书城科普读物未来的101张面孔
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第12章 计算式穿越(3)

这一发现并非是对大爆炸理论的否定,相反,它支持这样一种观点,即大爆炸可能发生过很多次。他们理论的根据来自于宇宙微波背景辐射存在的一种同心圆环结构,而根据计算这种圆环结构必定产生于大爆炸发生之前。这一“循环宇宙”的想法可能也未必是最完美的宇宙模型解释,但其理论的创新性却令人耳目一新,也许使人类离“宇宙起源”的真理又近了一步。

近日,极具名望的科学杂志《自然》杂志因刊登一篇与“第一”有关的科幻短篇小说,在国内外网友中引起旋风般的解读热潮。小说主人公是一名屡遭退稿科幻小说家,一位朋友听后,用量子计算机程序帮他构建了一个量子概率波函数。“只要有人观测书里的内容,函数就会变成观测人喜欢的内容。”不过,主人公依然收到拒信:“这是有史以来最伟大的科幻小说……可是你居然以为一字不动地把阿西莫夫的《日暮》照抄过来,还不被发现吗?”

这篇名为“史上最伟大的科幻小说”文章一出,就在《自然》杂志的读者群中,引起不小的波澜。人们纷纷解读这本顶级科学杂志的编辑意图。看来,只要是有“最伟大”这种“世界第一”的词语出现,总会吸引众多的眼球。

华裔诺贝尔科学奖获得者丁肇中曾说过:“自然科学的研究是具有竞争性的,只有第一,没有第二。”“第一”、“最伟大”永远是科学家追求的目标,而科学研究是一个没有终点的不断进行接力的“科学马拉松”,任何人都不会成为永恒的“第一”或胜利者,这让每一位科学家都不敢有丝毫的懈怠,而正是一个个科学“赛段”的“第一”,组成了科学发展的生动历程。

6 芯片技术考验国家制造“量级”

芯片类似一个黑盒子,从一端输入,另一端快速输出——我们并不关注中间究竟发生了什么,所有的任务便会即刻在一瞬间完成。芯片技术代表着科研理论走向实际应用的关键一步,如果某项技术能制造出实用芯片,在应用上就可以基本说是“大功告成”。现在,除了日新月异的电子芯片和生物芯片,充满活力的德国科学家又研制出世界上首个“化学芯片”。

人们通常对化学实验室的印象就是一大堆的瓶瓶罐罐,德国德累斯顿技术大学半导体与微系统研究所的科学家正是将这样一个“瓶瓶罐罐”的化学实验室“搬到”了小小的一块芯片上。这张“化学芯片”大小接近A5纸张,厚度与手指相当,使用的是一种多层复合材料,内部有数百个曲曲折折的微小通道,还有约400个极其微小的化学反应室,可使待检测的溶液在其中流动,而芯片上嵌入的2000多个微量阀门,能对溶液的流量进行极其精确的“百万分之一升”的量级控制,化学计算过程则通过微小反应室中可发射荧光的液体进行观察和记录。

“化学芯片”的原理与电子芯片非常相似,只不过它处理的不是电子数据,而是以物质浓度为特征的化学信息,把过去需要很多仪器、实验操作的检测过程简化在一个芯片上完成。而且,它能自主实现整个溶液化学信息的处理过程,不需要外界控制,因此是一种真正的“化学微处理器”。

电子芯片技术由美国物理学家Jack Kilby在1958年发明,是将笨重的晶体管小型化的创新之举,开始时价格昂贵,仅有“国家级”的导弹项目才用得起。但不久之后,它所带来的科技旋风就改变了整个世界,名噪一时的“摩尔定律”便是为其量身定做——每18个月性能上升1倍,价格下降一半。现在,芯片已成为“更小、更经济、更智能”的代名词,其更新速度也早已远远超越了“摩尔定律”。

“化学芯片”的原理与电子芯片类似,都是把大家伙“集成”为小东西,并能即时完成任务。目前“化学芯片”主要应用于医疗领域,可实现血样、尿样的快速自动分析,有望在医学领域形成可靠的快速诊断手段。研究人员认为,经过改进,“化学芯片”也可适应于如环境中有害物质检测等其他的分析任务,作为芯片家族的新成员,“化学芯片”一定可以开辟出自己的科研新领地,它的未来值得我们期待。

