从昨天开始,喉咙就一直很痛,晚上开始流鼻涕,睡觉的时候发烧头疼,晚上来回醒了好几次浑身都是汗,第一次醒来还做了个噩梦。
今天起来头疼浑身酸痛无力,什么都干不进去,于是我就在床上躺了一天,一直在思考睡眠和做梦的一些问题,这篇文章就是这些思考的一个简单记录。
先看看睡眠,生物界的大部分动物都进化出来了这种机制。他的根本原因应该起源于我们的眼睛感光机制和地球形成的白天和黑夜,等晚上看不见东西的时候,整个生物世界几乎都平静了下来,这时候机体就可以进入某种修复状态。如果把我们的身体看成一个精巧的机器人的话,那么晚上的时段就是在维修保养。
简单的维修保养只要躺在地上静坐不动就可以了,我们为什么要失去自我意识,进入所谓的睡眠这种状态呢?实际上失去意识对很多动物来说是很危险的,因为在这个过程中他们很可能遭到其他捕食性动物的攻击。
这很可能是我们大脑的运行机制导致的。假设我们大脑的神经元之间的突触间的递质不停的进行传递,以及神经元上电位的流动变化的一个复杂网络,形成了某种电和化学反应的一个复杂的过程,我们把这个过程产生的不停的思考的自我,认为是意识的起源的话,那么这个复杂的电和生物化学反应过程很有可能产生某种杂质或者说反应输出的垃圾副产物。
这些副产物很有可能无法在这个过程进行的当中清除掉,必须关掉整个反应过程,才能执行一些清理修复工作。这也许就是我们必须睡眠的原因,我们看一些场景,比如说在中午,很累的情况下稍微打个盹儿就能恢复精神状态。这极有可能就是在自我意识关闭的那个短暂间隙,大脑执行了一些垃圾清理工作。
如果我们仔细的研究这些垃圾物质的产生机制以及大脑的代谢过程,很有可能发现一些大脑运行机制的起源,以及对自我意识如何产生这个深刻的哲学问题,提供更多的科学论证。这需要医学和生物科学界更多的努力和投入,我们现在的技术手段毕竟还是有限。
我们再研究一下大脑的结构。很多东西是特别复杂的,我们举个例子来类比一下。比如我们有一个简单的下棋程序,他可以下过人类的大部分选手,我们做一个简单的机器人,把这个程序放在他所谓的头部的大脑位置,当然这个程序是在一块儿具有存储和执行单元的芯片上运行的,我们模拟出来几个简单的机械的手可以在棋盘上进行操作,看起来是一个有点儿简单智能的机器人的样子。
如果这个机器人被某种外星人发现了,他们拆开这个机器人尝试研究这个机器人具有的一些简单的智能的来源,于是就把他的大脑也就是所谓的芯片给拆解开,研究里边的构造细节。那么他们能够发现什么呢?
他们无非是看到一些各种各样的沟槽和掺杂构成的pn结形成那个所谓的晶体管和门电路罢了,这些门电路构成了我们所谓的控制和存储单元,通过精确的电流和时序来形成某种程序过程。
但是对于不懂我们计算机基本原理的外星人来看,他们只看到电流在这些所谓的复杂的电路结构中流过就产生了看到的所谓的简单智能,很难从电流本身去拆解还原出来我们整个程序和复杂系统的构造。
引用莱布尼茨的一段话,很早以前看到的,我忘记原文出自哪里了,大致意思是,如果我们可以把人类的大脑放大,比如说就像一个磨坊的大小,我们可以清楚的看到里边每一个细胞和神经元之间的连接构造,这样我们可以从中看出来,我们大脑思维的过程是如何产生的吗?不是的,我们什么也看不出来。
这跟我们假设的外星人拆我们的芯片研究电流一样,很难逆向从中推理出来他上层的运行逻辑。
也许我们可以尝试从另一个角度,也就是说从顶往下的角度来研究大脑的结构,也就是从我们自己的思维本身里的一些概念原理推理的过程,进而尝试去研究我们大脑产生智慧的本质。同样是莱布尼茨,他曾提出过构造一种通用的人类的语言,不同于我们的汉语英语,这种语言是非常精确的,每一个词都对应我们大脑里的相应的概念。我们可以用这种语言进行精确的逻辑推演,一些概念会被更基础的概念组成或者推理出来,这就形成了我们整个人类的智慧体系,甚至可以进行思考推理未来更复杂的东西。
然而我们多年的尝试表明这个语言是很难被创造出来的,在某种程度上,它类似于我们现在所谓的形式逻辑的哲学分支。或者更具体一点,它形成了我们现在所谓的谓词演算和数理逻辑的概念和学科,也算是现在人工智能的一个分支吧,有兴趣的可以研究一下。
讨论的有点儿发散了,我们再回到一开始的话题,讨论一下做梦相关的东西吧。
我们为什么要做梦呢?以及大脑是如何产生梦境的各种机制呢?
也许做梦有一定的生理上的意义,比如巩固大脑的某些功能或者强化记忆之类的。又或者,也许他就是生物进化过程中为了等待天亮,而形成的一种避免过度无聊的机制。
有一种说法是做梦其实是早期生物在尝试对各种危险环境的复盘,比如在梦境中尝试对其他生物的攻击进行有效的反抗或者逃跑,类似一个虚拟的训练过程环境,不过这个说法可能还有待更多的科学验证。
也可能梦境本身没有任何意义,他只是是生物进化过程中的一个副产物而已。
我们再讨论一下梦境产生的机制。
实际上做梦的过程中,我们的自我意识已经是被运行起来的了,跟深度睡眠不同,这时候身体也处于一种警戒状态,很容易被周边环境的声音和震动惊醒。
做梦的过程跟现实过程的差别其实并不大,我们可以很清晰的感受到自我的存在,并进行各种判断选择,跟现实不同的只是梦里边输入输出是大脑模拟出来的。比如我们的眼睛看到和耳朵听到这些所谓的输入,这时候是被屏蔽掉的。我们在梦境里看到和听到的都是大脑模拟生成的假信号,同样我们的手和脚这些运动器官的输出也被屏蔽掉了,我们在梦里会生成一些身体的假象,尝试运动的时候会看到这些运动输出被执行。
也许大脑里有某个功能单元,我们姑且把它称作梦境生成器吧,在做梦的时候他会接管我们身体的输入和输出,随机的产生各种各样的梦境。
实际上这个功能单元可能并不复杂,他生成梦境也不是通过自己本身产生的,而是在梦境中我们的自我意识想到的一些东西或者念头,这个梦境生成器从这些念头里边随机的挑选一些概念想法,然后从大脑里检索各种各样曾经有过的场景,拼凑出来的一个梦境场景,然后我们的意识思维根据这个梦境不停的去思考想象一些可能的新的想法念头,这个生成器察觉到这些想法念头进而拼凑生成新的一些梦境,于是这个循环过程就不断的生成了连续的梦境。
因为这个生成器是根据我们在梦里大脑的想法随机拼凑合成的一个连续过程,所以我们的梦有很多是非常不符合逻辑的,但是他的场景都是很真实的从我们现实生活中选择拼凑生成的,当然有一些各种各样拼凑出来的奇怪的东西。
所谓“日有所思,夜有所梦”,这个生成器就是根据我们的念头,从我们曾经见到过的各种场景中收集拼凑,所以我们在梦里看到的大部分都是现实场景中曾经发生过的,或者很久以前发生过的或者看到的自己没有意识到,以及这个生成器通过各种拼凑组合形成的各种各样奇怪的生物和事物。
