一
2008年1月16日,苹果发布会上,乔布斯从文件包里拿出第一代Air说道:
“这是世界上最薄的笔记本电脑。”
空气有多稀薄?
当时,市场上最薄的笔记本电脑是索尼 TZ,而 Air 的最厚部分比最薄的部分还要薄。
在很多细节上,Air 将美感做到了极致,并且一直延续到今天,唯一的问题就是续航。
如果你拆掉后盖就会发现,在封闭而狭小的有限空间里,锂电池几乎占满了所有空间,只为增加续航能力。
这是艺术与现实的妥协。
十年很快过去,各种型号的笔记本电脑蓬勃发展,全面屏手机成为标配,摄像头从800万像素增加到1亿像素,指纹解锁、面部识别、快充技术不再新鲜……一切都在变化,紧跟时代的步伐。
一切似乎都没有改变,从1990年到现在,锂电池技术几乎停滞不前,进展缓慢。
电池涉及材料科学,材料科学的突破没有太多捷径,唯一的办法就是不断换材料,不断重复实验,谁也不知道什么时候能出结果,这叫薛定谔材料。
如果我们只追求电池寿命长,那我们早就发明了。人造卫星使用的核衰变电池可以使用几十年,但其功率太低,无法为手机供电。
在电池方面,我们一次次失败,一无所获,只能在现有的锂电池技术上不断摸索,进行各种形式的创新。
近年来,安全领域取得了诸多突破,如比亚迪的“刀片电池”,成功通过了针刺测试:
在刀片电池问世之前,全球早已深受电池安全问题的困扰。
电动汽车的电池安全问题一般是指电池的热失控。相较于目前电动汽车常用的两大主流电池,磷酸铁锂材料本身具有四大优势:放热启动温度高、放热缓慢、发热量小,材料分解时不释放氧气,不易起火。而三元锂电池天生热稳定性和安全性较差是业内公认的事实。
“在500℃的温度下,磷酸铁锂材料的结构非常稳定,但三元锂材料在200℃左右就会发生分解,化学反应更加剧烈,释放出氧分子,更容易引发热失控。”孚能科技电池有限公司副总经理孙华军说。
不过,尽管磷酸铁锂电池在安全性方面有着三元锂电池无法比拟的优势,但由于其能量密度不及三元锂,导致不少乘用车企业在过去几年陷入了对动力电池能量密度的非理性追求,磷酸铁锂电池在上一波与三元锂电池的路线竞争中还是落败了。
被誉为“电池大王”的比亚迪集团董事长王传福就是做电池出身,2003年宣布进军汽车生产之前就已经开始研发汽车动力电池。从推出第一款动力电池,到成为全球最大的新能源汽车品牌之一,比亚迪始终把“安全”放在第一位。
正是因为对安全性的极度重视物理学家伍什么,即便是在前几年三元锂电池广受好评的市场环境下,比亚迪也从未放弃对磷酸铁锂电池的进一步研发。
二
说到最受追捧的概念,人工智能名列其中。
人工智能源于计算机技术,其实质是解放生产力,提高技术研发效率,从而替代人类部分工作。
可惜的是,现在的“人工智能”只是一个幌子,成为了赚钱的工具,很多做算法优化、硬件集成、大数据的公司干脆换个名字就说自己是人工智能公司。
人工智能( ,AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术和应用系统的一门新技术科学。
人工智能是计算机科学的一个分支,它试图理解智能的本质,并生产出一种能以与人类智能相似的方式做出反应的新型智能机器。该领域的研究包括机器人技术、语音识别、图像识别、自然语言处理和专家系统。人工智能自诞生以来,理论和技术日益成熟,应用领域不断扩大。可以想象,未来人工智能带来的技术产品将是人类智慧的“容器”。人工智能可以模拟人类意识和思维的信息过程。人工智能不是人类智能,但它可以像人一样思考,甚至可能超越人类智能。
它们会精准识别你的搜索结果,推送定制化的广告;或者给手机摄像头加个AI噱头,但本质还是用滤镜自动美化图片。
专注于换脸的AI软件采用的是深度学习,仅仅达到了弱人工智能的最低门槛,甚至称不上智能,还停留在很浅的层次。
实现强人工智能还有很长的路要走,远到让人绝望。
三
人类历史上,有一个问题持续了几百年:
地球上的石油什么时候会枯竭?
