这篇文章本来是写在上一篇的结尾的,因为实在是太长了,单独拆分了出来。

 

我们再讨论一下transformer模型的能力极限吧,chatGPT刚出来的时候,很多人都感觉到非常的惊艳,似乎聊天机器人很可能实现类似人类水平的智能,整个世界都似乎被震撼到了,引起了AI行业的狂热

然而这只是表象,我们这里仔细的观察讨论一下transformer最核心的原理技术然后再对他能力极限的做出一个判断和预测。

依照技术的进化路径我们先从词向量和RNN来说起。

什么是词向量或者说词嵌入呢?它的英文word embedding原理就是用若干个数字来表示一个字或者词。比如这个字我们用256个数字来表示比如(0.2,0.6,0.8,…..,0.7)为什么要这样干呢?因为用一串数字来表示它的话,就可以表达很多细微的概念和意思而且这些数字可以进行一些运算操作比如king在英语里表示国王women表示女人man表示男人那么我们进行一些数学运算比如king减去man再加上women会得到什么结果呢?没错跟我们的直觉是一样的得到的结果就是queen,也就是女王。这nlp领域里边非常著名的一个例子一般讲词向量都会用这个来举例。

实际上向量的核心思想就在于每一个词都用若干个更基础的原始概念来表示我们看到前面表示256个数字其实就是底层的256个概念每一个的权重

词向量是lstm还有transformer的基础他们的输入都是先把每个字或者单词映射成向量的数字序列。也就是模型里面的word embedding

最早nlp领域出现的是grulstm这些循环神经网络模型它们是为了解决机器翻译问题而提出的。

lstm最大的问题在于每次输入都是单独的虽然记忆单元能够捕获一定前面输入过字的语义很难完全理解获取整个上下文关系

举个例子,比如‘道’这个字,如果只是简单的进行词嵌入,比如用256个数字来表示它的意义,那么它的意义到底是什么呢?他有道路的意思,也有说话的意思,还有方法的意思。我们用一个简单的词嵌入向量是无法表达它的看下面几句话

大道至简

前面有一条小道

他说道:“我们应该回去。”

在这几句话里,每一个道字都有不同的含义,如果还想再复杂一点儿,我们可以看下这句话:

道可道,非常道。

对于我们正常的人来说,给一个词或者字问是什么意思,我们怎么回答呢?很可能我们会说它有好几个意思,我无法确定他到底是哪一个,但是如果你告诉我一个句子,包含了上下文,那我就能跟你说出来他确切的含义。

这就是lstm这种模型最大的问题,他的词嵌入是固定的,每次独立的输出很难获得完整的上下文,实际上也有方式来补救。ELMo模型,就是使用两个双向lstm获取动态的上下文信息,对不同语句中出现的相同词语会输出不同的embedding。

而且在lstm的翻译模型中,只有把编码器最终的输出跟解码器连接起来这样就失去了很多上下文关系attention机制就是在这种情况下提出来可以通过在前面的那篇文章里的例子对比就能发现加入Attention机制之后的效果改进实在是太大了

attention机制是如此的重要以至于一些人专门儿设计了一种架构并发表了一篇叫做attention is all you need的论文,提出的模型就是Transformer他们当初主要是为了解决机器翻译问题恐怕也没有想到这个模型会对整个nlp领域造成如此巨大的影响。前段时间的GTC大会老黄还专门邀请了这篇论文的几个作者一起进行对话讨论,并表示:“整个行业都对你们的这一成就心怀感激。”

我相信老黄这句话是发自肺腑本来一家卖游戏显卡的公司靠这个模型摇身一变成为一家人工智能公司过去一块儿显卡能卖1万块已经是顶天了现在一块儿同样架构核心加速卡直接就能卖到一二十万简直是赚翻天,感觉现在老黄都不怎么关注游戏玩家了很多人打游戏还在用好几年前1650

我们下边就研究一下Transformerattention机制仔细的看一下,对于输入的词向量序列,它是如何变换的。

假设输入的维度是n*d,首先把输入经过不同的线性层变换成三个不同的序列,分别是query,key和value,也就是qkv,然后对q乘以k的反置,得到一个nn的矩阵,然后用这个矩阵来乘以v得到输出,我们要注意一下这时候输出维度刚好又变成了n*d,折腾了一圈,输入的形状结构没有任何变化,但是每一个词向量的值却发生了变化,实际上就是这个过程,根据上下文相关性把每一个词变换成它应有的意思了,所以这个模型叫做transformer,还是非常形象的

