人类的文明史离不开我们对能量的理解与运用
提到人类文明，我们首先想到的，往往是经济、文化、政治，很难一下子想到能量。但是，如果你细看历史，就会发现，人类文明的发展史就是人类控制能量的演化历史。
作为唯一能够系统地利用体外能量的物种，人类利用能量来开发智力、制作种类丰富的器具——从最简单的工具，到现代最先进的内燃机和核反应堆。
每一次人类找到更先进的方式使用能源，就相当于在这把标尺上划了一个刻度。不过在这把标尺上，有两个最鲜明的刻度，也就是我们人类两种使用能量的方式，深刻地改变了我们的文明。这两种方式，一种是火，一种是电。
火对人类文明的影响，可以说从原始人类一直延续到今天。你可以把能量当作一种货币。地球上的每一种生物，所做的所有努力，都是让自己开源节流，扭亏为盈。
残酷的自然选择，其实只有一条标准：哪一个物种可以获得更多的能量盈余，哪一个物种就能延续下去。原始人采取了各种各样的方法，比如说使用工具，这样可以在捕猎时少消耗一些能量；再比如缝制服装，可以减少散热，也节省一些能量。
对人类改变最大的，是我们学会了用火。因为使用火，我们可以吃熟食了，这个改变对人类的影响是深远的。因为熟食更容易消化，人类的胃、肠道等消化系统就可以适当地减小，也就会少消耗一些能量，省出来的这部分能量，被用来保障大脑的运行。
大脑就像是一台超级计算机，优点是非常好用，缺点是太费能量了。所以大多数动物在进化中，都会限制大脑的规模，免得大脑占用太多能量。
能量的存在形式有许多种，对于我们人类来说，最需要的能量有三种：光能、热能和动能。在农业时代，人类会借助其他的能源，比如我们发明了风车和水车，将风能、水能转化为动能。不过，风车和水车能够提供的能量终究有限，所以更多的动能来自生物动力。
一直到1850年，生物动力依然占全世界原动力80%以上，但是到了1950年，这个数字就降到了10%以下。之所以会发生这样的变化，是因为人类终于找到了用火带来动能的方式，这就是大名鼎鼎的蒸汽机。
第一次工业革命，就是用蒸汽机取代风车、水车、人力和畜力的革命，人类进入了崭新的蒸汽时代。在这之后，我们又发明了效率更高的内燃机，最常见的例子是今天我们还在使用的柴油机和汽油机。
为什么火对于人类能有这么大的帮助呢？评价一种能源好用不好用，主要看三个维度：能量的流动、能量的存储、能量的控制。
风和水这种能量来源，能量的流动、存储、控制都很困难，历史上的应用就比较受限制；牲畜的能量，存储、控制相对简单，但是只能提供动能；用火作为能量来源，流动、存储、控制都没有问题，相比之下，自然是火对人类的影响最大，帮助最多。
第二次工业革命，就是用电力取代蒸汽机。和火相比，电是一种更好用的能量形式。电的伟大，在于给各种能量找到了可以交换的“货币”，电让各种能量之间的自由交换成为可能。
而且电还有一个特点：电能是以光速来传导的，一秒钟可以绕赤道七圈半。以往传输能量，不管是用火车拉煤，还是用海轮运石油，都需要一定的时间，如果用电，只要可以架设电网，地球上任何两个地方，都能做到瞬间传递能量。
再来看能量的控制，和火相比，用电来控制能量，更加易于调节，因此实现了前所未有的精度和控制。这种独立灵活的动力控制，使得工厂的工作环境变得更好，最终大大提高了劳动生产率。
如果没有电力，对精度要求极其严格的微加工产业就不可能出现，也就不可能有如今常见的喷气发动机或医疗诊断设备。当然，也不会有准确的电子控制，更别提遍布世界各地的电脑和数十亿电信设备了。
