问题

古今中外有哪些发明或技术是应用简单而影响极其巨大的?

回答
一件简单物件的伟大征程:从泥土到数字世界的基石

纵观人类文明史,无数的发明与技术如同璀璨的星辰,照亮了我们前行的道路。然而,在这浩瀚的星空中,总有一些看似朴实无华,却以其惊人的简单性,撬动了整个世界,彻底改变了人类的生活轨迹。我今天想聊的,并非什么高深的理论或复杂的机器,而是一件我们可能每天都在接触,甚至无暇细究其背后故事的物件——集成电路,或者更通俗地说,芯片。

初听之下,你可能会觉得芯片似乎离“简单应用”有些遥远,毕竟它隐藏在手机、电脑、汽车等各种我们习以为常的现代设备内部。但仔细想想,集成电路的诞生和发展,恰恰是“应用简单而影响极其巨大”这一命题的绝佳注脚。

从一堆散乱的电子元件到一块小小的晶圆,这中间发生了什么?

在集成电路出现之前,电子设备都依赖于大量的独立电子元件,比如电阻、电容、晶体管、真空管等等。这些元件需要通过导线一根根地连接起来,构成电路。想象一下,早期的计算机,那体积之庞大,发热量之惊人,以及维修之困难,都是因为这些庞大而又“孤立”的元件。每一次计算,都需要这些元件协同工作,但它们之间的连接方式却极其繁琐,就像建造一座城市需要一砖一瓦地搬运和堆砌,费时费力,且容易出错。

集成电路的伟大之处,在于它将无数原本独立的电子元件,像炼金术士般,巧妙地“固化”在一块小小的半导体材料(主要是硅)上。 它的核心思想是“集成”,就是把原本需要分立制作的元件,通过精密的工艺,将它们微缩、并刻画到同一块基板上,并预设好它们之间的连接关系。

你可以想象一下,这就像是把一个庞大、复杂、错综复杂的城市规划图,不是通过绘制无数张纸,而是通过一种神奇的“印刷术”,将所有建筑、道路、管网都直接呈现在一块微缩的城市模型上。这种从“分散”到“集中”,从“人工连接”到“内在联动”的飞跃,其简单性的核心在于它提供了一种全新的“制造方式”和“结构形态”。

那么,它的应用是如何做到“简单”的?

正是因为这种“集成”,芯片才得以如此“简单地”融入我们的生活。

体积的革命: 原本需要占据房间大小的电子设备,因为芯片的出现,可以被压缩到手指般大小。这就是为什么我们可以随身携带智能手机,而不是搬着一台巨大的计算机。这种尺寸上的颠覆,让电子技术从实验室和庞大的数据中心,走进了千家万户,走进了我们每个人的口袋。
性能的飞跃: 当数百万、数亿甚至数万亿个晶体管被集成在一枚小小的芯片上时,它们之间的通信速度极快,极大地提高了计算能力。这种“近距离工作”的优势,使得我们今天的电脑和手机,拥有了前所未有的处理能力,可以运行复杂的软件,玩逼真的游戏,进行高速的通信。
成本的下降: 最初的芯片制作成本极高,但随着规模化生产和工艺的不断进步,芯片的单位成本呈指数级下降。这就意味着,原本只有少数机构才能负担得起的先进电子技术,如今已经成为了大众消费品。想想我们购买一台价格合理的智能手机,背后是无数芯片的支撑。
功能的拓展: 芯片不再仅仅是计算机的核心,它被广泛地应用到各个领域。从控制汽车发动机的微控制器,到监测健康状况的传感器,再到让智能家居设备互联互通的芯片组,它们以极其“低调”的方式,赋予了各种物品“智能”。我们无需了解复杂的电路设计,只需要插上电源,芯片就开始默默地完成它的工作,让生活变得更便捷、更高效、也更有趣。

