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I have always been among those who believed that the greatest freedom of speech was the greatest safety, because if a man is a fool the best thing to do is to encourage him to advertise the fact by speaking. (我以為讓愚蠢的人自暴其醜, 正是最大之言論自由所以是最安全的主因)

WOODROW WILSON (編輯組譯)


資科人看世界之22


科學界的聖杯-1

Holy Grail of Science
-11/11/2013

無極 PoleZero

prometheus


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prometheus 2西方人鬥心強橫,戰天鬥地,一方面信奉上帝,另一方面卻不斷自我提升,要跟上帝分享權力,所以火的 發現和使用,便被詮釋為令天神震驚及憤怒的冒犯行為,希臘神話中,教授人類使用火的天神普羅米修斯(Prometheus)便被眾神之王的宙斯 (Jesus)處以極殘酷的刑罰,用鐡鏈永遠鎖在高加索山山頂上,每天被鷹啄食内臓,然後在晚上復生,第二天又再被啄食,就這様週而復此,可説惨無神道,最 後得到半人半神血統的希格利斯(Hercules)用偷龍轉鳳方法騙過宙斯的法眼才能逃脱。

火是可燃物質劇烈氧化(oxidization)時釋出的化學能,由傳說發明生火方法到現在,已經超過五千年,仍然是最普遍應用的能源,由煮食到太 空旅行,還是靠火。火的運用技術,不斷改良,亦要到公元十 世紀才產生工業革命,利用熱能轉變成各式各樣的機械能,令人類操控環境的能力登上一個新的台階。但由氧化而產生的熱能有太多的缺點,特别是不能儲存和不易 傳送。人類開始向上帝(大自然)的另一種能量打主意,那就是電能。千萬年來,人類對雷電敬畏有加,雷電比火更難理解及預測,好像是喜怒無常的暴君,對普通 人來說,絕對是上天對大地一切生命prometheus3的恐嚇和懲罰,但對科學家來説,那是人類要馴服駕馭大自然力量的另一個挑戰,沿著向上帝分權的思路,這是繼火之後的第二 個目標。

1752年,美國人富蘭克林(Francklin)冒生命危險,在行雷閃時以血肉之軀施放風箏向大自然偷取電能,標誌著人類不再等待背判的天神向他們 傳授操控巨大能量的魔法,到今天,人類對電磁的生成,運作和操控的原理已經十分純熟,熱能,位能,動能和電磁能的轉換亦大致掌握,理論上,人類向上帝分享 權力的第二個目標已經達到,相比火的運用,所花的時間大大縮短了,不過是二三百年。踏人入二十世纪紀,人類已急不及待,向第三個目標進發,而過程卻没有普 羅米修斯和富蘭克林那般悲壯,不必要以生命作為籌碼,愛恩斯坦(Albert Einstein)先生拿著筆在紙上將一些程式加以演繹,便得出質能互換的方程式- "E=mc2 " ,輕鬆地拿下第三個聖杯(holy grail),人類終於釋放出大自然的第三種力量-原子能,雖然未足以毁滅宇宙,但已足够毁滅自己和自己的世界。相對於火和電,核衰變(nuclear decay)、核裂變(nuclear fission)和核聚變(nuclear fusion)釋放的能量,遠遠超過人類幾千年來掌握的各種技術,如果應用在破壞和摧毁的用途上,已經超過很多神魔妖怪的法力,只能用恐怖來形容。人類 在向上帝要求分享權力的路上邁進了一大歩。

原来能量蘊藏量是越接近物質的基本構成成份便越巨大,火不過是可燃物質分子跟氧原子結合而將電子的位能釋出時產生的能量,電能同様是電子在電磁場牽 引下運動所產生的能量,所以能量有限,但核裂變或聚變涉及至原子核心的改變,將物質的基本粒子直接作為產生能量的原料,依據愛恩斯坦的質能換算公式,一克 的物質完全轉化成能量,便達到:

E=0.001kg * (300,000,000m/sec)²
   =9*10¹³kg (m/s)²
   =9*10¹³joule
   =25,000,000kwh
   =33,525,552.249999hp hour

