冬眠的奥秘

张劲硕

    ①严寒的冬天，我们总是向往着在被窝里长眠一冬——能像狗熊和青蛙那样冬眠就好了。然而我们大都不知道：那些冬眠的动物们，掌握着我们人类尚不知晓的惊天奥秘。

    ②冬眠是动物应对恶劣环境的一种策略，科学上叫“蛰伏”。有人会问，冬天里睡得多、睡得久，不就是冬眠吗？它们还真不是一回事儿，只是二者的区别不太容易看出来。拿鱼来说，有几类鱼是会冬眠的，包括我们熟悉的鲤鱼、乌鳢，还有海里的鳗鲡。每当冬天来临，它们就把自己调到冬眠档：不吃、不喝、不游动。这看似与正常档的睡觉并无二致，但请注意它们的鳃！鱼类靠鳃呼吸，平时就算身体静止不动，鳃也会轻轻开合扇动。而进入冬眠的鱼，鳃也几乎不动，完全处于麻痹状态。除了呼吸，冬眠动物的体温、心跳等生命指征也都降到极低的水平，新陈代谢速率变得非常缓慢，与休克和死亡标准只差那么一点点——这就是冬眠与睡觉的本质区别。

    ③冬眠的意义在于，尽量减少身体内外的生命活动，将能量消耗降到最低，以挨过环境严酷的时间段。动物冬眠时，能把生命的时钟调得极慢。比如生活在北美洲的普通箱龟，冬眠时心脏5~10分钟才跳1次，实在让人惊叹。更夸张的是，它们几乎完全不呼吸，只靠皮肤吸入少许氧气！

    ④科学家还发现，冬眠不是“习惯养成”的问题，而是遗传基因决定的“天赋”。这种“天赋”还与寿命的长短有联系。一般来讲，哺乳动物的寿命与体型相关，体型小的新陈代谢快，寿命短；体型大的新陈代谢慢，寿命长。比如大象就活80年，兔子七八岁就算高寿。而蝙蝠打破了这个规律——冬眠的菊头蝠和同体型的、不冬眠的老鼠相比，前者可以活到30多岁，后者却只有3、4岁。如果在同一物种中比较，如蝙蝠或者棕熊，依然是冬眠的寿命要长很多。

    ⑤冬眠是当下的热门研究领域。如果人类能像动物们一样冬眠，收获的就绝不仅仅是睡大觉的幸福感，也许还能长生不老。虽然对蝙蝠和棕熊等冬眠动物的研究能确定冬眠基因与长寿有关。但这些动物毕竟与我们人类相差太远。不过，在2004年，有个轰动科学界的发现：居然有一种猴子能冬眠！而人类跟猴子同属灵长类动物，基因相似性很高。如果猴子能冬眠，这意味着我们人类也有可能做到。到那时，我们的寿命说不定可以达到800岁！

（选自《博物》总第146期，有删减）

量子计算机，到底有多神奇

    量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

    谷歌日前宣布D-Wave量子计算机在解决问题时能够比其他任何计算机都快出1亿倍，并且能够极大地推动人工智能的进步。据悉，谷歌此次宣布的重要佐证就是“量子退火”算法。这种算法确定了当面临一系列潜在解决方案时一个特定函数的全局极小值，即在给定一系列选项时，它能够确定完成一个任务所需的最优解决方案。谷歌对D-Wave计算机的量子计算法与传统计算机上模拟量子隧道效应的算法进行了比较，量子计算机再次获得了完胜。

    基于量子计算的机器，由于体系结构发生了变化，将采用全新的算法，这使得大规模数据的计算与存储不再成为难题。业界人士认为，量子计算机的巨大突破将为云计算和大数据处理乃至整个计算机科学领域带来一场变革。

    量子计算的神奇之处在于，它可以做到真正的并行计算与存储。例如，一个数位的经典存储器可以存储两个数字0或者1，但在某一时刻这个数字要么是0要么是1；而对于量子比特存储器来说，在同一时刻，它可以同时同存储0和1，其存储和运行能力都呈指数上升，一个250量子比特的存储器可以存储的数字比我们已知宇宙所有的原子数还多。

