世界最先进的第四代排字机使用激光技术，将激光束在底片上扫描打点形成版面。由于激光很强，普通底片便能感光，还可用转印的方式在普通纸上印出逼真的大样。更有意义的是，它用三到五瓦的强激光束直接打到版材上就能形成凹凸版面，称为激光直接雕版，这无疑免除了早期借助照相技术进行照排制版的一大套工序。

       汉字激光照排系统采用第四代排字机的激光技术，但要解决字模存贮、文字变倍、激光只能逐线扫描而不能逐字扫描等关键问题。其中，汉字字模存贮量是横亘在科学家面前的最大的技术难关。汉字的常用字在3000字左右，印刷用的字体、字号就更多。不同字体和不同字号使印刷用的汉字字头数高达100万个以上，汉字点阵对应的总存贮量竟达200亿位，约合1万6千兆个存储单元。即使制成超容量的巨型磁盘，其缓慢的存取速度和高昂的代价也足以使它丧失使用价值。如果不能另辟蹊径解决汉字字模的存贮问题，研制汉字精密照排系统就会成为一句空话。

      在汉字激光照排系统的研制过程中，王选所带领的科研团队成功研制出一种确保文字质量的高倍数汉字信息压缩技术，可使每个五号字的信息量大幅度下降，即从1万位下降到平均800位。这种压缩方法还允许文字变倍，能变大变小并保证质量，只需4千万位的存贮量就能存下65万字头的全部信息。在照排过程中，有一个微程序汉字点阵生成器把汉字压缩信息高速复原成点阵。汉字信息压缩技术的研制成功给汉字照排系统开辟了新的途径，使得高速、廉价的先进汉字照排机的研制成为可能，激光和照相机的结合带来了排版系统和信息处理的新突破。这些技术获得我国第一项欧洲专利和多项中国专利，成为汉字激光照排系统的核心和基石。

       除此之外，为了实现文字变倍和变形时的高度保真，我国又自主发明了用参数信息进行控制的独特方法，从而为汉字精密照排系统的研制扫除了又一个障碍。这项发明是世界首创，比西方早了10年。当外国电脑企业大举进军我国市场的时候，唯独在出版领域，来华研制和销售照排系统的英国蒙纳公司、美国王安公司和日本写研、森泽、二毛公司等全部退出了中国市场。国产照排系统在与国外产品激烈的竞争中大获全胜。

我国精密汉字照排系统的自主创新与成功研制，标志着中国计算机编辑排版系统和汉字信息处理技术达到了新的水平，使中文印刷业告别了“铅与火”，大步跨进“光与电”时代。

                                                                                                                                                                   （取材于徐炎章、王素宝等相关文章）

中德研究人员破解北京雾霾形成之谜

    ①中德两国研究人员21日说，他们破解了北京及华北地区雾霾最主要组分硫酸盐的形成之谜，发现在大气细颗粒物吸附的水分中二氧化氮与二氧化硫的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。这一发现凸显在继续实施减排措施的同时优先加大氮氧化物减排力度对缓解空气污染问题的重要性。

②近年来，北京及华北地区雾霾频发。已有研究表明，硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。在绝对贡献上、重污染期间硫酸盐在大气细颗粒物PM2.5中的质量占比可达20%，是占比最高的单体；在相对趋势上，随着PM2.5污染程度上升，硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。因此，硫酸盐的来源研究是解释雾霾形成的关键科学问题。

③清华大学贺克斌院士和德国马克斯·普朗克化学研究所的程雅芳教授等人当天在新一期美国《科学进展》杂志上报告说，他们运用外场观测、模型模拟及理论计算等手段发现，在北京及华北地区雾霾期间，硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”，在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。颗粒物结合水是指PM2.5在相对湿度较高的环境下潮解所吸附的水分。

    ④该结论与通常认为的硫酸盐形成机制有较大不同。现有基于欧美等地区的经典大气化学理论认为：硫酸盐主要是在云水环境中形成，由于云中的液态水含量远高于颗粒物结合水，通常高出1000到10万倍，所以与云水中的硫酸盐生成反应相比，颗粒物结合水中的反应可以忽略；理论计算还显示，在云水反应路径中，二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸盐这一路径的贡献也可忽略不计。

⑤而在北京及华北地区雾霾期间，一方面，由于颗粒物浓度大幅上升及静稳气象条件下相对湿度较高等原因，颗粒物结合水含量远高于经典情景，颗粒物结合水中的反应总量大大提升；另一方面，重度雾霾期间二氧化氮浓度为经典云水情景下的50倍以上，这直接改变了二氧化氮氧化路径的相对重要性。此外，北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地，呈现出特有的偏中性环境，而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。

    ⑥研究人员据此在论文中指出，优先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中国雾霾中的硫酸盐污染水平。

    ⑦“该研究表明我国复合型污染的特殊性，”贺克斌院士对新华社记者说，“高二氧化硫主要来自燃煤电厂，高二氧化氮主要来自电厂和机动车等，而起到中和作用的碱性物质氨、矿物粉尘等则来自农业、工业污染、扬尘等其他来源。这些不同的污染源在我国同时以高强度排放，导致硫酸盐以特有的化学生成路径迅速生成，这也是重度雾霾期间颗粒物浓度迅速增长的主要原因之一。”

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）

海底下面有生物并不稀奇，陆地底下不也有蚯蚓吗？不错，但是深海里发现的，是在直到海底下面上千米的岩石和地层里进行着另一类新陈代谢的微生物，它们构成了海底下的深部生物圈。

