第一节电子及其与人体的关系
1．什么是电子
我们都知道，我们所生活的世界是一个物质的世界，地球上的一切都由物质构成的。高山、树木、水流、湖泊以及人们日常的生活用品等都是由物质构成的。
然而物质并不是构成物体的最小的单位，它也有它自己的构成单位。科学家发现，物质是由原子构成的，而原子又是由电子、中子和质子三者共同组成的。在这里，我们主要介绍的是电子。
电子是一种基本粒子，属于亚原子粒子中的轻子类。轻子被认为是构成物质的基本粒子之一。电子的直径是质子的1/1000倍，重量为质子的1/1836，是目前无法再分解的物质。电子的质量极小，带有负电，在原子中围绕由中子和质子组成的原子核旋转。电子围绕原子的核做高速运动。电子通常排列在各个能量层上。当原子互相结合成为分子时，在最外层的电子便会由一原子移至另一原子或成为彼此共享的电子。当电子脱离原子核的束缚在其他原子中自由移动时，它所产生的净流动现象称为电流。
物质的电子可以失去也可以得到，物质具有得电子的性质叫做氧化性，该物质为氧化剂；物质具有失电子的性质叫做还原性，该物质为还原剂。物质氧化性或还原性的强弱由得、失电子的难易程度所决定，但与得、失电子数目多少无关。
电荷的最终携带者是组成原子的微小电子。在运动的原子中，每个绕原子核运动的电子都带有一个单位的负电荷，而原子核里面的质子带有一个单位的正电荷。正常情况下，在物质中电子和质子的数目是相等的，它们携带的电荷相平衡，物质呈中性。物质在经过摩擦后，要么会失去电子，留下更多的正电荷（质子比电子多）。
要么增加电子，获得更多的负电荷（电子比质子多）。这个过程称为摩擦生电。
2．电子发现第一人
无论第一个发现电子的人是谁，他都将同第一个发现微生物、第一个发现病毒的人一样的了不起。约瑟夫·约翰·汤姆逊，英国物理学家，电子的发现者。汤姆逊是世界着名的卡文迪许第三任实验室主任，1856年12月18日生于英国曼彻斯特，父亲是一个专印大学课本的商人，由于职业的关系，他父亲结识了曼彻斯特大学的一些教授。汤姆逊从小就受到学者的影响，学习很认真，14岁便进入了曼彻斯特大学。在大学学习期间，他受到了司徒华教授的精心指导，加上他自己的刻苦钻研，学业提高很快。1876年，即21岁时，他被保送进了剑桥大学三一学院深造。1880年他参加了剑桥大学的学位考试，以第二名的优异成绩取得学位，随后被选为三一学院学员，两年后又被任命为大学讲师。他在物理学方面具有很高的修养和造诣，发表了论文《论涡旋环的运动》和《论动力学在物理学和化学中的应用》。1884年，28岁的汤姆逊在瑞利的推荐下，担任了卡文迪许实验室物理学教授。1897年汤姆逊在研究稀薄气体放电的实验中，证明了电子的存在，测定了电子的荷质比，轰动了整个物理学界。
汤姆逊测得的结果肯定了电子的存在，这是人类首次用实验的方法证实了一种“基本粒子”——电子的存在。“电子”这一名称是由物理学家斯通尼在1891年采用的，原意是定出的一个电的基本单位的名称，后来这一词被应用来表示汤姆逊发现的“微粒”。自从发现电子以后，汤姆逊就成为国际上知名的物理学家。在这之前，一般都认为原子是“不能分割的”的东西，而汤姆逊的实验表明，原子是由许多部分组成的，这个实验标志着科学的一个新时代。人们称他是“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。
1940年8月30日，汤姆逊病逝于剑桥。他的骨灰被安葬在西敏寺的中央，与牛顿、达尔文、开尔文等伟大科学家的骨灰安放在一起。
3．人是带电体
人的生活离不开衣食住行，生存离不开食物和水，但是你可能还不知道，人体正常工作、大脑对四肢的控制是通过电来实现的，这新鲜吧？
人体是由许许多多细胞构成的。细胞是我们肌体的最基本的单位，因为只有肌体各个细胞均执行它们的功能，才能使得人体的生命现象延续不断。
同样地，我们若从电学角度考虑，细胞也是一个生物电的基本单位，它们还是一台台的“微型发电机”呢。原来，一个活细胞，不论是处在兴奋状态，还是安静状态，它们都不断地发生电荷的变化，科学家们将这种现象称为“生物电现象”。
有一种叫“心电描记器”的仪器，它是用来检查人的心脏是否有疾病的一种仪器。这种仪器可以从人体的特定部位记录下心肌电位改变所产生的波形图像，这就是人们常说的心电图。医生们只要对心电图进行分析便可以判断受检人的心跳是否规则，是否有心脏肥大、心肌梗塞等疾病。
同样地，人类的大脑也如心脏一样能产生电流，因此医生们只要在病人头皮上安放电极描记器，并通过脑生物电活动的改变所记录下来的脑电图，便知道病人脑内是否有病。当然，由于比起心电来，脑电比较微弱，因此科学家要将脑电放大100万倍才可反映出脑组织的变化，如脑内是否长肿瘤、受检查者是否可能发生癫痫（俗称羊癫疯）等。科学家们相信，随着电生理科学以及电子学的发展，脑电图记录将更加精细，甚至有一天这类仪器还可正确地测知人们的思维活动。
