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银河娱乐充值微信号_逆转衰老、制造大脑、移民火星、超级高铁、量子计算……究竟能否成为现实?

银河娱乐充值微信号_逆转衰老、制造大脑、移民火星、超级高铁、量子计算……究竟能否成为现实?

银河娱乐充值微信号,本文刊载于《三联生活周刊》2019年第50期,原文标题《当未来成为信仰》,严禁私自转载,侵权必究

主笔/苗千

(视觉中国供图)

当人类进入2020年,大多数人仍然愿意相信,未来会更美好。随着科技的发展,社会的进步,生活在未来的人类被想象着将处于一个更加公平、舒适、便捷和富裕的环境之中。尽管20世纪的科幻作家对于2020年的想象大多与现实相差甚远,但人们仍然愿意怀着最美好的愿望去憧憬。在几十年后,乃至到下一个世纪,相比于现在,人类社会可能又会发生哪些变化?一些技术看似已经成熟,仿佛马上就会被投入应用,改善人类的生活,乃至改变世界;另有一些理念,似乎更接近于科幻或是狂想,人们不知道究竟能否成为现实,又将为现实带来怎样的冲击。尽管未必准确,但我们可以通过几个侧面,尝试进入几十年后的未来,乃至更加久远的,未来的未来。

逆转衰老

“我想我们能够做到的可以比治疗癌症更好,我们可以预防癌症。”在哈佛大学医学院的实验室里,当我问著名的基因工程学家乔治·丘奇(george church),人类能否在10年之内攻克癌症时,他这样回答。

“我们已经可以大幅降低老鼠患癌症的比率——老鼠患癌症的比率相当高,尽管它们的寿命相对很短——通过这项技术可以把老鼠的寿命提高一倍。有30%的人类会患癌症,如果我们可以消除癌症,人类的平均寿命将增加两年。(在现代社会)人类的平均寿命已经增加了30年,因此平均寿命再增加两年是一个相对较小的成就。我们真正想要做到的,是逆转老化过程(reverse aging),其中也包括抗癌,因为年轻人相对来说更不容易患癌症。

在两年的时间内,我们将看到这项实验在人体内进行。这意味着停止,或是逆转很多与年龄相关的疾病。在大多数工业化国家,90%的人是因为此类疾病死去的。这些疾病最大的特点是都与年龄相关,而通过基因治疗,可以同时治疗多种此类疾病,这将使人们更多地享受青春和健康。人们也不再需要过早地退休,不再成为家庭的负担,也会促进经济的繁荣。”——丘奇教授展望一个不再受老年病困扰的未来。

随着年龄的增长,人体会逐渐衰老,各项机能随之逐渐减退,也更容易患上各种“老年病”——这早就是一条众人皆知的自然规律。但随着科学的发展,能否在某种意义上“推迟”衰老,让人尽量免于遭受老年病的折磨?2019年9月5日,《自然》(nature)杂志发表的一篇文章《身体的生物学年龄可以被反转的第一个信号》(first hint that body's ‘biological age’can be reversed)中提到,在一个小规模的实验中,某种混合药物似乎可以使人体内记录人体生物学年龄的生物钟“反转”。

一个人的生物学年龄,由其生物钟所记录,可能会领先或是滞后其真实的年龄。在加州一家诊所的研究中发现,有可能通过医学手段使人体内的生物钟反转。在一年的时间里,9位健康的志愿者服用一种由三种药剂混合的药物。随后的基因测试发现,他们的生物学年龄以及免疫系统都有“恢复青春”的迹象。这样的结果令做实验的医生都感到吃惊。尽管结果出人意料,但显然从这样最初阶段的结果中无法得出任何结论,实验者也还无法进行任何有效的控制。

对这项实验进行分析的加州大学洛杉矶分校(ucla)的遗传学家史蒂夫·霍瓦斯(steve horvath)表示,他原以为这项实验可能会使人体内的生物钟变慢,而不是反转。德国亚琛大学的细胞生物学家沃尔夫冈·瓦格纳(wolfgang wagner)则认为尽管这个实验结果还不是无可辩驳,但确实颇有“未来感”。