深海底下沉积物里有微生物，这早就知道，也并不意外。上世纪五十年代调查船在太平洋底取沉积物柱状样，结果确实有微生物，只是向下变少，最深的一根样柱8m长，底部已经几乎没有细菌，由此推想大洋底下也就是顶上几米沉积物有细菌。六十年代晚期，美国“阿尔文号”深潜器有一次出事故，下沉1500m，人员都安全逃出，但是带下去的午餐却深沉海底。奇怪的是过了10个月以后返回原地，发现午餐保存得都还不错，足见深海海底细菌并不活跃，因而科学家们猜想微生物在深海底下的分布是很浅的。

挑战这种观点的是大洋钻探。七十年代起，已经根据深海沉积孔隙水中与的含量和同位素，发现井深一二百米处还有细菌在活动，由细菌活动造成的氧化、的生产和氧化作用，在全大洋都普遍存在。然而带来决定性转折的是1986～1992年间太平洋区的5个航次，每次都在大洋深部的沉积岩芯中发现微生物，其中最深的是在日本海，发现在海底以下518m的深处还有细菌，只是各处钻孔中微生物的丰度都从海底向下急剧减少，从近表层每立方厘米的10亿多个，减到500m深处的1000多万个。

大洋钻探在太平洋的发现，唤起了学术界对海底下面微生物群的注意：在海底以下的深处，居然还有巨大数量的微生物生活着，甚至深海玄武岩里还有细菌生活，构成现在我们所说的“深部生物圈”。为此，英国《自然》（Nature）杂志发表点评文章时，还配了幅漫画，把海底孔隙里微生物的“生活”，形象描绘为边打扑克边抽烟的“底层生涯”。确实，深部生物圈住着地球上“最底层的原住民”，但是它们的生活绝没有漫画里画的那样逍遥。无论是海底下面深部生物圈里的微生物，还是热液口的微生物，都属于黑暗食物链，但是热液口的微生物能够通过化学合成作用自己制造有机物，属于“自养”生物；而深部生物圈的微生物被封存在地层孔隙微小的空间里，只能依靠地层里已有的有机物实行“异养”。它们的新陈代谢极其缓慢，但“寿命”极长，要以多少万年来计算。读者也许会羡慕它们的长寿，可是在这种环境下的微生物，基本上处于休眠状态，“生活质量”无从谈起。尽管如此，微生物也总得有最低限度的能量和修补细胞的物质，此外，这些微生物也总得进行繁殖。它们的繁殖速度如何？有人推测细胞分裂的周期起码得上千年，但这也只是猜想，所有这些都是学术上的未解之谜。

深部生物圈的规模多大，至今并不清楚。这里包括两个问题：一个是深度，一个是数量。近十年的大洋钻探，极大地拓展了对深部生物圈的了解。2010年在贫养的南太平洋环流区钻探，发现一亿年来所有深海沉积层里，都可以有微生物生存。2012年，日本制造的全球最大的钻探船“地球号”（ChIkyu）在日本南边水深1200m的深海，发现在洋底以下2500m、2000万年前形成的含煤层里还有大量微生物生存。钻探大洋基底的岩浆岩，在上地壳的玄武岩、下地壳的辉长岩，甚至由地幔岩风化形成的蛇纹岩里，都发现了微生物。看来与其说深度，不如说温度才是限制微生物分布的下界。现在已经知道发现微生物的深海热液口的最高温度是120℃，而海底下面深部生物圈的微生物至少能适应40-60℃的高温，至于更加确切的温度界限，有待进一步的钻探检测。

多年来，对深部生物圈微生物数量的估算，结果悬殊。20年前最初的估算最为惊人；有人推算出全大洋海底下面有个微生物，合计生物量3000亿吨，因此说地球上的微生物有70%生活在海底和陆地的地下，地下的深部生物圈占据地球上活生物量的30%。然而这种估计有点过头，后来的推算认为海底下面深部生物圈的微生物有个，或者可以到个，不过都少了一个数量级。估算结果如此悬殊，原因在于数据来源不一，而根本上讲还是数据太少。尽管结果相差巨大，却显示出一种共同的分布趋势：从海底表层向下，细胞密度的对数值都是随着埋深的对数下降。这说明深部生物圈微生物数量向下减少的总趋势是普遍现象。关于深部生物圈微生物数量规模的争论，一时不可能有结论，因为实测的样本实在太小，并不足以作全球性的定量推论。

深部生物圈发现的意义已经超越了现有生命科学和地球科学的范围。如果说太阳能并不是生命活动的必要条件，如果说有氧环境下的光合作用不是合成有机物的唯一途径，那么，生命活动的范围在时间与空间里的分布就可以大为拓展。

“深部生物圈”这个名词是美国的戈尔德（Thomas Gold）提出的，他在《深而热的生物圈》里指出，地球表面生物圈对阳光和光合作用的环境要求太高，而具备深部生物圈条件的天体则有很多，这为地外生命的寻找方向指点了迷津。另一个启发来自深部生物圈里生命活动的节奏。如果深海底下的微生物生殖周期以千年计，寿命以万年甚至百万年计，那么这种新陈代谢的慢节奏、黑暗世界里的“慢生活”，揭示出生命活动可以采用与我们以往所知的根本不同的方式进行，极其值得寿命有限的人类去做认真的研究。如果还考虑到文献中的报道，在上亿年古老地层中的琥珀或者盐晶里的微生物，也曾经培育成活，那么微生物世界里“生”和“死”的定义就值得重新推敲。深部生物圈提出的涉及自然哲学和科学世界观的深层次理论问题，应当引起学术界的重视。

（摘编自汪品先《深海浅说》）