校本课程--现代科技

前言——呼风唤雨的世纪20世纪是一个呼风唤雨的世纪。是谁来呼风唤雨呢？当然是人类；靠什么呼风唤雨呢？靠的是现代科学技术。在20世纪一百年的时间里，人类利用现代科学技术获得那么多奇迹般的、出乎意料的发现和创造。正是这些发现和创造，使人类的生活大大改观，其改变的程度超过了人类历史上百万年的总和。人类在上百万年的历史中，一直生活在一个依赖自然的农耕社会。那时没有电灯，没有电视，没有收音机，也没有汽车。人们只能在神话中用“千里眼”“顺风耳”和腾云驾雾的神仙，来寄托自己的美好愿望。我们的祖先大概谁也没有料到，在最近的一百年中，他们的那么多梦想纷纷变成了现实。20世纪的成就，真可以用“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”来形容。20世纪，人类登上月球，潜入深海，洞察百亿光年外的天体，探索原子核世纪的奥秘；20世纪，电视、程控、因特网以及民航飞机、高速火车、远洋船舶等，日益把人类居住的星球变成联系紧密的“地球村”。人类生活的舒适和方便，是连过去的王公贵族也不敢想的。科学在改变着人类的精神文化生活，也在改变着人类的物质生活。

1923年，英国数学家、哲学家伯特兰·罗素说：“归根到底，是科学使得我们这个时代不同于以往的任何时代。”八十多年后，这段话依然适用。回忆20世纪的百年历程，科学确实创造了一个又一个神话，为人类创造了比以往任何时代都要美好的生活。在新的世纪里，现代科学技术必将继续创造一个个奇迹，不断改善我们的生活！目录TOC\o"1-3"\h\u16536第一章多姿多彩的现代生物技术27706第一节新“借腹生子”的故事——神奇的胚胎移植技术51123第二节保存在“冰柜”里的生物——胚胎冷冻技术创造奇迹817582第三节小小的细胞怎样就变成了动物——话说克隆技术117079第四节按照图纸设计制造植物——植物基因工程1332729第二章信息技术1220第一节人类大脑的助手——电脑1726760第二节遍布全球的网2115796第四节一根纤维，亿万信息——光导纤维和光导通信272277310261第三章航天技术与空间资源开发6584第一节“嫦娥奔月”不再是神话故事328888第二节天气预报的千里眼——气象卫星与遥感技术3515659第三节未来的外星采矿——九重天外的月球基地408172第四章激光技术10761第一节奇妙的光束——激光4223168第二节为人类造福的工具——激光技术4327362第五章蓬勃兴起的新型材料27098第一节“超微粒”材料——纳米材料4530678第二节有奇特功能的合金——“形状记忆”合金4818895第三节我们超导这些年5011918第四节比金属还硬的陶瓷——精密陶瓷5722274第六章能源新技术25982第一节取之不尽的能源——太阳能5916048第二节威力最大的能源——原子能624253第三节最廉价的能源——地热6532764第四节五颜六色的风车——漫谈风力发电6718784第七章海洋技术4576第一节海洋测量船7018633第二节海洋卫星7314211第三节潜水器768937第四节——海洋资源的开发78第一章多姿多彩的现代生物技术我国童话中有个《宝葫芦》的故事。“宝葫芦”是一个万能的宝贝，善良的人们要什么，他就能给什么，可谓让人梦想成真。童话终归是童话，世上哪有如此好的宝葫芦呢？然而，在人类跨入21世纪的今天，科学家们应用现代生物技术，创造出许多动物、植物新品种，不仅使自然界更加绚丽多彩，而且给人类带来了巨大的物质财富。这种现代生物技术，不正像童话中的宝葫芦吗？现代生物技术所具有的巨大应用价值，已经备受人们的关注。近年来，生物高新技术产业迅猛开展，它必将以自己的成就，在21世纪再创辉煌。宝葫芦的故事从前，有个货郎，家里很穷，父亲去世早，全靠他挑货郎担赚几个钱养活老母。他忠厚老实，待人和气，他跑一天，赚的钱换米，也只够他娘俩吃的。有一天，他见一群孩子正拿着一只小鸟玩，眼看小鸟快被摆弄死了，货郎心里很可怜它。他拿出一把糖果，分给孩子们，说：“你们快把小鸟放了吧！看，快要死了。”孩子们分了糖，就把小鸟放开了。他把小鸟拿回了家，给小鸟拿来了米，又到菜园捉了几个虫子让小鸟吃。不到半月，小鸟就好了。他把小鸟放在手掌上，说：“小鸟啊！现在你能飞了，我就放你走吧！”小鸟听了，掉了几滴眼泪，又喳喳叫了两声，就飞走了。过了两个月，这只小鸟飞回来了，嘴里衔着一个凹腰葫芦，落在他肩上，叫了三声：“缺啥要啥！”把葫芦丢下，就飞走了。原来，这只小鸟是西王母娘娘的青鸟。它去青峰山传送旨意，回来时误坠人间，不幸被几个淘气的小孩捉住了，几乎丧了命，多亏货郎搭救才脱离危险，它为了报答货郎的恩情，就送了个宝葫芦。货郎想想小鸟临飞走时的叫声，就说：“我缺啥呢？就缺个伺侯母亲的媳妇。”话音刚落，就从葫芦里地走出个漂亮的媳妇。她用手一挥，一所漂亮的瓦房起来了；又一挥手，东西配房起来了；再一挥手，大门和院墙都有了。她又掀起裙子一抖，黄粮小米就满缸满囤了。这样，一家三口过着幸福的日子。日子没过多久，大祸就临头了。一天，当地的一个太守来到这里，看见这所漂亮的院子，就一心想霸占这个房子。派衙役把货郎绑起来，带到官府去了，硬说这房子是偷了人家的东西盖的。货郎为人正直，不会说谎，便把媳妇盖房子的事照实说了。太守半信半疑，心想：“我先把货郎放回去，让他三天之内，在院子周围挖一条小渠，修座小桥，如果他媳妇能办到，那个小庄园不就更好看吗？那时，我再想法把院子和媳妇一块弄到手。”于是，他就把货郎放了。货郎回到家里，满面愁容，媳妇问：“你今天咋恁不快乐？”货郎就把太守的话说了一遍。媳妇说：“我当出了啥大事呢，这点小事还不容易！”到了晚上，等货郎睡了，她就摇了三下凹腰葫芦，小青鸟就飞来了，她让小青鸟去群玉山借王母娘娘的银簪。一会儿银簪借来了，她绕着院子划了一圈，院子四周顿时出现了一道小河，她又向青鸟借了几根羽毛，搭起座小桥。然后把银簪交给小青鸟，让它给王母娘娘送去了。天亮后，媳妇叫醒货郎，让丈夫去看。货郎正夸奖媳妇的手艺，见太守带着随从来了。太守一计不成，又施一计，他把货郎叫到跟前说：“限你三天期限，在小庄园后面弄座青山，否那么，就把你媳妇嫁给我。”货郎听了，知道这是成心难为他，便去告诉媳妇。媳妇说：“这不难，你放心好了。”三天期限到了，太守领着人马来了，他看到庄园后面的青山环抱庄园，苍松翠柏，实在眼馋，但自己出的孬点子都落了空，咋办哩？他贼眼珠子一转说：“这两件事你都办成了，第三件事你如能办到，就不判你的罪了。”货郎问：“哪三件啊？”太守说：“你能马上弄个‘可笑’来吗？”货郎想：“天哪！谁见过‘可笑’是啥样的？”货郎对太守说：“小人办不到啊！”太守说：“那你就把你媳妇和庄园都交给我吧！话音刚落，货郎媳妇就跑过来说：“我办得到！可你得依我两件来。”太守问：“啥事啊？”货郎媳妇说：“第一，要让你的兵排成两队站在桥上不许动。第二，要你一个人看‘可笑’。太守容许了。货郎媳妇跑进屋里，端来了一个烧得通红的鏊子，往太守眼前一放，说：“大人请看，‘可笑’就在这里边呢！”太守弯下腰一看，只见鏊子里有一个漂亮姑娘，太守说一声“可笑”，这姑娘就朝她一笑。太守越看越动心，不由自主地伸长脖子去亲吻姑娘。他刚一触到鏊子面，“哧啦”一声，把他的胡子烤着了。货郎媳妇忍住说道：“老爷，这是可笑吧！”太守捂着嘴道：“可笑，可笑，真可笑，一嘴胡子全烧焦。”说完，就跑到水边用水洗他烤痛的脸。谁知，还没捧到水，他就被一条龙张嘴咬住，拖下水去了。太守的兵丁见太守没了，便要跟货郎算帐。等那伙人冲过来时，货朗媳妇顺手收起了搭桥的青鸟羽毛，兵丁们就一个个落到水里去了。太守和兵丁被淹死，货郎一家也就过上了安稳的日子。第一节新“借腹生子”的故事——神奇的胚胎移植技术在人们的日常食物中，奶及奶制品是容易被人消化吸收且营养价值高的食品之一。要提高人们对奶类食品的摄取量，就必须大量的饲养奶牛或加大优良奶牛在羊群中的比例。不同品质的奶牛其产奶量也不同，优秀奶牛个体305天的产奶量是10000千克，普通奶牛的是3000千克。由此可以看出，优秀奶牛个体的产奶量是普通奶牛个体产奶量的3倍多，在牛群中加大优秀奶牛个体是最经济的做法。