挑战与极限—— 每周科那个幻72

作者:吕默默来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-04-05

最近石墨烯电池很火,虽然有非常好的导电性,可以制作超级电容,但还停留在实验室阶段,是否能研制成功也是个问号。所以电池的极限,我们还远远没有突破呢。

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  四年一届的奥运会,每一位运动员都在努力刷新着人类的各个方面的极限。在科技昌明的今天,我们在各个方面突破着极限。例如,现在几乎人手一部的手机都需要电池,电池的续航极限在哪里?超级细菌威胁着人类,但如果把超级细菌发射到天空中,会发生什么事情?计算机技术几乎已经碰到了天花板,怎么再次突破呢?本期我们就来聊聊人类在各方面的极限以及相关科幻作品。

图2

1、 电池的极限在哪里

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  据外媒报道,充电电池的能源储存容量退化是许多用户在日常使用中所需要忍受的一个严重问题。现在,来自哈佛大学的科研人员研发出了一种新型电池技术,它利用一个化学“魔术”打造出能用上十多年且不怎么需要维护的充电电池。新型电池技术用到的技术叫做“流体电池”,通过两种液体的离子交换获得电流。虽然这种电池能使系统变得更灵活、更耐用,但它极易出现退化的情况,这也意味着其需要定期维护才行。

  观点:

  电池反复充电次数虽然很重要,但电容量和充电速度更重要。现在市面上已经有不少电池可以做到快充,例如充电五分钟,通话两小时。虽然这是一句广告词,但是相信各位朋友对此技术期待已久。但是为传统的锂电池,这几乎已经是极限了,除非有重大突破,否则很难实现一次充电,可以用数月之久的使用体验。最近石墨烯电池很火,虽然有非常好的导电性,可以制作超级电容,但还停留在实验室阶段,是否能研制成功也是个问号。所以电池的极限,我们还远远没有突破呢。

  笔者推荐的是科幻小说《路边野餐》,难道只有靠外星人的技术,电池技术菜会有所突破吗?

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2、 超级细菌在太空

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  硅谷“钢铁侠”马斯克计划,用自家的商用太空探索技术公司SpaceX,向太空轨道发射致命的超级病菌。这样做并不是想用这种超级病菌来毁灭太空,而是希望将病菌送到微重力环境下的国际空间站进行实验。这种超级病菌学名为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌,也称为MRSA。它会引起病人非常频繁且难以治疗的感染。关键的一点是,这种病菌正在迅速变得对大多数的抗生素具有耐药性。SpaceX这次想做的就是希望太空旅行能改变这样的情况。发射成功过后,MRSA将在近零重力的情况下进行实验,看失重的情况是否会对这种病菌的基因和突变率产生影响。

  观点:

  耐甲氧西林金黄色葡萄球菌对人类来说并不是一个友善的家伙,但凡事都有两面性,超级细菌在天空会面对更恶劣的环境,发生突变和变异也就会更多。这也加快了MRSA的突变率,对其以后的变化有着重要的意义,可以提前让人类获得对付这家伙的特效药。

  让我们脑洞再大一些,也许这是科学家们在制造更加超级的细菌,来做生化武器。这样的武器,更难获得特效药,这对于某些战争贩子来说意义非凡。

  笔者推荐的是日本科幻动漫《寄生兽》,来自外天空的寄生生物是如何入侵地球的?来大饱眼福吧!

图4

3、 人类寿命无极限?