影响的巨大,就不必多说了。

集成电路的出现,直接催生了信息时代的到来。没有芯片,就没有个人电脑,就没有互联网,就没有我们今天所熟悉的一切数字生活。它极大地提高了生产效率,改变了商业模式,加速了全球化的进程。从科学研究到艺术创作,从医疗健康到国防安全,几乎没有哪个领域未被芯片所深刻影响。

或许,最能体现芯片“简单应用,巨大影响”特质的,就是它无处不在的“隐形”。 当我们使用智能手机时,我们享受的是通讯、娱乐、信息获取的便利,而很少去思考手机里那枚小小的芯片是如何运作的。当我们开车时,我们感受的是车辆的平稳与智能,而很少去追问隐藏在各个部件中的芯片扮演了怎样的角色。

它就像空气一样,你感受不到它的存在,但一旦缺失,整个世界都会陷入停滞。它以一种极其“谦逊”的方式,渗透到我们生活的每一个角落,以一种看似“简单”的集成方式,实现了对整个世界的深刻变革。

所以,下次当你拿起手机,或是启动汽车时,不妨花几秒钟,想想那枚微小的芯片。它是一项伟大的发明,用最简单、最集成的理念,为我们打开了一个全新的世界。这,或许就是科技最迷人的地方吧:有时候,最伟大的力量,就隐藏在最不起眼、最简单的物件之中。

网友意见

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元明时期,晒盐取代煮(煎)盐。

制盐技术史

唐宋以前为淋卤煎盐。最初是直接刮取海滨咸土,淋制卤水。后来逐步发展到在海滨开辟滩场……由卤成盐,全用煎法。煎盐工具,汉代用"牢盆",唐、宋时改用盐盘。盘有两种:一为铁盘,重数千斤,由若干块铁板拼成,合缝处用卤水合泥嵌实;一为竹盘,用竹篾编成,上下涂以蛎灰。盐盘直径约1丈,深约1尺,平置灶上;灶有7眼、8眼到12眼、13眼,由灶户共同煎煮。

——总之这个时代要用大量燃料来加热。

宋元之际,福建实行淋卤晒盐,即将淋出的浓卤放入浅池中,日晒结晶成盐,大省柴薪。后逐步发展为以砖石砌晒池,或用陶片平铺池底,以提高盐质,减少渗漏,谓之坎晒。

——南方逐渐以利用太阳能为主。

元世祖至元二十九年(1292),长芦盐区(包括今河北、天津产盐区)始有晒盐。当地盐户根据福建的经验,结合本地区蒸发量大、降雨量小的气候特点,开始直接用海水晒卤、晒盐。最初修筑的盐池,分大、中、小3段。先引海水入大段,隔数日放入中段,最后放入小段,10余天后结晶成盐。后来逐渐发展为在近海滩涂上修筑多级有落差的蒸发池,将海水戽入最高一级,一面逐渐流下,一面蒸发浓缩,形成浓卤后,再放入结晶池晒盐。

——北方也开始晒盐

不过这个技术原理虽然简单,但因为要配合社会变革,所以扩散并不快。(盐业利益丰厚,主导者是最顽固的保守集团,对任何改进方案抱有敌意)许多盐场甚至到了清代还是煮盐:

煮海为盐和板晒盐_

一百多年前,张謇老先生从浙江沿海引进了板晒法。是用杉木板钉成了一个个的木盘,浇上卤水,只要是晴天,四五 个钟头就能晒出雪白旺亮的盐。不再需要支灶烧盐了,整千年的煮海为盐这下子才换成了板晒盐。

这个进步大大改善了制盐的效率,尤其是突破了原有的燃料限制。许多沿海芦苇荡本来是煮盐的燃料储备(可见效率多低),现在可以开辟为盐田或农田:

