“高速铁路时代”已到来

王瑞良

    ①你知道全球最长、最快的高速铁路干线在哪里吗？

    ②告诉你，在我们中国。2009年12月26日，武汉到广州的客运专线正式通车运营。这条铁路就是目前世界上最长、最快的高速铁路干线。

    ③高速铁路是用高新科技支撑的新型铁路运输系统。在普通铁路线上，即便是特快列车，平均时速也只有60～90千米，而高速铁路线上的列车平均时速在200～300千米，最高可达400多千米。“和谐号”在试运行时时速曾达到394.2千米。所以，现在从武汉到广州整个行程1100千米，坐高速列车不到3个小时就能走完，真是“千里粤汉半日还”啊，而原来这段旅程至少需要十多个小时。

    ④现在，很多国家都在提倡高速铁路运输，这是为什么呢？原来，汽车运行会排放大量废气，而且消耗宝贵的石油资源（有统计认为，石油资源还可以用200年左右），因此，火车替代汽车运输成为必然。为此，大力推进铁路的高速化在世界各国十分流行，其中成效最明显的是法、德、日、西、韩、美等国。

    ⑤你可能又要问，高速铁路有什么特别的要求吗？

    ⑥当然，高速铁路不是谁都能发展起来的，它涉及牵引、制动、空气动力学、路轨铺设和自动化管理等许多方面的一系列高新技术，难度相当大。我国也是在技术全面提高后，才追赶上了其他国家。

    ⑦为了提高车速，通常在列车的首尾要各配置一台大功率自控同步牵引机车，其车顶与高压电缆（又称接触网）相连，并采用特殊的加速装置。如“和谐号”就采用了“动力分散式”装置，即将多个小功率电动机分散安装在第一、四、五、八节车厢内，这些车厢既载客又有牵引动力，故称动车组，而无动力的车厢则称为拖车。“武汉﹣广州”动车组就是由四动四拖组成，每节动车上装有四台550千瓦的牵引电动机，整个列车的牵引功率为8800千瓦，定员601人。车头则须设计为类似飞机一样的流线型（俗称“子弹头”），以减少行进中空气的阻力。

    ⑧速度快了，行车安全也变得更为重要。为此，路轨的设计上必须尽量降低PQ值（力学名词），以防列车行进在弯道时，由于强大的惯性作用，造成脱轨事故。其次，是采用电子计算机安全监控系统，借以监测列车的制动效果、转向架的稳定性、列车的行进速度、位置、与其他车辆的距离等。第三，尽量消除铁路与公路的平面交叉，防止汽车等误入铁路与火车相撞；在必须交叉的道口，则安装先进的报警装置。

    ⑨乘坐过高速列车的人会发现，乘坐时似乎没有什么特殊的感觉。这是因为高速列车在舒适度上也有特殊的设计。如法国的一种新型列车精心设计了悬浮减震设备和低噪音空间设备。各个车厢宽敞、明亮，头等舱还有一个小“沙龙”，内有电话和现代音像设备。车门颜色也各不相同，一看便知该车厢属于何等级。美国的X2000型列车，每个座位都装有立体声耳机、计算机连线、瑞典梨木制作的餐盘和观看沿途田园风光的大型观景窗，车内还有会议室、传真机和娱乐设施等。乘这样的火车出行，真可以说是一种愉快的享受了。

    ⑩高速铁路的崛起，是交通运输史上的一场革命，它将改变人们的地理概念和生活方式，其意义完全可以与20世纪50年代喷气式客机的问世媲关。

（选自《青少年科技》2010年第6期）

“阿尔法狗”凭什么打败世界冠军

    ①前不久，一场举世瞩目的围棋比赛以“阿尔法狗”4：1击败前世界围棋第一人李世石九段告终。

    ②打败世界冠军的“阿尔法狗”其实不是狗，这只是它的“网名”，它的英文名叫AlphaGo，中文名叫“阿尔法围棋”，它的真实身份是谷歌公司开发的一款人工智能软件。

    ③什么是人工智能软件呢？顾名思义，就是一种能够产生人类智能行为的计算机软件，它具有现场感应和环境适应的能力，具有表示、获取、存取和处理知识的能力，同时还能够采用人工智能的问题求解模式来获得结果。击败世界冠军的“阿尔法围棋”便是这样的一款智能软件。

    ④就下棋而言，一种直观的思路就是列举所有能赢的方案，然后优选出一个最佳方案。一般来说，下一盘围棋大约需要150步，每一步有250种可选的方法，要是人工智能采用这种思路，需要计算大约10360种情况。这样看来，在有时限要求的比赛中，列举所有情况的思路是不可行的，所以，研究者们选择了模仿人类大师的下棋方式，这就是“深度学习”。其原理是通过两种不同的深度神经网络——“策略网络”和“价值网络”合作“挑选”出那些比较有前途的棋步，抛弃明显的差棋，从而将计算量控制在计算机可以完成的范围内。其中，“策略网络”负责减少搜索的宽度。面对眼前的一盘棋，人工智能机器人会观察棋盘布局并试图找到最佳的下一步，相当于“落子选择器”。而“价值网络”则负责减少搜索的深度。人工智能机器人会评估棋局的整体局面并预测双方胜负，相当于“棋局评估器”，在局面处于明显劣势的时候，会直接抛弃某些线路，从而辅助落子选择器。在“两个大脑”的配合下，“阿尔法围棋”具有了像人类棋手那样的思维方式。同时，研究者通过“监督学习”让机器人掌握海量的专业棋局；通过“强化学习”让机器人从每次对弈中获得新的经验。而且，一个人或许一年能玩1000局，但机器人一天就能玩100万局；人类在长时间比赛时会犯错，但机器不会。所以，从理论上说，“阿尔法围棋”只要经过足够的训练，就能击败所有人类选手。