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  生物科技公司Gero的科学团队最近在《理论生物学杂志》(Journal of Theoretical Biology)上发表了一项新研究,该研究揭示了对于贡培兹死亡率定律(Gompertz Mortality Law)两个参数的长期误解。贡培兹死亡率定律的描述如下:婴儿的死亡率较高,之后每年都在降低,死亡率在10-15岁的青春期时达到最低点,而在青春期之后,死亡率急剧升高,大约每十年翻一番,这个趋势一直持续到80岁。

  这个规律不只适用于人类,也同样适用于其他动物。Gero团队的领导者Peter Fedichev博士表示:“消除衰老理论中的SM相关是一个好消息,因为SM相关禁止优化抗衰老干预,并限制人类寿命延长的可能性。”换言之,人类生命的延长或许没有明确的上限。

  观点:

  影响人类寿命的因素太多了,上述新闻中提到的仅仅是一个方向。笔者以为,人类获得较长的寿命有两种方法。方法一,筛选人类所有的DNA,找到其中可能治病、引起衰老的基因,人为干预,以获得较长的寿命。方法二,人机集合。放弃人类生物体身体,利用钢铁、硅片制造出来无机物的身体,所有的零部件都可以简单的替换,如此便可获得较长的生命。不过以现在的科技和医疗水平来看,这两种方法远远还没改变人类寿命的极限,还不够呢。

  笔者推荐的是罗伯特索耶的《星丛》,当人类寿命可以亿年记的时候,记忆就是一个问题了。

图5

4、 宇宙的极限?

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  日本物理学家们提供了“令人信服的”证据表明我们所知的宇宙只是低维度宇宙的投影,类似于信用卡上的全息图。今年早期,英国南安普顿大学的数学物理学教授科斯塔斯·史坎德瑞斯(Kostas Skenderis)解释了该概念。他表示:“这个理论类似于普通的全息图,也即编码在二维表面的三维图片,例如信用卡表面的全息图。现在整个宇宙都是以这种方式编码的。”

  理论物理学家朱利安·马达西纳(Juan Maldacena)早在1997年曾首次提出全息图理论或可用于传统物理学。马达西纳提出宇宙是由极小、极其薄的振动弦组成,这些弦产生了重力。但他表示弦世界可能仅仅是从低维度宇宙投射出的全息图。真实的低维宇宙本身可能更简单、更平坦,而且没有重力。

  观点:

  其实这则新闻中提到的观点,在上世纪90年代就已经出现了。宇宙是一种全息投影吗?更或者是一种图像,我们看得到摸不到。这也解释的通,例如我们看到的最遥远的宇宙距离我们130多亿年,现在观测到的光芒就是130亿年前的宇宙,至于130亿年后是什么样子,我们是不可能知道的。另一种解释与新闻中提到的理论正好相反,超弦理论认为宇宙所有物质的根本是一种弦状的能量,不同的震动方式形成了不同基本粒子。如果超弦理论是正确的,说宇宙是全息图也不为过。但这些理论仅仅是假设,没有任何确凿的证据。

  笔者推荐的是《宇宙过河卒》,当一艘宇宙飞船一直加速,看到的宇宙将是什么样子呢?

5、 极限较量

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  据《科学》杂志官网21日报道,美国马里兰大学物理学家克瑞斯·门罗开展了一场别开生面的研究:让两种完全不同技术类型的量子计算机进行比赛,看它们在运行同一种逻辑运算中谁会战胜对手。结果显示它们各具优势,一种更加可靠准确,另一种速度更快。这一研究意义重大,不仅首次实现不同量子计算机的正面“较量”,还标志着这一技术已经走向成熟。相关研究论文发表在预印本网站arXiv上。

  观点:

  在本期的开篇,提到了现代计算机技术的极限,现在看来也许这个极限点还有一段时间,但倘若基础构架不变,以硅为半导体的现代计算机系统迟早会碰到天花板。另一种可以突破传统计算机技术的是量子计算机。由于几乎可以无限叠加计算点,量子计算机的计算能力也是无限的。这方面的研究,2012年诺贝尔物理学奖获得者法国物理学家塞尔日·阿罗什和美国物理学家戴维·瓦恩兰,发明了测量与操作单个粒子的方法,并可以让粒子保持量子的物理性质,这对量子计算机是突破性的进步,也许在不远的将来,量子计算机就会登场。

  笔者推荐的是罗伯特索耶的《原始人类》三部曲,量子计算机的正式启动,打通了两个平行宇宙,将会发生什么样的故事呢?

  本期就到这里,我们下期再见。

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