高强度新型碳纳米管纤维研制成功
①英国剑桥大学材料科学教授阿兰•魏德尔与美国陆军士兵研究开发中心的研究人员共同研制出一种新型碳纳米管纤维。该碳纳米管纤维上最脆弱的地方也需要1吉帕斯卡的应力才能折断，强度足以与钢铁相媲美。
②碳纳米管是一种棉线状的碳分子，带有仅一个原子厚度的壁。虽然它们具有非常强的导电性能，但可靠性难以保证。为了制作这种超强纤维，魏德尔在热炉中将碳汽化，然后吹出一股碳纳米管流。当这些碳纳米管在空中被捕获并围绕一个轴旋转时，就会形成一根由数十亿个分子组成的纤维，而这些分子沿着碳纳米管紧密排列在一起。
③研究人员认为，强度的改善主要取决于缠绕速度，以便将碳纳米管更好地排列成线以及更紧密地包裹起来。研究人员通过调节炉温和调整缠绕速度优化制作工艺，制作出的纤维强度较其他小组制作的要高出0.3倍。为了使制作的纤维密度更大，他们还在制作工艺中增加了一个步骤，让纤维通过丙酮气体。丙酮气体可在纤维上凝结成一层液体，由于表面张力效应将纳米管拉在一起，从而增强纤维强度。
④新碳纳米纤维一般要在施以大约6吉帕斯卡的应力时才发生断裂，强度要高于制造防弹背心的常用材料芳纶，而且可与两种最高强度的商业材料——基纶和迪尼玛相抗衡。目前，研究人员已制作出一根单独的超强碳纳米管纤维，可承受9吉帕斯卡的应力，表现出具有无与伦比的超强性能，而用别的方法制作的碳纳米管纤维最多可承受3吉帕斯卡的应力。
⑤魏德尔目前能制作出的最好纤维长度仅为1毫米，这主要是因为纤维越长，包含的细微碳颗粒和其他缺陷就越有可能削弱它的强度。即便调节制作工艺，如调整缠绕速度和利用丙酮方法，都不能改变这些碳素颗粒，因此必须回到化学合成的方法来解决这类问题。研究人员称，这种纤维最具前景的应用也许是制作防弹衣和开采油气钻头。

 曼德拉的番茄

       ①1964年，罗本岛监狱又来了一位新犯人。像其他犯人一样，他一进门就被换上了专业的囚服，上面写着“第466号”。他是一个政治犯，被推进了一个不足4.5平方米的单人牢房。从此，他过上了“暗无天日”的生活。他每天被囚禁23个小时，仅仅在上午和下午才有半个小时的放风时间，所以，他几乎从来没有见过罗本岛监狱的太阳，也很少有机会感受到窗外的丝丝风声，能感知的只有灰头土脸的囚犯，还有他们所发出的呻吟声。

       ②罗本岛监狱是个阴森的殿堂，那里的狱警动辄就对囚犯们挥起残酷的鞭子。已经记不清多少个日子，他几乎每天都目睹两个狱警拖着一个犯人，死尸一样地从刑讯室出来，每次都看得他义愤填膺。他每一次都想改变监狱的现状，无奈的是，身为“重犯”的他始终没有机会。

       ③后来，他和众囚犯被安排到罗本岛监狱的采石场上去做苦工，每天在持枪看守的监督下拼命地搬运石头，动作稍慢就有被毒打的危险。另外，所有的囚犯只准逗留在这个采石场里，一旦踏出采石场的边缘，就会被无情地射杀。由于石灰石在太阳的照射下具有极强的反光性，长期在这种环境下生活的他，每天看到的只有刺眼的白色强光，以至于他的视力逐渐下降。

       ④虽然他的视线逐渐变得模糊，而他的目光却炯炯有神。为了改变这种悲惨的现状，他利用放风的机会，大胆地向监狱长提出了自己的想法：在监狱的院子里开辟一片园子。哪知道他的这一想法刚一出口，就被监狱当局无情地否决了。他并没有灰心，几乎一有机会他就要把自己的想法说出来，经过了无数次的否决，大约过了五年，他的愿望终于实现了。