答案一直在变,从最初的10年,到50年、100年……由于勘探技术的进步、页岩油气革命、地质理论的突破等因素,石油的已探明储量不断增加,而且很可能永远不会枯竭。
有一个严峻的前提:如果我们想继续满足每年巨大的燃料需求,就只能更加努力地发展钻井技术,以应对地面油田快速枯竭的现实。
正如我上面提到的“摩尔定律”一样,钻井技术终有一天会到达瓶颈。
也许当石油开采成本越来越高,高到失去竞争力的时候,一桶石油就能卖出天价,自然就会被市场抛弃,相当于枯竭了。
如果没有石油,单靠煤炭是不可能维持人类的高科技生活。
单单石油供应短缺一项,就将导致全球绝大多数城市无法正常运转,农业生产难以为继,更别提养活全球70多亿人口了。
而且石油是重要的工业原料,塑料、合成橡胶、化学纤维、清洁用品、添加剂、沥青等都离不开石油,新能源也无法取代石油。
不论核能、水能、太阳能、风能、潮汐能,目前都还处于利用率最低的阶段,且各有各的缺点:
水电具有季节性,风能、太阳能具有间歇性,不能随时利用,也不能调度,对现有电网的稳定性造成影响,只能作为补充能源……甚至一些新能源产业还要靠财政补贴才能生存。
马斯克是个大嘴巴,是资本利益的代言人,但为了实现殖民火星的愿景,他可以一边说大话,一边花费十多年的时间进行研究。他甚至掌握了航天器的发射和回收技术,大大降低了火箭发射的成本。
就算马斯克真的解决了人类在火星生存的所有问题,包括空气、食物、水和人造基地,但却无法解决最核心的能源问题。
目前,我们在火箭推进技术上很难有创新,发动机仍然使用液氢、液氧和甲烷作为燃料,运输成本也很高。
正在进行升级改造的全超导托卡马克核聚变实验装置。图片来源:新华社
四
如今科学理论的验证越来越困难,但人类的寿命是有限的。
300年前,人们根据化学燃烧现象,提出了能量守恒定律;200年前,人们在进行实验验证的同时,提出了电磁理论;100年前,人们期望100年后有足够的能力去验证量子力学。
随着人类积累的知识越来越多,任何顶尖的数学家、物理学家或者生物学家,都需要花费大量的时间来学习最基本的理论知识……也就是说,目前我们还不可能复制牛顿和爱因斯坦。
当一个科学家处在人生的黄金时期,他依然在忙于学习知识,可能在四十岁时就学完了自己专业中很小的一个领域,六七十岁时才终于掌握了物理学的一个分支学科,此时他已经没有多少时间和精力再去继续探索科学研究了。
南京大学博士方承志在《技术大停滞》一书中举了一个生动的例子:
有一本书叫《有限单群分类》,由四位资深数学家共同出版,全书350页,全文只是摘要,如果要完整的证明,至少需要15000页,是数学史上最大的证明。
几位数学家争分夺秒地保存这份长达15000页的证明,到2011年,这本书只对证明进行了概述。
世界上只剩下少数人能够理解这些证明,他们担心在年轻一代数学家接手之前自己就会死去。
类似的现象不仅存在于数学中,而且存在于很多领域。
当每个人,即使是天才,也无法用一生去学习某一知识体系中的所有专业知识时,科技发展就会达到极限,很难再有突破。
另一个是人类思维所能达到的极限。
许多领域的研究,都需要人类不断尝试才能产生成果,这在过去是可能的,但当今物理学的前沿领域,远远超出了人类的想象范围,因此起步困难,进展缓慢。
比如,我们无法理解弦理论、暗物质、多维空间、宇宙边缘,无法理解双缝干涉实验和戴森球,无法计算曲率发动机,无法找到能承受10%光速飞行的材料。
陷于三维世界思维的我们有时必须承认,人类的基础尖端技术已经到达了极限。
虽然科技没有终点,但是对于人类来说,能够探索的技术是有限的,而这个极限的上限取决于人类的寿命。
相对于整个宇宙来说,我们太过渺小,太过孤独,至今为止,我们还没有发现任何外星文明的踪迹,或者他们的踪迹被人类掩盖了。
在关键的能量-动力转换技术方面,人类的技术进步在1969年以后明显放缓。
首先,导致速度停滞。在人类历史的大部分时间里物理学家伍什么,依靠动物动力贝语网校,人类的最高速度保持在每小时25英里。蒸汽机和内燃机出现后,在1900年提高到每小时100英里左右。飞机出现后,逐渐接近音速,火箭速度是顶峰。人类迄今为止的最高纪录是每小时25000英里,由“阿波罗10号”在1969年创下。但一切到此为止。20世纪70年代,从伦敦到纽约的飞行时间是8小时,现在仍然是8小时。唯一一架用3小时飞完这段旅程的协和式超音速客机于2003年退役。如果今天有人谈论太空火箭、月球度假或载人探索太阳系,那简直就像痴人说梦(见上文《未来的终结》一文)。
火箭推进方面一直没有大的革新,导致航天运输单位质量成本居高不下。纳粹德国在上世纪四十年代研制出V1、V2火箭,不到三十年后,土星五号火箭便在1969年搭载阿波罗登月飞船访问月球,将人类的航天跨度拉长了百余倍。当时不少科学家预测,20世纪末人类就能登陆火星。但现在看来,随着航天飞机的没落,由于推进技术没有革命性的改变,再过五十年也不太可能了。传说中的核动力火箭如今已经彻底消失,甚至可以说,如果还是采用化学燃料火箭推进,人类将永远被困在太阳系里。
吴
1950年,物理学家费米提出了著名的“费米悖论”:
费米悖论是一个关于外星人和星际旅行的科学悖论,描述了对外星文明存在的高估与相关证据不足之间的矛盾。相关问题受到天文学、生物学、生态学和哲学等诸多学科的关注。新兴的天体生物学引入了跨学科的研究方法来解决这个问题。
理论上,人类需要100万年才能到达银河系的各个星球。所以,如果外星人比人类早进化100万年,他们现在应该已经来到地球了。
但为什么我们一直没有观测到外星人的存在呢?如果我们的技术有限,都无法观测到他们,那么外星人为什么就不能发现我们呢?
别小看宇宙中存在智慧生命的可能性,以银河系为例,类似太阳的恒星有数千亿颗,类似银河系的星系也有数千亿个。
从概率上看,整个宇宙中存在着无数与地球相似的生命形态,但整个浩瀚宇宙却一片死寂,除了人类之外,目之所及之处一片漆黑。
其中一种理论被称为“大过滤”。
宇宙中文明当然不少,但具备离开自己星系、在太空旅行能力的文明几乎没有。大多数文明都经过了层层筛选,从使用火、农耕文明、工业、蒸汽机,到内燃机、电力,最后落到了“受控核聚变”的筛子上。
如果你跨过它,你就拥有了整座黑暗宇宙森林;如果你跨不过去,你就会被困在自己的星球上,利用剩余的能量维持文明,生存下去。
看似残酷却又公平。