人体任何一个细微的活动都与生物电有关。
外界的刺激、心脏跳动、肌肉收缩、眼睛开闭、大脑思维等，都伴随着生物电的产生和变化。人体某一部位受到刺激后，感觉器官就会产生兴奋。兴奋沿着传入神经传到大脑，大脑便根据兴奋传来的信息作出反应，发出指令。然后传出神经将大脑的指令传给相关的效应器官，它会根据指令完成相应的动作。这一过程传递的信息——兴奋，就是生物电。也就是说，感官和大脑之间的“刺激反应”主要是通过生物电的传导来实现的。
心脏跳动时会产生1～2毫伏的电压，眼睛开闭产生5～6毫伏的电压，读书或思考问题时大脑产生0.2～1毫伏的电压。正常人的心脏、肌肉、视网膜、大脑等的生物电变化都是很有规律的。因此，将患者的心电图、肌电图、视网膜电图、脑电图等与健康人作比较，就可以发现疾病的症结所在。
电在生物体内普遍存在。生物学家认为，组成生物体的每个细胞都是一台微型发电机。细胞膜内外带有相反的电荷，膜外带正电荷，膜内带负电荷，膜内外的钾、钠离子的不均匀分布是产生细胞生物电的基础。但是，生物电的电压很低、电流很弱，要用精密仪器才能测量到，因此生物电直到1786年才由意大利生物学家伽伐尼首先发现。
第二节计算机的前世今生
1．计算机
在人类历史上，计算工具的发明和创造走过了漫长的道路。在原始社会，人们曾使用绳结、垒石或枝条作为计数和计算的工具。
我国在春秋战国时期有了筹算法的记载，到了唐朝已经有了至今仍在使用的计算工具——算盘。欧洲16世纪出现了对数计算尺和机械计算机。
在20世纪50年代之前，人工手算一直是主要的计算方法，算盘、对数计算尺、手摇或电动的机械计算机一直是人们使用的主要计算工具。到了20世纪40年代，一方面由于近代科学技术的发展，对计算量、计算精度、计算速度的要求不断提高，原有的计算工具已经满足不了应用的需要；另一方面，计算理论、电子学以及自动控制技术的发展，也为现代电子计算机的出现提供了可能，在20世纪40年代中期诞生了第一代电子计算机。
通常说到“世界公认的第一台电子数字计算机”，大多数人都认为是1946年面世的“ENIAC”。它主要是用于计算弹道，是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电工学院制造的，但它的体积庞大，占地面积有170多平方米，重量约30吨，消耗近160千瓦的电力。显然，这样的计算机成本太高，使用不便。这个说法被计算机基础教科书上普遍采用，事实上在1973年根据美国最高法院的裁定，最早的电子数字计算机，应该是美国爱荷华大学的物理系副教授约翰·阿坦那索夫和其研究生助手克利夫·贝瑞于1939年10月制造的。之所以会有这样的误会，是因为“ENIAC”的研究小组中的一个叫莫克利的人于1941年剽窃了约翰·阿坦那索夫的研究成果，并在1946年，申请了专利。由于种种原因直到1973年这个错误才被更正过来。后来为了表彰和纪念约翰·阿坦那索夫在计算机领域内作出的伟大贡献，1990年由总统布什授予约翰·阿坦那索夫全美最高科技奖项——“国家科技奖”。
对于计算机，人们往往从不同角度提出不同的见解，有多种描述：“计算机是一种可以自动进行信息处理的工具”；“计算机是一种能快速而高效地自动完成信息处理的电子设备”；“计算机是一种能够高速运算、具有内部存储能力、由程序控制其操作过程的电子装置”，等等。
2．仿生的生物计算机
人类有一门叫做仿生学的应用科学，即通过对自然界生物特性的研究与模仿，来达到为人类社会更好地服务的目的。典型的例子如，通过研究蜻蜓的飞行制造出了直升机；对青蛙眼睛的表面“视而不见”，实际“明察秋毫”的认识，研制出了电子蛙眼；对苍蝇飞行的研究，仿制出一种新型导航仪——振动陀螺仪，它能使飞机和火箭自动停止危险的“跟头”飞行，当飞机强烈倾斜时，能自动得以平衡，使飞机在最复杂的急转弯时也万无一失；对蝙蝠没有视力，靠发出超声波来定向飞行的特性研究，制造出了雷达、超声波定向仪等；对“变色龙”的研究，产生了隐身科学和保护色的应用……同样地，仿生学也可应用到计算机领域中。科学家通过对生物组织体的研究，发现组织体是由无数的细胞组成，细胞由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成，而有些有机物中的蛋白质分子像开关一样，具有“开”与“关”的功能。因此，人类可以利用遗传工程技术，仿制出这种蛋白质分子，用来作为元件制成计算机。科学家把这种计算机叫做生物计算机。
生物计算机有很多优点，主要表现在以下几个方面：
首先，它体积小、功效高。在1平方毫米的面积上，可容纳几亿个电路，比目前的集成电路还小得多。用它制成的计算机，已经不像现在计算机的形状了，可以隐藏在桌角、墙壁或地板等地方。
