2010年1月29日星期五

科学松鼠会

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车翼之想

Fri, 29 Jan 2010 18:08:19 +0800

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第五期征文作品赏析(九)

作者:东者西迷    二等奖

沸沸扬扬的车速70码事件已经过去大半年了,一切似乎尘埃落定了,可是健忘的富二代依旧学着头文字D中的刺激个性,或者像极速酷客般的狂飙骑士,呼啦啦飞翔着。年轻意味着激情和张扬,而让这一切表现的淋漓尽致似乎只有赛车了。只有赛车才能将速度和激情痛痛快快的连接在一起,也足以让生命从极限挑战中获得一种奔腾的力量。换档之间,唯我独酷!急速狂飙,唯我独追!弹指纵横,唯我独行!

给每一个观众留下最深刻印象也恰恰是这些惊险的赛车镜头,只有车的速度让心脏紧跟着搏跳,也只有此刻电影的幻象与观众的现实顺理成章的融合,不分彼此。有赛车的电影注定了火爆,也注定了车的不可取代性。从古至今,人类从未停止的就是对超越自我、挑战极限的探索,即使这一过程伴随着不尽的鲜血、伤残甚至死亡,而赛车运动无疑正是人类这一天性的最佳诠释。胜利的荣耀背后是残酷的生死存亡,接着就是对科学技术的挑战,细心专注的科学家们也从斯图尔特、塞纳、厄恩哈特等几代明星车手那里吸取经验,不断改进。

很多人看到影视中的车手,经常是不带头盔的,尤其是在山路盘旋中进行的头文字D赛车。也许这些和现实赛场上的车速相差很多,但其实这也是最致命的危险游戏,很容易误导年轻人。迄今为止,头部伤害是所有赛车运动中的头号杀手,从日常交通法规中,骑摩托车要求带头盔你也可以体会一二。车祸持续的时间很短,往往只是一瞬间,这个时候身体由于惯性会向前倾斜。头部产生的巨大加速度使它遭受的压力比车身承受的压力大很多。由于正是比赛中,肩膀受到安全带的限制,不受限制的头部继续向前摆动,头部和颈部之间会产生巨大负荷导致颅骨基部裂开,这就是容易导致车手死亡的主要原因。为了应对这一悲剧,生物机械工程师哈伯德博士发明了汉斯仪。这一装置对车手的头部进行限制,通过头部中央产生巨大的向后作用力,随着力量 ��依靠肩部向下转移,这样所有的力量都限制在人体内了。戴上汉斯仪后,一旦发生车祸,头部就不会摆向前方,避免了车手出现基部颅骨骨折。而美国车迷心目中的传奇人物厄恩哈特是汉斯仪反对派领袖,他称之为该死的束缚物,不但救不了自己,还会要了自己的命。直到他以生命的代价才唤醒了车手的觉悟,也逐渐让科学技术的力量渗透到赛车的各个方面。

从一定意义上说车祸灾难时赛车安全的先行者,只有事故发生后,科学的力量才慢慢推进。在影视中车祸往往是邪恶势力消亡的下场,正义之士常常凯旋归来,观众也从生死时速中欣赏漂移的视觉冲击。漂移是赛车术语,指让车头的指向与车身实际运动方向之间产生较大的夹角,使车身侧滑过弯的系列操作,这样就可以有最快速通过弯道。赛车运动最精彩最优美也最具欣赏的时刻也是在拐弯处,考验的不仅仅是简单的超速,还有争先的技巧。在《头文字D》中,这也是最大的卖点。不过,对于我们现实生活的中的车手来说,除了寂寞的奢想,那只是一个传说。或许虚拟赛车游戏,比如跑跑卡丁车、极品飞车能够稍微让你过把瘾。