其实我们可以通过仔细的观察我们的梦境,然后去研究这个梦境生成器的原理机制的。这可以作为我们的医学或者心理学的一个课题,有些人可能会不以为然,不认为这是什么值得研究的东西。然而所谓真正的科学,就是凡事都去较真。真的去较真了,仔细的去推理研究发现很多东西的运行理论和机制可能都是很简单的。
好了,基本上就这些了,这篇文章就是简单的记录一下几个琐碎的想法,可能看起来没那么连贯。
]]>任何传说都基于一定的事实基础,我们的先人不太可能凭空创造一种神秘的生物,即便是神话,那也要有最初的事实基础内核原型,然后才能在上面进行各种演绎想象。
一种说法是龙起源于蛇,它的形象是很像的。在我看来这种说法的可信度并不高。蛇是一种很普遍的生物,而且很招人讨厌,人类本能上厌恶这种生物,很难想象我们的祖先会敬畏崇拜它。
而且我们的祖先是见过蛇的,并给他取了一个叫做蛇的名字,那就说明它跟龙没有任何关系, 龙这个字的出现即便不比蛇早也不会比他晚, 这件事上是没有任何含混可言的, 即便是巨大的蛇,比如说蟒蛇我们的祖先也不认为他是龙并专门给他取了蟒这个名字。
而且无论怎么含糊,龙有爪子,这一点是确凿无疑的,这跟蛇有本质的区别。
还有另一种说法,就是龙起源于鳄鱼,后来华北平原的鳄鱼灭绝了就成为逐渐演化成后来的龙的形象了。这个说法看起来似乎有点道理,而且鳄鱼是是水生动物,比较契合。然而,古代鳄鱼是有明确记载的,它的名字叫鼍,鳄鱼皮被用来做鼓,诗经里有“鼍鼓逢逢”的记录。
我们的汉字是一种象形文字,透过几千年的历史,即便很多东西没有文字记录下来,我们单纯分析文字符号本身就可以找到一些蛛丝马迹。
比如刚才说到的鼍,这个字的字形本身就很像一只鳄鱼。我们再举一些其他例子看看。
当年在商周旁边的一些少数民族部落,每个部落都有一个符号文字来对他们,分别是东夷,西戎,南蛮,北狄。演化到了今天这些词已经被用来称作那些落后文明部落了,甚至用来贬义指代外部的敌人,比如蛮夷。晚清刚接触西方先进技术的时候就说,师夷长技以制夷,包含了一定程度的自大,又觉得对方好像更厉害一点,但嘴上却又不愿示弱。
夷这个字,甲骨文可以明显地看出是一个绑着绳子的箭矢,即便是现在的字的形态,也可以拆分为一个拿着弓的人,这个字很明显说明了东边的部落喜欢拿弓射箭。他们的战斗力并不是特别弱,比如当年商就是因为征东夷人而国力大损,西周崛起并取代了它,这就是我们都知道的武王伐纣的故事了。
狄这个字就更形象了,甲骨文是一个人一只狗,金文则是一堆火旁边一只狗,今天这个字也是火的旁边有一只狗,非常形象生动的描述了北方少数民族的特征。
蛮字是上面两边挂着丝,下边有一条蛇,这表明了南方少数民族的特点。
戎这个字是戈和十构成,代表了矛戈和盾牌,很有可能是说西北少数民族的战斗特点。不过这个字后边演化的意义比较多,指代战争征伐,还有戎车之说,这里我们先不讨论更多的细节了吧。
这些字都很形象的表明了周边少数民族部落的特点。虽然今天有一些贬义吧,但周边这些少数民族在历史上多年的融合征战中,都已经成为了中华民族的一分子,我们今天大部人的基因里边很有可能都包含来自他们的一部分。
说这么多,只是为了表明汉字本身就包含了很多信息。另外还有一个就是每一个部落都会有一个他们自己的符号或者图腾,这在古代是为了互相之间的区分,甚至很有可能在没有文字的时候,他们就把这些符号画在自己部落的旗帜衣服甚至额头上都是有可能的,以便跟其他部落进行区分。
那么龙是不是也是这样一个被一支部落用来当作自己符号的一个标记呢?我们历史上的传说是当年黄帝统一各部落,然后合符釜山,从各部落的符号当中取出一部分放在一起构成了龙这个统一的符号。不过这毕竟只是传说,根据现在出土的各种各样的龙的形象,甚至6000多年7000多年前的都有,这很可能早于黄帝的时间。釜山合符的说法似乎还需要更多的考证,或许将来考古可能会有更多的发现吧。
好了,铺垫了这么多,该说一下我的猜测了。我认为龙很可能是起源于我们早期的部落对恐龙的崇拜。
今天恐龙在全世界到处都能发掘出来,在早期的华夏大地上,恐龙骨架几乎可以肯定曾被我们的先民们发现过。他们一定会猜测这到底是什么动物,因为他们从来没有在狩猎当中见过这样的事物。这种巨大而又神秘的东西一定是很符合早期那些祭祀崇拜的,甚至发现这些恐龙骨架的那个部落把这个骨架当做他们的神明和图腾。
我们先看一下甲骨文和金文的龙字,它上面那个王冠是人为后来加上去的,应该是为了彰显这种生物无上的地位。这个字的形象本身,可以看到一个巨大的张着大嘴的头颅,还有一个很长的脊椎骨,这跟我们今天挖掘出来的恐龙化石是非常相似的,特别是头部。
再看一下考古的发现,比如河南濮阳出土的蚌壳龙,从照片上看简直跟恐龙就没有什么两样,只是身子略微细长跟今天的龙的形象更像。这很可能是古代人对恐龙的脊椎还原度不够导致的,或者说恐龙的肋骨化石没有那么明显,从而显得躯体略显瘦了一些。
甲骨文和金文里边存在龙这个字,而且他的形象非常具体,这说明这种生物不是凭空想象出来的。而是从现实当中取材,先民们是见过某种东西而创造出来的龙这种形象,而且这种生物在自然界并不存在。恐龙是很好的符合所有这些特点。
恐龙有爪子,有巨大的头颅,而且巨大神秘,很容易让我们祖先崇拜,蛇是永远不具备这些特点的。
我们前面说过了,我们的汉字是象形文字,每一个符号都有对应的图形和意义,很难想象我们的先民们会无中生有创造出来龙这样一个符号。
而且按照我们的文献记载,传说中的龙还有各种不同的类型,比如应龙就可以飞,刚好对应着恐龙之中的翼龙。古代人可能也发掘出来出过各种各样的不同类型的恐龙骨架,才给出了不同类型的龙的传说。
另一个线索是龙和水的关联,传说中龙是水神。这很可能源于古代洪水过后,把巨大的恐龙骨架化石冲刷出来了,或者人们从干枯的河道底部发现的恐龙骨架,进而把这种神秘生物跟水联系在了一起。
比如,“伏羲王天下,龙马出河,遂则以画八卦”。这个所谓的龙马,很有可能就是在河里边的恐龙化石骨架,这样看来,河图洛书的故事也不是完全没有事实根据的。
再看左传里的记载:
秋,龙见于绛郊。魏献子问于蔡墨曰:吾闻之,虫莫知于龙,以其不生得也。谓之知,信乎?。
这个记载的事实依据很高,魏献子说龙从来没有被人活着捉到过。这里可以推断出所谓的龙见于绛郊就是恐龙化石骨架,可能性可信度几乎都有百分之八九十。这个记载可能是最靠谱的说法了,而且春秋时代很早,他们更接近龙的真相。 “虫莫知于龙,以其不生得也”,这句话应该也是口口相传很久了,人们只挖出来过骨架,却从来没有捉到过活着的龙,但可以确定这种生物的存在。就像他们后面对话里说的,周易里记录了大量的“飞龙在天”,“见龙在田”,“群龙无首”等说法。“若不朝夕见,谁能物之?”
