书城童书科学知识大课堂——人类的创举
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第35章 精彩瞬间(4)

显而易见,用人造卫星观测天体能不受大气层的阻挡,接收来自天体的全部电磁波辐射,实现全波段天文观测。人造卫星的飞行速度快,一天能绕地球飞行几圈或十几圈,可迅速获取地球的大量信息,这是地面勘察和航空摄影无法比拟的。人造卫星在几百千米以上高空飞行,不受领土、领空、地理和气候条件限制,视野广阔,一张遥感卫星照片拍摄的面积可达几万平方千米。在静止轨道上的卫星可“看到”40%的地表,这对通信非常有利,可实现全球范围的信息传递和交换。人造卫星能飞越地球任何地区,特别是人迹罕至的原始森林、沙漠、深山、海洋和南北两极,并对地下矿藏、海洋资源和地层断裂带等进行观测。而且,太空这块风水宝地也是各军事大国竞相抢占的制高点。在20世纪90年代初的海湾战争中,美国就几乎动用了各种类型的军用卫星,首开了世界军事航天史的先河,它标志着陆、海、空、天四维立体战争的时代已经到来。

中国是第五个能独立发射卫星的国家。1970年4月24日,我国用自制“长征—1”运载火箭,在酒泉卫星发射中心,成功地发射了第一颗人造地球卫星——“东方红”1号,它标志着我国在征服太空的道路上迈出了巨大的一步,并跻身于世界航天先进国家之林。

“东方红”1号卫星上装有望远镜、照相机、雷达等多种先进仪器。其中有一部音乐发生器,播送着《东方红》乐曲。

中国的航天事业始于20世纪50年代中期,1967年组建中国空间技术研究院,由周恩来总理直接领导。3年后,我国第一颗人造地球卫星就上天了。经过十几年的努力,我国成为世界上第五个用自制的运载火箭发射人造卫星的国家;并且掌握了人造地球卫星回收技术;还能用1枚火箭同时把3颗人造地球卫星送入地球轨道,是世界上第四个掌握“一箭多星”发射技术的国家。

从1987年开始,我国还用返回式卫星搭载水稻、小麦、玉米、青椒、西红柿、黄瓜、西瓜等作物的种子,在太空经受强辐射、高真空、失重和低温环境的洗礼,诱使它们的遗传基因发生变异,然后在地面上种植。用这样的方式培育出来的作物,生长快,长势好,对加快农业发展具有不可估量的作用。

随着卫星技术的日新月异,卫星种类越来越多,令人眼花缭乱,应接不暇。它们在宇宙“公海”里遨游“淘金”,已为人类带来了万贯财富,我们今日的生活,已经无法离开它。20世纪发明的人造地球卫星,改变了人类社会的思维、工作和生活方式,成为现代社会发展的巨大动力。

激光:人类的希望之光

1958年,美国人肖洛和汤斯发现了激光。两年后,即1960年7月7日,梅曼宣布:第一台红宝石激光器诞生。

如果有人问你,世界上什么光线最亮?你也许会不假思索地回答:太阳光!此话若在50年前回答,也许是对的,至少无人驳倒你。可是现在这样回答就大错特错了。因为有一种光比太阳光表面的亮度还要强10亿倍以上,这就是激光。这种神奇的光,给人类带来了福音,被称为“希望之光”。最早提出激光理论的是爱因斯坦。他于1917年在研究光的辐射过程中,提出了“受激辐射”的概念,奠定了激光的理论基础。但“受激辐射”的理论提出之后的几十年时间里,人们对它的研究并不多。因为在自然界的普通光源中,受激辐射的成分非常少,似乎没有什么实际应用价值。而且谁也无法预言采用什么样的手段就可以改变光源的辐射成分。

1958年,美国科学家肖洛和汤斯发现了一种奇怪的现象:当他们将闪光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象,他们提出了“激光原理”,即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激励时,都会产生这种不发散的强光——激光。他们为此发表了重要论文。

肖洛和汤斯的研究成果发表之后,各国科学家纷纷提出各种实验方案,但都未获得成功。1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

同年7月7日,休斯公司在纽约举行了新闻发布会,隆重地宣布:激光器诞生了!梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来刺激在红宝石色水晶里的铬原子,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度。

时隔一年,1961年8月,中国第一台激光器——“小球照明红宝石”激光器,在中国科学院长春光学精密机械研究所诞生了。它虽比国外同类型激光器的问世迟了近一年时间,但在许多方面有自身的特色,特别是在激发方式上,比国外激光器具有更好的激发效率,这表明我国激光技术当时已达到世界先进水平。这台激光器的设计师是王之江教授,他被称为“中国激光之父”。之后,1975年,我国第一台激光测距仪又研制成功,它的研制成功,为我国大地测量和地震预报研究提供了一种长距离测距的新仪器。1980年,我国首创了医用高功率激光气化肿瘤装置,为治疗癌症提供了一个新手段。1994年,世界上第一张立体图像卡拉OK激光视盘在我国问世。

