逍遥学能 2017-03-15 14:43
很多同学们一定都觉得物理只是考试才会用到了，毕业后就没用了，其实物理这么学科是非常有用的，物理改变世界，下面，物理学科网就为大家整理下物理改变世界的七大创想。
创想1：制造可充电飞机
特斯拉，普锐斯，福特。汽车工业总有许多全新的设计方案，可以减少开车对环境的影响。几十年来，航天工业一直在努力提高燃油效率，但是对于现行的飞机设计 而言，这种设计的潜力已经得到了最大挖掘。不久的将来，航天工业需要拿出一种类似汽车工业的革命性反思.这种反思最好能赶快拿出来。随着发展中国家的发展 繁荣，航空运输呈现爆炸性增长，截止到2031年，航运业将增长到现在的两倍多。航运业的这种发展会吞噬掉那些通过改进汽车、改善能源网所取得的进步。
解决这个问题有很多方法。美国航空航天局正在反思飞机的设计，他们赞助了一些令人瞠目结舌的设计理念，比如麻省理工学院的D系列。这一系列采用双圆柱体机 身，这样一来就可以将发动机后置，整体上节省约50%的燃料。(它的噪音也更小。)更加智能化的导航系统可以让飞机飞得更短，航线更加直接。同时，小型短 途飞机有可能最终变成电力驱动：斯洛文尼亚的蝙蝠(Pipistrel)公司已经开发出一种电动的四座飞机，续航里程是同类型飞机的两倍。美国航空航天局 航空研究部副主任大卫·辛顿说：“所有这些技术都是在开拓一种10年前无法想象的能力。”天空才是航空业的极限。
——克莱夫·汤普森
创想2：用微型机械为这个星球供能
图片：维多利亚·林
哈里·格雷对电子可说是如数家珍。1982年，这位加州理工学院的化学家发现，电子可以跳过长链分子，“隧穿”蛋白质。后来人们发现，这一特性是生命的活 力源泉;它可以把能量转化成生物体可以利用的形式：比如植物能将阳光中的能量固定到他们的细胞中;再比如几乎每种生命形式都能通过燃烧葡萄糖等燃料获取能 量。电子“隧穿”是通过名为金属蛋白的杂交分子实现的。这种分子把蛋白形状的灵活可变性与金属催化化学反应的能力结合到了一起。
当格雷发现电子“隧穿”的时候，他已经对太阳能发电产生了兴趣。他意识到，如果你试图开发一种近乎无限可再生的能源发生器，你可以试着利用光合作用这种金 属蛋白驱动的系统。但是，这种系统本身是没用的。生物机器太脆弱，效率太低，并且每隔几分钟就要重新合成一次才能继续工作。
格雷说，如果你想要一台能够稳定高效供能的分子机器，你必须自己来建造。他和他的同事们设想了一种微型电池，一端是金属氧化物，另一段是硅。微型电池的排 列就像植物细胞膜上的金属蛋白阵列。金属氧化物会吸收蓝色波段的太阳光，利用其中的能量把海水裂解成氧和质子，而硅会吸收红光，把质子和电子结合起来。这 种设计很巧妙，因为一个质子与一个电子结合后实际上就是氢原子，而氢可以被用作燃料。简短来说就是用阳光来生产氢。“我们工作的重点就是找到特别稳定的分 子或者材料，”格雷说，“它们要能在太阳能燃料厂中长时间运作。”
格雷他们甚至已经成功了。人工水分离器的效率已经比自然界的光合作用高出10倍以上。但是，大规模应用还是几十年以后的事情，因为研究人员在寻找新的催化 剂来驱动化学反应。(他们现在使用的怪异金属价格高昂而且有毒。)尽管如此，格雷还是很乐观。“自然界的系统需要造出一些有生命的东西，”他说。“我们所 做的一切则是为了生产燃料。”哦，还有拯救地球。
——托马斯·海登
创想3：所有东西都“喷”上Wi-Fi热点
图片：维多利亚·林
