一堆苹果提出的难解之谜

发布时间：92年10月27日

编译胡季平等

水果店里苹果堆成的金字塔中哪个苹果最容易压烂？答案显然是在堆底部顶点正下方的那个。但这个明显的答案是错误的。

1981年捷克科学家J · 施密德（J. Schmid）和J · 诺瓦尔塞德（J. Novasad）使用了压力传感器测量作用于一堆粒子底部的力，苹果堆成的金字塔就是日常生活中的例子。他们发现了一个很难解释的出乎意料的受力模型。他们发现压力不像预料的在底面中心点最大，而是在底面中心某一距离的环形内的粒子感受到向下的最大压力。事实上，在底面中心点压力显示为局部的最小值，它与粒子受到的最大压力的相对大小取决于堆的尺寸。捷克科研人员研究的最大的堆中局部最小值低约30%。

Schmid和Novasad还发现剪切（或横向）力在底部中心显示最小值，在向堆外方向上受力增加，然后在外边缘再度缩小。

利夫曼的计算机模型以分布于一个等边三角形的数百甚至数千粒子的两维堆积为开端，然后就能安置起这个堆。这免不了要用迭代法解每个粒子的摩擦和运动方程直到这个堆稳定为止。沙堆的计算机力学模型是很难着手的，因为该方程表述的少到3个物体之间的动力都不能准确解出。所谓的N个物体问题（N是3或3以上）长期以来属于经典力学的“过硬”的难题之列，要求有某种更巧妙的近似技术。

liffman及其同事发现他们的模型预测的剪切力与实验结果一致，但他们还不能解释向下的压力在中心部分的适度减少。他们考虑将此模型从二维扩展为三维或许有所帮助，但是遗留下他们无法预见的机理起作用的可能性。

对这种粒子堆的理解是重要的，因为它广泛存在于工业上。一堆矿石或化肥也许会因自身的重量而分成小找：或碎片，能够预测将会发生这种情况的条件也许是重要的。数学家们已把他们的著作提交给“粉末技术”杂志。墨尔本小组的“沙堆”是应用相似技术探索悬浮粒子之间的力的类型的更庞大计划的一部分。

[胡季平译自New Scientist，1991年12月14日］

超导晶体管

美Sandia国家实验室和威斯康星大学的科学家和工程师们通力合作，已研制出一种由新的高温超导材料制成的晶体管，命名为超导磁通流晶体管（SFFT）。

SFFT超导晶体管是完全由新的高温超导材料制成的第一代超导晶体管，它是由以铊为基的薄膜型高温超导材料——铊 - 钙 - 钡 - 铜 - 氧制成，试验表明，这种超导材料效果极佳，在125 K以下失去电阻，具有较高的临界电流，且能容易地加工成各种元件。与普通场效应管不同，SFFT超导晶体管的输出电压是通过调整输入电流来控制的，（场效应管的输出电流靠输入电压来控制的），它是由控制线中的电流（相当于电流“闸门”），使激活区电磁场交变，通过电磁场的交变，调整输出电压。因此，SFFT超导晶体管能提供频率很高（微波）的增益。

SFFT超导晶体管组成的电子线路很有发展前景，一套用SFFT超导晶体管为元件的电路可直接采用高A集成电路，不需要任何外接线路就能进行各种信号处理。这些电路可用于放大器、振荡器，移相器和混频器等。SFFT超导晶体管在电子通讯信号处理技术，尤其在微波和毫米波电路中，功用更是独树一帜。试验表明，Sandia实验室用SFFT超导晶体管制成的微波放大器有很大的放大系数，输出功率大大大于输入功率，在频率为4千兆赫时，增益可达10分贝；用SFFT超导晶体管制成的混频器，可以将两种频率混合在一起，产生另一频率的输出，它可以在高达35千兆赫的高频条件下工作。

