計算中的“神諭”

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1、計算中的“神諭”摘要：本文通過回顧對計算工具的發(fā)展歷史和人類對計算本質(zhì)認(rèn)識的歷史，提出量子計算系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，會為最終解開量子世界的“神諭”提供工具和思考方法。并且提出了人類認(rèn)識未知世界的規(guī)律：“計算工具不斷發(fā)展——整體思維能力的不斷增強(qiáng)——公理系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大——舊的神諭被解決——新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)?！　￡P(guān)鍵詞：計算工具；圖靈模型；量子計算；哥德爾不完備定理；神諭　　　　一、引言與計算的產(chǎn)生　　在人類社會的早期時代，加減乘除的概念就被人們所認(rèn)識到。隨著人類文明的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，對求方程的解，求函數(shù)的微分和積分等概念也納入了計算的范疇。伴隨人類生產(chǎn)活動的不斷增加，人們對計算的要求也越

2、來越大，計算工具也再不斷的改進(jìn)。　　　　二、遠(yuǎn)古的計算工具　　人們開始產(chǎn)生計算之日，便不斷尋求能方便進(jìn)行和加速計算的工具。因此，計算和計算工具是息息相關(guān)的?！　≡缭诠?世紀(jì)，中國人已開始用算籌作為計算工具，并在公元前3世紀(jì)得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后來，人們發(fā)明了算盤，并在15世紀(jì)得到普遍采用，取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的，比算籌更加方便實用，同時還把算法口訣化，從而加快了計算速度。因此源用至今，并流傳到海外，成為一種國際性的計算工具?！　　　∪?、近代計算系統(tǒng)　　近代的科學(xué)發(fā)展促進(jìn)了計算工具的發(fā)展：在1614年，對數(shù)被發(fā)明以后，乘除運算可以化為加減運算，對數(shù)計算尺便是依據(jù)這一

3、特點來設(shè)計。1620年，岡特最先利用對數(shù)計算尺來計算乘除。1850年，曼南在計算尺上裝上光標(biāo)，因此而受到當(dāng)時科學(xué)工，特別是工程技術(shù)人員所廣泛采用。　　機(jī)械式計算器是與計算尺同時出現(xiàn)的，是計算工具上的一大發(fā)明。帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡加法器。在1671年，萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運算的手搖計算器，是長1米的大盒子。自此以后，經(jīng)過人們在這方面多年的研究，特別是經(jīng)過托馬斯、奧德內(nèi)爾等人的改良后，出現(xiàn)了多種多樣的手搖計算器，并風(fēng)行全世界?！　　　∷摹㈦妱佑嬎銠C(jī)　　英國的巴貝奇于1834年，設(shè)計了一部完全程序控制的分析機(jī)，可惜礙于當(dāng)時的機(jī)械技術(shù)所限制而沒有制成，但已包含了現(xiàn)代計算的基本思想和主要

4、的組成部分了。　　此后，由于電力技術(shù)有了很大的發(fā)展，電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。1941年，德國的楚澤采用了繼電器，制成了第一部通用過程控制計算器，實現(xiàn)了100多年前巴貝奇的理想?！　　　∥?、電子計算機(jī)　　20世紀(jì)初，電子管的出現(xiàn)，使計算器的改革有了新的發(fā)展，并由于二次大戰(zhàn)的迫切的軍事需要，美國賓夕法尼亞大學(xué)和有關(guān)單位在1946年制成了第一臺電子計算器。　　電子計算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，讓人類進(jìn)入了一個全新的時代。它極大影響了經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，并徹底改變了人們的生活。電子計算機(jī)是二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，也當(dāng)之無愧地被認(rèn)為是迄今為止由科學(xué)和技術(shù)所創(chuàng)造的最具影響力的現(xiàn)代工具?！　≡陔娮佑嬎?/p>

5、機(jī)和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中，因特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(GodonMoore)對電子計算機(jī)產(chǎn)業(yè)所依賴的半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展作出預(yù)言：半導(dǎo)體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實證明，自二十世紀(jì)60年代以后的數(shù)十年內(nèi)，芯片的集成度和電子計算機(jī)的計算速度實際是每十八個月就翻一番，而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發(fā)展速率被公認(rèn)為“摩爾定律”?！　　　×?、“摩爾定律”與“計算的極限”　　人類是否可以將電子計算機(jī)的運算速度永無止境地提升?傳統(tǒng)計算機(jī)計算能力的提高有沒有極限?對此問題，學(xué)者們在進(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案?！　∪绻娮佑嬎銠C(jī)的計算能力無限提高，最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計算的結(jié)果——造成

6、熵的降低，這種向低熵方向無限發(fā)展的運動被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計算機(jī)的計算能力必有上限。　　而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學(xué)家認(rèn)為到二十一世紀(jì)三十年代，芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米)，此時，導(dǎo)線內(nèi)運動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律——牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運行，而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致芯片無法正常工作；同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后，晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)?！　≌軐W(xué)家和科學(xué)家對此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計算機(jī)計算能力飛速

7、發(fā)展的可喜景象很可能在二十一世紀(jì)前三十年內(nèi)終止?！　≈茖W(xué)家，哈佛大學(xué)終身教授威爾遜(Edan)在美國《科學(xué)》上公布DNA計算機(jī)的理論，并成功運用DNA計算機(jī)解決了一個有向哈密頓路徑問題[7]。DNA計算機(jī)的提出，產(chǎn)生于這樣一個發(fā)現(xiàn)，即生物與數(shù)學(xué)的相似性：(1)生物體異常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是對由DNA序列表示的初始信息執(zhí)行簡單操作(復(fù)制、剪接)的結(jié)果；(2)可計算函數(shù)f(ω)的結(jié)果可以通過在ω上執(zhí)行一系