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很多同學(xué)們一定都覺(jué)得物理只是考試才會(huì)用到了，畢業(yè)后就沒(méi)用了，其實(shí)物理這么學(xué)科是非常有用的，物理改變世界，下面，物理學(xué)科網(wǎng)就為大家整理下物理改變世界的七大創(chuàng)想。

創(chuàng)想1：制造可充電飛機(jī)

特斯拉，普銳斯，福特。汽車(chē)工業(yè)總有許多全新的設(shè)計(jì)方案，可以減少開(kāi)車(chē)對(duì)環(huán)境的影響。幾十年來(lái)，航天工業(yè)一直在努力提高燃油效率，但是對(duì)于現(xiàn)行的飛機(jī)設(shè)計(jì) 而言，這種設(shè)計(jì)的潛力已經(jīng)得到了最大挖掘。不久的將來(lái)，航天工業(yè)需要拿出一種類(lèi)似汽車(chē)工業(yè)的革命性反思.這種反思最好能趕快拿出來(lái)。隨著發(fā)展中國(guó)家的發(fā)展 繁榮，航空運(yùn)輸呈現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)，截止到2031年，航運(yùn)業(yè)將增長(zhǎng)到現(xiàn)在的兩倍多。航運(yùn)業(yè)的這種發(fā)展會(huì)吞噬掉那些通過(guò)改進(jìn)汽車(chē)、改善能源網(wǎng)所取得的進(jìn)步。

解決這個(gè)問(wèn)題有很多方法。美國(guó)航空航天局正在反思飛機(jī)的設(shè)計(jì)，他們贊助了一些令人瞠目結(jié)舌的設(shè)計(jì)理念，比如麻省理工學(xué)院的D系列。這一系列采用雙圓柱體機(jī) 身，這樣一來(lái)就可以將發(fā)動(dòng)機(jī)后置，整體上節(jié)省約50%的燃料。(它的噪音也更小。)更加智能化的導(dǎo)航系統(tǒng)可以讓飛機(jī)飛得更短，航線更加直接。同時(shí)，小型短 途飛機(jī)有可能最終變成電力驅(qū)動(dòng)：斯洛文尼亞的蝙蝠(Pipistrel)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種電動(dòng)的四座飛機(jī)，續(xù)航里程是同類(lèi)型飛機(jī)的兩倍。美國(guó)航空航天局 航空研究部副主任大衛(wèi)·辛頓說(shuō)：“所有這些技術(shù)都是在開(kāi)拓一種10年前無(wú)法想象的能力。”天空才是航空業(yè)的極限。

——克萊夫·湯普森

創(chuàng)想2：用微型機(jī)械為這個(gè)星球供能

圖片：維多利亞·林

哈里·格雷對(duì)電子可說(shuō)是如數(shù)家珍。1982年，這位加州理工學(xué)院的化學(xué)家發(fā)現(xiàn)，電子可以跳過(guò)長(zhǎng)鏈分子，“隧穿”蛋白質(zhì)。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，這一特性是生命的活 力源泉;它可以把能量轉(zhuǎn)化成生物體可以利用的形式：比如植物能將陽(yáng)光中的能量固定到他們的細(xì)胞中;再比如幾乎每種生命形式都能通過(guò)燃燒葡萄糖等燃料獲取能 量。電子“隧穿”是通過(guò)名為金屬蛋白的雜交分子實(shí)現(xiàn)的。這種分子把蛋白形狀的靈活可變性與金屬催化化學(xué)反應(yīng)的能力結(jié)合到了一起。

當(dāng)格雷發(fā)現(xiàn)電子“隧穿”的時(shí)候，他已經(jīng)對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)生了興趣。他意識(shí)到，如果你試圖開(kāi)發(fā)一種近乎無(wú)限可再生的能源發(fā)生器，你可以試著利用光合作用這種金 屬蛋白驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。但是，這種系統(tǒng)本身是沒(méi)用的。生物機(jī)器太脆弱，效率太低，并且每隔幾分鐘就要重新合成一次才能繼續(xù)工作。