    想象一下，你被要求5分钟内在国会图书馆某一本书的某一页上找一个字母“X”，这几乎是不可能的，因为那里有5000万册书。但是如果你处于5000万个平行现实中，每个现实都可以查看不同的书籍，你肯定能在其中某个现实中找到这“X”。在这个假设中，普通计算机就是像疯子一样的那个你，需要5分钟内找遍尽可能多的书。而量子计算机却能将你复制出5000万个，每个只需翻找一本书即可。

    谷歌宣布D-Wave的速度达到了传统芯片的1亿倍，实在是令人惊叹。量子计算机最大的优势莫过于大幅缩短提取用户所需信息的时间，因此它被认为可以在几天里解决传统计算机会花费数百万年时间才能处理的数据，未来的应用前景十分令人神往。

    现在的天气预报大多是基于探测数据的推测，很难保证准确。但量子计算机可以一次分析所有数据，向我们提供了更好的模型，精准地显示恶劣天气会在何时何地出现。我们可以提前预测飓风等极端天气，从而预留足够的时间拯救生命。

    每天出行，GPS可以帮你规划出最佳路线，但如果有了量子计算机，我们可以把整个城市甚至整个地球上所有的人出行计划全都输入进去，让它计算出最优解，从而让人们彻底告别交通拥堵。

    在研发药物方面，量子计算机能够描绘出数以万亿计的分子组成，并将其中最可能有效的组合快速识别出，显著降低药物的研发成本和周期。

    在探索太空方面，量子计算机可以处理望远镜视野中更多的数据，从而发现更多的行星，并迅速识别出最有可能存有生命体的行星。

    尽管实现这些应用还有很长的路要走，但各大公司对量子计算机的研究绝不会停止，因为它能颠覆整个世界，一旦计算速度出现质的飞越，我们生活的方方面面都会被改变。

    事实上，实现对微观量子态的操纵确实太困难，但这并不能妨碍人们进行大胆地探索与设想，也许不久的将来量子计算机就会出现在我们的生活中。

AR技术正全面涌入我们的生活

    2016年7月，一款由日本电子游戏业三巨头之一的任天堂公司和美国软件开发公司Niantic联合开发的智能手机游戏《口袋妖怪GO》一经上线，便立刻风靡美国、澳大利亚等地，全球目光也因此聚焦到了增强现实技术（简称“AR”）及其产业发展潜力上。

    AR技术是一种利用计算机系统产生三维信息来增强用户对现实世界感知的新技术。其原理是人们首先通过计算机技术将虚拟信息传递给现实世界，然后将二者叠加到同一个画面或空间中，使其同时存在，再通过硬件和软件的协调作用，使得身处其中的用户能够以自然的方式与虚实景物进行三维实时交互。AR技术实现了虚拟信息与真实世界的无缝连接，为虚拟世界和现实世界的接轨提供了通道。

    AR技术的意义在于，它是一个类似互联网一般的伟大创新。AR技术不仅仅是一项技术，更宣告着一个时代的到来，它改变着人类的工作和生活。

AR技术让学习更直观

    AR技术首先将冲击我们当前的教学方式，或渐渐地改变现在的教育观念。AR技术特别适用于教育行业，因为它和当前提出的情境教学法和建构主义教学新思想非常契合。教育领域广泛应用AR技术是基于“学为主体”的教学理念，它不仅可以让学生自主探索学习各种有趣的内容，还可以鼓励学生大胆地进行实验，因为学生即便在实验的过程中犯错也不会产生任何严重的后果。AR技术可以使学习者进入一个与现实世界高度相仿的环境中，使其不仅能在视觉上感受三维事物，还可以用动态的、真实的触感进行交互式学习，体验现实世界。未来的AR技术甚至可以让学习者瞬间从一个场景进入另一个场景，这具有相当重大的意义。

    目前，国内已经有不少企业涉足AR教育，不过多数是儿童早教。传统的教学方式一般是枯燥乏味的，例如“填鸭式”教育往往会导致学生出现学习精力不集中、兴趣缺乏等现象。而AR技术能够将虚拟信息叠加到现实世界中的特性，可以使教学中原本枯燥的知识变成一个个生动的形象，像特殊地形地貌、历史人物事件不容易接触到的事物等都可以通过AR技术展现在学生面前。这不仅可以激发学习者的学习兴趣，还能提高学习效率，达到事半功倍的效果。