SFFT超导晶体管速度快、噪音小，电损耗少，效率高，在电子电路技术中具有广泛的应用前景。

［唐复勇译自Tech Notes，1992年第2期］

用计算机寻求新的有机反应途径

有机化学家不断寻求新的途径来完成反应，有时他们是求助于机遇才成功的。但两位德国化学家求助于计算机也发现了若干新的途径。德国埃朗根 - 纽堡大学的赫格斯（Rainer Herges）和霍克（Christoph Hoock）想寻找一种通过环状分子中键的重排来制备双烯（具有两个双键的含碳化合物）的新途径。为了确保不遗漏任何一种可能性，这两位化学家使用了一个计算机程序来生成和筛选所有可能的反应途径。

首先，计算机发现并检验了由4~6个原子参与的44种反应，但从中得到的五种选择方法前人均已尝试过。科学家因此又用计算机检查了由7个原子和8个电子参与的72种可能的反应途径，计算机产生了26种选择方法。科学家又把范围缩小到3种能够在实验室试验的反应，其中2种为化学上的全新反应。科学家发现有一种反应能从简单的原料出发而又有很高的产率。他们认为这一反应能够用于制备那些诸如在类固醇合成中遇到的重要而颇难制取的双烯化合物。

［岳敏译自Science News，1992年2月22日］

传播疟疾的鸟

正当疫苗研究者致力于彻底根除恶性疟疾的时候，分子生物学家却在探索这种病究竟起源于哪儿？他们的结论是：人类携带的这种寄生虫间接来自于鸟。

寄生虫学家注意到：四种引起人类疟疾的疟原虫中恶性疟原虫最奇怪，它毒性极高，40%的疟疾患者和90%的因疟疾而死亡的患者都是它引起的。其它人类疟原虫的配子呈圆形，而恶性疟原虫的配子呈镰形，与鸟身上疟原虫的配子类似。麦克库德查小组比较了各种疟原虫核糖体上RNA分子的核酸系列，结果证实了他们的怀疑：恶性疟原虫与其它人类疟原虫相比，它更类似于鸟疟原虫。对此最好的解释是：人类恶性疟经横向传播来自于鸟。很久以前，蚊子叮咬感染疟疾的鸟，然后再叮咬和感染人类。不幸的是大多数寄生虫不能存活，而恶性疟原虫的祖先是个例外。

这种传播可发生于任何时候。可以想象，早期农业社会将鸟作为家禽饲养，大大地增加了感染的鸟与人接触的机会。

［胡晓译自Scientific American，1991年10月］

2000年：英国健康目标

当今英国男子与女子平均要比历史上任何时候都健康。根据概率统计求得的估计寿命要比前十年增加两岁：男子73岁，女子78岁。

在现代“绿皮书”中英国国家健康服务机构（Britain's National Health Service）介绍许多用于改善人民健康的明确目标。

绿皮书的重要性在于强调防病并在明确目标中促进人们有益的健康。

到2000年在65岁以下的人中间减少30%冠心病死亡人数。

到1993年底，增加100%合适的女子邀请去观看子宫颈癌的电影。

到2005年减少过度肥胖的成年人的比例在7%或7%以下。

到2000年减少吸烟人的百分率，在男子中（从当前33%）减少到22%。在女子中（从30%）减少到21%。

到2000年增加出生哺乳婴儿比例一从1985年64%增加到75%。到1995年增加幼儿童年免疫力，从目前90%增加到95%。

［朱孝愚译自The Futurist，1992年1~2月］

一种新的补牙技术

牙齿在现存人类身体的各个部位中几乎是最没有生命力，牙齿的新陈代谢以及康复和再生的机能几乎是零，就像无生命力的木头那样，消极地甘受腐蚀，唯一能够意识到的是感觉疼痛。

更麻烦的是牙疼并不预示牙齿受到的损害，牙疼只是由于牙质内小细管中流动的液体无缘无故的刺激造成的。因为热、冷、干燥或者糖脂食品的渗透压力都能产生疼痛而牙齿损坏却不会引起疼痛。戴达罗斯认为所有的人都有理由为此焦虑。

