
前两天我一直在思考一个问题:人类最底层的命运到底是由什么决定的?
到最后我才发现,其实是和我们最底层的物理规律紧紧绑定的。如果我们人类的能源方式没有办法发生根本性的改变,那我们所能触及的极限,就只会被禁锢在引力作用的范围之内——也就是说,大概只能在一个太阳系里面活动。
如果人类的活动范围真的被限制在太阳系内,那我们根本不可能成为一个星际殖民的物种。马斯克所说的“星际殖民”,其实已经把“星际”的范围缩得非常小了。我们所认识的宇宙,可能只是真实宇宙中微不足道的一小部分。
而如果把火星也算作星际殖民的一部分,那其实就像是从家门口走到对面小卖部的距离——和整个地球的尺度比起来,几乎可以忽略不计。不过,这种愿景在心理上确实能给人某种信心和信仰,让我们对未来有更多憧憬。
但我觉得,在目前的技术框架下,这还是比较难实现的。如果真的想走向星际,我们就应该把力量集中到一种全新的科学范式上。这种范式会和现有的科学有细微——甚至是巨大的差异。它的核心,必须依赖能源形式的根本变革。
我个人认为,最有可能改变人类命运的科学突破,应该来自于对空间结构和时间结构的重新理解。如果我们不能在能源层面理解这两者可能引发的突变,人类的历史恐怕就会停滞在这里,难以跨越。
人类的能源基石是什么?
我们现在最核心的能源就是核电厂。核电厂的本质的物理学基石是什么?就是把原子进行分裂和合并,其实就是裂变效应和聚变效应。换句普通的话来说,就是我们通过排列组合原子的结构,在多余的部分产生了一个能量,这个能量被我们拿来使用。
那这个情况下,它使用的方式是什么呢?它使用的实际上是一个宏观上的排列组合,并没有涉及到一些更底层的量子性的能源转化过程。
原子能,这部分多余的能量维持了我们接近100年。
在这快100年的时间里,我们已经有了非常多的能源设计。
现在全球大概有几百座核电站(500左右),我不太确定那个数字,我之前读过核能源技术蓝皮书参考的。反正就是有几百座核电站在这个世界上。
但是,我们在已有的物理基石上出现了一些空白,这个空白是非常显眼的。
我们现在回顾一下人类的能源发展史。
在我们前几次工业革命的时候,我们把热能,也就是蒸汽机,还有动能与化石能,全部都转化成为了电能。我们通过这些东西来促进整个世界的生产和发展,也促进人类文明的进步。
在这个基础之上,我们到最后来到了原子能的时代,也就是通过把宏观的物体分到极致的小,然后通过这种单位上的分解,也就是排列组合来产生多余的能量。
我们可以直接把原子进行拆分,产生巨大的能量,可以产生核爆。这种能量是非常高效的,我们把它变小之后产生了核电站。但问题是,对于光量子,我们并不是直接利用其单个属性去进行能源发展和制造的,而是利用它与其他光电子的互动产生的一个量子能源。这是不合理的。
大家可能觉得这样的能源已经够用,但它不合理。
为什么这么说呢?我们所知道光子是一个没有质量的粒子,这些粒子本身具有动能,而且本身还带着能量。它本身带着运动的动能和能量,但我们却并不知道这部分能量如何在量子层面被我们使用。我们使用的方式依然很原始,未切中本质,目前是进行光电效应的转化,也就是在光子和电子的碰撞或能量交换的过程中,我们提取出一部分出来。这个过程还是一个类似于分裂合并的排列组合方式产生的能源。
举个很简单的例子,我们的太阳能实际上并没有利用产生光子的方式去实现,而是利用太阳发出的光来产生光电效应,来让我们物理结构中的光敏金属材料的电子空穴,从而进行光电效应下电子的流动。这个过程实际上是把位置进行了排列组合产生的能源。
很多人得这部分能源已经够人类用了,但我觉得这部分能量实际上是基于一个非常粗浅的量子力学来进行思考的,它并没有直接指向量子本身的动能和其无质量属性的能源是如何产生的。
也就是说,从以前的能源角度来看,我们看到原子能、热能和其他能源都可以被转化为电能。转化为电能之后,我们能通过电能提升能源利用效率。但是,目前文明和科学史已经进步到这种程度之后,我发现现在有一个非常大的空白:量子能其实并没有产生独立、高质量、高效、能够从零自发产生巨大能量的机制。这是一个理论上的空白。
为什么这么说呢?从科学角度上说,我们本可以从更根本的角度去理解光存在的本身,然后从中产生更多能量,而不是从光子和电子的碰撞或交换中“偷”一点能量出来。这是不合理的。
正如我刚才所说,我们实际上是通过光子和电子的相互作用,从其中“偷”出一部分能量,而不是像使用原子能那样,从原子的分裂中直接获取能量。在这两种范式下,我们可以想象,如果能换一种方式去“偷”光子的那部分能量,会不会更高效?
这实际上是一种很离经叛道的想法:我们能否超越光电效应,升级我们获取能源的方式,从这个世界“偷取”更多的能源?
总结一下:我们目前对光能的利用,并非直接提取光子本身的能量,而是利用它作为一个中介,去驱动另一个系统(半导体中的电子)来产生我们需要的电能。
所以,我们尚未掌握直接、大规模操纵量子层面(如光子动能、零点能)来产生能源的技术。但是,我认为有一个巨大的空白等着我们去发现。

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