但奶牛是一个繁殖速度非常慢的动物，通常一年一胎，一胎一犊，即使通过艰苦努力培养出了优良奶牛，要在很短时间内大量增加其在群体中的数量，用常规的方法是很难办到的，于是科学家想出了一个“借腹生子”的方法来迅速加大优质奶牛及其后代在群体中的比例。“借腹生子”要靠神奇的胚胎移植技术来实现，它可以是每头奶牛一年的产犊数到达50头，相当于常规状态下一头母牛50年的产犊总和。1980年，英国科学家从母牛体内取出卵母细胞，培养成胚胎，被称之为“试管牛”。1982年，前苏联科学家用母牛的卵细胞在试管中进行人工授精并把一个胚胎切割成几个，移植到不同的受体母牛体内，胚胎的成活率为15%，并在次年产下一头犊牛。利用胚胎移植技术使得优良个体奶牛的繁育速度大大加快。在美国，有60%-70%的母牛是采用此项技术培育出来的。过去要饲养2800万头奶牛才能满足人们用奶的需求，现在只饲养1100万头奶牛就够用了。饲养量下降了60%，而这些奶牛的“父亲”只有100多头，平均每头公牛有后代10000多头。1983年，我国台湾以为研究生在英国学习期间成功地用胚胎移植技术培育了4只小猪。1985年，波兰的科学家将马的胚胎采集后冷冻，再移植到另一匹马体内获得成功。1987年，美国科学家将一频临灭绝的猫的卵子取出进行移植，获得了3窝珍贵品种的子猫。自从20世纪70年代我国开始进行胚胎移植技术的研究以来，奶牛的胚胎移植技术开展最快。目前，我国胚胎移植牛的受胎率可达50%，每头供体母牛平均可以获得5-9枚可用胚胎，并且有很多动物的胚胎移植技术已经研究成功，如兔、山羊、猪、马等。分割的胚胎分割的胚胎牛的胚胎移植技术第二节保存在“冰柜”里的生物——胚胎冷冻技术创造奇迹胚胎冷冻技术是胚胎长期保存的一种方法，它是将胚胎贮存在零下196的超低温条件下保存。这是20世纪70年代试验成功的一项新技术，也是胚胎移植技术中的重大突破。这项技术的优点是：能使胚胎不受时间、地点的限制，扩大了胚胎移植技术的效率，还能长期保持生物的基因，是一种既方便又可靠的保种方法。我们知道，生物的品种不同，生长特性是不同的，外貌特征也不同，这是由于它们的基因排列不同而造成的。因此，一个品种就是一个基因库，这些基因库就是很大的财富，我们保存生物实际上就是保存它的基因库。现代保种技术就是将不同品种的生物胚胎大量冷冻起来，放在冰柜里保存，需要时再将它取出来。基因工程又称“遗传工程”。提到“工程”，很容易让人联想到建房子之类的事情，实际上这种联想非常正确，只不过这里建的不是房子，而是新的生物体，用的不是砖瓦，而是基因而已。基因〔遗传因子〕是遗传变异的主要物质。基因支持着生命的根本构造和性能。储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡过程的全部信息。生物体的生、长、病、老、死等一切生命现象都与基因有关，它也是决定生命健康的内在因素。基因库是一个种群内所含有的全部基因。目前，我国已经将大熊猫的胚胎进行冷冻，这对挽救频临灭绝的生物不是一个重大的奉献吗？据新华社消息，世界级濒危物种大熊猫走出濒危困境已让人们看到一线曙光。不久前，我国科学家成功克隆出大熊猫的早期胚胎，从而向克隆大熊猫这一目标迈出了坚实的一步。据悉，中科院动物研究所研究员陈大元率领的研究小组，通过将大熊猫体细胞植入去核后的兔子卵细胞中，成功地培育出了大熊猫的早期胚胎。专家认为，大熊猫早期胚胎的成功克隆，意味着克隆大熊猫的第一个关键性问题得到解决。也就是说，通过异种克隆技术，大熊猫的体细胞能够在异种的去核卵细胞中去分化，重获全能性，经过卵裂得到早期胚胎。这也充分说明，从技术路径上看，利用异种克隆技术拯救濒危动物是可行的。大熊猫是我国特有的一种珍贵哺乳动物，其历史可以上溯到800万年前的始熊猫。据估算，其数量目前已减少到大约1000只左右甚至更少，被有关国际组织列为世界20大濒危物种之一。尽管人们从60年代起就开始采取人工授精等方式抢救大熊猫，但是一直到今天，大熊猫的繁殖成功率仍然很低，加上大熊猫的精子和卵子资源有限，使科学家开始探求运用克隆这一新方法来繁育和挽救大熊猫。据悉，陈大元率领的研究小组下一步将就克隆大熊猫过程中的第二个关键性问题———胚胎“着床”全力进行攻关。睡在树上的大熊正在进餐的大熊猫北京2008年奥运会桔祥物第三节小小的细胞怎样就变成了动物——话说克隆技术《西游记》里的孙大圣，紧急关头常常把下一把毫毛，再吹一口气，毫毛立刻变成了一群和自己一模一样的孙悟空。这当然是神话，不过用今天的科学名词来讲，那就是孙悟空能够快速地克隆自己。我们知道，高等动物一般要通过雄性和雌性生殖细胞的结合，才能繁衍后代，人们把这种繁殖叫做有性繁殖。换句话说，每只动物都有自己的爸爸妈妈。如果不经过两性细胞结合而直接繁衍后代，就叫无性繁殖，也称克隆。许多植物都有先天克隆的本领。例如，从一棵大树上剪下几根枝条插进土里，枝条就会长成一株株活泼可爱的小柳树；把马铃薯切成许多小块种进地里，就能收获许多新鲜的马铃薯；把仙人掌切成几块，每块落地不久就会生根，长成新的仙人掌……此外，一些植物还可以通过压条或嫁接培育后代。凡此种种，都是植物的克隆。一些单细胞微生物，如细菌，经过20分钟左右的时间，就可以一分为二，再分为四个、八个……这就是低等生物的克隆。那么，高等生物可不可以克隆呢？从20世纪开始，科学家在这方面进行了卓有成效的研究。1996年，英国科学家成功地克隆出了世界上的一只克隆羊。这是一项了不起的成就，轰动了当时的科学界。科学家借用一名乡村歌手的名字，给这只克隆羊起名为“多利”。多利羊克隆技术是一项可以造福于人类的科技成果。人们将克隆技术与其他科技成果结合，可以根据需要培育出优质、高产的粮食、蔬菜新品种；也可以培育大量品质优良的家畜，大大提高了饲养效率。克隆技术还可以挽救一些濒危物种，让一些濒临灭绝的动物免遭厄运，从而调节大自然的生态平衡。人们利用克隆技术能够培植人体的皮肤进行植皮手术；能够“制造”出人的耳朵、软骨、肝脏和心脏等人体“配件”，一旦病人需要，就能重新“装配”……神奇的克隆技术正向人类展示它诱人的前景。第四节按照图纸设计制造植物——植物基因工程我们知道，植物体的每一个性状都是由遗传基因控制的，如果遗传基因发生突变或导入新的基因就会引起性状的改变。转基因植物是基因组中含有外源基因的植物。它可通过原生质体融合、细胞重组、遗传物质转移、染色体工程技术获得，有可能改变植物的某些遗传特性，培育高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等的作物新品种。自从1983年首次获得转基因植物后，至今国际上已有30个国家批准数千例转基因植物进入田间试验，涉及的植物种类有40多种。种植的转基因植物种类主要有大豆〔占54％〕、玉米〔占28％〕、棉花〔占9％〕、油菜〔占9％〕，马铃薯、西葫芦和木瓜的比例都小于1％。按转基因植物的性状划分，抗除草剂占71％，抗虫占22％，抗虫兼抗除草剂占7％，抗病毒和其他性状转基因植物的比例小于1％。转基因大豆转基因玉米转基因棉花我国转基因植物的研究和开发取得了显著的进展，有些研究已经到达国际先进水平。据1996年国生物技术学会统计，我国投入研究和开发的转基因植物达47种，涉及各类基因103种。近年来有近20种转基因植物进入了田间试验或环境释放阶段。至1999年，农业部批准可进行商业化生产的国内研制的转基因植物有抗虫棉花、改变花色的矮牵牛、延熟番茄、抗病毒的甜椒和番茄等。转基因作物虽然可以提高作物产量和品质，促进粮食的生产，但也会带来环境和生态的风险与危害。首先转基因作物携带了非自然的作物基因，可能对人体健康产生一定的影响。另外，转基因植物会改变自然生态平衡，某些害虫的灭亡可能导致其天敌找到不食物。如何区分转基因大豆由于转基因大豆，培育目的是抗虫，抗药，所以分辨方法应该从这一特点出发，一般非转基因的大豆，偶尔能看到虫蛀的痕迹。另外，非转基因大豆，如果保存不善也容易生虫，而转基因的大豆通常形态整洁，几乎看不到任何虫蛀痕迹。