事实上transformer是把词向量拆成几个小块单独计算attention最后综合一起最终的矩阵形状是一样的,叫做MultiHead Attention这么做主要是为了更好地把握每一个词下面单独的若干概念之间的联系,可以更精准地把控语义

事实上这个nn的矩阵,就是代表了句子里的每一个词和词之间相关性的联系,我们看一下下面这张图。(我懒得自己画图了,这张图片是直接网上找的,要是有侵权请联系我删掉。)

上面最后那个矩阵显示了the cat is on a chair这句话每个单词之间的对应联系权重。经过这个权重变换后的句子序列的每一个词向量,都是变换后根据上下文相关性生成,包含了具体确定的意义的概念组合。

所以说,Transformerattention机制真的非常重要,那篇论文的题目叫attention is all you need是非常贴切的

Transformer模型解决了这些上下文相关的语义,而且不基于时序,相比比lstm更易于训练和规模化扩展,直接风靡了整个业界。当初bert一经推出就在各大榜单上显示出非常优越的效果,更不用说后面大家都知道的chatGPT了现在nlp领域已经基本没什么人去关心lstm

从论文发表至今,六七年已经过去了,transformer仍然还是当之无愧的业界的统治者,我们看到的进步只不过是不停的搞更大的参数,更多的训练数据而已。当然也有架构上的一些优化改进,但这些都是边边角角了,并没有本质上整个结构性的改变。

实际上gpt并没有使用整个Transformer,而只是用了它的decoder解码器部分,为什么这样就工作的很好呢?很简单,这再一次说明了attention机制的重要性,解码器也不过是一些这样attention变换的堆叠,之所以有编码器,因为tranfromer最初提出的动机是想解决机器翻译的问题。实际上只是单独的简单的堆叠解码器就足够了,每一次变化都能获得上下文相关的语义的理解。只要训练数据足够大我们仅仅依赖于解码器就能实现翻译程序,比如把现代文放在前面,中间加一个特殊的标记来表示翻译符号,后边跟着文言文的输出,用大量这样的数据来训练就可以了。

对于大模型来说,当他训练的数据足够的多,翻译文言文甚至都可以直接当做聊天机器人的提问,比如在提示窗口里输入,把xxxxx这句话翻译成文言文,它就会给出相应的翻译输出。

所以我们为什么要花力气训练单独的翻译程序呢?直接训练一个特别优秀的大模型就能解决所有这些问题,根本不需要再单独的折腾了。

然而对于只是简单的推理过程,现在大模型都需要大量的算力,而且他还没并没有对这些翻译数据进行优化训练,所以训练专门特殊应用模型还是有一定价值和意义的。但是随着时间的推移,未来谁说的了呢?可能一二十年后算力这些都不是太大问题的话,我们的翻译程序可能也有很大的改进和不同。

我们再展望一下未来。Transformer统治了这么多年,是终极的模型吗?在很多表现上它都能给出足够好的结果,以至于让很多人觉得它似乎可能有一些智能的感觉。

然而直觉是并不可靠的,我们看看这个模型本身,有很多问题它都解决不了。

第一个是没有动态的存储。对于我们每一个思考的人类来说,如果我们告诉听到一件事,就会把这件事情给记在大脑里显然transformer模型并不拥有这些记忆。聊天机器人之所以能感觉到上下文,那是因为在回答下一次输入前,他把之前聊天框里之前所有的输入再重新跟新输入加在一起当做新一次的输入,这就给了我们以好像有上下文的假象,然而这都是trick。

而且整个attention机制加上一些其他的线性变换还有残值连接激活函数,所有这一切如果从数学角度来看,都只是一个个简单函数方程进行不停的嵌套,最终得到一个足够复杂的方程或者函数,这个函数可能有几亿几百亿个参数,然而它的本质只是一个函数映射或者方程,训练的过程就是拟合这些参数的过程。这个方程本身我们说它就有智能吗?