今天我们在使用电的时候，也发现一个难题，那就是没法大规模储存电。现在能找到最好的替代方法是储存燃料，再借助燃料进行发电。
现在的用电，都是用多少电就需要发多少电，要时刻匹配。但是太阳能天一黑就没法发电了，风能、水能也都有不稳定的问题。目前只有火力发电是能时刻保持稳定的。所以，因为电池技术的限制，今天我们使用的，是一种火与电结合的方式。未来，如果电能的大规模储存技术实现突破的话，人类能源的格局还会发生改变。
1964年，苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出构想，用掌握的能量来衡量宇宙间文明的先进程度。卡尔达肖夫将文明分成三个等级，1级文明能够使用所在行星所有可用的能量，2级文明能够利用所围绕的恒星所有的能量，3级文明能够利用它所处星系的所有能量。当下人类文明大约是0.7级。
从第一次用火烤制熟食，到驯服牲畜作为动力，到发明水车、风车，再到蒸汽机的出现，最终到今天的电力普及，人类利用能量的方式每发生一次变化，人类的历史就会发生一次变化。#文明#
提到人类文明，我们首先想到的，往往是经济、文化、政治，很难一下子想到能量。但是，如果你细看历史，就会发现，人类文明的发展史就是人类控制能量的演化历史。
作为唯一能够系统地利用体外能量的物种，人类利用能量来开发智力、制作种类丰富的器具——从最简单的工具，到现代最先进的内燃机和核反应堆。
每一次人类找到更先进的方式使用能源，就相当于在这把标尺上划了一个刻度。不过在这把标尺上，有两个最鲜明的刻度，也就是我们人类两种使用能量的方式，深刻地改变了我们的文明。这两种方式，一种是火，一种是电。
火对人类文明的影响，可以说从原始人类一直延续到今天。你可以把能量当作一种货币。地球上的每一种生物，所做的所有努力，都是让自己开源节流，扭亏为盈。
残酷的自然选择，其实只有一条标准：哪一个物种可以获得更多的能量盈余，哪一个物种就能延续下去。原始人采取了各种各样的方法，比如说使用工具，这样可以在捕猎时少消耗一些能量；再比如缝制服装，可以减少散热，也节省一些能量。
对人类改变最大的，是我们学会了用火。因为使用火，我们可以吃熟食了，这个改变对人类的影响是深远的。因为熟食更容易消化，人类的胃、肠道等消化系统就可以适当地减小，也就会少消耗一些能量，省出来的这部分能量，被用来保障大脑的运行。
大脑就像是一台超级计算机，优点是非常好用，缺点是太费能量了。所以大多数动物在进化中，都会限制大脑的规模，免得大脑占用太多能量。
能量的存在形式有许多种，对于我们人类来说，最需要的能量有三种：光能、热能和动能。在农业时代，人类会借助其他的能源，比如我们发明了风车和水车，将风能、水能转化为动能。不过，风车和水车能够提供的能量终究有限，所以更多的动能来自生物动力。
一直到1850年，生物动力依然占全世界原动力80%以上，但是到了1950年，这个数字就降到了10%以下。之所以会发生这样的变化，是因为人类终于找到了用火带来动能的方式，这就是大名鼎鼎的蒸汽机。
第一次工业革命，就是用蒸汽机取代风车、水车、人力和畜力的革命，人类进入了崭新的蒸汽时代。在这之后，我们又发明了效率更高的内燃机，最常见的例子是今天我们还在使用的柴油机和汽油机。
为什么火对于人类能有这么大的帮助呢？评价一种能源好用不好用，主要看三个维度：能量的流动、能量的存储、能量的控制。
