书城童书不可不知的万事由来
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第17章 科技发明(2)

可不能小看了人耳听不到的次声波,它具有一种本领,无孔不入。人的身体表面有很多小孔,次声波能毫不费力地“钻”到里面去。人体内脏的自然振动频率大约为每秒钟几次,正好在次声波的频率范围以内。所以,假如调节次声波的频率,使它正好和人体内脏的自然振动频率相符,就会使人体的内脏器官出’现共振。如此一来,就能使器官遭到破坏,严重的时候能够致人于死地。

次声波还具有一个特性,就是能传得非常远。普通声波在传播的时候会被大气所吸收,衰减得十分厉害。次声波不容易被大气所吸收。一颗氢弹爆炸时所发出的次声波,能够传播十几万公里,环绕地球几圈。

科学家依据次声波的这一特性,正在研制新式武器——次声弹。次声弹事实上就属于一种高强度的次声波。次声弹能够远距离地、无声地将人杀死。

次声弹武器的关键就在于高强度的次声源以及把次声波汇聚成光束的装置。这是由于次声波在传播时,非常分散。只有将次声波集中于一个焦点,或者一个波束,才具有杀伤力。

次声弹武器尽管还处于研究、试验阶段,可是其强大的杀伤力,受到了各国的高度重视。相信,在不远的将来,它或许会异军突起,成为广泛应用的高技术兵器。

隐身技术是怎么回事

人们或许在科幻小说里阅读过“隐身人”,“隐身人”喝下了一种神奇的药水以后,其他人利用肉眼小能看见他。那是人们的幻想,是不可实现的。

可是在现在,科学家们发明了几种隐身兵器,比如美国的B-1、B-2战略轰炸机以及F-117战斗轰炸机。

具有隐身性能的兵器,并非是指在人的肉眼视线里不可以被看到,“隐身”仅仅是针对雷达等探测系统来讲的。雷达能够探测到扫描范围以内的任何目标,比如飞机、舰艇等。雷达是个“千里眼”,采用隐身技术的隐身兵器能使雷达变为“瞎子”。

隐身技术是20世纪70年代后期兴起的新技术。隐身技术采用各种主动和被动的方法,让飞机、军舰等武器装备不反射或者降低反射雷达的电波,减少红外特征的辐射,达到减少被探测的几率。

隐身技术应用于兵器上,大大提高了兵器的生存能力以及兵器的突然袭击能力。隐身技术主要包括改进武器装备的外形设计来减少雷达波的反射,使用吸波或者透波材料,来吸收或者让电磁波通过等许多方法。

美国研制成功的几种隐形飞机就是利用了隐身外形的技术。为了降低对雷达的反射面,隐形飞机一般有着古怪的外形,从机翼至机身都很平滑,就像一支飞镖一样。大多采用V形尾翼,这样能有效地减少雷达波的反射,而且它的进气口与尾喷管处在机身的背部,降低了雷达波的反射面,同时降低了红外辐射面。

使用了这种外形设计以后,隐形飞机对雷达的散射面积已经很少了。例如,F-117轰炸机在雷达屏幕上显示的信号与一只小鸟在雷达屏幕上所显示的信号差不多,雷达操纵员是难以发现的。因为隐形飞机可以像幽灵一般出没于敌国上空,所以,人们将它们称做“空中幽灵”。

继隐形飞机以后,许多国家开始研制隐形军舰、隐形坦克等等;隐身武器已经成了兵器家族里颇受青睐的成员了。

可是,隐身兵器也有其弱点,现在的隐身技术还不可以做到让兵器对雷达完全隐身。并且科学家们还发明了许多反隐身技术,来对付隐形武器巨大的威胁。

由于科学技术的不断发展,隐身与反隐身斗争会愈来愈激烈。

产生巨大影响的地球物理战

在战争史上,有很多借助天气、气候的变化突出奇兵的例子。《三国演义》里的诸葛亮“草船借箭”、“火烧赤壁”的故事早就已经家喻户晓了,就是借助大雾、大风天气打败强敌的。

