人類科技距離《流浪地球2》還有多遠(yuǎn)

heii2 2023-01-29 發(fā)布于澳大利亞

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《流浪地球》中，在面對(duì)氦閃危機(jī)時(shí)，主要有兩個(gè)方案：地球派和飛船派，前者就是“流浪地球”，后者則是“諾亞方舟”和《2012》中在喜馬拉雅山脈制造幾艘巨艦逃離地球。

相比飛船逃生，帶著地球去流浪顯然更加浪漫，也更能體現(xiàn)中國人與眾不同的家園觀。但客觀的說，帶著地球去流浪完全不現(xiàn)實(shí)，就連劉慈欣也是堅(jiān)定的飛船派，道理很簡單，就如同為什么要用“太空電梯”替代火箭推進(jìn)，就是因?yàn)榛鸺七M(jìn)燃料90%浪費(fèi)在推進(jìn)燃料本身，效率極低。

假如直接推進(jìn)整個(gè)地球，能量浪費(fèi)更加嚴(yán)重，以人類未來百年的技術(shù)能力，根本無法利用地殼以下的星球物質(zhì)，而地殼占地球總質(zhì)量僅僅只有0.42%，剩下的超過99%的物質(zhì)對(duì)當(dāng)前人類來說唯一的意義就是產(chǎn)生重力以及生成保護(hù)生物體的磁場，但這完全可以通過其他更簡單的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，比如飛船旋轉(zhuǎn)。

也就是說，推進(jìn)地球超過99%的能量完全被浪費(fèi)了。其實(shí)以《流浪地球》公布的星球發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)，一萬臺(tái)給地球施加的加速度就連改變軌道都做不到。有制造星球發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)實(shí)力，完全可以建造100公里長的人造飛船，以這個(gè)規(guī)模也可以實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定的生物循環(huán)。

當(dāng)然科幻不能太較真，科幻的價(jià)值就在于給無數(shù)人埋下向往科學(xué)的種子，給科學(xué)家以啟發(fā)，由科學(xué)家去實(shí)現(xiàn)夢想，而科幻電影由于更加形象，能夠發(fā)揮更大作用。比如1968年的《2001太空漫游》，雖然人類至今也沒有達(dá)到電影中的技術(shù)水平，但電影中展現(xiàn)的視頻通話、平板電腦、人工智能等等已經(jīng)部分實(shí)現(xiàn)。

《流浪地球2》電影拍攝時(shí)也征求了中國科學(xué)院等科學(xué)家的意見，整理了幾百頁的設(shè)定，而電影播放以后，也有科學(xué)顧問明確表示，通過觀看《流浪地球2》受到了啟發(fā)，對(duì)今后的科研工作大有幫助。

科幻電影最大的價(jià)值就是放開想象但又基于現(xiàn)實(shí)，讓人從邏輯上認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而為之努力。從這個(gè)意義上講，《流浪地球2》已經(jīng)是世界頂級(jí)科幻電影，至于那些披著玄幻外皮的“偽科幻”實(shí)在不值一提。

正因?yàn)榛诂F(xiàn)實(shí)，所以電影相比原著也出現(xiàn)了一些很有意思的調(diào)整，更加符合我們當(dāng)下的觀感和未來趨勢。

第一個(gè)：在“地球派”和“飛船派”之外，增加了“數(shù)字派”，以“地球派”和“數(shù)字派”的分歧作為矛盾主線；

第二個(gè)：電影中說美國91%支持?jǐn)?shù)字化，而中國堅(jiān)定支持“地球派”。

這兩點(diǎn)不僅僅是價(jià)值觀問題，更是基于中美兩國的科技優(yōu)勢不同。此前在分析數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)，曾總結(jié)中國長于技術(shù)應(yīng)用和市場化（從1到100），而美國強(qiáng)于開拓創(chuàng)新（從0到1），當(dāng)然近些年隨著中國持續(xù)加大科研投入，中國在開拓創(chuàng)新方面有了長足進(jìn)步，比如核聚變、量子計(jì)算、電磁等領(lǐng)域。

“地球派”的基礎(chǔ)是已經(jīng)有了成熟的“中等核聚變”、能夠建造太空電梯的高強(qiáng)度材料，那剩下的重點(diǎn)是工程能力，這是只有中國才有能力實(shí)現(xiàn)的，假如電影中的事情真實(shí)發(fā)生，中國也一定承擔(dān)最大的建設(shè)責(zé)任，并有能力為國民提供更多保護(hù)。

電影中也有一個(gè)插曲，由于地下城容量不足，只有一半人能夠進(jìn)入，所以聯(lián)合國通過了“抽簽”方案，中方強(qiáng)烈反對(duì)“抽簽”方案，認(rèn)為這個(gè)方案不公平，而在后面也是中方表示全面放開中國境內(nèi)的地下城，無差別放進(jìn)來所有中國人，其他國家激烈反對(duì)。