所谓“文王拘而演周易”,周文王的时代比魏献子他们还要早五六百年,当时恐龙化石可能更为常见,才有了周易里的大量记载。不过也有说法是周易里的龙指的是星象,这个还需要更多专业的研究考证吧,我没有足够的时间深究下去了。
这里顺便再给出我的另一个更有趣的猜测。早期的龙和祭祀有关,周易是关于八卦之类的占卜书,龙马出河也跟八卦有关,很可能八卦就起源于用恐龙化石的肋骨方位来预测占卜,跟烧龟壳牛肩胛骨类似。八卦里那些长短横杠跟肋骨非常相似,而且恐龙骨架这种神秘的事物,被早期祭司们拿去占卜非常合理。倘若果真如此,那么所有的传说就能放到一起系统的来解释了。再看“伏羲王天下,龙马出河,遂则以画八卦”,就是一句非常客观合理的记录了,不禁让人感叹,古之人不余欺也。
随着时间的流逝,华夏大地上的人类活动越来越多,恐龙化石的出土越来越少,越来越多的人们都从来没有见过这种化石,龙这个字的形象也越来越抽象,越来越接近神话传说。现在的龙其实更多是后人把自己的想象意向把加进去创造出来的一种幻想传说的生物了。
今天我们所说的龙,即便是起源于对恐龙化石骨架的崇拜,他的形象意义也早已不是当初的了,他是被我们无数代的华夏人民们不停的塑造重构,形成了今天的意义和内涵,以及他的神话和背后的故事,成为了我们整个民族和文化的一部分。
至于未来它甚至还可能再进一步的演化发展,可能500年后,我们的后代画出来的龙跟今天的有很大差别,这都取决于我们的文化发展以及创造出来新的各种故事和传说。
好了,趁过年的闲暇,研究了下这么无聊的事情。其实这个话题是值得我们的考古和历史界仔细去研究考察的,一个民族不仅要向前看走向哪里去,还要向后看去研究从自己哪里来的。希望在不久的将来,我们的考古发现能给出更多的解释吧。不管怎么说,过年讲的是开心快乐,讨论一下这么应景的话题也是很有趣的。
]]>看着她打游戏的时候我就在思考,有没有可能在现实之中创造出来一种皮卡丘这样的生物呢?当然不是说拥有像游戏中那样的电系技能,而是我们构造出一种外观上长得跟皮卡丘几乎一模一样的可爱的小动物,如果能搞出来的话,当宠物卖一定是非常有市场的,小孩子几乎没有抵抗力。
现在宠物店一只狗大致能卖几千块,按这个价格,皮卡丘估计全球至少可以卖出上亿只,想象一下,这是一个多么巨大的市场。更何况前期要是出货少,价钱甚至都可以做到几十万。
我们现在讨论一下,是否真的能人工创造出来这样一种生物呢?
先说答案,很有可能,而且可行性可操作性极高。
在遥远的过去,人类就已经开始通过杂交来产生一些优良物种,比如通过马和驴来杂交生成骡子。这充分说明了人类尝试改造我们这个世界上现有物种的强大意愿,通过新的物种来使生活更便利美好。
在植物上,我们做的尝试就更多了,比如说我们最早的赖以生存的谷物,都是对自然环境不停的选择优化培育出来的。
比如说小米吧,他最初就是由自然界中的狗尾巴草被我们华夏大地的先民们不停的优化选择培养出来的。水稻也是,我们一代代的不停的尝试和杂交改良它的基因来提高产量。
另外一个我们经常使用的嫁接技术,甚至可以在一棵树上结出好几种不同的水果。
以上这些例子都说明了人类自身尝试对上帝创造的这个世界进行一些破解改良,绕开生物本身的进化进程,培育改进符合我们自身利益的物种。实际上,这个过程本来就已经发生了成千上万年甚至十几万年。
在今天,我们又有了新的技术和手段,甚至可以绕开生物本身的生殖系统,通过对某些基因片段的编辑删除增加等来为现有生物添加或减少一些生理特征和功能。这个技术源自于对一些细菌内部遗传物质上的一些叫做CRISPER的回文重复序列的研究,发现了原核生物系统的一些免疫机制,这个机制通过识别入侵物种的一些特殊的基因编码片段记录在这些回文序列里,进而合成一些切割蛋白,把侵入的病毒基因给切碎,进而保护自身。
在切碎这些入侵序列的一系列蛋白质当中,一个叫Cas9的蛋白非常有利用价值,和CRISPER结合起来,我们可以实现对任意匹配序列点位进行精准的DNA切割,而且如果提供一段基因的话,细胞自身的修复机制会自动把这些基因插入到切口上,这样我们就可以实现对遗传物质的任意增删了。
通过巧妙的构造,我们实现了一套被称为Crisper-Cas9的基因编辑工具,它非常的简单好用而且便宜。这个剪切编辑工具对人类的影响是如此的重要,以至于2020年的诺贝尔化学奖就颁发给了他。
在中国,也许你不太了解这个技术的细节,但是应该会对和它相关的两个影响很大的事件有所耳闻,一个是2016年河北某大学的学术造假事件,另一个是2018年深圳的基因编辑婴儿事件。
好了,没必要讨论Crisper-Cas9过多的细节了,重要的是有了这个工具,我们就可以任意的突破生物杂交的限制,对某段基因实现精准的剪切拼接。
尽管这个技术放到人身上有违伦理道德,但是我们是不在意把它用在猫狗兔子身上的。
我们看一下皮卡丘,我们在生物界里找几种具有它的特征的动物,游戏里说它是一种鼠类,毛皮又是黄色的,所以黄鼠狼最接近它的描述。
但是他的体型又比黄鼠狼大且肥胖很多,跟猫差不多,两只耳朵很长,有点像兔子,行为风格则更像一只狗。
如果有可能的话,我们把这些特征综合起来,比如黄色的毛皮,长耳朵,偏圆的体型,以及脸边的标志性的两个点,从自然界的生物里提取这些相关的基因,把它综合到一只狗的胚胎上,进而构造产生出一种长相类似于皮卡丘的生物。
然而,直接构造远没有那么简单。我们现在只是把一些特殊的特定的基因可以进行编辑插入。要是构造一个复杂的、整体协调的、整个生物个体系统的话,绝不是简单的基因拼凑那么简单。在生物生长发育的过程中,它有很多基因表达的一些特殊的精妙的细节,我们甚至有的都还没有能够仔细的去理解。
然而,我们可以一步一步来,就像我们驯化宠物一样,也不是一步到位的,它需要若干年若干代的不停的繁殖培育。比如先把黄鼠狼的皮毛渐渐的转移到一只狗上面,然后在这些狗的后代上面添加,比如说像兔子那样的耳朵,然后调整它的四肢结构。
Crisper-Cas9一经推出以后,就立刻得到了投资界的追捧,几名创始人都拿到了风投并建立了自己的公司,然而若干年过去了,在资本潮水逐渐退去之后,他们却很难盈利,最近开始裁员并且砍掉了许多研发线。
实际上,我觉得他们一开始就走歪了。当然,医疗和制药领域是一个巨大的机会。但是,基因编辑技术虽然可以解决这些问题,可是他对每一个人拥有不同的基因都要特殊的定制化,构造一个不同的编辑剪切方案才能去治疗,而不像传统的制药公司,在工厂里可以大量的生产一个药品卖给所有人。
解决这个问题的方式是换一个新的领域,比如育种,再比如我们今天讨论的这个构造的宠物市场。
实际上,如果觉得构造出来一个皮卡丘实在是太复杂,需要好多年不停的研究积累才能生成这样完美的生物,那么就可以选择从简单的方向起步。
比如说我简单的搜索了一下,发现好多人居然养黄鼠狼当宠物,然而,黄鼠狼最让人忍受不了的是它的臭腺,很多人花大价钱去做手术把它摘除。这就是一个很好的切入点,直接用基因编辑的技术把黄鼠狼的臭腺给切除掉,甚至他们的后代当中都不会再产生这些东西,这个品种的黄鼠狼放到宠物市场上一定很畅销。至少能给一家初创公司带来可观的现金流,维持整个公司后续的研发运转。
如果稍微用心一下,就会发现宠物市场上类似的机会要多得多,我就一直奇怪,他们甚至愿意冒着巨大的舆论风险去编辑人类的胚胎婴儿却从来没有看到这个巨大充满利润的市场。
