1万亿次浮点运算相当于这样一个概念:如果一个人每秒钟作一次运算,那么,他需要花1万年时间不停地运算才相当于万亿次计算机1秒完成的计算量。奥秘在于超级电脑采用了“并行”处理结构,而个人电脑采用的是“串行”处理结构。在“串行”处理中,不管要处理的信息有多少,都要依次排队按部就班地进行处理。而在“并行”处理中,则是将信息分到各个部门去同时进行处理,用不着等前面的处理完以后再处理后来的信息。理所当然,超级计算机将会在政治、经济、军事、科学等领域占据十分重要的地位。

最有前途的也许是光学计算机,即使用光来代替现有电子计算机的线路设计。光比起电信号来,具有更多的优越性。光学计算机的工作原理与电子计算机基本相同,不同的是信息的载体,由光取代了电子,光互连取代了电子导线互连,光学器件取代了电子器件,光运算取代了电运算。光学器件的处理速度是电子器件极限速度的1000倍,并且能轻而易举地互连。光脑还具有与人脑相似的容错系统,系统中某一文件损坏或出错,也不会影响最终的计算结果。

1990年,美国贝尔实验室研制出世界上第一台通用光学计算机模型。它由一系列的激光器、光纤、光学开关组成,利用光学原理来处理、存储指令和数据,指令和数据以红外光脉冲方式在光纤中传输。

人工神经网络计算机前途看好

我们知道,人脑神经系统是由数以十亿计的神经元相互连接而成的极其复杂的信息处理网络,科学家认为它是处理复杂信息的最好结构。人工神经网络计算机就是模仿人脑神经系统的计算机,它同样是目前世界各国专家正在大力研究开发的下一代计算机。

人工神经网络计算机不仅能够高速处理信息,还能够像人一样具有学习功能和联想功能。现有的计算机的所有工作都是依靠人们预先给出的指令。从这一意义上说,它的能力还不如一个两三岁的幼儿。人工神经网络计算机不一样,你只要反复把例题和答案输入,它便能自己学会解题的方法,这就是学习功能。

世界各国目前的研究主要集中在两个方面:一是通过在软件上下功夫,使通常的电子计算机也具有学习功能,可以用于生产控制;二是开发专门的神经芯片,通过硬件实现神经网络计算机的功能。

此外,还有一种生物计算机。它是利用遗传物质DNA来作为电脑的芯片,可以彻底实现现有的计算机所无法真正实现的模糊推理功能和神经网络功能。日本从20世纪80年代开始投入大量资金研究这个问题,但是一直进展不大,人们期待着在这一领域会有更大的突破和发展。

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