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关于2038的两个梦(超长) 精选

已有 5383 次阅读 2010-8-22 12:58 |个人分类:生活在别处|系统分类:科普集锦


2010这一年放映了一部电影,叫作《Inception》(盗梦空间)。在某种程度上,故事的内容基于我们对多重宇宙的假设。一个人穿越于几个平行的世界,经历不同的故事和人生。此刻的世界会在下一刻塌缩到未来很多个宇宙的某一个里去,我们只能感知的其中的一个,生活在其中没有办法回头去感知另外一个宇宙,而我们现在所作的一切又改变着我们进入不同宇宙的可能性。所以在2010年说2038年是什么样子,我只能作出两个可能的假设,描绘出两个不同的世界,它们都有可能真实的存在,而我们此刻正站在选择未来世界的Y字路口上。
 
世界一:人类聚居地
 
在夏天阳光明媚的日子里去花房体会一下,如果你不认为地球变暖是个问题就呆一个小时,认为是个问题的也呆一个小时,当你大汗淋漓苦不堪言的时候该想到这将是我们的下一代每一天过的日子。如果找花房不方便,你可以找个曝晒着的小轿车关上门窗和空调闷一会儿,五分钟吧,再长了身体恐怕吃不消。这就是所谓的温室效应-地球越来越暖的原因。太阳光直接晒着地面和地表的空气,虽然没有花房那样的玻璃把热空气封住,但地球的重力起到了相同的作用。大气外面是真空,热量不能通过热传导而散失到太空中去,唯一的方式是热辐射。空气对太阳光是透明的但对红外线是不透明的。地球散发出的红外线把空气加热,而这些热空气又返回来加热地表。
 
地球大气里有99%是氮气和氧气,但这两种气体都不吸收红外线,因此对温室效应没什么贡献。对红外线吸收最强的是一些微量气体,比如水蒸气,二氧化碳,臭氧等,这些气体统称温室气体。事实上,如果没有这些温室气体,地球的平均温度会是零下7度。温室效应是一种基本的地球物理效应,不管我们承认不承认,喜欢不喜欢,没有温室效应整个海洋将要冻成一块冰砣,生命,至少依靠液态水和温暖气候的生物将不会存在,我们人类的存在本身就仰仗着温室效应。那么,我们的担心来源何处呢?
 
问题是我们正在增加温室气体的浓度。温室气体使地球温度保持在现在的水平,浓度增加的话它一样可以使地球的温度上升,如果二氧化碳浓度保持现在的增长速度,地球温度在2038年的时候会上升2到3摄氏度。
 
近四百年来地球的温度急剧的上升,最大的可能是因为人类的活动,但也有理论说这是因为地球轨道的变化,姑且不论为什么会上升,但有一点是确定的,地球温度升高是一个加速的过程。地球表面的冰融化,地表的石头露出来,比起冰来它吸收更多的太阳能(水面吸收热量也比冰面要快),而使温度升高让更多冰融化。这个现象其实很普遍,黄河中上游每年会有冰冻期,一旦温度上升,冰面会在几天内裂开,再过几天就完全消融。我们所担心的正是这样,好像两极和高原的冰盖现在只是逐渐融化,但这个融化过程一旦发生,就是加速的。不需要太长的时间,海平面上升,很快世界上几个人口密集的国际大都市就会淹没在海底。
 
用南极的冰层年轮来判断气候变化使我们知道从公元800年到现在大气里含的二氧化碳上升了36%。如果我们继续使用化石燃料,这个数字会继续攀升。研究表明,现在的二氧化碳的浓度已经达到两千万年来最高水平,而这个增加主要来自于人类活动。不仅来源于化石燃料的燃烧,也因为大片森林被毁的后果(南美和非洲尤为严重)。后者不会持续太久了,因为我们没有更多的森林可以砍伐,然而前者恐怕还能持续很久,特别是煤炭,支撑一两个世纪问题不大。如果我们没有新的办法,二氧化碳的增加是无法避免的。
 
2006年时美国是最大的二氧化碳产生国,全球25%的碳排放来自于美国。2006年后,中国超过了美国。中国每年建设50到70座百万千瓦的火电站,这样的每一座火电站每分钟放出二十吨二氧化碳。全世界总共有近一千座这样的火电站。这些二氧化碳都被排放到大气中,使大气温室的保暖效果更好。
 
除了全球暖化问题之外,化石燃料的燃烧,有一个往往被忽略但更严重的后果。大约一半的二氧化碳最终溶解在海水里,导致海水的酸度提高。虽然不像酸雨那么明显,但它会使海洋生物圈受到巨大影响,甚至灭顶之灾。
 