当然,制药和解决人类自身疾病也是一个很大的市场,做的好的话,不只是带来利益上的回报。像什么糖尿病白血病之类的,随便解决一个都有可能获得诺贝尔奖得到巨大的荣誉。但是从做一家企业的角度来看,路要一步一步走,先从简单而且风险低利润大的宠物市场下手,公司维持足够的现金流,再去考虑那些困难的方向。实际上,在改造宠物这个过程中,是会不停的带来大量的技术积累的,说不定我们一不小心就能发现另外一个比Crisper-Cas9更令人激动的技术。
既然我们能够造出来皮卡丘了,那么为什么这些类似的技术不能用来改周其他生物呢?比如说马吧,可以让他综合部分牛的基因对饲料不怎么挑剔,然后再加上驴的一些特性温顺和吃苦耐劳,这就产生了实际上更大的生产价值了。其他的类似生物像牛羊驴猪都可以进行符合我们自身利益的改造,进而产生更多的经济价值,以提升我们生活的便利性。
毕竟我不是专业的从业人员,这些想法都是一时之间冒出来的,很多细节都没有仔细的思考,这个领域也许有其他没有考虑到的困难吧,但感觉大体方向是可行的。
消费不只是简单的衣食住行,人类每年花在宠物身上的钱是非常可观的,这是一个至少万亿的市场,未来没必要天天非要卷着计算机互联网,从目前的趋势来看,在不远的将来生物技术很有可能集中爆发,需要的只是几个简单的市场契机作为导火索。市场上赚到的真金白银是激励研发的最大动力,要是能够形成一个回馈的正循环,就会不断激励在医疗,制药以及生物育种的各方面的突飞猛进,那就是一个国家的新的支柱产业,甚至引发整个人类文明的一场新的革命。
好了,随便写写记录一下都这么一大堆了,后边有空再讨论其他一些相关领域的想法。希望在未来的一二十年之内,构造宠物的这些想法能够实现吧。到时候比如说逢年过节回趟老家,给小朋友带一只活生生的皮卡丘过去,想想都很有趣。
]]>很多年来我一直都在念叨着室温超导,翻下以前的博客估计应该还能找到记录,没想到这么短的时间居然很有可能真的看到它成为了现实。
lk99材料成本和制备都很简单,如果真的能大规模实现,绝对是人类历史上的关键转折点,即便后边无法实际应用,至少也能在理论上告诉人们这是可行的,进而促使人们寻找更多的新材料。
想象一下真实的超导材料能带来的未来吧,真的是非常令人激动,甚至让人兴奋的晚上很久都睡不着觉翻来覆去的想。
首先我们看看在机械方面的应用,有了超导体意味着我们可以电能几乎零损耗的获得超强磁场,电动机可以有极大的改善,不再有线圈结构非常简单,输出扭矩超强。
既然我们可以任意的把电流转换成磁场输出扭矩,为什么还要电动机呢?比如汽车吧,我们可以直接在轮毂上放几个超导体,然后在车身内部跟轮毂连接的部位交替的产生变化的磁场,直接驱动轮子转动,通过精密的时序控制来调整轮子的速度。有点像轮毂电机,但是他是无接触式的。可以直接输出超强扭矩,甚至可以通过反向输出来进行刹车,汽车的结构会变得非常简单然而却拥有巨大的动力输出。
甚至车身跟轮毂之间根本不需要接触,类似于悬浮挂在上面,这样可以无视地面凸凹不平带来的任何颠簸震动,比现在最好的空气悬挂还要优秀的多。
实际上磁悬浮列车一样可以非常简单的实现,但是汽车也可以方便的悬浮实现动力输出的话,未来很可能火车会变得越来越小众。
既然我们可以非常方便的把电流变成动力,以前不可能的东西都可以实现,比如类似于人类关节肌肉的动力装置,我们可以制造出来四足的机器人,我们现在各种挖掘机之类的动力装置上上常见的液压泵也都可以换成超导电磁来实现,力量输出和控制精度都能得到质的提升。
我们再看看在医疗方面的实现吧,现在的mri也就是核磁共振设备,需要一个巨大的机器放在房间里,每次运行都需要消耗大量的电力。其实它消耗的能量大部分都用在维持超强磁场上面了。如果我们有室温的超导体,低功耗的手持式的核磁共振设备是完全现实的。
比如我们在科幻电影里经常看到的,像star trek里那样,我们拿个类似于手机的设备放在在胳膊上扫一下,屏幕上就能实时的看到胳膊的内部构造,骨头,肌肉,和血管之间的层次,这对医疗行业来说是天翻地覆的变化。每个家庭和诊所都有这样的设备,任何疾病都可能在很早阶段就直接轻轻扫一下就发现了,极大的改善人类的生活健康水平,并延长人的预期寿命。
甚至说有了这样的设备,我们可以非常方便的来观察人体的血管等组织构造,以及甚至动态的内部活动变化,这将带来医学科研方面上的巨大的进步,很多疾病和各种机体运行的原理都可以实时的观察发现,每个人每一个医学专业的学生都可以方便的去进行观察研究,这对生物科学发展带来的改变是天翻地覆的。
我们为什么只是简单的用这些设备来观察人体呢?同样可以检查各种各样材料的内部构造,无接触式的观察。比如说检查建筑的内部是否变形或者断裂,高铁钢轨是否内部产生了形变?汽车发动机坏了不用拆开直接扫一下就能找到出问题的地方,水果内部是否腐烂坏了?等等等等,可以尽情的去想象,这对各行各业来说都是革命式的进步,谁都说不了说不定哪个没注意的行业就因此产生了质的飞跃带来了二次的技术革命。
有了常温超导体,我们在核磁共振成像方面肯定会有日新月异的进步,绝不会停留在现在这种程度的影像精度。
我们再看看在能源方面的,超导体很有可能导致人类实现可控的核聚变。因为核聚变需要至少一两亿度的高温,只有加速到很高能量的粒子才能现实,这样发生反应的材料都变成了等离子态。我们需要构造一个超强的磁场来约束他们,这就是我们现在所谓的托卡马克。现在很大的能量都被浪费在维持低温超导磁场上面了,有了室温超导体,很可能导致我们实现可控制长时间点火的托卡马克反应堆,输出能量大于输入能量,进而实现可控的核聚变引擎。
跟裂变反应堆不一样的是,聚变引擎如果失控并不会导致爆炸或者泄露,如果他把周围的磁场约束给烧坏了,那么等离子体没办法被约束,很快就撞到周围的物质上,只要把引擎单独隔离开来,发生事故只是融坏周围的约束隔离装置,并不会产生任何其他事故。
实现了聚变引擎带来的革命性进展根本不用多说,人类从此将拥有用之不尽的能量之源,征服太阳系甚至迈向星辰大海都是有可能的。
很多人说超导体意味着零电阻的导线可以实现长距离传输电能,当然这是很合理的想象,不过要是仅仅把输电导线换成超导的那就太浪费了。有这种想法的人跟之前那个段子,乞丐问:“皇帝要饭用的碗是金子做的吗?”一样,是很类似的心理。
实际上有了超导体,我们很可能发明出来新的储存能量的装置,是我们现在锂电池的很多倍。磁场可以约束电子的行为,我们只要合理的设计或者甚至只是简单的在一些材料里掺杂,极有可能构造出储存能量巨大的电池。我们为什么还要用现在的发电站通过导线输入到家的方式呢?每户家庭都有一个能存几百度的电池,至少够一个正常家庭一个月使用的。不管是通过太阳能板,还是通过近距离的电网,可以实时的在电价能源便宜的时候动态买入充电到电池里,实际上根本不需要远距离输电,不开空调,用电不多的情况下甚至屋顶的太阳能板都够满足普通家庭的能量需求。
甚至有了这样的电池,我们为什么只是简单的固定的装在家里呢?直接把它装在汽车上,开到哪里都是一个移动的能量引擎,在野外随时随地都不会断电,家庭都没必要接入电网,把车开回家就够了,然后集体公共场所有一个给车充电的地方,甚至家里本身就是屋顶的太阳能板小型电站。
太阳每天照射地球,不是我们不想把这些能量变成电量储存起来,而是我们现在没有很好的装置设备来储存它们,实际上,我们的水电风电也很多都是浪费掉的,有了好的储能装置,可以极大的改善我们的能源使用率。
我们再看看在电子设备上的应用吧,新的材料不知道能否很容易的集成到我们现在的半导体制备工艺上去,如果可以,那就会带来芯片和集成电路的又一次飞跃式的发展,想象一下你的显卡或者手机CPU耗电只有原来的1/10甚至百分之一会是什么样的情况?