人类寿命的极限究竟是多少?在未来,是否会出现能延缓衰老的药物,让人可以拥有健康、快乐、有尊严的老年?这些问题都还没有答案。不过,这项有关“逆转衰老”药物的实验确实给科学家们提供了取得突破的线索。癌症免疫学家山姆·帕尔默(sam palmer)注意到在这项实验过程中,志愿者血液中的免疫细胞有所增多。他认为这个现象有益于治疗传染性疾病,对于癌症和衰老研究也都有重大意义。

制造一个大脑

人类大脑可能是宇宙中最复杂的物体之一。一个成年人的大脑重约1300克,其中包含数百亿个神经元,这个数字几乎与一个星系中含有的恒星数量相当。那么,该如何制造一个人类大脑?詹姆斯·吉姆泽斯基(james gimzewski)领导的加州大学洛杉矶分校的一组科学家或许做出了一个重要发现。吉姆泽斯基从2012年起就声称要制造出一个合成大脑,一个具有智慧、能够思考的机器。他认为人类大脑是一种“自组织系统”(self-assembled system),如果能够在构造方式上成功模拟大脑的行为,就可能掀起一场“后人类革命”(post-human revolution)。

人类大脑中神经元相互联结并交换信息的结构被称为大脑神经突触。吉姆泽斯基发现,有可能通过银制纳米线模仿大脑神经突触的行为。吉姆泽斯基带领一组科学家,从硝酸银溶液处理过的铜丝网格上,随机生长出极其细小的银丝,让其呈现出分支的外观,而后再将其暴露在硫蒸气中,以在银丝之间生成一个硫化银层,这与大脑中相互联结的神经元类似。

研究者发现,在接收到电信号时,这些人造纳米线所展现出的结构和电性能与人脑在核磁共振检测中所显示出的电性能有很多相似之处。当这些纳米线被结合在一起之后,它们之间开始“交流”。尽管还无法和真正大脑的活动相提并论,吉姆泽斯基相信这是制造出人工合成大脑的第一步。他认为从某种意义上来说,整个网络“活了”。

在微观尺度模拟人类大脑的局部行为,距离制造出一个完整的人类大脑尚且遥远。面对人类大脑这样复杂的研究对象,另一组科学家构想出了一个更为宏伟的计划,要通过超级计算机制造出可以模拟整个人类大脑活动的数学模型。

瑞士洛桑联邦高等理工学院(epfl)的神经科学家亨利·马克拉姆(henry markram)在2005年5月宣布了“蓝色大脑计划”(blue brain project)。这个计划的目的在于通过“反向工程”(reverse engineering)手段,利用高性能计算机在分子水平上模拟出一个人造大脑,从而帮助人类理解大脑的结构与功能,并将其应用于生物医学领域。马克拉姆希望有朝一日“蓝色大脑计划”能够解开人类的智慧与意识之谜。

瑞士洛桑联邦高等理工学院(epfl)的神经科学家亨利· 马克拉姆

2009年,马克拉姆在ted全球会议上宣布,制造出模拟的人类大脑,有助于治疗目前困扰着全世界20亿人的精神类疾病。模拟人类大脑并非不可能,“蓝色大脑计划”有望在10年内完成这个目标。另一方面,“蓝色大脑计划”甚至还可以起到“图书馆”的作用,比如把一些动物的大脑模型存储起来。马克拉姆描述,这个计划犹如给一个热带雨林里的每一棵树的形态都做出标注。在标注之外,还要研究彼此之间的活动规律。“蓝色大脑计划”的研究人员通过一个软件为数以万计的神经元建立电脑模型,从而建造出一个数字化的新皮质柱(neocortical column)。每个大脑都有所不同,神经元也都有所不同,但是其构造是相同的,这是我们整个物种的特性。这项计划正是要精确描述出人类大脑的共同属性。

模拟大脑活动需要超强的计算能力,光是模拟一个神经元的活动,就需要一个笔记本电脑的全部计算能力。研究人员使用ibm具有1万个处理器的超级计算机“蓝色基因机器”(blue gene machine)作为大脑的计算机模型,比如给计算机模型展示一幅图像,然后观察其内部活动,可以发现它确实出现了某种反应——研究人员希望通过这样的过程来理解大脑如何感知外部世界。

马克拉姆的研究团队在2015年发布了模拟老鼠大脑3万个神经元的电脑模型,占到老鼠大脑神经元总数的0.15%。而批评者认为这样的成就毫无价值,没有任何新意——即使是模拟了整个人类大脑,意义何在?在电脑中有一个人类大脑和在头骨中有一个人类大脑相比,意义何在?