在夏威夷附近潜水,你能看到的珊瑚礁是灰的和黄色的,远不如电视里看到的那样色彩斑斓。其实这些珊瑚礁已经死了。同样的故事发生在南太平洋,别以为这里离北半球的污染足够远,大气和水循环把整个地球的生物圈联系在一起。化学上用pH值来表示酸度,酸度越高,pH值越低。从人类开始使用化石燃料,海水pH值降低了0.1,如果空气中二氧化碳浓度增加一倍,pH值会下降0.23。到2100年,会下降0.3到0.5。事实上,海水的pH值从一个地方到另外一个地方有0.1度的差别是很正常的,但正是这个涨落导致了海水生物各个地方的不同。0.1度虽然不像酸雨那样能带来立刻的环境灾难,但它已经足够使珊瑚面临灭亡。深入一点讲,海水酸度的变化会改变很多化学反应的速度和种类,它的影响是我们人类现在还不能全部认识到,但没有人会认为这是件好事。
 
为了避免温室效应所产生的高温和极端天气,2038年,人类在地球上建造了上万个聚居地。这些聚居地像玻璃球一样扣在大地上,人们可以完全控制聚居地内部的气候。每个聚居地是独立的生态系统,人们在里面居住,种粮,娱乐和工作。聚居地内部空气质量极好,刮风下雨还是下雪晒太阳由聚居地里的居民用网络投票决定。被人类选取的动物也生活在这些聚居地的玻璃壳子里,他们跟人类和平相处,是人类最好的朋友。这些玻璃壳子在地下也有延伸部分,连接起来成为封闭的盒子并做了良好的防震支持,这样即使有大的地震,这些聚居地也不会有太大的损害。由于聚居地人口密度大,每个人的生存的空间有限,租住胶囊卧房成为唯一的选择。但人们还是找到了其他的方式,睡在挂在建筑外面和树之间的睡袋里也是一种新的时尚。
 
在聚居地之外,垃圾堆积如山,臭水肆意。陆地上小型啮齿类动物占据了主导地位,它们不再生活在城市的下水道里,不再在阴暗的角落里躲着,而是在垃圾堆里大量繁衍。人类聚居地的排泄物为这些动物提供了足够的食物。它们的天敌要么已经被人类捕杀殆尽了,要么剩下的数量不够多,找不到伴侣或者近亲结合导致了各种遗传疾病,灭绝只是迟早的事。即使这样,聚居地外面也不是啮齿类动物的天堂,这里的气温经常高达50到60摄氏度,经常有洪水和海啸,飓风和暴雨也是经常的事情。
 
海洋里漂浮着泄漏的石油,生活垃圾和无法适应环境改变的鱼类和生物尸体。由于海水酸度升高,珊瑚大面积死亡。海水富含有机物,大量的海藻繁殖侵占了鱼类的生长空间。这些海草从另外一方面通过光合作用开始平衡过多二氧化碳,把氧气放回到大气中去,起到一定的二氧化碳固定作用,但要回到过去的水平,这需要几百万年的时间。由于过度的捕杀和污染,大型的鱼类和哺乳类海洋生物逐渐灭绝,生活在浅海的动物主要是虾蟹和以腐食为主的微小生物。
 
聚居地和聚居地之间的旅行是一件奢侈的事情。不是因为能源的问题,而是因为聚居地的生态圈子小,抵抗力极弱,人们生怕外来物种会破坏掉这个小圈子的平衡。所以每次出去的和回来人都要做严格的身体检查和清洁,包括各种细菌和病毒都要挡在外面。在聚居地外面的旅行需要乘坐有多层一次性外壳所包着的旅行车,到了一个聚居地,就在通道入口处把外壳扔掉。人们也考虑过在聚居地之间建设和外界隔绝的通道,但这些通道经常被地震毁掉。每一次通道被毁,就会有外来物种和大气跑到聚居地里面来,都要进行一次非常麻烦的大清洗,所以这个方案最终还是行不通。
 
人类居住在这样的聚居地是个无奈的权宜之计。一方面,人类对太空的探索和了解还不足以让人类迁移到别的星球上,研究巨型载人航天器诺亚N号还在进行中;另一方面,人类对自己聚居地的管制,也有助于地球靠自身的能力来恢复。不过这个希望变得越来越渺茫。因为从十九世纪到二十一世纪的三百年里,人类制造的不可降解的垃圾实在是太多了,对环境的影响远远超越了地球自身恢复的能力。但不是每个人都相信这个地球的终极命运,少数反抗者不愿在聚居地住着,赤身裸体的回到原始的生活状态,做一些能帮助地球恢复生命力的努力。但这些人很快面临着生存问题,数量也越来越少。
 
