量子卫星通信

崔金泰

    ①2016年8月16日，我国成功发射了世界上第一颗量子卫星——“墨子”号。它的成功发射，把量子实验从地面搬上太空，从而构建一个天地一体化的量子保密通信和科学实验体系，这必将开创安全通信的新时代。

    ②量子卫星之所以能保障通信安全可靠，是因为量子卫星让信息传递者和接受者交换令信息无法被破解的量子秘钥，而这个秘钥利用量子的奇异特性实现的，它是“量子纠缠”。

    ③20世纪80年代初，法国科学家阿兰•阿斯佩首次用实验证实了“量子纠缠”现象的存在。这里所说的量子纠缠，是指在两个处于“纠缠态”的微观粒子中，无论它们相距多么远，若对其中一个的特性进行任何修改，那么就像孙悟空和其分身“心有灵犀”一样，都会立即在另一个粒子上出现反应并做出相应改变。利用这种特性产生的量子密钥，就可以保证任何外人都无法破解通信密码。因为量子密钥一旦被截获或被测试，其状态就会立即发生改变。有人对此用“肥皂泡”作了形象的比喻：               

    ④那么，天地之间是如何进行量子通信的呢？具体来说，先将量子信号从地面发射并穿透大气层，卫星接收到量子信号并按需要将其转发到另一特定卫星，即量子卫星上；量子信号再从量子卫星上穿入大气层到达地球某个角落的指定接收地点。     量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗，     在技术上能实现纠缠光子在穿入大气层后仍然保持其纠缠特性，     就可在量子卫星帮助下实现全球化量子通信。

    ⑤“墨子”号量子卫星通过使用信息加密技术，使其可以在相距数千千米的通信者之间分发量子密钥。这颗卫星开始是在北京和乌鲁木齐之间分发量子密钥，然后还计划向奥地利发送量子密钥。它的预定目标是，在两年内利用卫星建立一个可靠、不会被破解的通信网络， 并为建立全球量子通信网络奠定基础。

    ⑥在量子卫星未发射之前，我国多家企业已将量子密钥分发技术投入市场，并在银行之间或政府机构之间建立了这类网络。但是这些光纤网络只能在数十千米的距离内发挥作用， 再远就不行了。因为在地面传输信息时，光子通过空气和光纤时会被分散和吸收，从而对网络的干扰较大。有了量子卫星后，由于光子在太空中传播几乎没有损耗，因而量子卫星开展的量子通信实验距离为1200千米，远远超过了陆地上300千米的最远距离。

    ⑦总之，量子卫星不仅是一种全新的加密通信手段，并将成为新一代信息网络安全解决方案的关键技术和日益普遍的电子服务安全基石，成为保障未来信息社会的重要基础之一。

方块汉字前途之争

汪品先

    ①方块汉字的前途，是我国知识界争论的百年话题。

    ②对于汉字的批评，首先来自其复杂难学，历史上只为少数人所掌握。“五四”运动后推行白话文、拟定注音字母，进一步的主张就是废除方块字、实行拼音化。然而建国后的实践表明：通过汉字简化和义务教育，汉字完全可以为大众所掌握，本身并不是造成文盲的主要原因。

    ③时至今日，废除方块字的主张不再活跃，流行的一种观点是方块字不适合于科学表达，不如拼音文字那样逻辑分明，因此汉字可以用来传承文化而不适用于发展科学。其实这里混淆了科学发展的传统背景和语言载体本身的特色。国人撰写的学术论文，无论用的是中文还是英文，往往有着论证不严、逻辑不清的毛病，这里既有我国传统文化中不利于科学发展的遗传病，也有在近代封闭条件下形成的恶习惯。文字无辜，这些毛病不该记在文字头上。

    ④计算机技术的发展，为各种文字的前途提供了重新排队的机会。对于二进制的计算机编码而言，一个汉字只相当于两个拼音字母。同一个文本，汉字的篇幅最短，输入计算机的速度也最快。汉字直观，承载的信息量远大于拼音文字。更重要的是汉字信息熵最高，有限数量的方块字经过搭配，可以构成无限多的新词；而依靠拼音字母的英文，需要不断制造新的单词才能表达不断出现的新概念。因此，汉字常用的只有几千字，而英语的词汇量早已超过40万，在应对新概念大量涌现的科学发展中并无优势。