2018年,“蓝色大脑计划”首次发布了关于老鼠大脑细胞的三维电脑模型。模型中描述了老鼠大脑中737个区域的主要细胞类型、数量和位置信息。研究者称,这个成果对于大脑研究的意义就像是“从手绘地图到了谷歌地球”。但是如今马克拉姆许诺的10年时间已经到了,“蓝色大脑计划”并未如期制造出一个人类大脑的完整模型。

法国蒙彼利埃大学功能基因组学研究所的研究者让·马克·勒迈特(左)与同事进行逆转衰老研究(视觉中国供图)

实际上自其诞生之日起,对于这项计划的批评就未曾停止过。“蓝色大脑计划”要制造的并不是一个简化的大脑模型,而是包含每一个神经元,对每一个电信号做出反应的完整模型。对于一些批评者来说,这种“从下到上”构造大脑的方法只能得出荒谬的结果。因为人类目前对于神经元之间相互联系合作的规律还不了解。对于大脑中的记忆如何形成,如何做出一个决定,也知之甚少。人类根本不可能在10年之内解决这些根本性的问题。想要模拟线形虫的302个神经元都已经非常困难,模拟人脑中所有的神经元则是毫无希望。

有人把建设大脑模型与宇宙学家建造宇宙星系的电脑模型相提并论,但华盛顿大学的神经科学家安德罗妮·菲尔浩(adrienne fairhall)并不赞同。她认为宇宙中星系的模型与其他事物无关,星系只是星系而已,但人类建造大脑模型则是想通过模型理解大脑如何感知外部世界。单独模拟一个大脑而没有其他器官,这样的做法是毫无意义的。更多的科学家认为这样的模拟应该是被具体问题驱动,而非单纯为了完成一个无法实现的宏伟目标——比如说利用电脑模拟的大脑进行简单的数学计算。

人类对于大脑的想象无穷无尽,对于神经科学未来发展的想象也越来越丰富。2014年,麻省理工学院媒体实验室的科学家尼古拉斯·尼葛洛庞帝(nicholas negroponte)说,在30年内,人类将可以“注射”知识。人只要吃下一颗药丸,药丸中的颗粒通过血管进入大脑,到达“正确”的位置发挥作用,服药者就能够理解莎士比亚的著作。这样的展望未免显得有些荒诞不经。

埃隆·马斯克(右)与nasa主管吉姆·布里登斯廷(中)在太空探索技术公司总部交谈(视觉中国供图)

超级高铁

火车的形态一直在进化之中,人类也从未停止对火车的想象。1900年12月,美国工程师约翰·沃特金斯(john watkins jr.)就对火车的发展做出预测,他认为在未来会出现一种雪茄形状的火车,速度可以达到惊人的每分钟2英里(约为3.2公里),而由电力驱动的高速火车的时速将可以达到150英里(约为240公里)。

在今天看来,这样的想象已经太过保守。目前中国高铁的时速已经可以达到400公里,且仍然在不断的提升之中。另一方面,铁路形态的进化仍未停止。最近几年,一种全新的高铁概念呼之欲出,或许将在未来再次改变人们对于交通的认知,这就是“超级高铁”(hyperloop,也被称为超级回路)。

依照超级高铁的设计理念,乘客们坐在一个没有窗户和轮子的客舱里,在接近真空的管道中,处于磁悬浮状态的客舱被逐渐加速。没有空气和摩擦,也不会因为天气原因停运,在这种情况下客舱的运行速度可以超过每小时1000公里。这项技术最初由埃隆·马斯克设想,随后他把超级高铁作为一种开源技术免费公布给大众。

总部设在洛杉矶的“维京超级高铁1号”(virgin hyperloop one),从2017年开始进行实验,目前已经建成了一个完整的测试轨道。而他们的主要竞争对手超级高铁运输科技公司(hyperloop transportation technologies)同样坐落在洛杉矶。另一家超级高铁公司“transpod”的总部在多伦多,目前还处于利用电脑模拟阶段。

2017年4月6日,工程师们在美国内华达州的沙漠里架设超级高铁管道进行测试 (ic photo供图)

