1.1运动的描述.ppt

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1、1.1运动的描述运动的描述2力力 学学物物理理学学热热 学学电电 磁磁 学学光光 学学近代物理近代物理理论基础理论基础牛顿力学牛顿力学热热 力力 学学麦克斯韦麦克斯韦电磁理论电磁理论经典物理学经典物理学理论基础理论基础相相 对对 论论量子力学量子力学 物理学物理学是研究物质的基本结构、相是研究物质的基本结构、相互作用以及物质最基本、最普遍的运动互作用以及物质最基本、最普遍的运动和变化的规律的科学。和变化的规律的科学。 物理物理-事物之理事物之理3在在17、18世纪世纪牛顿力学和热力学的建立牛顿力学和热力学的建立使人类进入了使人类进入了机械化机械化时代。时代。到到19世纪世纪电磁理论的建立电磁理

2、论的建立使人类进入了使人类进入了电气化电气化时代。时代。进入进入20世纪世纪相对论和量子力学的建立相对论和量子力学的建立使人类进入了使人类进入了信息化信息化时代。时代。 物理学在自然科学中占有重要的地位并成为许多物理学在自然科学中占有重要的地位并成为许多工程技术的理论基础。工程技术的理论基础。物理学与生产技术的发展有着物理学与生产技术的发展有着密切的联系，互为促进。密切的联系，互为促进。4 物理学的拓展、渗透、融合：物理学的拓展、渗透、融合： 力学：力学：流体力学、固体力学、材料力学、天体力流体力学、固体力学、材料力学、天体力学、空气动力学、爆发力学等等学、空气动力学、爆发力学等等 电磁学：电

3、磁学：电工学、电机学、输配电学、无线电工电工学、电机学、输配电学、无线电工程学、电子学等。程学、电子学等。 光学：光学：应用几何光学、光度学、干涉计量学、傅应用几何光学、光度学、干涉计量学、傅立叶光学、非线性光学等。立叶光学、非线性光学等。 近代物理学：近代物理学：相对论天体物理学、宇宙学、核物理相对论天体物理学、宇宙学、核物理学、粒子加速器物理学、激光物理学、半导体物理学、学、粒子加速器物理学、激光物理学、半导体物理学、等离子体物理学、超导物理学等等。在高、精、尖、等离子体物理学、超导物理学等等。在高、精、尖、新技术中有着广泛的应用。新技术中有着广泛的应用。5生活中的物理知识无处不在。生活中

4、的物理知识无处不在。立体电影是怎么回事立体电影是怎么回事心电图、伽马刀、心电图、伽马刀、X光透视是怎么回事光透视是怎么回事火箭如何发射火箭如何发射什么是次声波武器什么是次声波武器蔬菜暖棚为什么保温蔬菜暖棚为什么保温通信信号如何在空中传播通信信号如何在空中传播荧光灯如何发光荧光灯如何发光电磁炉和微波炉有什么区别电磁炉和微波炉有什么区别光控、声控开关是什么原理光控、声控开关是什么原理隐性形飞机是如何制造的隐性形飞机是如何制造的声纳如何探测未知目标的声纳如何探测未知目标的 全球定位系统是怎么回事全球定位系统是怎么回事.通过我们对物通过我们对物理知识的学习理知识的学习可以使我门开可以使我门开阔思路，拓

5、展阔思路，拓展知识面，激发知识面，激发对科学知识的对科学知识的兴趣，为以后兴趣，为以后走上工作岗位走上工作岗位打下坚实基础打下坚实基础大学物理课的任务大学物理课的任务把大家领进物理学的各个领域把大家领进物理学的各个领域 的大门，并赠送一枚指南针的大门，并赠送一枚指南针6第一篇第一篇 力学力学7 （2）运动物体的尺度比它运动的空间）运动物体的尺度比它运动的空间范围小得很多。范围小得很多。1.1描述质点运动的物理量描述质点运动的物理量一、质一、质 点点1.1.定义定义2. 物体当质点处理的两种情况物体当质点处理的两种情况（1）物体作平动）物体作平动第一章第一章 运动的描述运动的描述条件：条件： 每

