药物使用的整个发展过程似乎卷入了一个永无终点的螺旋。自从滴滴涕被允许民用以来，逐步升级的过程便开始了，人们得不断寻找更有毒性的物质。这是因为作为对达尔文适者生存原理的绝好证明，昆虫已演化出对人们使用的某一杀虫药具有抗药性的超级品种，于是人们必须发明一种更毒的药剂，接着又发明一种比这种药剂更毒的药剂……

    “控制大自然”这一短语是在骄傲自大的心态中构思出来的，它源于尼安德特人时期的生物学和哲学，当时人们以为自然界是为人类的便利而存在的。应用昆虫学的概念和实践大都发端于那石器时代的科学。如此原始的科学竟已用最现代、最可怕的武器装备起来，这真是我们的一大灾祸。这门科学在使用这些武器对付害虫的同时也在打击整个地球。

植物的“眼睛”

    近年来，越来越多的植物学家认识到，植物除了能利用阳光进行光能合成外，还有更多的功能。植物通过许多复杂手段获取并解读阳光携带的各种信息，这些信息反映了周围环境的变化情况。植物不仅能感觉到其他植物的存在，并以各种方式最大限度地提高生存几率，而且还能通过阳光确定春天是否已经来临，冬天是否已经结束。通过阳光，种子知道什么时候应该发芽，成年植物知道什么时候应该开花。

    植物的开花过程是一个非常有趣的事情，因为大多数植物能做到与季节变化保持高度一致。如果白天时间太长，某些种类的植物就不会开花；而另一些植物只有在白天持续足够长的情况下才会开花。观察结果表明，植物能随着季节的变化估算出白天的变化长度。而要做到这一点，它们必须会区分白天和黑夜，测量时间长度，综合各种信息。植物真的具有这种能力吗？研究表明答案是肯定的。就像植物通过受光体测量光线一样，它们也能测量时间，准确地说是通过生理钟来测量的。

    早在很多年前，植物学家就已认识到，光在决定植物的生长速度和开花时间上起着至关重要的作用。但是那时的科学家认为，光合作用是促进植物生长的关键因素。目前许多科学家认为，这个结论有些过于简单化。实际上植物不是通过聚集光的能量，而是通过搜集和加工光携带的信息来促使其生长。虽然植物没有感觉器官来感知光，但其体内的每个细胞内都生有受光体。受光体就像它的眼睛，能使植物感觉到光的存在、强度、持续时间、方向以及颜色的相对比率。

    光携带了大量信息，而植物能够解读这些信息。植物是通过“研究”白色环境光（由各种颜色组成）开始解读光所携带的各种信息的。叶绿素有选择地从白光中吸收颜色或波长。绿叶能吸收大部分红光和蓝光，并通过叶片反射，传播一种被称做“远红光”的光线，这种光的波长恰好在可见范围之外。

    植物不仅能测量各种颜色的密度，而且还能测量某种颜色配对的比率。科学家们曾做过一项实验，最终得出一个结论：植物通过测量红色与远红色之间的比率能“看见”其他植物叶子的阴影。这一观点认为，植物所处的环境如果过于浓密，其他植物反射的远红色光就会增多，而吸收的红色光就会减少。因此，植物只要检测出红色和远红色光之间的比率，马上就会知道它是否被遮挡了。

    随着植物视觉系统的发现，科学家们一直在努力寻找植物在分子层面的工作原理。地球上的大部分生物都适应了一天24小时的循环形式，植物当然也不例外。大部分生理过程都是按一天的生理节奏进行的，早在1930年，德国生理学家欧文·勃宁就认为植物通过其体内的生理钟测量一天的长度。但是生理钟并不像机械钟那样准确，其循环周期只是大致接近24小时。因此，生理钟必须不断进行调整，以与太阳的循环周期保持同步。植物的感光受光体就起这种作用。

    1998年，植物生物学家史蒂夫·凯和他的研究小组第一次鉴定了一种能让植物生理钟保持同步的受光体。这些分子就是光敏素和隐秘色素。植物学家克林·皮特恩认为，生理时钟直接促进植物生成一种能对光的季节变化产生反应的分子。同时他又指出，无论是这种分子还是受光体都无法单独发挥作用，二者必须结合起来才能促使植物开花。

