WEBVTT

00:00:01.125 --> 00:00:05.268
当我带着我的新诺基亚手机，
迈着轻快的步伐去上高中时，

00:00:05.292 --> 00:00:07.684
我以为它是我
老旧粉红公主款对讲机的

00:00:07.708 --> 00:00:10.684
最新最酷的替代品。

00:00:10.708 --> 00:00:14.559
然而现在，我和朋友不论在哪里，

00:00:14.583 --> 00:00:15.851
都可以互相发信息或者对话，

00:00:15.875 --> 00:00:17.143
而不再需要像

00:00:17.167 --> 00:00:19.753
在后院里东奔西跑时
那样假装互相对话。

NOTE Paragraph

00:00:20.417 --> 00:00:22.143
坦白说，

00:00:22.167 --> 00:00:26.434
在那个时候，我并没有想过太多
这些装置是如何制造出来的。

00:00:26.458 --> 00:00:28.809
它们就像在圣诞节的早晨突然出现，

00:00:28.833 --> 00:00:31.667
所以也许是被圣诞老人
手工店的小精灵做出来的。

NOTE Paragraph

00:00:32.875 --> 00:00:35.018
我想问你们一个问题。

00:00:35.042 --> 00:00:38.208
你们认为谁是真正
制造这些设备的小精灵？

00:00:39.333 --> 00:00:41.476
如果我问一些我认识的人，

00:00:41.500 --> 00:00:45.143
他们会说是硅谷里面那些
穿着连帽衫编辑代码

00:00:45.167 --> 00:00:47.234
的软件工程师。

00:00:47.833 --> 00:00:49.768
但是在这些设备进行
任何代码编辑前，

00:00:49.792 --> 00:00:52.101
它们已经经过了大量的准备工作。

00:00:52.125 --> 00:00:55.643
这些设备的诞生是从原子级别开始的。

00:00:55.667 --> 00:00:57.351
所以如果你问我这个问题，

00:00:57.375 --> 00:00:59.958
我会说，那些真正
的小精灵是化学家们。

00:01:00.875 --> 00:01:03.125
是的，我说的是化学家们。

NOTE Paragraph

00:01:04.000 --> 00:01:08.184
化学是电子通讯技术的幕后英雄。

00:01:08.208 --> 00:01:10.976
我今天的目的就是说服你们

00:01:11.000 --> 00:01:12.250
赞同我的观点。

NOTE Paragraph

00:01:13.667 --> 00:01:15.559
让我们从简单一点的开始，

00:01:15.583 --> 00:01:20.018
从内部来看看
这些令人痴迷的设备。

00:01:20.042 --> 00:01:22.059
因为没有化学，

00:01:22.083 --> 00:01:25.976
我们所喜爱的这个信息高速公路，

00:01:26.000 --> 00:01:29.292
将会只是一个非常昂贵的、
闪亮的压纸器。

00:01:30.708 --> 00:01:33.250
化学使每一层材料能够发挥作用。

NOTE Paragraph

00:01:34.167 --> 00:01:36.351
让我们从显示层开始。

00:01:36.375 --> 00:01:38.934
你们认为我们是如何得到这些

00:01:38.958 --> 00:01:41.143
令人爱不释手的明亮生动的颜色的？

00:01:41.167 --> 00:01:42.434
事实上，

00:01:42.458 --> 00:01:45.268
嵌入在显示层中的有机聚合物，

00:01:45.292 --> 00:01:49.476
能够把电流变成我们在图片中看到的

00:01:49.500 --> 00:01:51.500
令人赏心悦目的蓝色、红色和绿色。

NOTE Paragraph

00:01:52.750 --> 00:01:54.976
那么电池层呢？

00:01:55.000 --> 00:01:57.309
目前有一些密集的研究。

00:01:57.333 --> 00:02:01.184
我们如何将传统电池的化学原理

00:02:01.208 --> 00:02:04.601
与新兴的、高表面积电极相结合，

00:02:04.625 --> 00:02:08.268
使得我们能够将更多的电荷
放进一个更小的空间，

00:02:08.292 --> 00:02:10.643
这样当我们自拍时，

00:02:10.667 --> 00:02:12.351
设备可以续航一整天，

00:02:12.375 --> 00:02:14.309
