科技奇跡百年不衰

   我看到一篇文章，說科學、技術不是一回事，這有道理。但我想補充的是技術需要科學，才是科學的技術，同時它又貢獻給科學。大家知道，觸發器是計算機里最基礎的元件，在數字電路中起到關鍵的作用。1918年6月William Eccles and F.W. Jordan申請了觸發器專利，至今正好100年，那時中國正在搞五四運動。它可以在失去輸入信號的情況下保持原來的狀態，也就是記憶功能，從而產生了時序邏輯。它的前身是觸發繼電器。20年以后，用在了計算機中。英國人用它破了德國的戰時密碼，美國人用它做出了ENIAC計算機。現在在集成電路里面那就不計其數了。Eccles and Jordan原來的電路是這樣：它用兩個電子管。電子管本來是用于信號放大的，反復試驗來決定這些電阻。這兩個電子管互相耦合，起到正反饋的作用，直到它們保持接通或截止狀態為止。這些電阻必須有一個合適的阻值，因而需要仔細調整和挑選。這個百年不衰的技術需要科學的分析和設計，同時又應用于科學與生產。

   技術的進步是有明確目的的。現在大家都很關心環境污染的問題，大家都認識到先發展、后治理的路子代價實在太大。所以，現在全世界都在關心氣候變化的問題。這當然不是某一個國家的問題，而是全世界共同的問題。有人認為氣候變化是一個左派的陰謀，只能為科學家增加工作崗位，對于商業是一些無意義的規定。你相信是這樣嗎？反過來，你是否認為氣候變化是地球上的最大危機？特別是能造成歷史上從未有過的嚴重破壞？各人有各人的看法。不要企圖去改變人家的看法，但是，簡單的觀察發現，現在全世界有許多的研究和開發項目在開發和利用技術和基礎設施，以減少溫室氣體排放。政府、公司、慈善機構和大學花數以億計的經費，致力于這一事業。本月IEEE Spectrum 2018/6發表了一組文章，介紹這些看來很有前途的“奇跡”。技術創新不要盯著已有的技術，而要創新現在全世界還沒有、而又很需要的技術。我們很想有話語權，那你就得在這樣全世界都關心的研究上有所建樹。

   我們看到，這個挑戰是令人吃驚的大。2009年，工業化國家的代表在哥本哈根聚會，同意要防止全球平均溫度比工業化前提高2^oC。2014年政府間氣候變化專門委員會宣布，到本世紀中葉，溫室氣體排放量要比2010年減少40-70%。這個目標指引了2015年的巴黎協定。但是，值得關注的是：即使在巴黎協定之前，皮爾.蓋茨就說，他相信只有一系列的能源奇跡出現，才能在減少溫室氣體排放方面取得有意義的進步。那就是說，不設法出現奇跡，這事兒就沒有希望。那么，那些“奇跡”是什么？如果要在幾十年后有效減少溫室氣體排放，它們現在就必須在實驗室里出現，那就是前瞻性研究。

   本輯關注溫室氣體排放的三個主要方向：電氣、運輸、食品和農業。本輯挑選了10個項目。他們選擇最有希望的項目，訪問了世界各地，看了垂直農場、電氣飛機、機器人幫助的基因工程、鋼發酵室，嘗試綠色早餐的味道。六個月之后，他們吸收了某些最新的思想，用技術減少二氧化碳排放。他們還請著名的能源經濟學家給以了評論。

   在電氣奇跡方面，特拉電廠的行波反應堆是20世紀的能源。從常識知道，乒乓球不能達到聲速的2倍，也不能在重拍時把球拍打穿一個洞。特拉電廠的工程師開始設計一個高級的核動力反應堆，用壓縮空氣泡給訪問者顯示威力。它顯示原子核分裂的關鍵概念：一個高速運行的小對象可以對某些看似不能動的物體產生很大的影響。類似地，一個小的高速運行可以對多年來無法撼動的電力工業領域產生巨大影響。在這氣候變化的世界，許多專家相信未來的電網將完全靠太陽能、風力和水力。但是，現在少數專家認為未來幾十年清潔能源網將帶來溫室氣體排放。太陽能和風力發電會比任何其他發電增長更快。到2015年其他發電將少于2%。為了建設未來的清潔綠色電網，許多專家說我們得依靠裂變能源。在無碳能源中，只有核裂變反應堆有高效可靠的發電記錄，與氣候和地址無關。商用的核反應堆自從第一個發電廠建造以來幾乎沒有變化。現在全世界447個核電廠已經老化，并顯示其弱點，自從日本福島第一核電站事故之后，核能處在一個危險狀態，世界核能利用由5.73%降到4.14%。在美國南卡羅來納州和英國欣克利角核電站由于代價過于高昂而拋棄。在別的地方，譬如中國38個反應堆能發電330億瓦，還計劃到2024年增加58億瓦。現在全世界還有50個核電站在建設中。加上110個計劃中的項目，將提供1500億瓦，每年將避免5億噸二氧化碳排放。為了得到如此的溫室減排，運輸行業必須放棄1億輛汽車，或者說是所有法國、德國和英國的轎車都得停運。面對這樣的情景，新建的一些美國公司追求去掉這些缺點的核電站設計。在麻省的坎布里奇，一個叫Transatomic Power的公司正在開發一個反應堆，它靠氟化鈾液體運行，即鋰和氟化物的混合物。在丹佛，Gen4 Energy正設計一種更小的模塊化的反應堆，它可以在遠處快速部署。在這些新公司中，有一家TerraPower，在華盛頓州的貝爾維尤，實力雄厚，而且與急需核能的中國有關系。反應堆的開發部分由皮爾蓋茨基金會資助，并成為公司的主席。為了證明該設計可行，TerraPower明年將拆掉試驗反應隊，與中國國家核集團合作。為了減少煤的依賴，中國到2020年要增加2500億瓦的可再生和核能源的能力。 TerraPower的總裁Chris Levesque招人搞安全而又高燃料有效性的核反應堆。他說，反應堆的燃料不能很容易地用于武器。公司聲稱它的反應堆產生很少的廢料，即使該反應堆棄之不用，它也不會造成災難。

下圖顯示納冷卻的夢想：

 在運輸方面，人們期望的是蘭天飛機，如下圖。

在食品和農業方面，譬如垂直農場，如下圖。

很抱歉，10個項目我只提到3個，而且，每一個都無法詳細介紹。希望專業人士自己去參閱該雜志。也盼望中國人為奇跡的出現做貢獻。