从撬动地球到太空大炮 人类未来可能建造的“超级工程” 是什么?
人类能够设计建造的最大的工程是什么?从举起行星的装置到太空大炮，安德斯·桑德伯格探索了一些人类历史上最雄心勃勃的计划。还有，为什么它们并非是“不可能”的？
1603年，一位耶稣会修道士发明了一台只用绳索和齿轮就能将整个地球提起来的装置。 克里斯多夫·格林伯格(Christoph Grienberger)见证了耶稣会修士所写的所有数学著作，格林伯格的工作类似于现代科学杂志的编辑。他谦虚而高效，而且总是想去解决问题。他的理由是，因为10倍力矩的齿轮装置可以让一个人举起10倍重的东西，那么使用24倍力矩的齿轮组，他就举起地球，尽管速度会非常缓慢。 像任何重视理论而不重视实践的学者一样，格林伯格省略了那些令人讨厌的细节: “我不会编织那些绳子，也不会细想齿轮的材料，或者齿轮应该悬挂在什么地方: 因为这些是琐事，留给别人去研究。” 你可以在这里看到格林伯格理论上齿轮组的样子。 自从我们有了数学，像格林伯格这样有远见的学者就一直试图想象工程学最遥远的应用前景，即使当时的技术非常有限。几个世纪以来，他们一直梦想用机器来改造世界，改变地球表面，甚至重组宇宙。这种“超级工程”（megascale engineering），有时也被称为宏观工程（macro-engineering），都是雄心勃勃的项目，这些项目将重塑地球，或建造与地球大小相同的物体。凭藉人类的创造力和想象力，这些未来的宏大梦想能告诉我们什么? 超级工程的起源可以追溯到古希腊。阿基米德在很多事情上都很出名，但有一点是他最常自夸的:“给我一个支点，我可以撬动地球!” 他想到了杠杆: 有一个固定的支点，一个很长力矩比的杠杆可以产生巨大的力。就像格林伯格的齿轮组的作用一样，他对这些力学的深刻见解，使人们渴望思考那些远远超出实际意义的重大问题。 从那时起，每当一个物理定律被揭示为普遍存在时，下一步自然就是将其扩展并探索理论结果。牛顿发现描述地球引力的定律同时适用于苹果和月球。因此，早在太空旅行成为现实很久之前，他就指出，从原则上讲，超级大炮可以按比例放大，以推动卫星进入地球轨道。这个想法后来在1865年的科幻小说《从地球到月球》(From The Earth to The Moon)中得到了描述。 在儒勒·凡尔纳的月球探索故事中，用于发射宇宙飞船"哥伦比亚"的巨型加农炮 在20世纪，美国和其他地方的一些团体曾认真尝试探索这种大炮是否可行，但这些努力都失败了，於是牛顿的想法很容易被认为是一个错误的预测。但值得注意的是，我们目前的太空运输模式——火箭，也曾经也被认为是不太可能和不切实际的。1920年，《纽约时报》大张旗鼓对太空运输的幻想者进行了嘲讽，暗示他们连中学生的物理水平都没有。(1969年，在阿波罗11号宇航员飞向月球的第二天，该报轻松地声明撤销当年的报道。) 多年来，人们对太空的想象也有了类似的理论飞跃，这让一些人开始质疑是否可以建造轨道电梯。通过在平衡物上悬挂一根非常结实的电缆，(仅在地球上)有一个真正的太阳能电梯进入太空是完全可能的。通过将航天器抛离缆绳的一端，它们可以用最少的燃料被推进到其他天体上。月球或火星上的电梯看起来更可行，这要归功于那里的低重力。 美国太空总署（NASA）卫星图片显示地球两极冰川大量流失 在进一步扩大我们征服宇宙雄心的同时，其他人也在推测未来人类是否可以将火星改造成适合居住的地方，或者在太阳周围建造一个太阳能收集器的“戴森球体”（Dyson sphere）。在很长一段时间内，我们可能想要进行修改，使太阳作为恒星持续的时间更长，使地球轨道更宽，甚至使恒星在星系之间移动。这些预测在今天都是牵强附会的，但数学和物理学并不能排除这些可能性。 重新打造地球 在地球上，超级工程的梦想也激发了各种乌托邦式的蓝图，包括大规模地改变海洋和大气。 在20世纪20年代及以后，赫尔曼•索尔(Herman Sorgel)的亚特兰蒂斯项目(Atlantropa project)曾梦想在直布罗陀海峡修建一座水力发电大坝。地中海的海平面将会下降200米(656英尺)，为人们开辟新的居住之地。作为第一个大坝的补充，另一座大坝横跨达达尼尔海峡，锁住黑海。西西里和突尼斯之间也建一座大坝，进一步降低地中海中心水位, 拓展苏伊士运河并将其锁住, 另外将刚果河引入乍得湖附近盆地，并灌溉撒哈拉沙漠。今天，即使政治上允许，出于生态的考虑，人们大概也会放弃这种考虑; 但当年如果有意愿和资金，人们很可能已经尝试过了。 