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        從撬動地球到太空大炮 人類未來可能建造的“超級工程”是什么

        2020-04-02 12:05:10安德斯·桑德伯格
        海外星云 2020年23期
        關(guān)鍵詞:格林伯格齒輪

        人類能夠設(shè)計建造的最大的工程是什么?從舉起行星的裝置到太空大炮,安德斯·桑德伯格探索了一些人類歷史上最雄心勃勃的計劃。還有,為什么它們并非是“不可能”的?

        1603年,一位耶穌會修道士發(fā)明了一臺只用繩索和齒輪就能將整個地球提起來的裝置。

        克里斯多夫·格林伯格見證了耶穌會修士所寫的所有數(shù)學(xué)著作,格林伯格的工作類似于現(xiàn)代科學(xué)雜志的編輯。他謙虛而高效,而且總是想去解決問題。他的理由是,因?yàn)?0倍力矩的齒輪裝置可以讓一個人舉起10倍重的東西,那么使用24倍力矩的齒輪組,他就舉起地球,盡管速度會非常緩慢。

        像任何重視理論而不重視實(shí)踐的學(xué)者一樣,格林伯格省略了那些令人討厭的細(xì)節(jié): “我不會編織那些繩子,也不會細(xì)想齒輪的材料,或者齒輪應(yīng)該懸掛在什么地方: 因?yàn)檫@些是瑣事,留給別人去研究?!?/p>

        你可以在這里看到格林伯格理論上齒輪組的樣子。

        自從我們有了數(shù)學(xué),像格林伯格這樣有遠(yuǎn)見的學(xué)者就一直試圖想象工程學(xué)最遙遠(yuǎn)的應(yīng)用前景,即使當(dāng)時的技術(shù)非常有限。幾個世紀(jì)以來,他們一直夢想用機(jī)器來改造世界,改變地球表面,甚至重組宇宙。這種“超級工程”,有時也被稱為宏觀工程,都是雄心勃勃的項(xiàng)目,這些項(xiàng)目將重塑地球,或建造與地球大小相同的物體。憑借人類的創(chuàng)造力和想象力,這些未來的宏大夢想能告訴我們什么?

        超級工程的起源可以追溯到古希臘。阿基米德在很多事情上都很出名,但有一點(diǎn)是他最常自夸的:“給我一個支點(diǎn),我可以撬動地球!” 他想到了杠桿: 有一個固定的支點(diǎn),一個很長力矩比的杠桿可以產(chǎn)生巨大的力。就像格林伯格的齒輪組的作用一樣,他對這些力學(xué)的深刻見解,使人們渴望思考那些遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際意義的重大問題。

        從那時起,每當(dāng)一個物理定律被揭示為普遍存在時,下一步自然就是將其擴(kuò)展并探索理論結(jié)果。牛頓發(fā)現(xiàn)描述地球引力的定律同時適用于蘋果和月球。因此,早在太空旅行成為現(xiàn)實(shí)很久之前,他就指出,從原則上講,超級大炮可以按比例放大,以推動衛(wèi)星進(jìn)入地球軌道。這個想法后來在1865年的科幻小說《從地球到月球》(From The Earth to The Moon)中得到了描述。

        在儒勒·凡爾納的月球探索故事中,用于發(fā)射宇宙飛船“哥倫比亞”的巨型加農(nóng)炮

        在20世紀(jì),美國和其他地方的一些團(tuán)體曾認(rèn)真嘗試探索這種大炮是否可行,但這些努力都失敗了,于是牛頓的想法很容易被認(rèn)為是一個錯誤的預(yù)測。但值得注意的是,我們目前的太空運(yùn)輸模式就是火箭,也曾經(jīng)也被認(rèn)為是不太可能和不切實(shí)際的。1920年,《紐約時報》大張旗鼓對太空運(yùn)輸?shù)幕孟胝哌M(jìn)行了嘲諷,暗示他們連中學(xué)生的物理水平都沒有。(1969年,在阿波羅11號宇航員飛向月球的第二天,該報輕松地聲明撤銷當(dāng)年的報道。)