再有，难以通过发芽方法分辨，是否非转基因，因为世界范围内广泛种植的RoundupReady转基因大豆,其母本是经过育种而成的高含油量的大豆株系A5403(目前也有以其他株系作为母本的转基因大豆)可见转基因和非转基因的种子都可以发芽。现代生物技术与生物武器生物战争本身并不是一种新战争。古代就有许多根据流行病学知识使用生物武器的例证。第一次世界大战期间，化学战比拟突出，生物战只有零星的报道。第二次世界大战中，使用生物武器的主要是日本，受害者主要是中国。美国的约翰鲍韦尔〔JohnW.Powell〕曾根据大量档案资料揭露日本关东军侵占我国东北期间在哈尔滨附近进行人体细菌试验的大量事实和1940年秋用飞机在浙江的宁波、金华和湖南的常德进行的生物战试验。抗美援朝战争中，美国也曾利用日本的细菌战犯研究和制造细菌武器，并屡次在中朝军队被俘人员中秘密进行试验。1952年上半年，美军对朝鲜北方和我国东北大局部地区实施了大规模的细菌战争。经检验说明，美军使用的生物战剂有鼠疫杆菌、霍乱杆菌、伤寒杆菌等10多种。1984年的两伊战争中，伊拉克联合使用生物战剂〔一种霉菌毒素〕和常规化学战剂对伊朗的马伊农岛进行攻击，使5000多名士兵受伤，死亡率约为15％。70年代后，重组DNA技术的诞生使许多国家看到了这项技术的军事应用的潜在价值，生物武器的研究再次引起世人的关注。重组DNA技术军事应用的潜在价值主要表现在：①重组DNA技术能较容易地把一些非致病的有机体改造为极毒的使敌方毫无所知的生物战剂；②过去传统生物战剂不易贮藏和战时应用不稳定等缺陷可以通过重组DNA技术得到令人满意地解决；③对一些无力开展核武器的国家来说，重组DNA技术使生物武器成为一种越来越有吸引力的替代武器。正是由于这些潜在的价值，一些国家的军界对生物技术研究给予极大的关注。为什么有如此多的国家对开展生物武器感兴趣？原因就在于生物武器与传统武器相比有许多优点，概括起来主要有：①本钱低廉，而且容易制造。联合国化学生物武器专家的报告指出：为杀伤敌人进行一次大规模的袭击，每1平方公里所需要的费用分别是：常规武器为2000美元，核武器为800美元，化学武器为600美元，而生物武器仅为1美元。虽然这种估计可能是粗略的，但生物武器的本钱比其他武器廉价是可信的。甚至有人宣传，生物武器是穷人的原子弹。②使用方便，而且杀伤力大。使用者可以通过多种方式，如人工、飞机、导弹、火箭等，把经过遗传工程改造过的细菌，带有细菌的昆虫和带有致病基因的微生物投入敌国的主要河流，城区或交通要道。杀伤力大主要表现为单位重量的杀伤面积大。联合国《化学和生物武器及其可能使用前景》一书中，列举了这样一组数字：核武器〔百万吨级〕的有效杀伤面积为300km；化学武器〔15吨神经毒素〕的有效杀伤面为60km；生物武器〔10吨〕的有效杀伤面积为100000km。这充分说明生物武器杀伤力之大。③保密性能好，而且难防难治。一个生物武器工厂，外表上可能是从事食品、药物和疫苗的生产，但它实际上可能是在生产生物武器，或者说它实际上也许是在生产药品、疫苗，但它却很容易地转为生物武器的生产，而不需要添加任何设备，所以很难检查。所谓难防难治，是由于经过现代生物技术改造过的病毒或病菌基因，只有制造者才知道它的遗传密码。一旦被基因武器伤害，受害方就难以找出有效的救治方法，而且无法制造出有效的疫苗和药物加以防疫和治疗。可以说，生物技术的开展已经为生物战争准备了足够的技术和知识，应用的钥匙，就掌握在人类自己的手中。随着对生物武器研究的各种猜想日益增多和生物防御研究的兴起，对生物技术研究进行核查的呼声日隆。世界卫生组织和美国科学家联合会也在设法使这种核查成为可能，以便对疾病的蔓延无论是人为造成的，还是自然发生的进行监控和迅速作出反响，并旨在通过核查措施，包括从科技文献的监控，到潜在的生产区域如实验室、发酵厂和制药公司之类的现场核查，以加强《禁止细菌〔生物〕及毒素武器的开展、生产及储存以及销毁这类武器的公约》的有效性。但这些提议却遭到一些生物学家的反对。反对者认为，这些措施有可能导致技术秘密和专利信息的泄漏。在科学技术的发现和创造优先权的竞争日益剧烈的环境下，生物学家的这种信息保密意识是可以理解的。但不管怎样，就生物武器的开展形势来看，有核查制度总比完全没有核查制度要可取得多。条约，核查以及病原体交易的控制都是生物武器控制的有机组成局部。这些制度的实施还需要工业组织，尤其是兴旺国家的工业组织真诚的配合。这是人类和平事业的需要，生物学家应以此为己任，使自己的研究成果真正地造福于人类。第二章信息技术信息技术是用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，也常被称为信息和通信技术。第一节人类大脑的助手——电脑计算机是信息社会的重要支柱，它能完成人们难以完成的大量工作，因此称之为电脑。我们知道，人类是靠大脑进行思维的，那么电脑能思维吗？如果电脑能像人的大脑一样思维，那才是名副其实的电脑呢！如何使计算机成为电脑就是人工智能的任务。有一种机器人，除了像人一样有眼、耳、口、手、脚以外，还像人一样有感觉，能思维，会运动，人们称它为“智能机器人”。智能机器人的“眼睛”是电视摄像机，“耳朵”是传声器。在计算机的控制下，“眼睛”可以看清周围的环境，区分出工作对象的形状和颜色，“耳朵”能听懂人的命令，明白人想让它做什么。它的“口”，不但能按事先编制的程序说话，而且能应付一般性的对话。它的“手”，有灵活的指、腕、肘和肩胛关节。手指上装有灵敏的传感器，手指能自由开合，会感觉到抓东西用多大的劲儿才适宜。它的手腕能摆动、回转，手臂能抬举、弯曲。人手的复杂动作，它几乎都会做。还有，它装上了两条或四条腿后，就能平稳地负重走路，实用价值就更大了。

智能机器人靠什么来认识事物、进行工作呢？靠“大脑”。它的“大脑”是编有高级程序的电子计算机。有了它，机器人的眼、耳、口、手、脚才能发挥作用；有了它，机器人才能灵活地适应环境、条件的变化，借助储存的资料及时作出判断，去完成主人交给的任务。

随着科学技术的突飞猛进，智能机器人将越来越广泛地被各个部门使用。在茫茫宇宙，机器人登上月球，揭开月球那神秘的面纱；继而飞上火星，探测火星是否有生命存在的迹象。机器人在太空中游弋〔ｙì〕翱翔，真是大显身手。在浩瀚的海洋，机器人可以潜入深水，探宝藏、擒油龙、找黑匣，上下求索，成为人类开发海洋的生力军。

在工厂、矿山，机器人也有着极为广阔的用武之地。它们能干最苦、最累、最危险的工作，电焊〔ｈàｎ〕、电视装配、采煤、搬运、清道，到处都有它们勤劳的身影。在农村，机器人可以种植树木、灌溉田地、采摘水果、收割庄稼、挤牛奶、剪羊毛、喂牲畜〔ｃｈù〕……它们披星戴月，辛勤耕耘，成为第一代“铁农民”。机器人还将走向社会，参加人群。不但有效劳周到的售票机器人，还会有“嘴”巧“手”勤的家庭效劳机器人，它能按主人的指令做事。主人上班后它会用吸尘器扫地，用洗衣机洗衣服，会接、记事。它还会给摇篮里的婴〔ｙīｎｇ〕儿喂牛奶，会哼催眠曲。它会去厨房做饭烧菜。门铃一响，它会开门迎接主人。遇到危险，它还会报警，保卫主人的平安。还有的机器人，才华横溢〔ｙì〕，能歌善舞，机灵乖巧，能说会道。有的成为棋坛怪杰、书画大师、体育能人，有的成为医学博士、手术专家、护士小姐。在当今打击恐怖〔ｂù〕活动的斗争中，我国又成功地研制了第一代智能化反恐防爆机器人。这种机器人可以攀爬角度小于35度的斜坡和楼梯，可以自由地钻洞，可以跨越0.4米高的路障，可根据使用要求装备爆炸物销毁器、连发霰〔ｘｉàｎ〕弹枪及催泪弹等各种武器并完成相应的指令，从而给恐怖分子以沉重的打击。总之，智能机器人将在现代社会的各个领域〔ｙù〕，按照人类的意愿，发挥越来越重要的作用。想要一个省心的，能帮助你的机器人吗？美国科学家最新研制了一种“机器人大脑”，这是一种大型计算机系统，它将成为人类的最正确助手，便于人类应用日常生活中的各种机器设备，以及处理家务杂活。只要通上电源，机器人大脑将成为一个“中心知识效劳器”，任何机器人可以访问这些公开的网络资源。当前它可以下载和处理10亿张照片，12万段YouTube视频信息，1亿份指南文档和应用手册。