世界二:舒适节能
 
21世纪初的石油涨价,让人们意识到节能是解决能源问题最重要最有效的方法。你一定说这个道理谁不懂啊,但实际上可行吗?中国的经济发展这么快,只依靠节能就可以了么?是的,我们要做的不光是怎样使能源有效利用,更重要的是怎样减少二氧化碳的排放。
 
节能,不是说能开车去的一定走着去。只是说为了达到相同目的,选择耗能较少的办法。节能,也不是说大夏天的要你把空调关掉,或者说三九天里穿多点而不开暖气。只是说你可以把空调调到你喜欢的温度,但设法选用最节能的方式去做。我所说的节能,不是让你放弃物质社会提供给你的方便,而是在享受生活的同时采取最节能的方式,不光省钱,更能保护环境。有效的节能要能让广大人民接受,不让人们觉得太麻烦,这就叫舒适节能。
 
我们拿电冰箱作为一个舒适节能的例子。1974年,美国家庭用的冰箱一般有18升,一年耗电1800度。不过人们后来发现,在马达的线圈里多用铜线就可以省电。虽然这会增加成本,但这个开销在几个月之内就从电费里省回来了。但为什么到了1974年人们才意识到这个问题呢?经济学上有讲信息对称。在这之前,用户并不知道冰箱一年要耗多少电。去买冰箱,销售部门只标注生产商,容积和价格。但美国商务部的一纸规定改变了整个冰箱市场:在销售标签要注明可能耗电量。消费者看到比较贵的冰箱其实省电,于是开始买这些稍贵一点但长期下来会便宜很多的冰箱。生产商看到这个现象,就在发动机改造和绝热上下功夫。结果是令人惊讶的,现在的冰箱一年只用400度电,但容积从18上升到了23升。更多的高技术的应用在冰箱上之后,冰箱的总价格也下降了一半以上。这就是一个双赢的局面。冰箱的这个改进对环境有影响吗?有的,它的影响非常大。如果冰箱保持在1974年的耗电水平,光美国就要再建23座百万千瓦的大型发电厂,这些都要用煤或者核燃料。冰箱是个典型的舒适节能的例子,在这个过程中每一方都是赢家。同样有更多的例子,空调,照明和汽车等等,只需要我们去发现新办法,改进旧技术。
 
这样的例子还有很多,有些人说所有的建筑都能装太阳能板,但是更便宜的办法是安装冷色系的屋顶。屋子里热起来,一部分原因是屋顶吸收了太阳光。把屋顶漆成白色就能把大部分光反射回去,这样空调就不用老开着耗电。但有个麻烦是这样邻居会不高兴,白色的屋顶太刺眼了。其实能用黑色或者深色的屋顶也达到减少吸收太阳光的效果,其关键在于吸收可见光而反射红外线。因为超过一半的太阳光的热量来自红外线。如果把涂料改进成对可见光是黑色而对红外光是白色就可以了。这个办法确实在一些气候炎热的国家已经开始推行,很多材料都能用作屋顶的覆盖物,从而这种屋顶也叫冷色系屋顶。同样的办法也能用在汽车车身涂料上,从而节省汽车用于空调的能量,增加燃油的使用效率。冷色系的涂料一样可以用在马路上,广场里而减少城市的热岛效应。
 
比较1845年而言,现在每单位GDP耗能已经减少了5倍,平均每年减少1%,这个过程完全是在市场的驱动下自然发生的,并没有太多的有意干预,这值得我们庆幸。那么我们能不能做得更好?事实上是可以的,1970年的石油危机导致单位GDP耗能连续几年每年减少4%,如果我们稍加注意,比方说每年达到2%,五十年后能耗将减低到现在的三分之一。其实过去几十年的节能已经做得很好,只不过市场刻意的迎合消费者的需求,所以这个过程好像没那么明显,这就是舒适节能的好处。
 
另外一方面,节能的成效会不会被人口膨胀抵消?
 