显然不是。

不过我们下结论也不要过于笃定,很多东西都不好说。我们可以对这个方程加一些简单的其他操作,从我的直觉上来看,似乎是有可能实现一定的类似人类的认知智能的。

首先是词向量,说实话,当我第一次接触词向量的时候,确实有眼前一亮的感觉。他解决了很多之前nlp领域头疼的问题。但是向量本身是固定的,只是用一组数字来描述一个概念。这些基础的每一个数字是什么呢?也许是这些概念里边更基础的概念,但向量的长度决定了这些基本概念就是这么多,而且是固定的。

我们人类大脑认知的情况并不是这样的,对于一个概念来说,他可能包含若干个子概念,而这些子概念可能每一个又包含另外的一些子概念。最重要的机制是,这些子概念是相互连接可能包含有各种各样的联系,概念与概念之间是一个树状或者是网状的结构,向量只是一个固定的若干个概念的组合,这跟我们人脑的认知结构差别还是非常大的。

而transformer无论怎样变换上层的上下文语义结构,它的认知的基础概念就是向量的维度这么多,而且这些基础概念都是独立的互不干涉的所以他不太可能达到人类的认知水平。

除此之外还有一个就是,我们除了本身包含的这些概念之外,还能对这些概念进行思考总结,生成新的概念,产生概念概念之间的联系。而transformer训练完了就是训练完了,他并没有新概念产生的机制,也就是说没有人类思考的过程。

况且对他来说一个概念是什么呢?对他来说只有词向量每一个基础的元概念,以及上层的这些概念组合形成的新的概念,当足够多的大量的数据来对应的时候,他似乎让我们觉得能理解很多我们人类所谓的一些概念,也许吧,如果他的参数足够多,那么可能能覆盖我们已知的一些概念和这些概念之间的联系,当参数越大,我们给他的数据也就是说这些概念之间的结构联系越多,他表现出来的效果看起来就会越好。

但是真正的人类智力的核心呢?显然他并不具备。人类真正的智力的核心是对这些已知的概念进行总结推理归纳,进而生成新的概念,或者把若干这些概念整理成几个精简的概念,这就是我们人类思考学习的过程。

所以说我们想要实现真正类人的智能的话,Transformer模型是不够的。我们一定要提出一个新的模型,这个模型能以我们思考的概念为基本元素,然后能动态的对概念进行归纳总结更新,而且还能生成新的概念结构。

整个训练的过程也要改,对于我们现有的大模型来说,训练好了参数就是固定下来了不会再改变了,但真的人类的认知过程并不是这样的,它是一个动态的过程,平时每天的对话,每天的看到听到的事物本身就是一个学习的过程,大脑也无时无刻也不停地对这些概念进行总结归纳。所以我们不能简单的直接给数据训练一种方式,它的使用过程中的输入都是一次新的认知或者训练过程,甚至每次推理的过程也要对已有概念进行总结提炼归纳,也就是说我们要引入一个思考的过程。

这样我们就把训练数据当成外部输入,输入之后这些数据在模型内部先存起来。包括其他后续的每次输入都是一样。另外我们在内部单独拆分出来一个过程,姑且把它称之为思考的过程吧,这个思考的过程就是对这些数据进行审视,建立内部概念连接的过程。

所以假设需要建立一个新的类人智能模型的话,并不是仅仅使用简单的训练来概括所有的学习过程。而是把整个训练过程拆分为输入,认知思考,和输出几个部分。每次输入都能引发内部的认知思考。没有输入的时候,模型本身也可以进行认知思考。

这个所谓的认知思考其实就是内部进行一个训练学习的过程,也就是前面说的对这些概念进行总结归纳或这生成新概念的一个过程。

我们再看一下transformer,如果从本身结构来看的话,他缺的另外一个东西就是动态的存储。就像我们前面说的,它并没有聊天的上下文,需要把所有历史的输入跟新的输入连在一起当成新的输入,才能产生上下文的相关性

但是我们刚才讨论的改进的新模型就不存在这个问题,对于已有概念进行总结归纳产生新概念的过程,其实就是生成新的存储。

所以说这个新的存储在我们的类人智能模型中怎么来表示呢?

一种方式是我们想办法怎么动态的扩展这个词向量,另一种办法是直接用一种新的架构或者模块。

这个具体怎么实现我还没有想清楚,当然如果真的想清楚了,那就是革命性的一种改进变革了。它肯定没有那么简单,或者说它很简单,只是我们还没有想到。不过毕竟现在这个行业全世界的聪明人都在一起想方设法改进,或者说尝试解决方案。未来谁又说的了呢,说不定有很大几率被我们找出来这种东西。

如果真的能找到这样一种架构的话,那我们确实才需要开始真的去担心,人类的高阶思维是否会被机器取代。然后这里边还有一些更复杂的哲学问题等着我们,它能产生出来自我意识吗?