机器人大脑可以挑选与目标相关的照片，再将图像和视频与文字建立连接，从而有助于分析识别目标，以及如何操作使用它。同时，机器人能够理解人类的语言和行为。研究负责人指出，机器人大脑是一个大型运算系统，可以通过网络资源、计算机模拟和真实机器人实验，学习和掌握相关信息资源。相关应用涉及机器人研究、家用机器人和自驾租车等，机器人大脑提供的信息将以适用机器人的格式翻译和存储起来，当机器人需要使用时，将启用这些信息。机器人大脑可作为家庭、办公室和工厂的得力助手，它们需要理解人类的世界如何工作运行，以及人类的行为表现。机器人研究员通过机器人大脑，现已教会机器人一些操作：如何找到你的钥匙、倒一杯饮料、放好餐具，以及不要打断两个人之间的谈话“机器人大脑”美国康奈尔大学计算机科学副教授阿苏托什-萨克塞纳(AshutoshSaxena)说：“笔记本电脑和可以访问我们希望获得的任何信息，如果机器人遇到未知情况，它可以像云端‘机器人大脑’查询相关信息。”计算机〔computer〕俗称电脑，是一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。计算机创造者约翰·冯·诺依曼。计算机是20世纪最先进的科学技术创造之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速开展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域，已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变革，计算机已普及一般学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。计算机的应用在中国越来越普遍，改革开放以后，中国计算机用户的数量不断攀升，应用水平不断提高，特别是互联网、通信、多媒体等领域的应用取得了不错的成绩。1996年至2009年，计算机用户数量从原来的630万增长至6710万台，联网计算机台数由原来的2.9万台上升至5940万台。互联网用户已经到达3.16亿，无线互联网有6.7亿移动用户，其中上网用户达1.17亿，为全球第一位。计算工具的演化经历了由简单到复杂、从低级到高级的不同阶段，随着物理元、器件的变化，不仅计算机主机经历了更新换代，它的外部设备也在不断地变革。第二节遍布全球的网在如今的日常生活中，互联网这个词已经频繁出现在我们的交流中，互联网始于1969年的美国。又称因特网，网际网路，根据音译也被叫做因特网、英特网，使用互联网可以将信息瞬间发送到千里之外的人手中，它是信息社会的根底。信息是社会的珍贵财富，快速传递信息需要先进的通信技术，以计算机和现代通信技术密切结合为特色的“信息高速公路”建设正在世界各国掀起高潮。信息高速公路信息高速公路就是把信息的快速传输比喻为“高速公路”。所谓“信息高速公路”，就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络。其速度之快，比目前网络的传输速度高1万倍；其容量之大，一条信道就能传输大约500个电视频道或50万路。此外，信息来源、内容和形式也是多种多样的。网络用户可以在任何时间、任何地点以声音、数据、图像或影像等多媒体方式相互传递信息。现代人足不出户，即可输入网络，处理自己的生活、工作等事情菏泽淘宝村:九成村民开网店近万人致富山东曹县大集乡地处县城东南部15公里处，地理位置比拟偏僻，是一个传统意义上的农业乡镇，日出而作，日落而息，许多人心中，这就是中国广阔农村的缩影。看到农民们披着晨曦生起炊烟，听到鸡叫声，就知道一天开始了。东方露出鱼肚白，一副辛勤劳作的巨大画作就此拉开帷幕。不过，与其他地方的农村相比，这里的劳作似乎又有所不同。电商兴乡从外部看，曹县大集乡似乎确实和其他传统农村没有什么分别，不过，当走进这里的一个个村，每个人都会被它内部的勃然生机所震撼。而这震撼，又并非来自自然的田野和土地。在丁楼村，27岁的任安莹是个外表文静的小姑娘。恬静淡然，话也不多，这是很多人对她的第一印象。但这个小姑娘，却有着让人意想不到的决心和勇气。任安莹原来是华南师范大学生物化学系研究生，却在研究生二年级时毅然放弃学业，回家帮助父亲迅速翻开了产品网上销路。考虑到未来的就业前景，任安莹只是淡淡地说了一句：“我的专业，还不如开网店好就业，所以我就放弃了学业。至少现在看来，这个决定还没有什么问题。”今年已经年过六十的任庆永，原来开设杂货铺，每年收入只有2万元左右。而当他学会了电脑操作后，立马转而帮助开服饰加工厂的儿子经营网店，年收入也一跃而成12万元。当看到花甲之年的农村老大爷现场熟练地打出“亲，你好”的字样时，不禁让人震撼和感慨。原来，自2013年初以来，电子商务经济如星火燎原般在大集乡开展壮大。而在2013年的12月27日，在浙江丽水举办的首届中国淘宝村顶峰论坛上，大集乡的丁楼村、张庄村同时被授予“中国淘宝村”的称号。自此，大集乡成为当之无愧的“中国淘宝村”之乡。“淘宝”战场截至目前，丁楼村300户家庭有280户开设淘宝网店，占全村总户数的90%以上；400余户的张庄村，全村80%以上的人员从事网络营销……这是一组大集乡的统计数据，闻者惊心，一个普普通通的乡村居然会有这么多人走开淘宝网店的路子，这究竟是缘分还是巧合？原来，在上世纪90年代初丁楼村个别村民开始从事影楼生意。2010年底，个别村民试探性地在淘宝开设网店，结果订单纷至沓来，让这群面朝黄土背朝天的农民看到了此中商机，欣喜不已。于是周边亲友不断被吸引参加，带动了生产规模的急速扩大，最终形成以开淘宝网店为主的村落。目前，在丁楼村、张庄村的辐射带动下，周边村庄迅速跟进、积极响应并形成集群之势。有一名老大爷边摆放着自家门口大大小小的编织打包袋，边和几个工人一起把这些袋子送上运货的三轮车说：“真不容易，现在虽然每天很累，但是比过去赚得多多了，家里人手不够使，连俺也得上阵干活，但是俺乐意。”只要身在“淘宝村”，家家户户门口都是这样热火朝天的景象。一句乐意，道出了大集乡许多从事电商农民的心声。“虽然每天都很累，但是我赚得不少，现在怎么也算个老板了吧？”大集乡鼎鼎服饰的丁培玉告诉记者，“短短几年，我的生意就做起来了，而且做得不赖。现在我的公司年产值大概在700多万左右，净利润在60-70万。虽然去年收成不好，但是产值也有500多万，算凑合吧。”组团升级目前，在大集乡已有近万名村民从事服饰加工和网络营销，已形成较大型的加工户480余户，可生产演出服饰1000余种。全乡从事网络营销2600余户，开设淘宝网店近5500个。截至2013年，先后注册了服饰72家，其中曹县乔尚服饰注册了商标，成功入驻了天猫商城，另有8家企业把注册商标、入驻天猫商城列入了企业开展方案。大集乡淘宝产业商会于2013年11月20日正式挂牌成立。仅2013年全年，全乡演出服饰销售额就到达了近2亿元的数字，淘宝产业已成为大集乡的支柱产业之一。在大集乡电子商务迅猛开展的吸引下，国内著名物流公司如申通、顺丰、优速、圆通等迅速抓住拓宽业务的先机，纷纷在大集乡“安营扎寨”。驻村效劳物流公司从以前的1家迅速增长到现在的13家，其中申通快递在2013年更是在大集乡营业额超过了450万元。这一个个令人惊讶的数字，其实都是大集乡演出服饰加工电商化进程中的一个缩影。农村电子商务经济展现的强大生命力，而电商的开展规模，更是给所有人带来强烈的观念冲击。当大集乡党委、政府看到了走电商之路给当地经济开展带来的巨大好处之后，纷纷制定和采取培育开展优惠政策，为斗志昂扬的电商型农民们“扬鞭开道”。第三节信息来自云天外——卫星通讯2013年6月20日上午10时许，全中国的中、小学生“享受”了一场中国女航天员王亚平的太空授课。当时新闻报道标题是“太空授课教具上天花费35万外媒再提中国威胁论”。虽然国外的媒体有点儿“神经过敏”。但40分钟高质量的天地通话，确实说明我国的卫星通信技术有了长足的进步！卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。