天空的表情

《诗经》里说：《诗经》里说：“蝃蝀①在东，崇朝其雨”，意思是说若东方见虹，立刻就要下雨。实际上我们见到虹的时候，天空中已在下雨，因为虹是由于太阳光照射到雨点上，由雨点反射到我们的眼帘而成的。虹作弧形，红色在外，向内有橙、黄、绿、紫等色。虹的中心在地平线下，所以平时我们所看到的不过一个小半圆。虹的颜色捉摸不定，时常更变。雨点直径若在一公厘②以上，那红、黄、蓝、绿各色俱备，雨点直径若在一公厘以下，就不见红色，若在十分之一公厘，则虹即无光彩而作白色了。

和虹相类的现象在天空中还有晕。晕有大小两种，都以太阳或月亮为中心。大的晕是由于高云所成，云中的水点已结成冰。小的晕又名光环，是低云所成。古人有“月晕而风”之语，晕无论大小，都是风暴将临的预兆。太阳旁的晕，不但比月晕多，而且颜色亦更美丽，不过因阳光刺目，普通人不注意罢了。晕也有红、黄、青、绿各色，大的晕青色在外，红色在内，小的晕则相反。

日月云霞的颜色，往往可以预告未来的天气。宋代范成大诗“朝霞不出门，暮霞行千里”是有道理的。为什么同一现象早晚得到不同的结果?从气象学上可以这样解释，在日中的时候，对流很盛，空中湿气易于凝结成云，到太阳落山的时候，若是空中湿气很重，云层一定很厚，不能见霞。晚上见霞，乃是空中湿气不多的表现，所以主晴。晚上地面因辐射而冷却，不应有对流，但成雾，雾是不会有色彩的。若是早上有霞，那就表示晚间发生对流，是将下雨的征兆了。

云的高低、方向和厚薄都可以为天气晴雨的预兆。在范成大的《吴船录》内有“庐山带帽，平地安灶。庐山紧腰，平地造桥”，这谚语是很准确的。凡山岭的区域，云慢慢上升就是天晴的预兆，若是慢慢地下降，就是将下雨的预兆。夏天中午以前，若是满天是如堡垒般很厚的积雨云，则当日下午即有雷雨。苏东坡诗“今日江头天色恶，炮车云起风欲作”，但大块白色的积云，若不十分浓厚，虽满布天空，亦不降雨。所以俗谚叫“楼梯天，晒破砖”，盖满天都是积云的时候，虽是一样高低，但看来总觉得近者高而远者低，形似楼梯，这是久晴的预兆。云行之方向亦可觇风雨，俗谚说“云行东，马车通;云行西，马溅泥”，这也是很灵验的。但以天的颜色和一处的风云来做预告的根据总嫌不足，要预告精确，必得多设气象台，各处用无线电联络起来，每天制图才能有效。

(选自《竺可桢全集》第二卷，有删改。)

（注释）①蝃蝀：音当地dìdōng，虹。②公厘：毫米的旧称。

太空垃圾是人类在进行航天活动时遗弃在太空中的各种物体和碎片。如各种卫星的保护罩及部件，各种火箭发动机在空间爆炸产生的残骸，核动力卫星及其产生的放射性碎片；宇航员在太空行走时丢弃的螺母、螺栓和螺丝刀等各种物体。这些东西如人造卫星一般按一定的轨道环绕地球飞行，形成一条危险的垃圾带。

据统计，目前约有数千吨太空垃圾在绕地球“运行”，且数量正以2%至5%的速度递增。科学家们对太空可能存在的近10万块废弃物表示担忧。由于这些物体通常以每秒10公里以上的速度运行，因此，如果与其他物体相撞，每小块将产生相当于一颗原子弹的爆炸力。一块仅有阿司匹林药片大的残骸可将人造卫星撞成“残废”，可将造价数亿美元的航天器送上绝路。1983年美国航天飞机“挑战者”号与一块直径0.2毫米的涂料剥离物相撞，导致舷窗被损，只好停止飞行。当宇航员在太空行走时一块迎面而来、直径仅0.5毫米的金属微粒足以戳穿密封的宇航服，人们肉眼很难看清的油漆片和涂料粉末也能给宇航员生命带来危险。

科学家还认为，大块的宇宙飞船残块将不断下落，进入大气层，一部分在大气层烧毁，另一部分则分别掉在地球上。然而，飘荡在地球上空的核动力装置，尤其是核动力发动机的脱离更具有特别的危险性，它将对地球造成严重的放射性污染，据统计，到21世纪，将会有100多个这种装置，含有1吨以上的放射性物质。1978年苏联带有核装置的“宇宙-954”掉在了加拿大北部的土地上；1983年，“宇宙1042”号的反应堆落入南太平洋。幸亏这些地方人烟稀少，未造成严重后果。

面对日益激烈的宇宙竞争，科学家们呼吁，应当及时制定新的法律和技术标准以减少太空垃圾，因为人类清除这些垃圾在技术上和经济上都相当困难。

超越时空的量子通信

⑴一种被称为量子通信的新的通信方式初露端倪。它是一种不受通信双方空间距离限制、不存在任何传输时延的真正意义上的实时通信，因此，它可望承担起未来宇宙通信的使命。那么，什么是量子通信呢？

⑵简单地说，量子通信就是根据量子力学关于相互耦合的微观粒子（如电子、光子等）之间存在的超光速关联来实现信息的传递。量子力学指出，如果我们对相互耦合的一对粒子中的一个粒子进行测量，另一个粒子将会瞬时“感应”到这种影响，并发生相应的变化，而不管这两个粒子间相隔多远。上述这种微观粒子间的超光速关联和影响叫做“缠结”，它是一种具有交互作用的粒子之间通过“感应”而建立的神奇连接。这种连接是实现超光速通信的主要依据。量子通信的优点很多，首先便是它的零时延，正是由于这个特性，它可望应用于未来的星际通信；其次是它可以不通过双方之间的空间进行，这就避免了环境对通信的干扰；第三，是保密性强，因为信息载体可以只保存在收发信息的双方，使与此项通信无关的第三者无法干扰和窃听。此外，它还是一种环保型通信，不会产生电磁污染。

⑶ 量子通信系统由量子态发生器、量子通道和量子测量装置组成。按其所传送的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。隐形传态是一种脱离实物的信息传送，它的过程是光提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者再根据这些信息选取与构成原物相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此“隐形传态”不过是一种幻想而已。

⑷ 1993年，6位科学家提出了利用经典力学与量子力学相结合的方法来实现量子隐形传态的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子测量而获得，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。

⑸量子通信的最终实现，需要将量子技术、生物技术和通信技术紧密地结合起来。另外，通过对人脑意识过程的深入研究，还有可能使量子通信的速率大大提高。以至有一天，可以将生物芯片植入人的大脑，实现人脑间的超光速通信。

（选自2007年第7期下《百科知识》）