從撬動(dòng)地球到太空大炮 人類未來可能建造的“超級(jí)工程”是什么

人類能夠設(shè)計(jì)建造的最大的工程是什么？從舉起行星的裝置到太空大炮，安德斯·桑德伯格探索了一些人類歷史上最雄心勃勃的計(jì)劃。還有，為什么它們并非是“不可能”的？

1603年，一位耶穌會(huì)修道士發(fā)明了一臺(tái)只用繩索和齒輪就能將整個(gè)地球提起來的裝置。

克里斯多夫·格林伯格見證了耶穌會(huì)修士所寫的所有數(shù)學(xué)著作，格林伯格的工作類似于現(xiàn)代科學(xué)雜志的編輯。他謙虛而高效，而且總是想去解決問題。他的理由是，因?yàn)?0倍力矩的齒輪裝置可以讓一個(gè)人舉起10倍重的東西，那么使用24倍力矩的齒輪組，他就舉起地球，盡管速度會(huì)非常緩慢。

像任何重視理論而不重視實(shí)踐的學(xué)者一樣，格林伯格省略了那些令人討厭的細(xì)節(jié)： “我不會(huì)編織那些繩子，也不會(huì)細(xì)想齒輪的材料，或者齒輪應(yīng)該懸掛在什么地方： 因?yàn)檫@些是瑣事，留給別人去研究。”

你可以在這里看到格林伯格理論上齒輪組的樣子。

自從我們有了數(shù)學(xué)，像格林伯格這樣有遠(yuǎn)見的學(xué)者就一直試圖想象工程學(xué)最遙遠(yuǎn)的應(yīng)用前景，即使當(dāng)時(shí)的技術(shù)非常有限。幾個(gè)世紀(jì)以來，他們一直夢(mèng)想用機(jī)器來改造世界，改變地球表面，甚至重組宇宙。這種“超級(jí)工程”，有時(shí)也被稱為宏觀工程，都是雄心勃勃的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目將重塑地球，或建造與地球大小相同的物體。憑借人類的創(chuàng)造力和想象力，這些未來的宏大夢(mèng)想能告訴我們什么？

超級(jí)工程的起源可以追溯到古希臘。阿基米德在很多事情上都很出名，但有一點(diǎn)是他最常自夸的：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)地球！” 他想到了杠桿： 有一個(gè)固定的支點(diǎn)，一個(gè)很長力矩比的杠桿可以產(chǎn)生巨大的力。就像格林伯格的齒輪組的作用一樣，他對(duì)這些力學(xué)的深刻見解，使人們渴望思考那些遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)際意義的重大問題。

從那時(shí)起，每當(dāng)一個(gè)物理定律被揭示為普遍存在時(shí)，下一步自然就是將其擴(kuò)展并探索理論結(jié)果。牛頓發(fā)現(xiàn)描述地球引力的定律同時(shí)適用于蘋果和月球。因此，早在太空旅行成為現(xiàn)實(shí)很久之前，他就指出，從原則上講，超級(jí)大炮可以按比例放大，以推動(dòng)衛(wèi)星進(jìn)入地球軌道。這個(gè)想法后來在1865年的科幻小說《從地球到月球》（From The Earth to The Moon）中得到了描述。

在儒勒·凡爾納的月球探索故事中，用于發(fā)射宇宙飛船“哥倫比亞”的巨型加農(nóng)炮

在20世紀(jì)，美國和其他地方的一些團(tuán)體曾認(rèn)真嘗試探索這種大炮是否可行，但這些努力都失敗了，于是牛頓的想法很容易被認(rèn)為是一個(gè)錯(cuò)誤的預(yù)測(cè)。但值得注意的是，我們目前的太空運(yùn)輸模式就是火箭，也曾經(jīng)也被認(rèn)為是不太可能和不切實(shí)際的。1920年，《紐約時(shí)報(bào)》大張旗鼓對(duì)太空運(yùn)輸?shù)幕孟胝哌M(jìn)行了嘲諷，暗示他們連中學(xué)生的物理水平都沒有。（1969年，在阿波羅11號(hào)宇航員飛向月球的第二天，該報(bào)輕松地聲明撤銷當(dāng)年的報(bào)道。）