这儿提到的中继站大家可能觉得有点不理解。其实，你把它想象成信号的“长途汽车站”就可以了！信号可以在中继站“加加油”，跑得更远，或者改变“旅行的方向”。卫星接收站卫星通信简单地说就是地球上〔包括地面和低层大气中〕的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两局部组成。卫星通信的特点是：1.通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；2.不易受陆地灾害的影响〔可靠性高〕；3.只要设置地球站电路即可开通〔开通电路迅速〕；4.同时可在多处接收，能经济地实现播送、多址通信〔多址特点〕；5.电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量；6.同一信道可用于不同方向或不同区间〔多址联接〕。“东方红一号”(DongFangHongI/RedEast30464)卫星是中国的第一颗人造卫星，由以钱学森、潘厚仁为中心的中国空间技术研究院研制，当时共做了五颗样星，结果第一颗卫星就发射成功。。“东方红一号”卫星因工程师在其上安装一台模拟演奏《东方红》乐曲的音乐仪器，并让地球上从电波中接收到这段音乐而命名。东方红一号东方红一号1956年，中国把开发火箭技术纳入国家十二年科学开展规划。1957年著名科学家钱学森等积极建议开展人造卫星的研究工作。1958年毛泽东同志发出“我们也要搞人造卫星”的号召。根据这一战略考虑，中国科学院把研制发射人造卫星列为1958年第一次重点任务，揭开了中国向太空进军的序幕。广阔科技工作者发奋图强，埋头苦干，克服困难，完全依靠自己的力量，踏上了征服太空之路。第四节一根纤维，亿万信息——光导纤维和光导通信光通讯是人类最早应用的通讯方式之一。从烽火传递信号，到信号灯﹑旗语等通讯方式，都是光通讯的范畴。但由于受到视距﹑大气衰减﹑地形阻挡等诸多因素的限制，光通讯的开展缓慢。1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。人们曾经发现，光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输；人们还发现，光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。外表上看，光好似在水流中弯曲前进。实际上，在弯曲的水流里，光仍沿直线传播，只不过在内外表上发生了屡次全反射，光线经过屡次全反射向前传播。光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1~100μm左右，约一根头发丝的1/10那样粗。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经屡次全反射，从另一端射出。因此，光纤就像一根管状的“镜子”。直到1960年，美国科学家Maiman创造了世界上第一台激光器后，为光通讯提供了良好的光源。随后二十多年，人们对光传输介质进行了攻关，终于制成了低损耗光纤，从而奠定了光通讯的基石。从此，光通讯进入了飞速开展的阶段。前香港中文大学校长高锟于1965年在一篇论文中提出以石英基玻璃纤维作长程信息传递，将带来一场通讯业的革命，并提出当玻璃纤维损耗率下降到20分贝/公里时，光导纤维通讯〔即现在所谓的光纤通讯〕就会成功。引发了光导纤维的研发热潮，1970年康宁公司最先创造并制造出世界第一根可用于光通信的光纤，使光纤通信得以广泛应用。被视为光纤通信的里程碑之一，高锟也因此被国际公认为“光纤之父”，高锟也因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光导纤维光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来开展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。特点如下：〔1)通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。光纤比任何传输媒质的损耗都低。无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。(2)信号干扰小、保密性能好；(3〕抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。(4〕光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；(5〕材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6〕无辐射，难于窃听，因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。(7)光缆适应性强，寿命长。(8〕质地脆，机械强度差。(9〕光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。(10〕分路、耦合不灵活。(11〕光纤光缆的弯曲半径不能过小〔>20cm〕(12〕有供电困难问题。利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信。信息开展史上出现过许多杰出的人才，他们为信息技术的开展做出了巨大的奉献，我们来看看其中的代表人物。克劳德.香农1916年4月30日诞生于美国密西根州，938年香农在MIT获得电气工程硕士学位，硕士论文题目是《ASymbolicAnalysisofRelayandSwitchingCircuits》〔继电器与开关电路的符号分析〕。他已经注意到交换电路与布尔代数之间的类似性，即把布尔代数的“真”与“假”和电路系统的“开”与“关”对应起来，并用1和0表示。于是他用布尔代数分析并优化开关电路，这就奠定了数字电路的理论根底。哈佛大学的HowardGardner教授说，“这可能是本世纪最重要、最著名的一篇硕士论文。”人们描述香农的生活，白天他总是关起门来工作，晚上那么骑着他的独轮车来到贝尔实验室。他的同事D.Slepian写到：“我们大家都带着午饭来上班，饭后在黑板上玩玩数学游戏，但克劳德很少过来。他总是关起门来工作。但是，如果你要找他，他会非常耐心地帮助你。他能立刻抓住问题的本质。他真是一位天才，在我认识的人中，我只对他一人使用这个词。”1948年创立了信息论。在二次世界大战时，香农博士也是一位著名的密码破译者〔这使人联想到比他大4岁的图灵博士〕。他在BellLab的破译团队主要是追踪德国飞机和火箭，尤其是在德国火箭对英国进行闪电战时起了很大作用。1949年香农发表了另外一篇重要论文《CommunicationTheoryofSecrecySystems》〔保密系统的通信理论〕，正是基于这种工作实践，它的意义是使保密通信由艺术变成科学。在这篇论文中，香农首次引入“比特”〔bit〕一词，如果在信号中附加额外的比特，就能使传输错误得到纠正。按照物理学的习惯，把电流单位叫做“安培”，如果给“比特流”一个单位名，那么叫做“香农”是比拟适宜的。阿兰图灵阿兰·麦席森·图灵，被誉为“计算机科学之父”和“人工智能之父”。计算机逻辑的奠基者，提出了“图灵机”和“图灵测试”等重要概念。美国计算机协会〔ACM〕设立的以其名命名的“图灵奖”是计算机界最负盛名和最崇高的一个奖项，有“计算机界的诺贝尔奖”之称。艾伦·麦席森·图灵是一名男同性恋者[1]，同时还是世界级的长跑运发动。他的马拉松最好成绩是2小时46分3秒，比1948年奥林匹克运动会金牌成绩慢11分钟。1948年的一次跨国赛跑比赛中，他跑赢了同年奥运会银牌得主汤姆·理查兹〔TomRichards〕。1912年6月23日出生于英国帕丁顿，1931年进入剑桥大学国王学院，师从著名数学家哈代，1938年在美国普林斯顿大学取得博士学位，二战爆发后返回剑桥，曾经协助军方破解德国的著名密码系统Enigma，帮助盟军取得了二战的胜利。