也就有了電影中那句霸氣的臺(tái)詞：“我們不是來和你們商量的，而是來告知你們的”，電影中比較含蓄，其實(shí)完全可以理解，以中國的建設(shè)和資源儲(chǔ)備能力，顯然有能力讓所有中國人無需抽簽就入住地下城。當(dāng)然從后面中國人照樣需要抽簽來看，顯然沒有這么做。

美國之所以選擇“數(shù)字派”，道理也很簡單，美國方面施工能力肯定沒問題，再怎么說也是僅次于中國的全球第二大制造業(yè)國、在尖端制造上還要強(qiáng)于中國。但美國有其自身文化和社會(huì)特點(diǎn)，比如精英和平民階層的分化，而且在科技上，美國在尖端數(shù)字技術(shù)的探索顯然比中國強(qiáng)，就算20年后美國大概率也強(qiáng)于中國，典型的如人工智能技術(shù)。

這是很有意思的點(diǎn)，也說明《流浪地球2》制作方確實(shí)用心了。

那么，人類距離《流浪地球2》展現(xiàn)的技術(shù)還有多大距離，哪些技術(shù)有可能在2044年同步實(shí)現(xiàn)，中美兩大國在這些技術(shù)上的競賽誰更快一步，是一個(gè)很有意思的事情。

注：部分圖片來自微博，已保留微博賬號(hào)水印。

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先說說起碼百年內(nèi)完全沒可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。

第一個(gè)：中等核聚變技術(shù)

人類目前正在探索氫聚變技術(shù)，目前全人類主要有兩個(gè)方向。

一是托卡馬克裝置，利用磁場來約束高溫等離子體，維持氫聚變。如國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆、中國東方超環(huán)等裝置，都屬于這一類型，也是目前最有希望實(shí)現(xiàn)氫聚變的方向。

在這一領(lǐng)域，中國相對(duì)領(lǐng)先一步，2021年底，中國全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）在7000萬℃實(shí)現(xiàn)了1056秒的高溫等離子體運(yùn)行的世界最長時(shí)間記錄，有專家認(rèn)為這樣的時(shí)長已經(jīng)逼近可實(shí)用操作的最低要求，但從最終實(shí)現(xiàn)可控氫聚變的角度，這種水平仍然差得很遠(yuǎn)，中美都屬于初級(jí)中的初級(jí)水平，不相伯仲。

第二種就是去年美國宣布實(shí)現(xiàn)突破的慣性約束核聚變。此前在《掛羊頭賣狗肉，美國想干嘛》已經(jīng)介紹過了，這個(gè)技術(shù)目前更多用于模擬氫彈爆炸，從而研究核爆過程中的多種物理問題，跟可控核聚變不太對(duì)路。美國領(lǐng)先一點(diǎn)，但中國緊隨其后，從整體來看，也都處于初級(jí)階段，并沒有本質(zhì)區(qū)別。

“中等核聚變”難度更大，就是核子數(shù)大于25小于150的，也是《流量地球2》中的“燒石頭”，至于核子數(shù)大于150的被稱為重核就更難了。單一個(gè)溫度就能知道差距，氫聚變需要千萬攝氏度，氦聚變達(dá)到億攝氏度，而硅元素需要10億攝氏度甚至更高，就連現(xiàn)在的太陽也做不到。

所以，從底層上，對(duì)目前的人類來說，行星發(fā)動(dòng)機(jī)就沒有實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

第二個(gè)：行星發(fā)動(dòng)機(jī)

前面已經(jīng)提到了，就算實(shí)現(xiàn)了“中等核聚變”，能夠直接燒石頭（硅聚變），產(chǎn)生的動(dòng)能都無法明顯改變地球的軌道，更別說推著地球走了。

而且設(shè)定上，發(fā)動(dòng)機(jī)體型極大，高度從8公里到11公里不等，為了防止下陷，底部還有直徑超過100公里的支撐面，最外圍還有平均高度600米、厚度300米的防洪堤，這樣的建筑單看規(guī)模就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類的施工能力。

更何況用什么材料呢？

都不說承壓，就算材料自身的拉伸，不銹鋼自重?cái)嗔验L度也就25.9公里，鋁合金只有21.8公里，混凝土更只有0.44公里，很難想象什么材料能扛得住如此大的重量，如果有這種科技水平，在太空修建一個(gè)8公里*100公里的太空飛船不更好嗎？

這兩個(gè)實(shí)在太難，如果參照“卡爾達(dá)舍夫”文明等級(jí)，起碼是1級(jí)文明才有可能完成的，而僅從能量利用能力這個(gè)單一維度，人類在過去數(shù)十年間，也不過從0.7級(jí)提高到0.73到0.75左右，考慮到科技突破，起碼還需要百年以上。

