中華文化老根在台灣?!(五)

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教訊雜誌社社長/高緒業  2004-04-01 10:05

─科學可造福人類 也可毀滅人類(中)

一、元素週期表與碳的循環

  凡不能以化學方法分解為更簡單的物質,稱為元素。分為金屬與非金屬兩類。已知有一○五種,其中有九十一種存在於自然界。元素依原子量大小順序排列,則其化學或物理性質是音階般的週期性變化,因此元素,依原子量由小而大排列而成的週期表,就稱元素週期表。

  依原子序排列與人類生命生活有關的元素,都排在最前面,氫是1,碳是6,氧是8,而在地球存在的豐富度最高的十種元素是H、He、C、N、O、Na、Mg、Si、S、Fe(氫、氮、碳、氨、氧、鈉、鎂、矽、硫、鐵),而H佔10%,C佔20%,O佔62%。人類呼吸氧生活,而水是氧與氫的化合物H2O,也是人類生活不可或缺的。

  大氣中就有臭氧(氧的同位素)層。尤其是碳,所有的有機體化合物均含有碳,為組成生物體細胞的必需成分。化學性質很穩定,為強力還原劑。它的同素異形物有無定形炭、石墨、金剛石與活性碳。石墨、金剛石都是晶體結構,均可用合成法製取。石墨是軟而滑的固體,為熱和電的良導體。金剛石是目前所知最硬的物質,是貴重的金石,並可用於切割。碳跟氫、氧、氮以及某些其他元素,形成約占生命機體物質18%的化合物。碳元素在大氣、土壤、岩層及動植物間流傳的過程叫做碳循環。

  生物的碳主要來自植物的光合作用,從空氣中吸收固定的二氧化碳,再經由生物的呼吸作用,屍體的分解、燃燒等形式而回歸大氣。所以碳素循環永遠保持平衡。二氧化碳為空氣成分之一(佔0.03%),如含量達0.1%即有害健康。不能助燃,比空氣重1.5倍,故可作滅火器。固態二氧化碳,即俗稱乾冰,可用於飲料,是地球大氣層次要組成成分。在含碳物質燃燒,發酵和動物呼吸時形成。在二氧化碳濃度為50%的空氣中長時間停留會昏迷或死亡。大氣層中的二氧化碳能避免地球所接收的輻射能的一部分返回空間,因而產生溫室效應。但如果氣溫持續昇高至某一程度,有可能使北極的冰融化,波及全球,就會威脅人類的生存了。

二、電腦時代

  電子計算機Computer,不久通稱電腦,原是提供運算的自動電子機器,第一部計算機於一九三九年起,美國哈佛大學與IBM造成了一台長十五公尺高二‧五公尺,重達三十噸的巨大機器,這是第一代,經過六十多年發展,電腦已進入了第五代。

  簡單的說,從巨大無比,到細小之極;從有錢買不到,到人人買得起;從處處都沒有,到隨處都有;從資訊細流到資訊瀑布;從大家都不懂,到人人會操作。我們可以大膽的說一句,現代人如不能操作電腦是個半文盲。

  數十年來電腦處理資料的速度以萬倍以上的增進。其中影響最重要的因素有二:一是矽晶片的發現(使製作成本大幅劇減),一是資訊科技在軟體方面的應用,經過通訊與電腦的交互應用,光纖與人造衛星的結合,使電話能更普遍應用,傳遞可廣及全世界,使世界進入資訊時代。

  電腦的使用有硬體與軟體之分,硬體是指電腦機器本身的製作與改進,軟體是電腦程式的設計,而電腦間的傳輸與溝通,則是網路。燒錄的記憶體晶片叫韌體,是半導體存儲器。

  電腦的發展已有五代:一九四六年第一代真空管;一九五四年第二代電晶體;一九六四年第三代IC(積體電路);一九七○年超大型積體電路(VLSI);一九九二年到現在AI人工智慧。

  電腦的進步帶來四A革命,A指Automation自動化,四A就是辦公室的自動化、工廠自動化、實驗室自動化與家庭自動化。

  文書處理機與第三代傳真機完全實現了辦公室自動化,工廠自動化已是全世界普遍趨勢,實驗室自動化最大的成就是促成了新材料革命,發明了超級工程塑膠─高功能樹脂,是超越金屬的新材料,具有高強度、耐熱度、耐衝擊性、耐燃性、耐磨損性、耐藥品性、耐修理性等特性,而且硬度非常高。

  電腦的數位空間,也就是資訊的貯存量,科學家預測不到二○四七年,就幾乎裝得下所有資訊,包括大部分的知識、創意與個人的喜好,使人與人間的溝通產生突破,大家可使用感官與他人進行雙向溝通。保守估計,屆時電腦的威力將是目前的十萬倍。但是如果按照摩斯法則,電腦在處理速度、儲存量及網路寬頻方向每年成長60%的話,屆時電腦的威力將是目前的一百億倍。

  第五代電腦已具有類似人類的智慧,具備人類的知識與常識,可以理解圖形及自然語言,還能讀書、學習、推理、聯想、判斷、決策、思考、自我反省以及進步。

  IBM的「深藍」隊可預知十五至三十個最佳走法,於一九九七年國際世界象棋賽中擊敗了世界冠軍。在最近一次比賽中,電腦又贏了。印象的合成設計和瞭解語言的電腦預計在二○一○年完成,在網際網路當下,使用者透過一、無所不在。二、劃一性。三、統一性等三項空間原則,涵蓋面遠為廣大,磅礡無垠。現在的電腦網際網路,其中「中華萬年網」網頁就包含了整個中國文化資料。