11954年6月7日，艾伦·麦席森·图灵因食用浸染过氰化物溶液的苹果死亡。约翰·冯·诺依曼冯·诺依曼〔JohnvonNeumann，1903~1957〕，20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论和核武器等诸多领域内有杰出建树的最伟大的科学全才之一，被称为“计算机之父”和“博弈论之父”。原籍匈牙利。1903年12月28日生于匈牙利布达佩斯的一个犹太人家庭。冯·诺依曼的父亲麦克斯年轻有为、风度翩翩，凭着勤奋、机智和蔼于经营，年轻时就已跻身于布达佩斯的银行家行列。冯·诺依曼的母亲是一位善良的妇女，贤慧温顺，受过良好教育。冯·诺依曼从小就显示出数学天才，关于他的童年有不少传说。大多数的传说都讲到冯·诺依曼自童年起在吸收知识和解题方面就具有惊人的速度。六岁时他能心算做八位数乘除法，八岁时掌握微积分，十二岁就读懂领会了波莱尔的大作《函数论》要义。他是布达佩斯大学数学博士。先后执教于柏林大学和汉堡大学。1930年前往美国，后入美国籍。历任普林斯顿大学、普林斯顿高级研究所教授，美国原子能委员会会员。美国全国科学院院士。早期以算子理论、量子理论、集合论等方面的研究闻名，开创了冯·诺依曼代数。第二次世界大战期间为第一颗原子弹的研制作出了奉献。为研制电子数学计算机提供了根底性的方案。1944年与摩根斯特恩〔OskarMorgenstern〕合著《博弈论与经济行为》，是博弈论学科的奠基性著作。晚年，研究自动机理论，著有对人脑和计算机系统进行精确分析的著作《计算机与人脑》。主要著作有《量子力学的数学根底》〔1926〕、《计算机与人脑》〔1958〕、《经典力学的算子方法》、《博弈论与经济行为》〔1944〕、《连续几何》〔1960〕等。第三章航天技术与空间资源开发“嫦娥奔月”不再是神话故事同学们，还记得我们学过的课文《我叫神舟号》吗？一天晚上，一艘飞船在太空散步。嫦娥姐姐问：“小弟弟，你从哪里来？以前怎么没见过你？”飞船弟弟说：“我叫‘神舟号’，从中国来，科学家派我来作飞行试验。”嫦娥姐姐听了，快乐地说：“小弟弟，你回去的时候，一定要把我带上，我真想回家看看。”我国以神话故事命名了月球的探索和观察工程，又叫做嫦娥工程。国务院正式批准绕月探测工程立项后，绕月探测工程领导小组将工程命名为“嫦娥工程”、将第一颗绕月卫星命名为“嫦娥一号”。这个探测工程分为“探”、“登”、“驻(住)”大三步，其中第一大步“探”即现在正在实施的中国探月工程，并和载人航天工程一道列入16个国家重大科技专项，它又分为“绕”、“落”、“回”小三步。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析，以及月球样品返回地球以后的分析与研究。各阶段示意图研制中的嫦娥1号月球探测器2007年10月24日18时05分，“嫦娥一号”成功发射升空，在圆满完成各项使命后，于2009年按预定方案受控撞月。2010年10月1日18时57分59秒“嫦娥二号”顺利发射，也已圆满并超额完成各项既定任务。2012年9月19日，月球探测工程首席科学家欧阳自远表示，探月工程正在进行嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。当“绕、落、回”三步走完后，中国的无人探月技术将趋于成熟，中国人登月的日子也将不再遥远。与嫦娥1号保持联系的测控通信系统正在发射中嫦娥二号阿波罗是古代希腊神话传说中的一个掌管诗歌和音乐的太阳神；阿波罗方案〔ProjectApollo〕，又称阿波罗工程，是美国从1961年到1972年组织实施的一系列载人登月飞行任务。目的是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察，为载人行星飞行和探测进行技术准备，它是世界航天史上具有划时代意义的一项成就。阿波罗方案始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功结束，历时约11年，耗资255亿美元。[1]在工程顶峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人。1969年7月16日，巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心点火升空，开始了人类首次登月的太空征程。美国宇航员尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗、巴兹·奥尔德林、迈克尔·柯林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程，承载着全人类的梦想踏上了月球外表。这确实是一个人的小小一步，但是整个人类迈出的伟大一步，他们见证了从地球到月球梦想的实现，这一步跨过了5000年的时光。人类首次登上月球(1969年7月21日)阿波罗方案——太空行走第二节天气预报的千里眼——气象卫星与遥感技术坐在电视机前，每天的天气预报是必看的节目，特别是要外出或重大节庆日时，更加关注未来几天的天气形势。为什么气象部门能准确的进行天气预报呢？这主要依靠以气象卫星为主体的全球气象网以及遥感技术在气象领域中的研究应用。什么是气象卫星呢？气象卫星是一种用于气象观测的人造地球卫星，一颗气象卫星就是一个现代化的气象站。在气象卫星上，安装有气象遥感器何电视摄像机等自动化系统。这样它能够居高临下的日夜监视地球上空的风云变幻，并且把采集到的各种气象资料通过无线电波发送到地面接收站，为气象预报提供科学依据。自1960年4月1日美国发射了世界上第一颗试验性气象卫星以来，各国先后已经发射了150多颗气象卫星，使天气预报的准确性大大提高。我过在1988年9月发射了“风云1号”气象卫星。同时还建立了以接收风云卫星为主、兼收国外环境卫星的卫星地面接收和应用系统，在气象减灾防灾、国民经济和国防建设中发挥了显著作用。气象卫星资料接收处理系统什么是遥感技术？“遥感”字面上可以简单地将遥感解释为“遥远的感知”；广义地讲，各种非接触的、远距离的探测和信息获取技术就是遥感；狭义地讲，遥感主要指从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术系统。根据遥感传感器所在平台的不同，可以把遥感分为塔台遥感、车载遥感、航空遥感和卫星遥感等不同类型。卫星遥感以人造卫星为平台，根据作为平台的卫星与地球的相对位置关系可将卫星分为静止卫星(如静止气象卫星、静止通信卫星)和极轨卫星，如极轨气象卫星、地球观测系统(EOS)、中巴资源卫星、艾科诺斯(IKONOS)、“快鸟”(QUICKBIRD)等。卫星遥感技术已应用在政治、经济、军事和社会的众多领域，成为改变现有生产和生活方式、创造新产业、推动现代化建设的有力手段。中国已经成功发射了十六颗返回式卫星，为资源、环境研究和国民经济建设提供了珍贵的空间图像数据，在中国国防建设中也起到了不可替代的作用。利用卫星遥感技术监测森林气象卫星的估算应用比拟广泛。前面说过，气象卫星还能够对农作物长势、病虫害及冻害进行监测，但这只是一方面。气象卫星能够对灾害面积进行估计，对农作物收成作出估算，甚至对各种资源，如渔业资源，能进行遥感探测，显示出其独特的本领。举例说，早在1991年，在江淮地区发生特大洪水时，江苏省气象局农业气象中心利用接收到的气象卫星资料，估计出江苏省受淹农田面积为53.3万公顷。江苏省民政厅正是参考了这个遥感结果来分发救灾款物的。利用卫星进行估产不是最近的事，早在二十多年前，美国为了研究国际市场的小麦价格，在麦收前两个月，利用卫星对前苏联小麦进行了测算，认为苏联产量约为9140万吨，结果后来进行核对，误差不到1%。气象卫星是怎么利用遥感信息资料进行估产的呢？原来，植物的绿叶是进行光合作用的根本器官。