6、一点运动可代替整体运动每一点运动可代替整体运动忽略物体的大小和内部结构，把它看成是忽略物体的大小和内部结构，把它看成是一个有一个有质量的几何点质量的几何点8二、参照系、坐标系二、参照系、坐标系1.定义定义为了描述一个物体的运动，都必须选择一个标为了描述一个物体的运动，都必须选择一个标准物体作为参考，这些被参考的物体叫参照系。准物体作为参考，这些被参考的物体叫参照系。2.对同一个物体的运动，选择不同的参照系，描述对同一个物体的运动，选择不同的参照系，描述的结果一般不同。的结果一般不同。3.参照系的选取要使问题的研究更简单。参照系的选取要使问题的研究更简单。地面参照系（不明确指出是指地面参考系）地

7、面参照系（不明确指出是指地面参考系）实验室参照系（物理实验常用）实验室参照系（物理实验常用）4.参照系分类参照系分类5.5.坐标系坐标系 在参照物上在参照物上建立坐标系建立坐标系 直角坐标系直角坐标系球坐标系球坐标系极坐标系极坐标系柱坐标系柱坐标系9ijkkzj yixr 三、位置矢量三、位置矢量poyxz),(zyxr由参考点由参考点O到考察点到考察点P的矢量。的矢量。大小大小：描述质点在空间位置的物理量。描述质点在空间位置的物理量。|rr 222zyx 方向方向：rx cosry cosrz cos 轴轴夹夹角角为为与与xr 轴轴夹夹角角为为与与yr 轴轴夹夹角角为为与与zr（2）在直角坐

8、标系中的表示）在直角坐标系中的表示（1）定义）定义（位矢、矢径）（位矢、矢径）10平面运动平面运动ijpoyx ),(yxrj yi xr 22yxr 大小：xy tg方向：)( xxopr直线运动直线运动ixr x大小：轴方向： x11用位矢表示用位矢表示用直角坐标表示用直角坐标表示四、运动方程与轨道方程四、运动方程与轨道方程1. 运动方程运动方程)(txx )(tyy )(tzz ktzjtyitx)()()( )(trr 表示位置随时间变化的函数式。表示位置随时间变化的函数式。2. 轨道方程轨道方程ijkpoyxz),(zyxr轨道轨道:质点在空间运动的路径质点在空间运动的路径从运动方程

9、中消去时间从运动方程中消去时间t，得到的，得到的x，y，z 之间的关系式。之间的关系式。),(zyxff 12解：解：（1）（2）由题意知，运动方程的分量式为：）由题意知，运动方程的分量式为：tx2 22ty 消去消去t，得：，得：jr20 jir242 422xy 即为轨道方程即为轨道方程例：例：一质点在一质点在xoy平面内运动，运动方程为：平面内运动，运动方程为：（1）写出）写出t =o秒和秒和t=2时时jti ttr)2(2)(2 （2）求轨道方程。）求轨道方程。的位置矢量；的位置矢量；13五、位移五、位移x y z 0 B A1r2rr 描述质点在描述质点在空间位置变化空间位置变化的物

10、理量。的物理量。1.定义定义从起点指向终点的从起点指向终点的有向线段有向线段大小大小： 起点指向终点起点指向终点间的间的直线距离直线距离方向方向： 起点起点终点终点质点在质点在t时时间内的间内的位移位移起点起点终点终点质点质点 在在 同同 一一 时间时间内内位置矢量的增量位置矢量的增量12 rrr ( ) t)(tt 14x y z 0 B A1r2rr 2.在直角坐标系中的表示在直角坐标系中的表示kzjyixr1111 kzjyixr2222 ixx)(12 jyy)(12 kzz)(12 kzj yix 平面平面:j yixr xytg rx cosry cosrz cos大小大小:方向方