盐业的热约束

早期盐业多以柴薪为燃料取热煎盐,即俗语所云“办盐柴为本”。为了尽可能节省燃料成本,灶户必须将盐场设在接近山林或苇荡的位置。一旦采伐过重过久,灶户自然也需要随之迁转,从而与迁入地的同行发生龃龉。 明永乐二年(1404),四川永通县的灶户经由盐课司上书户部,声称当地“去山远,难得薪”,当年仅产盐83730斤,而附近的犍为县“福泉、保通二井”由于“水碱薪便,一岁可得盐十万余斤”,希望将盐场迁至该处,“就彼开煎”。犍为县灶户获知朝廷下旨允准后,群起上书反对。两地自此交章争持,矛盾不断。  煎盐燃料不仅会造成盐户与同行的龃龉,而且也是盐业管理机关与其他衙门利益冲突的根源之一。在一些海滨盐场,称为“牢盆”的煎盐大锅需要大量苇荡作为燃料。灶户“列灶燃薪,多者十二三眼,少者七八眼”。如果苇荡淹没或被垦为农田,盐业生产也将无以为继。 万历三十三年(1605),一份来自督理两淮盐课御史乔应甲的奏折发往京城,内容是敦请朝廷关注当地苇荡屡被开垦的情况,查办相关衙门管理不力的责任。在呈给朝廷的奏折中,乔不无焦虑地写道,当地本有一条范公堤将“粮田”和“荡田”分隔东西,种粮农民不得垦种苇荡之地。但“不知起自何年、何人,私行开垦。初则数亩,渐至数顷。而今什百千万,不可计数矣”。 他指责分管田赋的“不肖”官吏支持了当地农民对荡田的开垦,目的在于“贪富豪三厘之租”。为避免“盐办于灶,灶依于场;场之既去,草从何生?草既不生,盐从何出”的产业困境,支持垦荒的地方官理应为此付出政治代价。 煎盐对燃料的消耗是极其惊人的。乾隆《两广盐法志》记载,卤水一贯被业盐者视为“盐之精液”,但要“沥卤上锅,用柴草煎煮五六时”,方可成为能够对外发售的熟盐。据学者刘正刚推算,在明清时期的广东,盐丁用铁锅煎煮熟盐,每斤需柴草五斤左右,用竹锅煮盐,每斤耗柴草约三斤。若无充分的燃料保障,再高明的灶户也难免束手。 在赖盐为业的地区,柴薪采集造成童山濯濯的例子并不鲜见。川滇两省素称井盐要地,热能危机迫使地方官主动介入当地生态系统,以维持煎盐燃料的供应。乾隆年间,担任云南琅盐井盐课提举的沈鼐上奏清廷,称当地燃料告急,“不惟树木砍伐一空,且将树根挖掘殆尽”。一些灶户被迫增加工本,向他处购买煮盐柴薪,经营“不免拮据”。他希望皇帝允准业盐者就近种树,以备日后樵采之用。

但是,晒盐是直接利用太阳能,煮盐是先通过植物光合作用转换太阳能,再用炉灶烧水。两者之间起码差了一个光合作用效率——100-300倍。所以,最终效率压倒了一切:

明代官员徐光启在其著作中详细陈述了改煎为晒的好处。他认为,江淮一带民居日多,原来用于煎盐的苇荡多被居民作为生活燃料填入灶膛,海岸退缩后的盐滩也被垦为稻田。当地灶户若能改煎为晒,“不用煎熬,所省柴薪无数”,制盐成本自然有所下降,“江淮浙直民灶,咸被其利”。 在徐光启看来,因此受益的不仅仅是当地灶户,还有食盐民众。因为过去盐价“每引不过三四钱,近时贵至一两之外,此何故?为薪贵也。今不用柴薪,又免煎煮,盐价可减三分之二;即不然,亦当减半矣”。 在明代手工业巨著《天工开物》一书中,作者宋应星单辟“作咸”一章,详细记述了以日光晒盐的技术细节。他列举了“潮墩”(即海滨地势较高处)、“草荡”(即海滨地势较低处)等三种盐田的引水晒盐法,称当地盐业“功在晴霁,若淫雨连旬,则谓之盐荒”。

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