但是漂移技巧在滑行的时候,轮胎于地面会产生过多摩擦,虽然产生好看的效果,但实际上会给轮胎带来沉重的负担。在车道上后轮失去大部分或者全部抓地力,同时前轮能保持抓地力,这时只要前轮有一定的横向力,车就甩尾,即可产生漂移。物理学的原理解释就是相对静摩擦力转换为滑动摩擦力的时候就会产生漂移。轮胎与地面保持滚动摩擦,也就是基本不打空转的时候摩擦力最大,当轮胎开始打空转,变成滑动摩擦时,摩擦力反而下降20%,因此对重心与滑动动摩擦力和静摩擦力的相对角度与距离及大小等因素的精确控制可使这种漂移的过程达到可控,否则极其容易甩尾翻车,因为漂移其实就是车辆处于失控与不失控边缘的一种驾驶状态。

一般来说,正常行驶的车通过拐角时候速度会加快,如果是直线行驶,那么问题不大,当比赛时,赛车都是高速行驶的,尤其F1方程式赛车,时速高达330千米,可以与磁悬浮列车有的一比。你可能疑问为什么赛车没有飞离赛车道了,其实并不是所有车辆都可以这么狂飙。轮胎是个不可或缺的重要考虑因素。在比赛行驶的轮胎表面温度会在150-200℃范围内,把手放上去说不定就牢牢的吸住了,粘在你手掌上的一层橡胶黏度与口香糖彼此不分上下。赛车的速度如果高于轻型飞机起飞的速度,高温轮胎产生的内聚力就不能让车子附着在路面上了。这就需要压力的介入了。车手只要给赛车施加压力,就可以相应的提高赛车轮胎与赛道之间的摩擦力了。加速车身下方的空气流动,就能产生车子向下吸附的反作用力,车身越是接近路面,向下的压力就越大。� �是如果车身着地了,也就意味着车轮的位置升高了,压力瞬间就会消失了,车子就会飞离路面了。塞纳也就这样在转弯的时候,车身降低至最低点了,然后飞了出去撞向了防护墙,巨大的冲撞力让轮胎往后飞了出来,结束了塞纳年轻的生命。

这个时候所有血气方刚的男孩们应该冷静的想一想,漂移的不仅仅是车,还有自己的生命。尝试多了,胆子大了,就疏忽了,自我的科学防范意识又不够,毕竟你的防护力量不是专业级别的。千万别学周杰伦在山道S弯上那么潇洒(S弯就是连续的弯道,特别是山路连绵不绝的弯道所形成的S弯最为壮观。目前国内最著名的山路S弯位于云南省宜良境内的旧昆宜公路,被誉为天下第一山路S弯,全长7公里由68个弯道组成)。

当然,影视中很多经典镜头还包括了二轮式车—摩托车,比较熟悉的就是发哥《阿郎的故事》。阿郎拼尽最后的力气,驾着赛车冲向终点,受伤的头部开始大量地流血,赛车失去了控制,像脱缰的野马随着巨大的惯性撞在了墙上,接着又重重地弹回来,赛车爆炸了。这么悲情的影视场面除了让年轻人崇拜发哥的英雄无畏,接着就是积极模仿了。这也许是很多富二代飙车的原始起步影响吧,但影视毕竟是摄像的艺术,不是卖命的飙车游戏,那些速度并一定真实的存在。你或许不知道有个叫做杜汗的摩托车手即使在进行安全防范的情况下,也遭遇了上百次的车祸。在摩托车快速行驶中,最容易沿直线向前冲,除非主人将浑身力量用在车上,才会改变方向,并且在转弯时候摩托车至少要倾斜50度。在竞技比赛中或者电影中,你会看到车主人大部分都� 站在脚踏上穿越弯道。弯道也是最危险的地方,毕竟只有两个轮子,轮胎一旦离地,就会削减了对地面的附着力,所有力量都只有依靠主人的体重来控制了。摩托车本身并不重,如果仅仅只使用手,前轮就会打滑,人就会摔了下来,只好将人身体的中心下移到摩托车上避免意外的发生。这个澳大利亚的摩托车手杜汗,每次都做好了遭遇了车祸的准备,他所希望的就是不要受重伤,结果还是葬送了自己的生涯,卧病缠身。所以年轻人还是收敛些为好,你可不是《死亡飞车》监狱里的超酷战车比赛车手,他们的代价是生命,奖励是获得自由,你没有恰当的理由值得那么疯狂的进行如此张狂的冒险游戏。