多年來，人們對(duì)太空的想象也有了類似的理論飛躍，這讓一些人開始質(zhì)疑是否可以建造軌道電梯。通過在平衡物上懸掛一根非常結(jié)實(shí)的電纜，（僅在地球上）有一個(gè)真正的太陽能電梯進(jìn)入太空是完全可能的。通過將航天器拋離纜繩的一端，它們可以用最少的燃料被推進(jìn)到其他天體上。月球或火星上的電梯看起來更可行，這要?dú)w功于那里的低重力。

在進(jìn)一步擴(kuò)大我們征服宇宙雄心的同時(shí)，其他人也在推測(cè)未來人類是否可以將火星改造成適合居住的地方，或者在太陽周圍建造一個(gè)太陽能收集器的“戴森球體”。在很長一段時(shí)間內(nèi)，我們可能想要進(jìn)行修改，使太陽作為恒星持續(xù)的時(shí)間更長，使地球軌道更寬，甚至使恒星在星系之間移動(dòng)。這些預(yù)測(cè)在今天都是牽強(qiáng)附會(huì)的，但數(shù)學(xué)和物理學(xué)并不能排除這些可能性。

重新打造地球

在地球上，超級(jí)工程的夢(mèng)想也激發(fā)了各種烏托邦式的藍(lán)圖，包括大規(guī)模地改變海洋和大氣。

在20世紀(jì)20年代及以后，赫爾曼·索爾的亞特蘭蒂斯項(xiàng)目曾夢(mèng)想在直布羅陀海峽修建一座水力發(fā)電大壩。地中海的海平面將會(huì)下降200米，為人們開辟新的居住之地。作為第一個(gè)大壩的補(bǔ)充，另一座大壩橫跨達(dá)達(dá)尼爾海峽，鎖住黑海。西西里和突尼斯之間也建一座大壩，進(jìn)一步降低地中海中心水位， 拓展蘇伊士運(yùn)河并將其鎖住， 另外將剛果河引入乍得湖附近盆地，并灌溉撒哈拉沙漠。今天，即使政治上允許，出于生態(tài)的考慮，人們大概也會(huì)放棄這種考慮; 但當(dāng)年如果有意愿和資金，人們很可能已經(jīng)嘗試過了。

美國太空總署（NASA）衛(wèi)星圖片顯示地球兩極冰川大量流失

這個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)代版，更像是一個(gè)警告，而不是一個(gè)提議（目前仍處在仔細(xì)分析階段），即在蘇格蘭、挪威、法國和英國之間的北海筑壩，以應(yīng)對(duì)海平面上升。

1957年～1977年期間，Plowshare項(xiàng)目是開發(fā)核爆破技術(shù)，以應(yīng)用于美國大規(guī)模建設(shè)項(xiàng)目。蘇聯(lián)也有類似的為國民經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目開發(fā)核爆破技術(shù)。這些想法包括使用核爆破拓寬巴拿馬運(yùn)河，在山脈中挖掘人工港口或道路，以及開發(fā)地下天然氣或石油儲(chǔ)藏。但是，這些會(huì)造成輕度放射性污染的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)從未真正展開。

然而，地球工程學(xué)正方興未艾。這涉及人工干預(yù)氣候系統(tǒng)，無論是往云中增加海水使之更白，向平流層中添加氣溶膠，還是在太空中添加遮光劑，以減少太陽能的輸入;或使用碾碎的橄欖石，種植藻類，或采用泵入地下的方式降低二氧化碳排放。減少二氧化碳排放是可能的，甚至必要的，但控制太陽能輸入絕對(duì)是一個(gè)有風(fēng)險(xiǎn)的想法。

為了好玩而狂妄自大

這種超級(jí)工程背后的邏輯是什么？這不僅僅是因?yàn)榧埳习缪萆系酆苡腥ぁ?/p>

在很多情況下，這是“越多越好” 的邏輯： 獲得農(nóng)業(yè)用地是好事，為什么不嘗試獲得盡可能多的土地呢？如果能源是有價(jià)值的，為何不利用已知的技術(shù)，收集到更多的能量呢？它告訴我們一些重要的事情，人類能力的極限在哪里？以及如果我們真的想要，我們可以獲得多少？其目的不是預(yù)測(cè)“如何”或“何時(shí)”，而更多的是闡明宇宙法則是否真的是最終障礙。它可以幫助我們區(qū)分不可能和絕對(duì)不可能。

