第五节 现代信息科学技术的成长
一、信息技术
1.美国香农1948年发表《通信的数学理论》，是信息理论研究的开端。
提出：“通信的基本理论是要在某一端准确地或近似地再现从另一端选择出来的信息。”
2.信息的重要性
通过传递、再现、储存和利用加工信息，人类才有今天的发展，人类在认识和改造世界的过程中，离不开信息的交换和利用，因此人们称物质、能量和信息是世界的三大支柱。
3.1993年，美国当时的总统克林顿，提出了“信息高速公路计划”，设想建立可以交流各种信息的大容量、高速率的网络，为发展经济创造条件。
二、通信技术(信息传递)
1.无线电通讯技术
马可尼(1874-1937) :意大利人，根据赫兹发现的电磁波，应用于无线电通讯，取得了巨大的成功，1901年12月12日实现了越洋通讯，1933年当众表演了环球通讯，经6个大电台传递，回到原处，只用了33秒。
2. 光纤通信
光纤通信中信息的载体是光波，传输媒质是光纤，从而将信息从一端传向另一端。
1)激光通讯：频率越高所能传播的线路越多。
无线电通讯 ：3MHz～30MHz 可传100套广播；300MHz～MHz可传套广播。
而激光1014Hz可传108套广播。
由于激光的频率高、频带宽，可以不受无线电波和微波干扰。
激光的传输速率还远远超过电传输速率，达几个数量级。
2)光导纤维：1966年由英籍华人高锟提出创意。
演示光纤
原理: 当入射角时，光在纤芯和包层界面处实现全反射。
1967年，光通过100米的玻璃丝，光能只剩百亿分之一。
1970年美国康宁公司马瑞尔、卡普隆、凯克研制出了第一根实用的光纤。（光传输每千米只损耗20分贝）
1985年，全世界光纤线路已达455.5万公里。北美和欧洲铺设长6500公里海底光缆，可以传输36000路电话。
现正准备花150亿美元，铺设32万公里海底光缆连接125个国家。
可以预见，光纤将逐步取代电缆，发挥其优势。
3)在常温下连续工作的激光光源
只有米粒大小，发出的光极细，频率极高，方向性好，是光纤通信的理想光源，由美国贝尔实验室研制成功。
1979年，又制成了每千米只损耗0.2分贝的光纤。
这样光纤通信就有了进一步发展的良好前景。
20世纪90年代，一对光纤可以同时开通125万路电话。
3.卫星通信
利用物理原理研制出的人造卫星，在通信方面也发挥着它的优势。
1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。
1958年1月31日，美国发射了第一颗卫星。
1970年4月24日，我国发射了第一颗人造卫星“东方红一号”，成为继苏、美、法、日之后第五个拥有卫星的国家。
卫星在通信中具有独特的作用。利用卫星作为中继站，可以很容易的接受和放大信号，只需发射三个地球同步卫星，就可实现全球通讯。但卫星通讯由于使用微波，易被窃听，且卫星造价高，寿命短，也存在着一定的缺点。
4.数字通信
在信息的制作、传输和接收的过程中，有两种方式，模拟方式和数字方式，在数字方式中先将模拟信号转换为数字信号，即编码，在接收到数字信号后，通过译码，再现模拟信号。数字通信抗干扰，不失真，传输快，保密好，例数字电视机，数码相机。
三、信息处理——计算机技术
1.电子计算机诞生寻踪
1)图灵：1912年生于英国，1936年在剑桥读研究生时，发表《论应用于决定问题的可计算数字》，奠定了人工智能的基础。1945年，到英国国家物理所工作。图灵制造了“巨人”式电子密码译解机，用来进行数据处理。但不幸的是，由于意外的中毒事故，图灵于1954年逝世。为了纪念图灵，美国曾设“图灵奖”，奖励为计算机作出贡献的人们。
2)世界第一台多用途电子计算机——ENIAC
在二战时期，有大量的军事数据需要计算处理，比如算一条弹道，就需要至少20小时的时间。为了绘制弹道表，几百人都忙不过来。
于是美国军械部拨款，有二百多名技术人员参加，由24岁的埃克特担任总工程师，开始了试制工作。并于1946年建成，共使用了1.8万个电子管，重达30吨，高3米，30米长，占地约170平方米。耗电量很大（约150千瓦），需用大量水来冷却，每7分钟就要烧掉一个电子管。但是它计算一条弹道，只需20秒，比炮弹本身还快。它把“π”精确地计算到小数点后2037位，使人们看到了电子计算机的威力。
3)诺依曼：匈牙利人(1903年-1954年)
从小在学习上天赋很高。1945年，诺依曼确定了计算机应由计算器、控制器、存储器、输入装置、输出装置五部分组成。并提出了二进制和程序内存的思想。
诺依曼和埃克特、莫希莱等一起，在美国宾夕法尼亚大学用诺依曼的设想研制出了“离散变量自动电子计算机”。这是计算机发展的一个里程碑。人们将它称为“冯·诺伊曼”机。
1953年因患骨癌去世。
2.PC机的诞生：
PC机即微型电子计算机。1971年美国的英特尔公司制成第一台微处理器，1975年，Altair公司制成第一台PC机。乔布斯在车库中组装出了平民能买得起的苹果机，当时正在美国哈佛大学读法律系的比尔·盖茨为苹果机写了Basic语言。1975年比尔·盖茨与保尔·艾伦创建了微软公司。他们研发的软件与PC机一起，使计算机得以走向大众，走向世界。
3.四代电子计算机
尽管电子管开辟了第一代计算机时代，但用于实际问题很多（60年代）。随着微电子学的研究，第二代（70年代）电子计算机采用了晶体管作元件。第三代是集成电路计算机，第四代是大规模和超大规模计算机。而每一代的进步都将计算机体积减小90％，价格下降90％。
4.发展展望
电子计算机的进一步发展，光学、量子、神经和蛋白质计算机的发展。
总之，计算机的发明，不仅为我们进行信息处理带来了方便，现在人们还用它来“上网”，进行多媒体教学，计算机已成为我们日益难分的朋友。
总之，现代物理学的进展是精彩纷呈，像能源科学的发展，天体物理、生命科学的研究等都在绽放鲜艳之花，它在更深的结构层次和更广阔的时空领域，向人们展示着自然界的瑰丽图景，可以预见，现代物理学必将进一步推动人类的物质文明和精神文明的发展。