  人工智慧(AI)(Artificial intelligence)也譯成人工智能,研究解決某些通常被認為要用智慧才能解決的計算機技術。AI最早研究是在一九六○年代,到現在最顯著的成就有三方面:

  一、在人的工作水平上解決化學、生物、地質、工程和醫學中的某些疑難問題。

  二、操縱機器人去完成一些有用的、重複的傳感運動的任務。

  三、回答用英語提出的問題。

  目前AI的領域已逐漸在下列五方面廣泛應用:自動化程式設計、資料庫管理、資料庫查詢語言、電腦輔助教學、人機交互應用。正因如此,第五代電腦就叫AI了。

  此外尚有光電腦─利用光子作用的電腦;生物電腦─生物元件促成電腦大革命。由於生命科學及生物技術的進步,將會給「電腦世界」帶來一大革命。

  二十一世紀的人類已被視為後人類,人類由生物界→技術界→電子界;已從電腦母體滋生為「數位生物」,同時人類亦在研究發展「人工生命」。

  「電子生活」(E Life)成為二十一世紀的風尚,「網路呼叫器」(ICQ,I see you)把人作成「人機複合體」,一方面形成公共性的整個網民社團的居所,另一方面整個居家環境變成數位動物,成為具有意識、智能、性格、記憶,能說話,喜怒哀樂形於色的「超仿生代理」的管家。

三、機器人

  機器人這個名字是捷克作家卡列爾查別克在一九二○年所寫的電影劇本「羅薩姆萬能機器公司」裡最先使用,但真實從事機器人研究的是日本人。

  日本在江戶時代就有機器木偶。日本的相澤先生於一九一五年創立機器人研究所,他造了七百個以上的機器人。科學家的理想,要製造「完全機器」的機器人是類人類愈好。

  最初發明代替人工作的是自動機器。一九六七年開始,工業用機器人就普遍使用。它具有三個優點:反覆作業、使用在危險的工作裡、可以自動控制,最後邁向無人化工廠的實現。

  過去有的機器人分兩大類:一、能自我判斷的機器人,包括病患(與病人一般供醫學院學人實習)、接絲、剪票、郵政、領航機器人。二、遙控機器人,包括塗裝、爬樹、消防、監視公害機器人。機器人可以活躍太空(登陸月球、探測火星都要靠它),出入深海(收回氫彈、探勘採掘油田、海中開路)。最後目標是製作智能機器人,智能機器人的先鋒,已有資訊處理、觸覺、會走路、能站立坐下的義足,機器馬(用四腳行走),美國通用公司曾在研究一種能聯結人體,以提高人類作業能力的機器強人。

  日本新力電腦科學研究所正在展開「北野共生系統計劃」。機器人從周圍獲得光、聲音等資訊後,可透過相機、麥克風等感知器,感知光、聲音。這些資訊經過複雜處理,可使機器出現某種反應。機器人「共生系統」即機器人將獲得的資訊、內部處理,經複雜「共生」後,與自己反應結合在一起。這個機器人將定名為「匹諾」。該系統計畫另一台柱「共生系統智慧組」共製造出三種機器人(除匹諾外),一是「西格」,只有上半身,有靈敏的聽覺;另一是人形機器人「莫夫」(變態之意),配備了一三八個感知器;外部沒有裝飾物,但能如運動員般運動,北野說希望它的生命與人一般「頑強」。

  英國科學團隊在去年年底表示,他們已造出第一具「機器人科學家」,具備的能力可以自動提出理論,訂定實驗、評估結果,再進行接下的實驗,最後得出解答。這個機器人長十英尺,高三英尺。

四、奈米─極小化科技

  奈米是最近幾年席捲全球科學與工程領域的一場風暴,各個科技先進國家都競相投入資源在奈米科技上,台灣也不例外。

  奈米只是一個長度的單位,一奈米等於千分之一米,大約是十個氫原子(五個碳原子)並排起來的長度。簡單的說,奈米就是「極小化」的科技,其研究領域可以跨越凝態物理、化學、材料、電子、生化等,而且可能建構出更佳化學、力學、光學或電學性能的材料(在奈米級以上還有微米級)。第一個公開討論這個目標的人是物理學家費曼,他在一九五九年一次「這下面空間還大得很呢!」演講中舉例說,沒有什麼道理我們不能把整套大英百科全書寫在針頭上。

  顯然,奈米科技已成為廿一世紀最為關鍵的技術之一,美、日、歐等技術先進國家已大舉投入,中國兩岸也積極參與。美國與日本研究機構預測,奈米科技將於二○一○年達到每年一兆美元(約合新台幣卅五兆元)的全球產值。奈米科技已是未來產業的火車頭,目前台灣應用奈米的傳統工業有塑膠、人纖、塗料、建材、造紙、金屬、化工等。科學人雜誌在二○○三年一月號就出版了整本的柰米特刊,要瞭解這一新科技可以參看。

  將來的奈米機器人(奈米管)可以放進血管消滅病菌、癌細胞,也可以採集太陽系各星球之資源和能量。真應驗了莊子的「自細視大者不盡」。(待續)

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