赫尔曼•索尔的亚特兰蒂斯项目将会改变欧洲和非洲 这个项目的现代版，更像是一个警告，而不是一个提议(目前仍处在仔细分析阶段)-----即在苏格兰、挪威、法国和英国之间的北海筑坝，以应对海平面上升。 1957-1977年期间，Plowshare项目是开发核爆破技术，以应用于美国大规模建设项目。苏联也有类似的为国民经济项目开发核爆破技术。这些想法包括使用核爆破拓宽巴拿马运河，在山脉中挖掘人工港口或道路，以及开发地下天然气或石油储藏。但是，这些会造成轻度放射性污染的基础设施建设从未真正展开。 然而，地球工程学正方兴未艾。这涉及人工干预气候系统，无论是往云中增加海水使之更白，向平流层中添加气溶胶，还是在太空中添加遮光剂，以减少太阳能的输入；或使用碾碎的橄榄石，种植藻类，或采用泵入地下的方式降低二氧化碳排放。减少二氧化碳排放是可能的，甚至必要的，但控制太阳能输入绝对是一个有风险的想法。 世界地球日50周年：空气“暂时”变好 休息就是最好的庆祝 为了好玩而狂妄自大 这种超级工程背后的逻辑是什么? 这不仅仅是因为纸上扮演上帝很有趣。 在很多情况下，这是“越多越好” 的逻辑: 获得农业用地是好事，为什么不尝试获得尽可能多的土地呢? 如果能源是有价值的，为何不利用已知的技术，收集到更多的能量呢? 它告诉我们一些重要的事情，人类能力的极限在哪里？以及如果我们真的想要，我们可以获得多少？其目的不是预测“如何”或“何时”，而更多的是阐明宇宙法则是否真的是最终障碍。它可以帮助我们区分不可能和绝对不可能。 电网、互联网和州际公路规模庞大，但我们却把它们视为理所当然 许多超级工程项目，在制造者眼中，都是强烈的乌托邦愿景。索尔相信亚特兰蒂斯项目将提供能源、耕地和改善气候，但也有助于将欧洲和非洲团结在一起。俄罗斯哲学家尼古拉·费多罗夫(Nikolai Fedorov)将天气控制作为他的宇宙论计划的第一步，以和平统一人类的未来，太空和永生。关键是，为了一个宏伟的目标而共同努力，与其说是为了提升环境，不如说是为了提升人类。 人们很容易对这些梦想一笑置之，认为是不切实际的乌托邦主义或技术至上的狂妄自大。然而，地球周围现在就被环绕一个网络覆盖，以每秒10的十五次方的拍字节（petabytes）的速度传输数据，存储数据则是以10的十八次方艾字节为单位（exabytes），而你现在可能正在使用(互联网)。想象有一个比足球场还大的机器，移动的速度比一颗来福枪子弹还快。欧洲的另一台机器周长27公里(17英里)，可以将能量转化为奇异物质(大型强子对撞机)。阿基米德或牛顿会怎么想？ 事实上，我们生活在我们几乎没有注意到的超级工程中。一些大规模的环境工程几乎是看不见的。荷兰、林肯郡、剑桥郡和诺福克郡的沼泽都是填海造陆得来的。亚马逊雨林并不像人们曾经认为的那样原始: 它被种植了数千年。东南亚的梯田和现代大都市都是改造成景观的成果。有时会有宏伟的计划，但通常是潜移默化的。 它何时起作用，为什么起作用? 超级工程的通常是成本超支、病态计划和糟糕项目管理的混合。如果如此差，为什么有些会成功呢? 如果我们考虑实际发生的超级工程，东南亚部分地区的梯田, 荷兰的填海造地,美国州际高速公路系统, 互联网——它可以分步骤实现的；有同类经验可以借鉴；各个子项目可以停止和恢复；即使某部分失灵，系统可以整体运转良好。它们是可以且有必要维护的。 美国宇航局的帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）任务比之前的任何人造物体都更接近太阳 文学作品中许多个人一意孤行创造宏大但往往脆弱的东西，超级工程与之截然不同。一些超级工程可能比初初看到的更加模块化和实用。问题不在于规模，而在于需要什么样的协调形式。以前面提到的构建戴森球体为例, 这似乎很遥远，但从某种意义上说，我们已经在太阳轨道上放置了卫星。如果我们再持续几百万年，就可能会出现戴森球体。 自上而下推动世界朝向更好状态发展的宏大计划，不如自下而上零零碎碎的解决方案。然而，我们需要有远见，知道有一天可能会发生什么(“当然，我们还不能建造太空电梯……但总有一天会有!”)，并雄心勃勃的思考我们想要走向的大方向——可持续性、空间、繁荣、安全。 狂妄的乌托邦也许最好留在纸上，而不是建立在现实世界里，但我们也可以认识到，在改造世界的方面，如今比人类历史上任何时候都有更多雄心勃勃的想法。我们可能还没有改变星球位置的技术，但阿基米德可能会很高兴知道我们有更多的杠杆。 安德斯·桑德伯格(Anders Sandberg)博士是牛津大学人类未来研究所(Future of Humanity Institute)的研究员，他的推特是@ andersandberg。