在拉斯维加斯北部,距离市区只有56公里的沙漠里,“维京超级高铁1号”修建的将近500米长、3米多高的超级高铁管道已经进行了数百次测试。目前一个不搭载乘客的空客舱在其中运行的时速已经可以达到380多公里。为了不让乘客感到太过不舒服,这种没有窗户的客舱在管道中的加速过程会有3分钟时间,而做一个90度的转向要花6分钟时间。把加速的时间延长,客舱中乘客感受到的加速只会相当于飞机在起飞时加速的三分之一左右。

关于超级高铁的竞争愈发激烈,各公司都花费了数千万美元的资金,建设更长的测试管道。设计者们期待着这样的超级高铁能够从2020年代中期开始运送乘客,在未来还可以运送货物。虽然这样的运输方式从物理学角度来说确实可行,但问题在于,以这样惊人的速度悬浮运行,难免让人对超级高铁的安全性产生担忧。从现实的角度来看,这一切似乎还是梦想。

另一方面,梦想却在以人们难以想象的速度进入现实。2018年,“维京超级高铁1号”的主席、英国商业大亨理查德·布兰森(richard branson)与印度马哈拉施特拉邦政府签约,将在印度的两座城市孟买和浦那之间建造一条超级高铁线路。这两个相隔160公里的印度城市如果开通超级铁路,将只需要35分钟的旅行。据报道,这条超级高铁线路将在2020年开工建设。

另一个消息更加惊人,超级高铁运输科技公司在阿布扎比建设的价值14亿迪拉姆(相当于3.8亿美元)的超级高铁线路将在2020年完成。工程的第一阶段是在阿布扎比建设一段长度为10公里的轨道,这将成为世界上第一条商业化的超级高铁线路。之后这条线路还将继续延伸到阿奈恩和迪拜。整个超级高铁的管道长度将达到150公里,每公里造价4000万美元,估计工程总造价将达到60亿美元。根据报道,目前超级高铁的客舱已经离开了生产地西班牙,被运往法国西南部进行组装和测试。铁路的形态是否将在2020年再次改变?交通是否会被超级高铁重新定义?让我们拭目以待。

2018年11月,欧洲空间局(esa)在西班牙兰萨罗特岛进行了一次月球漫步模拟(ic photo供图)

登陆火星

早在登陆月球之前,人们就已经开始幻想登陆火星了。但在人类实现登月半个世纪之后,火星看上去依然遥不可及。

美国总统特朗普在2017年签署命令,授权美国航空航天局(nasa)运送人类宇航员登陆火星。nasa随后发表了一份火星登陆计划,准备通过几个步骤让人类宇航员在2030年代最终登上火星。

实际上对人类来说,月球和火星相互关联。人类想要登陆火星,其中一个关键步骤就是把月球作为中转站,首先在月球上测试生命支持系统和人类居住设施,并在月球表面或是月球轨道上建设一个空间站,为未来前往火星的宇航员服务。因此,人类想要登陆火星,首先需要重返月球。

nasa原计划在2028年送人类宇航员在月球的南极区域登陆,但在美国副总统彭斯的催促之下,重返月球计划被提前到了2024年,登陆火星的计划也被提前到2035年。除了nasa之外,一些私人公司,诸如马斯克的太空探索技术公司(spacex)和亚马逊公司ceo杰弗里·贝索斯(jeff bezos)的蓝色起源公司(blue origin),都可能参与设计月球登陆器。在古希腊神话中,阿耳忒弥斯(artemis)是阿波罗的孪生妹妹,也是月亮女神——nasa把2024年人类重返月球的计划命名为“阿耳忒弥斯计划”(artemis program)。

阿耳忒弥斯计划具有多项内容,除了登陆月球之外,还包括逐步在月球轨道上建造一个空间站。这个名为“深空门户”(deep space gateway)的月球轨道空间站所需的材料将由名为空间发射系统(space launch system)的运载火箭送到月球轨道。届时空间站将可以容纳4名宇航员在里面停留30到90天,为飞向火星做准备。月球轨道空间站建设完成之后,nasa计划在2027至2029年间向空间站发射“深空运输”(deep space transport)。这个重达40吨的火星运输车可以让人类在其中生活400天以上,之后人类会继续向“深空运输”运送货物,为在2030年代向火星进发做好准备。

在阿耳忒弥斯计划之外,想要登陆火星,人类还需要对火星环境有更深入的了解。在2020年7月,nasa会将一款专门用于寻找火星生命痕迹的“火星 2020”(mars 2020)漫游车送上太空。除了寻找火星生命痕迹的任务之外,“火星 2020”还将详细记录它在火星表面进行降落的全过程。

