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宾夕法尼亚州立大学的物理学家们最近做了一件听起来有点离奇的事:他们用普通透明胶带存储了信息,而且还能把它读取出来。
这项研究发表在《新物理学杂志》上,听起来像是某种科学玩笑,但背后的物理学原理和潜在应用,远比表面看起来严肃得多。
先说原理。当你把一段胶带部分剥离,然后再把它贴回去,剥离停止的那个位置会留下一条特殊的强力粘附线。这条线不会因为重新粘贴而消失,它就安静地待在那里,等着被"读取"。
研究团队把这个过程重复多次,每次剥离的距离比上一次短一点,就能在胶带上建立多条这样的粘附线,也就是多个"记忆"。
读取的方式同样直接:再次剥离胶带,当撕到每一条粘附线时,所需的力会明显增加,仪器可以检测到这个力的变化峰值。每个峰值对应一个记忆,记录下来,信息就被提取出来了。
更有意思的是,研究人员发现,最后形成的记忆总是第一个被读取到的,因为撕胶带时最先遇到的就是离起点最近的那条线。这种"后进先出"的特性,让胶带天然具备了一种简单的排序逻辑。
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物理学家内森·凯姆是这项研究的主导者之一。他指出,人们长期以来对开发不依赖电力的存储装置很感兴趣,因为电子计算机虽然强大,但存在安全漏洞,也存在断电失效的风险。
凯姆举了密码锁的例子来解释他们研究的核心概念,也就是"返回点记忆"。密码锁必须记住拨盘被旋转的顺序才能打开,这是一种机械存储行为,和电子存储在原理上有本质区别。
大多数此类系统有一个限制:输入必须交替方向进行,就像拨密码锁时要先顺后逆。一旦操作顺序出错,之前的记忆就会被清除。
胶带实验的突破在于,研究团队找到了一种只用单向输入,也就是只向一个方向剥离,就能写入多个记忆的方法。这打破了传统返回点记忆系统的限制,让机械存储变得更灵活、更实用。
凯姆还注意到,这种"最后记录最先读取"的特性,与神经科学中一种叫做"单次回溯比较"的工作记忆测试高度吻合。在这个测试里,受试者看到一系列刺激,需要将每个刺激与前一个进行比较。胶带记忆天然就能执行类似的逻辑,不需要任何电路。
当然,没有人真的打算用透明胶带来制造计算机。凯姆本人也明确说,未来的实际应用不太可能直接使用胶带这种材料。
但这项研究真正的价值在于,它揭示了软物质材料中机械记忆的底层规律,也就是变形、剥离、重排这些物理过程如何被用来编码和读取信息。
在这个领域,类似的研究正在多个方向同步推进。二氧化钒这种绝缘体材料可以"记住"电流等外部刺激;形状记忆聚合物在温度变化时能恢复预设形状;由羊毛废料制成的纺织品甚至可以被编程变形,用于航空航天和机器人领域。这些研究共同指向同一个问题:物质本身能不能成为计算的载体?
胶带实验给出的答案是:可以,而且实现方式可以出乎意料地简单。
一个不需要电源、没有芯片、不联网的机械存储系统,在某些特定场景下,可能比精密的电子设备更可靠,也更安全。比如极端环境下的传感记录,比如对电磁干扰敏感的特殊应用场合,比如那些根本无法接入电力的偏远地区。
凯姆说,这类研究的最终落点,是"我们目前无法想象"的实用技术。这句话听起来有点虚,但科学史告诉我们,很多改变世界的发明,最初都是从一个让人觉得"这有什么用"的基础研究开始的。
一卷普通透明胶带,或许只是这段旅程的起点。
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