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地球能源还能使用数百年
发布日期:2022-05-17 09:09    点击次数:180

地球能源还能使用数百年

科学外史II(5)米6体育

我小外孙运行玩一款名叫《戴森球主义》的游戏,自感又有独得之秘,某日率尔问道:难道外公也显露戴森球?令他爹妈不禁莞尔。哈哈,老拙还真显露一些对于戴森球的事情,不外基本上和游戏无关。

《戴森球主义》是一款刊行于2021年的科幻题材沙盒建造类游戏

端淑发展对能源的需求

一个星球上出现灵敏生物,发展出了端淑,对能源的需求就会快速增长。当今地球人类就处在这么的气象中。我在“地球流浪之后:第三堂令人颓靡的算术课”(《新发现》杂志2020年第8期)一文中,曾用2019年的数据估算出那时地球的全年能耗总量,至极于太阳投射到地球的总能量的约万分之一。

在这个群众总能耗中,主要取自煤炭、石油、自然气,但这些传统能源归根结底亦然太阳能的存储,另外还有核能和平直的太阳能等新能源,平直行使的太阳能当今仍只占群众总能耗中很小一部分。

然则,端淑发展经由中对能源的需求是莫得特别的,至极是参加工业化之后,这种需求会快速增长。举例,2018年群众总能耗(198亿吨法子煤)就比上一年增长了2.9%。这个年增长率看上去似乎不高,但假设以这个年增长率络续下去,只消320多年,群众总能耗就不错增长到当今的一万倍。

地球上的传统能源不久终将短少——多样测度大相径庭,比较乐观的一种是,以当今的群众总能耗蓄意(未接洽逐年增长),地球能源还能使用数百年。另一个蹙迫的能源是核能,当今的裂变核能主要以核电的形貌被行使,效用不高,核废物问题又很大,人类只消搞成聚变核能才可安枕而卧,关联词那一天却又驴年马月。行使聚变核能,表面上的蓝图早就有了,但技巧技能上永远难以破碎。

是以,人类在能源问题上最终的前途,最有但愿的如故行使太阳能。戴森球,不错说等于对人类行使太阳能的终极瞻望。

戴森球的设计

把柄人类当今对恒星和太阳的常识,太阳每分钟向地球轨道上1正常厘米的面积投射1.97卡的能量,比较专科的说法是“太阳常数=1.97卡(正常厘米/分钟)”,再接洽地球的骨子圭臬,就不错得出地球每年从太阳获取的总能量——这里咱们只需显露这个总能量是当今地球全年总能耗的约一万倍即可。

这也等于说,要是地球耗光了传统能源,又不接洽核能(毕竟当今核能在群众总能耗中占比还很小),那么咱们从太阳对地球的辐掷中,最多能获取当今群众总能耗的约一万倍的能源。咱们还显露,按人类当今对能源需求的增长速率,只需320多年,就会达到当今群众总能耗的一万倍这个极限。

即使咱们概况将太阳放射到地球上的能量一道接纳行使,几百年后能源需求增长到上述极限之后怎样办?戴森球等于要设法处分这个问题。

戴森(Freeman Dyson,1923~2020)是美籍英裔物理学家,早年在量子电能源学范围有过蹙迫孝顺,是不错列入物理学大家行列的人物,自后耐久在普林斯顿高档决策院使命。在这个符合闲人日间做梦决策不消之学的地方,戴森也旁骛了不少别的范围,比如星际飞翔之类。戴森球的设计,也不错视为这种旁骛的效果之一。

戴森(Freeman Dyson,1923~2020)

和强大的太阳比较,地球好比远方距离(1天文单元,即地球绕日公转轨道的半径,约1.5亿公里)处的一颗小豆子,这颗小豆子给与到的太阳放射能量,自然有当今群众总能耗的约一万倍,但对于全处所的太阳放射能量来说,显豁仅仅极小极小的一部分。