11、向：12 rrr rr 222 zyx 22 yxr 111zyx, 222zyx,153. 讨论讨论(1) 位矢与位移位矢与位移位矢位矢表示质点在表示质点在空间的位置空间的位置位移位移表示质点在表示质点在空间位置的变化空间位置的变化S P2 P11r2rrOSr 一般情况：一般情况：的情况的情况.质点作直线质点作直线.0 tsr | (2) 位移大小位移大小 与路程与路程r S r S 由起点到终点的距离由起点到终点的距离物体实际走过的路径物体实际走过的路径单向运动单向运动ABC与与O点选取点选取与与O点选取点选取有关有关无关无关16AR物体绕半周物体绕半周（ACB）B位移位移大小大小：2R

12、方向：方向： ABC路程路程：R绕一周绕一周位移位移:路程：路程：2R0位移元位移元Brd例：例：17 r B A1r2r|r 12rrr O(3) (3) 位矢大小增量位矢大小增量 与与位矢增量位矢增量大小大小|12rr 12 rrr | | | |r |r 不等不等18描述质点位移变化的快慢程度。描述质点位移变化的快慢程度。（1）平均速度：）平均速度：zxyoB)(ttr )(trAr trv 大小：大小：tr |方向：方向：同向同向与位移与位移 r （2）瞬时速度：）瞬时速度：AA dtrdtrvt 0lim速度速度方向方向沿轨道切线并指向质点前进方向沿轨道切线并指向质点前进方向六、速度

13、六、速度19kzj yixr dtrdv kdtdzjdtdyidtdx kvjvivzyx vvx cosvvy cosvvz cos大小大小:方向方向：（3）速度的大小和方向：）速度的大小和方向：a.三维情况三维情况vv 222x zyvvv 20b.平面运动（二维）情况：平面运动（二维）情况：xyo jvivvyx 大小：大小：22yxvvv 方向：方向：xyvvtg c.一维运动情况：一维运动情况： 常采用标量形式常采用标量形式dtdxvvx 表示质点向表示质点向 x 轴负向运动轴负向运动表示质点向表示质点向 x 轴正向运动轴正向运动0dtdx 0dtdx x Ox O21 v（4）.

14、 速率速率a. 平均速率：平均速率：b. 瞬时速率：瞬时速率： vts 0 tm i ldtds x y z 0 B A1r2rr s ts 即，速率为即，速率为路程路程对时间的变化率对时间的变化率注意：注意：一般情况下一般情况下sr tr 即平均速率一般即平均速率一般不等于不等于平平均速度的大小均速度的大小例：物体运动一周例：物体运动一周trv 2 0 trvv tsv22(3) 路程计算路程计算:vdtds dssB2tdtds 21ttvdt首先首先找出速率找出速率=0的时刻的时刻t：然后然后判断速度有无反向点判断速度有无反向点2 tt 若若说明速度说明速度没有反向点没有反向点则则直接积

15、分直接积分2 tt 若若说明速度说明速度有反向点有反向点则则分段积分分段积分tt 1 2 tt 0 vA1tB23七。加速度七。加速度 描述质点速度变化的快慢程度。描述质点速度变化的快慢程度。(1). 平均加速度平均加速度:)(tAA )(ttB B A ta (2). 瞬时加速度瞬时加速度:(引入方法与速度相同引入方法与速度相同)kdtzdjdtydidtxda222222 kdtdjdtdidtdzyx kajaiazyx 22dtxddtdaxx 22dtzddtdazz 22dtyddtdayy 1.三维情况三维情况22d rdtddtlimat0t 24大小：大小：222|zyxaa

16、aaa 方向：方向：,cosaax ,cosaay aaz cos2.平面运动情况：平面运动情况：jaiaayx 大小：大小：22yxaaa 方向：方向：xyaatg xyo a3.一维运动情况：一维运动情况： 加速度用加速度用标量表示标量表示22dtxddtdva 轴轴正正向向沿沿表表示示xaa0 向向负负轴轴沿沿表表示示xaa0 25例例1:已知已知: (m) )5(3)(32ktjti ttr 求求 （1）t = 3 s 时的速度；（时的速度；（2）1s 4s 内的平均速度。内的平均速度。解解:（1）dtrdtv )(ktj ti2323 )ms( 2763)3(1 kjiv（2）kji