整个移动产业都建立在一个脆弱的前提上，那就是无论何时何地，只要我们想要，我们就能够访问移动网络，而且连网速度会不断提高。现实并不是那么乐观：我们 已经看到，像AT&T和Verizon这样移动运营商(译者：美国的联通和移动)已经不再提供无限数据套餐了。同时，随着平板电脑和智能手机的数量持续暴 增，带宽的争夺将会更加激烈。
限制访问不只是烦人，还是对实现创新的一种致命威胁。据估计，到2020年，无线技术将对全球产生4.5万亿美元的影响。但这种影响的增长取决于我们扩大网络规模的能力。我们需要一种与设备需求量相匹配的联网能力。
随需即用型Wi-Fi可以帮我们解决这个问题。互联网和电话公司已经开始在人口稠密的地区部署小型基站——基本上就是能提供Wi-Fi和4G服务的手机发射塔。但是，这些公司没有建造大型基础设施的动力，那些大型基础设施是实现与世界各地连网所必需的。
有一家公司想出了一个独特而大胆的解决方案——一种能放在喷雾罐中的Wi-Fi天线。查姆泰克(Chamtech)公司已经开发出一种充满数百万“纳米电 容器”的液体，把这种液体喷在物体表面就可以接收无线电信号，效果比标准金属棒还好。通过一个路由器，查姆泰克的天线可以接入光纤网络，接收目标卫星的信 号，还可以和附近节点形成串连(译者：这里用到了“菊花链”的术语，这是一种网络拓扑结构，可以简单理解为线状或环状的串连。)。这样就有可能用低成本的 宽带Wi-Fi热点组建一个网状网络。由于这种天线可以喷涂到任何表面，所以它不会像新的手机信号塔一样每每收到邻避主义的“问候”。(译者：邻避主义 ——NIMBY-ism，即Not in My Backyard，意为“别在我家后院搞”)如果这一切不是太过梦幻，那就不妨试试：不要再咒骂AT&T了。
——雷切尔·斯瓦比
创想4：沙漠变成发电厂
不要以为像撒哈拉大沙漠那样的大片旱地就是荒凉的不毛之地，要把它们当成几乎可以无限提供清洁能源的源泉。地球上的沙漠用6个白天的时间就能吸收超过人类 一年使用量的能量。现在，来自地中海周边的政治家，科学家和经济学家组成了一个不可思议的团队，他们计划利用沙漠中的这些能量。“沙漠技术” (Desertec)将在世界的沙漠上建造数百平方英里的风能和太阳能电站，这些电站会接入电网，把稳定、廉价、可再生的电力送到日照较少的地区。项目规 划人员希望首先从北非获取太阳能输送到欧洲。据估计，到了2050年，1300平方英里的北非沙漠就可以满足欧洲20%的能源需求。基金会的联合主任西 莫·格洛普说：“实现‘沙漠技术’理念所需的一切都已经有了。”作为最庞大的基础设施项目，它所面临的最大挑战是政治方面的。北非领导人把“沙漠技术”视 为创造就业的机会，但“阿拉伯之春”却让投资者不确定该地区能否保持长期稳定。欧洲的经济危机已经吸干了用于公共工程的资金;整个欧洲大陆也是一团糟，电 网和法规互不兼容。但是，“沙漠技术”的概念可以用在别处。90%的世界人口生活在距离沙漠1800英里的范围以内。中国的城市都可以从戈壁获得能源;南 美洲可以从阿塔卡马沙漠拉出能源线。只要有光，就有希望。
——安德鲁·库里
创想5：眼睛里植入数字显示器
智能手机让我们能够时刻连接全球的信息。但实际上，获取这些信息需要我们低下头盯着我们的电子设备。这样一来，我们很容易发生小磕小碰，还会惹恼一起吃饭的朋友。如果我们能不着痕迹地获得所有信息，还不用担心我们的生活和友情，那该多好?