    AR技术让治疗更精准

    AR技术比较成熟的医疗应用是关于血管照明的，即通过PC应用软件帮助医务人员在手术中实时观察患者隐藏的血管。此前，心脏病专家就借助谷歌眼镜成功地疏通了一位49岁男性患者堵塞的右冠状动脉。这位患者的冠状动脉成像和三维数据呈现在智能眼镜的显示屏上，根据这些实时放大的图像，医生就可以将患者的血液导流到动脉。

    不同于传统手术，AR技术的介入就像一个放大镜 ， 能直接“放大”手术伤口。患者的彩超、MRI、CT图像等将直接映射在手术部位，让医生能够看到肉眼难以分辨的细微之处，获得“透视”功能，大大提高手术的精准度与成功率。

    目前，AR技术在工业、军事、娱乐、医疗等领域正蓬勃发展，相信在不久的将来，我们就可以见证“虚拟照进现实”的那一天。

卧看牵牛织女星（节选）

    ①那么牛郎星在哪里呢？我们且把那白茫茫的银河当作一条真的河流，我们的眼光渐渐地向东南移，越过这河流最宽阅的渡口，就遇到排成一条直线的三颗星。中间的一颗很亮，两旁的星光芒较弱，看去与中间的一颗距离恰好相等。（A）用直线把这三颗星联结起来，正像一条两臂相等的杠杆 ， 因此，阿拉伯人把这三颗星叫作天平星，我们把它们叫作挑担星。这中间最大最亮的一颗就是牛郎星，也叫作牵牛星。在秋天的晚上，确实只有这一颗星能够和织女星相配，它的光辉稍稍带点儿黄，不及织女星亮，可是其余的星全比不上它。

    ②若是我们一连几晚，每晚都观察牵牛星和织女星，就可以知道它们的相对位置大致是不变的，正如故事里所说的一样，一个在天河的东岸，一个在天河的西岸。可是我们也不要太相信这个故事，在农历七月初七的晚上，为了要看两星相会，白白地熬个通宵。天文学家告诉我们，这两颗星永远没有相遇的机会，它们和太阳一样，都是恒星。织女星的光辉是太阳的50倍，牵牛星的光辉是太阳的10倍有余；只因距离我们太远了，所以看上去只不过是两颗比较大的星。天文学家又告诉我们，织女星距离地球26光年，牵牛星距离我们较近，但也有16光年。

    ③什么叫作光年呢？光年是天文学上表示距离的单位，表示光一年所走的路程的长短。光的速度是每秒钟30万千米，一天能走259亿2000万千米，这长度的365倍，就是一光年。这种用时间来表示距离的方法，在日常生活中其实也时常用到的。比如从成都到重庆，有450千米，我们步行的话，每天走60千米，因此说从成都到重庆有七天半的路程。

    ④太阳光从太阳射到地球上才8分18秒，而织女星的光射到地球上要26年。（B）这样一比较，就会使我们惊异得叫起来：“真了不得!有这样远!”可是这个话给天文学家听见了，一定要笑我们少见多怪。他们会告诉我们，距离太阳几万光年的星不计其数，而10光年以内的星却只有十多颗。天文学家还告诉我们一件奇怪的事，说恒星并不是真的不动，织女星以每分钟14千米的速度移近太阳，牵牛星也在移动，每秒钟接近太阳33千米，这个速度和地球的公转速度——每秒钟30千米——差不多。可是天空是如此广阔，因而我们观察不出来。依牵牛星的速度来说，也得9000年才比现在离太阳近一光年。那么在16个9000年之后，它不是要和太阳相撞了吗？这我们用不着担心，一则，因为它并不是正对着太阳在移动，二则，移动的方向渐渐在改变，说不定在多少年之后，它又离我们渐渐地远了。

    中国古典诗词中的意象繁多，“柳”是其中具有代表性的一个。“柳”件为一种文学意象出现，最早见于《诗经·采薇》“昔我往矣，杨柳依依。“

    柳的意象在古典诗词中往往运用“杨柳”一词来表现，如“曾栽杨柳江南岸，一别江南两度春”（白居易），“杨柳堆烟，窗幕无重数”（欧阳修）。那么，“杨柳”与“柳”到底是什么关系？