17、r641112)4( kjir 43)1(14)1()4(41 rrv363159kji )sm( 21531 kji26一质点运动轨迹为抛物线一质点运动轨迹为抛物线求：求：x = -4 m 时时（t 0) 粒子的速度、速率、加速度。粒子的速度、速率、加速度。解：解：jtyitxtr)()()( jttit)2(242 dtrdv dtvda 2| ta|vv 例例2：2tx 242tty 4 x2tx 2 tjtti t)44(23 2| tv(m/s) 244ji 22244 m/s 374 jti)412(22 )2(m/s 442ji 27例例3:已知质点的运动方程为已知质点的运动方程

18、为jti tr242 轨道方程轨道方程24ty 2xy tx2 t=1s末，末，t=2s末的位置矢量末的位置矢量jir421 jir1642 12rrr 1s2s内的位移内的位移ji122 20vdtdssdtrdv 2644tv dtts 202644 0s2s内的路程内的路程 1s2s内的平均速度内的平均速度trv ji122 j ti82 0 )m( 82.16 0s2s内的平均速率内的平均速率tsv (m/s) 41.8 28 2s末的瞬时加速度末的瞬时加速度 2s末的瞬时速度末的瞬时速度dtrdv jiv1622 j ti82 2s末的瞬时速率末的瞬时速率22vv 22162 )m/

19、s( 12.16 dtvda j8 22dtrd 例例4:3223tty 已知已知求求2s内路程内路程解：解：266tt dtdyv 0令令 1 t速度有反向点速度有反向点0-1s:|)0()1(1 ttyyym 1 1-2s:|)1()2(2 ttyyym 5 |21yyy m 6 jti tr242 t=2t=0t=129例例5：dtrdv 能否写成能否写成dtdrv 讨论：讨论：kzj yi xr kdtdzjdtdyidtdxv dtdrtdrdv 不能写成不能写成dtdrv 222)()()( dtdzdtdydtdx dtzyxd222 vdtrd 30例题例题6：解：解：dtvd

20、a dtrdv ,46jia 已知一质点有一恒定的加速度已知一质点有一恒定的加速度0 tirv10 ,000 求它的求它的运动方程运动方程 和和轨道方程轨道方程。 时，时，ji46 dtjivd)46( j ti tv46 tvdtjivd00)46( tridtj ti trd010)46(j ti t46 )46( dtj ti trd 1032 tx22ty 32032 xyjtitir222310 2)103(22jtitr 31例题例题7： 在离船的高度为在离船的高度为h的岸边，绞车以恒定的速率的岸边，绞车以恒定的速率v0收收拖缆绳使船靠岸，如图所示。求当船头与岸的水平拖缆绳使船靠岸

21、，如图所示。求当船头与岸的水平距离为距离为x时，船的速度与加速度？船作怎样的运动？时，船的速度与加速度？船作怎样的运动？x0hx0v解：建立如图所示的坐标系解：建立如图所示的坐标系22hlx运动方程为：运动方程为：dtdxv （负号表示负号表示 的方向的方向与与x轴正向相反轴正向相反）v322022220220)(xhvdtdxhxxhvxhxdtdvdtdva （负号表示负号表示 的方向与的方向与x轴正向相反轴正向相反）a022022 vxhxhllv 222222dtdlhlldthld 32一、质一、质 点点一个有质量的几何点一个有质量的几何点二、参照系二、参照系描述一个物体的运动，选择

22、一个或几描述一个物体的运动，选择一个或几个彼此没有相对运动的物体作为参考个彼此没有相对运动的物体作为参考.三、位置矢量三、位置矢量由参考点由参考点O到考察点到考察点P的矢量的矢量kzj yixr 四、运动方程四、运动方程)(txx )(tyy )(tzz )(trr ktzjtyitx)()()( 小小 结结33kzj yix 五、位移五、位移从起点指向终点的从起点指向终点的有向线段有向线段ixx)(12 jyy)(12 kzz)(12 六、速度六、速度瞬时速度瞬时速度dtrdv kdtdzjdtdyidtdx kvjvivzyx 七、加速度七、加速度 atv 0 tm i ldtvd 22d