所以這兩個(gè)就不多說了。

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然后是相對(duì)難度低一點(diǎn)，在本世紀(jì)有些希望的。

第三個(gè)：太空電梯。

電影開頭的太空電梯極為震撼，太空電梯的理論已經(jīng)誕生上百年了，其原理很簡單，就是在地球同步軌道建造一個(gè)足夠重的空間站，使得空間站這個(gè)配重以及電梯纜繩最終實(shí)現(xiàn)離心力等于重力。

不過電影中太空電梯倉使用了火箭助推，重力加速度達(dá)到了9個(gè)G，以至于必須使用抗荷服。實(shí)際上理論上的太空電梯采用電磁力緩慢推進(jìn)，重力加速度并不高，畢竟太空電梯相比火箭推進(jìn)的優(yōu)勢，就是節(jié)省了燃料損耗（火箭推進(jìn)9成以上燃料用于推動(dòng)燃料）、也實(shí)現(xiàn)了重復(fù)利用，大大降低了成本。

不過《流浪地球2》這么做或許是考慮到工程時(shí)間緊，必須加快速度，所以使用火箭提供初始動(dòng)力也是可以理解的，選擇9G也很科學(xué)，一般航天員平時(shí)訓(xùn)練要求的過載就是8到9G，持續(xù)時(shí)間控制在40到50秒。

太空電梯建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)就是找到一個(gè)密度小、拉伸強(qiáng)度大、韌性強(qiáng)的材料，抗拉伸強(qiáng)度起碼要達(dá)到70GPa，最低也得達(dá)到60GPa。比如前面提到的，不銹鋼的斷裂長度也只有25.9公里，而地球同步軌道高達(dá)3.6萬公里，顯然做不到。

從目前人類科技來看，唯一有希望的就是碳納米管，理論強(qiáng)度可以達(dá)到100到200GPa。值得自豪的是，目前中國代表這一領(lǐng)域最先進(jìn)水平。

2018年，清華大學(xué)課題組首次報(bào)道了接近單根碳納米管理論強(qiáng)度極限的超長碳納米管管束，拉伸強(qiáng)度超過80GPa,這些年也有了新的突破，已經(jīng)達(dá)到建造太空電梯的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，只可惜目前公開數(shù)據(jù)，只能制造半米長，而且成本很高。

除了有足夠拉伸強(qiáng)度的材料，還得解決耐腐蝕、磨損等一系列問題。只能說以目前情況看，人類是有希望在未來百年解決的，至于能不能完成建設(shè)，就是另一回事了。

第四個(gè)：量子計(jì)算

從難度上，類似于電影“MOSS”的人工智能，其難度要高于量子計(jì)算，但這種堪稱數(shù)字生命的人工智能，以目前科技來看必須以量子計(jì)算為基礎(chǔ)，電影中從550A到550W都是采取量子計(jì)算。

電影中550W的量子體積（IBM提出的測量量子計(jì)算機(jī)性能的指標(biāo)）設(shè)定為8192，看起來非常大，但理論上只需要13個(gè)量子比特就能實(shí)現(xiàn)550W的8192的量子體積，現(xiàn)在就快實(shí)現(xiàn)了，比如2022年6月Quantinuum宣布12個(gè)量子比特的H1-2量子計(jì)算機(jī)性能已經(jīng)達(dá)到了4096個(gè)量子體積，達(dá)到12個(gè)量子比特的極限。

所以懷疑電影中可能用錯(cuò)單位了，可能單位是“量子比特”。那難度可就太大了，目前最高紀(jì)錄的IBM在2022年11月宣布推出了含有433個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，打破2021年剛創(chuàng)下的127個(gè)的紀(jì)錄，但這么多量子比特，距離達(dá)到極限還差得遠(yuǎn)。

電影中的“550W”應(yīng)該是有8192個(gè)量子比特，并且達(dá)到或者接近極限，才能夠?qū)崿F(xiàn)全球資源的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)利用，還能夠支撐“數(shù)字生命”并且具有自主意識(shí)和價(jià)值觀，越過了“機(jī)器人三定律”，從而得出“要挽救人類，必須毀滅人類”的判斷。

這事兒小鎮(zhèn)也沒搞明白，直接二傳手了。目前量子計(jì)算的難點(diǎn)是存在一個(gè)悖論：既需要比特與比特之間能夠相互作用，又需要保持隔離不與外界發(fā)生作用，就好比既要馬兒跑又要馬兒不吃草，就很糾結(jié)。

目前全球?qū)α孔佑?jì)算的發(fā)展分為三個(gè)階段：

第一階段是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的優(yōu)越性，在特定問題上的計(jì)算能力超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。這些問題可能是一個(gè)沒有實(shí)際意義的數(shù)學(xué)問題，比如中國的“祖沖之二號(hào)”在對(duì)“量子隨機(jī)線路取樣”任務(wù)的快速求解上，求解速度比全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快1000萬倍，代表目前國際尖端水平。