如果我们能使用这种材料构造出来新的门电路,那就等于是半导体行业的一个革命了。即便不是这样,我们也可以通过改善芯片上的导线互联或者衬底以及栅级等结构上的优化来降低整个芯片的功耗。
同样一些微型的电子器件或者传感器也会得到长足的进步,记住,我们手机是通过电磁波进行通信的,如果我们能够检测到,比如说现在电流的强度的1/10的电磁波,也就是说我们的手机的信号可以灵敏度增强了十倍,这意味着通信行业巨大的进步。手机基站可以极低的密度,然后又提供极远距离的通信。带来手机能耗的进一步下降,传输速度也能成倍的提升。
比如我们的无人机,现在只能飞几千米到十几千米远,如果传感器的灵敏度上来的话,可以进行几十甚至几百公里远还能保持高清图传,这是多么巨大的进步。当然也有不好的一面,很可能这让人类用来实现武器上,无人操控的远程飞机和坦克机器人等都得以实现,未来战争的形式很可能是类似于打游戏的机器人战争,这有利有弊吧,关键是看人类选择怎么来使用它。
我们有各种各样的传感器,这只是随便想到的,有了超导体的加入之前很多想不到的领域很可能都能带来新的突破,特别是微型化,小型化的设备集成上面,很多感觉在科幻电影里看到的场景,很可能将来都成为现实。
好吧,想到的还有很多,已经快11点了,今天就写到这里吧,要赶紧睡觉了,后边有闲时间了再写下来补上。
]]>这篇文章的想法起源于前几天的一个新闻,说引汉济渭工程横跨秦岭底部的近一百公里的输水隧洞贯通了。题目有点儿标题党了,叫输水隧道或许更贴切一些。
秦岭是中国大陆气候的分界线,横亘在四川盆地和关中平原之间,隔绝两地往来,自古就是天险。
而在秦岭北侧,也就是位于陕西省靠近关中平原的那一侧,秦岭北麓,它的名字就叫终南山,听过这个名字的人很多,但知道具体位置的人却比较少。也许是古时秦汉的人们从长安往南走,一直走到了头,它挡住了南边的去路,于是就把他叫做终南山吧。
所以,这条隧道穿越了终南山下,也不算太偏题。
在小说和故事里,有很多人在终南山隐居。这里应该确实是个适合居住的地方,有权贵已经用脚投票证明了。前几年的新闻,在秦岭北麓有很多违建别墅,甚至震动了一号领导人,连续发好几个指示都没有能拆掉。
关中平原四面环山,每个方向都有狭窄的出口通道,易守难攻,自古都是各个王朝建都的地方。
然而他有一个致命的问题,那就是缺水。唐朝中后期就是因为长安饮水的问题,基本上把行政中心开始转到了洛阳。 自此之后,西安再也没有在历史当中作为王朝的首都。甚至当年朱元璋都曾经派人去考察过,打算迁都,可惜还是因为水源和交通的问题,最后放弃了。
有人说是因为汉唐之后,中国的气候发生了变化,开始慢慢的变得干燥,导致西安降水减少才使得文明的中心逐渐的东移。其实这个理由根本站不住脚。北京同样很干燥,但是还是可以作为国都,主要还是因为平原交通方便,加上运河联通。古代人对水的需求并不像现在这么剧烈,往地下挖口井是可以用的。最根本的原因应该是隋唐之后的大运河到不了长安,粮食等物资不好运输,才逐渐东移的。到了宋朝更是直接把国都设在更东边的汴梁城,处于交通要道,能支持更大规模的城市和人口。
秦岭自古就是天险,不然李白也不会发出蜀道之难难于上青天的感叹。陡峭的山壁上没有任何道路,古代人硬生生的就是往里边凿一个一个洞,然后插进去木头,这些木头一个接一个的连起来,做成类似于阶梯的东西,进而形成道路。这种道路被称为栈道。当年楚汉争霸,就留下了耳熟能详的“明修栈道,暗度陈仓“的典故。从这些历史的光影当中,依稀可以窥见穿越蜀道的艰难。
而在科技现代化武装的今天,我们终于可以在一定程度上来攻克这些大自然的天险。前几年刚修通的西成高铁就是个例子,刚开通的时候,我还专程去乘坐体验过一次,全线基本上没有什么风景,几乎都是隧道。
饮水工程比单纯的修路更难,不同于道路可以因势利导,选择最容易的方向。从汉江引水需要考虑到高度落差,形成自流,所以才要凿穿秦岭底部,工程量巨大。
解决关中平原缺水问题的引汉济渭工程,十几年前就开工了。然而,却是花了十几年时间,才掘通了98.3公里的引水隧道,平均一年不到10公里。当然,能凿穿秦岭底部,也是一个壮举了。
今天要讨论的不是这个工程的细节,主要是相关的一些技术的引申和思考。
隧道是我们如今为数不多的可以用来对付险峻地形的武器。所以有必要仔细深入的研究讨论一下他。
早期的人们是靠手工去开凿,加上一定程度的爆破。每天掘进一点点,直到贯通。现在仍然有一些国家和地方在使用这种方式。
直到后来,人们发明的盾构机,极大的加速了隧道的掘进。我们看中国这些年基建开始发力,到处修路架桥,其实盾构机功不可没。
盾构机的原理这里就不解释,有兴趣可以自行搜索。我们这里简单考虑一下它的改进。
盾构机在掘进的过程中,工作环境是很艰难的,里边高温,高湿,甚至岩壁也有各种各样的地质情况,有的硬,有的软,甚至有的还会冒水,这些都是一些极端的状况。甚至有时候决还会岩爆,石子就像子弹一样,会危害到工人的生命。
如果我们可以改进盾构机,一方面我们可以把它自动化起来。让它可以用很少的人,甚至不需要人就能够自动化的掘进,或者说我们只需要在远处无线进行操控就可以了,不需要任何人在隧道里作业。
另一方面是改进他的掘进速度,当然这是一个巨大的工程难题,比如发明新材料构成的刀具等,并没有那么容易的解决。我们姑且就假设一下吧。
如果有自动化的,快速掘进的盾构机来替我们工作,我们可以做到什么呢?