风和水这种能量来源，能量的流动、存储、控制都很困难，历史上的应用就比较受限制；牲畜的能量，存储、控制相对简单，但是只能提供动能；用火作为能量来源，流动、存储、控制都没有问题，相比之下，自然是火对人类的影响最大，帮助最多。
第二次工业革命，就是用电力取代蒸汽机。和火相比，电是一种更好用的能量形式。电的伟大，在于给各种能量找到了可以交换的“货币”，电让各种能量之间的自由交换成为可能。
而且电还有一个特点：电能是以光速来传导的，一秒钟可以绕赤道七圈半。以往传输能量，不管是用火车拉煤，还是用海轮运石油，都需要一定的时间，如果用电，只要可以架设电网，地球上任何两个地方，都能做到瞬间传递能量。
再来看能量的控制，和火相比，用电来控制能量，更加易于调节，因此实现了前所未有的精度和控制。这种独立灵活的动力控制，使得工厂的工作环境变得更好，最终大大提高了劳动生产率。
如果没有电力，对精度要求极其严格的微加工产业就不可能出现，也就不可能有如今常见的喷气发动机或医疗诊断设备。当然，也不会有准确的电子控制，更别提遍布世界各地的电脑和数十亿电信设备了。
今天我们在使用电的时候，也发现一个难题，那就是没法大规模储存电。现在能找到最好的替代方法是储存燃料，再借助燃料进行发电。
现在的用电，都是用多少电就需要发多少电，要时刻匹配。但是太阳能天一黑就没法发电了，风能、水能也都有不稳定的问题。目前只有火力发电是能时刻保持稳定的。所以，因为电池技术的限制，今天我们使用的，是一种火与电结合的方式。未来，如果电能的大规模储存技术实现突破的话，人类能源的格局还会发生改变。
1964年，苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出构想，用掌握的能量来衡量宇宙间文明的先进程度。卡尔达肖夫将文明分成三个等级，1级文明能够使用所在行星所有可用的能量，2级文明能够利用所围绕的恒星所有的能量，3级文明能够利用它所处星系的所有能量。当下人类文明大约是0.7级。
从第一次用火烤制熟食，到驯服牲畜作为动力，到发明水车、风车，再到蒸汽机的出现，最终到今天的电力普及，人类利用能量的方式每发生一次变化，人类的历史就会发生一次变化。#文明#
都是些什么啊
啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊
为什么想不开报C++的计算机二级
看不懂看不懂
我上学期C++学了点什么啊
感觉这些选择题都用不上学的东西
但感觉就靠选择题了
[跪了][跪了][跪了][跪了][跪了][跪了][跪了][跪了][跪了][跪了]
啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊
[裂开][裂开][裂开][裂开][裂开][裂开][裂开][裂开][裂开][裂开]
啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊
为什么想不开报C++的计算机二级
看不懂看不懂
我上学期C++学了点什么啊
感觉这些选择题都用不上学的东西
但感觉就靠选择题了
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【天生物理学大师！嘘，别惹蚂蚁[并不简单]】卢卡斯在欺负小蚂蚁时，他看到的只是草坪上冒出来一个小土堆，中间有一个小洞，几只蚂蚁忙着四处乱爬。蚁丘看上去不是很厉害。