    ⑤如果你认为智能软件就是陪你下棋的娱乐工具，那你就错了。智能软件在商务管理、家政服务、精准医疗、环保检测和巡航导弹武器控制等领域有着广泛的运用。日前，中国科学院技术研究所发布了全球首个能够深度学习的神经网络处理器芯片“寒武纪”，这项成果正式投产后，反欺诈的刷脸支付、图片搜索等将更加可靠、易用。

    ⑥“阿尔法围棋”战胜世界冠军，是人工智能研究的标志性成就。随着整个科学体系演化进程的加快，在与多学科的交叉研究与发展中，人工智能一定会进入人类生活的方方面面，从而开启人机协同思考的新纪元。

风筝中的科学

    ①古老的风筝，已经不仅仅是娱乐玩具，在科学技术高度发达的今天，风筝同样在为人类作贡献！

    ②风筝又名纸鸢（yuān一种凶猛的鸟）、纸鹞（yào雀鹰），最早发源于中国，至今已有2000多年历史。据说巧匠鲁班就曾“削竹为鹊，成而飞之”，应当说这是风筝的前身。五代时期的李邺，曾在宫中以线放纸鸢为游戏，又别出心裁地在鸢的头部安装竹笛，风入竹哨，发出像古筝一样的响声，因此得名“风筝”。英国著名学者李约瑟把风筝列为中华民族的重大科学发明之一。美国华盛顿国家航空和空间博物馆中有一块说明牌上也醒目地写着：“最早的飞行器是中国的风筝和火箭。”

    ③风筝的发明，对科学技术的发展产生了深刻的启示：1749年，美国一位名叫威尔逊的天文学家，研制成世界上第一台空中试验仪。他用6只风筝将天文仪器吊到700多米的高空中进行科学试验，第一次测到了大气的温度，并取得了一些重要的理论数据，推动了天文学的发展。1752年，美国科学家富兰克林曾用风筝挂上一只铁钥匙，在雷电交加时，把风筝送上天，引来雷电，从而证明了雷电也是一种放电现象，避雷针也由此发明。1804年，英国的乔治格雷爵士用两只风筝作机翼，研制出了一架5英尺的滑翔机。1894年，英国科学家设计了一只供战场观察的军用风筝，其作用犹如当今的卫星电视转播……

④最近，科学家提出了利用风筝发电的新方法。据估计，风筝风力发电机获得每千度电的成本仅有1.5欧元。而欧洲国家每千度电的发电成本平均为43欧元，风筝风力发电机的成本仅是后者的三十分之一。

    ⑤据报道，俄罗斯物理学家在这方面作过探索。他们将50个巨大的风筝，放到空中从上至下排成一串，看上去就像一架通天的梯子。每个风筝伸展开来足有足球场那么大。而牵扯这些风筝的绳索约有6000米长，路灯杆那么粗。假如风筝所在高度的风力不足的话，人们还可以放松绳索使风筝升高。意大利科研人员计划建造发电能力在几兆千瓦范围的大型设备，并在计算机上成功地进行了模拟计算。设想的风筝发电装置，在风力作用下能够带动固定在地面的旋转木马式的转盘，转盘在磁场中旋转而产生电能。这种风筝重量轻，抵抗力超强，可升至2000米的高空。一个直径1000米的巨轮便可以提供250兆瓦的发电能力。这将是第一台发电能力和常规电站不相上下的可再生能源发电设备。

    ⑥此外，科学家还设计建造家用式的高空风力发电设备。房主可以把这样的设备安装在自家房顶上，或许还可以替代太阳能电池。这些小型风筝梯子只需100米或者200米高，就可以足够为一户人家提供几千瓦的电力。

    ⑦当今，风筝在科学试验和工农业生产上的应用更为广泛。利用风筝作海洋救生工具，利用风筝牵引船只，          ，           ……这些应用极大地方便了人类的生活。

文本一

人类的“黄金体温”

①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。

②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。

③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。

④这是因为，恒温动物具有明显的生存优势。

⑤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。

⑥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。

⑦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？

⑧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。

⑨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直菌有关。

⑩自然界存在着种类繁多的真菌，其中不乏致命的杀手。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。

⑪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。因为大多数真菌的活动温度在4到30摄氏度，只有不到三分之一的真菌能在37摄氏度以上的环境中存活。

⑫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。体温低于这个“黄金体温”的哺乳动物，都更易感染真菌。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。

（摘编自《读者》2019年第9期）

文本二

人体拥有很强大的调节系统和能力，对于普通健康人群来说，人体能够有效地控制调节体液酸碱度，使之处于一种动态平衡。无论你吃的食物是酸性的还是碱性的，进入到胃部，在胃酸的作用下呈现酸性；随后进入小肠，在碱性肠液作用下会呈现碱性。

日常生活中，经常听到有人说“某某是酸性体质”“某某是碱性体质”，其实，酸碱体质的说法缺乏科学依据，而对于食物，我们也大可不必太在意它的酸碱，应该注意的是选择多样化的食物，营养齐全，比例适当，以满足人体需要。