2009年11月7日星期六

科学松鼠会

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星币辉映-探寻纸币上的天文学

Sat, 07 Nov 2009 13:23:49 +0800

14 德国 背面我们每天都离不开和钱打交道,摸出几张纸币买东西,或是从别人那里收到找零。你可曾想过,这纸币上也会有宇宙的身影?没错,星空无时不在我们的身边,即使一张小小纸币也不例外。现在就让我们来探寻一下纸币上的天文学。

如果说邮票是一个国家的形象大使的话,那么货币,毫无疑问地,似乎就是一张更为正式的国家名片。世界上有224个国家和地区,每个国家和部分地区都有自己的货币,若以朝代、券别、版次等区分,其数量高达几十万种,主要有纸币和硬币(古钱币)之分。纸币的历史比硬币要短,收藏者也不如收藏古钱币的多,但由于纸币的印刷空间较大,图案丰富,内容多样,不但代表着一个国家当时最高超的印刷技术,还包含着当时社会的风土民情、时代变化、社会发展、历史人物等丰富的内容,有人形容收藏纸币就如同浏览一部百科全书,其言不虚。

流传于收藏界的一个笑话评论西方国家的纸币上只有四种人:科学家、文学家、音乐家、民族英雄,当然,我们知道这只是个玩笑。但毫无疑问,人物是纸币上最常见的图像表现内容,科学是纸币上较为普遍涉及的学科领域。相比较五花八门的邮票而言,纸币的主题图案显然是受到了很大局限,原因是显而易见的:作为一国货币形象必须考虑的严肃性和权威性,一个国家的政治制度、文明程度和价值取向,各国货币设计者和决策者的风格和倾向决定了纸币内容。赏玩世界各国纸币得到的感受绝然不同:例如法国是一个崇尚哲学与艺术的国家,所以,在各种面值的法郎上,印有本国作曲家、画家、哲学家的肖像。美国最自豪的是它的制度,而制度的建立者主要靠开明的有作为的政治家,因此,它就把许多著名政治家的肖像印在了纸币上,如华盛� �、林肯、杰斐逊、格兰特等;美洲以总统为多,也有不少民族英雄和科学家;亚洲、非洲国家则大都以政治领袖、国王为图案;而非洲、大洋洲有着广袤的沙漠、原野、岩石等奇观异境,它们的货币图案会偏爱自然风光和动植物。

作为最古老、最有魅力的科学之一,如果要在纸币上表现科学主题,无论如何也绕不开天文学,这使得天文学成为纸币上的科学主题中表现最为丰富的一个领域。纸币上的天文学主要有这样几种表现形式:天文学家(及其科学成就)、天文仪器、天文建筑和神话传说,尤其以天文学家占绝大多数。能够荣登纸币画面的人物大都是取得卓越成就或对国家有着非凡贡献的杰出人士,因此,纸币上的天文学家很多都是一个国家的骄傲和象征,如哥白尼于波兰、牛顿于英国、伽利略于意大利等等。天文仪器在纸币上的现身,往往是将其作为一种科学领域的研究设备或重要事件中的重要工具,伴随着天文学家或重大事件同步出现,如牛顿和他发明的牛顿式反射望远镜,哥伦布和航海旅行中使用的星盘等,也有单独作为主画面出现的,如伊拉克纸币上的星� �、韩国纸币上的浑天仪、中国纸币上的日晷等,这往往预示着这些天文仪器对该国(包括发钞行)具有某种特定的象征意义。天文建筑主要是指天文台,尤其是历史悠久的天文台更容易出现在纸币上,如东方现存最古老的天文台-韩国庆州古瞻星台,欧洲最古老的天文台之一-丹麦哥本哈根圆塔天文台等。当然,为了表现国家在科学领域取得的先进成就,现代天文台也有机会登上国家名片,如亚美尼亚的比拉干天文台就有幸如此。神话传说主要集中在四大文明古国之一的希腊出现,宙斯、阿波罗等希腊神话中的代表人物纷纷成为希腊纸币的座上宾。