不必再去给电池重新充电，

00:02:14.333 --> 00:02:16.583
或者在一个插座附近坐着。

NOTE Paragraph

00:02:18.125 --> 00:02:21.643
再看看把这些全都
紧紧固定在一起的粘合剂，

00:02:21.667 --> 00:02:24.518
它经得起我们的频繁使用吗？

00:02:24.542 --> 00:02:26.518
毕竟，作为千禧一代，

00:02:26.542 --> 00:02:30.476
我不得不每天
把手机拿出来检查 200 次，

00:02:30.500 --> 00:02:33.333
并且在这个过程中摔了两到三次。

NOTE Paragraph

00:02:36.042 --> 00:02:38.226
但是什么才是
这些设备真正的大脑？

00:02:38.250 --> 00:02:42.059
为什么我们对它们爱不释手？

00:02:42.083 --> 00:02:45.334
这些都和电子组件，

00:02:45.334 --> 00:02:48.643
以及围绕在一个印刷电路板
周围的电子线路有关。

00:02:48.667 --> 00:02:51.184
或者也许你更喜欢生物学隐喻——

00:02:51.208 --> 00:02:53.417
你应该听说过的，主板。

00:02:55.000 --> 00:02:58.309
围绕印刷电路板，
并没有太多真正的讨论。

00:02:58.333 --> 00:03:00.559
坦白讲，我不知道这是为什么。

00:03:00.583 --> 00:03:02.809
可能是因为它是最不吸引人的一层，

NOTE Paragraph

00:03:02.833 --> 00:03:06.518
并且它隐藏在其它所有
设计流畅的应用层下面。

00:03:06.542 --> 00:03:09.875
但是现在是时候给予这
名不见经传的一层

00:03:09.875 --> 00:03:13.643
超人般的赞誉了。

NOTE Paragraph

00:03:13.667 --> 00:03:16.184
所以我想问你们一个问题。

00:03:16.208 --> 00:03:18.563
你们认为什么是印刷电路板？

00:03:19.500 --> 00:03:21.601
考虑用隐喻的方式。

00:03:21.625 --> 00:03:23.851
想想你居住的城市。

00:03:23.875 --> 00:03:27.184
你知道所有的景点，然后你想去：

00:03:27.208 --> 00:03:30.101
你家里，你工作单位，餐厅，

00:03:30.125 --> 00:03:32.375
以及每个街区的星巴克。

00:03:33.208 --> 00:03:36.458
所以我们修了
将它们都连接起来的路。

00:03:37.833 --> 00:03:40.351
这就是印刷电路板。

00:03:40.375 --> 00:03:43.143
除了那些类似餐厅的东西，

00:03:43.167 --> 00:03:46.934
我们在芯片上用晶体管，

00:03:46.958 --> 00:03:48.268
电容器，电阻器替代了它们，

00:03:48.292 --> 00:03:50.768
所有这些电子元件，

00:03:50.792 --> 00:03:53.976
都需要可以相互通话的方式。

00:03:54.000 --> 00:03:55.750
那么我们的道路呢？

00:03:56.667 --> 00:03:59.417
我们造了微小的铜线。

NOTE Paragraph

00:04:00.667 --> 00:04:01.934
所以下一个问题是，

00:04:01.958 --> 00:04:04.226
我们如何制造这些微小铜线？

00:04:04.250 --> 00:04:05.893
它们非常的小。

00:04:05.917 --> 00:04:08.393
可不可能，我们走进一家硬件商店，

00:04:08.417 --> 00:04:10.393
拿一轴铜线，

00:04:10.417 --> 00:04:13.393
再用那些钢丝钳，一点线缆，

00:04:13.417 --> 00:04:16.792
把它们组装起来，然后，砰——
我们就有了印刷线路板吗？

00:04:18.000 --> 00:04:19.268
没门。

00:04:19.292 --> 00:04:21.726
我们需要的铜线是非常微小的。

00:04:21.750 --> 00:04:25.375
所以我们不得不
依靠我们的朋友：化学。

NOTE Paragraph

00:04:26.708 --> 00:04:29.809
化学工艺使制造这些微小铜线

00:04:29.833 --> 00:04:31.851
看起来似乎非常简单。