        多年來,人們對太空的想象也有了類似的理論飛躍,這讓一些人開始質(zhì)疑是否可以建造軌道電梯。通過在平衡物上懸掛一根非常結(jié)實(shí)的電纜,(僅在地球上)有一個真正的太陽能電梯進(jìn)入太空是完全可能的。通過將航天器拋離纜繩的一端,它們可以用最少的燃料被推進(jìn)到其他天體上。月球或火星上的電梯看起來更可行,這要?dú)w功于那里的低重力。

        在進(jìn)一步擴(kuò)大我們征服宇宙雄心的同時,其他人也在推測未來人類是否可以將火星改造成適合居住的地方,或者在太陽周圍建造一個太陽能收集器的“戴森球體”。在很長一段時間內(nèi),我們可能想要進(jìn)行修改,使太陽作為恒星持續(xù)的時間更長,使地球軌道更寬,甚至使恒星在星系之間移動。這些預(yù)測在今天都是牽強(qiáng)附會的,但數(shù)學(xué)和物理學(xué)并不能排除這些可能性。

        重新打造地球

        在地球上,超級工程的夢想也激發(fā)了各種烏托邦式的藍(lán)圖,包括大規(guī)模地改變海洋和大氣。

        在20世紀(jì)20年代及以后,赫爾曼·索爾的亞特蘭蒂斯項(xiàng)目曾夢想在直布羅陀海峽修建一座水力發(fā)電大壩。地中海的海平面將會下降200米,為人們開辟新的居住之地。作為第一個大壩的補(bǔ)充,另一座大壩橫跨達(dá)達(dá)尼爾海峽,鎖住黑海。西西里和突尼斯之間也建一座大壩,進(jìn)一步降低地中海中心水位, 拓展蘇伊士運(yùn)河并將其鎖住, 另外將剛果河引入乍得湖附近盆地,并灌溉撒哈拉沙漠。今天,即使政治上允許,出于生態(tài)的考慮,人們大概也會放棄這種考慮; 但當(dāng)年如果有意愿和資金,人們很可能已經(jīng)嘗試過了。

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        這個項(xiàng)目的現(xiàn)代版,更像是一個警告,而不是一個提議(目前仍處在仔細(xì)分析階段),即在蘇格蘭、挪威、法國和英國之間的北海筑壩,以應(yīng)對海平面上升。

        1957年~1977年期間,Plowshare項(xiàng)目是開發(fā)核爆破技術(shù),以應(yīng)用于美國大規(guī)模建設(shè)項(xiàng)目。蘇聯(lián)也有類似的為國民經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目開發(fā)核爆破技術(shù)。這些想法包括使用核爆破拓寬巴拿馬運(yùn)河,在山脈中挖掘人工港口或道路,以及開發(fā)地下天然氣或石油儲藏。但是,這些會造成輕度放射性污染的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)從未真正展開。

        然而,地球工程學(xué)正方興未艾。這涉及人工干預(yù)氣候系統(tǒng),無論是往云中增加海水使之更白,向平流層中添加氣溶膠,還是在太空中添加遮光劑,以減少太陽能的輸入;或使用碾碎的橄欖石,種植藻類,或采用泵入地下的方式降低二氧化碳排放。減少二氧化碳排放是可能的,甚至必要的,但控制太陽能輸入絕對是一個有風(fēng)險的想法。

        為了好玩而狂妄自大

        這種超級工程背后的邏輯是什么?這不僅僅是因?yàn)榧埳习缪萆系酆苡腥ぁ?/p>

        在很多情況下,這是“越多越好” 的邏輯: 獲得農(nóng)業(yè)用地是好事,為什么不嘗試獲得盡可能多的土地呢?如果能源是有價值的,為何不利用已知的技術(shù),收集到更多的能量呢?它告訴我們一些重要的事情,人類能力的極限在哪里?以及如果我們真的想要,我們可以獲得多少?其目的不是預(yù)測“如何”或“何時”,而更多的是闡明宇宙法則是否真的是最終障礙。它可以幫助我們區(qū)分不可能和絕對不可能。