在第二次世界大战中,希特勒发动了闪电攻势,一心想占领莫斯科,可是遇到了寒潮的突然爆发,气温降到了零下三四十摄氏度,士兵们苦不堪言,丧失了作战的能力,使得“闪电战”迅速破灭。

到了现代以后,军事科学家们设想,假如能把大自然的威力用人为的方法强加于敌军身上,那肯定是一种庞大的战斗力。这就叫做环境战,又叫做地球物理战。

在地球物理战里,运用现代科学技术来制造暴雨、地震、泥石流、海啸和山崩等,使人工灾难降临在敌军的头上。

目前各国陆续建立了地球物理战研发中心。美国的气候试验室已经成功地制造了风、雨、雷、雹、酷热以及严寒等天气,一些地球物理武器还在越战中使用过。

地球物理武器和传统武器相比较,具有以下几个特点:

一是威力巨大。造成的危害因为是自然灾害,能够超过核爆炸造成的破坏力。

二是效率很高。一颗万吨级核弹,在某个区域的地下爆炸以后,能造成和千万吨级核弹毁坏力一样的地震、海啸等等,可以起到事半功倍的作用。

三是隐蔽性较强。地球物理武器常常在距离受攻击点几百或几千公里的地方引发自然灾害,不容易察觉。

看来,地球物理战肯定会对未来的战争产生巨大的影响。威力巨大的地球物理武器肯定会成为举足轻重的战略性武器。

飞机场上的稻草兵

人们经常会在农田里看见衣衫褴褛的稻草人。可是你能想到,现今在一些机场里同样出现了“稻草兵”。这到底是为什么呢?

事情是这样的,美国空军已经发生了多次鸟撞飞机的事故。1987年9月,一只鹈鹕在科罗拉多空军基地撞到美国战略空军的一架B-1B型战略轰炸机的要害部位,使得价值2亿美元的飞机失去了控制,造成了机毁人亡。不久,美国战术空军的一架C-130型飞机在赫尔伯特空军基地起飞的时候和17只鸽子相撞了,机翼被撞开一条1.2米宽的大口子。各种程度的飞鸟撞击事故,有60%发生于飞机起降过程中。

美国空军尽管采用了很多代价昂贵的措施,可是却没有什么效果。后来,美国飞行机构开始在稻草人的身上打主意了,他们用废旧钢铁和稻草,做成了形象吓人的稻草兵,把它们分布于跑道的附近。风一刮,用金属条伪装而成的手臂就会不停地发出“铛锒铛锒”的声音,吓得飞禽们都不敢接近飞机跑道了,结果起到了驱赶飞鸟的作用,成功地减少了鸟撞飞机的事故。

现在,美国空军除了在佛罗里达州赫尔伯特空军基地设置了稻草兵以外,其他空军基地也都在陆续使用之中。

什么是“电子警犬”

警犬可以按照主人的指令进行搜索、追捕罪犯,从而找到罪证,进一步缉查毒品。通过特殊训练的警犬,还可以探矿、检查煤气管道的漏气情况等等。

狗可以做这些工作,是由于狗的鼻子十分灵敏。狗的鼻子可以分辨出两百多万种物质的气味来。根据这些气味,狗差不多能够找到任何想找的东西。

可是,人使用警犬的时候也有很多麻烦。比如必须侍候吃、喝、拉,还要注意替狗防治疾病。

因此,科学家想办法模拟了狗的鼻子,制造一种可以代替警犬的电子仪器——“电子警犬”。“电子警犬”外形小巧灵活,携带起来也很方便。“电子警犬”的内部装备了特殊的紫外线灯的检测器。当化学物质进入仪器,经过紫外线灯的时候,部分紫外线被吸收了。人们依据紫外线减低的程度,能够确定出是哪种物质放出的气味还有这种物质的性质以及浓度。利用这个原理制造成功的“电子警犬”,可以和狗鼻子相媲美。