至少目前看来我们需要走的路还有很远很远,这些都是杞人忧天了。

好了,讨论完这些技术性概念性的东西,我们再看一下应用方面。

说实话,现在大模型确实存在一定的泡沫。很多公司的估值都高的不太正常。至少在我看来他们实在是很难盈利。聊天机器人实际应用价值并不是太广泛,也许客服之类的它能解放一些人工,一些公司也愿意为他进行付费,但这个市场并不是特别大,要是想撑起来类似于openai这些公司千亿美元的市值,还是远远不够。

但另一方面,深度学习相关的技术是一个巨大的市场,我们不能简单的局限于大模型聊天机器人。比如现在另一个火热的扩散模型生成图片的,在各种艺术创作以及游戏当中其实是可以真的产生一些生产价值的,虽然目前还早吧,但随着不停的迭代改进,未来应用场景还是很广泛的。

另外就是在各行各业当中的应用了,特别是模式识别或者图像识别。比超市里对水果蔬菜进行打秤,对于人来说这其实是一个很累的过程,要仔细的去看是什么水果,然后选择相应的品类打出来价格贴上去。我前段时间就见过一种能动态识别水果的秤,当时我把水果放上去,它自动显示出来砂糖橘和蜜橘两种选项,这样打秤的员工只要简单的在里边选出来确定具体哪一种就可以了,可以大大减轻他们的工作量。这种东西虽然看起来不是很起眼,但却是一种实实在在的应用场景,产生了一个实实在在的商品。而且全世界那么多超市,需要的这种秤的数量其实也不算少,未必就比那些火热的聊天机器人的利润水平低。

类似的应用场景其实多了去了,这就是我们为什么提出来要进行人工智能+类似的概念,各行各业都有很多可以相结合的,特别是模式识别和图形图像相关的应用,可以解决或者减轻很多工作量,这是实打实的技术进步和改善。

再比如说yolo算法,它的作者后来宣布退出了开发,他自己说是因为这项技术被大量的使用在军事和隐私窥探等相关的领域,他不想做恶。先不讨论具体的价值观念吧,其实yolo算法本身是很实用的,技术无所谓好坏,只是看人们怎么使用它了。这算是另外一个话题了吧,我们先不在这里讨论了。

所以说深入学习相关的这些技术,即便是现在投资界存在一定的泡沫,技术本身也是实实在在的进步,不然美国也不会闲着没事儿来限制我们了。这些技术跟那些所谓的区块链元宇宙纯粹炒概念不一样,即便是泡沫也是投资于人类的技术研发,推动科技进步。更何况这些钱大部分都是市场上的自由资本,大家愿意搞泡沫,烧钱推动本来可能是科研相关领域的东西,来共同实现人类的技术进步,也不是什么坏事。

另外一个就是美国对我们的限制了,说实话算力上的限制确实挺让人烦的,但长远来看,十年二十年的维度上来讲的话,顶多也就是一时的阻挡,改变不了大势。况且对大部分真正有价值实用的那些模式识别和图形图像相关领域来说,对算力的要求并不是特别的强烈,这反而是一件好事。追求大模型,把大量的算力花在这上面,引领技术的进步,也许能得到一些很激动人心的结果,但实用价值并不高。

况且现在技术架构上大家都没有什么新的突破,算力不足如果能迫使我们想方设法去研究新的模型或者架构,也未必是件坏事。另外要是促使国内厂商硬件芯片方面进步那就更好

最后讨论一下国内的现状,很多人应该都能感觉的到,我们并不能算是技术的引领者,仔细观察一下可以发现,很多创新的思想和技术还是都发生在国外。我们刚刚开始发展起来,目前还是追随者的位置。但我们也可以发现其实很多人工智能领域重要的研究者都是华人,为什么他们在国内就没有能做出很好的成绩到了国外表现这么好呢?