“火星 2020”在降落过程中将使用摄像头进行全程记录,自动导航系统也会帮助它选择合适的降落地点。随后,工程师们将研究它在火星稀薄的大气层中进行下降的每一个细节,为人类宇航员在火星表面进行登陆做准备。相比于火星车,人类宇航员加上整个生命支持系统在火星表面的登陆会更加惊险。“火星 2020”漫游车还将携带一款探测火星土壤内部成分的雷达,这款雷达可以帮助人类寻找火星的地下水,未来的宇航员将通过挖掘火星土壤中的冰作为水源。

ibm公司的科学家道格拉斯·麦克卢尔正在进行量子计算实验(视觉中国供图)

从地球向火星运送氧气的代价过于昂贵。未来的火星宇航员可能会使用一个名为“火星氧气就地资源利用实验”(mars oxygen in-situ resource utilization experiment)的仪器,将二氧化碳转化为氧气,毕竟火星大气中96%是由二氧化碳构成。或许在未来还可以建造出更大的氧气转化装置在火星上使用,将氧气用作火箭从火星返回地球的燃料。

科幻电影《火星救援》在开场就展现了一场剧烈的沙尘暴,这几乎摧毁了人类的火星基地,给宇航员们带来了灾难。实际上,火星表面确实经常发生全球性的沙尘暴。除了沙尘之外,由于没有磁场保护,太阳辐射也会对宇航员在火星的生活造成威胁,因此还需要为宇航员研制一款能够抵抗火星表面沙尘和强烈紫外线辐射的宇航服。“火星 2020”将会把几种宇航服的候选材料带上火星进行比较测试。

从表面来看,人类登陆火星的计划已经非常详尽,但实际上大多数计划目前还只处于空想阶段。从地球到火星,再安全返回,可能需要两三年时间的太空旅行。运送宇航员、食物、氧气和水到太空,还有众多技术问题没有解决,宇航员在太空中的心理问题也需要关注。除此之外,想要登陆火星,需要花费大量资金。在半个世纪前为了实现登月,nasa花费了美国预算的4%,现在登陆火星的预算只相当于美国预算的0.5%。众多独立评论家都认为,人类根本无法在2033年之前完成登陆火星的各项准备。但现任nasa主管吉姆·布里登斯廷(jim bridenstine)并不放弃,他一直宣称“并不排除”在2035年登上火星的可能性。

量子计算

究竟是量子优势(quantum advantage),还是量子霸权(quantum supremacy)?从2019年10月起,这个问题成为了很多量子科学家争论的焦点。

谷歌公司的科学家于2019年10月在《自然》杂志发表了一篇论文《通过可编程超导处理器实现量子霸权》(quantum supremacy using a programmable superconducting processor)。论文刚一面世,很多人就开始欢呼,物理学家约翰·普利斯基尔(john preskill)在2012年时提出的所谓“量子霸权”(意指量子计算相比于传统计算机具有无可比拟的优势)终于成为了现实。普利斯基尔也亲自发表文章表示肯定。得州大学奥斯丁分校的计算机科学家斯科特·亚伦森(scott aaronson)更是把这一成就与莱特兄弟的首次飞行相比。但也有反对意见认为,这个成就距离制造出真正的量子计算机还非常遥远,充其量算是“量子优势”。

人类在20世纪初就认识到了奇异的量子态与人们习以为常的经典世界中的现象有着巨大的差别。1980年,苏联数学家尤里·马宁(yuri manin)最初提出了利用量子态进行计算的设想。一年之后,理查德·费曼(richard feynman)也提出了这样的想法。费曼认为,计算机本来就应该处于量子态。如果想要模拟处于量子态的自然界,就需要进行量子计算,但想要实现这个目标并不容易。随后牛津大学的物理学家戴维·多伊奇(david deutsch)提出通用型量子计算的概念。直到1994年,麻省理工学院的彼得·秀尔(peter shor)提出了可以应用于量子计算的“秀尔算法”(shor algorithm),量子计算的概念才开始吸引众多的关注。