在结构上，牙齿是由一种精巧结合的有机蛋白质把无机磷灰石粘在一起并使其变得坚硬。牙齿腐蚀侵袭这种蛋白质，因此戴达罗斯回想起用甲醛溶液溶解硬化的生物标本的传统方法。这种交键的蛋白质产生了一种惰性、防腐、耐用的固体，这种固体的化学作用与密胺树脂相似。同样道理，戴达罗斯证明用甲醛医治牙齿能凝固它的蛋白质含量，并使其变得坚硬，具有生物惰性和不可渗透的物质，能够阻止腐蚀，同时封闭那些有危害性的细管，因为这种细管的渗透使牙齿产生疼痛。所以戴达罗斯正在发明一种以聚甲醛为基础的精巧的补牙材料，这种称为乙缩醛树脂的成形外科材料，采用了最有独创性的化学方法阻止解聚并且恢复甲醛。一种稀薄的下位配方非常缓慢地分解，稳定地渗漏甲醛单体进入牙质下部，虽然甲醛有明显的毒性。但其毒性低于用作许多补牙材料主要成分的汞。总之，补牙填补物的微量渗入会立即对牙齿蛋白质产生反应，牙齿被交键充满并且进入封闭。生物惰性的结构，可以免除疼痛和腐蚀。显然，这种聚甲醛填补物质被一种更加常规的，能和新牙齿物质相一致并且立即相结合的密胺树脂所代替。

这样，牙科学将被改革，一有麻烦出现，牙齿不是立即被耐久的物质填满，而是逐渐发生化学变化，产生一种完全惰性的材料。

［杜公卓译自Nature，1991年10月17日］

来自伦敦设计博物馆的报告

“商业化的东京设计博览”的引言中讲到：“现在，日本的设计和工艺已成为我们物质文明的组成部分了。”这个博览会是日本节的内容之一，而日本节就像当今英国的卡拉OK酒吧一样受欢迎。

1958年，索尼公司推出了TR - 610，一种小型手提式收音机。它价值40英镑，当时一个刚毕业的日本大学生要干1个月才能买1台。

1968年，索尼公司生产出第一代手提式盒式磁带录音机TC-50，价格是150英镑。日本薪水阶层的人（正如博览会图片说明中所称）可以在夜间回家的火车上录下备忘录和信，这样他们第二天就可以立即开始工作。

博览会告诉我们：现代的东京再也没有永恒的消费者。人们往往来不及写文章报道某种产品式样，更新的式样已流行于大街小巷了。而这些变化经常是底特律轿车厂生产的“今年流行式样”的改头换面，都是些装饰性的变化。关键在于设计以及将设计思想尽快从绘图板上体现到商品中去的工艺技术。

设计和工艺逐步成为日本成功的关键。可惜这个设计博览的组织者几乎没有与南肯辛顿的科学博物馆里的日本机器人展览进行联系。也许问题在于本星期结束的日本机器人展览只能在类似动物园的环境里展出其样品。

设计博览中所展出的产品，虽然也很可能是在南肯辛顿“度假”的机器人的“亲戚”制造的，但比起会动的机器人来说逊色不少，它们不会使人看一眼就留下深刻印象。但是，在一间屋子里，陈列着各种消费品，中间是些脏乎乎的车子，实际上倒是更多地引起人们的思索。

设计博览上除了有注释的产品展览，还有设计典型例子分析。这些分析说明了许多问题，包括索尼公司是如何制造出只有日本护照大小的便携式摄像机的。

佳能公司把喷墨打印机的设想变成了现实，这也同样令人惊异。在偶然的观察中，他们发现热的流体从离电铬铁很近的皮下注射器中喷出来。于是他们很快生产出这种新型打印机，比它激光打印机的噪声更小，打印质量几乎一样好，而价格只有其1/4。

这次设计博览是在东京设计中心的合作下完成的。这个中心是由佳能、索尼、尼桑、日本电气公司和日立公司联合组成的，这些公司的产品奇妙地统治了这次设计博览。