作为中国人,我们对人口问题太熟悉了。早在1798年马尔萨斯就在他的《人口论》里说人口如果没有监控会几何级数的增长,而物质财富呈线性增长的,从而战争和疾病就不可避免地扮演降低人口数量的角色。但是从1798年开始到现在,人口增加了几十倍,但食物并没有严重匮乏,原因在于这三百年来发生了多次的马尔萨斯没有预见到的科技革命。当今世界上的饥荒不是由于匮乏,而往往由于购买和分配的不均衡。
 
更加值得注意的是,世界人口增长处在一个转折阶段。联合国的预测是在21世纪中叶,世界人口达到八十亿到九十亿,然后缓慢下降,这个理论现在得到广泛的认可。但是,为什么?一个家庭如果生三个孩子,两代人人口就应该增加2.25倍。如果没有疾病或者战争,人口增加是一定的。人口下降的原因不是很明确,有些人说这是因为世界性的女权运动,有些人把它归结为世界贫困人口的减少,富裕家庭生孩子少。贫穷国家也开始逐渐限制生孩子的数量,以保证每个家庭能给孩子基本的教育,保证生活质量。
 
不管怎么说,好消息是我们把人口数量和节能指标结合起来看。如果按照单位GDP耗能按每年4%减少,28年后将是现在的三分之一。到2038年,世界人口达到75亿,按照现在的全球能耗量来说,世界上大多数国家都能达到现在初等发达国家的水平。不光是中国和印度,也包括很多现在非洲贫穷和落后的国家。这个趋势再过五十年,将是怎样一幅场景?财富抑制了人口增长,而现有的能源维持到了人类找到和平利用核聚变能量的办法,能源和环境问题得到解决,人类实现了梦想的大同世界,one world one dream。那么每年4%的目标能不能实现呢?其实不难,也不需要太费劲,关键是政府和社会有意的开发环境友好,低耗能高效率的新技术,这些领域尤其体现在发电,交通,工业和环境的控制。达到这样的目的依赖于大国的负责任的态度,对美国而言,要继续减少总体的能耗,而对发展中的大国比如中国和印度而言,要减少单位GDP的能耗。
 
2038年,能源和电池上的两大突破使人类的生活有了彻底的改观。核聚变的实现使人类开始脱离对化石能源的依赖,全球的能源来自一两个大型的核聚变发电站,这些电能通过智能电网和云端技术分配到世界各地,而电池的小型化和高能化使电动车最终取代了汽车。充电站取代了加油站,不仅几分钟就能充好电,而且由于核电的廉价,充电免费!木材不再被用做燃料,也不再用作建筑和纸张材料。树木和森林在山区和城市间恢复,城市里的绿化草地不仅种在建筑的墙壁上,也覆盖在车顶上。能源问题的解决使人们可以廉价的使用回收材料,纸张得到充分的回收利用,废弃的建筑被彻底粉碎构成新的材料而反复利用。人类对于材料的需求在已经开发了三百年的物质基础上循环利用而得到满足,不再向大自然索取新的资源,森林和海洋得到休养生息,慢慢的恢复了勃勃生机。出于保护鸟类迁徙的原因,风力发电站全部被拆除,水电站也渐渐的退出了历史舞台,淡水鱼类终于可以洄游到河流的上游产卵。
 
中国人最讲究吃,从食材上的选择来讲,这个时候已经大大减少,更多人认识到了山珍海味没有特殊的功效而选择了有机食品,野生动物得以逃脱成为盘中餐的厄运。而由于缩减了食物链的长度,食物里的有害物质的积累也减少,得疾病的机会减少。日本人为几百年的捕鲸活动深刻忏悔而发起了全国范围的护鲸活动。美国人的高速铁路计划终于让美国人尝到了甜头,汽车被放到博物馆里供后人参观。这个时候医学界的重大突破在于干细胞的研究,这项开始于二十一世纪初的技术使三分之二的人类脱离了死亡甚至是衰老的威胁。干细胞可以从身体的任何完好的部分上取得DNA而重新生长出来需要的替代器官。由于这些器官生于同样的基因,不存在组织排斥,病人不需要等待器官移植,需要的时候就在医院的实验室培养一个接上去。人类的寿命似乎可以这样无限的延长,以至于很多国家不得不通过死亡法律,一个人大脑死亡就没有必要复制了。因此,2038年的时候,人类从某种意义上开始讨论新的伦理关系,新的社会道德。
 
人类把人口膨胀,社会贫富差距巨大而且环境破坏严重的二十世纪定义为人类历史上最黑暗的时期,2038年的时候人们看到了未来的曙光。人们把《2012》这部电影放到教室里作为中小学生的必修材料,缅怀我们这一代人的努力并警示新生的人类,我们对环境所犯过的错误不能再发生了,地球是我们永远的家园。
 


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