人们从20世纪90年代开始意识到,如果拥有了量子计算机,就可以完成一些“不可能的任务”,比如攻克网络加密系统。模拟一个量子系统,可以更深刻地理解自然界,而且在能源、材料、健康、制药等领域都会产生突破。在这种美好前景的激励之下,微软、谷歌、ibm、intel、亚马逊等企业都开始研发量子计算机,各国政府也纷纷为量子计算研究制定相应的政策。目前私人投资已经资助了数十家进行量子计算研究的创业公司,这些公司大都是从大学的实验室演化而来。

一些投资公司愿意相信在5到10年间会有通用型量子计算机出现。也有人愿意相信科学家们将会研究出不完美但可以进行实际工作,只解决特定问题的小型量子计算机。但是这种情况一旦没有如期出现,投资者对于量子计算机的热情就会迅速减退。人们担心量子计算机的研究会进入“量子寒冬”,就如之前人工智能研究领域的遭遇一样。

实际上量子计算机研究最大的障碍并不在于资金,而是在于极大的工程难度和潜在的理论问题。人们估计,制造出可以进行实际工作的量子计算机起码还需要几十年时间,而即使制造出了量子计算机,也很难为其编写软件。量子计算机难以制造,量子处理器中量子比特(qubit)的数量增长缓慢,关键就在于它对工作环境的要求相当高。工作状态中的量子比特极容易受到噪声的干扰,必须在接近绝对零度的条件下工作。要维持这样的工作环境并不容易。

认为制造量子计算机存在理论上的障碍,真正的量子计算机可能永远都不会出现的评论一直存在。希伯来大学的数学教授吉尔·卡莱(gil kalai)2002年时在耶鲁大学听了一场关于量子计算的讲座,随后他决定开始研究其中被忽视的一面。经过十多年的研究,卡莱认为,量子计算机可能永远都无法用于实践;即使能够进行实际操作,它的成本也会远大于受益,其主要原因就是在量子计算机中永远无法消除的噪声。虽然一切系统都有噪声,但是量子计算机对噪声极其敏感,量子态只会不断被外界所干扰。所谓的降噪并不只是一个工程学问题,这违反了最基本的计算原理。

以色列希伯来大学的数学教授吉尔· 卡莱

想要让量子计算机不受噪声的干扰,需要量子纠错系统。在这样的系统中一个量子比特需要100到500个量子比特的支持,并且需要编写量子纠错的代码。即使在这样的条件下,噪声也需要低于某个界限。在一篇卡莱和他人合作的论文中,他提到噪声将无可避免地干扰量子计算机,而且在根本上无法被量子纠错系统消除。量子比特数目越多,对降噪的要求会随之呈指数级增长,最终会超出人类的降噪能力。另一位知名的量子计算机批评者、蒙彼利埃大学的理论物理学家米哈伊尔·迪阿科诺夫(mikhail dyakonov)也从多个角度阐述过量子计算机不可能出现的原因。

在人们的展望中无比美好的量子计算世界究竟能否成为现实?或许需要几十年的时间来给出最终答案。

2017年,法国国家历史博物馆展出在1864年坠落于法国西南部的奥盖尔陨石(法新社供图)

星际开采

欧洲空间局(esa)正计划与空中巴士赛峰火箭公司(ariane group)合作,从2020年代开始,尝试从月球表面开采一种价值数千亿美元的核材料——氦-3(helium-3)。氦-3是氦元素的一种同位素,据估计,这种物质在地球的储量不到100千克,但是在月球的储量则可能达到数百万吨,其中更是有一大部分储藏在月球表面的浅层土壤中。目前除了欧洲空间局之外,很多其他国家也有类似的月球开采计划,原因就在于氦-3实在是一种完美的可以提供清洁能量的核材料。

因为地球有全球性磁场的保护,大多数来自太阳的高能粒子无法到达地球表面。而没有磁场保护的月球在几十亿年来一直遭受太阳风粒子的袭击,以及陨石和小行星的撞击,估计有数亿吨氦-3粒子进入到月球表面一层细密的风化物质——月壤之中。氦-3是进行人工核聚变的理想材料。美国航空航天局顾问委员会前成员、威斯康星大学的核聚变科学家杰拉德·库尔辛斯基(gerald kulcinski)认为,储存在月球上的氦-3物质大约有四分之一可以被运回地球,仅仅是这些物质所提供的能量就足够整个地球使用几百年时间。