23、trd kdtzdjdtydidtxd222222 kajaiazyx 12 rrr 3435第一章第一章 运动的描述运动的描述1.1描述质点运动的物理量描述质点运动的物理量36“静止轨道静止轨道”实现全球通信实现全球通信 1945年年5月月25日，英国科普作家阿瑟日，英国科普作家阿瑟克拉克发现离地球克拉克发现离地球35860千米的高空，有一千米的高空，有一条可使人造物体相对地球保持静止不动的条可使人造物体相对地球保持静止不动的“静止轨道静止轨道”，并提出了以下大胆设想：在，并提出了以下大胆设想：在这条特殊轨道上等距部署这条特殊轨道上等距部署3颗卫星组成全球颗卫星组成全球通信网，利用卫星可同时

24、向几个地区转播广通信网，利用卫星可同时向几个地区转播广播节目。播节目。 静止卫星通信的实质是：把地面微波中继站搬到赤道的上静止卫星通信的实质是：把地面微波中继站搬到赤道的上空，使地面微波视距一下扩大到空，使地面微波视距一下扩大到18000公里，一颗卫星即可覆公里，一颗卫星即可覆盖地球表面面积的盖地球表面面积的40%，发射，发射3颗卫星使它们之间等隔颗卫星使它们之间等隔120度经度经线，相距线，相距726900米，就能实现全球通信。严格来说，要使配置米，就能实现全球通信。严格来说，要使配置在这条轨道上的卫星保持相对静止状态，它绕地球自西向东旋在这条轨道上的卫星保持相对静止状态，它绕地球自西向东旋

25、转一周的时间必须与地球自转一圈的时间相同，即刚好是转一周的时间必须与地球自转一圈的时间相同，即刚好是23小小时时56分零分零4秒，而且其轨道与地球赤道平面的夹角必须等于零秒，而且其轨道与地球赤道平面的夹角必须等于零度。度。37由于其精密的技术要求，美国进行静止轨道卫星通信试由于其精密的技术要求，美国进行静止轨道卫星通信试验的道路布满荆棘。验的道路布满荆棘。1963年年2月月14日，美国宇航局发射第一颗日，美国宇航局发射第一颗试验同步通信卫星试验同步通信卫星“辛康辛康”1号，由于卫星上的无线电设备失号，由于卫星上的无线电设备失灵，通信实验未获成功。灵，通信实验未获成功。7月月26日又发射了日又发

26、射了“辛康辛康”2号，这号，这颗卫星成功进入轨道，但它的轨道平面与地球赤道平面之间颗卫星成功进入轨道，但它的轨道平面与地球赤道平面之间的夹角并不是零度，而是的夹角并不是零度，而是28度，所以最终也没能成为静止通度，所以最终也没能成为静止通信卫星。直到信卫星。直到1964年年8月月19日，日，“辛康辛康”3号才成功进入倾度号才成功进入倾度为零的静止轨道，定点在东经为零的静止轨道，定点在东经180度赤道上空，并为欧洲和北度赤道上空，并为欧洲和北美各国转播了在日本东京举行的奥运会开幕式的盛况。美各国转播了在日本东京举行的奥运会开幕式的盛况。38 基因计算机研究充满希望基因计算机研究充满希望 正如人类

27、基因组计划提醒我们的，遗传化学物质正如人类基因组计划提醒我们的，遗传化学物质DNA（脱氧核糖核酸）具有令人生畏的信息储存能力（脱氧核糖核酸）具有令人生畏的信息储存能力 我们体内每我们体内每一个细胞的小小细胞核中包含着构成整个人体的编码指令。计一个细胞的小小细胞核中包含着构成整个人体的编码指令。计算机科学家现在正设法仿效自然，利用算机科学家现在正设法仿效自然，利用DNA建立一种完整的建立一种完整的信息技术形式。信息技术形式。 神奇神奇 DNA计算技术的希望首先依赖于分子个体与硅芯片或其他计算技术的希望首先依赖于分子个体与硅芯片或其他电子存储器相比远为高效的信息存储能力。原则上，电子存储器相比远为