但当卢卡斯被神奇药水缩小，来到地表之下，一个神奇的蚂蚁地下王国展现在了他眼前。隧道向下延伸，不断分支并通向专门空间：蜂王的家、幼蜂的温床、食物储藏间、垃圾站等等。25英尺的地下，在没有机械和加固材料的情况下，蚂蚁建造了一个能容纳数百万同伴的家园，并能维持数十年。
图1：研究人员站在蚂蚁穴模型旁边。来源：美国加州理工
图2：在蚂蚁挖隧道之前，土壤中颗粒之间的力链是随机排列的（左），但当蚂蚁挖隧道时，力链会重新排列。来源：美国加州理工
现在，利用X成像和计算机模拟，美国研究人员揭开了蚂蚁是如何建造这些复杂而稳定结构的。相关论文https://t.cn/A6IjAKk2刊登于美国《国家科学院院刊》。
有“想”才做
蚂蚁“知道”如何挖隧道吗，还是它们只是盲目地挖？加州理工学院的José Andrade一直有这个疑问。
但Andrade是一名工程师，对蚂蚁“一窍不通”，所以他求助了该校生物学和生物工程助理教授Joe Parker，后者的研究重点是蚂蚁及其与其他物种的生态关系。
Parker说：“Andrade团队需要一个研究蚂蚁的人，深入了解这些群居昆虫的适应性和集体行为，为弄清其挖掘行为机制提供一些生物学信息。”
《中国科学报》从加州理工学院获悉，研究人员花费了近1年培养蚂蚁，并了解它们。他们不仅需要繁殖足够多的蚂蚁进行研究，还需要进行大量的试验。
研究人员在一个容器中建立了小型蚁群，容器中装有500毫升土壤和15只西部收工蚁。每隔10分钟，高分辨率x射线扫描就会捕捉到每一只蚂蚁和每一粒土壤的位置，每次试验持续20小时。
“蚂蚁有点反复无常，它们想挖才挖。”Andrade告诉记者，“我们把蚂蚁放在一个容器里，有些蚂蚁会马上开始挖掘，并会取得惊人的进展。但有些可能要花上几个小时，甚至根本不挖。有些蚂蚁会挖一会儿，然后停下来休息一下。”
但一旦蚂蚁开始行动，研究人员就会对整个过程进行x光扫描，从而生成所有内部隧道的三维扫描图。研究人员可以借助扫描结果创建模拟，显示蚂蚁在隧道越来越深时能取得的进展。
蚂蚁也懂物理学
接下来，研究人员开始分析蚂蚁的实际工作是什么。
他们发现，首先，蚂蚁会尽可能地提高效率，它们会沿着容器的内边缘挖掘，因为容器本身能充当隧道结构的一部分，从而能减少工作量。
它们还把隧道挖得尽可能直。“因为直线是两点之间最短的路径。而且，它们懂得利用容器的侧面，这表明蚂蚁的工作非常高效。”Andrade说。
蚂蚁们也会尽可能地挖出陡峭的隧道，一直挖到所谓的静止角。这个角度代表了颗粒材料在崩塌前可以堆积的最大角度。
什么是静止角？Andrade提到，想象在海滩上建造一个沙堡。如果用的是干沙子，加进去的每一勺沙子都会顺着已经堆好的沙子滑下去。更多的沙子会使堆得更高、更宽，但它永远不会变得更陡。另一方面，如果使用湿沙，就能够把沙堆得足够陡峭，以建造墙、塔和沙堡等。
湿砂比干砂有更高的静止角，蚂蚁能分辨出挖洞时的角度能有多陡，而且不会超过这个角度。“如果我是一名挖掘者，我要活下来，我的挖掘技术必须符合物理定律，否则隧道就会坍塌，我就会死。”他说。
最后，蚂蚁隧道的物理原理是这样的：当蚂蚁移走土壤颗粒时，它们会导致隧道周围称重力链的重新排列。这些力链在蚂蚁开始挖掘之前是随机的。重新排列后，力链一方面加固了隧道现有的土壁，同时减轻了位于隧道末端的颗粒承受的压力，使蚂蚁更容易安全地移走它们。
“在工程学和蚂蚁生态学中，蚂蚁如何构建这些持续数十年的结构一直是个谜。”Parker说，“事实证明，蚂蚁在挖掘时受益于这些环向力链。”
超级有机体
回到开头的那个问题：蚂蚁在挖的时候知道自己在做什么吗?