让芯片“更冷”,即尽可能地降低功耗,也是芯片制造技术更新的焦点。美国麻省理工学院电子工程系主任安桑娜·查达拉卡桑的实验团队一直专注于研制能在极低功率下运行的电子芯片,最近,他们首次研制出一款能同时利用自然光、热和环境中的波动等能源的新式能源芯片,有望最终用在生物医学设备、远程环境传感器、仪表等上,产生“零能源”的电子设备。

利用身体和外部空气之间的温差、人走路产生的震动……此前,实验团队已经研制出了多种能利用周围环境提供的单一能源。这次,他们采用了集大成的方式,打造了一个复杂的控制电路,把能利用的能源都“捕获”起来。

科学家需要的技巧是,不仅要捕获各种环境能源,还要实时协调这些不同的能源以产生持续的能源输出。以前,科学家采用的办法是让芯片在一段时间内利用特定的一种环境能源,但这会让其他能源提供的能量白白浪费,而查达拉卡桑的实验团队是在一个特定时刻,让能源芯片从一处环境能源那儿获取能量,而从其他环境能源获取的能量存储在电容器内,以备后用,这无疑使能源利用率大为提高。而这一电子能源芯片最为现实的应用是:也许有一天,我们的手机将会永远“精力充沛”,恼人的“电量不足”的提示也会彻底消失。

提高芯片的运算速度,一直是电子界恒久追求的目标,“没有最快,只有更快”,更是其不二选的口号。现在,神奇材料石墨烯的加入,为“超快芯片”的出现开启了大门。

美国哥伦比亚大学一项新研究证明,石墨烯具有卓越的非线性光学性能,并据此开发出一种石墨烯-硅光电混合芯片,可大幅提升数据传输系统的速度,因为光的传输速度大于电子,且其所需功率比其他科学家用纯硅电路实现的低50倍!

研究团队所做的工作是,放置一个碳原子厚度的石墨烯薄片,成功将不发生光电或电光转换的无源器件,转化成为一个可发射微波光子信号、对波长进行转换的有源器件。在使用不同光学频率对无线电信号进行调制后,能够产生完美的无线电谐振。哥伦比亚大学机械工程学教授黄志伟表示,石墨烯-硅混合芯片在实验中表现出了卓越的性能,将成为未来构建速度更快、效率更高的下一代通信组件的基础。

“更快,更小,更冷”,芯片的发展完全是一场现代的奥林匹克竞技“秀”,云集着世界上最强的对手。根据最新资料显示,在芯片制造工艺上,美国英特尔已经开始对7纳米和5纳米量级的研究,韩国三星也由20纳米向15纳米进军,中国台湾的台积电已开始20纳米芯片量产。反观中国最先进的“中国芯”,还停留在40纳米上,且并没有量产,技术基本上落后国外2代,还需要很长的一段路要走。从本质上说,芯片业代表着国家科技制造业的硬实力,这是无论多少篇SCI论文也无法比较的。

7 Win8宣言:PC触摸时代来临

“苹果教主”乔布斯的逝去,让亿万“果粉”们悲痛万分,但苹果在IT界的对手们,无疑是大大松了一口气:也许这正给了他们重整河山、收复失地的好时机。

2012年10月26日,微软新的操作系统Windows 8和平板电脑Surface终于正式亮相。“你选Surface还是iPad?”这对电脑迷们可是个非常严肃的问题,因为它意味着你必须要从微软和苹果中挑一个“自觉站队”,媒体的评价也是如此的“两面倒”,要么说Surface一文不值,要么就是大加赞赏。

毫无疑问,安装了Windows8系统的Surface就是冲着 iPad来的:它轻薄如iPad,即可以触摸操作,又配有键盘,并且拥有office办公软件——iPad再方便,处理起文件来终究不灵活。而在本质上,Surface就是一台兼具PC(个人电脑)级别处理能力的平板电脑,换句话说,它是一个长得像平板电脑的PC机!