我们可以沿着新疆塔克拉玛干大沙漠南麓的昆仑山脉开始掘进,一直朝着大渡河或者说怒江或者雅鲁藏布江等方向,挖一条一两千公里的隧道。当然这个隧道并不一定是完完全全的单一隧道,在中途某些山谷里,我们可以挖一些深坑,作为一些中途的站点,分成若干个段,若干个节点,每一段有几百公里。可以适度的让这个隧道有一定的倾斜,让他从海拔几千米,一直降到最后南疆盆地的一千米左右的海拔,这我们就有了一个可以自行流通的,长距离的输水管道,从中国降水丰富的西南引水到基本上降水稀少的南疆沙漠。
这些水可以把南疆沙漠改造为良田,如果合理的安排流量,位置等,甚至可以新增一两亿亩耕地,也就是意味着额外提供几亿人的粮食,背后的经济和社会效益是巨大的。
为了减少蒸发,新.疆人发明了一种叫做坎儿井的引水装置,有兴趣可以自行搜索,其实这种长距离的饮水隧道,如果中途一部分一部分来看的话,确实是像一个巨大拉长版的坎儿井。
每个几百公里有一些露天开放的深谷,这些深谷是作为隧道掘进过程中的一些中间节点,避免太长而无法对准隧道掘进的位置,同样也能提供一些通风透气,避免隧道缺氧。但是几百公里可能距离有点儿远,也可以做成几十公里。如果可行的话,可以利用河流的落差,逐梯次的在这些深谷做一些水电站,这样就可以给整个隧道提供照明和一些风机的电力来源。
如果隧道的宽度和高度足够的话。那么除了输送水以外,也可以通行一些小型的集装箱船只来进行物流运输。可以做成自动化的电动船只,也可以有人来驾驶。这样就可以为整个青藏高原提供便捷的物流通道,一举多得。
当然除了引水以外,如果我们能够实现这个长距离自动化的掘进超长隧道的话,在全国各地有山的地方都可以开凿运河,也同样可以修建常规的高速公路,那些天然的地形地貌再也无法阻隔我们人类交流沟通的步伐,具有划时代的意义。
目前看来,我们需要克服的技术难度并不是太多,只要不断的改进优化投入。在不久的将来,可能是几十年一百年,甚至更短,这种全自动盾构机就有可能实现。连通山川阻隔,变沙漠为良田,重构地理格局,改变国家和民族的命运。
这并不是一个多么高大上的技术,然而如果突破的话,就会成为一个标志性的节点,人类文明进化史当中一个重要的转折。
好吧,写的有点发散, 因为确实如此,源自于这几天走路散步的时候,偶尔用手机记录下的一些想法,最后简单的整理了一下。
我们经常可以在科幻电影里看到在一个培养皿里把人冰冻或者说深度睡眠,然后几百年后重新打开。这种方式在星际旅行或者其他需要大量时间的场合非常有用,可以让人以某种程度,某种意义上向未来的世界旅行。
或者说某种程度上可以延续人的生命时间跨度吧,但是这个生命时间跨度是有限制的,相当于压缩掉人生无聊的时间。
当然科幻电影里那种像速冻水饺一样的冷冻技术过于不现实,很容易直接把人冻死,我们现在还没有找到可行的方式来进行这样的冰冻。至少理论上和现有的工程技术上是不太现实。
今天我们考虑一个更现实的,类似于这种冷冻睡眠的技术。
正常人在晚上睡眠的时候有好几个阶段,其中有一个睡得最深的阶段,我们就叫深度睡眠,这个阶段的心率是很低的,大致有五六十的样子。而且人的新陈代谢以及其他的各种各样的器官的功能都开始变得缓慢。正常人的心率有个七八十,特别是我们运动的时候心率会更快一点,所以如果我们能够一直保持50的心率,就类似于正常晚上深度睡眠的时候,这个代谢程度等同于能够把人的寿命增加一倍。
至于睡眠的机制,我们还没有找到他具体的细节,但是肯定是大脑通过调控机体的一系列的化学反应和各种各样的蛋白质传递的这个消息。比如说褪黑素,就是一种让人陷入睡眠的一种激素,很多安眠药都是有这种成分。如果我们能够找到,确切的说是人进入深度睡眠阶段,分泌的那种化学物质蛋白质或者某种有机物,我们就可以把它注射到人的体内,让人一直保持这个深度睡眠阶段。在睡眠前只要吃够足够的食物,我们通过某种自动的监控系统每隔一定时间让人服用或者注射这种激素,那么我们就能长时间的保持在深度睡眠的状态,把心率维持在50也就是说维持生命的状态,然而又没有过多的消耗,这样可以连续睡个两三天再醒来。这个技术如果能够实现的话,那么对某些无聊的任务,比如说星际旅行,或者那些集装箱货轮的海员们,他们有时候就可以在床上连续睡好几天才醒过来,这样子的话比如说一年的时间就可以能压缩到几个月。一方面这意味着寿命的延长,另一方面意味着无聊时间被压缩,可以把生命花在更多的有意义的事情上。
如果我们能够更进一步的话,也就是说除了我们现有的人体进入深度睡眠的调节机制,我们找到相应的化学物质的激素等相应的药物来调节,我们是否能够对这个系统进行更深度的操作,比如说把心率降得更低,降到比如说每分钟10次,然后让身体维持必要的状态,这样我们一次睡眠可以从一晚上一下子扩展到十几天,这样子的话一年就相当于一个月而已。每次睡一觉半个月醒来一次作为一天来过。
离我们最近的恒星系是半人马座阿尔法星,他离我们的距离有4个光年。如果我们想到达这个恒星系的话,必须使用核动力飞船才行。
地球的脱离速度大致在7.9公里每秒,太阳系的脱离速度是16.7公里每秒,我们的航天器现在大致基本上就在这个速度,如果再加也就是几十公里的量级。假设我们制造一种航天器,不管是使用还没有实现的核聚变的能源,还是现有的可行的,裂变的能源。我们假设这个航天器的可以不依赖外界能量,自身的能量就可以维持个几百年,这样子的话我们才能进行恒星际的探险。我们可以在太空中一直进行加速,因为飞船上的物质是有限的,我们可以使用太阳风等粒子进行反冲,甚至可以用磁场捕获宇宙空间中的粒子然后作为等离子引擎的物质用更大的速度喷射出去。假如可能的话,可以把飞船的加速度稳定在10米每秒,正好是地球的重力加速度大小,这样只要适当的设计飞船内部的布局,就可以像地球上一样正常的生活了。
按照这个加速度的大小,一天可以加速864公里左右,只要一个月就可以把飞船加速到光速的十分之一,当然由于相对论效应的存在,过高的速度是不太现实的。三万公里每秒的速度可以保证在四十多年之内到达半人马座阿尔法星。如果我们巧妙地调整加速度和减速的数值,可以一直保证飞船上存在重力的。
如果我们能够实现睡一觉半个月,能有十几天的时间跨度,那么就可以把这个四十几年的时间压缩到4年。这个时间在航天员一生之内进行往返是很现实的。
好吧,有点跑题了。除了星际旅行,如果深度睡眠这种技术能够实现的话,我们在很多场合都可以使用它。特别是因为人生有很多无聊的事情,有时候你要想办法跨过这段时间。
对于有些人如果愿意的话,再可以把人生中的几十年拉长到上百年或者几百年,这样子的话就可以活到更久的未来,去看那些人类没有发明的技术,再比如说有一些人得了癌症之类的很难治疗的疾病,现在还没有药物来进行有效的治疗。可是未来说不定就有办法对他进行治疗。所以与其现在每天煎熬不如进入这样子的深度睡眠状态,把好几天当成一天过。这样过个几年或者几十年后说不定就有治愈的可能了。