00:04:31.875 --> 00:04:33.643
我们从一个带正电的铜球的

00:04:33.667 --> 00:04:37.059
溶液开始。

00:04:37.083 --> 00:04:41.518
然后我们加入一个
绝缘的印刷电路板。

00:04:41.542 --> 00:04:44.934
同时我们通过往混合液里加入甲醛

00:04:44.958 --> 00:04:46.726
给带正电的球体里

00:04:46.750 --> 00:04:49.143
提供带负电的电子。

00:04:49.167 --> 00:04:50.934
你可能还记得甲醛是什么。

00:04:50.958 --> 00:04:52.726
非常独特的气味，

00:04:52.750 --> 00:04:56.059
用来在生物课上保存青蛙。

00:04:56.083 --> 00:04:58.851
是的，事实证明它可以用来
做更多的事情。

00:04:58.875 --> 00:05:00.934
并且这是制造这些微小铜线的

00:05:00.958 --> 00:05:03.208
关键部分。

00:05:04.208 --> 00:05:07.559
于是，这些甲醛上
的电子有了内驱力。

00:05:07.583 --> 00:05:11.375
它们想跳上这些带正电的铜球。

00:05:12.500 --> 00:05:16.768
这些都是因为一个叫
氧化还原的过程。

00:05:16.792 --> 00:05:18.059
当这个反应发生的时候，

00:05:18.083 --> 00:05:21.768
我们可以将这些带正电的铜球

00:05:21.792 --> 00:05:24.226
变成明亮的，

00:05:24.250 --> 00:05:28.684
闪光的，金属的，有传导性的铜。

00:05:28.708 --> 00:05:30.934
一旦我们有了带传导性的铜，

00:05:30.958 --> 00:05:32.434
就相当于我们已经
在用天然气做饭了。

00:05:32.458 --> 00:05:34.768
那么，我们能够使所有电子元件

00:05:34.792 --> 00:05:36.059
互相之间进行交流了。

00:05:36.083 --> 00:05:38.500
所以再次谢谢化学。

NOTE Paragraph

00:05:39.625 --> 00:05:41.226
让我们来想想，

00:05:41.250 --> 00:05:44.458
思考一下有了化学以后
我们走了多远。

00:05:45.583 --> 00:05:48.268
很明显，在电子通讯领域，

00:05:48.292 --> 00:05:49.976
尺寸非常重要。

00:05:50.000 --> 00:05:53.434
所以让我们思考一下
如何才能缩小设备的尺寸，

00:05:53.458 --> 00:05:57.018
这样我们可以从
90 年代的大哥大，

00:05:57.042 --> 00:05:58.893
过渡到一种更加流畅的，

00:05:58.917 --> 00:06:01.934
就像今天我们可以
装进口袋里的手机。

00:06:01.958 --> 00:06:03.476
尽管，现实一点：

00:06:03.500 --> 00:06:07.351
很显然没有东西可以
装进女士裤子的口袋里，

00:06:07.375 --> 00:06:10.351
如果你可以找到一对有口袋的裤子。

NOTE Paragraph

00:06:10.375 --> 00:06:11.393
（笑声）

NOTE Paragraph

00:06:11.417 --> 00:06:14.542
并且我也不认为化学
可以帮我们解决这个问题。

00:06:16.833 --> 00:06:20.059
但是比让实际设备
缩小尺寸更重要的是，

00:06:20.083 --> 00:06:22.476
我们如何使内部的电路

00:06:22.500 --> 00:06:24.434
缩小 100 倍，

00:06:24.458 --> 00:06:27.851
以便使电路从微米尺寸

00:06:27.875 --> 00:06:29.833
直接缩小到纳米尺寸？

00:06:30.833 --> 00:06:32.101
因为，我们面对的是，

00:06:32.125 --> 00:06:35.726
现在我们需要更强大，更快的手机，

00:06:35.750 --> 00:06:39.917
而更强大和更快意味着
需要更多的电路。

NOTE Paragraph

00:06:41.333 --> 00:06:43.018
那么我们如何做到这一点？

00:06:43.042 --> 00:06:46.768
并不是说我们拥有某些
有魔力的电磁收缩射线，

00:06:46.792 --> 00:06:49.851
