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大家好,我是科技袁人袁岚峰。首先,祝贺《三体》动画片开播!各位科幻迷,请用一句话证明你看过《三体》~
我选的是章北海父亲的格言:“要多想。”因为这是全书中信息密度最高的一句话。四位面壁者的任务已经够艰巨的了,章北海却不是面壁者胜似面壁者,成功地欺骗了包括读者在内的所有人,为人类文明立下了第一大功。我写过一篇文章(网页链接《<三体>救世主排行榜》),其中就把章北海评为头号救世主。而在章北海的行动背后,就是他父亲的这句“要多想”。
下面,我们就来谈谈从目前播放的前两集引出的一些“多想”。片子一开头就是“古筝行动”,只有头发丝十分之一粗细的超高强度纳米丝“飞刃”把正在通过巴拿马运河的巨轮“审判日”号切割成四十多片。那么问题来了:这种技术是真实的吗?(图1)
我咨询了好几位专家,包括几位院士,众口一词的回答是:至少现在还造不出来。这是因为强度归根结底是由化学键的键能决定的,而不同的化学键之间键能相差并没有特别远,基本还在同一个量级上。例如化学键中的“强者”C=C双键是837 kJ/mol,相当弱的Si-Si单键也有176 kJ/mol,只是五倍的差距而已。这是因为所有的化学键归根结底都来自电磁相互作用,所以不会相差太远。当你拿这样的材料去切割其他材料时,基本上就是一个化学键换一个或几个化学键,很快你自己还是会断掉。(图2、图3)
这启发我想到,如果用《三体》里的“水滴”,说不定就能达到这种效果。因为决定水滴结构的是强相互作用,而强相互作用的强度比电磁力高两个量级。但这显然是远超我们目前的能力范围的!(图4)
不过如果不要求切割,仅仅要求高强度,那么已经有了很多这样的纳米材料。例如一种用多根碳纳米管做成的碳纤维,就可以有很高的强度,在航空航天的支撑材料里经常用。用钢做的氢气瓶不能抵抗700个大气压,而用碳纤维做的氢气瓶就可以。《三体》原著第一部第25节中提到过连接地面与太空的天梯,对此最容易想到的材料也是碳纳米管。不过需要注意,虽然这种碳纤维的微观结构是碳纳米管,但在宏观上已经是肉眼可见了,而不是像小说中描写的那样只有头发丝十分之一。因此真正的困难是把超细跟超强结合起来,能够切割钢铁的,这种要求目前的材料都无法实现。
最后我们来介绍一下纳米科学。这是一个非常活跃的研究领域,实际上我以前发的很多论文就可以算作纳米领域的。纳米是10的-9次方米,大约是10个原子的长度。一纳米相对于一米,就好像一个弹珠相对于地球。
为什么纳米会成为一个研究领域呢?因为大块晶体物质的性质是比较容易理解的,对它们用量子力学引出的能带理论就可以预测。单个分子原子的性质也是比较容易理解的,对它们用量子化学计算方法就可以预测。但尺度介于两者之间时,就有可能出现新的现象了。
例如量子点显示器(网页链接《为什么不再说“缺芯少屏”了?因为中国显示领先了 | 袁岚峰》)。不同的量子点其实是同一种物质,仅仅是尺度不同,比如说从2纳米到10纳米,结果它们吸收光的频段就不同,导致它们显示出来的颜色不同(网页链接《碳量子点回忆录 | 中国科学技术大学 化学实验教学中心》)。因此,我们确实可以对纳米材料寄予厚望。(图5)
在我看来,古筝行动还有一个特别的意义:它是原著第一部中人类唯一的一次胜利,给我们鼓起勇气。如果没有这一段,读者也许就会感觉人类太弱了,在三体面前完全没有还手之力。即使我们是虫子,我们也是有智慧的虫子,也是能探索自然规律、能发挥主观能动性的。正如笛卡尔所言,我思故我在。(图6)
科技是人类进步的正道,我们要走正道。欢迎大家关注科技袁人,我们下期再见!
网页链接《三体》中的纳米丝能造出来吗?【影视中的科学】
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【向立体空间探寻“双碳”可能,天津这些绿建方案值得被“表白”】天津是全国率先推进绿色建筑发展的城市之一,从2008年中新生态城开始推进绿色建筑发展,到2015年《天津市绿色建筑管理规定》出台,如今绿色建筑的发展正在助力天津“双碳”目标实现。中新天津生态城不动产登记中心,这里是天津市首个认定的“零碳”建筑示范项目。这栋异形建筑的主要产能一方面来自于屋顶2200平方米的光伏发电板带来的太阳能资源,另一方面来自于地下44口深120米的地热井带来的地热能资源,除此之外,屋顶还有用于收集风能的装置。津云 #天津新闻#
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科技袁人袁岚峰头条群星榜·10月人气作者 中国科学技术大学副研究员 科技与战略风云学会会长大家好,我是科技袁人袁岚峰。首先,祝贺《三体》动画片开播!各位科幻迷,请用一句话证明你看过《三体》~我选的是章北海父亲的格言:“要多想。”因为这是全书中信息密度最高的一句话。四位面壁者的任务已经够艰巨的了,章北海却不是面壁者胜似面壁者,成功地欺骗了包括读者在内的所有人,为人类文明立下了第一大功。我写过一篇文章(https://mp.weixin.qq.com/s/zpYKZtj9tRmHSe8C4Jb8xA《<三体>救世主排行榜》),其中就把章北海评为头号救世主。而在章北海的行动背后,就是他父亲的这句“要多想”。下面,我们就来谈谈从目前播放的前两集引出的一些“多想”。片子一开头就是“古筝行动”,只有头发丝十分之一粗细的超高强度纳米丝“飞刃”把正在通过巴拿马运河的巨轮“审判日”号切割成四十多片。那么问题来了:这种技术是真实的吗?(图1)