自从1960年世界上第一台激光器问世以来,激光的家族已进入百花争艳五彩缤纷的时代。甚至有人认为,所有的物质都可能做成激光介质,构成激光器。目前,激光的应用非常广泛,可以说已经渗透到生产、国防、科研、医疗和生活的各个领域。比如,近年来激光手术已经在医学上广泛应用,在颅脑外科手术中,大夫不用刀,而是利用聚焦到针头般大小的激光点来为病人做手术,能够有效地消除神经病变组织,又能避免损伤其周围的神经。机械工业中的激光打孔机可以在无论多么坚硬的材料上打孔。在军事方面,激光最早的应用是激光测距、激光雷达;另外,激光制导武器发展也很快,特别是激光制导导弹、激光制导炮弹和激光制导炸弹。

目前,人们已经利用激光器研究出完全不同于传统照相术的全息摄影,实现了激光光导纤维通讯和空间通讯,连人们梦寐以求的受控核聚变也要靠激光来实现呢。

但是,千万别以为激光很神秘,它早已深入到我们的日常生活之中:在电视机、录像机的遥控器中就有一个红外激光半导体发射器,流行的CD、VCD机也是靠激光二极管来读取光盘上的数字信息的。

20世纪激光的发现和激光器的诞生,是现代科技史上的一件划时代的大事。

断手再植:中国医生的创举

断了的手难以复活,这在20世纪以前几成公论。但在1963年1月2日,上海市第六人民医院的外科医师创造了奇迹,把一只从腕部完全轧断的右手重新接了起来。中国医生的断肢再植创举,为世界的断肢再植手术开辟了成功的道路。

如何能将完全离断而濒于死亡的肢体再植成活,一直是医学界期待解决的难题。过去人的肢体如果完全离断,医生只能缝合残端,再装配假肢。但即使装配最佳的假肢也不能替代原来肢体的功能。从1903年起,一些外科医学家先后对断肢再植进行了研究,但均未获得成功。

1963年1月2日,上海市第六人民医院外科主治医师陈中伟、外科副主任钱允庆等医学专家对一例右前臂下端完全性离断的手再植成功。这是世界上首次报道的临床获得成功的断肢再植手术。患者是一位27岁的男性钳工,名叫王存柏,他的右前臂下端被巨大的落料冲床完全截断。再植手术开始时距受伤时间约半小时。

手术中,医生对右上肢近端和离断端进行常规准备和扩创,并首先为病人接好了手腕部分的骨头,和九根控制手指屈伸的主要肌腱,又用一种新的套接法,把手部的四根主要血管接了起来,保证了手的存活。接着,医生对骨端、肌腱、血管、神经组织修整后,用接骨板和螺丝钉固定挠骨,精心缝合软组织。为防止术后环状挛缩,将皮下组织与皮肤呈“Z”形皮瓣缝合,然后患肢用石膏托固定。这样,终于恢复了已经停止四小时的手部血液循环。术后,医务人员加强护理,注意观察皮肤温度和血液循环等。术后1—3周伤口全部愈合。术后7个月,经技术鉴定,情况良好。再植的手能举重6000克,可执笔书写或执握茶杯等物。

王存柏的手在恢复书写功能后,他马上用受过重创的手写了一行发自肺腑的话:党使我断手复活,中国共产党万岁!毛主席万岁!

同年的11月26日和12月22日,陈中伟和钱允庆又分别做了1例右手掌压断再植手术,均获得成功。他们断肢再植的创举,为世界的断肢再植开辟了成功的道路。

从科学意义上来说,断手再植成功是显微外科发展的成果。1960年,美国贾克勃逊和苏阿锐兹首次在手术放大镜下做血管缝合。1963年,中国医生陈中伟、钱允庆等对前臂远段离断再植成功并有良好的功能,引起学术界的震动,从此中国在这一领域保持领先地位。1966年,上海的医生们在6倍放大镜下进行第一例断指再植成功;1984年,中国人民解放军401医院为1个10指断离病人再植9指全部成活,再创纪录;1986年,第四军医大学附属一院及中国人民解放军89医院各为1例10指离断的病人再植10指,全部成活。

中国医生在这一领域的领先证明了祖国医学界妙手回春的神力。

深海钻探:海底世界真奇妙

1968年8月11日,一艘名叫“格格玛·挑战者”号的科学考察船开始了它的处女航,目的是深海钻探。经过15年的航行,不仅验证了大陆漂移说、板块构造说,而且还有许多重大科学发现。