1st nuclear power plant數字太大令人很難想像,變成日上生活的數據較易理解,1kwh(即千瓦小時)相當於電費單上的1度電, 現時中電收費約一元(因燃料附加費浮動和對短時間的特大用電量增收附加費而有上落),便等如產生價值2500萬元的電力,一個月用1000元電費的家庭, 可以用2083.333年。公司所在的商業大廈,樓面面積6萬平方呎,每月公眾電費約70萬,也足够用3年,所以原子能從現實角度看差不多是用之不竭。但 和火的應用一様,能量要受到控制才能作為能源,像原子彈那樣在剎那間釋放出來的方式,只能用作戰場上的殺人武器,人類果然用更短的時間成功地對核裂變產生 的能量進行操控,幾十年間,便發展出幾代的核子反應堆,成為人類向大自然取用的第三種能源,可惜核裂變會產生致命的輻射廢料,缺點和優點差不多互相抵消, 美國三里島、前蘇聨切爾諾holy-grail-sci/deserted%20Chernobyl%20plant.jpg貝爾核電站及日本福島核電站的意外便是例證。蘇聨還可說是當年技術落後和没有前科,但有先前的災難 作為警惕,在整個國家都位於地震帶上的日本,竟建造了五十座的核電站,而且還要用較落後而不安全的增值反應堆,唯一特點是能透過連鎖反應不斷製造新的核燃 料,難免令人覺得別有用心。站在科技人員的角度看,一個人口密度世界數一數二,面積有限而無處可逃的島國,即使擁有比他國更多的核彈,也威懾不了别人,敵 國甚至不必用核彈,只要轟擊核電站,那本身國土便再没有可以讓活人居住的地方。所以政客和科學家,很多時都不能互相理解對方的想法,當年美國用兩個原子彈 轟炸日本後,一群科學家,包括愛恩斯坦在內,便聨署信件要求美國政府放棄核武器。

hydrogen bomb由 於核裂變的缺點,科學家的第三隻聖杯雖然已經到手,卻未算完全摸透,科學家現在都聚焦在核聚變上。 核聚變才是太陽能量產生的模式,由兩個電漿狀態的氫原子融合成一個氦原子,但融合的觸發温度極高,太陽表面温度高達7000度,多年來,在地球上只有核爆 才能產生這個温度,但如何將作為燃料的高温電漿控制在安全的空間內和進行熱能交換、令融合反應輸出的能量大於起始時輸入的能量、並足夠維持連銷反應繼續下 去而又有停止的機制,實際可行的機械設計並非易事。憑常識都知道美國和前蘇聨應該是最早期進行可控核融合驗證實驗的國家,簡稱為tokamak的核融合反 應堆在1950年由蘇聨科學家 Andrei Sakharov 和 Igor Tamm 首先提出,根據維基百科的資料,蘇聨直至八十年代都一直領先,美國則一度以國防機密為理由拒絕發表資料及退出有關的國際組織 ITER 。到現在,已有更多的國家加入爭奪這個聖杯的競爭中,中國在2003年加人ITER,2006年便建成EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)實驗反應堆,誰是原子能聖杯的最終得主,現在仍未可預見,可喜的是,ITER 有七個成員合共約廿個國家,包括歐盟,印度,日本,俄羅斯,南韓,美國及中國,人類這次是聨合一起共同開發,進度公開,比起研究原子彈時那種你死我活的敵 對心態是一種進步,否則,原子能的聖杯就是毁滅世界的魔戒。

- 完 -


小傳 Biography

自小即獨鍾情科技,小學時已遍讀「十萬個為什麼」,初中物理課講授古典力學 F=ma 之時,私下卻神遊愛恩斯坦狹義相對論之 E=mcc  (即 E=mc2 ), 對經史子集,嗤之以鼻,以為古中國之科技無足稱道,豈料高中某日於圖書館中抱讀廣義相對論、正苦思不解時,偶翻老子道德經以解悶,驚為天書,繼而再閱莊 子, 易經,更嘆為觀止,近代科學之多個劃時代之理論,竟已為古人一一論述,諸如「太極生兩儀,兩儀生四象四象生八卦,八卦生萬物」,惋如將宇宙起源,正反物質 之誕生,基片粒子之結構以至元素周期之規律濃縮為密碼般,再翮閱雜書如周髀算經,以至小說神話如山海經,搜神記,乃知古中國之科技知識及國人之想像力,並 非如想像之不濟,不過為政者重文輕理,獨貴仕而輕農工商,寧務虛而不務實,上有好之者下必有甚然,故聰明才智之仕,盡委身於儒法之學,勤習治人之術,奇兵 利器能工巧藝皆目為形而下者之雕蟲小技,盡皆凐沒在民問,凡與實際生活及經濟生產有關之工藝技術,唯有賴師徒制口授耳聞,代代相傳,有系統整理立於文字 者僅聊聊可數如天工開物,凡涉抽像科學概念之理論,更混合超自然之想像, 化身為比形而上學更形而上之玄學如風水命理等,有見及比,從此自號無極,誓以課餘工餘時間,疏理古代文 獻, 還中國古代科技發展之本來面目

monopole