《极速酷客》影片中的狂飙骑士,骑着世上马力最强的摩托车,似乎足以把世界撕成两半,透过复仇心切的飞车党,将他们高速、高马力、彼此冲撞的世界呈现在世人眼前。但是现实世界永远是残酷的,影视永远是科技的合成物。安全,就是很多研究者从事故记录中开始的探索。赛车是一种从伤亡中走出的运动,经过了50多年人们才渐渐认识到它的实质,才认真地去阻止伤害。科技的发展让车之翼飞翔的那一刻,就是让我们尊重生命、尊重科学。而这也许不仅仅是速度表面的张扬,更重要的看到拥有了激情的同时如何驾驭自己的控制力。毕竟,生活不是几厘米宽的影视胶片,断了不可以重来。

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性瘾:孤独者的无奈狂欢

Fri, 29 Jan 2010 12:16:15 +0800

1263455861_FzLZXA"老虎"伍兹出事了!这一次,让他声名狼藉的事情比起别的丑闻更加让人不堪。性瘾,一个听起来如此让人难以启齿的字眼,让伍兹深陷于人格的深渊。在好莱坞,"性瘾"这个词不断出现在八卦小报上,在伍兹之前,《X档案》的男主角大卫·杜楚尼就因此症闹得满城风雨。林赛·罗韩、小甜甜布兰妮亦在疑似"性瘾症"患者之列。

经研究者统计,不仅明星备受性瘾困扰,美国还有8%的男性和3%的女性被卷入其中。性瘾行为完全受到无法控制的性冲动、无处不在的性幻想和性行为的驱使。强迫性的性行为并不能让他们感到更加快乐,也与情感毫无关联;相反,他们内心也感到内疚和悔恨。但是为了摆脱对内心莫名焦虑和痛苦,他们仍然不停与"性"纠缠,最终毁掉生活的一切。

尽管如此,临床上, 性瘾还只是模糊地被描述为行为障碍的一种,而并未被权威的美国精神病诊断标准(DSM-IV)收入到精神病分类之中。根据这项标准,只有对物质的依赖才可以称之为"成瘾"。

从对其他"瘾"的了解出发,人们首先想到,"性瘾"也一定是体内的神经化学物质出了问题。心理学家伊尔·莱弗在《无时不刻的孤独:识别,理解和战胜性瘾》一书中说,性瘾来自于大脑肾上腺素过度分泌,导致人们产生对性的极度渴求,以至于形成了一种强迫性的、仪式性的性行为模式,以缓解由于激素不平衡带来的行为。但是,这不能完全解释,究竟是什么导致了体内生态的不平衡。

最近越来越多的研究者开始相信,"性瘾"根植于和儿童和青少年时期的不幸经历。经调查,60%的性瘾者在儿童期都遭受过虐待。他们通常都成长在充满敌意、混乱和冷漠的家庭,抑或尽管家庭环境正常,但由于在家里他们的情绪很少被表达,导致他们对爱的极度渴望。性成为他们逃避无聊、焦虑,甚至是睡眠障碍的一种途径——在童年时,他们通过自慰来获得逃避;更有甚者,他们可能被其他来自成人的歪曲性观念所诱导。成年之后,性继续成为他们躲避心理危机的避风港,直到一发不可收拾。