    植物学家对近来取得的成功感到非常高兴，他们发现了植物通过一个复杂的信号网络使其生长与环境变化保持一致的秘密。

（选自《百科知识》2009年第18期，有删改）

数学归纳法与《道德经》

张奠宙

    数学，犹如雨后初霁的天空，一尘不染，阳光万里，然而未免稍觉单调。人文则如漫天云彩，白云苍狗，丰富多变，又会令人眼花缭乱。若得二者相配，蓝天白云，何等赏心悦目？那么，设想数学与人文之间如能获得沟通，又将会出现怎样的深邃意境呢？

    数学归纳法在古希腊数学中已有萌芽。但真正作为一种重要的数学方法，是19世纪皮亚诺提出“自然数公理”前后的事情。现在，纯西方的“数学归纳法”真的遇上了《道德经》以及《愚公移山》等东方经典故事。

    如今高中课程中的数学归纳法，目标是要证明对所有的自然数n，命题P(n)都成立，一个也不能少。教学中，则常以多米诺骨牌作喻。意思是，推倒第一块，接着便会推倒第二块、第三块，直至成千上万块。然而，多米诺骨牌无论制作得怎样精致，总有结束的时候。能够推倒的，毕竟只是有限块。可是数学归纳法所要面对的是自然数全体，要求从有限跨入无限的大门。如此看来，多米诺骨牌对数学归纳法来说，只是形似，没有神似，差得很远呐。

    于是，中国经典《道德经》登场了。“道生一，一生二，二生三，三生万物”，这十三个汉字，尽显无限本色。原来，所谓“万物”泛指的“无限”，乃是不断“生”出来的啊。更进一步，“愚公移山”故事里的一段妙语构造了一个“生生不息”的无限思维模型。愚公说：“

    虽我之死，有子存焉；子又生孙，孙又生子；子又有子，子又有孙；子子孙孙无穷匮也，而山不加增，何苦而不平？”

    这里，愚公高调宣布了用“无限”战胜“有限”的胜利。既然愚公家族的序列可以做到“无穷匮”，那么用于任何命题列P（n）行不行呢？这就要看P(n)能不能具有愚公家族序列的特性了。如前所说，愚公模型之所以能达到无限，是因为神话人物愚公自动地获得了他的子孙世世代代必定都能够“生”的特殊保证。至于P(n)的每一代能不能“生”？那就需要检验了。事实上，数学归纳法本身正是在做这样的检验!

    首先，数学归纳法的第一步是要验证n=1时P(1)成立。这相当于P(1)的正确性必须像愚公自己一样要能“生”出来，即有子存焉。其次，要验证已经具有正确性的P(n)是否如愚公的每一代子孙那样都能“生”，即对任意的n，由P(n)的正确性能生出P(n+1)是正确性来。一旦这两步都成立了，P(n)的正确性序列能够一代代地“生”出下一代了，就可以像愚公家族一样地达到“无穷匮”，无一例外地全部都成立。

    从《道德经》的三生万物，愚公的生生不息，到“野火烧不尽，春风吹又生”，东方经典的无限观一直和“生”联在一起。一个“生”字，终于使得数学归纳法不再神秘。记得在中学课堂上，学生们对那两步检验的来历往往不知所云。如果读了愚公移山的故事，大概就会“会心一笑”，觉得那不过是在进行能不能“生”的检验而已!