格雷說(shuō)，如果你想要一臺(tái)能夠穩(wěn)定高效供能的分子機(jī)器，你必須自己來(lái)建造。他和他的同事們?cè)O(shè)想了一種微型電池，一端是金屬氧化物，另一段是硅。微型電池的排 列就像植物細(xì)胞膜上的金屬蛋白陣列。金屬氧化物會(huì)吸收藍(lán)色波段的太陽(yáng)光，利用其中的能量把海水裂解成氧和質(zhì)子，而硅會(huì)吸收紅光，把質(zhì)子和電子結(jié)合起來(lái)。這 種設(shè)計(jì)很巧妙，因?yàn)橐粋�(gè)質(zhì)子與一個(gè)電子結(jié)合后實(shí)際上就是氫原子，而氫可以被用作燃料。簡(jiǎn)短來(lái)說(shuō)就是用陽(yáng)光來(lái)生產(chǎn)氫。“我們工作的重點(diǎn)就是找到特別穩(wěn)定的分 子或者材料，”格雷說(shuō)，“它們要能在太陽(yáng)能燃料廠中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作。”

格雷他們甚至已經(jīng)成功了。人工水分離器的效率已經(jīng)比自然界的光合作用高出10倍以上。但是，大規(guī)模應(yīng)用還是幾十年以后的事情，因?yàn)檠芯咳藛T在尋找新的催化 劑來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。(他們現(xiàn)在使用的怪異金屬價(jià)格高昂而且有毒。)盡管如此，格雷還是很樂(lè)觀。“自然界的系統(tǒng)需要造出一些有生命的東西，”他說(shuō)。“我們所 做的一切則是為了生產(chǎn)燃料。”哦，還有拯救地球。

——托馬斯·海登

創(chuàng)想3：所有東西都“噴”上Wi-Fi熱點(diǎn)

圖片：維多利亞·林

整個(gè)移動(dòng)產(chǎn)業(yè)都建立在一個(gè)脆弱的前提上，那就是無(wú)論何時(shí)何地，只要我們想要，我們就能夠訪問(wèn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而且連網(wǎng)速度會(huì)不斷提高�，F(xiàn)實(shí)并不是那么樂(lè)觀：我們 已經(jīng)看到，像AT&T和Verizon這樣移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商(譯者：美國(guó)的聯(lián)通和移動(dòng))已經(jīng)不再提供無(wú)限數(shù)據(jù)套餐了。同時(shí)，隨著平板電腦和智能手機(jī)的數(shù)量持續(xù)暴 增，帶寬的爭(zhēng)奪將會(huì)更加激烈。

限制訪問(wèn)不只是煩人，還是對(duì)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的一種致命威脅。據(jù)估計(jì)，到2020年，無(wú)線技術(shù)將對(duì)全球產(chǎn)生4.5萬(wàn)億美元的影響。但這種影響的增長(zhǎng)取決于我們擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的能力。我們需要一種與設(shè)備需求量相匹配的聯(lián)網(wǎng)能力。

隨需即用型Wi-Fi可以幫我們解決這個(gè)問(wèn)題。互聯(lián)網(wǎng)和電話公司已經(jīng)開(kāi)始在人口稠密的地區(qū)部署小型基站——基本上就是能提供Wi-Fi和4G服務(wù)的手機(jī)發(fā)射塔。但是，這些公司沒(méi)有建造大型基礎(chǔ)設(shè)施的動(dòng)力，那些大型基礎(chǔ)設(shè)施是實(shí)現(xiàn)與世界各地連網(wǎng)所必需的。

有一家公司想出了一個(gè)獨(dú)特而大膽的解決方案——一種能放在噴霧罐中的Wi-Fi天線。查姆泰克(Chamtech)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種充滿數(shù)百萬(wàn)“納米電 容器”的液體，把這種液體噴在物體表面就可以接收無(wú)線電信號(hào)，效果比標(biāo)準(zhǔn)金屬棒還好。通過(guò)一個(gè)路由器，查姆泰克的天線可以接入光纖網(wǎng)絡(luò)，接收目標(biāo)衛(wèi)星的信 號(hào)，還可以和附近節(jié)點(diǎn)形成串連(譯者：這里用到了“菊花鏈”的術(shù)語(yǔ)，這是一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)單理解為線狀或環(huán)狀的串連。)。這樣就有可能用低成本的 寬帶Wi-Fi熱點(diǎn)組建一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。由于這種天線可以噴涂到任何表面，所以它不會(huì)像新的手機(jī)信號(hào)塔一樣每每收到鄰避主義的“問(wèn)候”。(譯者：鄰避主義 ——NIMBY-ism，即Not in My Backyard，意為“別在我家后院搞”)如果這一切不是太過(guò)夢(mèng)幻，那就不妨試試：不要再咒罵AT&T了。