研究性瘾的知名心理学家帕崔克·卡尼斯则从儿童成长过程中,家庭功能和抚养方式建立的 "核心信念"角度剖析性瘾的成因。成长在那些被呵护重视家庭中的孩子得以建立正常的心理信念,对周围人都充满信心,也能够拥有自我价值感。而成长过程中被忽视的孩子则容易建立起负面的核心价值,总认为人们不够关心他们,认为自己是没有价值的存在。成年之后,后者会很难维持稳定的两性关系,容易孤独。他们经历了从心灵痛苦、心身分离、仪式化的性行为、强迫性的性行为,一直到绝望的过程。对于他们来说,孤独和虚弱感的最终解药就是,沉溺于性爱。

如果你想了解"性瘾"者的内心生活,还可以看看最近一部真人秀,《性瘾康复所》。那些想摆脱过去恢复品尝生活的前成人影星、世界冲浪冠军、花花公子模特、电影导演、世界超模……因为无法摆脱的"性瘾"之痛走进了朱尔·品斯基博士的心理诊所。最终,就像剧集中的詹妮弗·柯彻姆在博客上写到:"人们学会了建立对彼此的信任,和情感的依恋。我不再孤独了。"

"性瘾"本身带有强烈的时代标记。维多利亚时代的禁欲主义把手淫也视为是"洪水猛兽";20世纪后半叶人们开始认为凡是"成人之间的自愿行为"都无可厚非。性的正常与不正常的边界,在频率、对象和程度上都愈发模糊起来。性瘾的出现,似乎是对人类社会无限蔓延的自由边界的一个冷冷的嘲笑。

但和人类社会不断浮现其他"瘾"一样,性瘾本质上也都是人们掩盖情感和记忆创伤的无力堡垒。成瘾者不仅要远离超乎正常的疯狂举动,更要能认识到心底痛苦的根源。治疗性瘾的终极目的,是恢复"瘾君子"作为完整个体的价值,而非一个只会做爱的机器。帮助他们认识到自己的力量和价值,对自己的生活和幸福负责,开启他们新的生活道路。

原文发表于《南方人物周刊》

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[Dr.YOU第44期获奖答案]当人脑接驳电脑…

Fri, 29 Jan 2010 06:38:35 +0800

Hyper-X答:
【关键字】

●大脑:这里提到的"大脑"是包括了大脑小脑脑干垂体等等的"人脑"。

●电脑:此文中的电脑是泛指"由人类(地球人或外星人或超级赛亚人……)制造的,具有信息处理能力的存在形式",包括但不限于电子计算机、光子计算机、量子计算机等等。

●接驳:这里除了广义的"连接"外,还包括了"相互融合"这一层含义。

【总论】

既然是"接驳",那么最主要的目的是实现人脑和电脑间广义信息的获得、处理、输出等目的。根据大脑和电脑连接的信息流速率的变化,我将人脑和电脑的接驳历史粗略划分为三个阶段:第一阶段是输入输出的接驳,人脑作为一个整体,在输入输出端——即感受器和效应器——连接计算机、机器臂、网络等等;第二阶段为互相拟态阶段,人脑中可以加入协处理器或者联入网络,电脑也可模拟人脑的分布式模糊处理,二者有限度融合;第三阶段,所有人脑的形式可能已经消失,转变为各种信息流的交互作用。

第一阶段

因为人脑的1000亿个神经元的结构微单元特性,以及它信息处理的模糊特性,在开始阶段就直接在大脑中加上协处理器或储存器、装上金山词霸大英百科……这显然如同在CPU那几亿个晶体管中拿铅笔刀刻出一个新的扩展接口一样不现实。

所以在第一阶段,最理智的做法是不深入大脑内部,而只在这个完整的系统的输入输出端做一些文章。

前期:

这一时期只是模糊控制,通过脑电图或是肌神经电极,监控大脑发出的指令,然后利用电脑控制的机械臂实现大脑动作。现在,我们已经能部分实现这个阶段的工作,让残疾人具有一定的生活自理能力了。

这一时期的输入端则残忍很多,大部分也是已经实现了的,通过电流刺激特定脑区,实现一些功能,比如刺激颞叶能随机重现久远记忆,刺激边缘系统获得快感和抑制等([1],p243~p246)。