自2002年以来，谷歌的共同创始人就一直在探讨直接连线我们大脑的问题。到目前为止，最接近这一目标的就是谷歌眼镜的原型。这种眼镜把信息投影到脑袋前 方的显示器上，只有戴眼镜的人可以看见。但是，眼镜项目的创始人、华盛顿大学的副教授巴巴克·帕尔维兹希望这个产品能更进一步。他提出了一项长期的研究计 划，舍弃笨重的眼镜，在隐形眼镜上构建一个微型系统。他认为，通过比人的头发还细的天线，这种隐形眼镜能增强现实感，在手机、电脑和宽屏电视上设置显示器 也会渐渐变得没有必要。“这种显示方式只是在你的视网膜上产生一种图样，”帕尔维兹说。“所以，如果你有这样的隐形眼镜，你就不需要任何显示器了。”还有 一个额外的好处：这种眼镜可以用微小的生物传感器分析你的眼细胞，持续监测健康状况。
——S.L.
创想6：对飞向地球的小行星宣战
电影《世界末日》搞对了两件事：第一，对于飞来的小行星，我们远没有准备好。第二是什么呢?就是选对了正确的工具、正确的策略。“布鲁斯·威利斯对行星防 御做出了一个非常重大的贡献，”爱荷华州立大学小行星偏转研究中心主任魏峰(译者：韩国人名音译)说。这个贡献就在于，《世界末日》让地下爆炸理论广为人 知。魏峰有一枚导弹——超高速小行星拦截器(HAIV)——可以完成这一任务。导弹的前面是一个“动能拦截器”，后面是一枚核弹。前方的动能部分钻入岩 石，后面的核弹把小行星炸成碎片。哈!在美国国家航空航天局听起来，这个主意不错，他们给了魏峰10万美元基金。这一设计解决了在太空放置核弹的一个最大 缺点。如果炸弹撞到小行星表面，脆弱的材料会破裂，导致炸弹不能引爆;如果在小行星外引爆则不能摧毁目标。HAIV系统将炸弹射到岩石里面，在地下产生冲 击，将爆炸的威力提高二十倍。魏峰计划到2020年左右对系统进行测试，不搭载核武器。但他说，如果预计小行星撞击迫在眉睫，他可以在一年内就准备好发 射。魏峰说：“这个领域里的很多人都知道，无论我们什么时候需要，都可以组装起我说的这套系统。”HAIV耗资5亿美元，但是我们知道，比起文明的终结， 这只是九牛一毛(而且这一数字比《世界末日》的全球票房还要少5千万美元)。
——本·佩因特
创想7：用钻石建造摩天大楼
图片：维多利亚·林
钻石是宇宙中最坚硬的材料之一。它完全透明，几乎没有摩擦，化学性质稳定，还是良好的热导体。另外，它是由最常见的元素之一——碳构成的。从微电子到水处 理的各个领域，钻石——其实只是碳的晶体——真的是非常有用。不幸的是，大钻石也是非常罕见的。但是想象一下，如果钻石能像钢铁一样无处不在会怎样?
斯蒂芬·贝茨可能刚刚实现了这一梦想。除了为NASA和普林斯顿工作，这位64岁的技术型科学家还在通用汽车公司干了几年。在通用汽车公司，他用蓝宝石建 造了一台透明的活塞式发动机，前所未有地看到了火焰和气体的流动。这台蓝宝石发动机让贝茨想到了钻石。他说，“你用蓝宝石所做的一切，换成钻石效果会更 好，前提是你负得起钱。”
在研究了如何通过气相沉积合成薄膜晶体之后，贝茨申请了一项专利，他可以用同样的方法合成钻石。这个概念很简单：把廉价的工业产品金刚石包装到汽化的碳 60富勒烯中——一个有60个碳原子的足球形状的笼子。然后用激光轰击整个富勒烯。富勒烯会分解，碳原子会沉积到钻石颗粒之间，把它们有效地融合成一个较 为坚固整体。
即便这种方法在技术上和经济上是确实可行的，但最后得到的产物会有很多小孔。没有人知道多孔钻石会有什么性质。此外，贝茨首先要搞到一台10万美元的脉冲 激光。不管怎么说，如果这一切成真，那会怎样?想象一下吧，你家下面是钻石地基，摩天大楼里是钻石架构，你的腿是钻石骨头，飞机和宇宙飞船上是钻石零件。 只不过别想着造一栋全是钻石的房子——如果墙壁用世界上最好的热导体来做，那屋里会变得非常冷的。
这些都是物理改变世界的七大创想，只要同学们学好物理并且深入研究，一定也能通过物理改变世界的。