目前最新一代的“电子警犬”在一些方面比狗鼻子还灵敏一千倍,已经用来替代警犬进行侦察了。还有一种装备了计算机的“电子警犬”已经成了“智能化的电子警犬”,使用这种“电子警犬”能够“嗅”出纵火犯来。

什么是仿生学技术

假如有人问:“未来的技术属于谁?”人们第一个会想到的或许是电子、原子、光子等等。遗憾的是,人们猜错了,未来技术将是仿生学的天下。

谈起仿生学,事实上人们并不陌生,飞机就是对鸟类与昆虫的仿生物。进入20世纪60年代以后,由于仿生学的诞生,又促进航空技术的发展跨进了黄金时代。

航空史上曾经出现了一起飞机在飞行途中机翼忽然折断的事故,造成了机毁人亡。通过研究,人们才了解到飞机在飞行时的机翼会发生自震现象。为了避免这一不幸的再次发生,科学家们通过计算,在离翼端大约全长三分之一的地方加焊了一块金属,使得这个局部具有了一定的重量,避免了机翼自震的现象。

后来,人们看到蜻蜓那薄如轻纱的翅膀上,就像飞机机翼后来加上重量的地方长有一块变厚的翅痣。事实上,蜻蜓在长期的进化过程中拥有了防震的法宝。

一只普通蜻蜓的翅膀总重量大约为4毫克,可是面积却达到了4.6平方厘米,也就是说50克重的蜻蜓翅膀假如铺平的话,会有5.5平方米那么大,简直太轻盈啦!

有一种蜻蜓的飞行速度为每秒15米,打破了现在百米赛跑的世界性纪录,蜻蜓仅需6.7秒就可以飞完100米。它的翅膀每秒扇动约16~40次,简直就是轻型飞机的机翼模型。

苍蝇为何可以连续几小时不停地飞行可是却不需要休息呢?苍蝇为什么可以垂直下降、直线上升、急速掉头和定悬于空中呢?苍蝇到底是靠什么来导航的呢?人们一般认为,苍蝇只有2只翅膀,但事实上苍蝇拥有4只,在2只大翅膀的后面,还生长着一对哑铃状的小棒。

这虽然是一对退化了的后翅,但它正是苍蝇的导航设备与振动陀螺仪。

科学家们在苍蝇后翅的启发下,成功地研制出了体积小、重量非常轻的“振动陀螺仪”,替代了十分笨重的“惯性导航仪”。这类新型导航仪目前已经用在高速飞行的火箭与飞机上了,可以保证飞行的稳定性并且为实现自动驾驶提供了可能。

什么是声纳技术

在浩瀚的大海里蕴藏着无穷无尽的宝藏。人们为了利用海洋资源,应用了很多新技术,声纳技术就是利用海洋资源的工具之一。

声纳技术属于一种利用声波进行工作的技术。声纳是这种工具的主要设备。科学家在实验时发现,假如把一片石英放在水里,只要连上恰当的导线,水下的声波就能引起石英电路里电流的变化。测量电流以后就能测定敌方潜艇的位置。

科学家们依据这一原理发明了声纳。在二战时期,声纳是海军舰只的基本装备,一般用来探测敌方的潜艇。目前,声纳的品种更为繁多,已经发展成探测、侦察、导航、定位、探雷和通信等等。

声纳就是借助于声波来工作的,通常有两种工作方式。一种就是被动接收海底物体发出的声波,比如潜艇推进器的声音等;另一种就是主动发出声波,声波碰到水下物体的时候就会形成反射,声纳接到这种反射回来的声波以后,就可以了解到水里物体的情况。

为什么采用声波却不采用电磁波进行水下探测呢?

