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第11章 神秘能量（第1页）

和很多人一样，我对能源生产并没有什么直接的经验。我从没去过发电厂，也没有仔细思考过电源插座里的电到底是从哪里来的。从广义的角度说，我确实比较认真地思考过化石燃料对全球气候变暖的影响，以及绿色新能源一类的问题。我的内心深处还有年轻时从科幻作品中获得的对未来的遐想，我总觉得随着时间的流逝，能源会越来越便宜，来源会越来越稳定。艾萨克·阿西莫夫提出了可以随身携带的核桃大小的核能发电器这个想法，他也憧憬过未来世界的能源都像太阳光一样便宜和便捷。在那个年代的科幻作品中，从来不觉得能源的来源（或者能源生产对环境的影响）会成为问题。

也许科幻作品中的情节和现实生活的最大区别就在于对待能源的态度。如果我们真如科幻作品中那样拥有取之不尽且（几乎是）免费的能源，那么整个世界会大不同。太空漫游将变得简单，水资源短缺和干旱也不再是问题，因为这些需要耗费大量能量的活动可以无须顾忌能源危机。尤其是漫画类科幻作品，它们经常在能源问题上不够严谨。随便翻开一本超级英雄漫画，你就会发现无数的问题，因为它们无视最基本的能量守恒定律。早期的通俗科幻作品也没有好到哪里去，因为它们认为能量用之不竭。

即便是我们的老朋友赫伯特·乔治·威尔斯也违背过最经典的物理定律之一——热力学第一定律。在他的作品《登月第一人》（FirstMenintheMoon）中，神奇能源“卡沃尔”是一种可以抵消重力影响的人工物质，能让宇宙飞船从地球上飞起来。抵消重力影响的难度暂且不谈，这种物质若真的存在，太空漫游就会变得轻而易举，因为通过合理利用这种物质，我们可以无限生产免费的能源。比如，威尔斯笔下的卡沃尔先生只需要把水车的每个刮板下面都涂上这种物质，就能造出一台生产能量的机器——永动机。刮板上有卡沃尔涂料的一边将会抵消掉重力，没有卡沃尔涂料的另一边则会受到重力作用，并将势能转化为动能，从而使刮板不停地运动下去。

在早期的科幻作品中，反重力的概念常常出现。那时的科幻作家根本没有深思熟虑过反重力的能量从哪儿来，但是这个概念确实满足了一些人的梦想——浮在空中。不是像鸟那样飞翔，不是像鹰那样滑翔，不是像我们在第7章里讨论的在动力装置作用下浮在空中，而是简单地悬在空中，好像重力不存在。这纯粹是披着科幻外衣的幻想。科学里与之最接近的是悬浮，就是用电磁力抵消掉重力。

与磁体互斥的超导体已经很好地证明了悬浮的可行性，在超导体上方的磁体会神奇地浮在空气中。运用这个原理，超导磁体让磁悬浮列车浮在铁轨之上。日本铁路公司的磁悬浮列车MLX–01和铁轨之间有很小的间隙，极大地减少了阻力，因此该列车的最快速度可以达到每小时361英里。强大的磁体甚至能让一只青蛙毫发无损地浮起来，青蛙体内的水分子像内置磁场一样，和青蛙体外的磁场相互排斥，这种排斥力足以抵消掉青蛙的重力，让青蛙悬浮在空中。但是，这些反重力现象都是基于外部的电磁场，反重力无法自控。

和青蛙实验略有不同，还有一种实现反重力的可能。某个装置在地表或者其下方的空气中形成强烈的磁场，使装置浮起来。这需要装置内部有一个非常强大的能量源（也可能会对装置下方的环境产生灾难性影响）。但这样的反重力装置不太可能实现，显然它无法成为一个无限能量源，相反它还会消耗巨大的能量。在20世纪70年代末，随着广义相对论被人们理解，人们更深刻地认识到重力的本质，科幻作品也放弃了反重力装置。像超人那样在空中飘浮变成了纯粹的幻想。

在真实的物理世界里，绝大多数地球上的能量都来源于太阳。太阳让地球有合适的温度和四季变迁；海水受热蒸发，凝结成雨水落到山顶等高处，水便有了势能，水的势能可以被运用在水坝和水车上。太阳能也可以被间接地转化为化学能，化学能通过光合作用被储存在植物里，植物被动物吃掉后，部分化学能留在动物的肌肉中。燃烧会更直接简单地释放化学能，并产生热量。

早期的科幻作家已经意识到科幻作品中常见的高耗能设备需要传统太阳能以外的能量。擅长创作太空歌剧的高产作家爱德华·埃尔默·史密斯从1915年开始写作。他后期的作品《透镜人》系列算是我接触到的最早的经典通俗科幻小说，在这套作品中随处可见神秘的能量源。在史密斯的早期作品《宇宙云雀号》系列中，宇宙飞船由神奇的“金属X”产生的“原子能”驱动，这完全是披着科学外衣的魔术。