客观的说,找到进行深度睡眠的那种激素或者化学物质,让人长时间维持在心率50左右的深度睡眠状态,从而把一晚上拉长到三四天是很有可能的。
只要我们找到晚上促使深度睡眠那个阶段的整个人体机制调控状态,找到相应的那个真正起决定性作用的那个物质。就像那些糖尿病人天天打胰岛素一样,我相信进入这个睡眠状态肯定是有一种化学物质来控制的。
这是非常现实和可实现的。如果真的有人研制出来这种药物,不管是口服还是注射的,肯定会有巨大的市场前景,名利双收。
所以我一直很奇怪制药行业天天在研究各种各样的单抗,mRNA什么的,治愈各种疾病的药物,却没有人去考虑过,从这个角度去考虑,去来研发一种深度睡眠的药物。
计算机行业现在已经越来越饱和了,而且更多的只是技术性的改良而已,没有什么新奇的革命性的技术出现,未来我更看好的一个方向是生物制药。现在的年轻人或者毕业生都被吸引到了软件领域,觉得这个行业工资高,很少人真的仔细的去看一下未来,去看一下真正未来科技前进的方向。其实与其跟大量的人内卷竞争,倒不如选择一个有可能爆发的新兴领域。另一方面,中国发展了这么多年,对很多家庭来说,生活或者吃饱肚子都不是一个问题了,是时候可以追求一些真正有意义有价值的东西了。
近几年很多企业以及科研院所都在研发小型核反应堆。比如劳斯莱斯,最近报道说他们在研发一个小型核反应堆,目的就是到月球上去采矿。他们一直做飞机发动机以及核潜艇反应堆好多年了,所以在这方面应该有很多经验。核反应堆的微型化是一个很重要的趋势,毕竟如果能把它塞进汽车集装箱,而且能提供大量足够的电力的话,无论是在军事还是民用救灾等方面,都有很大的用处。当然前提是保证核燃料的安全性。
如果有一定担心的话,在月球上我们可以给核反应堆打造一个适合的地形。比如挖一个大坑专门放置它,这样可以挡住它水平方向的辐射,朝着太空的辐射,我们是可以不用管的。这个核反应堆可以放在我们月球基地几公里之外,通过线缆把电力输送到基地就可以了。考虑到冗余备份,可以多建几个类似的反应堆电站,即使一个不工作也不影响基地的正常运行。
一个潜艇的核反应堆大致有几百兆瓦的功率,我们其实可以把这个功率做得更小一些,只要有几十兆瓦甚至几兆瓦的功率就够了。前期可以建设一个几十人的基地,这已经不少了,现在的国际空间站最多也就容纳七个人而已。
我们可以先发射一些类似挖掘机等机械装备到月球上。有别于传统的挖掘机,我们把它做成电动的。因为月球表面是崎岖不平的,我们可以采用坦克那样的履带以及其他一些技术使他拥有全地形通过能力。现在电动汽车上面的电池,比如说像特斯拉的电池大致有将近一吨的重量,能提供四百多公里的行驶里程。直接把这些电池模块移植到这些挖掘机上,能够给提供几个小时的工作时间就够了。当然我们可以把电池做得更大一些也行,这样子的话没有必要,这都是权衡取舍了,到时候可以做成模块化的设计。
如果能在这些挖掘机上做一个驾驶室,就像航天服一样封闭的且含有氧气,工作人员可以直接坐在里面操控挖掘,那就是最好了。但如果这些需要的空间太大或者说重量太大以至于不划算的话,也可以做成远程遥控的,可以让工作人员在一个专门的通行车辆上,在它几十米上百米远的地方进行遥控操作也可以。
可以利用这些机械在基地周围往外修建道路,这里所谓的道路是指削峰填谷,把路铺平可以通过履带式的机械即可,没必要像地球上的路那样规整。
月球上有丰富的稀土元素,以及我们未探索的各种各样的矿产,这些矿产有可能包括铁矿啊以及各种各样的稀有金属。对我们来说,前期最重要的我们可以找到一些小型的铁矿或者什么之类的。开采这些铁矿,并且把他们提炼成钢铁。这些钢铁可以用来建造我们的月球基地,这样子的话我们可以把月球基地建得很大很大,比如说达到一个购物商场的大小,或者构造很多类似的建筑单元通过管道把他们连接起来,把这些各种各样的单一的建筑体组成一个小型的村镇。
在月球上建立一个炼钢厂是一个挑战,毕竟没有大气不同于地球的环境,而且我们可以使用的能量只有电能,同样月球上的铁矿石的化学成分跟地球上的可能有些区别,所以钢厂的结构和原理会有很大的不同。不过,在理论上是可行的吧,有时间可以仔细研究一下。
有了钢铁,我们就并且能把月球建设的很大,利用钢铁焊接起来的密闭房屋,里面充入合适的大气,人类就可以居住了。如果空间够大,可以在里面通过灯光建立室内农场,种植一些蔬菜。我们只要给基地送上去几十年的粮食,就足够维持运转了。更进一步,可以种植一些粮食作物,小麦水稻当然好,但是需要的空间大产量低,最好的选择是种植红薯和土豆,如果规划得当可以给基地提供自给自足的食物供应。在电影火星救援里面,主角就是依靠在火星上种土豆进行生存的。
以目前长征五号的运载能力,还不足以实现登月。现在正在研发中的长征九号就是专门为登月研发的一颗火箭,它的研制成功才能实现我们载人登月。所以还要等好几年。不过据报道,长征九号的研发现在加快了速度,改为多个成熟发动机捆绑的形式而不是当初的单一大推力发动机,这类似于spacex的玩法。时间方面应该比重新研发一个新型发动机要快不少,毕竟稳定性测试需要花大量时间。
空间站是个很好的东西,当年前苏联就得出论断,认为登上月球没有太大实际意义,而地球近地空间站可以进行各种各样的观测和科研,还有一个失重的环境可以进行各种各样的实验,他们给出的综合结论就是发展空间站是更划算更经济的一种方式。
但是月球基地不同于简单的登月,同样也有它的优势。首先没有大气层有利于科研观测,而且月球上有各种各样的矿产资源可以进行开采,如果有足够的矿产燃料各种各样的东西开采出来的话,甚至我们都可以在月球上直接建一个发射基地,火箭之类的大部分都可以直接用月球上开采的元素来进行建造。比如说去火星的话,从月球进行发射,它的成本比地球要小很多很多,因为月球的重力很小。
月球上有重力,而且这个重力不大是地球的1/6,这很重要,因为我们普通人类可以在上面背负更多的重要的东西,比如说航天服可以做的很重,可以装上去更多的能量和氧气燃料,这样子的话就可以走很远,而且人类在上面可以跑得很快很远,这是一个优势。有重力的话就不用考虑各种各样失重情况下需要担心的比如说航天服离开了空间站飞走了就回不来了等问题。月球基类似与地球的环境,只不过重力减小而已,可以慢慢到处走。
从我们现有的技术来看,没有任何科幻的元素,都是已有的已实现的,我们可进行工程化的东西。建造一个类似于一个村镇的大小的聚集单位,比如说容纳几百人上千人都是可能的。我们可以在月球上建立真正的人类永久驻扎的基地。