实际上，有人曾把熔化的塑料或金属倒进蚁巢，凝固成模型后，人们就能看到这些巨大的隧道系统。“这些系统令人印象深刻。我曾看到一张模型照片，模型旁边是一个人，我想‘天哪，这真是一个奇妙的结构。’从那以后，我开始怀疑蚂蚁是否‘知道’如何挖掘。”Andrade说。
但是，人们没有办法询问蚂蚁，于是，研究人员一开始就假设蚂蚁有意识地在泥土中摸索，寻找松散的土粒以便移走。这就像抽积木游戏，玩家需要选择哪块积木能安全取出来。而那些无法移开的石块，也就是蚂蚁建筑的承重“梁柱”（即力链）的一部分。
“一开始，我们假设蚂蚁可以感觉到这些力链，并避免在那里挖掘。它们可能在不停地敲打土壤颗粒，以评估施加在这些颗粒上的机械力。”Andrade告诉记者，“但后来，我们发现，它们似乎并不‘知道’自己在做什么。它们没有系统地寻找沙子中的薄弱点。相反，它们可能是根据物理定律进化出了挖掘能力。”
Parker将这称为行为算法。“这种算法并不存在于一只蚂蚁身上。”他说，“所有工蚁的群体行为就像一个超级有机体。这种行为程序是如何在所有这些蚂蚁的小大脑中传播的，这是自然界的一个奇迹，我们无法解释。”
Andrade希望开发一种人工智能方法，可以模拟这种行为算法，这样他就可以在电脑上模拟蚂蚁是如何挖掘的，并将蚂蚁的挖掘能力用于建造人类隧道。
“与流体或固体等材料相比，颗粒材料的形成方式不同。而且，移动颗粒状材料是非常耗能的，而且成本非常高昂。”他说，“如果蚂蚁的行为算法能够被进一步分析并最终复制，那么就可能在自动采矿机器人上得到应用，无论是在地球上还是在其他行星上，机器人就能更有效地工作。”https://t.cn/A6IjAKkL
但当卢卡斯被神奇药水缩小，来到地表之下，一个神奇的蚂蚁地下王国展现在了他眼前。隧道向下延伸，不断分支并通向专门空间：蜂王的家、幼蜂的温床、食物储藏间、垃圾站等等。25英尺的地下，在没有机械和加固材料的情况下，蚂蚁建造了一个能容纳数百万同伴的家园，并能维持数十年。
图1：研究人员站在蚂蚁穴模型旁边。来源：美国加州理工
图2：在蚂蚁挖隧道之前，土壤中颗粒之间的力链是随机排列的（左），但当蚂蚁挖隧道时，力链会重新排列。来源：美国加州理工
现在，利用X成像和计算机模拟，美国研究人员揭开了蚂蚁是如何建造这些复杂而稳定结构的。相关论文https://t.cn/A6IjAKk2刊登于美国《国家科学院院刊》。
有“想”才做
蚂蚁“知道”如何挖隧道吗，还是它们只是盲目地挖？加州理工学院的José Andrade一直有这个疑问。
但Andrade是一名工程师，对蚂蚁“一窍不通”，所以他求助了该校生物学和生物工程助理教授Joe Parker，后者的研究重点是蚂蚁及其与其他物种的生态关系。
Parker说：“Andrade团队需要一个研究蚂蚁的人，深入了解这些群居昆虫的适应性和集体行为，为弄清其挖掘行为机制提供一些生物学信息。”
《中国科学报》从加州理工学院获悉，研究人员花费了近1年培养蚂蚁，并了解它们。他们不仅需要繁殖足够多的蚂蚁进行研究，还需要进行大量的试验。
研究人员在一个容器中建立了小型蚁群，容器中装有500毫升土壤和15只西部收工蚁。每隔10分钟，高分辨率x射线扫描就会捕捉到每一只蚂蚁和每一粒土壤的位置，每次试验持续20小时。
“蚂蚁有点反复无常，它们想挖才挖。”Andrade告诉记者，“我们把蚂蚁放在一个容器里，有些蚂蚁会马上开始挖掘，并会取得惊人的进展。但有些可能要花上几个小时，甚至根本不挖。有些蚂蚁会挖一会儿，然后停下来休息一下。”
