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奇妙的材料:改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 古希腊的计算机
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伯罗奔尼撒半岛与克里特岛之间有一个名叫安迪基西拉的小岛。今天,这个岛上只有数十位居民。可是据说在2 000多年前,那里是海盗的老巢,是无数凶恶之徒的藏身之地。
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1901年,安迪基西拉岛附近的海底打捞出一艘沉船,但是对沉船物品的详细研究却一直没有进展。直到1951年前后,人们才从其中发现了令世人震惊的物品——一件制作于公元前150年到公元前100年左右的机械装置。令现代科学家们倍感困惑的是,这台机械的精度远超当时的科技水平。
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安迪基西拉岛的神秘机械装置
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随着研究的进行,更多令人吃惊的事实逐渐浮出水面:这台机械由至少30枚齿轮构成,完美再现了太阳、月亮等星体的运行规律,可以直接推算出日食、月食的发生日期,以及古奥林匹克运动会的举办年份,其精度几乎可以称得上是最早的模拟计算机。在其后的千年之间,再没有第二台同等精密度的机械设备问世。研究者认为,“从稀有程度来说,这台机器超过了名画《蒙娜丽莎的微笑》的价值”。
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到底是谁出于什么目的制造了这台机械,又为什么把它带上了船,今天已经无从得知。但是,关于安迪基西拉岛的神秘机械装置的研究还在进行中。最令人遐想的是:到底是谁制造了这台堪称奇迹的机械?
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一般来说,凡是具有工匠气质的人经常有着一种冲动,想亲手打造出一种能模拟、涵盖某个领域的事物。可以推测,也许一名心灵手巧的工匠遇到一名杰出的天文学家,他们的思维碰撞出火花,最终诞生了远超那个时代需求的杰出机械装置。
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奇妙的材料:改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 人类的计算机器梦想
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当然,基于对正确完成大量计算工作的要求,古代有很多类似神秘机械装置的“计算机器”,诸如算盘、算筹、计算尺之类的单纯性计算工具早已流传于世界各地。除此之外,布莱斯·帕斯卡(1623—1662)和戈特弗里德·威廉·莱布尼茨(1646—1716)等著名数学家也分别发明了滚轮式加法器和莱布尼茨乘法器等计算工具。
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开发出现代计算机雏形的人是英国数学家查尔斯·巴贝奇(1791—1871)。当时为了计算船只的航线,必须进行对数运算,可是对数表的误差太大,甚至引发了部分船只失事事件。因此,在1812年,年仅21岁的巴贝奇开始考虑能否用机器计算,以确保结果的正确性。
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可惜他那台被命名为差分机的设备不仅结构过于复杂,而且设计多次变更。他的研究资金很快就用完了。巴贝奇不屈不挠地坚持了20年,最后不得不放弃差分机的研制工作。
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1991年,为了纪念巴贝奇诞辰200周年,伦敦博物馆制作了巴贝奇生前未能完成的差分机。最终的成品是一台宽3.4米、高2.1米,由4 000多个零部件构成的巨型设备。测试结果表明,这台机器能正确进行15位数的计算,从而证明了巴贝奇的设计丝毫无误。
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人类历史上的首台电子计算机要等到1945年才问世,这台值得载入人类史册的电子计算机被命名为ENIAC(电子数值积分计算机)。它的用途是计算弹道等,以为第二次世界大战提供支持。不过,等它诞生的时候,第二次世界大战已经结束了。
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ENIAC由近1.8万个真空管、7万个电阻和1万个电容组成,宽约30米、高约2.4米、厚度达到0.9米,是一个总重量达27吨的庞然大物。其中,最具革命性的设计是采用程序控制计算机,可以处理多个领域问题。从这一点来看,它可以称得上是现代计算机的始祖。
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虽然这台计算机在当时是耀眼的明星,但是巨大的机身和高额的维持费用,导致它的用途被制约于特殊领域内。这台原始计算机未来进化成能够影响我们生活方方面面的现代计算机,还需要以一种材料为基础,而这种材料便是本章当仁不让的主角——硅(silicon)。
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ENIAC
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奇妙的材料:改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 处于命运歧途的元素兄弟
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对于化学家来说,元素周期表并不只是一张元素一览表那么简单,有时候只要多看几眼、多动动脑筋就能获得无穷无尽的创新灵感。正如前文所述,金、银、铜在元素周期表中同属一列(代表着化学特性相似),从中我们可以看出奥林匹克运动会的奖牌与人类经济活动的关联。
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