以上四个方面大致构成了"纸币上的天文学"之主要内容,此外,也有特别事件如1999年日全食登上罗马尼亚纪念钞、一战后德国无政府状态下发行的地方代用币等锦上添花的纸币。除去太阳、阳光、星月符号等装饰性图案,单就直接表现天文主题而言,花花绿绿的各式天文纸币几乎全部来源于外国。要说起中国有没有天文纸币这个话题,由于特殊的文化传统和政治制度使然,天文学较难涉足我国货币,目前所见,唯有民国时期的中南银行纸币例外。中南银行是由印尼华侨黄弈住于1921年创办,系民国时期著名的"北四行"之一,纸币发行量仅次于当时的中国银行和交通银行,具有一定市场影响力。其纸币一元、五元、十元等券采用北京故宫太和殿前的明代日晷作为主图案,乃取一心向"南"之意,用意深远。作为我国古代利用日影测量时刻的� 种计时仪器,日晷毫无疑问是中国古代天文的精髓之一。天文国粹得以留存纸币流芳百世,吾辈之幸也。上述纸币所反映的天文学内容,大都涉及到天文学发展历史上或对某一特定对象(国家、银行等)具有重要意义的里程碑人物或事件,很多已通过学校教育、大众媒体宣传等途径广为人知。而在代表国家形象、使用频繁的纸币上采用天文学主题,不但体现了一个国家对科学的重视和尊敬,还密切了科学与大众之间的距离,其意义颇为重大。

相较于需要一定财力和学识研究深度的古钱收藏来说,纸币收藏并非阳春白雪;但相较于入门简易、价格低廉的邮票、火花收藏来说,它也不是下里巴人,算是收藏领域里面的"中产阶级",爱好者可尝试但并非适合每个人。就成本而言,多数天文学纸币的价格还算平易近人,从十几元到几百元不等,只有个别高面值纸币和特殊性质纸币属于高价格、高难度的收藏品种。如斯洛伐克1999年发行的5000克朗币,正面是天文学家斯特凡尼克(Milan Stefanik,1880——1919),背面是北斗七星,目前市价是250美元/枚。德国1960年发行的1000马克币,正面是天文学家约翰内斯·舍恩那(Johannes Schöner,1477-1547),目前市价是1200美元/枚;韩国于越南战争期间(约1970年)发行的一种军用代币券(编号M22),5元面值券的背面是庆州古瞻星台,但世界权威的纸币目录干脆没有标价格,因为太罕见了,以至于无法给出公允价值。其他纸币再贵总还能买到,遗憾的是,拥有这枚天文主题的军用代币券几乎是一个"不可能完成的任务"。

不要为高昂的价格吓住,收藏的魅力就在于保值升值,实质上是在积累一种财富。出于特殊的货币性质,纸币不同于一般的收藏品,多年来始终处于缓急相间的升值通道之中,尤其是已退出流通的纸币(如欧元流通后欧元区国家的原纸币均退出历史舞台),升值空间更大。如同投资房产最主要的考虑因素是"地段、地段、地段"一样,收藏纸币最主要的决定因素就是"品相、品相、品相",这是保值升值的重要前提。一般而言,未流通(UNC)的全新品相是最佳选择,绝大多数流通纸币都可以买到全新品相,但对于一些早期货币和已退出流通纸币,8品以上是可以买入的收藏最低限度,但价格要打一定折扣。注意,纸币一旦退出流通,它的价值只会升值不会贬值,所以,买老不买新,看到合适的机会就下手永远不会错。

10 波兰 正面

国家:波兰 币值: 1000兹罗提 年份:1982 价格:2美元 描述:正面为天文学家哥白尼(Nicolaus Copernicus (Mikolaj Kopernik),1473~1543) ,波兰的国家骄 傲,现代天文学创始人,日心说的创立者,其经典论 著《天体运行论》成为当代天文学的起点。背面是哥 白尼日心说描绘的太阳系运行示意图。

对于有心收藏天文纸币的爱好者来说,只要熟悉天文学领域及其对应国家的重要人物和重要事件,使用一本纸币目录进行查找或与纸币收藏者多多交流,稍加用心就可以梳理出一部较为完整的"纸币上的天文学"主题收藏。一些大家熟悉的天文题材可能比较好找,比如波兰的哥白尼,纸币上的日月星辰等一目了然的图案。有些就需要动一番脑筋在早期纸币中寻找,比如丹麦1963年的罗默和圆塔天文台。还有一些则属于高难度的天文题材,单看图案是看不出来的,这就需要仔细核对发行资料和相关信息,比如澳大利亚1992年发行的100澳元,背面图案就是天文学家约翰·特巴特(John Tebbutt,1834-1916)。众里寻她千百度,蓦然回首,"宇宙"却在各国纸币上,收集和研究天文纸币的乐趣恐怕也就在于此。对初集者来说,一种图案的天文纸币收集一张,自己品赏把玩足矣,虽然这总有收集到头的时候。如果要更为深入一些,可以按照印刷年份、版次、材质等不同变化的版本收集并加以研究,如前述中南银行日晷纸币有1921年、1931年等四次印刷版本,分别交由美钞公司、华德路公司等不同印刷厂印制,纸币上的地名有上海、汉口、天津、厦门等四地,地名印刷还分"大上海"、"小上海"。。。。。。一张纸币显现无穷变化,引人入胜,那就将是一个纸币收藏者毕生的心血和追求了。