一般地说，植物叶面积越大，光合作用就越强，经济产量就可能越高，这是一种植物生理机制，这种生理机制反映的信息也就通过其反射光谱的不同波段反映出来。当作物叶子遭受干旱、病虫害时，叶片的含水量会减少，叶绿素减少，光合作用也相应减弱，此时叶绿素吸收蓝光、红光能力降低。同时，作物在不同的生长和发育阶段，由于叶片的叶绿素含量和内部结构不同，它们的光谱反映曲线也会不同。根据这种原理，气象卫星就可以捕捉到作物的生长情况，进而推算未来的收成。美国的第三代业务极轨气象卫星，在作物估产方面成绩不小。该卫星在运行过程中，每天有四次扫过同一具体地点，在无云的地区，它们可以很快地反映植物叶绿素对光的吸收率和反射率，通过反射率值可以算出绿度值，通过绿度值就可以监测作物生长状况，进而估计作物产量。利用气象卫星遥感渔业资源的原理与小麦估产有所不同。应用气象卫星可以用红外遥感仪器测出海水外表温度，在绘出海水表层温度分布等值线图后，就可以根据鱼类生活规律与海水温度的关系来确定渔场位置，并绘成渔海况速报图。美国、日本已有渔海况速报系统，它包括卫星海况图和渔海况图。它们可以作为渔民海洋捕捞业的重要参考。2013年1月27日以来，中国有130万平方公里的面积受到灰霾天的影响。据悉，这也是中国首次确切公布灰霾天的影响范围。此次能及时向公众发布灰霾影响范围的相关信息得益于，中国从2013年1月1日起，对70多个城市开展了PM2.5的监测，而且还开始运用卫星遥感技术、从空中监测灰霾的影响范围。利用卫星遥感技术监测灰霾相当于每一平方公里就能收集到一组监测数据，这样的监测密度是普通地面监测站点不能覆盖的。灰霾监测中卫星遥感手段的应用，不仅可以弥补灰霾地面监测站点所不能覆盖到的区域，而且卫星遥感得到的灰霾分布、面积、等级、频次等指标可以大大丰富、完善当前的地面灰霾监测指标，有助于全面、客观地掌握灰霾的发生状况。此外，基于灰霾的光学特征开展的卫星灰霾遥感监测，可以较好地用于识别灰霾的发生及其严重程度。第三节未来的外星采矿——九重天外的月球基地人类生存的地球其资源是有限的，随着地球上大量资源的消耗，许多金属物质何常规能源日趋减少。面对这种情况，科学家们已经将寻找资源的目光转向地球以外的空间。现在，航天技术的开展已经为人类离开地球、到新天体去开拓提供了有效手段。月球是地球天然的、独一无二的卫星，因此，科学家首先将它作为开发的目标。自从“阿波罗”号载人宇宙飞船屡次登月、宇航员反复实地考察之后，人们对月球的了解渐渐加深。月球上有着丰富的矿藏，月球的岩石中含有硅、铁、铝、镁、锰、钙等60多种矿藏，还富含地球上所缺少的稀土元素和放射性元素，如富含地球上没有的能源氦-3。月亮的反面阿波罗16号拍摄到的画面阿波罗登月照片储量丰富、品种齐全的空间资源对于人类有着极大的吸引力。现在，人类已经进入开发和利用空间资源的新时代。美国等不少国家把载人航天技术、建立太空站、重返月球、探测和登上火星，进而在月球和火星上建立开发空间资源的永久性基地，建造太空轨道工厂，建造宇宙城市等等作为本国航天高技术领域长期的开展目标。当然，人类重返月球、探测和登上火星、到外星球去采矿——建立九重天外的月球基地等项宏伟的航天与空间开发方案，无论规模与技术，还是经济因素，都已不是一个国家所能独立完成的，需要广泛开展国际合作。我们有理由相信，在各国科学家的密切配合下，21世纪人类到外星球去采矿，建立九重天外的月球基地的梦想将变为现实。第四章激光技术奇妙的光束——激光我叫“激光”，是人类制造出来的一种特殊的光。我和太阳、电灯、手电筒的光都不一样。它们是散开的，我是集中起来向一个方向发射的。我的奇妙特征有：第一，方向性强。我是笔直射出的，不像其他普通光用于向四面发光。第二，亮度极高。迄今为止，只有氢弹爆炸时的瞬间闪光才能与我相媲美。第三，颜色极纯。普通光是由多种颜色组成，而我是一种单色光。第四，相干性好。普通光都是自发辐射，成为非相干光。而我的传播方向是相同的，称为相干光。所以，我可以被应用于通讯等领域。为人类造福的工具——激光技术人们让我把很多的能量聚集到一点上，就成了削铁如泥的激光刀。在工厂里，用我来切割钢板，割缝又细又光洁。在医院里，用我给病人做手术，病人可以减少流血，减轻痛苦。在战场上，用我制成的激光枪和激光炮具有强大的杀伤力，可以准确无误地击落敌人的飞机、导弹。中国反恐特警配发神秘激光枪和MP5冲锋枪也许你们认为我十分少见，其实我就在你的身边。因为我的每一束光只有一种颜色，而且亮度极高，所以人们经常用我射出的不同颜色的光束，装点节日的广场。我就像彩色的指挥棒在夜空中飞舞，不断变幻出各种各样的图案，和大家一起欢度佳节。人们还用我制作唱片，播放出清晰的音乐，好似乐队就在你的身旁演奏。你们都看过光盘吧？那也是用我制造的。有了我，小朋友们才能看到那么清晰的光盘动画片。第五章蓬勃兴起的新型材料材料、信息和能源是当代文明的三大支柱，而材料又是其他两者的根底。在科学技术日益开展的今天，所有一切新的技术成就，无不依赖新型材料的开发和利用。“超微粒”材料——纳米材料什么是纳米材料呢？就是用尺寸只有几个纳米或几十个纳米的极微小的颗粒组成的材料。一个纳米是多大呢？是1米的1/109，用肉眼根本就看不见。用纳米颗粒组成的材料具有许多特异性能，因此科学家又把它们称为“超微粒材料”和“21世纪的新材料”。美国科学家发现，用纳米超级粉末制成的金属材料，硬度会比同种普通粗晶粒金属提高2-4倍；将奶金属放在低温下，它可由导电体变成绝缘体。1987年德国和美国科学家用颗粒大小为12纳米的陶瓷制成二氧化钛纳米陶瓷，这种陶瓷在180摄氏度下能经受弯曲变形而不裂纹。还有纳米材料的熔点会随着纳米材料颗粒直径的减小而大大降低。如金的熔点是1064摄氏度，10纳米做有点金粉末熔点是940摄氏度，而2纳米左右的金粉末熔点只有327摄氏度。黄金纳米粒子纳米铁粉生物学家发现，海豚、蜜蜂、鸽子等生物体内存在纳米级磁性颗粒，从而使这些动物能利用地球磁场为自己导航而不迷失方向。科学家还发现，各种材料制成纳米材料后，其磁性都会发生奇特变化，如纳米铁的饱和磁化率比普通铁降低40%，纳米铒在低温时转变为超磁性等等。纳米材料的鼻祖——中国墨纳米材料并不是最近才出现的。最原始的纳米材料早在公元前12世纪就在我国出现了，那就是中国的文房四宝之一：墨。据考古发现，中国的甲骨文就是先用墨写，然后雕刻成文的。你也许会疑心，远古时代的技术那么落后，怎么会制造纳米材料呢？要知道，墨中的重要成分是烟，而烟其实就是许多超微粒炭黑形成的。烟是那么轻，那么细，能在空气中袅袅升起，又可以在空气中消散。我们的祖先就是把桐油或优质松油在密闭不透风的情况下，使其不完全燃烧气化，然后冷凝成烟，再拌以牛皮胶等黏结剂和其他添加剂制成墨的。墨可以说是中国的特产，到汉代，我国已出现了因制墨而名见经传的人物：田真。汉代宫廷中还设置了专门掌管纸、笔、墨等物品的官员。国家政府如此重视记录材料，这在世界上可以说是罕见的。东晋时，书法家辈出，其中以王羲之和他的第七个儿子王献之最为有名。他们书写的墨迹，现已发现的有1600来字，至今仍然新艳如初。有关墨的故事也极为有趣。据说，唐明皇为了抄写他心爱的四部书，每年供给抄书人300块易水地区(今河北境内)产的上谷墨。唐代的制墨能手奚超因墨做得好，唐后主还赐奚超姓李，因此奚超的儿子叫李廷圭，后因战乱全家迁到安徽歙县避难。李廷圭继承父业，制墨手艺更高一筹。据歙县县志记载：……唐代的常侍徐铉得到一枚李廷圭做的墨，和他兄弟一起使用，每天磨墨写字不下5000字，用了10年才用完，磨墨时磨出墨的边际锋利得像刀刃，可以裁纸，这就是后来大家所称的徽墨。徽墨具有一些令人意想不到的特点。1978年在安徽祁门出土的一枚北宋时代的墨锭，虽然在墓穴的水中浸泡了800多年，其质地和外形都没有发生明显变化，这就是徽墨。徽墨质量如此之好，是由于对制墨工艺进行了重大改革，主要是用桐油炼制的烟炱取代了用松油炼制的烟炱，并严格控制炼烟的火候、出入风口，掌握收烟时间，以保证烟炱的黑度、细度、油分和灰分符合要求。这种工艺和现代制造纳米粒子的工艺有异曲同工之妙。当然，墨的质量除了烟炱的质量要好外，还要求连接料(如牛皮胶之类)的配比恰当和制作精细等。