因为水是很好的导电体,它能吸收和消耗电磁波,所以电磁波不能在水下传到很远的地方。而声波在水下的传播速度为每秒1500米,而且传播得很远,因此声纳设备是利用声波进行水下探测的。

除用于军事上,声纳还可以帮助人们勘测海底石油的资源。声纳利用声波从而造成海底的震动,接收了海底的震动波以后,依据震动波转变成的电信号特点,就可以测定出海底哪个地方有石油或者是什么东西。

声纳技术的广泛应用让人类在捕鱼、海底测量和探矿等许多领域都获得了重大的成果。

先进的陶瓷材料

先进的陶瓷又叫做精细陶瓷、高技术陶瓷等等。先进的陶瓷和传统的陶瓷不一样,先进的陶瓷是以人工合成的高纯度超细粉末作为原料的,按照精选的成分来配合,在十分严格的工艺条件下通过成型、烧结和其他处理制造的。大多属于多晶烧结体,另外也有单晶薄膜、纤维和非晶陶瓷等各种形式。

传统陶瓷的缺点就是强度高,可是脆性却大、可靠性很差、机械加工以及焊接非常困难。先进的陶瓷强度很高、耐磨损、重量轻、耐高温、抗腐蚀,并且具有声、电、光、热和磁等许多方面的特殊性能。因此先进的陶瓷用途很广,从集成电路基板、电容器、变压器、传感器直到磁流体发电机电极;从人造牙齿到生物反应器,它遍布于现代科技的各个领域,所应用范围之广是任何材料都不能比拟的,因此又有“万能材料”的美称。

作为结构材料使用的先进陶瓷,现在国内外开发的大多为氮化硅、碳化硅、氧化锆和氧化铝陶瓷等等。

氮化硅陶瓷具有耐高温强度很高、抗热震性能优良、高温蠕变较小、十分耐磨、耐腐蚀以及低比重等卓越性能,是最有希望应用于热机的高温材料。

碳化硅陶瓷材料是一种超硬材料,不但在常温下性能卓越,最重要的就是其高温力学性能是现在陶瓷材料里最优秀的,从室温至1000℃的高温强度能够维持大致不变。这种材料是非氧化物陶瓷材料里最稳定的,抗氧化性能十分优越,耐各种酸、碱的腐蚀,用途非常广。

氧化铝陶瓷一般指的是含量超过70%的氧化铝陶瓷,有的又称做刚玉。它不但是传统的耐火材料、工程陶瓷,还是应用广泛的电子陶瓷,同时还是生物陶瓷。

氧化铝陶瓷非常容易烧结,容易达到理论上的密度,烧结制品呈现半透明状,对于可见光以及红外光有非常高的透光率。而且原料丰富,价格较低,已经具有十分成熟的制备工艺了。陶瓷透明以后,就可以在光学方面具有很多用途。半透明氧化铝陶瓷具有良好的透光性能,再加上可以耐高温及化学腐蚀,可以承受热冲击以及具有很高的绝缘性,替第三代光源——高压钠灯的制造提供了灯管材料。还可用于战斗机以及导弹头部的透过红外光的窗口材料等。氧化铝透明陶瓷一旦研制成功,利用类似的工艺还可研制氧化镁、氧化钇等各种透明的陶瓷。

生物高科技群的“四大金刚”

按照研究方法与成果,生物工程可以归纳成四个体系,就是指生物工程的“四大金刚”:遗传工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。

遗传工程也叫基因工程,遗传工程是生物高科技的基础。遗传工程是以精巧的人工方法,在生物体的外部对遗传物质组合,再把组合好的遗传物质放到生物的细胞里,它的目的是借助于改变遗传物质的结构与特性,使其定向地依据人们期望的方向发展,生产出为人类所需的生物新品种或者新类型。美国科学家利用遗传工程把老鼠的胰岛素基因转人可以产生青霉素酶的大肠杆菌的DNA链里,再把经过重组的DNA移植到大肠杆菌里,结果使得大肠杆菌可以自动地分泌出鼠的胰岛素。

遗传工程又叫做基因重组技术,所选的材料能在亲缘关系很远的生物之间进行。培育出的后代遗传特性改变很大,能够创造出新的生物类型,使得人类可以定向地培育出物种的新性状。