28、高效的信息存储能力。原则上，1毫克的毫克的DNA可以存储相当于可以存储相当于100万张激光唱片的信息。它还能提供终万张激光唱片的信息。它还能提供终极的关行处理速度，在同一时间进行数万亿次运算。极的关行处理速度，在同一时间进行数万亿次运算。 DNA计算技术的研究是计算技术的研究是6年前才开始的。当时，南加州大学年前才开始的。当时，南加州大学的伦纳德的伦纳德艾德尔曼利用一个充满艾德尔曼利用一个充满DNA的试管解决了一个具体的试管解决了一个具体的数学问题，令计算机界大为惊奇。在此之前，大多数科学家的数学问题，令计算机界大为惊奇。在此之前，大多数科学家认为，这种以分子而非电荷形式处理数据的计算机不过是

29、有超认为，这种以分子而非电荷形式处理数据的计算机不过是有超的理论化概念，的理论化概念，39在几十年之内将不会得到实际的验证。在几十年之内将不会得到实际的验证。 艾德尔曼教授是一位受人尊敬的研究人员，他曾发明了目前艾德尔曼教授是一位受人尊敬的研究人员，他曾发明了目前被用于因特网通信的加密系统。他的报告促使世界各地的被用于因特网通信的加密系统。他的报告促使世界各地的12个个实验室开始这方面的研究工作。今天，许多科学家把实验室开始这方面的研究工作。今天，许多科学家把DNA计计算技术看作是可以用来替代传统电子技术的各种新技术中的主算技术看作是可以用来替代传统电子技术的各种新技术中的主要候选技术。传统电

30、子技术将在要候选技术。传统电子技术将在2020年后的某个时候达到物理年后的某个时候达到物理极限。极限。 实验实验 今年，威斯康星麦迪逊大学的科学家在简化和按比例放大这今年，威斯康星麦迪逊大学的科学家在简化和按比例放大这种技术方面迈出了重要的一步。他们采取了不同于艾德尔曼和种技术方面迈出了重要的一步。他们采取了不同于艾德尔曼和其他先驱者所进行的试管实验的办法，把其他先驱者所进行的试管实验的办法，把DNA链固定到一块链固定到一块镀金的玻璃载片（一种镀金的玻璃载片（一种DNA芯片）上。芯片）上。 其他研究人员则希望把其他研究人员则希望把DNA计算技术送回到活细胞中。在英计算技术送回到活细胞中。在英国

31、，利物浦大学的马丁国，利物浦大学的马丁阿莫斯在从阿莫斯在从科学科学杂志上读到艾德杂志上读到艾德尔曼的论文后不久就开始钻研尔曼的论文后不久就开始钻研DNA计算技术。他即将与沃里计算技术。他即将与沃里克大学的同行开始一项在转基因细胞内部模拟计算机逻辑电路克大学的同行开始一项在转基因细胞内部模拟计算机逻辑电路的研究项目。的研究项目。40他们打算在他们打算在3年内证明可以把简单的元件年内证明可以把简单的元件 如如“与与”门和门和“或或”门门 设计到细菌细胞中。设计到细菌细胞中。 目前，这一领域还处在早期发展阶段：不论体外或体内，目前，这一领域还处在早期发展阶段：不论体外或体内，DNA计算的所有潜在用途

32、还只是纯理论的探讨。你可以想像一计算的所有潜在用途还只是纯理论的探讨。你可以想像一台能让人接触世间所有知识的超微台能让人接触世间所有知识的超微DNA计算机，或者经过编程、计算机，或者经过编程、在动脉中巡逻的细胞在动脉中巡逻的细胞 这些细胞能在脂肪沉积物引起心脏病之前这些细胞能在脂肪沉积物引起心脏病之前将其去除。但是，要克服从软件开发到数据输入和输出等种种将其去除。但是，要克服从软件开发到数据输入和输出等种种障碍还需要几十年的努力。障碍还需要几十年的努力。 艾德尔曼教授最初的论证解决了形艾德尔曼教授最初的论证解决了形式较为简单的式较为简单的“推销员难题推销员难题”：在由：在由14条单行道连接的七