太阳的放射总能量,绝大部分都在普遍的天际中白白浪费了,咱们地球依靠太阳的自然照耀,概况得到其中的些许份额呢?戴森还是估算过了,大要是十亿分之一。

按主营业务来看,涉及投行业务的罚单数量最多共有10张,涉及资产管理业务有9张罚单,涉及证券经纪业务有7张。

换句话说,咱们地球从太阳自然照掷中得到的总能量,自然是当今地球群众总能耗的约一万倍,但这仅仅太阳总放射能量中的约十亿分之一。戴森球的想法,等于要让地球这颗小豆子,从太阳放射能量的这十亿分之一外,尽可能再多拿到一些。

1960年戴森在Science杂志上发表了一篇漫笔,提议了戴森球的想法:一个填塞先进的行星端淑,应该有能力建造一个球形结构,将我方和我方的恒星(太阳)包裹在内部,这么太阳的很大部分放射能量就不错被网络起来,供该端淑使用。而后人们就将这种设想中的球形结构称为戴森球。

远方的前途

其实戴森球的想法并非莫得前驱,至少戴森我方就承认有一个,即英国科幻作者斯特普尔顿(W. O. Stapledon)的演义《造星主》(Star Maker,1937),这部演义最近刚刚出书了中译本。戴森暗示,《造星主》启发了他,而他则将演义中的想法扩大并从科学上具体化了。不外戴森是矜重的,他不是在创作科幻演义,而是在进行科学构想。

《造星主》

[英] 威廉·奥拉夫·斯特普尔顿 著 宝树 译

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四川科学技巧出书社 2021年11月

按照戴森原初的设计,戴森球并非举座刚性的球体(如斯强大的刚性结构在物理上是不行能的),而是几十组强大的圆环,圆环自己以大批个小岛的形态漫步在天际之中,围着太阳旋转(有点像咱们太阳系中的小行星带)。是以这种设计也不错称为戴森环。

戴森也没指望将太阳的放射能量一道吃干榨净,但哪怕这些戴森环只可获取太阳放射能量的十分之一,也将使地球获取的太阳放射能量比当今增长一亿倍,够地球奢靡品很深化。

自然清苦是强大的。领先,建造如斯强大的球形或环形结构——半径至少要略大于1.5亿公里,才不错将地球包容在内——用什么材料?从那边获取这些材料?等于将通盘地球都用上,或许都远远不够。戴森将想法投向了咱们太阳系中最大的行星木星。木星质料是太阳系其余行星质料之和的两倍。拆了木星,大要够建造戴森球用的了。

关联词,木星怎样拆?戴森也有设计。手脚一个物理学家,戴森以为不错设法加快木星的自转,加快到一定进度,自转所产生的离心力会紧闭均衡,导致木星解体,咱们就不错行使木星的碎块来造戴森球了。为了加快木星自转,需要用强大的金属网将木星包裹起来,然后向金属网输入电流,使之产生和木星自转标的一致的电磁力,逐渐加快木星自转。在戴森的设计中,这个加快经由大要需要10万年,需要浮滥的电力大要至极于太阳系总计行星自然给与的太阳放射能量的100倍……

在这么宏伟而夸诞的史诗般狂想中,很多细节自然还来不足主义。举例,接洽到木星是太阳系中最大的行星,质料达到太阳的约千分之一,其他行星的轨道都受到来自木星的摄动,太阳系举座手脚一个力学结构,基本上是安祥的,而一朝木星解体,势必会对这一力学结构产生谢却淡薄的扰动。这种扰动的后果是难以预料的,太阳系概况自由过渡到莫得木星的新安祥气象,如故在此经由中发生一场大难?又如,木星是气体星球,解体后如何处分气体的兔脱问题?再如,包裹木星的金属网如何建造?产生电磁力所需的强大电流如何产生并输往木星金属网?

戴森球设计提议于今已过60多年,它的扩充——要是有可能的话——必定在极为远方的曩昔。但戴森的设计启发了科幻和游戏作品的灵感,在那些作品中,戴森球不时被设想为刚性的球状实体。

(作者系上海交通大学讲席教师,科学史与科学文化决策院首任院长)

著述作者

江晓原

要道字

戴森球戴森球主义科学幻想太阳能能量太阳系

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