    ⑤语言是文化传承的主角，以汉语作为载体的中华文化，在科学创新中应当具有潜在的优势。一种文化能够保持几千年而不衰，其中必有原因。值得参考的是犹太民族，三千年历史有两千年流离失散，却始终坚守着犹太教和希伯来文。在外界压力下，犹太人凭着对知识和智慧的重视，以一千多万的人口，赢得了世界四分之一的诺贝尔奖。华夏文化同样具有尊重知识和智慧的传统，是不是也在深处蕴藏着科学创新的基因，从而也有问鼎世界科学顶峰的前景？

（选自2015年2月27日《文汇报》，有改动）

什么决定了你的口味？

    ①为什么有些人天生就不爱吃葱、姜、蒜、香菜等刺激性食物？为什么萝卜白菜各有所爱？为什么在海外生活多年的华人依旧改变不了自己的饮食习惯？为什么我们无法重现儿时的味道？现在，科学家已经可以告诉我们这些问题的答案了。

    ②过去我们常常认为挑食是娇生惯养的结果，但科学研究证明，挑食的原因并非这么简单。

    ③拿香菜来说，喜欢香菜的人吃什么都想放点香菜进去，厌恶香菜的人闻着味道就有一种本能的排斥。在喜欢香菜的人看来，香菜清爽可口，但是对另一些人来说，香菜和肥皂就是一个味道。美国食品化学专家认为，香菜的气味大约源于6种物质，其中大多数是名叫“醛”的脂肪分子。在肥皂和洗涤剂里都有这种“醛”分子，臭虫体内也有类似的分子。对讨厌香菜的人来说，他们察觉不到香菜叶中令人愉悦的化学物质，而只察觉到香菜与肥皂相似的那一面。因此，挑食或许只是因为基因差异。

    ④美国佛罗里达大学嗅觉和味觉中心的一位科学家称，与男性相比，味觉超常的能力在女性身上更为常见，而亚洲人和非洲裔美国人中味觉超常的人又比白种人多。

    ⑤中国人讲“民以食为天”，这句话非常有道理，出门在外，饮食是否可口，直接关系到心情的好坏、身体的健康，甚至工作的效率，还有一句更准确的描述——“吃饱了不想家”。有一种理论认为，人的胃口是有记忆能力的，饮食习惯将在6岁前养成，一旦形成，终生难以改变。大多数人都具有小时候形成的故乡味觉记忆，它非常强烈，让人对其念念不忘，据说孩子想家了，多半是想家里的饭菜了。即使是在海外生活多年的华人，真正能够适应西餐口味的，仍然是少之又少。甚至可以说，海外华人对于中餐的记忆，比对家乡的记忆更加深刻。从这个意义上来说，人们对食物的口味，它蕴含着丰富的感情与历史。

    ⑥在《追忆逝水年华》里，一块小小的蛋糕触动了普鲁斯特的味蕾，让他开始努力找回失去的时光，对普鲁斯特来说，蛋糕是他心中永不退色的记忆。看不见、摸不着的味道，为什么会有这么大的魔力？科学家表示，味道之所以能够有效地唤醒记忆，是因为它非常难以重现。比如我们在农家乐吃水煮鱼，当我们离开以后，我们可以轻易回忆起水煮鱼的样子，耳边也能回响起辣油浇在干辣椒上滋滋的声响。然而，我们却根本没有办法“回忆起”那盘水煮鱼的味道，虽然它是如此美味，独一无二。只有当我们再一次闻到或者尝到水煮鱼时，我们才会重拾这种美好的感觉。味道是无法被大脑直接保存或重塑的。脑海中关于“味道”的记忆，总是那么模糊。我们无法像复制视觉或者听觉记忆一样，在脑海中勾勒味觉的体验。味道因此是一种独特的记忆。