       ⑤监狱当局同意了在监狱墙脚的一片狭长地带供他开辟园子，并且破天荒地给他提供了番茄、辣椒等蔬菜的种子。院子是用废渣垫起来的，为了开辟菜园，他必须把大量的石块挖出来，这样一来，植物才有足够的生长空间。罗本岛监狱的院子里从此多了一抹动人的绿色。但是，由于气候的恶劣，园子的第一茬收成并不是很好，仅仅收获了一篮子不怎么红润的番茄。他一个也舍不得吃，都分给了自己的狱友和狱警们。

       ⑥罗本岛监狱的条件简直太艰苦了，以至于能够吃到这样的番茄变成了一件奢侈的事情。他一从采石场回来就细心照料自己的园子，他每天把全部心思都花在自己的园子上，许多人都说他是监狱里的“植物学家”，而他自己则把那片园子看成了自己的心灵园地。每当采石场上的石灰石刺伤了他的眼睛，他就借放风的时间回到自己的园子望一望。那样一片生命的绿在微风的吹拂中，轻轻摇曳，红润可爱的西红柿从绿叶中探出头来。这片菜园缓解了他眼睛的疲劳，也消解了他在采石场里所遭受的委屈。

       ⑦令人匪夷所思的是，自从有了这片菜园之后，整个监狱有了很大的改观：每到放风时间，许多狱友都会帮助他来照料一下满园的蔬菜，在狱警们不注意的时候，他们还能揣几个番茄回去，以备夜晚享用。更令人称奇的是，狱警们的态度似乎也变得和蔼多了，因为他总是把新采摘的番茄发给狱友们，然后再由狱友们送到狱警们手中。吃了犯人的番茄，狱警们拿鞭子的手，也不再那么蛮横了。一个黑人狱警说：“每当我莽撞地举起鞭子的时候，我就想起了这是一群递给我番茄吃的人，他们让我想起了自己的家人，总是在我最疲劳的时候递给我新鲜的水果……”

       ⑧囚犯和狱警们的关系逐渐融洽起来，这位第466号囚犯，也在罗本岛监狱整整种了18年的菜园。这位第466号囚犯不是别人，正是黑人总统曼德拉。曼德拉用几只番茄就让整个监狱变得融洽起来，乍一看，这是一件十分轻松的事情，其实，曼德拉哪里是在经营菜园，他是在耕作一片片心灵的腹地呀!

       ⑨一颗乐观坚定的心，即使是身处磨难重重的地狱，也能开垦出一片阳光明媚的伊甸园来！

可燃冰

       ①2017年6月2日，国土资源部在北京宣布，我国正在南海海域进行的天然气水合物试开采已连续产气22天，取得了持续产气时间长、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果。标志着我国成为全球海域天然气水合物试开采连续采气时间最长的国家。

       ②什么是天然气水合物呢？天然气水合物是一种含有大量甲烷气体的水合物，大量存在于陆地上的冻土带和大洋海底。在高压低温的条件下，天然气水合物形成了冰雪般的固态，它外面看似冰，一点火却可以烧起来，所以俗称“可燃冰”。如果把甲烷从冰中释放出来，体积将是水的160多倍。

       ③海底可燃冰是天然气（甲烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成的。海底形成可燃冰有三个基本条件。首先，可燃冰在0～10℃时生成，在20℃便要分解，而海底的温度一般都在2～4℃；其次，可燃冰在0℃时，只需30个大气压就可以生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且压力越大，水合物就越不容易分解，就越稳定；最后，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可形成充足的甲烷气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力和气源三者都具备的条件下，便会在介质的空隙间生成可燃冰的晶体。