这个问题很复杂了,我们应该看到欧美在引领人类技术进步方面已经积攒了好几百年了,吸引了全世界大量的优秀人才他们的大学相对的更有底蕴一些而且他们一直传承下来的科研以及交流合作沟通的整个理念体系都是需要大量的积累的。另外一个就是文化层面的或者说思想层面的,对于创新的一些无形中的整个氛围环境,这些都是他们几百年积累下来,在文化当中无意识的传承的,可能我们的汉语文化圈很难觉察得到对于受过大量教育和良好训练的华人来说,到了这个环境会不由自主的被他的文化给带进去形成正向的激励

对此我们并没有必要去妄自菲薄,也没有必要操之过急,随着时间的发展都会慢慢地改善。其实我们现在最需要适应的是要逐渐的从追随者的心态,变为技术引领者的心态只有心态上转变过去了,才能真正的引领技术的发展

然而引领者是很难的,因为毕竟我们已经吃过了很多追随者的红利。比如说GPS美国人搞出来就是从无到有,但我们再跟着做,其实已经知道这东西是可以实现的了,大部分核心技术也都透明了,它就是一个工程实现的问题,难度跟从头研发出来完全不是一个数量级的

我们的举国体制其实很适合作为追随者毕竟解决工程问题,只要投入人力物力这是我们的优势所以我们不用担心美国人抢先研发出来一种技术只要他们研究出来了,我们知道是可行的,慢慢捣鼓出来的。

从无到有的研发会花费大量的时间精力,经历各种各样的失败,而且还需要各种的机遇和灵感,不是简单地堆人力就可以出效果的。况且它还需要人敢于去想,敢于去尝试,敢于去干这并不是太符合我们整个民族的性格

但历史已经发展到今天这一地步,从人才储备以及整个历史趋势来看,我们的崛起和美国的衰落都是已经在不断地发生当中了也许有一天美利坚不再引领人类技术进步这个担子就不可避免的落到我们身上,我们要为此做好准备

实际上我们需要更主动的去尝试作为引领者首先的转变要在心态上当我们决定做引领者的时候,就会从技术引领者的角度来看各种问题,去做各种尝试。我们站立的角度和心态,就决定了我们做事的想法和方式。先从心态上进行转变,剩下的文化和积淀,随着时间慢慢地积累,一步一步都会得到改善

这些改善和进步又从另一方面能够更好地去影响我们的心态和自信这就是一个正向的循环我们现在正在外围不断地向这个圈子的内部靠近,现在可能觉得有点困难和不知所措,但我们走的越近就会觉得越舒服越来越能找到感觉

展开全文

这篇文章的想法源于前段时间教九岁的小侄女打游戏时的一些观察很喜欢玩宝可梦,可能是游戏简单节奏轻松吧,最重要的是里边的小动物,看到可爱的就舍不得一定非要抓到。

看着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

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的基因来提高产量

另外一个我们经常使嫁接技术,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

今天我们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

展开全文

最近韩国人的lk-99引起了整个世界的风暴,才过去了几天,目前从各方面渠道来看,很有可能是真的实现了室温超导。

很多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。

展开全文

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。

展开全文

得益于长征5号的研发成功,我国航天最近能够把大重量的东西送上太空,所以最近看到了一系列的突破。比如登陆火星,比如空间站,比如月球挖土。
当然这些只是在重复做美国人曾经完成过的事情,我们既然现在有技术有资源为什么不尝试一下前所未有的探索呢?
这是我的一个理想,那就是在月球上建造一个可以住人的基地,甚至建立一座微型的城镇村庄。这并不是科幻,离我们一点都不遥远,只要利用现有的技术是完全可以实现的,可以说只是一个工程问题。
首先我们看现有的空间站,其实已经很大了,至少有几辆大巴车那么大小,是可以住好几个人的,我们在月球上建立基地,第1步也可以把类似的东西发射到月球上,一个一个组装起来,就像现在空间站上用的技术是一样的。
这里最重要的问题要解决的就是能源和材料这样的问题,包括物质。比如说建造,我们想大规模的建造一个类似于购物商场那么大小的基地的话,那么完全从地球上发射是不太现实的,但是我们可以利用月球上已有的物质,看看能把一些什么机械设施发射上去,在月球上就可以采矿,并且制成铁各种各样的金属。进一步可以用来构造基地自身。这样子只需要发射一部分工具,然后利用这些工具开采加工月球上的物质,这一切可以通过几个航天员远程操控的无人机械进行。
先看看现在最需要解决的能源问题,我们可以用几个太阳能板来产生一定的电量,现在空间站就是这样工作的。它的问题也很大,因为能量输出实在是太小了,只是简单的提供一些生命支持,如果进行大规模的工业活动肯定是不够的。
那么我们能不能发射一个核反应堆到月球上呢?这是一个很值得考虑的问题,至少在看来是可以解决的,我们可以把反应堆做得很小,至少目前我们已经在核潜艇上用一些小型的反应堆了,它只有几十吨,而且大小也不是特别大,可能直径只有八九米的样子。而且他这些大小大部分都是外面的屏蔽壳来屏蔽辐射,用来屏蔽辐射的真正核心部分,反应堆的核心并没有多大,而且我们还可以拆分开来,反应堆,燃料以及其他一些组件单独发射,然后到月球上再进行组装。
事实上在月球上的核辐射并不是一个什么问题,因为月球没有大气层,而且受到太阳风等各种各样宇宙粒子射线的影响,月球每天都接受大量的辐射,所以说核反应堆完全不用太考虑保护怎么把这些辐射给屏蔽掉,月球不是地球,宇航员出门都是要穿防辐射的航天服,我们的空间站本身也要是防辐射的。