    这种数学与人文的沟通，初接触时会觉得有些出乎意料，但是细细想想，却又在情理之中了。现在提倡“文理不分”，真希望“文科生”“理科生”，大家都来关注这样的沟通。

（摘选自《教师博览》2017年第4期，有删改）

下一代触屏手机什么样？

    不管触屏手机多么方便，有一点你不能不承认：你手指下的东西，一支笔也罢，一片树叶也罢，摸起全像玻璃。因为目前的触屏技术，还无法赋予虚拟物体以真实的质地感。人有5种感觉，但在手机和平板电脑上，目前充分实现的只有视觉和听觉，对触觉的模拟还处于初步阶段，味觉和嗅觉则还完全没有。

    下一步我们将有望进入超级触屏的时代。未，虚拟事物将更加逼真地呈现在你的面前，对它们的操作几乎可以跟操作真实物体相媲美。在指尖这么小的方寸之地，如何才能实现这一点呢？唯有借助触幻觉。

    有一种触幻觉叫电振动，这一现象是在1953年偶然发现的。一天，美国化学家爱德华一马琳克洛德接触了一个黄铜制的插座，他注意到，当灯亮时，其表面给人的感觉好像要粗糙些。通过进一步的实验，他发现正是微羁的交流电导致了这种幻觉。我们知道，交流电以某种精确的频率振荡。当你把手指放在通交流电的屏幕上，由于静电吸引，在你手指皮肤下面就有电荷堆积起。电荷的数量将随着交流电一起振荡，所以在你手指和屏幕之间的静电吸引力也随着时间变化。当手指在屏幕上移动时，这个静电力将吸住你手指的皮肤，阻碍它移动：由于静电力是周期性变化的，这将诱导你手指上的皮肤也发生周期性振动。这种轻微的振动将会被手指上的触觉感受器探测到。由于这类皮肤的振动本质上跟手指滑在像木头、砂纸等毛糙物体表面时的感觉是一样的。所以大脑就把它解释成了你在触摸质地粗糙的物体。

    2010年，美国一位工程师利用电振动制造触幻觉的原理开发了一款具有虚拟质地感的触屏，可以安装在自动取款机、手机上。测试表明，一般说，高频电流比起低频电流会让屏幕摸起更光滑些。比如，当电流频率在400赫兹时，屏幕摸起像一张纸，而在80赫兹时，则像凹凸不平的皮革。原则上，设计者还可以用这个效应设计具有不同质地感的网页或者应用程序。例如，我们可以把电子书的页面做成像真实的纸张一样粗糙。当然了，这种虚拟的质地感目前让人感觉还不太自然，但有一点可以肯定，未的手机或者ipad上，任何囹标再不会摸起千篇一律都像玻璃了。

    在现实世界中，一个装满东西的筐总比没装东西时提起更加费劲些。可是在触屏手机或平板电脑上，一个文件夹不论空的还是满的，用指尖拖动起并没有区别。这说明，目前的触屏比起真实世界还缺少一样元素：力感。

    美国科学家伊德。科格特正致力于改进虚拟键盘，使它用起感觉更像真实的键盘：当你按下一个键的时候，你的手指会感到有一股轻微的抵挡力。科格特的设计也用到了电振动的原理。他设计的振动发生在两个方向：垂直于屏幕的方向和沿屏幕的水乎方向。所以，最后的效果是两个方向上的振动之合力。我们只要事先把两个振动调整到合适的“步调”（在物理学上称为相位），这股合力就可以把手指一瞬间推向左边，一瞬间推向右边。由于振动频率非常高，我们最后所能感觉到的平均效果是，手指在垂直方向遇到了一股阻力。经测量，这个力大约70毫牛顿，大致相当于按下一个真实的键时所受的抵抗力。通过这种技术，我们就可以在虚拟键盘上获得真实的按键体验。

    总而言之，未触屏技术将极大地改变我们跟数字世界打交道的方式。对于信息，我们将不仅局限于看和听，还可以触摸。在真实世界日益虚拟化的同时，虚拟世界却日益真实化了。

（选自《大科技科学之谜》2013年第1期，有删改）

    随着我国社会经济建设的发展，一些无序的过度开发和城市人口的快速增长，导致城市悬浮物和污染物排放大量增加，空气质量下降，能见度降低，影响了居民的日常生产生活。雾霾天气已经逐渐被列为灾害性天气。

