书城科普人类的创举(科学知识大课堂)
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第40章 精彩瞬间(5)

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。

机器人发展到了智能时代似乎走到了尽头,余下的事情就是如何提高它们的智能,直至逼近人类。当然如果人类不能有效地预防,智能机器人就有可能全面超过人类的智能,人类可能正在为自己创造一个对立面,那么像科幻电影《走向未来》里机器人犯罪这样的可怕事情也会发生。真到了那时候,人类是喜是悲?

CT扫描仪:20世纪的“照妖镜”

1972年,世界上第一台CT在英国的EMI公司问世。这是继伦琴发现X射线以来,在医学诊断领域的又一次重大的突破。CT出现以后的二十多年来,经过了一代代的技术革新,其分辨能力日益提高,成为当代医学诊断技术的一个重要标志。

《封神演义》中的赤精子有一面照妖镜,任何妖魔鬼怪只要经它一照,就会原形毕露。当然,这是神话。然而,到了20世纪70年代,科学家却让神话变成了现实,他们创造了真正的“照妖镜”——CT(即电子计算机X射线扫描机)。它能使人体中的“妖魔”——病变组织无法藏身,尤其是癌症这个吞噬人类生命的大妖魔。

耐人寻味的是,第一个从理论上提出CT可能性的既不是著名的医学家,也不是卓越的计算机专家,而是一位理论物理学家——美籍南非人阿伦·科马克。经过近十年的努力,科马克解决了计算机断层扫描技术的理论问题,并于1963年首次提出用X射线扫描进行图像重建,并提出了人体不同组织对X射线吸收量的数学公式。科马克虽然没有最终发明这项技术,但他的理论为这项技术的诞生奠定了基础。

CT诞生的真正契机在于计算机技术的迅猛发展,及其在很多领域的广泛应用。1972年,世界上第一台CT机在英国的EMI公司问世。这是继伦琴发现X射线以来,在医学诊断领域的又一次重大的突破。它的发明者是英国的工程师豪斯费尔德,他与创立影像重建理论的美国物理学家科马克共同获得了1979年的诺贝尔生理学医学奖。

CT是采取很细的X射线,围绕身体某一部位,从多个方向做横断层扫描,再用灵敏的探测器接收X射线,利用计算机计算出该层面各点的X射线吸收系数值,再由图像显示器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来,从而为疾病诊断提供可以参考的重要依据。这些数字符号转化成了胶片图像,就是医生和病人都能看到的CT片。

医用CT扫描机的基本结构包括:

扫描系统。其中主要有能发射X射线的X线管,和接受通过人体组织的X线量的探测器;计算机装置。对扫描收集到的信息数据进行存储、运算并重建图像;显示装置。用黑白电视显示,也可以用彩色电视显示。

长期贮存可用磁带和磁盘,或用胶片直接记录。各个吸收系数的实际数值也可由打印机打印出来,与正常数值进行比较。

CT诊断的特点是检查方便,安全快捷。例如,脑部所有的组织均匀地被颅骨所覆盖,常规的X射线摄影不能显示其细节。CT扫描首先用于脑部,对脑瘤的诊断与定位迅速准确;对脑出血、脑梗塞、颅内出血、脑挫伤等疾病,是一种准确可靠的无损伤检查方法,几乎可以代替过去的脑血流图、血管造影等检查。

目前,CT诊断技术的发展日臻完善。它的灵敏度远远高于X线胶片,所得的断层图像分辨率高,图像清晰,解剖关系明确,病变显示良好,大大提高了诊断水平。

CT出现以后的二十多年来,至少已经经过了五代的变迁,分辨能力一代更比一代高,它已经成为当代医学诊断技术的重要标志,足以使20世纪的人们向后人炫耀。

游戏机:电子时代的时尚娱乐

1975年,美国人威廉·米勒制造了世界上第一台小型电子游戏机,并于1976年开设了电子游戏机店,电子游戏活动大受人们欢迎,并逐步普及,玩电子游戏成为时尚娱乐。

很少有孩子不喜欢玩电子游戏机。游戏机画面生动形象,变化无穷,趣味性极强,给我们的生活增添了很多乐趣。除了孩子,许多大人也照样乐此不疲。但是,你知道吗?游戏机其实也是高科技的产物,它的发明离不开计算机的发展。