④据科学家测算，1立方米的可燃冰，在常温常压下可释放约164立方米甲烷气体和0.8立方米的淡水。甲烷是人们可以用来燃烧发电的可燃气体，而且燃烧后几乎不产生任何污染物质。可燃冰将成为21世纪极具潜力的洁净新能源。

       ⑤但是，甲烷气体是温室气体之一，一旦散失，会严重破坏环境。而且可燃冰的开采还可能会造成大陆架边缘动荡，引发海底塌方并导致灾难性的海啸。因此，可燃冰的开发利用还面临着种种难题。但我们相信，随着人类对可燃冰研究的不断深入，这些难题一定会在不久的将来得到解决。

用好算法，迈向智能社会

①“算法”即算的法则，它起源于数学，指解决某些“类数学”问题规范而完整的方法。中国古代数学有深厚的算法传统，现代逻辑学，特别是数理逻辑，则为算法提供了完善的形式化语言描述。

②现代算法与计算机技术密不可分。1946年世界上第一台电子计算机诞生，此后计算机性能不断提升，其强大的运算能力将人类从重复、机械的繁琐推导和计算中解放出来。对计算机来说，算法就是处理信息的原理与遵循。理想状态下，算法能够将人的思维过程以形式化的方式输入计算机，使其可以不停地执行命令以实现所设定的目标。

③当前 ， 深度学习是各类算法中最具代表性的一种。把人类思维活动变成算法的奇妙过程，究竟是怎么实现的？深度学习将人的思维过程概括为“接受数据”“总结规律”“形成判断”三个环节，分别对应人工神经网络结构中的输入层、隐藏层和输出层。就像人们看到红灯就停下，绿灯亮了再过马路一样，在深度神经网络中，输入层接收到信号后，会经过处理将其传递给隐藏层进行分析和总结，最后由输出层作出判断。由于面对的问题往往比“红灯停、绿灯行”更复杂，输入层与输出层之间有很多隐藏层，需要综合分析判断，而这正是深度学习的“深”之所在。“接受数据”“总结规律”“形成判断”这样的加工过程不可能一次完成，深度学习通过算例数据的反复输入和输出层的及时反馈，按照预测误差极小化原则，不断调整神经网络的联结参数，以最终实现对算例数据所含规律和内蕴结构的总结。

④深度学习算法最为大众所知的案例，就是围棋“人机大战”。深度学习算法战胜围棋高手的前提，是大量的“自我训练”。从技术上说，其输入信号包括人类围棋顶尖高手的3000万步围棋走法。隐藏层达12个，每一层包含数百万个人工神经元，用来建模棋盘及棋法。“决策网络”负责走棋策略，“价值网络”负责评估态势并预测环境，最后由输出层作出决策判断。隐藏层利用经验数据及自我对弈数据来训练神经网络，这一训练的目的是确定神经元之间的连接权重（参数）。不少人会问：它怎么找到每一步棋的最优解？答案是“经验”。算法从经验中学习，基于部分经验数据提出一个初始特征，进而得出一个输出结果。然后，利用其他经验数据或自我对弈结果，校验输出结果，不断调整完善，以找到更合适的参数。与传统的学习方法相比，深度学习预设了更多参数、对应模型更大，因此训练难度更大，所需要的算例数据也更多。这也是深度学习依赖于大数据的缘由。所以，不少观众感叹：“这盘棋的每一步，也许深度学习算法都已经练过许多次了！”

⑤如今，深度学习已经是一个标准化的从大量数据中总结经验、挖掘结构的万能工具，在科学技术、工商管理、医疗健康等领域发挥重要作用。未来，算法将帮助我们解决更多生产生活中的问题。

⑥智慧城市、智能制造、智慧医疗、智慧教育……进入智能社会，算法提供了普遍适用的逻辑过程和运行框架。相信在新一轮科技革命和产业变革中，我国相关科研工作者将继续勇立潮头，探索攀登，让有智慧、有温度的算法更好地服务经济建设和国家发展。