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。

展开全文

过年回老家休息几天。荒芜的院子里到处都是树叶树枝。花了半天打扫了一下。然后点了一把火把这些东西都烧掉。

真是好久没有点过火了,望着熊熊火苗,我开始陷入了沉思。

有很多过于熟悉的东西,我们往往忽略了它的存在,不去问为什么。燃烧的火焰就是其中一个。

火为什么会燃烧会发光发热呢?显然它是一种化学反应,这是我们在课本上学到的。

干枯的树叶和树枝,大部分都是由植物纤维构成。这些纤维是什么呢?是单糖形成的长链。本质上是碳氧氢这些元素组成的巨大的有机化合物。当燃烧发生时它们和空气中的氧气,生成二氧化碳和水。这是燃烧这个过程背后发生的基础的化学反应。

然而我们现在把这些基本的反应放在一边,而把目光仅仅聚焦于燃烧这个过程本身。

基于持续的观察,现在有几个有趣的事实,可以深入研究一下。

首先,烟是往上冒的。你可能会说这是废话,我们当然都知道烟是往上冒的了。然而你还记得刚开始我们说的那句话吗?对于过于熟悉的东西,我们往往会忽略它的存在,而不去思考为什么。

烟的本质是什么?在植物纤维和氧气的剧烈反应当中,肯定会导致整个链条破碎,然后有一些短链或者分子团,会随着剧烈的反应提供的动能而被甩到空气中,这些短链的断开会导致整个物体的破碎,形成各种各样的小颗粒。如果这些小颗粒来不及与氧气彻底的反应,那么就会飘到空气中去。这些微小颗粒以及部分水分混合在一起就组成了烟雾。

如此看来,组成烟雾成分的分子量应该比空气的平均分子量要大得多。那为什么它会往上冒而不是往下沉呢?答案就是温度。

pv=nkt,压强体积不变的话,T升高就意味着n减小。更少的分子个数就意味着更低的密度。用我们的俗话说就是温度升高,气体膨胀,密度减小。

密度减小就很显然了,我们的大气,就像水一样是有浮力的,这些热空气就会往上飘,往上浮,所以说烟是往上冒的,热气球跟它的道理也是一样的。

水的浮力是什么呢?只不过是上下表面之间的水的压力差罢了,空气的浮力也是一样。造成这种现象的核心还是地球的重力,因为重力导致上下表面的压力差。

如果我们在太空无重力环境下点燃一支火柴或者一个蜡烛会是什么情况?应该不会产生像我们看到的那样尖尖的火焰,因为整个燃烧表面压力都是均匀的,产生的火焰应该是球状的。

怀着这样的想法搜索了一下,果然是如我所猜测的那样,甚至可以看到拍的图片。

烟是往上冒的这一点,我们在很多地方都可以利用,比如说烟囱。如果我们有一个很大的可乐罐,两端各开一个口,我们在后面开口用一个很长的导管把它导到一个很高处,然后在前面开口的地方在里边放一些木柴在里面点燃,这个时候,烟一定是顺着后面开口往上冒的,而我们塞木材那个小口,就会只是空气往里面进。这是因为,膨胀的空气会往上浮,而他就会顺着那个导管往上走,往上走产生的吸力会使得空气从我们塞木材那个口里面流入。