“深深的海洋,你为何不平静?”人们不仅是这样唱着歌,还用现代科学来摸索海底世界到底有多神奇。

深海钻探是20世纪科学技术史上一项震惊世界的壮举。1957年,美国学者芝克和赫斯首先提出了钻穿地壳取得地幔样品的构想。1961年3月,美国率先在东太平洋海域作了试钻,但在更换钻头时因找不到原钻孔而中止。要钻穿地壳的底面莫霍面,需耗资11200万美元。由于耗资太过庞大,这项“莫霍计划”被美国众议院投票否决。1964年,美国斯克里普斯海洋研究所等单位联合组成了“地球深部取样联合海洋机构”,并于1966年制定了“深海钻探计划”。

深海钻探计划在技术上由“地球深部取样联合海洋机构”具体实施,并专门设计建造了高性能的“格格玛·挑战者”号钻探船。从1968年8月11日开始到1983年11月止,历时15年,“格格玛·挑战者”号钻探船共完成了96个航次,总航程累计达60万千米,在除了北冰洋外的各大洋的624个钻位上钻井共计1092口,取得了岩芯95000余米。

“格格玛·挑战者”号科学考察船通过广泛的考察,证实了埋藏在大洋底下的矿产资源远比埋在陆地下的矿产资源要丰富得多。在墨西哥湾、南极罗斯海区都发现了储量可观的油气;在红海底和地中海底炽热的裂缝里发现了含金、银、铜、铁、铝、锌的多金属软泥。在海底钻探过程中,科学家们将钻头钻入海底后就一根一根地放下钢管,再将这些钢管连同挖取的岩芯一起拉上来。截开后纵向剖开,一半送往美国研究,一半在船上进行分析、检测。世界各国都被深海科学钻探的结果所吸引,并且有越来越多的科学家参加了“格格玛·挑战者”

号的工作。

1983年11月,“格格玛·挑战者”号完成了最后一个航次,正式退役,并由一艘名为“乔迪斯·坚决”号的更先进的钻探船所取代。“格格玛·挑战者”号在15年科学的考察中,获得了多项重要发现,改写了地球演化历史,为海洋科学写下了辉煌的一页。因此它的退役也成为重要事件。

“深海钻探计划”在技术上的突出成就在于:20世纪70年代先后研制成功新的钻孔装置和液压活塞取芯技术,后者能够取得数百米长的原状岩芯样品,为高精度的古气候学和古海洋学研究奠定了重要基础。

“深海钻探计划”的实施为验证和发展板块构造学说立下了丰功伟绩,并重现了中生代以来古大洋环境的演变,从而创建了古海洋学等新学科。

今天,海洋的奥秘仍是各国科学家关注的焦点,海洋永远是个迷人的世界。

智能机器人:像人一样聪明

如果将来有一个智能机器人国,那么,1968年应当是特别值得纪念的建国年。

1968年,美国斯坦福研究所研制出了世界上第一台智能机器人,这就是第三代机器人(第一代机器人属于示教再现型,第二代机器人则具备了感觉能力),它不仅具有感觉能力,而且还有独立判断和行动的能力。

这台智能机器人用三个轮子当脚,装有“猫胡须”式的触觉传感器,用电视摄像机当眼睛,头上装有天线,由大型电脑通过天线进行遥控。为了测试这台智能机器人的智力,斯坦福研究所对它进行了一次有趣的试验。他们在房间中央放了一个平台,在台上放了一只箱子,同时在屋角放了一块斜面板,然后命令机器人爬上平台,将箱子推下来,一直推到门外。机器人接受指令后就开始迫不及待地到处找箱子。一开始,它想尽了办法都无法登台,只好围绕着平台乱转。20分钟后,它终于看到了屋角的斜面板,于是高兴地跑过去将斜面板推到平台前,沿着斜面板登上了平台,把箱子推下来,并一直推到门外,顺利完成了人们交给它的任务。

这一次实验证明,这台智能机器人的智力已经达到了大猩猩的智力水平,但仍属弱智一类。

然而,它的真正意义在于,表明了智能机器人的时代已经来临。今天的智能机器人已经在许多方面具备了人类的特点,并步入了高智能的行列。

1984年,日本早稻田大学工程系主任加藤一郎研制出了“瓦伯特”2号音乐家机器人,智商相当于5岁的孩子,它同著名的日本NHK广播乐团同台演出了流行歌曲《玻璃苹果》,得到了满堂喝彩。

智能机器人最动人之处在于它能听、能看、能说、能判断环境状况,并且有记忆、推理和决策的能力,有摄像机、测距系统和图像处理器组成的视觉系统。今天智能机器人已经渗透到人类生产、生活的各个领域中,除了工农业生产外,机器人还可以给人看病、做饭、下棋、作画等。