月球是地球在太空中最近的邻居。除了月球之外,众多太空科技公司把目光投向了更遥远的小行星。地质学家们相信,很多小行星可能都富含铁矿石以及各种稀有金属,其密度甚至可能高于地球(地球储藏的很多稀有金属都在地壳深处,不容易开采)。如果有可能在临近的小行星上开采稀有资源,这将是一个价值数千亿美元的新市场。美国参议员泰德·克鲁斯(ted cruz)曾预测,人类的第一个千亿富翁将在太空中产生。

目前已经出现了大量的太空科技公司,为在小行星上进行开采做准备。曾经在nasa任职的克里斯·莱维茨基(chris lewicki)与积极推动太空旅游事业的企业家彼得·戴曼迪斯(peter diamandis)在2012年共同成立了行星资源公司(planetary resources)。2013年1月,这个领域又出现了一个竞争者——深空工业公司(deep space industries)。

人类开始深入了解小行星的历史并不算长。2005年11月,日本发射的“隼鸟号”(hayabusa)探测器首次降落在小行星25143(itokawa)上,成功取得了样本,之后在2010年将样本送回地球检测。这项成就给很多有志于开采小行星资源的探险家以极大的鼓舞。

对于人类来说,有两类小行星具有太空开采价值:一类是无粒陨石(achondrite),其中富含铂族金属如钌、铑、钯、锇、铱和铂。这些元素在地球中埋藏得极深,在小行星上则可能容易开采;另一类是球粒陨石(chondrite),这类陨石富含水资源。在太空中开采到水资源,可以供宇航员饮用,或是分解为氢气和氧气用作火箭燃料,还可以用来阻挡太空射线。目前人类从地球发射的火箭,其中光是燃料的重量就要占到90%。如果未来的火箭可以在太空中添加燃料,发射成本必将大大降低。

很多人认为能够在小行星上进行资源开采是人类移民外星的一个必要条件。也有人把开采小行星的前景与当年的加州淘金热做类比。目前已知在地球附近直径36米以上的小行星有将近9000个,其中很多小行星富含稀有金属或是水资源。哈佛大学的天体物理学家马丁·埃尔维斯(martin elvis)在2013年曾经推导出一个公式,计算以人类现有技术有可能进行开采的小行星的数量。推导公式显示,在当时的技术范围内,有大约10个含有稀有金属的小行星和18个含有水的小行星可以进行开采。随着更强力火箭的出现,埃尔维斯估计目前可开采的小行星数量增加了10倍。

哈佛大学的天体物理学家马丁· 埃尔维斯

人们热衷于谈论未来,但究竟能否进行小行星开采前景仍不明朗。究竟该如何深入太空进行开采,又该如何把从太空深处开采到的稀有金属穿过大气层运回地球?这样的运输会不会对地球造成伤害?如果无法把这些资源运回地球,又能把它们卖给谁?当年的加州淘金热刺激了服务业、渔业等很多相关行业的发展,人们认为,开采小行星也需要从人们对资源的渴求出发,发展出一整套可行的经济模式。

在太空中进行开采风险过高,代价昂贵,有众多技术壁垒,而且在成功之前,这些付出几乎不会有任何回报。这样冰冷的现实使目前所有太空开采公司的盈利前景全都不妙,起码在近期没有任何客户基础,因此也全都遇到了资金困难。2018年,深空工业公司被另一家太空技术公司“布拉德福德太空公司”(bradford space)收购。

可以说,目前人类深入到太空之中,操纵小行星,乃至在小行星表面进行开采的实际可能尚不成熟,还有太多的经济和技术问题需要解决。nasa在2013年曾经提出一个“小行星重定向任务”(asteroid redirect mission),这也被称为小行星回收和利用任务。nasa希望通过太空飞行器接近一个地球附近的小行星,从其表面收集数吨的材料样品,然后引导这些样品进入地球轨道,供人类宇航员探测,并且带回地球进行检测。最终,nasa在2018年终止了这个任务。

值得注意的是,被认为极富冒险精神、敢于幻想的硅谷创业大亨埃隆·马斯克对于小行星开采项目嗤之以鼻。2003年,他曾经评论开采小行星是一个“骗局”,此后他再未对此进行过任何评论。而与此同时,马斯克对于另外一个极具科幻色彩的项目——移民火星,却倾注了大量的心血。

2019年10月,太空探索技术公司的工作人员正在建造龙飞船2号 (法新社供图)