但一旦蚂蚁开始行动，研究人员就会对整个过程进行x光扫描，从而生成所有内部隧道的三维扫描图。研究人员可以借助扫描结果创建模拟，显示蚂蚁在隧道越来越深时能取得的进展。
蚂蚁也懂物理学
接下来，研究人员开始分析蚂蚁的实际工作是什么。
他们发现，首先，蚂蚁会尽可能地提高效率，它们会沿着容器的内边缘挖掘，因为容器本身能充当隧道结构的一部分，从而能减少工作量。
它们还把隧道挖得尽可能直。“因为直线是两点之间最短的路径。而且，它们懂得利用容器的侧面，这表明蚂蚁的工作非常高效。”Andrade说。
蚂蚁们也会尽可能地挖出陡峭的隧道，一直挖到所谓的静止角。这个角度代表了颗粒材料在崩塌前可以堆积的最大角度。
什么是静止角？Andrade提到，想象在海滩上建造一个沙堡。如果用的是干沙子，加进去的每一勺沙子都会顺着已经堆好的沙子滑下去。更多的沙子会使堆得更高、更宽，但它永远不会变得更陡。另一方面，如果使用湿沙，就能够把沙堆得足够陡峭，以建造墙、塔和沙堡等。
湿砂比干砂有更高的静止角，蚂蚁能分辨出挖洞时的角度能有多陡，而且不会超过这个角度。“如果我是一名挖掘者，我要活下来，我的挖掘技术必须符合物理定律，否则隧道就会坍塌，我就会死。”他说。
最后，蚂蚁隧道的物理原理是这样的：当蚂蚁移走土壤颗粒时，它们会导致隧道周围称重力链的重新排列。这些力链在蚂蚁开始挖掘之前是随机的。重新排列后，力链一方面加固了隧道现有的土壁，同时减轻了位于隧道末端的颗粒承受的压力，使蚂蚁更容易安全地移走它们。
“在工程学和蚂蚁生态学中，蚂蚁如何构建这些持续数十年的结构一直是个谜。”Parker说，“事实证明，蚂蚁在挖掘时受益于这些环向力链。”
超级有机体
回到开头的那个问题：蚂蚁在挖的时候知道自己在做什么吗?
实际上，有人曾把熔化的塑料或金属倒进蚁巢，凝固成模型后，人们就能看到这些巨大的隧道系统。“这些系统令人印象深刻。我曾看到一张模型照片，模型旁边是一个人，我想‘天哪，这真是一个奇妙的结构。’从那以后，我开始怀疑蚂蚁是否‘知道’如何挖掘。”Andrade说。
但是，人们没有办法询问蚂蚁，于是，研究人员一开始就假设蚂蚁有意识地在泥土中摸索，寻找松散的土粒以便移走。这就像抽积木游戏，玩家需要选择哪块积木能安全取出来。而那些无法移开的石块，也就是蚂蚁建筑的承重“梁柱”（即力链）的一部分。
“一开始，我们假设蚂蚁可以感觉到这些力链，并避免在那里挖掘。它们可能在不停地敲打土壤颗粒，以评估施加在这些颗粒上的机械力。”Andrade告诉记者，“但后来，我们发现，它们似乎并不‘知道’自己在做什么。它们没有系统地寻找沙子中的薄弱点。相反，它们可能是根据物理定律进化出了挖掘能力。”
Parker将这称为行为算法。“这种算法并不存在于一只蚂蚁身上。”他说，“所有工蚁的群体行为就像一个超级有机体。这种行为程序是如何在所有这些蚂蚁的小大脑中传播的，这是自然界的一个奇迹，我们无法解释。”
Andrade希望开发一种人工智能方法，可以模拟这种行为算法，这样他就可以在电脑上模拟蚂蚁是如何挖掘的，并将蚂蚁的挖掘能力用于建造人类隧道。
“与流体或固体等材料相比，颗粒材料的形成方式不同。而且，移动颗粒状材料是非常耗能的，而且成本非常高昂。”他说，“如果蚂蚁的行为算法能够被进一步分析并最终复制，那么就可能在自动采矿机器人上得到应用，无论是在地球上还是在其他行星上，机器人就能更有效地工作。”https://t.cn/A6IjAKkL
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