纸币收藏的魅力在于其无容置疑的权威性、精美绝伦的印刷质量和丰富多彩的主题内容,如果让神秘、唯美的天文学与纸币交相辉映,我想这个布满星星的夜晚一定会让我们更加陶醉的。

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图片纸币据来自个人收藏

已发表在:《中国国家天文》2009.10

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电子·纸

Sat, 07 Nov 2009 07:50:49 +0800

2007 年的11月,亚马逊网上书店的老总杰夫•贝佐斯(Jeff Bezos)和苹果公司的斯蒂夫•乔布斯(Steve Jobs)有过一次短暂的会面。贝佐斯请乔布斯试用亚马逊的新产品——一块白色的板子,上面有一块显眼的大屏幕,屏幕下密密麻麻地布满了按键。亚马逊打算卖这种东西。乔布斯试着使用了一会,然后把它放在面前的桌子上。很明显他这种产品不看好。"太难看,还没有触摸功能。"乔布斯说,"全键盘让机器的体积增大了20%,能替换的电池这个设计也太蠢了。而且,现在还有谁看书?去年40%的美国人只看了不到一本书。"

sKindle1和Kindle2

乔布斯说的不无道理,而且这种情况正愈演愈烈。在广播、电视、特别是互联网的冲击下,传统的出版业越来越步履维艰。《西雅图邮报》这家百年老报在今年三月份关闭,而今年年初到现在的大半年中,美国已经关闭了一百家以上的平面媒体,甚至连著名的《奇幻与科幻杂志》也不得不由月刊改为双月刊。这可是恐怖小说大师斯蒂芬•金口中的"刊登美国最好看的短篇小说的杂志之一"啊。

虽然如此,但是当年的贝佐斯还是不愿意放弃kindle。他对乔布斯说,"你瞄准的是5%的个人电脑用户,而我瞄准的是5%愿意阅读的用户。"

之后发生的事情大家都知道了。挂在亚马逊网站首页最显眼位置的Kindle大获成功,一年半时间就推出三个版本,更大、使用更舒适,以及能存放更多的书。现在在去亚马逊买书的读者会发现,一些书推出了9.99美金的电子版本,可以直接下载到自己的Kindle里面阅读。这和那些动辄一百多块的书比起来,无疑更有吸引力。这种电子阅读手段的出现,开始改变过去数百年来的出版产业的模式,让书籍的成本几乎只剩下了支付给作者的版税和发行、保管、运输书籍的费用 ——而在字节化的信息时代,后几项费用几乎为零。在人类历史上第一次,书籍成为了"按需生产"的产品。

这是一次关于显示技术的、悄然发生,却终将席卷世界的变革。它的起源,只在于那块改变人们阅读方式的薄薄显示器。这是一类叫做电子纸显示(EPD,Electronic Paper Display)的新兴技术;在Kindle这种产品上,它被叫做E Ink。

电子墨水

E Ink是E Ink公司的注册商标。这家公司在1997年成立,创始人是麻省理工学院媒体实验室的教授约瑟夫·雅各布森(Joseph Jacobson),其它股东包括了英特尔、飞利浦、摩托罗拉等大厂。E Ink公司是最早将电子纸显示技术推向市场的公司,其技术原理是另一个EPD:电泳显示(EPD,Electrophoretic Display)。

sE Ink

电泳显示并不是E Ink的首创技术。早在20世纪70年代,施乐公司著名的帕洛阿尔托研究中心(PARC,Palo Alto Research Center)的研究员尼古拉斯·K·谢尔敦(Nicholas K. Sheridon)就提出了这一设想。他设计了一种叫做"Gyricon"的显示设备:将大量小球塞进两层薄板中间,其中的底板上分成许多小块,每个小块都可以单独供电。薄板之间的间隙充满比重与小球一样的油。每个小球的两个半球都分别涂上不同的颜色,而且根据颜色的不同,一半带正电,另一半带负电。这样,当给底板上指定区域加电时,相应区域的小球将会旋转,排列出图像或者文字,就像是马赛克拼出图形一样。