就像韦恩·萨林斯基教授在
“亲爱的，我把孩子们缩小了”里面

00:06:49.875 --> 00:06:51.226
用来缩小他的孩子们的机器。

00:06:51.250 --> 00:06:52.542
当然，他不是故意的。

00:06:53.792 --> 00:06:55.042
我们可以用他的机器吗？

00:06:55.958 --> 00:06:57.726
事实上，在该领域内，

00:06:57.750 --> 00:07:00.476
有一个过程和那个非常类似。

00:07:00.500 --> 00:07:03.393
它的名字叫光刻法。

00:07:03.417 --> 00:07:06.768
在光刻法里，我们使用电磁辐射，

00:07:06.792 --> 00:07:08.768
或者，我们更倾向于叫光，

00:07:08.792 --> 00:07:11.434
我们用它来缩小电路的一些部分，

00:07:11.458 --> 00:07:15.125
这样我们可以在一个非常小的
空间里塞进更多的电路。

NOTE Paragraph

00:07:17.583 --> 00:07:19.167
那么，这是如何运作的呢？

00:07:20.000 --> 00:07:21.934
我们从一个有一层

00:07:21.958 --> 00:07:24.893
感光膜覆盖的基底开始。

00:07:24.917 --> 00:07:28.476
然后我们用一张膜把它盖住，

00:07:28.500 --> 00:07:30.059
膜上面有一些

00:07:30.083 --> 00:07:33.893
用来定制手机功能的
细线和特性的图案。

00:07:33.917 --> 00:07:37.643
接着我们让基底暴露在
一束明亮的光下，

00:07:37.667 --> 00:07:40.958
在表面上留下一个阴影的图案。

00:07:41.875 --> 00:07:44.809
任何光透过的地方，

00:07:44.833 --> 00:07:48.101
都将会引起一个化学反应。

00:07:48.125 --> 00:07:52.684
并且会将图案的图像烙进基底里。

NOTE Paragraph

00:07:52.708 --> 00:07:54.809
所以你可能想问一个问题，

00:07:54.833 --> 00:07:56.768
我们如何从一个烧出来的图像

00:07:56.792 --> 00:07:59.851
得到干净的线条和特征？

00:07:59.875 --> 00:08:02.476
要实现这个目的，
我们必须使用一种

00:08:02.500 --> 00:08:04.101
叫显影剂的化学溶液。

00:08:04.125 --> 00:08:06.143
这种显影剂比较特别。

00:08:06.167 --> 00:08:09.726
它的作用是将没有曝光的区域

00:08:09.750 --> 00:08:11.684
有选择性的去除掉，

00:08:11.708 --> 00:08:14.643
留下干净的线条和特征，

00:08:14.667 --> 00:08:17.250
让我们的小型设备正常工作。

NOTE Paragraph

00:08:18.417 --> 00:08:22.101
所以，现在我们已经使用
化学打造出了我们的设备，

00:08:22.125 --> 00:08:25.476
也用它缩小了我们的设备。

00:08:25.500 --> 00:08:28.684
所以我可能已经说服了你们，
化学才是真正的英雄，

00:08:28.708 --> 00:08:30.167
那我们就可以到这里结束了。

NOTE Paragraph

00:08:30.701 --> 00:08:31.851
（掌声）

NOTE Paragraph

00:08:31.875 --> 00:08:33.393
等一下，还没有。

00:08:33.417 --> 00:08:35.018
没这么快。

00:08:35.042 --> 00:08:36.893
因为我们都是人类。

00:08:36.917 --> 00:08:39.518
作为一个人类，我总是想要更多。

00:08:39.542 --> 00:08:42.226
所以现在我想思考如何使用化学

00:08:42.250 --> 00:08:45.210
从一个设备中提取出更多的东西。

NOTE Paragraph

00:08:45.833 --> 00:08:49.809
现在，我们知道了我们想造 5G，

00:08:49.833 --> 00:08:52.625
或者说承诺的第五代无线技术。

00:08:53.458 --> 00:08:55.559
你应该已经在商业领域听说过，

00:08:55.583 --> 00:08:57.625
5G 已经开始出现了。