第二階段是實(shí)現(xiàn)專用的量子模擬機(jī)，能夠產(chǎn)生實(shí)際的價(jià)值。比如完成優(yōu)化量子化學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)，又或者指導(dǎo)材料設(shè)計(jì)、藥物開發(fā)等，這也是目前人類正在探索的階段，目前預(yù)計(jì)還要10年時(shí)間。

第三階段：構(gòu)建可編程通用量子計(jì)算機(jī)，完成對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的替代。目前還沒有能夠?qū)崿F(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)，暫時(shí)估測需要15到20年，但或許是一個(gè)跟距離氫聚變永遠(yuǎn)只有50年一樣的領(lǐng)域。

第五個(gè)：MOSS

人工智能目前已經(jīng)有一些成果了，比如目前在圍棋領(lǐng)域，人工智能已經(jīng)徹底戰(zhàn)勝人類，現(xiàn)在專業(yè)棋手比的就是誰更能配合好人工智能，曾經(jīng)的世界第一柯潔就說他很難適應(yīng)與人工智能結(jié)合的訓(xùn)練方式，覺得AI讓圍棋變得無聊透頂。

更多的變化也出現(xiàn)了，比如現(xiàn)在特別熱門的ChatGPT就極為離譜，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)給定一句話就能夠自己編輯一個(gè)文本框架，然后根據(jù)文本框架生成一篇文章，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了完全由AI代寫的論文摘要通過了專家審核。甚至還能夠幫助編程，配合一些其他AI軟件，還能夠直接根據(jù)文章生成視頻。

當(dāng)然ChatGPT也有問題，比如會(huì)編造一些論據(jù)，還拒不承認(rèn)，生成的文本也經(jīng)不起內(nèi)行認(rèn)真推敲，而且已經(jīng)有了對(duì)應(yīng)的AI軟件可以識(shí)別AI編輯，但已經(jīng)產(chǎn)生了很大混亂，目前很多學(xué)校、機(jī)構(gòu)已經(jīng)禁止使用ChatGPT。

雖然有這些問題，但現(xiàn)在不過剛剛開始，隨著越來越多的人問問題，再加上“人在回路”的不斷校正，也就是由人對(duì)AI回答的問題進(jìn)行優(yōu)化，讓AI不斷學(xué)習(xí)，AI的進(jìn)步將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類個(gè)體進(jìn)化速度。

“人在回路”在《流浪地球2》電影中也出現(xiàn)了，比如最后的彩蛋，MOSS說“基于對(duì)圖丫丫'人在回路’的學(xué)習(xí)，延續(xù)人類文明的最佳選擇是毀滅人類”，于是在圖恒宇上傳圖丫丫數(shù)據(jù)后，僅僅1.7秒后月球發(fā)動(dòng)機(jī)過載，造成了月球隕落危機(jī)。

目前人類完善人工智能，跟電影中類似，主要通過“數(shù)據(jù)、算法、算力”三方面實(shí)現(xiàn)。算法、算力先不說了，關(guān)鍵就是“數(shù)據(jù)”，人類社會(huì)每時(shí)每刻都產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)想要被AI理解并完善AI，需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)優(yōu)化，這工作進(jìn)展很慢。

這個(gè)過程中，如果人類介入進(jìn)來，可以大大提高速度，這就是“人在回路”，人與AI形成閉環(huán)。

舉個(gè)例子，華裔AI女神李飛飛，又被稱為“圖片智能識(shí)別之母”，她在2006年就發(fā)現(xiàn)AI界都在尋找完美的算法，但忽略了數(shù)據(jù)，她認(rèn)為如果數(shù)據(jù)不能反映真實(shí)世界的情況，再好的算法也沒有意義。

于是她搞了一個(gè)被稱為ImageNet 的數(shù)據(jù)集，集合全球志愿者對(duì)大量圖片進(jìn)行了注釋，大大加速了AI的進(jìn)化速度。

總的來說，太空電梯、量子計(jì)算、人工智能這三個(gè)起碼在本世紀(jì)還是能看到希望的，而且有明確的前進(jìn)方向。

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寫到這里已經(jīng)5000字了，還有些有趣的技術(shù)、設(shè)備，更接近當(dāng)代，比如門框機(jī)器人、無人機(jī)、液冷計(jì)算機(jī)、深海潛航器等等，就留到下一篇再談了，在這方面，中美兩國展開了激烈競爭，而且在當(dāng)下就能夠直接影響兩國的力量對(duì)比，具有很強(qiáng)的戰(zhàn)略意義。

還有電影中一些很有意思的細(xì)節(jié)和隱含的寓意，也留在之后再分享。

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