許多超級(jí)工程項(xiàng)目，在制造者眼中，都是強(qiáng)烈的烏托邦愿景。索爾相信亞特蘭蒂斯項(xiàng)目將提供能源、耕地和改善氣候，但也有助于將歐洲和非洲團(tuán)結(jié)在一起。俄羅斯哲學(xué)家尼古拉·費(fèi)多羅夫?qū)⑻鞖饪刂谱鳛樗挠钪嬲撚?jì)劃的第一步，以和平統(tǒng)一人類的未來，太空和永生。關(guān)鍵是，為了一個(gè)宏偉的目標(biāo)而共同努力，與其說是為了提升環(huán)境，不如說是為了提升人類。

人們很容易對(duì)這些夢(mèng)想一笑置之，認(rèn)為是不切實(shí)際的烏托邦主義或技術(shù)至上的狂妄自大。然而，地球周圍現(xiàn)在就被環(huán)繞一個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以每秒10的15次方的拍字節(jié)的速度傳輸數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)則是以10的18次方艾字節(jié)為單位，而你現(xiàn)在可能正在使用（互聯(lián)網(wǎng)）。想象有一個(gè)比足球場(chǎng)還大的機(jī)器，移動(dòng)的速度比一顆來福槍子彈還快。歐洲的另一臺(tái)機(jī)器周長27公里（17英里），可以將能量轉(zhuǎn)化為奇異物質(zhì)（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）。阿基米德或牛頓會(huì)怎么想？

電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和州際公路規(guī)模龐大，但我們卻把它們視為理所當(dāng)然

事實(shí)上，我們生活在我們幾乎沒有注意到的超級(jí)工程中。一些大規(guī)模的環(huán)境工程幾乎是看不見的。荷蘭、林肯郡、劍橋郡和諾福克郡的沼澤都是填海造陸得來的。亞馬遜雨林并不像人們?cè)?jīng)認(rèn)為的那樣原始： 它被種植了數(shù)千年。東南亞的梯田和現(xiàn)代大都市都是改造成景觀的成果。有時(shí)會(huì)有宏偉的計(jì)劃，但通常是潛移默化的。

它何時(shí)起作用，為什么起作用？

超級(jí)工程的通常是成本超支、病態(tài)計(jì)劃和糟糕項(xiàng)目管理的混合。如果如此差，為什么有些會(huì)成功呢？

如果我們考慮實(shí)際發(fā)生的超級(jí)工程，東南亞部分地區(qū)的梯田， 荷蘭的填海造地，美國州際高速公路系統(tǒng)， 互聯(lián)網(wǎng)——它可以分步驟實(shí)現(xiàn)的;有同類經(jīng)驗(yàn)可以借鑒;各個(gè)子項(xiàng)目可以停止和恢復(fù);即使某部分失靈，系統(tǒng)可以整體運(yùn)轉(zhuǎn)良好。它們是可以且有必要維護(hù)的。

文學(xué)作品中許多個(gè)人一意孤行創(chuàng)造宏大但往往脆弱的東西，超級(jí)工程與之截然不同。一些超級(jí)工程可能比初初看到的更加模塊化和實(shí)用。問題不在于規(guī)模，而在于需要什么樣的協(xié)調(diào)形式。以前面提到的構(gòu)建戴森球體為例， 這似乎很遙遠(yuǎn)，但從某種意義上說，我們已經(jīng)在太陽軌道上放置了衛(wèi)星。如果我們?cè)俪掷m(xù)幾百萬年，就可能會(huì)出現(xiàn)戴森球體。

美國宇航局的帕克太陽探測(cè)器任務(wù)比之前的任何人造物體都更接近太陽

自上而下推動(dòng)世界朝向更好狀態(tài)發(fā)展的宏大計(jì)劃，不如自下而上零零碎碎的解決方案。然而，我們需要有遠(yuǎn)見，知道有一天可能會(huì)發(fā)生什么（“當(dāng)然，我們還不能建造太空電梯……但總有一天會(huì)有！”），并雄心勃勃的思考我們想要走向的大方向——可持續(xù)性、空間、繁榮、安全。

狂妄的烏托邦也許最好留在紙上，而不是建立在現(xiàn)實(shí)世界里，但我們也可以認(rèn)識(shí)到，在改造世界的方面，如今比人類歷史上任何時(shí)候都有更多雄心勃勃的想法。我們可能還沒有改變星球位置的技術(shù)，但阿基米德可能會(huì)很高興知道我們有更多的杠桿。（本文作者安德斯·桑德伯格博士是牛津大學(xué)人類未來研究所的研究員） （摘自英國廣播公司新聞網(wǎng)）（編輯/小文）