由于受到社会道德压力,研究者不敢在正常人身上做开颅直接接驳试验等,主要通过对脑波的识别,所以信息流量极低,充其量慢慢举起机械手这种应用而已。技术难度就在于这种人脑信号和电脑信号间转换的调制解调系统。

中期:

积累了前期的经验,社会认可度也增加了,这一时期可以进行目的为高速链路的神经-电脑间直接连接试验,通过在神经中介入把神经信号转化为电脑信号的调制解调设备,可以实现高速和精确的控制,比如给残疾人装上神经直接控制的机械腿。这些协调性良好的装备甚至可以帮助他们参加运动会。

在电脑信号转化为人脑信号方面,可能会有些难度,因为每个人的神经信号压缩方式不一样。好在人脑是可以自学习和适应的,所以这一时期可以在人的视神经听神经嗅神经等十二对脑神经( [1], P247)上装上把电脑信号转化为神经信号的调制解调设备,把电脑的各种信息输入人脑,你可以通过摄像头清晰的看到几千千米外的家人,闻到妈妈刚做好的饭菜,甚至通过味觉感应设备尝上一尝……

如果在输出同时阻断神经传给四肢的信号,则一个正常人可以躺在床上,通过把自己的神经信号发射到网上,接收远方的感觉信号。实现无线遥控地球另一端的自己的机械体分身去上班、帮病人做手术、甚至上刀山下火海……(当然,除了定时,怎么退出这个传输让自己恢复控制自己真实的身体……这个……还没想好……你先继续躺在那里等等吧……或者控制地球另一端那个机械的你坐飞机回来帮你关掉……)

这个阶段,数学的应用至关重要,比如如何建立把阈值积累、非全有即全无的宏量模糊信号转化为数字信号的数学模型甚至新的数学体系。模糊数学、混沌、弦理论应该有非常重要的作用,小波分析和代数也是不可少的。

后期

这一时期,人脑的所有输入输出都已清楚,人类可以实现无延迟的读取人脑的输出,用电脑和调制解调设备模拟出人脑的任意输入比如视觉听觉触觉等等。这一阶段的主要研究将集中于探索"人脑能承受的最大信息流输入",以及"可否用音乐作为载波搭载复杂意义段"等问题,实现对潜意识高速数据输入的实验。

而且,人脑的定义中最基础的功能的是调节生理活动,在前两个时期由大脑自己完成这个功能,但是在后期,我们希望实现通过电脑可以读取大脑的激素指令等等,这样就可以完全制造一个装载人类大脑的机械体,心肺、腹腔脏内分泌全部由机械生成,但完全按照大脑指令调节生理活动。这样地球上90%以上的各种病人可以得到彻底根治。只要把大脑留着,其他器官都可以人造。

对普通人来说,这个时期最炫目的成果就是虚拟现实。通过神经链接实现的虚拟现实是真正的虚拟现实。显然,沉迷于虚拟世界的快感和虚拟的成功不能自拔的现实失败者数量会剧增,现在的酗酒者吸毒者嗜赌者可能全都投身于虚拟现实,找到自我满足和成就感。而这很快会发展为严重的社会问题,这种虚拟现实可能因此成为管制品,仅用于医疗等用途,而黑市上这种虚拟现实设备则供不应求……

第二阶段

经过上一阶段的技术积累,人类已经了解了大脑内部构造,各种区域的分工比现在更清楚。

在这一阶段,我们不再把大脑视为一个整体黑箱,而是一个复杂系统。至少要关注大脑的数据存储和数据处理功能模块。那么我们可以开始探讨,在大脑"CPU"和"内存"间的前端总线,能否插入几个效率更高的专业协处理器解决复杂的数学运算,甚至未来形态的决策支持系统?或者能否扩展大脑存储,把全世界的所有知识都提供给我们的大脑随时调用?