    有人认为“杨柳”是杨树与柳树的合称。但从植物学分类中分析，杨树与柳树外形区别很大，杨树叶圆、树高、枝挺，绝无柳的“依依”“袅袅”之态。“杨柳”合称一说，实在不妥。有人认为古诗词中的“杨柳”都是指柳树。理由是民间传说隋炀帝天性爱柳，下江都时将汴河两岸全再上了柳，因炀帝姓杨，于是“御笔赐柳姓杨”。但此事发生于隋代，即使此传说确凿，“杨柳”一词早在先秦时期的《诗经》中即已出现，此此拥不足为证。翻阅相关资料典籍，我们发现，在古代“杨”“柳”是同义的。因此，古代文学作品中，杨与柳经常换用。

    初春时节，柳树的枝条上就已绽出了粒粒新芽。柳树早早地将春的讯息传递给人，也带来了春的喜悦。王维《田园乐（其六）》“桃红复合宿雨，柳绿更带朝烟。”用桃红、柳绿与烟雨描摹了一幅生机盎然的春景图。自汉代以来，“折柳”之风俗流行开来。因“柳”与“留”谐音，“丝”与“思”谐音，故古人借“柳”传达送别之人对离人的无限相思之情。古人喜欢种柳，无论家中庭院，还是河畔池边，遍植柳树。故“柳”常作故乡的象征，寄寓着人们对家园故土的眷念和对家的依恋。

    唐代许浑《咸阳城西楼晚眺》：“一上高城万里愁，蒹葭杨柳似汀洲。”开篇即写诗人登楼晚眺，见到蒹葭、柳树这些生在水边的景物。勾起自己对故乡无限思念的客居之愁。

    柳絮的飘忽不定，与骚客飘零、孤独的处境相合，故“柳”“柳絮”又常被诗人们借以言“愁”。冯廷巳《鹊踏枝》：“缭乱春愁如柳絮，悠悠梦里无寻处。”写为春愁所困的女子对所爱之人的追寻不断。此外，流出姿态婆娑，与风情万种的美丽女子极为相似。所以，柳又是风流多情的妙龄女郎的象征。刘禹锡《忆江南》有“弱柳从风疑举袂”，生动再现了少生：，所以柳在古代诗人笔下有时也成了隐者的象征。

    ①阿尔纳夫·卡普尔是麻省理工学院传媒实验室的硕士生，也是相关论文的作者。他说，这款设备并不能读心，也不能读取一闪而过、没有意识的念头。他说：“这款设备读取的既不是内心的想法，也不是大声说出的话，而是介于二者之间的信息。这种信息既是有意识的，也是私密的。我们捕捉的就是这个。”传媒实验室是麻省理工学院重点研究人与技术交互的实验室。

    ②从它现在的样子来看，这个设备原型像电话营销人员佩戴的白色耳机。不过，电话营销人员佩戴的耳机通常会在嘴部前面设置一个麦克风，而这款设备则紧紧贴合面部和颈部，上面放有很多电极，用来捕捉自言自语时肌肉微妙运动产生的微弱电流信号。设备通过蓝牙技术连接计算机，计算机与服务器通信，后者解读信号，判断佩戴者说的是什么。

    ③虽然现在还处于原型制作阶段，但是它对当前交互模式的颠覆令人着迷。换句话说，这种技术就像佩戴一款能听到你无声之言的语音助手。

    ④研究这种技术的目的是什么？卡普尔说，目的是促进“人机紧密结合”。人们与计算机的交互越紧密，就越能充分利用计算机的优势——比如在解数学题或者翻译时迅速获得帮助，而不必放下手里的工作，然后去点击鼠标或者打字。

    ⑤毫无疑问，这种技术目前仍处于起步阶段，每一款应用软件只能学会20个单词。这套系统无法理解一个人说的所有的话——只能理解它学会的词。卡普尔说，有意识地自言自语，但不全部大声说出来，这是一种简单的学习行为。在培训人们使用这款设备时，首先要求学员大声读出一段话。“读完后，我们要求他们再读的时候不要发出声音。这比大声说出来更舒服。”

    ⑥为了研制这一设备，卡普尔使用了一种常见的人工智能工具，即神经网络。神经网络能够通过输入的数据进行学习。研究人员训练神经网络，让它识别不同的电信号如何对应一个人对自己说的不同的词语。

（选自2018年4月9日《参考消息》）