【科普物理】可能改变世界的七大创想!

导言：可充电飞机、小机器发电、Wi-Fi喷雾器、沙漠造电厂、眼里装数显、对战小行星、钻石造大楼，今天为你介绍面向未来的七大创想，将来，我们的世界也许会因此而改变。

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，，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，。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。。，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，。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