        許多超級工程項(xiàng)目,在制造者眼中,都是強(qiáng)烈的烏托邦愿景。索爾相信亞特蘭蒂斯項(xiàng)目將提供能源、耕地和改善氣候,但也有助于將歐洲和非洲團(tuán)結(jié)在一起。俄羅斯哲學(xué)家尼古拉·費(fèi)多羅夫?qū)⑻鞖饪刂谱鳛樗挠钪嬲撚媱澋牡谝徊剑院推浇y(tǒng)一人類的未來,太空和永生。關(guān)鍵是,為了一個宏偉的目標(biāo)而共同努力,與其說是為了提升環(huán)境,不如說是為了提升人類。

        人們很容易對這些夢想一笑置之,認(rèn)為是不切實(shí)際的烏托邦主義或技術(shù)至上的狂妄自大。然而,地球周圍現(xiàn)在就被環(huán)繞一個網(wǎng)絡(luò)覆蓋,以每秒10的15次方的拍字節(jié)的速度傳輸數(shù)據(jù),存儲數(shù)據(jù)則是以10的18次方艾字節(jié)為單位,而你現(xiàn)在可能正在使用(互聯(lián)網(wǎng))。想象有一個比足球場還大的機(jī)器,移動的速度比一顆來福槍子彈還快。歐洲的另一臺機(jī)器周長27公里(17英里),可以將能量轉(zhuǎn)化為奇異物質(zhì)(大型強(qiáng)子對撞機(jī))。阿基米德或牛頓會怎么想?

        電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和州際公路規(guī)模龐大,但我們卻把它們視為理所當(dāng)然

        事實(shí)上,我們生活在我們幾乎沒有注意到的超級工程中。一些大規(guī)模的環(huán)境工程幾乎是看不見的。荷蘭、林肯郡、劍橋郡和諾福克郡的沼澤都是填海造陸得來的。亞馬遜雨林并不像人們曾經(jīng)認(rèn)為的那樣原始: 它被種植了數(shù)千年。東南亞的梯田和現(xiàn)代大都市都是改造成景觀的成果。有時會有宏偉的計劃,但通常是潛移默化的。

        它何時起作用,為什么起作用?

        超級工程的通常是成本超支、病態(tài)計劃和糟糕項(xiàng)目管理的混合。如果如此差,為什么有些會成功呢?

        如果我們考慮實(shí)際發(fā)生的超級工程,東南亞部分地區(qū)的梯田, 荷蘭的填海造地,美國州際高速公路系統(tǒng), 互聯(lián)網(wǎng)——它可以分步驟實(shí)現(xiàn)的;有同類經(jīng)驗(yàn)可以借鑒;各個子項(xiàng)目可以停止和恢復(fù);即使某部分失靈,系統(tǒng)可以整體運(yùn)轉(zhuǎn)良好。它們是可以且有必要維護(hù)的。

        文學(xué)作品中許多個人一意孤行創(chuàng)造宏大但往往脆弱的東西,超級工程與之截然不同。一些超級工程可能比初初看到的更加模塊化和實(shí)用。問題不在于規(guī)模,而在于需要什么樣的協(xié)調(diào)形式。以前面提到的構(gòu)建戴森球體為例, 這似乎很遙遠(yuǎn),但從某種意義上說,我們已經(jīng)在太陽軌道上放置了衛(wèi)星。如果我們再持續(xù)幾百萬年,就可能會出現(xiàn)戴森球體。

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        自上而下推動世界朝向更好狀態(tài)發(fā)展的宏大計劃,不如自下而上零零碎碎的解決方案。然而,我們需要有遠(yuǎn)見,知道有一天可能會發(fā)生什么(“當(dāng)然,我們還不能建造太空電梯……但總有一天會有!”),并雄心勃勃的思考我們想要走向的大方向——可持續(xù)性、空間、繁榮、安全。

        狂妄的烏托邦也許最好留在紙上,而不是建立在現(xiàn)實(shí)世界里,但我們也可以認(rèn)識到,在改造世界的方面,如今比人類歷史上任何時候都有更多雄心勃勃的想法。我們可能還沒有改變星球位置的技術(shù),但阿基米德可能會很高興知道我們有更多的杠桿。(本文作者安德斯·桑德伯格博士是牛津大學(xué)人類未來研究所的研究員) (摘自英國廣播公司新聞網(wǎng))(編輯/小文)

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