文档介绍：第十章增长的极限
世界是个棋盘,自然现象是棋子,游戏的规则被我们称为自然法则。
——T. H. HUXLEY(赫胥黎)
在这个世纪我们发明了飞机,宇宙飞船,核技术,和计算机。在下个世纪我们将开发组装机,复制机,自动工程,廉价的星际旅行,细胞修复机器,和很多很多。这一系列的突破似乎暗示了技术发展是没有限制的。按照这个观点,我们将突破任何障碍,冲向无限的未知领域——但是这个观点是错误的。
自然的法则和世界的情形将限制我们所能做的事。没有限制,未来将完全不可知,无影无形的事使我们所想和所计划的显得很可笑。有了限制,未来还是不太确定,但是会被规定在某个范围之内。
从自然的限制中,我们学到了关于我们面对的问题和机会的一些知识,限制确定了可能的界限,告诉我们能使用什么样的资源,我们的飞船能飞多快,以及我们的纳米机器能做和不能做什么。
讨论限制是有风险的:我们通常更愿意确信一件事是可能的而不是不可能的。工程师可以使用近似值和特别情况。如果给以工具,材料,和时间,他们能直接证明可能性。即使在做探索性设计时,他们也可以找到可能的领域而避开限制。相反,科学家不能证明一个普遍理论——不可能性的一般论述本身就是一种普遍理论。没有一个特殊的实验(某时,某地)可以证明某件事是不可能的(任和时候,任何地方)。任何数量的特殊实验也不可能证明。
尽管如此,普遍的科学规律确实描述了可能性的限制。虽然科学家不能证明普遍法则,他们还是发展出了关于宇宙运行的最好图景。即使奇异的实验和精细的数学再一次改变了我们的物理概念,也不会改变多少工程上的限制。相对论并不影响汽车的设计。
最终限制的存在并不意味着它们会限制住我们,虽然很多人认为限制将很快使发展停止,这种想法是简单化的,没有考虑到发展将会带来的前所未知的进步。其他的人模糊地认为增长是无限的——这种看法用完全不可知模糊了未来的图景。
搞不清科学和技术的区别的人也会搞不清限制在哪里,软件工程师Mark S. Miller指出,他们认为新知识通常意味着新的解决方法,一些人甚至认为如果我们知道了每件事我们就能做任何事。技术进步的确带来新的方法,开放了新的可能性。但是基础科学的进步只是重新划定了最终的界限,这常常意味着新的不可能性。例如,爱因斯坦的发现,表明了没有什么东西能超过光速。
真空的结构
光速真的是极限吗?人们曾经谈论“音障”,就是说飞机在超越音速时会遇到巨大的阻碍。然而在1947年,爱德华空军基地,。今天,人们谈论“光障”,并想知道它是否也会被突破。
不幸地,对科幻作家来说,这种类比是肤浅的。没有人认为音速是一个真正的物理限制。流星和子弹天天都在超过它,甚至抽一个响鞭也能突破“音障”。但是没有人看见超过光速的东西。在射电望远镜看起来一些遥远的点似乎移动速度超过光速,但是简单的透视理论就可以解释这点。某种假设的被称为“超光速粒子”的微粒能超光速,如果它们存在的话——但是没有人发现过它,现有理论也没有预言它。%,结论和爱因斯坦的预言完美地吻合。当更加加速时,粒子的速度缓慢地接近光速,而它的能量(质量)趋近于无限大。
在地球上,人们可以步行或航行到某个地方,而没有任何神秘的边缘或障碍阻止他们到达目的地,因为地球是圆的。在太空中的速度的限制不再意味着“光障”,象地球上距离的限制意味着一堵墙那样。空间本身——真空承载着所有的能量和物质——具有属性。属性之一是几何尺度,时间可以被看作一个特殊的维。几何尺度使得光速在飞船加速时后退,就象地平线在海船航行时不断后退一样:光速,象地平线一样,在所有方向都是一样的。但是类推在这里终止了——这种相似没有涉及到空间的弯曲。我们只要了解速度的极限不是简单的一个可突破的“光障”。物体可以不断加速,但是不能快过光速。
人们长期梦想着控制引力。在1962年版的对未来的预测中,:“在所有的力中,引力是最神秘的和最难驯服的,”然后他提议我们将来要建造方便的引力控制装置。引力真的这么神秘吗?在广义相对论中,爱因斯坦把引力描述成真空的时空结构的弯曲。数学家优雅而精确地描述了它,并且得出的结果与所有检验都吻合。
引力不比其它的力更难驯服。没有人能让一块大石头失去重力,但是也没有人能让一个电子失去电荷或者让电流失去它的磁场。我们通过移动带电粒子来控制电荷和磁场。我们也能用类似的办法来控制引力场,通过移动普通的物质。看起来我们没有学到引力控制的秘密是因为我们已经掌握了它。
一个小孩用一块磁铁可以吸起一个钉子,使用磁场来抵抗地球的引力。但是不幸地,对于引力工程师来说,利用引力来举起一个钉子需要巨大的质量。你头顶上的金星差不多能做这个工作——还得落到地上