中国墨的代表徽墨，现在仍然是中国的骄傲。1914年，我国的曹氏徽墨参加东京博览会时荣获金质奖章。1915年，另一徽墨大家胡开文超顶漆烟徽墨获巴拿马国际博览会金质奖章。第二节有奇特功能的合金——“形状记忆”合金如果不是亲眼所见，你肯定不会相信，有些金属组成的合金会有“记忆”的能力，然而，这确实是事实。1963年美国海军兵器研究所发现，他们试验的镍钛合金丝材料具有“记忆”自己性状的功能。试验时，研究人员把合金丝绕成螺旋线圈，然后加热到150摄氏度，等它冷却后，又把线圈拉直。当他们偶然又把拉直的合金丝加热到95摄氏度时，奇迹出现了——拉直的合金丝竟然自动卷曲成原先的螺旋圈性状。人们惊奇极了，于是又反复试验，得到的实验结果说明镍钛合金具有“形状记忆”的能力。后来，研究人员陆续发现铜锌合金。锰铁合金、金镉合金等20多种合金都具有“形状记忆”能力。以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。由于形状记忆合金具有“记忆”功能，有些国家用钛镍合金制造卫星的自展天线。在较高温度下〔与太空工作温度相同〕将钛镍合金制成一定形状的天线，冷却至室温后将其卷成一个小球，装在卫星上发射。卫星上天后，由于阳光的强烈照射，卷成球形的天线便受热升温，到达一定温度时，天线便“记忆”起它原来的形状而自动展开。在军事领域，美国用形状记忆合金制成油管接头，经过“形状记忆处理”后安装在F-14飞机上，解决了飞机油管的漏油问题。用钛镍形状记忆合金制作穿甲弹心，发射后，弹心长度可达2.488米，其穿透装甲的能力是常规穿甲弹的4倍多。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温：在热水温度过高时通过“记忆”功能，调节或关闭供水管道，防止烫伤。也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时,记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，到达报警的目的。还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。有人设想，用形状记忆合金制作汽车壳体，即使这种汽车被撞瘪了，只需要浇上热水进行加热，壳体就会自动恢复原形。不久的将来，这种设想一定会实现。第三节我们超导这些年

1908年，荷兰人卡莫林·昂内斯做了件了不起的事情：通过施加高压的方法，液化了当时人类在实验室里唯一没能液化的气体——氦气，并在接下去的几年中陆陆续续做了很多研究工作，探寻物质在低温下的一些特性，他也因此获得了1913年的诺贝尔物理奖。而真正让昂内斯被后世铭记的，却是他在1911年将近年末时对外宣布的一个发现。有一天，他和同事测量汞的低温电阻值，当温度降至4.2K处时，电阻表指针突然指向了零。一开始实验者以为数据有误，但之后反复检查验证，结果始终如一，于是他认定这是种先前不为人所知的现象，并将其命名为“超导”。更让人啧啧称奇的是，一旦在超导体中感应出了环状电流，电流就会无休止地绕圈圈绕下去，除非采取升温等手段来进行破坏，否那么不会停下。不过，昂内斯当时还仅仅把这个现象作为特殊案例来处理，他的诺贝尔演讲中，只在最后局部提到希望继续关注这种超导性引发的各种问题。很快，就有其他科学家被他描述的有趣现象所吸引参加到研究队伍中，并找到另外一些也会在接近绝对零度时失去电阻的单质，比方那些常温下具有良好导电性的纯金属，如铝、锌、镓、鎘、锡、铟，它们有各自特定的转变温度，低于某一温度时就会突然变成超导体，也有一些金属还必须施加高压或者延展成薄膜才会转变。与此同时，科学家们发现，那些较稳定的金属，如金、银、铜等，以及具有磁性的铁，即便降至极低的温度也不会出现超导性。无论如何，作为新兴事物的超导现象实在拥有无穷魅力，加上本世纪初物理学蓬勃开展，大小物理学家都对这个好玩的东东纷纷产生了兴致，不少人更是爱不释手。1933年，德国人弗里茨·迈斯纳和罗伯特·奥森菲尔德二人的运气不错，发现了一个名为“迈斯纳效应”的现象，一举被载入史册。迈斯纳效应指的是进入超导状态的物体表现出来的一种完全抗磁性：在锡盘上放一小块永久磁铁，对盘体持续降温，当降至锡的转变温度时，小磁铁会突然“拔地而起”，升至一定高度便悬浮不动了。他们解释说，这是因为超导体将磁铁所产生的磁感线排挡在外，对之形成了一个抵抗重力的斥力所致。而且，不管对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，一旦出现超导状态，磁感线就会统统遭到排斥，不得不绕道而行。把锡盘换作其他能够出现超导状态的金属，结果也是如此。后来，零电阻和完全抗磁，被认为是鉴定超导体所必须的两个特性。以上发现可谓一石激起千层浪，因为它对理论家提出了相当大的挑战。在此之前，人们都认为超导体只是一种理想导体，然而迈斯纳效应却揭示出超导体和理想导体有着大为不同的电磁表现，那么在原理上将作何解释？理论呀理论，呼之欲出。20世纪30年代，另外两位优秀的德国物理学家——弗里茨·伦敦和海因茨·伦敦兄弟——因为犹太人的出身而受到纳粹排挤，被迫逃到英国，在牛津大学开始了低温超导方面的研究工作。在1935年左右，他们又有了非同一般的发现：一般导体需要变化的磁场维持感生电流，而超导体中的局部电子运动不受任何阻力，感生电流不需要磁场来维持。兄弟二人在此根底上建立起超导体的电动力学方程，解释了超导体一系列奇特的电磁性质，这组方程被后世称为伦敦方程。1950年前后，俄国人维塔利·金兹堡和列维·朗道也提出了一组用他们姓氏命名的方程，用来解释正常态向超导态的过渡是怎样一个有序过程。但说到底，以上工作都还只是在经典物理学的框架下诠释其宏观状态。而其实早在1935年，弗里茨·伦敦就曾于一次会议上指出，超导现象是一种宏观尺度上的量子现象，“量子”二字意味着超导现象需要深入到微观尺度上去一探究竟，这句话的含义被人真正认识到的那一刻，超导科学的面貌方才为之一新。超导现象之所以如此迷人，就在于它无论就应用而言，还是就理论而言，都堪称一座最值得去夺取的圣杯，超导理论的进展会对整个物理学领域的未来开展产生不可估量的影响。但它的神秘难解确也让一位又一位物理学家望而却步——1952年因核磁共振获得诺贝尔物理奖的菲利克斯·布洛赫在20世纪30年代就曾投身此间，最后竟发出“关于超导性的任何理论都可以被证明为误”的喟叹，足见其多么让人颠倒错乱！在这场前赴后继的攻坚战中，约翰·巴丁的出场不能不说耐人寻味，这位出生于美国威斯康星州一个知识分子家庭的天才型人物，是迄今唯一一位两次获得诺贝尔物理奖的科学家——分别在1956年和1972年，前一次是因为二极管，后一次就是因为超导。当时，在伊利诺斯大学任教的巴丁很早就注意到了其他科学家对超导现象的研究工作，但他一直没有找到适宜的契机参加。直至1950年，伊曼纽·麦斯威尔和C·A·雷诺兹分别独立发现了一种同位素效应——水银同位素转变成超导体的临界温度和原子量的平方根成反比。巴丁听到这个消息后，立刻敏锐地意识到这是一个突破口，他非常赞同同时期另一位理论物理学家赫伯特·弗洛里奇提出的解释：超导性可能和电子与晶格振动间的交互作用有关。接下去需要做的是找到助手把这个理论搭建完善，因此他将年轻的莱恩·库珀和罗伯特·施里弗招至麾下开始干活，其中，刚刚从哥伦比亚大学毕业的库珀还是由杨振宁推荐过来的。三人组合恰到好处，并且从同时代最杰出的物理学成就中取得了各种利器：巴丁以其对凝聚态物理学的深刻理解来出筹划；库珀的理论思想很强大，借着泡利的启发提出一个了不起的“库珀对”概念；而施里弗动手能力强，从李政道的一次演讲中得来的灵感促成他解决了其中的波函数问题。1957年，他们朝《物理评论》期刊扔了一颗重磅炸弹：BCS理论。在它横空出世之际，零电阻效应、迈斯纳效应和同位素效应都迎刃而解！显而易见，该理论是以他们仨的姓氏首字母联合命名的，它成功地解释了〔第一类低温〕超导现象的微观机理。该理论奇妙之处在于它打破了电子之间只能互相排斥的传统印象，又提出晶格振动