sgyricon原理图

这项发明申请了专利,但是被施乐公司的高层取消了。这项短视的决策让电子纸的诞生晚了二十五年,直到上世纪九十年代后期才真正面世。麻省理工学院的媒体实验室开发的新型电子墨水显示原理和Gyricon一脉相承,但是又克服了Gyricon的一些缺陷:它使用微型的、充满油的透明胶囊取代Gyricon的小球,同样把小球夹在两层薄板之间。小球里装了一些更细小的带电微粒,其中一些是黑色,另一些是白色。两种微粒所带的电荷不同,当给背部的薄板加电时,面板上就可以看到相应的图形。这项技术当然也被申请了专利,这就是E Ink。

sE Ink原理图

E Ink可以显示多级灰度,可以制造成任何尺寸的面板,这些都是Gyricon所不能做到的。而Gyricon的优点,例如断电后依然可以保持图案不会消失、省电、可视范围广、对比度高等等,都被E Ink完美地继承了下来。在E Ink公司的不懈推广下,使用E Ink技术的显示装置,终于出现在市场上。

然而E Ink的推广之路走得并不很顺利。当MP3音乐和播放器的大潮漫过全球的时候,使用E Ink的电子书阅读器却少有人问津。当然,书籍和音乐并不一样——虽然音乐也同样经过从模拟到数字的转变,但是人们似乎对这种转变安之若素。人们并没有过多地怀念磁带式随身听,就转而非常容易地接受了CD和MP3。从MP3播放器诞生的1998年到现在,世界上一共卖出了超过5亿部MP3播放器,就是一个明证。

这也许是因为,人们固执地迷恋着阅读纸质书籍时的舒适体验,喜欢纸张的质感、新书的油墨味道、翻页时的沙沙声,还有旧书上颜色各异的批注。在传统的显示器上读书,无论是笨重的阴极射线管显示器还是轻薄的液晶显示器,都会让人无端地心浮气躁起来。这些代表着信息时代技术的科技产品,像是这个时代的缩影:理性、急迫且冷冰冰;它们和纸质书籍的柔软沉静踏实相比,显得面目可憎。正如杰夫·贝佐斯所说:"书籍是模拟技术的最后堡垒。"

贝佐斯打算借助亚马逊强大的访问量和图书存量攻破这个堡垒。Kindle改善了设计,加上E Ink的天然优点,让阅读电子书变成了一件方便且愉快的体验。再加上从来没有过的、拥有数百万种书籍的选择,亚马逊让Kindle成了有实力取代纸质书籍的革命性产品。当然,如果价格再低一些,这场革命也许会来得更快一点。

但是,要想让E Ink降价是很困难的。做为拥有这项专利的唯一企业,E Ink公司今年已经被中国台湾地区的元太科技收购,后者曾经是E Ink面板的生产商。现在全球大多数生产电子书阅读器的厂商都在依赖元太科技:它的客户名单上除了亚马逊之外,还包括飞利浦、索尼、翰林、汉王、福昕等等我们耳熟能详的电子书阅读器企业。

专利权像是一道电网,拦住了其他厂商试图生产类似产品的努力。但是面对正在扩张的这块电子书大蛋糕,不少企业都开始各显神通,想尽办法要分一杯羹。各种新的电子纸显示技术纷纷出现,迎来了春天。

那些挑战者们

E Ink的最大缺点在于,它只能显示黑白文字和图像。虽然元太科技正在努力升级E Ink的灰度,从四阶到八阶再到十六阶,但是显示彩色图像目前还是在实验室中研发的目标。除此之外,E Ink变换图像的速度太慢,这让其不能够播放视频;而它省电的巨大优点,随着电池技术的发展,也许将会变成一个并不很重要的特征。而且,E Ink不能自身发光,在弱光下很难看清。如果额外加装照明设备,又会导致成本和耗电量的增加。虽然E Ink够好,但是它并不够完美。

那些打算避开E Ink专利的厂商,正在研发完美的电子书显示设备。IBM、西门子、LG、飞利浦、索尼、富士通、三星、友达光电、甚至过去专注于制造轮胎的普利司通都开始进入这一代表未来趋势的产业当中,而且已经开始纷纷推出自己的相关产品。就目前来看,技术比较成熟的有两种:胆甾液晶显示(ChLCD,Cholesteric Liquid Crystals Display)和有机发光二极管(OLED,Organic Light Emitting Diode)。