而我们广大拥有智慧的劳动人民,在历史的长河中,早就发现了这一点,每个民族造的房子里面都有高耸的烟囱,这样在厨房的屋子里面点火的时候,屋里是没有烟气的,只会顺着烟囱往外冒。

利用这一点,我们也可以构造一些很有趣的取暖装置,可惜在城市的房间里我们无法直接点燃火焰,即使你愿意点,也没有木材可以烧。

如果我们在野外点燃一个火堆会是什么样的情况?假如没有风的情况下,那么火也是往上冒的。周围的空气贴着地面,流向火焰的本身,这个流动的形状就像火字的下半部一样,所以点燃火堆的形状,就跟我们伟大的先人创造了火字一样。

第2个有趣的观察就是火焰是一个缓慢的化学反应过程,它与氧气的反应,有一个速度,缓慢的把这些热量释放出来,不是很快,但也不是很慢。恰巧是达到我们观察到火焰的那种程度。

这个恰到好处的反应速率,意味着我们可以用火焰来烹饪食物,利用火焰来锻造等等。所以我们不该忽略这个反应速率在我们人类文明的诞生和发展中起到的重要作用。

如果这个反应速率过快,能量在一瞬间就被释放出来,那就变成了我们熟悉的爆炸。实际上爆炸也是化学反应,甚至那些炸药的能量密度并不一定比得上其他物质,但是它的反应速率是足够的快,以至于很快很短的时间内就把所有的能量释放出来,这些能量瞬间形成了强大的冲击力。

如果反应速率过慢,我们就会感觉它像铁生锈或者说一些物体腐烂一样,并不会产生明显的火焰。正是能量的速度释放得恰到好处,足够产生光和热,才生出了火焰。一系列的有机碳分子和空气分子的混合物,在一个我们可以见到的火焰的区域内部,发生反应,放出热量,产生我们可以看到的光。

所以如果你仔细的思考这些背后发生的过程,当你看着火焰的时候,看着火苗不停的上穿下穿,意识到背后那些分子剧烈运动碰撞达到更低能量的结构并放出光和热形成的一个区域,就会觉得这是一个很有趣很有意思的一个过程。

第3个有趣的事情是大气中的氧气密度以及二氧化碳的密度,和植物以及燃烧之间的关系的平衡。

如果我们放任植物不停的进行光合作用,那么大气中的二氧化碳会逐渐的被他耗尽。然而我们现实世界中的二氧化碳却是维持在一个稳定的百分比上。

这个原因也可以归结于植物的叶绿素进行光合作用的效率,可能在很久以前大气中的二氧化碳密度很高,但是植物的叶绿素不停的合成,直到达到我们今天空气中二氧化碳的密度,基本上稳定下来。这个速度对植物来说很吃力,如果密度太低的话,植物就无法进行下一步的光合作用。

所以动物的消耗以及各种各样的燃烧,各种各样的产生二氧化碳的活动,也许对整个生物圈的存在运行是不可或缺的一环。这些不断生成二氧化碳的速率,和植物现在光合作用的速率逐渐达到了一个动态的平衡点,也就是我们目前大气中二氧化碳的密度。

我们可以从植物进化中看到一些端倪,我们现在有一些碳三植物和碳4植物。碳4植物的光合效率没有碳3植物高。碳4植物花费更大的能量精力,为的是可以在更低的二氧化碳密度下进行光合作用。之所以会进化出来碳4植物,可能就是因为二氧化碳密度越来越低,导致一些植物消亡,而一些新的植物进化产生吧。

然而人类不断的燃烧排放,产生的二氧化碳的速率已经超过了之前动物们的速率,但是想必植物也会加快它们的光合作用的速率,很多人觉得温室气体的排放是一个问题,其实我觉得未必,可能植物会不断的把这个问题解决掉。

最后这个二氧化碳和氧气浓度的问题,我已经思考了很久,改天有时间的话单独再写一篇吧,现在只是随便突然想起了。

这篇文章是在火边用手机和语音写下的,现在火差不多结束了,所以文章也应该差不多结束了。有句话一直想装逼引用下,今天总算逮到机会了:“火萎了,我也准备走了”。好吧,如果你读过这首诗的话,应该知道其实用在这里是很不吉利的,然而我实在忍不住放弃这么好的装逼机会。

展开全文