移民火星

人类必须尽快移民火星,而不至于在第三次世界大战中灭绝——埃隆·马斯克在2018年3月时这样说道。除了第三次世界大战,马斯克认为人工智能也足够危险,因此人类需要在火星建立一个可以自给自足的基地。火星距离地球足够远,一旦地球爆发战争,远避于火星基地会比月球基地更加安全。

人类是否应该移民外星?从人类文明的长远发展来看,这似乎是一个无可避免的选择,但是否能在近几十年乃至几个世纪内实现,这是个问题。马斯克将移民火星与英国探险家沙克尔顿爵士(sir ernest henry shackleton)在100多年前去往南极探险的经历相比:最初不会有太多人愿意前往,困难、危险,死亡的可能性非常大,但如果能够在探险中幸存,则会非常令人振奋。

对于马斯克开创的太空探索技术公司(spacex)来说,运送人类移民到火星绝不只是一个噱头。这家公司的资源虽然无法与nasa相比,但此时正在研发可以将人类送往火星的工具。与nasa计划送人类宇航员登陆火星的时间表相比,太空探索技术公司要在火星表面建立人类定居点的时间表要激进得多。

几年来,这家公司已经开发了多款火箭:用于测试的可回收的蚱蜢火箭(grasshopper),用于运输的猎鹰火箭(falcon),可以用于运送货物和宇航员的龙飞船(dragon spacecraft),还有可重复使用的猎鹰重型运载火箭(falcon heavy)。在距离其公司总部只有15公里的一个工厂里,工人们正在用碳纤维材料建造一个巨大的航天器:大猎鹰火箭(big falcon rocket)。

马斯克相信,这款巨型火箭可以把人类宇航员,乃至更多的人从地球送往火星。根据太空探索技术公司的计划,大猎鹰火箭将在2020年建设完成,并且进行试验发射。到了2022年,人类将通过大猎鹰火箭向火星发射用于人类生存的货物。运载火箭会首先进入地球轨道,这段航程将消耗掉火箭一大半的燃料,其他飞行器会在地球轨道上对火箭进行燃料补给。随后火箭将向火星进发。经过一年的旅程之后,这些货物将在2023年到达火星,其中包括发电机、收集火星水资源的机器、收集火星空气的机器和利用火星资源制造燃料供火箭返回地球的机器。

经过上述准备之后,大猎鹰火箭将在下一个火星发射窗口——2024年向火星运送人类宇航员。最初到达火星的宇航员甚至不需要建造基地,而只需要居住在飞行器里。马斯克认为,按照这个进度,人类可以在2028年开始建造第一个火星居住基地“mars base alpha”,这个基地将起码拥有一个发电站、一个生产火箭推进剂的机器和生长作物的温室。在完成这些工作之后,人类在2030年代将可以开始建造第一个火星城市。马斯克估计起码需要1000次的太空运输,花费20年的时间,才能建成第一个火星城市。

这样迅捷的移民火星的时间表未免令人觉得太难以置信。很多专家质疑,在2020年代能否解决人类在火星生存所需的各项技术困难还不一定,更别提建立火星城市这样巨大的工程。但马斯克言之凿凿,要在本世纪内运送100万人到火星,费用则是每人20万美元。

从马斯克更加长远的规划来看,从22世纪开始,人类将改造火星的地形和气候(terraforming)。目前火星大气的密度只有地球的1%,如果能够融化它的二氧化碳冰盖,通过温室效应有可能使火星气候变得温暖湿润。但火星没有全球性磁场的保护,大气极易被太阳风带走。人类即使能够为火星重建大气层,可能还需要通过人造卫星为火星提供一个全球性的磁场。进行这样的环境改造需要多久?没有人知道答案。nasa甚至认为这可能永远都无法实现。

作为一个偏执的创业者和探险家,马斯克的火星移民计划对于大多数人来说显得过于激进,更像是一个狂野的科幻想象而难以实现。可能很少有人会认为这样一份计划能够在本世纪内成为现实。但也正是这样的一个人和一份星际移民计划,向人们展示出一个充满无限可能的未来世界。如果我们尝试以科幻作家的视角去看待世界,展望未来,或许会发现,在现实、科幻和狂想之间,并不存在清晰的界限。毕竟未来世界的模样如何,在很大程度上取决于人类的想象力。

(本文写作参考了《自然》杂志、美国航空航天局网站、太空探索技术公司网站以及相关媒体的报道)

上海十一选五

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