    ⑦正因为味觉记忆无法重塑，所以再现以后，才会给人带来如此强烈的情感冲击。它甚至能把我们带回更小的时候。比如说，通过语言提示的记忆往往存在于11～25岁之间，而味觉则能将人们带回到6～10岁的童年时光。与视觉和听觉相比，“味道”和事物之间建立起的联系更为强大、也更为持久。

    ⑧味觉记忆如此独特的另一个原因，是我们通常感受到的“味道”，是好几种不同味道的组合，这种组合一般来讲非常特别，也不太容易再现。小时候街边小面馆里混着辣椒油的炸酱面，伴着面馆中抹布与油烟混杂的气味，其味道是如此独一无二，即便在以后的日子里去过无数高档饭店，吃过无数碗面条，那味道也代替不了。

    ⑨吃，对于我们来说，是人生的重要组成部分。食物，伴着它们独特的味道，成就了我们生活中一段段温馨的记忆……

梦回繁华（节选）

①张择端画的《清明上河图》，绢本，设色，纵24.8厘米，横528.7厘米。作品描绘了京城汴梁从城郊、汴河到城内街市的繁华景象。整个长卷犹如一部乐章，由慢板、柔板，逐渐进入快板、紧板，转而进入尾声，留下无尽的回味。

    ②画面开卷处描绘的是汴京近郊的风光。疏林薄雾，农舍田畴，春寒料峭，赶集的乡人驱赶着往城内送炭的毛驴驮队。在进入大道的岔道上，是众多仆从簇拥的轿乘队伍，从插满柳枝的轿顶可知是踏青扫墓归来的权贵。近处小路上骑驴而行的则是长途跋涉的行旅。树木新发的枝芽，调节了画面的色彩和疏密，表现出北国早春的气息。画面中段是汴河两岸的繁华情景汴河是当时南北交通的孔道，也是北宋王朝国家漕运的枢纽。巨大的漕船，舳舻相接，忙碌的船工从停泊在河边的粮船上卸下沉重的粮包，纤夫们拖着船逆水行驶，一片繁忙景象。汴河上有一座规模宏敞的拱桥，其桥无柱，以巨木虚架而成，结构精美，宛如飞虹。桥的两端紧连着街市，车水马龙，热闹非凡。一艘准备驶过拱桥的巨大漕船的细节描绘，一直为人们所称道船正在放倒桅杄准备过桥，船夫们呼唤叫喊，握篙盘索。桥上呼应相接，岸边挥臂助阵，过往行人聚集在桥头围观。而那些赶脚、推车、挑担的人们，却无暇一顾。这紧张的一幕，成为全画的一个高潮。后段描写汴梁市区的街道。在高大雄伟的城楼两侧，街道纵横，房屋林立，茶坊、酒肆、脚店、肉铺、寺观、公厕等一应俱全。各类店铺经营着罗锦布匹、沉檀香料、香烛纸马。另有医药门诊、大车修理、看相算命、修面整容，应有尽有。街上行人摩肩接踵，络绎不绝，士农工商，男女老少，各行各业，无所不备。

    ③《清明上河图》采用了中国传统绘画特有的手卷形式，以移动的视点摄取对象。全图内容庞大，却繁而不乱，长而不冗，段落淸晰，结构严谨。画中人物有五百多个，形态各异。采用兼工带写的手法，线条遒劲，笔法灵动，有别于一般的界画。《清明上河图》是一幅写实性很强的作品，画中所绘景物，与文献中有关汴梁的记载基本一致。《东京梦华录》中所记述的街巷、酒楼、饮食果子，以及“天晓诸人入市”“诸色杂卖”等，都能在这画面中找到生动的图释。画中的“孙羊店”“脚店”等，与《东京梦华录》中所记的“曹婆婆肉饼”“正店七十其佘皆谓之脚店”等，无有不符。画面细节的刻画也十分真实，如桥梁的结构，车马的样式，人物的衣冠服饰，各行各业人员的活动，皆细致入微。它不是一般热闹场面的记录而是通过对各阶层人物活动的生动描绘，深刻地揭示出这一特定历史时期的社会生活状况。画中丰富的内容，有着文字无法取代的历史价值，在艺术表现的同时，也是为12世纪中国城市生活状况留下的重要形象资料。