——雷切爾·斯瓦比

創(chuàng)想4：沙漠變成發(fā)電廠

不要以為像撒哈拉大沙漠那樣的大片旱地就是荒涼的不毛之地，要把它們當(dāng)成幾乎可以無(wú)限提供清潔能源的源泉。地球上的沙漠用6個(gè)白天的時(shí)間就能吸收超過(guò)人類(lèi) 一年使用量的能量�，F(xiàn)在，來(lái)自地中海周邊的政治家，科學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家組成了一個(gè)不可思議的團(tuán)隊(duì)，他們計(jì)劃利用沙漠中的這些能量。“沙漠技術(shù)” (Desertec)將在世界的沙漠上建造數(shù)百平方英里的風(fēng)能和太陽(yáng)能電站，這些電站會(huì)接入電網(wǎng)，把穩(wěn)定、廉價(jià)、可再生的電力送到日照較少的地區(qū)。項(xiàng)目規(guī) 劃人員希望首先從北非獲取太陽(yáng)能輸送到歐洲。據(jù)估計(jì)，到了2050年，1300平方英里的北非沙漠就可以滿足歐洲20%的能源需求。基金會(huì)的聯(lián)合主任西 莫·格洛普說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)‘沙漠技術(shù)’理念所需的一切都已經(jīng)有了。”作為最龐大的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，它所面臨的最大挑戰(zhàn)是政治方面的。北非領(lǐng)導(dǎo)人把“沙漠技術(shù)”視 為創(chuàng)造就業(yè)的機(jī)會(huì)，但“阿拉伯之春”卻讓投資者不確定該地區(qū)能否保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。歐洲的經(jīng)濟(jì)危機(jī)已經(jīng)吸干了用于公共工程的資金;整個(gè)歐洲大陸也是一團(tuán)糟，電 網(wǎng)和法規(guī)互不兼容。但是，“沙漠技術(shù)”的概念可以用在別處。90%的世界人口生活在距離沙漠1800英里的范圍以內(nèi)。中國(guó)的城市都可以從戈壁獲得能源;南 美洲可以從阿塔卡馬沙漠拉出能源線。只要有光，就有希望。

——安德魯·庫(kù)里

創(chuàng)想5：眼睛里植入數(shù)字顯示器

智能手機(jī)讓我們能夠時(shí)刻連接全球的信息。但實(shí)際上，獲取這些信息需要我們低下頭盯著我們的電子設(shè)備。這樣一來(lái)，我們很容易發(fā)生小磕小碰，還會(huì)惹惱一起吃飯的朋友。如果我們能不著痕跡地獲得所有信息，還不用擔(dān)心我們的生活和友情，那該多好?

自2002年以來(lái)，谷歌的共同創(chuàng)始人就一直在探討直接連線我們大腦的問(wèn)題。到目前為止，最接近這一目標(biāo)的就是谷歌眼鏡的原型。這種眼鏡把信息投影到腦袋前 方的顯示器上，只有戴眼鏡的人可以看見(jiàn)。但是，眼鏡項(xiàng)目的創(chuàng)始人、華盛頓大學(xué)的副教授巴巴克·帕爾維茲希望這個(gè)產(chǎn)品能更進(jìn)一步。他提出了一項(xiàng)長(zhǎng)期的研究計(jì) 劃，舍棄笨重的眼鏡，在隱形眼鏡上構(gòu)建一個(gè)微型系統(tǒng)。他認(rèn)為，通過(guò)比人的頭發(fā)還細(xì)的天線，這種隱形眼鏡能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)感，在手機(jī)、電腦和寬屏電視上設(shè)置顯示器 也會(huì)漸漸變得沒(méi)有必要。“這種顯示方式只是在你的視網(wǎng)膜上產(chǎn)生一種圖樣，”帕爾維茲說(shuō)。“所以，如果你有這樣的隱形眼鏡，你就不需要任何顯示器了。”還有 一個(gè)額外的好處：這種眼鏡可以用微小的生物傳感器分析你的眼細(xì)胞，持續(xù)監(jiān)測(cè)健康狀況。

——S.L.