水平能见度小于10.0 km的空气普遍浑浊现象称为霾或灰霾，其是由大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中造成的。霾使黑暗物体微带蓝色，远处光亮物体微带红、黄色。空气中的有机碳氢化合物、灰尘等粒子也能使大气浑浊，因能见度恶化导致视野模糊，这种非水性形成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍在水平能见度小于10.0 km时，该现象称为霾或灰霾。雾霾天气是近年来出现的一种新的天气现象，是雾和霾的混合物，还没有被列入气象观测规范。

雾与霾的区别在于霾发生时相对湿度不大，而雾发生时相对湿度接近饱和或饱和。霾导致能见度恶化，其发生是相对湿度小于60%，且能见度小于10.0 km时的大气浑浊导致视野模糊造成的。雾导致能见度恶化，其发生是相对湿度大于90%、能见度小于1.0 km时大气浑浊导致视野模糊造成的。因此，霾和轻雾的混合物共同造成的大气浑浊、视野模糊、能见度恶化，大多是在相对湿度为60%－90%时的条件下发生的，但其主要成分是霾。霾与晴空区之间没有明显的边界，这点与雾、云存在差异，灰霾粒子的尺度比较小，且霾粒子的分布较为均匀，其粒子是肉眼看不到的空中飘浮颗粒物，粒子大小为0.001－10.000 μm，平均直径为1－2μm。

    通常在低层大气中，气温是随高度的增加而降低的，但某些情况下会出现逆温现象，气温会随高度的增加而升高。逆温层是指出现逆温现象的大气层。在逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳定的空气层，笼罩在近地层的上空，严重地阻碍着空气的对流运动。对流运动受阻导致近地层空气中的各种有害气体、汽车尾气、烟尘以及水汽等，只能飘浮在逆温层下面的空气层中，无法向上向外扩散，有利于云雾的形成，导致能见度降低，甚至由于空气中的污染物不能及时向大气中扩散，造成大气污染加重，给人们生产生活及交通安全带来严重的危害。

    随着空气质量的恶化，雾霾天气现象出现增多，危害加重。这些超细灰尘主要来自机动车尾气尘、燃油尘、硫酸盐、餐饮油烟尘、建筑水泥尘、煤烟尘和硝酸盐等，是雾霾有害颗粒的重要组成部分。雾霾天气时，大气中的气溶胶使空气浑浊受污染，进入人体后不易排出，停留在肺泡，会造成危害。长期吸入易致鼻炎、支气管炎等症。慢性支气管炎和哮喘病人在雾霾天长期停留，病情会加剧。雾霾天气还会使人们的心情灰暗压抑，影响心理健康。气溶胶颗粒凝聚后悬浮在空中，还会造成视程障碍，甚至引发交通事故。

（摘编自王润清《雾霾天气在气象学中的界定与防范》）

    生物电池可以利用蜗牛体内葡萄糖发电。我们在蜗牛壳上钻孔，把覆盖着酶的电极植入聚集在蜗牛身体和壳之间的血淋巴，也就是蜗牛的血液中。与其他类型的电池类似，我们的电池也是基于化学反应来让电子流动的；一个电极捕获血淋巴中葡萄糖的电子，之后这些电子会通过外部回路——包括我们想要供电的任何设备——抵达相对的电极。在那里，电子与血淋巴中的氧反应形成水，输出的电力很微弱，在微瓦的量级上，而且在数分钟后会因葡萄糖耗尽而断电。收获能量之后，蜗牛通过吃喝会恢复体内的葡萄糖水平，就可以再次发电了。而蜗牛看来并没有受到生物电池的伤害。

    电池的输出功率受两个因素的限制：蜗牛微小身体内的葡萄糖含量，以及葡萄糖向电极扩散所用的时间。如果医生把类似的某种装置植入人体而不是蜗牛体内，我们就能获得更强更持久的电流，因为人类血液中的葡萄糖含量要比蜗牛的高，而且人类的循环系统会持续把新的葡萄糖补充给电极（蜗牛没有闭合的循环系统）。一个想法是用我们的生物电池基于人体内烦人的修改版来为植入医疗设备供电，例如起搏器，蜗牛不能为手机充电，但它能为微型传感器供电，这促成另一个想法——让蜗牛、蠕虫和昆虫为环境鉴别和国土安全服务。