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第4章 逻辑游戏(2)


  看过这篇文章后,我开始对计算机有点儿上瘾了。我翻来覆去地读这本杂志,也把爸爸的其他杂志拿来阅读。有一天,我看到了一篇介绍布尔代数的文章,布尔代数正是计算机使用的数学。我了解了什么是德摩根定理,而这一定理正是整个布尔代数的基石。那时候我正上五年级,从此逻辑学成为我生活的重心。我学习了逻辑学,学会了如何在逻辑方程式里交换与(AND)、或(OR)等逻辑运算符。例如,当你想找一个以元音开头并以元音结尾的单词时,你所指的逻辑关系是“与”——以元音开头和以元音结尾这两个条件必须同时满足,而这正是布尔代数的与(AND)运算。如何表示一个要么以元音开头,要么以元音结尾的单词呢?这就需要使用布尔代数的或(OR)运算了。

  在那期杂志上还有与门和或门这两个基本的逻辑门的标准示意图,我把它们都抄了下来,学会了这些标准表示方法。

  比方说,半圆形中间加个点代表与门,若把中间的点替换成一个加号,则表示非门。向右的三角形加上右边尖端上的一个小圆圈则用来表示转换器。有趣的是,五年级时我在爸爸的旧杂志上学到的这些表示方法,直到我今天设计电子产品时还在不断使用呢!

  以我五年级的数学水平,居然能学会德摩根定理、布尔代数这些计算机使用的数学语言,我感到非常兴奋。我发现计算机其实很简单,并不需要多么高深的知识,仅用小学五年级的数学知识就足以掌握这些数学工具。计算机以它的简洁征服了我。在我看来,计算机代表了世界上最惊人的发明、最尖端的科技,而这么强大的工具居然能如此简单易懂!我爱上了计算机。在我还不确定是否可能的时候,我就下定决心以后要做逻辑和计算机设计。

  当时想要玩电脑就和想当宇航员一样几乎不可能。在1961年,真正的宇航员还没有出现呢!想以计算机为业看上去和听上去都不大可能。但逻辑学则不同,我逻辑学学得很好,它们对我来说非常简单。一直以来都是这样。

  计算机就这样成为了我生活的重心。事实上,我非常擅长计算机逻辑,甚至成为了世界上最精通计算机逻辑的人(对这一点我不十分确定,也许在高校里有某些高手比我还擅长应用德摩根定理)。我发明第一台苹果电脑时,逻辑学就是我的生命。这听上去也许很不可思议,但我十分热爱逻辑学,这份热爱一直延续至今。

  在我的小学和初中岁月里,科技项目听起来一直都很酷——在学校里做科学项目的人不少,如果你恰好得了奖,大家就会为你庆祝。我得了不少奖,因此也收获了不少庆祝和赞美。我一直为我那些科技展的参展作品感到自豪。从三年级起我开始参加科技展,一共参加了五年,分别是在三年级、四年级、五年级、六年级和八年级(七年级时我因为某种原因没有参加科技展)。我的参展作品常常比同龄人的要高深得多,有时我的参展作品能让科技展的观众和评委都大吃一惊。在学校里我是英雄,我取得了无数科技展的奖项,甚至包括湾区科技展的最高奖。

  把好的作品送到科技展上帮助我思考自己究竟是谁,又能在这世间取得些什么成就。许多见过我作品的老师立刻意识到了我在科学上的天赋,一些人直接就管我叫“科学奇才”。也许正是这样,我六年级时做的许多电子项目就已经达到或超过了高中生的水平。我所取得的这些奖项、获得的这些赞美促使我不断努力,直到在我所选择上的道路上出类拔萃。

  三年级时我第一次参加了科学竞赛,并赢得了比赛。那是个很简单的小制作,我将一只小灯泡、几块电池和一些电线都安装在一小块木头上,做成了一个小小的闪光灯。我的设计震惊了许多人,因此赢得了比赛。我心里明白这不过是小菜一碟,因此也没有特别开心。我知道我下次能做得更好。

  四年级时我做的科技项目则重要得多,整个制作过程中我学到了许多关于物理学、电子学和材料的实用知识。那是一个实验,两根碳棒之间连接着电灯泡和交流电源,人们可以选择一种液体,将碳棒插入液体中观察现象。当碳棒插入液体时,液体充当了导体,电路变成通路,小灯泡会发亮。液体可能是良好的导体,也可能导电性能不佳,液体的导电特性可以从小灯泡的亮度上看出来。

  我尝试了我能拿到的所有不同液体——白开水、可口可乐、冰茶、果汁、啤酒等等。哪种液体的导电性最好?(我得到的答案是盐水。)理解不同液体之间这种导电性的差异,对于理解水力机械或老式电池的原理非常重要。

  我的下一个项目是个真正的大制作。我计划制作一个模型,来展示当时的元素周期表上所有92种元素的电子层结构。

  如果你忘记了原子的电子层结构是什么,可以简单地这样理解:电子围绕着原子核旋转,就像行星围绕着恒星旋转一样。不同的行星之间旋转轨道不同,如地球和海王星就不会在同一轨道上旋转,电子的绕核旋转也十分类似,不同电子有着不同的旋转轨道。

  我的设计旨在展示元素周期表上每个元素的原子核外有多少电子,这些电子又分布在哪些轨道上。我计划用开关在不同元素间切换。例如,当我按下氢元素的开关,距离代表原子核的小孔中心最近的轨道就会有灯亮起。

  为了这项工程,我必须在一张大铝板的底部钻上92个孔。每一个孔对应的开关都要与相关元素相关联。有的是氢,有的是金,有的是氦,等等。

  然后我画了一幅非常巨大的图,中央是类似公牛眼大的靶子——各种颜色的同心圆,中间的小靶心代表原子的中心,即原子核。我还不得不在其上钻上92个孔,每个轨道代表一个电子层,上面有若干个孔,与原子核外的电子轨道分布一致。

  结果便是,我可以向你展示92种自然元素中的任意一种的电子。我们先说说氧吧。我打开氧的开关,代表围绕氧原子核运转的电子的8盏灯就会亮起来,全都在正确的轨道上。

  我使用了一本大型参考书《理化手册》(The Handbook for Chemistry and Physics),因此我便知道每个元素的核外电子所对应的正确轨道在哪儿。

  这项工程最终变得相当复杂,因为那时我要对付所有92种元素,以及92种不同设置的开关。

  最后我不得不用上父亲教我的二极管知识,也就是我曾学习的第一种电子零件知识。与电阻不同,二极管宛如一条单行道。你可以用它传递电子(即传递电流),但这种传递是单向的,电流只能沿着某个方向流动,无法回流。如果你要试着让电流返回,它就会让所有电路短路。我所面临的问题在于,当我尝试打开某个位于元素周期表中段的元素和它的电子时,我不知何故会打开一条反馈路径,使得代表一串该元素下方的元素原子核和不该出现的电子都亮了起来。不管怎样,我需要解决这个问题,而那也让我学会了有关二极管的一切。

  在这场演示中,我还展示了收集来的大量元素,包括铍制广口瓶、铜片,甚至一瓶水银。我的许多样本都来自圣何塞州立大学的一位教授的馈赠。

  这次,我又赢了。我赢得了象征冠军的蓝色缎带。真是太酷了。