創(chuàng)想6：對(duì)飛向地球的小行星宣戰(zhàn)

電影《世界末日》搞對(duì)了兩件事：第一，對(duì)于飛來(lái)的小行星，我們遠(yuǎn)沒(méi)有準(zhǔn)備好。第二是什么呢?就是選對(duì)了正確的工具、正確的策略。“布魯斯·威利斯對(duì)行星防 御做出了一個(gè)非常重大的貢獻(xiàn)，”愛(ài)荷華州立大學(xué)小行星偏轉(zhuǎn)研究中心主任魏峰(譯者：韓國(guó)人名音譯)說(shuō)。這個(gè)貢獻(xiàn)就在于，《世界末日》讓地下爆炸理論廣為人 知。魏峰有一枚導(dǎo)彈——超高速小行星攔截器(HAIV)——可以完成這一任務(wù)。導(dǎo)彈的前面是一個(gè)“動(dòng)能攔截器”，后面是一枚核彈。前方的動(dòng)能部分鉆入巖 石，后面的核彈把小行星炸成碎片。哈!在美國(guó)國(guó)家航空航天局聽(tīng)起來(lái)，這個(gè)主意不錯(cuò)，他們給了魏峰10萬(wàn)美元基金。這一設(shè)計(jì)解決了在太空放置核彈的一個(gè)最大 缺點(diǎn)。如果炸彈撞到小行星表面，脆弱的材料會(huì)破裂，導(dǎo)致炸彈不能引爆;如果在小行星外引爆則不能摧毀目標(biāo)。HAIV系統(tǒng)將炸彈射到巖石里面，在地下產(chǎn)生沖 擊，將爆炸的威力提高二十倍。魏峰計(jì)劃到2020年左右對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，不搭載核武器。但他說(shuō)，如果預(yù)計(jì)小行星撞擊迫在眉睫，他可以在一年內(nèi)就準(zhǔn)備好發(fā) 射。魏峰說(shuō)：“這個(gè)領(lǐng)域里的很多人都知道，無(wú)論我們什么時(shí)候需要，都可以組裝起我說(shuō)的這套系統(tǒng)。”HAIV耗資5億美元，但是我們知道，比起文明的終結(jié)， 這只是九牛一毛(而且這一數(shù)字比《世界末日》的全球票房還要少5千萬(wàn)美元)。

——本·佩因特

創(chuàng)想7：用鉆石建造摩天大樓

圖片：維多利亞·林

鉆石是宇宙中最堅(jiān)硬的材料之一。它完全透明，幾乎沒(méi)有摩擦，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，還是良好的熱導(dǎo)體。另外，它是由最常見(jiàn)的元素之一——碳構(gòu)成的。從微電子到水處 理的各個(gè)領(lǐng)域，鉆石——其實(shí)只是碳的晶體——真的是非常有用。不幸的是，大鉆石也是非常罕見(jiàn)的。但是想象一下，如果鉆石能像鋼鐵一樣無(wú)處不在會(huì)怎樣?

斯蒂芬·貝茨可能剛剛實(shí)現(xiàn)了這一夢(mèng)想。除了為NASA和普林斯頓工作，這位64歲的技術(shù)型科學(xué)家還在通用汽車(chē)公司干了幾年。在通用汽車(chē)公司，他用藍(lán)寶石建 造了一臺(tái)透明的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，前所未有地看到了火焰和氣體的流動(dòng)。這臺(tái)藍(lán)寶石發(fā)動(dòng)機(jī)讓貝茨想到了鉆石。他說(shuō)，“你用藍(lán)寶石所做的一切，換成鉆石效果會(huì)更 好，前提是你負(fù)得起錢(qián)。”

在研究了如何通過(guò)氣相沉積合成薄膜晶體之后，貝茨申請(qǐng)了一項(xiàng)專利，他可以用同樣的方法合成鉆石。這個(gè)概念很簡(jiǎn)單：把廉價(jià)的工業(yè)產(chǎn)品金剛石包裝到汽化的碳 60富勒烯中——一個(gè)有60個(gè)碳原子的足球形狀的籠子。然后用激光轟擊整個(gè)富勒烯。富勒烯會(huì)分解，碳原子會(huì)沉積到鉆石顆粒之間，把它們有效地融合成一個(gè)較 為堅(jiān)固整體。

即便這種方法在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是確實(shí)可行的，但最后得到的產(chǎn)物會(huì)有很多小孔。沒(méi)有人知道多孔鉆石會(huì)有什么性質(zhì)。此外，貝茨首先要搞到一臺(tái)10萬(wàn)美元的脈沖 激光。不管怎么說(shuō)，如果這一切成真，那會(huì)怎樣?想象一下吧，你家下面是鉆石地基，摩天大樓里是鉆石架構(gòu)，你的腿是鉆石骨頭，飛機(jī)和宇宙飛船上是鉆石零件。 只不過(guò)別想著造一棟全是鉆石的房子——如果墻壁用世界上最好的熱導(dǎo)體來(lái)做，那屋里會(huì)變得非常冷的。

這些都是物理改變世界的七大創(chuàng)想，只要同學(xué)們學(xué)好物理并且深入研究，一定也能通過(guò)物理改變世界的。