纵观人类的科技发展历程,已经经历了18世纪的机械革命和20世纪的信息革命,目前即将迎来第三次科技革命-——21世纪的能源革命。
18世纪的机械革命,使劳动生产率大大提高,产品生产成本大幅度降低。20世纪的信息革命,一方面,以工业控制设备为标志的自动化技术普及应用,进一步提高了劳动生产率;另一方面,以互联网为标志的信息存储与传播技术覆盖全球,推动了全球性的资源优化配置。
如果说,机械革命和信息革命*本质特征是降低商品成本的话,那么,能源革命的*本质特征就是使能源的成本趋近于零,进而商品成本趋近于零。
1. 能源利用现状及其本质
当前,我们所利用的能源,按来源不同可分为两大类:地外能源和地内能源。地外能源主要是太阳能,草木、石油、煤炭、天然气、水能、风能等直接或间接来自太阳能,潮汐能主要来自月球和太阳对地球的引力作用。地内能源又称地球能,核能的原料(比如铀235)来源于地球内部,因此核能和地热能都属地球能。
能源从它来源的物质层次又可分为:热能、动能(又称机械能)、分子能(又称化学能)、核能(又称原子能)。热能主要是指太阳辐射热和地热等,动能主要是指水、风等运动物体(流体)提供的能量,分子能是指草木、煤炭等通过化学反应释放出的热能。核能虽然是一个高效的能源,但由于人们处于对自身安全的担忧、资源和技术的限制等原因,使得核能利用的规模受到极大限制。
笔者认为,原子核是将“真空能”转化为“热能”的场所;而核反应堆本质上是一个自激系统,其本质是将“真空能”转化为“热能”,核原料只是我们为获取能源所选用的一种工作介质而已。
实际上,当前我们利用的各种能源,归根结底都是来源于真空能,因此我们一直在间接利用真空能。显然真空能无处不在,如果我们能够直接利用真空能,那么我们获取能源的原料将突破时间、地点、容量等一切限制,我们的能源利用技术将登上峰顶,人类文明也将达到*高境界。
2. 真空能
关于对真空的认识,人们曾经普遍认为真空就是一无所有的空虚空间。进入20世纪以来,随着量子场论的发展,人们开始认识到真空并非一无所有。狄拉克认为真空是一个负能量的海洋,史称狄拉克海;李政道曾认为真空是物质的凝聚态;而在宇宙学上,真空被理解为暗能量;等等。
随着真空理论的发展,量子理论认为,“量子场系统的基态(即能量*低的状态)就是真空,这一基态形成了自然界的某种背景,一切物理测量都相对于这一背景进行。真空已成为现代物理学中由实验证实的一个基本概念,它不仅为粒子物理学提供了新的概念、新的物理图像和新的思路,而且也揭露了现存理论中某些深刻的矛盾。直至今天,人们对真空的认识还处于初级探索阶段”。
2001年,在伦敦召开的场推进会上,美国专家提出,20世纪是核能世纪,21世纪是真空能世纪。北京航空航天大学高歌教授在真空能发动机方面做了大量的研究,他认为,“真空可以对显物质产生作用(称为‘界变’),界变能够使显物质的正熵过程变成负熵过程,正物质变成反物质。真空中的暗物质具有吸聚作用,可增强旋涡的旋转,这就是漩涡真空能动力系统的基础原理”。
毫无疑问,高歌教授的真空能利用原理,是基于尚处于初级阶段的真空观提出的。显然,在当前还尚未给出暗物质、暗能量的合理解释,以及仅找到大部分的质量来源等等的情况下,高歌教授提出的真空能利用原理是值得商榷的。
笔者认为,只要我们构建出类似天体内部自激发区的物质态,就可以源源不断地将真空能转化为可供我们利用的热能、甚至各种物质资源。建造真空能转换装置可以模仿地球成长原理,称之为地球能源自激机制的小型化技术,通过调节温度和压力,就可以控制真空能转换装置输出光子(热能)以及等各种元素(资源)的功率。
真空能转换装置类似我们通常所说的“永动机”,但二者存在本质上的不同。“永动机”不需要输入就能够源源不断的输出能量,它不满足能量守恒;真空能转换装置是以“真空”为原料输出热能或资源,它满足能量守恒。
在2001年伦敦召开的场推进会上,有人预言5年之内有可能造出真空能发动机。但系统相对论认为,即使现在完全清晰了真空的概念,我们还必须先实现一系列的新型材料(超分子体)技术的突破,才能制造出利用真空能的装置,这当然需要一个过程。
3. 超分子体