如果月球上能够实现粮食自给自足,那就更好了,一旦真正自给自足的闭环能力可以得以形成,月球基地就可以脱离地球的补给而单独存活,甚至发展成为人类的一个月球分支。当然前提是月球月上有足够的核燃料,以提供核反应堆的持续运行,而且月球上的人需要学习大量的知识,把他们维护起来。
1970年左右,美国国力处于巅峰时代,他们进行了登月,而且实现了一系列的成果,今天人类虽然在机械和能量燃料方面没有什么推进,理论上也没有大的突破,但是很多应用技术已经有了飞跃。主要代表是集成电路芯片的发展带来的一些微型控制器和通信技术。
比如说控制器,当时的芯片跟现在的芯片数字化控制技术简直是天壤之别,当时飞船上的阿波罗计算机只有2k的内存,72k rom,使用汇编编写控制代码,现在随便拿个stm32都能秒杀它。
甚至现在都可以看到国际空间站里的一些模电时代的仪表盘,而中国的空间站里全部都进行了数字化,提升还是很大的。
另一方面的大量进展是在通信技术上,举个例子,得益于数字基站,我们空间站的宇航服就是通过CDMA跟空间站来通讯的,可以直接传递音视频和控制指令。比当初的短波模拟信号通信强大很多。
不得不佩服当年的登月,原始的计算机加上一行行汇编代码,都实现了这样的壮举。
另一个则是这些年电池技术的发展,不讲成本的话其实已经可以实现各种各样的电动机械了,加上其他一些化工和材料方面的进展,其实现在实现登月的条件要比1970年左右好太多了,这也使得月球基地的建设成为可能。
今天,中国的国力已经超过当年登月时的美国了,而且还在持续增长当中。加上人类技术进展的加持,可以实现的远比当年多得多。按照我们目前的航天规划,是有在月球南极上建立一个基地的打算的。我个人觉得,除了简单的科研基地以外,可以分阶段分步骤,把目标和计划制定的更宏大,更长远一些。
简单重复的实现登月只是在重复美国人伟大的成就而已,如果我们真正能够建设成月球基地并且进行采矿等一系列操作的话,这将是人类史无前例的壮举,才是真正引领人类科技探索的未来。
有生之年,我们很可能看到这一切都成为现实。
]]>洪水在河南自古就是不断重复的灾难,这一点在各种史书里都可以找到记录。
不过,在我的记忆里,小时候雨下的最大的时候,也就是把沟道河流填满,没有那种所有地方都淹没很深的大水。也许是概率吧,攒了多年,终于暴发了一次。
今天随便写点,不讨论自然灾害,就简单的记录下我的一些思考。
这次破纪录的一小时降水超过200毫米,超过所有中国陆地降水量的极值。
为什么郑州会下这么大的雨?为什么降水更多的沿海城市比如深圳上海没有这么大的雨呢?那些沿海城市因为台风导致的暴雨难道不应该更大吗?
这是我心里的疑惑,也一直在思考答案。下面写的,都是个人的一些想法观点,并没有花大量时间精力去做科学的研究论证,看看就好,没必要较真。也许将来有大把的空闲时间了可以再去做更细致的研究,今天写下来只是记录一下自己的想法思考,方便将来翻阅备忘。
先看一下年平均降水量,郑州大致在600多毫升左右。作为对比,我们拿深圳来举例子,深圳的年平均降水量大约是1900多,大致有三倍的样子。
这样看来,深圳确实降水比较多。
然而,下的多并不意味着短时间内下的大。就像跑步,跑得远并不意味着短时间内跑得快。
可为什么深圳瞬时雨量不够大呢?
我们先看看降水是如何形成的。
通过蒸发,大量的水蒸气进入空气当中,这些含有水汽的空气形成所谓的云,当他们与冷空气相遇的时候,水汽凝结,就形成了雨滴。
先给出一个简单的规律:
空气中储存的水汽多少跟温度有关,温度越高,能储存的水汽量越大。
这个比较容易理解,比如冬天嘴唇容易干就是因为温度低空气里的水分较少。
再比如夏天,我们从冰箱里拿出一瓶啤酒,过一会啤酒瓶上就会布满了水珠。这是因为夏天空气温度高,含水汽量高,而刚拿出的啤酒温度低,它会导致周边的空气温度降低,低温空气储存不了那么多的水汽,就凝结析出了。
降雨的过程跟这个也差不多,南方从海洋上吹来的风饱含水汽温度高的空气,突然遇到从北方吹来的寒冷空气,形成对流并向上抬升,迅速凝结,就形成了降水。
当然降雨除了这种,还有一种是被山坡抬升导致的。抬升过程中,海拔越来越高,空气温度开始降低,而且大气压大气密度也在降低,导致储水量更低,于是水汽凝结降雨。
降雨的大小取决于什么呢?当然跟空气中的水汽储量有关系。同时,也跟对流空气的温度差有关系,就像我们从冰箱里拿出的啤酒,温度越低凝结的水滴也就越多。
其实理解了这个原理,很多问题就比较容易推出结论了:
所以,瞬时降雨的大小取决于当地最高温度,因为这决定了空气中水汽储量的上限。
我们看一下各地的最高气温,这都有气象数据可以查到。深圳夏天大致在30多左右,其实并不算热,主要是潮湿。因为靠海的缘故,热量大部分用来加热海水蒸发。
河南这种内陆平原就不一样了,阳光照射大地全部用来加热,温度甚至都能到40度以上。夏天三十七八度很正常。
忘了在哪看的说每升高一度水汽储量增加7%,我没有去仔细查证,但是感觉增长曲线不一定是线性的。
可以认为,郑州的温度甚至可以比深圳高10度左右,这带来的水汽储量差别是巨大的,这也导致郑州暴雨的上限要远比深圳高。
同时,北方过来的冷空气到河南的时候温度要比到深圳的时候更低。因为横跨中国大陆的过程中它们可能慢慢被传递热量升温。这样看来河南这边的对流温差强度大的概率更高。
水汽含量高,加上对流强度更高,所以,北方内陆出现瞬时大暴雨的可能性其实远比沿海城市要高。
在北方,暴雨的危害主要来自于猛涨的水位无法快速流走。雨过之后,洪水往往快速消退。并不会形成长时间的内涝,地面很快就恢复了干燥。
来自海洋的水汽进入内陆平原,如何不停的积聚,以及受到冷空气对冲、山坡的阻拦等产生各种运动和交互的细节,可以看作一个随时间变化的气流运动。要去模拟这些空气的气流是十分复杂的,它是三维变化的,通过数值模拟计算的话要牵涉到大量的微分方程,各种各样的参数,且很容易被一些细小的因素参数影响。所以天气预报往往需要超级计算机去模拟计算,也很难做到精准。不过鉴于天气预报都搞了这么久了,气象学应该有一个简单可以用的模型吧。等将来有大量空余时间了再去仔细搜索研究下。
需要指出,并不是温度高了,空气中的含水量就高,只是说明储存的能力变多了,需要水汽不停的蒸发或运输进来才相应的增多。西北沙漠地区就是个例子。
我们把空气中的水汽含量的百分比称为相对湿度,数值范围在0%到100%,分别对应完全没有以及水汽饱和。这个数值可以代表我们人体对潮湿的一种感觉,太干太湿都会觉得不舒适,看天气的时候可以注意一下这个数值。
记住,相对湿度在不同温度下真实含水量的绝对值是不一样的,它代表的只是水汽饱和度百分比。所以,冬天的80%可能比夏天的40%含水量更少。
好了,大致就这些,概括一下,可以认为全文只有一句话:温度上限决定暴雨大小的上限。