另外一个神秘能量源的例子是由英国作家爱德华·鲍沃尔·李敦创作的“维利”。李敦最广为人知的要数一个被用烂的小说开场白［这句话也在《花生漫画》（Peanuts）里被史努比反复使用，是个经典的“包袱”］：“在一个月黑风高的晚上”。在不太知名的作品《未来种族》（TheComingRace）中，李敦描绘了一种类似电的物质，它是由能量使者维护的“大气磁”。这部作品更像托尔金式的史诗，而不是科幻小说。“维利”虽然没有什么事实依据，但却广为人知，当时的许多产品都以此命名，就像后来出现的放射性元素“镭”一样。如果某个产品有“维利”，这个产品好像就能让消费者身轻如燕、活力四射。在英国，今天仍有一种热饮里面的牛肉产品添加剂叫作“波维利”，很少有消费者（主要是年长的消费者）会意识到他们正在购买充满活力的维多利亚时代的梦想。

没过多久，科幻小说家们就纷纷效仿赫伯特·乔治·威尔斯的小说《解放全世界》，用核能这个既强大又危险的能源作为他们作品中的神秘能量源。在《太空商人》出版的20世纪50年代，科幻作家们狂热地追捧所有可以被贴上“核子”标签的事物。对于“二战”后期原子弹名噪一时、核能开始被用来发电的年代，这股风潮也在意料之中。“核子”这个词随处可见，甚至是快餐厅的风味炸薯条也被冠以“核子”的名称，显得辛辣爽口、振奋人心。不论是电影《它们！》里巨大的蚂蚁，还是《蜘蛛侠》里因为辐射而变异的蜘蛛，核辐射总是被描绘为邪恶、怪异和奇妙的改变手段。

基于政治和恐惧（还有超级英雄并非真实存在）的种种原因，真实的核世界是另一番景象，但是我们已经距离运用核聚变产生能量的方式不远了，并且我们一直在用放疗的方法治疗癌症。我们或许不会像奇爱博士那样深爱核弹，但我们确实在和核能和平共处，虽然这种和平是很脆弱的。2011年，海啸引发福岛核电站的灾难之后，德国宣布不再使用核能。德国几乎面临与日本相似的自然环境，虽然核电站的灾难并未致人死亡，但德国还是放弃了不会产生温室气体的核能。

虽然核能可能永远不会像其他传统能源那么便宜，但发达国家现在并不缺少能源。除了减少污染，我们还面临着一个非常严峻的问题，就是如何把能量输送出去，这也是一个在许多科幻作品里都被敷衍了事的问题。现在常用的是高压交流能量输送方式，也可以用高压直流能量输送方式。高压直流在长距离运输大量能源的过程中，能量损耗比较少。但是无论怎样我们都不会使用科幻作品的最爱——无线能量输送方式。

诚然，无线能量输送是完全可行的，这是我们人类生存至今的原因。毕竟，在本章开头我就提到了，归根结底，地球上的所有能量都直接或间接地来自太阳（还有月球重力作用产生的潮汐能，以及地球内部产生的地热能）。广袤的宇宙空间是不允许架设电线的。我们从太阳那里以光的形式获得能量，每个光子都是微小的能量包，而太阳有足够多的光子能量包。

太阳的辐射功率大约是4×1026瓦，其中只有8.9×1016瓦可以到达地球。到达地球的能量是太阳总能量的一小部分，但这已经是全球总功耗的5000倍。这个数字相当惊人，但是除非我们拥有一个恒星的能量，否则光不是一个高效传播能量的方法。在实验室的优化环境下，特殊的太阳能电池可以实现25%—45%的能量转换率（即便如此，超过一半的能量也被浪费了）；传统太阳能电池的能量转换率大约是10%—20%，而薄膜电池的能量转换率只有大约5%。相比之下，我们现在常用的电线传输方式的能量转换率大约是93%—95%。

光作为能量传输方式的另一个潜在问题是，如果把大量能量转换成光束（不管是可见光还是其他波段的光，比如微波），都会对任何误入其中的生物造成潜在危害。光不能随随便便地在空中传播，因为光里蕴含的巨大能量可能毁坏任何被它击中的物体，所以光必须借助一些保护装置才能传播，这些不便和潜在的耗材成本让现有的能量传播方式再一次胜出。

曾经有一些发明家设计出无线能量转换器，比如尼古拉·特斯拉。特斯拉制造了能量传输实验装置“沃登克里弗塔”。在不是特别理解电磁波本质的情况下，特斯拉认为可以通过驻波的方式在地球表面传输能量，这是一种在空气中产生类似于电磁回路的装置。特斯拉的设计需要大量的能量，确实可以在远处产生电流，但这个现象其实就是电磁感应，和我们生活中用到的电力变压器的原理无异。

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