胆甾液晶原理图

液晶是一种特殊的材料,它像是液体,可以流动,但是光学特性却和晶体相似,在不同的方向上有不同的透光性。这种现象早在1888年就被发现,但是直到二十世纪六十年代末,液晶材料才被用于显示。现在,液晶显示器早已到处都是,大有取代传统阴极射线管显示器的势头。胆甾液晶材料是三大类液晶材料之一,它的分子呈扁平层状结构,而层与层之间的重叠又是螺旋状结构。这种特征让它也被称为螺旋液晶分子。和其他液晶显示不同的是,胆甾液晶显示类似E Ink,具有双稳态的特点。也就是说,当停止供电后,它会保持供电时的状态——其上显示的内容可以保持较长的时间。

胆甾液晶显示技术的基本专利由美国肯特显示(Kent Display)公司持有,目前市场上已经有了产品:今年三月份,富士通(Fujitsu)公司终于公布了研发多年的电子书阅读器FLEPia,使用的就是这项技术。和使用E Ink技术的阅读器相比,FLEPia最吸引人的是26万色显示功能,但是随之而来的还有只有不到50小时的使用时间和相当高昂的价格——售价一千美元以上,足以吓退不少读者。但是这似乎并不足以阻挡富士通的决心,他们最近要在台湾与一家当地企业一起建造一家工厂,专门生产FLEPia和其他的胆甾液晶电子书阅读器。也许过不了多久,这种彩色阅读器的价格就可以降得更有竞争力一些。

oled原理图

和胆甾液晶显示相比,有机发光二极管的先天优势更强一些。有机发光二极管的结构像个汉堡包,最上面和最下面的两层是电极,中间夹着发光材料。当通电时,电子从高能级迁跃至低能级所释放的能量将会以可见光的形式传递出来。并且因为材质的不同,产生出红、绿和蓝的显示器三原色,组合成各种不同色彩。这种技术是由柯达公司首先申请的专利,起因很有趣:1979年,柯达的研究人员夜里回实验室的时候,发现一块有机蓄电池在闪闪发光。这个偶然的发现促成了八年后有机发光二极管器件的诞生,低电压、高效率、高对比度、高亮度、自发光、重量轻、厚度小、像素颗粒小、响应速度快、可弯折、甚至可以做成透明——这一连串的优点让有机发光二极管看起来像是终结其他显示器的杀手级产品,单是想一想都会让人激动万分。

只有一个小问题——有机发光二极管的技术还不成熟,不足以应用在电子书阅读器这样大的显示设备上。现在有些手机这样的小型的随身电子设备已经开始使用有机发光二极管显示面板,但是更大型的面板,还没有上市的产品。在从小屏幕前进到大屏幕的道路上,有机发光二极管的危机重重:面板的隔绝问题难以解决、电流控制难度大、使用寿命并不尽如人意。

sOLED可弯折显示器

即使如此,有机发光二极管依然是明天的显示之星。也许我们会很快看到使用这种技术的电子书阅读器,它的颜色亮丽,反应迅速,无需其他光源,还可以卷起来。简直是哈利波特世界里的魔法产物。

关于现在,关于未来

科幻大师阿瑟·克拉克爵士说:"任何足够先进的技术,初看都与魔法无异。"的确如此。我们今天想象不到的技术和产品,正在某处的实验室里缓缓成型,期待着出现在我们面前的时候,让我们惊艳。

索尼公司的研究人员把一种白色胶体夹在两层薄板中,加电时,相应位置会析出银原子呈现出黑色,掉电时又会重新变白;船井电机新应用技术研究所去年宣布开发出了电致变色显示(ECD,Electrochromic Display)设备,使用电压变化来控制染料溶液显色与否;普利司通和千叶大学合作开发出了使用固体粉末的电泳显示电子纸;飞利浦以色列分公司开发出可编织的电致发光材料;辛辛那提大学和SUN化学公司今年开发出使用疏水性表面和微型燃料胶囊制造的彩色电子纸……电子纸显示技术的大家族里,从来没有过这么多成员。

电子纸超脱了传统"纸"的内涵,也同样跳出了我们概念中的纸张使用范畴。电子纸技术可能成就新一代的电脑、电视,取代广告牌、路标、信息板,替换风挡玻璃和落地窗,以及出现在任何需要显示的地方,甚至是衣服或者眼镜上。它带来的革命不仅仅在传统出版行业,它可以无处不在。

想象一下这样一个绚丽多彩而又变化多端的世界吧,它就是我们的未来。

发表于《牛顿·科学世界》,谢绝商业性转载。

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