00:08:58.708 --> 00:09:00.684
或者你们中的一些人也许已经在

00:09:00.708 --> 00:09:02.875
2018 年冬奥会体验过了。

00:09:03.875 --> 00:09:06.226
5G 最使我兴奋的是，

00:09:06.250 --> 00:09:09.934
当我迟到了，冲出家门去赶飞机，

00:09:09.958 --> 00:09:13.101
我可以用 40 秒
下载电影到我的手机上，

00:09:13.125 --> 00:09:14.792
而不是 40 分钟。

00:09:16.000 --> 00:09:17.809
但是一旦 5G 真的来了，

00:09:17.833 --> 00:09:20.101
比起我们可以
放多少部电影在手机里，

00:09:20.125 --> 00:09:21.458
它实际上有更深远的意义。

NOTE Paragraph

00:09:22.458 --> 00:09:25.458
那么问题来了，
为什么真正的 5G 还没来？

00:09:26.375 --> 00:09:28.351
我想与你们分享一个小秘密。

00:09:28.375 --> 00:09:30.851
这个问题很好回答。

00:09:30.875 --> 00:09:32.708
只是因为太难了。

00:09:33.833 --> 00:09:36.684
想想看，如果你用
那些传统的材料和铜

00:09:36.708 --> 00:09:38.601
来制造 5G 设备，

00:09:38.625 --> 00:09:41.625
信号并不能到达它的终点。

NOTE Paragraph

00:09:43.833 --> 00:09:48.351
传统上，我们用非常粗糙的绝缘层

00:09:48.375 --> 00:09:50.893
来使铜线发挥作用。

00:09:50.917 --> 00:09:52.976
想象一下尼龙搭扣。

00:09:53.000 --> 00:09:57.000
是粗糙度让两片东西能相互粘牢。

00:09:58.208 --> 00:10:00.433
如果你想要一个设备，
它的续航的时间

00:10:00.433 --> 00:10:01.976
比你把它从盒子里拿出来，

00:10:02.000 --> 00:10:04.018
并开始安装所有
的应用程序要长的话，

00:10:04.042 --> 00:10:06.090
这一点就非常重要。

NOTE Paragraph

00:10:07.250 --> 00:10:09.167
但是这种粗糙度引起了一个问题。

00:10:09.958 --> 00:10:13.393
在 5G 的高速下，

00:10:13.417 --> 00:10:17.184
信号不得不靠近粗糙面传输。

00:10:17.208 --> 00:10:21.000
那么在到达终点前它就会损失殆尽。

00:10:22.292 --> 00:10:24.018
想象一个山脉，

00:10:24.042 --> 00:10:27.518
环绕着一条错综复杂的道路系统，

00:10:27.542 --> 00:10:30.268
你试图到达山的那一边。

00:10:30.292 --> 00:10:31.559
那么你们同不同意，

00:10:31.583 --> 00:10:34.976
跟挖一条笔直的隧道，

00:10:35.000 --> 00:10:37.059
直接穿过山脉相比，

00:10:37.083 --> 00:10:39.726
翻山越岭

00:10:39.750 --> 00:10:42.143
要花上很长时间，

00:10:42.167 --> 00:10:44.601
而且还可能会迷路？

00:10:44.625 --> 00:10:47.309
这就是 5G 设备所面临的问题。

00:10:47.333 --> 00:10:49.684
如果我们可以去掉这个粗糙面，

00:10:49.708 --> 00:10:51.559
就可以让 5G 信号

00:10:51.583 --> 00:10:53.601
笔直穿过媒介而不受干扰。

00:10:53.625 --> 00:10:54.875
听起来不错，是吧？

NOTE Paragraph

00:10:55.792 --> 00:10:56.819
但是等一下。

00:10:56.819 --> 00:10:58.919
我有没有告诉你们，
我们需要那个粗糙面

00:10:58.919 --> 00:11:00.846
来保持设备相互连接？

00:11:00.846 --> 00:11:03.756
如果我们去掉了这部分，
就无法将铜固定在

00:11:03.756 --> 00:11:06.334
下面的基底上。

00:11:07.583 --> 00:11:10.434
想象用乐高积木搭建一个房子，