人类的体温为何是37摄氏度？

①我们已经习惯自己的体温，以至对它视若无睹，除非中暑、发烧、寒冷，才会关注它。如果静下来思考我们的体温为何如此，会发现其中暗含着更加久远的故事：恒温动物异军突起，与变温动物争夺天下。这是一场考验能源获取、动员效率、反应速度，甚至需要抵御生化武器的持久战争。最终，恒温动物完成了改朝换代的壮举，彻底占据了天空和大地。 

②我们都知道人类的体温是37摄氏度，其实人类的体温会因为身体部位和时间的不同而有所差别。

③然而，恒定的体温并非理所当然。当体温高于环境温度，身体因为热传导与辐射持续丧失热量，且温差越大，热量损失越快。若要维持体温不变，就必须在体表建立有效的隔热层，同时在体内源源不断地制造热量，才能平衡损失。这意味着人类必须频繁地进食、进水，才能保证体温不会大幅变化。相比之下，对体温不那么讲究的变温动物，在相同的体重下，对能量的需求只有恒温动物的1/10，这让它们更加容易在食物匮乏的环境中生存下来。 

④这样看来，变温动物的生存策略似乎更加高明。但实际情况是，奢侈消耗热量的哺乳类和鸟类，反而完全占据了大地与天空、高山与两极，它们才是当今世界占统治地位的物种。 

⑤这是因为，恒温动物具有明显的生存优势。 

⑥当气温太高，缺乏体温调节能力的变温动物必须躲藏起来，防止体温过高导致死亡；当气温太低，它们又需要寻找外部热源，或者进行休眠。恒温动物受气温影响更小，因而能适应更多变的环境，抢占更多生态位。这也就解释了为何在南北两极有很多哺乳动物和鸟类，却没有爬行动物。

⑦变温动物在外界气温变化较大时，还会行动缓慢、反应迟钝。这是因为动物体内控制所有生化反应速率的酶，对温度变化非常敏感，相差10摄氏度，都会带来2到3倍的变化。而恒温动物总是保持在自己的最佳温度，生化反应速率更高，因而拥有更加出色的反应和运动能力。

⑧然而问题还没有解决，虽然恒温具有这些优势，人类为何会停留在37摄氏度？

⑨其实不止是人类，一些常见的哺乳动物的体温也都非常接近这个数值。鸟类的体温更高一点，不过一般也相差不大。

⑩如果我们把常温、常压下水的冰点和沸点及其之间的温度，看作一条线段，那么就会发现，黄金分割的另一端是38.2摄氏度，非常接近于我们的平均体温。大概这只是一个美妙的巧合。但生物学家卡萨德瓦利发现，黄金体温确实存在，而问题的关键与毫不起眼的真菌有关。 

⑪自然界存在着种类繁多的真菌，其中不乏致命的杀手。比如娃壶菌，对几种蛙类来说，感染就意味着死亡。熊蜂微子虫，会在熊峰体内大量繁殖，导致它们肚子太大无法弯腰交配。尽管能接触到超过4000种真菌，哺乳类动物却只会感染其中不到500种，大部分也不会致病。对鸟类的研究也同样显示，真菌能引发的鸟类疾病非常少。这让它们相对于容易感染真菌的动物，具有很大生存优势。

⑫除了免疫系统的功劳，体温也在其中发挥着至关重要的作用。

⑬提高体温可以杀灭更多真菌，但是更高的体温也消耗更多热量，在不生病和不饿死之间，人类或是其他动物必须选择一个平衡点。卡萨德瓦利对这两者进行建模和计算，发现存在一个投入与收益的最优解：36.7摄氏度。

⑭体温低于这个“黄金体温”的哺乳动物，都更易感染真菌。比如在北美，异温性的蝙蝠在休眠时体温会下降到环境温度，这让它们很容易感染真菌，引发白鼻子综合征，并大批死亡。 

⑮于是，在残酷的自然选择和简单的数学原理之下，人类的体温就固定为37摄氏度。 

所有蜘蛛都结网吗?