1987年,法国科学家诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn*提出了“超分子化学”这一概念,他认为超分子是基于分子之间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体。根据系统相对论,分子中原子之间的相互作用,实际上由两部分构成,除了通过共价电子传递的作用(即共价键)外,还存在作用更强的亚核力,这就是J.M.Lehn所说的“非共价键相互作用”。根据系统相对论,超分子体是若干原子以亚核力为主构成的超级分子晶体——一种高密度、高强度、耐超高温的新型材料。
实际上超分子随处可见,有机物中的淀粉、蛋白质、糖以及萘、苯酚、纤维素等均属链状或环状的超分子体(我们通常称作高分子),它是生命产生的物质基础;无机物中的金刚石、钢中的马氏体等也均属超分子体。当然宏观环境中的超分子体尺寸都很小,而且一般为准超分子体,因为相邻原子之间存在大量非化学键相互作用(即非亚核力)。
笔者认为,天体中存在大尺度的超分子体,如太阳黑子、白矮星的外壳等都是由较重原子核构成的超分子体。
4. 超分子体的获取方法
当前,人们获取超分子体的方法主要包括两种:从自然界直接获取和人工合成。
笔者认为,在地球内部应存在大量的尺寸更大的金刚石(由碳元素构成的超分子体),它主要位于平流层——上地幔——的下面,显然我们目前还无法到达这个区域。对于太阳黑子(由较重元素构成的超分子体),我们更是望尘莫及了。进一步讲,即使能够从地内获得这些钻石或者从太阳表面取回了超分子体,对它们的加工(如切割、焊接等)也是一个难以逾越的难题。
目前,人工合成超分子体(如金刚石)的途径主要采用瞬时静态超高压高温技术,或动态超高压高温技术,或两者的混合技术。使石墨等碳质原料从固态或熔融态直接转变成金刚石,这种方法得到的金刚石是微米尺寸的多晶粉末。显然距离大型的且具有一定结构的超分子体还相去甚远。
如何才能制造出能够耐受超高温和超高压的结构材料(超硬材料)呢?笔者初步设想如下:
由于制造和熔接这种超硬材料的超高温和超高压环境很难一次性构建起来,因此分梯度构建稳定的超高温和超高压环境是一个具有可操作性的方案。比如,现有的某种超硬材料(简称A材料)单位厚度能够耐受2000度和1000个大气压,通过增加厚度用A材料构建能够耐受2000度和10000个大气压的环境,并制造出B材料;再用B材料构建能够耐受3000度和5000个大气压的环境,并制造出C材料。以此类推,*终制造出符合真空能转换装置所需的材料和部件。
显然,要想研发出这种超硬材料,需要*的人、财、物力投入方能实现。
5. 实现能源革命的三部曲
随着超硬材料的逐步升级,所取得的成果,可以渐次应用在地热能的全面开发、核能的普及运用,*终实现真空能的直接利用,称之为实现能源革命的三部曲。
笔者认为,地球本身就是一个取之不尽、用之不竭的能源工厂和资源工厂。因此,开发利用地热能和地球资源具有广阔的发展前景。超硬材料的进展成果,可以率先用在地热能和地球资源的开发利用上,从而打破地域上限制。这是能源革命的*步。
放射性物质作为核裂变反应堆的原料,无疑是获取核能的一个相对简单易行的方案。然而,我们在得到核能的同时,自身安全也受到放射性的威胁。笔者认为,只要我们掌握了非放射性元素的“共振态”构建技术,就可以用无放射性的重元素作为核反应的原料。这样一来,不但解决了放射性的危害问题,而且核原料的成本也会大大降低、资源容量也更加丰富,开发利用核能的前景就会变得无限广阔。倘如此,我们再结合超硬材料的进展成果,就可以实现核能装置的小型化甚至微型化,进而制造新型飞机,或安装在船舶、火车甚至汽车上,等等。这是能源革命的第二步。
随着超分子技术的不断突破,掌握了真空能转换装置技术后,我们就可以建造遨游太空的宇宙飞船了。这个由真空能提供动力的宇宙飞船,与霍金所设想的*大不同在于,霍金设想的宇宙飞船需要携带足够的燃料,而真空能宇宙飞船无需携带任何燃料和生活日用品,以识区别,将真空能提供动力的宇宙飞船称为真空能飞船。笔者认为,到达地球的外星人所乘坐就是真空能飞船。可以预见的是,待我们实现第三次科技革命-后,就可以遨游太空、随时拜访外星智慧生命,真正成为宇宙文明俱乐部的一员。这是能源革命的第三步。
本站部分文章系转载,不代表中国硬质合金商务网的观点。中国硬质合金商务网对其文字、图片与其他内容的真实性、及时性、完整性和准确性以及其权利属性均不作任何保证和承诺,请读者和相关方自行核实。据此投资,风险自担。如稿件版权单位或个人不愿在本网发布,请在两周内来电或来函与本网联系。