33、座城条单行道连接的七座城市之间找到最近的路途，但不能走回头路。他用市之间找到最近的路途，但不能走回头路。他用DNA单链代表单链代表每座城市及城市之间的道路，并为顺序编码；这样，每条道路每座城市及城市之间的道路，并为顺序编码；这样，每条道路“粘性的两端粘性的两端”就会根据就会根据DNA组合的化学规划与两座正确的城组合的化学规划与两座正确的城市相连。市相连。 然后，他在试管中把这些然后，他在试管中把这些DNA链的几十亿个副本混合起来。链的几十亿个副本混合起来。它们以无数种可能的组合连接在一起，但他却能通过为期一周它们以无数种可能的组合连接在一起，但他却能通过为期一周的一系列生化反应找出解决问题的唯

34、一答案：只经过每座城市的一系列生化反应找出解决问题的唯一答案：只经过每座城市一次的顺序最短的一次的顺序最短的DNA分子链。分子链。41未来未来 从那以后，从那以后，DNA计算机已经处理了各种各样更为复杂的数计算机已经处理了各种各样更为复杂的数学问题。例如，普林斯顿大学的劳拉学问题。例如，普林斯顿大学的劳拉兰德韦伯和同事们今年兰德韦伯和同事们今年就解决了国际象棋中就解决了国际象棋中“马的难题马的难题”：找到马在棋盘上的不同位：找到马在棋盘上的不同位置，使它们不会彼此攻击。置，使它们不会彼此攻击。 传统计算解决这些问题的速度要传统计算解决这些问题的速度要快得多。但是，如果快得多。但是，如果DNA计

35、算能像威斯康星大学的劳埃德计算能像威斯康星大学的劳埃德史史密斯预言的那样在几年内以密斯预言的那样在几年内以1万亿的系数升级，许多新的可能万亿的系数升级，许多新的可能性就会随之而来。例如，性就会随之而来。例如，DNA计算能在如此大量的数据中找计算能在如此大量的数据中找寻隐藏的模式，甚至击败电子超级计算机。寻隐藏的模式，甚至击败电子超级计算机。 今天原始的今天原始的DNA计算机用计算机用DNA列代表不同的变量。这些列代表不同的变量。这些“组合计算组合计算”的速度必然很慢。与自然界的情况不同，它们不的速度必然很慢。与自然界的情况不同，它们不会利用会利用DNA全部的信息储存能力。要做到这一点将需要一个

36、全部的信息储存能力。要做到这一点将需要一个纳米级的装置来阅读遗传代码的每个字母：目前的技术还无法纳米级的装置来阅读遗传代码的每个字母：目前的技术还无法实现。实现。 与此同时，科学家还在研究与此同时，科学家还在研究DNA的其他特性：这些特性不的其他特性：这些特性不仅能够用于储存信息，还能用于构成计算机集成电路的其他部仅能够用于储存信息，还能用于构成计算机集成电路的其他部件。其中一种特性就是自组（装），即互补的件。其中一种特性就是自组（装），即互补的DNA分子能够分子能够互相识别并在溶液中结合在一起。互相识别并在溶液中结合在一起。42此外，此外，DNA链也许还能像微小的线路一样导电。链也许还能像微

37、小的线路一样导电。 剑桥大学的贾尔斯剑桥大学的贾尔斯戴维斯说：戴维斯说：“也许我们能用选择性自组也许我们能用选择性自组和分子识别来制造和分子识别来制造DNA电路。电路。”戴维斯即将开始一项计划：研戴维斯即将开始一项计划：研究不同化学顺序的究不同化学顺序的DNA链导电能力。链导电能力。 根据生物分子开发新式根据生物分子开发新式计算机技术的一个意义在于：这种装置也许比硅装置更能与人计算机技术的一个意义在于：这种装置也许比硅装置更能与人体相容。很容易想像，以体相容。很容易想像，以DNA为基础的植入物能够根据患者的为基础的植入物能够根据患者的身体状况释放某种药物。科幻小说中描述的向大脑植入以身体状况释放某种药物。科幻小说中描述的向大脑植入以DNA为基础的人造智能虽然看似遥远，但也未必无法实现。为基础的人造智能虽然看似遥远，但也未必无法实现。