而且,Surface主要是在玩一个证明“乔布斯错了”的游戏。

乔布斯鄙视一切将平板电脑PC化的尝试,认为平板电脑的主要特点是易用直观,如果将两者强行合在一起,PC和平板电脑都无法将自己的优势完全发挥出来;而Surface却秉承了微软的一贯理念,认为PC与平板电脑将最终融合为一体。混合了PC和平板电脑的形态,同时凭借Windows8的强大触摸控制功能,宣称即将迎来PC的触摸时代。

目前看来,乔布斯应该是对的,因为iPad在世界平板电脑市场上一支独秀,其市场占有率仍在稳步提升。但我们也不应忘记,目前世界上每10部电脑中就有9部搭载的还是Windows操作系统,而Windows8的面世是1995年以来对微软Windows操作系统进行的规模最大、最彻底的一次升级,是一款真正的触屏操作系统,是拼尽全力的一搏,更重要的是,由于乔布斯的离世,苹果公司失去的不仅仅是技术优势,还有个性、偶像、神秘感等笼罩在它头上的“光环”。种种的不确定因素,都使这场未来IT界最引人注目的宿命“对决”迷雾重重,前途难卜。

其实,早在2008年,微软总裁盖茨就曾表示,新的“数字感觉”时代即将到来,在不久的将来,电脑的键盘和鼠标将会逐步被更为自然、更具直观性的触摸控制、视觉控制以及声音控制所代替。盖茨的预言是准确的,但不幸的是,在触控技术上,首先大放异彩的公司却从微软变成了苹果。而在“眼控”技术上,目前丹麦一家名为Eye Tribe的公司似乎又在先行一步。

视觉控制技术即是让用户通过眼睛来控制手机和电脑,公司首席执行官Shanni Johannsen介绍说,这款“眼控”软件利用人眼瞳孔反射的红外光,被设备上的摄像机记录下来,用户就能通过移动目光来移动或点击屏幕。例如,当人们阅读电子书时,目光移动到页码按钮,软件就会感知到,自动翻到下一页;目光从屏幕上移开后,屏幕就会自动变暗,有趣的游戏也能如此用眼睛来玩,是不是很神奇?而且,这还是一款可以下载到苹果、三星、谷歌或微软等多种硬件平台上使用的共享软件,无疑更加拓展了它的应用范围。

比较而言,微软在“声控”技术上进行了更早的尝试。Windows8的“前身”Windows7系统中就自带了语音识别功能,曾经引起过不小轰动。它是给计算机设置麦克风后,将语音指令与电脑中的操作指令相匹配,从而用声音来控制电脑、操作电脑。虽然“声控”功能方便快捷,但前提是需要自己的声音和电脑多多磨合才行,不然就会偶然出现令人啼笑皆非的错误,当时就流传着一则笑话:“我朋友新装了Windows7程序,说是可以声控图标打开‘我的电脑’。于是向我展示,大吼一声‘打开我的电脑’,电脑‘拍’的一声关机了!”也许,这大概就是为什么微软引以为傲的“声控”技术至今并没有流行开来的原因之一吧——有着某些令人不快的缺陷。

曾经,IT界的一代“霸主”微软就宛如现在的苹果,巨大的成功令世界侧目,但如今已被谷歌、苹果、脸谱等相继超越,经历了“逝去的10年”。美国著名资深媒体记者Kurt Eichenwald经过详尽的调查认为,造成这一后果最大的“罪魁祸首”,是微软内部一项强迫每个部门以优秀、良好、中等和差劲四个等级来评价员工的“排名”系统,它是微软内部最具破坏性的官僚主义管理方式,因为不论如何表现,在十个人中总有两个被差评,这导致所有的员工必须将重点放在内部竞争而不是对外与其他公司竞争上,从而赶走了大量优秀的员工,失去了IT业发展的灵魂——创新能力,眼睁睁地看着互联网搜索、智能手机、社交网络等创新机会从身边溜走。不过,微软毕竟还有着以Windows和office为背景的庞大软件生态系统,在走过“逝去的10年”后,微软能否深刻反省,以Windows8和Surface重整辉煌,全世界都在拭目以待,毕竟苹果也曾有过自己的颓废岁月。

其实,乔布斯和盖茨一直是公认的死对头,但天才们的有些想法确实令常人难以企及。1997年,乔布斯在苹果公司的生死关头临危受命,重出江湖,当时苹果已是满目荒凉、负债累累,从银行里根本贷不到款,而微软却是如日中天。鬼使神差般,乔布斯直奔盖茨那里,软磨硬泡,居然最后拿到了2亿美元的借款!正是凭借这笔借款,乔布斯让苹果上演了惊天大逆转,在IT界卷起狂风骤雨,甚至最终把微软也逼到了角落——盖茨对自己当年的这一举动有着怎样五味杂陈的心情,估计我们只有等到《比尔盖茨传》问世的时候才能知晓了。