20世纪50年代末,随着存贮程序电子计算机的问世,用计算机制作游戏也随之兴起。到1975年,美国人威廉·米勒制造了世界上第一台小型电子游戏机,并于1976年开设了电子游戏机店,电子游戏活动大受人们的欢迎,并逐步普及,玩电子游戏成为时尚娱乐。

20世纪70年代电子游戏的内容主要有体育运动和射击游戏。70年代末又出现了投币电子游戏。到了80年代,电子游戏内容已相当丰富,橄榄球、棒球、篮球、足球、国际象棋、扑克、黑杰克(21点牌戏)数字游戏、问答测验等不断涌现。游戏的种类也多种多样,有靠电池供电的,有小型手控机关的;也有利用电视屏幕、计算机终端或类似盒式录放机的显示计算机系统进行的;还有利用设在游艺室内的大型全套设备的。用手控制的游戏设备体积日益增大,其中有许多必须置于地面或台上,采用竖直显示器,可以两人同时玩耍,较小型的设备大都也可以供两人同时游戏。

现在电子游戏活动更是普及于世界各国,游戏机也逐步家庭化,游戏内容更是繁多,数字组合、拼图、武术、枪战、球类等应有尽有。电子游戏深受人们的喜爱,尤其受到少年儿童们的迷恋。

随着电脑的普及,电脑游戏也逐渐进入了各个家庭,各种游戏软件更是层出不穷,人们不仅可以在电脑前单枪匹马地与各种妖魔鬼怪进行搏斗,还可以通过网上游戏,与各自的亲朋好友作一番“厮杀”。

由于电脑软件的发展和互联网技术的日新月异,电脑游戏不仅仅是孩子,而且也是成人世界里的一个虚拟空间。这也许是威廉·米勒在发明世界上第一台电子游戏机时所无法预见的。

但是,最后要提醒喜爱玩电子游戏的人们,特别是孩子们,千万记得当初威廉·米勒发明游戏机只是为了给人们提供一种娱乐方式,如果过分沉溺于电子游戏中不能自拔,从而影响生活和学习,那就违背了发明者的初衷。

试管婴儿:人类的新孩子

奥尔德斯·赫胥黎曾在他经典的科幻作品《勇敢的新世界》里,虚构了一个社会。在那里,“婴儿可以在试管里通过化学的方法大量生产出来”。有目共睹,1978年7月25日,这个奇异的梦想终于变成了现实。

1978年7月25日,一位名叫路易斯·布朗的婴儿在英国呱呱坠地,她和其他金发碧眼的小女孩没什么区别,然而此时此刻,全世界的目光和注意力都被她所吸引,几乎所有知道这件事的人,都从心底里欢呼,祝贺她的出生。因为她有一个新的称呼:试管婴儿。这意味着人类历史上出现了一个新的孩子。她来到这个世界之前,走过了一段与常人不同的路程。

对这个婴儿的父母莱斯莉和约翰·布朗来说,子宫外受孕不是一个梦魇而是一个奇迹。

二十多年过去了,当年的小路易斯·布朗已经长成一个亭亭玉立的大姑娘了,而她那试管婴儿的弟弟妹妹也已经超过了10万人。

试管婴儿,实际上并非自始至终在试管中培育成长,而是受精过程及胚胎初始阶段在试管中度过,而胎儿发育的绝大部分时间均是在母体中进行的。它首先将妈妈的卵子从母体中取出来,放在试管中,与爸爸的精子结合,然后再将这一“火种”从试管中移回到妈妈的子宫内。它与其他正常母体内受精卵一样,在子宫内一天天地长大,然后高高兴兴地走出子宫这个“摇篮”,开始漫长的人生之旅。经过科学家们的多次试验,试管婴儿如今已形成了全套技术,它包括给母亲注射一定量的激素——超速排卵,然后从体内取出成熟的卵子——人工采卵,把它放在预先准备好的、具有一定温度和培养液的玻璃器皿中,并加入父亲的精子,使卵子受精。到第六天,医生再把这个胚胎放回母亲的子宫,使其得到母体的营养。经过几个月的正常妊娠,健康的婴儿便诞生了。