这一阶段主要是人脑和电脑的互相拟态。现在的人工神经网络可以说是电脑拟态人脑的萌芽尝试。而基因改造在人脑中加入拟态电脑的计算部件甚至接口则需要更多的勇气和技术基础。

我认为(也许是受精神分析学派影响),表层意识的速度太慢,没有和电脑接驳的必要,通过直接作用于底层潜意识,实现人脑直接调用巨大的网络数据仓库中的数据和网络上的计算能力("云计算"的思路)

其形式应该是,你一想到"庞加莱猜想",就已经知道了所有相关的知识,这个过程在你看来是一瞬间且没有中间过程的,然而实际是你的浅层意识将这个消息交给潜意识去处理,潜意识调用数学协处理器和逻辑证明机、同时在网络已有知识库中检索,如果已有现有知识体系,则直接调用,给出知识索引和结构,上传到表层意识;如果没有现成知识,而又超过本地计算量,则潜意识把这个工作的主导权交给网络,通过网络众多个体的庞大计算力和每个人潜意识的不同创造力,联合解决这个问题……(这个难道就是Dr.You的最终形式?)

人脑和电脑界限已经越来越不明显,所有人类思维连为一体,避免了大量重复思维和浪费。种种骗钱的考试机构没了活路,每个人无论思维和记忆好还是不好,都能为社会贡献独特的力量。

第三阶段

在上一阶段,人类的信息和计算能力通过联合实现了质的飞跃,不再是一个个独立个体孤军作战。但是有一个最大的缺陷,传统形态的人脑由蛋白质构成,即使能用技术延长,受限于神经细胞的寿命仍然太脆弱,舍弃大脑的形态势在必行。

这个过程可能出现两种路线,一种较传统,觉得人脑中有一定的奥妙,他们用电脑中的类似VMware虚拟机把人脑的每个分子通过三维输入进电脑,模拟出人脑的结构,虚拟出神经连接等,然后用上述第二阶段的模式运行,这是从形态上把人脑输入电脑。另一种较为激进,通过优化,把整个大脑的所有功能用完全电脑的方式描述出来,用更艺术和优美的代码,效率显然比用虚拟机高得多,这种是从功能上用电脑实现人脑功能。(技术发展到一定地步,还可以把动物的思维拉进这个系统)

总之,在第三阶段后期,所有人类舍弃了跟不上进化的形体,仅仅意识存在于新形式网络中,网络的能源很容易获得,当然,也可以利用这个网络的资源造出太空船探索宇宙,并给地球运回资源。

然而,我不认为会如同想象中,再也没有痛苦悲伤。痛苦和悲伤仍然存在,而且以前人类的种种劣根性会更大规模更暴戾的方式爆发出来,有的思维让自己越来越强、并不断尝试越权控制世界,有思维则不愿自己为自己负责、放弃决策权把一切交给"明君",有的思维则通过控制经济在幕后控制,有的思维通过限制其控制范围内的思维接触别的思维强化自己的地位……一段时期的发展——停滞——发展之后必然是血雨腥风,整个世界只有几种类型的个体生存……

越看越像远古地球上细菌的斗争不是么?就是这样。人类思维成为了下一轮进化循环的细菌般的基础,并在这种网络中,从这种思维逐渐适应环境,进而进化出新的强大的生物……

参考书目:

[1] 陈阅增 《普通生物学》 高等教育出版社 北京:高等教育出版社 1997年版 2002年印

[2] 卢家楣 魏庆安等 《心理学》 上海人民出版社 上海:上海人民出版社 1998年版 2002年印

对第三阶段的设想也许受到了《黑客帝国》《新世纪福音战士》的一点点影响。

没空查询其他书籍,其他众多储存在我大脑中的信息,恕不向其作者一一致谢了。

科学编辑:yuaner

文字编辑:拇姬
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本期获奖者为Hyper-X,恭喜!另外在评委们的认真审视下,第46、48、49期的获奖为空缺。望请各位潜在的DrYou多加努力!

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