00:11:10.458 --> 00:11:14.684
相比于光滑的积木块，

00:11:14.708 --> 00:11:17.351
乐高积木的所有边边角角
都是嵌合在一起的。

00:11:17.375 --> 00:11:20.684
当两岁的小孩闯进客厅，

00:11:20.708 --> 00:11:23.559
试图扮演哥斯拉，
并且把所有东西都拆掉，

00:11:23.583 --> 00:11:26.187
这两个中哪一个的结构
会更稳固呢？

00:11:27.375 --> 00:11:29.583
但是如果我们
在光滑的积木块上用胶水呢？

00:11:31.125 --> 00:11:33.851
这就是行业目前在等待的东西。

00:11:33.875 --> 00:11:36.976
他们在等化学家们为某些铜线设计出

00:11:37.000 --> 00:11:39.518
增加了固有粘着力的

00:11:39.542 --> 00:11:41.583
新的、光滑的表面。

NOTE Paragraph

00:11:42.457 --> 00:11:43.934
当我们解决了这个问题——

00:11:43.958 --> 00:11:45.643
我们一定会解决这个问题——

00:11:45.667 --> 00:11:47.893
然后我们会跟物理学家
和工程师一起合作，

00:11:47.917 --> 00:11:51.101
解决 5G 的所有挑战，

00:11:51.125 --> 00:11:54.601
然后应用程序的数量
就会呈爆发性增长。

00:11:54.625 --> 00:11:57.518
是的，我们将会有像
自动驾驶汽车一样的应用，

00:11:57.542 --> 00:12:01.184
因为现在我们的数据网络
可以应对这个速度，

00:12:01.208 --> 00:12:04.643
并且信息的数量也
需要使它达到这个速度。

00:12:04.667 --> 00:12:07.518
但是，再让我们来想象一下。

00:12:07.542 --> 00:12:11.684
比如，我和一个对花生
过敏的朋友走进一家餐厅,

00:12:11.708 --> 00:12:13.476
拿出我的手机，

00:12:13.500 --> 00:12:14.851
对着食物晃一下，

00:12:14.875 --> 00:12:17.059
然后让食物来帮助我们

00:12:17.083 --> 00:12:20.309
回答一个非常重要的问题——

00:12:20.333 --> 00:12:23.042
这个食物是致命的还是安全的？

00:12:23.875 --> 00:12:26.851
或者我们的设备能够

00:12:26.875 --> 00:12:29.893
非常好的处理这些信息，

00:12:29.917 --> 00:12:32.893
这样它们就成为了我们的个人助理，

00:12:32.917 --> 00:12:36.184
能够了解对于我们
燃烧卡路里最有效的方式。

00:12:36.208 --> 00:12:37.518
我知道到了十一月，

00:12:37.542 --> 00:12:40.309
当我试图减掉一部分
因为怀孕长胖的体重，

00:12:40.333 --> 00:12:43.208
我会很高兴有一个设备
可以告诉我该怎么做。

NOTE Paragraph

00:12:44.542 --> 00:12:46.976
除了说，化学真的太酷了，

00:12:47.000 --> 00:12:49.143
我不知道还有什么别的方式
来形容它的神奇。

00:12:49.167 --> 00:12:53.018
它使这些所有
的电子设备成为了可能。

00:12:53.042 --> 00:12:57.018
所以下一次当你发信息
或者自拍的时候，

00:12:57.042 --> 00:12:59.559
想一想所有努力工作的原子，

00:12:59.583 --> 00:13:01.958
和在它们之前的革新。

00:13:03.000 --> 00:13:04.268
谁知道呢，

00:13:04.292 --> 00:13:06.601
也许你们当中的一些人，

00:13:06.625 --> 00:13:08.684
甚至通过移动设备，

00:13:08.708 --> 00:13:11.143
也会决定要协助
电子设备真正的英雄，

00:13:11.167 --> 00:13:12.476
化学队长，

00:13:12.500 --> 00:13:16.309
贡献自己的一份力量。

NOTE Paragraph

00:13:16.333 --> 00:13:17.934
谢谢大家的聆听，

00:13:17.958 --> 00:13:19.559
谢谢化学。

NOTE Paragraph

00:13:19.583 --> 00:13:22.833
（鼓掌）