①提起蜘蛛，人们马上会想到蜘蛛网，似乎蜘蛛网是蜘蛛的“标配”。梅尧臣说蜘蛛“日结一尺网”，其实事实并非如此。尽管所有蜘蛛都是才能卓绝的“纺织姑娘”，但只有一半蜘蛛是精益求精的织网高手。

②结网蜘蛛是最吸引眼球、最为人熟知的蜘蛛，也是最古老的“网络工作者”。其他蜘蛛对蛛丝的利用相对简单：或编一个简陋的掩体，或设一个感应的装置，或在捕猎时当绳索，或在飞跃时作安全带……结网蜘蛛可以在不同的场所织起天罗地网作为狩猎场，如圆网蛛、中华涡蛛、胸斑花皮蛛等。圆网蛛是最常见、织网最精巧的蜘蛛。圆网蛛的网是大自然制造的精美艺术品，充分体现了蜘蛛的创造力。“屋角篱尖竹树阴，可怜用尽许机心。”杨万里说的就是圆网蛛，其生活场所是最不起眼的屋檐、篱笆或庭院的角落。

③洞穴蜘蛛也织网，但网没有黏性，它们纯粹依靠网和地面的振动来感知猎物的范围，进而实施攻击。事实上，蜘蛛是世界上对振动最敏感的动物之一，饥饿中的蜘蛛感觉尤其敏锐。

④洞穴蜘蛛习惯于躲在沙堆或洞穴里守株待兔，等待猎物送上门来，如食鸟蛛、施展蜘蛛、悉尼漏斗网蜘蛛。亚马孙巨人食鸟蛛真是蜘蛛家族的“巨人”，足展可达30厘米，是圆网蛛的10倍，与施展蜘蛛体形相差约700倍。在它的食谱中，除了昆虫，还有青蛙、蜥蜴和小鸟。所有蜘蛛都有毒性（蜘蛛毒素有重要的药用价值），但悉尼漏斗网蜘蛛堪称世界上毒性最大的蜘蛛之一，令人闻风丧胆，其毒液中含有阿特拉科毒素（一种神经毒素），一次蜇咬就可轻易杀死一名成年人。它们不仅猎杀昆虫，也捕食比它们体积大的青蛙和蜥蜴。穴居狼蛛很特别，它筑穴而居却懒得结网，依仗着螯肢中的剧毒，直接对猎物采取暴力袭击。狼蛛性情凶猛，但对待自己的孩子却温情脉脉。

⑤游猎蜘蛛居无定所，四处觅食，如跳蛛、猫蛛、蟹蛛、平腹蛛等。蟹蛛不结网，常常静伏花草丛中等候过往的昆虫，它敢于以小搏大，捕食比自己大得多的蝴蝶和豆娘。平腹蛛富有智慧，讲究策略，不靠蛮力取胜。它捕食时总是小心翼翼地靠近蟑螂等猎物，偷偷释放丝线将猎物缠住，然后找准机会向着猎物颈部致命一击。此外，猪笼草花蛛会用蛛丝做“保险带”或“安全气囊”来窃取猪笼草捕虫瓶中捕获的猎物。

⑥当然，蜘蛛并非严守上述生活方式。例如，流星锤蜘蛛的雌雄个体狩猎方式就大相径庭。真正配得上流星锤蜘蛛这个称号的是雌蛛。雌蛛用蛛丝和黏液制作一个“流星锤”，并用气味引诱飞蛾。当飞蛾靠近时，它就疯狂地舞动流星锤，直至将猎物粘住为止。雄蛛是个“袖珍男”，舞不动“流星锤”，也捉不住大飞蛾，它就干脆不劳神费力地制造工具，而是潜伏在树叶之间，直接用毛茸茸的附肢捕捉小飞蝇。

⑦拟态蛛自己不结网，它以其他结网蜘蛛为食。它先侵入猎物蜘蛛的蛛网，然后轻轻地拨动蛛丝，发出欺骗信号，将自己伪装成体形较小的入侵者，引诱蛛网主人前来。当猎物进入攻击范围时，拟态蛛会非常轻柔地触摸猎物，在猎物毫无防备的情况下用螯肢中的毒液将其麻醉。