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霍金的派对：从科学天地到数码时代 [:1707629787]
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霍金的派对：从科学天地到数码时代 亿万富翁的梦想(1)
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每个人都生活在现实中，但多数人都有梦想，其中最受大众青睐的梦想也许就是：如果我有钱了……可惜只有少数人的这一梦想能够成真，尤其是，如果你已到了我这把年纪还有这一梦想，它成真的概率就可以忽略了。这时候，不如去看看真正有钱人的梦想吧。
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2012年4月，几位亿万富翁——谷歌（Google）公司的创始人佩奇（Larry Page）、执导过《泰坦尼克》（Titanic）、《阿凡达》（Avatar）等影片的名导演卡梅隆（James Cameron）、两度自掏腰包——每次几千万美元——遨游太空的“游客”西蒙尼（Charles Simonyi）等——成立了一家名字很梦幻的公司：行星资源公司（Planetary Resources，Inc.），其使命包括“将商业化的新技术用于太空探索”，“开发廉价无人航天器以探索资源丰富的小行星”，以及“将太空资源纳入人类经济”。
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开发太空资源并不是一个新梦想，早在航天时代之初，就有很多人做过，若把科幻也算上，则还可追溯得更早。可惜那些罗曼蒂克的梦想在现实面前却屡屡触礁，迄今未能圆梦。那么，此次的梦想有何不同呢？最大的不同也许就是梦想者更现实（他们都是现实中的成功之士），在梦想中融入了“商业”、“经济”等概念。
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不过，梦想要变为现实，光有概念不够，还必须有方案。这一点行星资源公司也作了考虑，在它的方案中，第一步是确定开发范围。考虑到行星际旅行的高昂费用，及距离将会引致的信号延误等为操控带来难度的因素，该公司选定的开发范围是所谓的近地小行星（near-Earth asteroid），它们离地球的最近距离只有几百万千米，在新闻中往往是以有可能与地球相碰那样耸人听闻的身份出现的。由于近地小行星大都很小，为了搜索它们，行星资源公司正在研发一系列小型太空望远镜，其镜面面积和所需费用都不到哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）的百分之一，质量则只有几十千克。这种太空望远镜除用于搜索近地小行星外，还可以出租给其他用户，以赚取利润（这是早期畅想者们很少设想的）。
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在搜索到的近地小行星中，哪些最适合开发呢？行星资源公司认为主要有两类：一类是富含水的，这类小行星的结构比较松散，开采相对容易，甚至可以直接“刮取”（scrape），用途则是给其他航天器提供补给，以节省从地球运水到太空所需的每千克上万美元的费用；另一类是富含贵重金属的，这类金属在地球表面十分稀少（因为早在几十亿年前就大都沉入地球内部了），从而价值极高。据估计，一颗富含此类金属的线度仅几十米的小行星上的矿产就可以值几百亿美元。不过，此类小行星的结构比较坚固，开采难度较大，且开采后还需运回地球冶炼，成本也较高。至于采矿工具，则绝不能用从小行星上取回几十克样品就耗资数亿美元的现有的航天器，而需研发费用低廉的新型自动航天器。
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方案是有了，疑问却也不少。比如为其他航天器补给水资源在目前这个太空活动尚不频繁的时代恐怕很难有利可图。而开采贵重金属虽貌似能赚钱，但它本身就会使那些贵重金属因供应量激增而贬值。另外还有人提出，从采矿的角度讲，比近地小行星近得多的月球才是更好的选择，因为月球上不计其数的陨石坑，本身就是保存相当完好的小行星矿产（事实上，地球上的很多贵重金属矿也是坐落于陨石坑）。当然，月球也有不利之处，那就是引力场较强，使得将矿产运离月球需耗费额外费用。
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不过有一点基本可以确定，那就是“将太空资源纳入人类经济”就像许多其他经济活动一样，离不开规模效应，从而有赖于太空活动的频繁化。从这一意义上讲，这几位亿万富翁的梦想虽更细致，大方向却与早期梦想中迟迟未能实现的繁忙的星际探索图景殊途同归。也正因为如此，它的实现恐怕就像那些早期梦想的实现一样，是难以预测的。
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不过，在诸多梦想之中，这几位亿万富翁能选择令人神往的星际探索事业，终究是值得赞许的。若因此而将更多人的注意力吸引到这一已在一定程度上被现实埋葬了的早期梦想上来，甚至取得进展，则更是一件好事。
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(1) 本文发表于《科学画报》2012年第10期（上海科学技术出版社出版）。
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霍金的派对：从科学天地到数码时代 [:1707629788]
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霍金的派对：从科学天地到数码时代 打印出来的世界(1)
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美国科幻电视连续剧《星际迷航》（Star Trek）中有一项“小”技术引起过很多观众的兴趣，那就是食物复制机（food replicator）。使用者只要对着它说出食物名称，它便能顷刻间将之制造出来。与同属这一电视连续剧的未来色彩更浓厚的技术——比如生命传输机（transporter）(2)——相比，食物复制机的实现前景要光明得多。事实上，也许很少有影迷注意到，比《星际迷航》中出现食物复制机还略早几年的20世纪80年代初，一项与之有一定相似性的新技术：三维打印机（3D printer）就已问世了。
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三维打印机顾名思义，就是可以像普通打印机打印二维（平面）文稿那样打印出三维（立体）物体。从某种意义上讲，它的工作原理也与普通打印机相似，只不过因为要打印的是三维物体，打印过程必须分层进行，打印所用的“油墨”则必须是可以层层粘连，并能够固化的物质，后者既可以是本身（或经适当加热后）就有粘连能力的塑料（plastics）、树脂（resin）等，也可以是本身没有粘连能力，但可以制成粉末靠黏合剂粘连起来的玻璃（glass）、金属（metal）等。
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三维打印机在问世之初不仅体积庞大、应用稀少，而且价格非常昂贵（直到2005年还动辄就要数万美元），后来却大有突飞猛进之势，获得了日益迅速的发展，价格越来越低（低端产品已降到了几百美元），能打印的物品却从儿童玩具到机器零件，从珠宝首饰到考古复原物，越来越琳琅满目。最近两年，更是每年都有很吸引眼球的东西被打印出来：2011年是打印出来的航模一飞冲天（不过发动机尚不是打印的）；2012年则是打印出来的枪支横空出世（不过弹药及某些非管制部件尚不是打印的）。其中后者着实让很多人捏了一把汗——既替枪支管制担忧，也替三维打印机本身担忧，因为它若可以打印枪支，很可能本身就会受到某种程度的管制。
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三维打印机的快速发展不仅吸引了公众的眼球，也引来了一些大公司——比如惠普（Hewlett-Packard）和谷歌（Google）——的关注。与此同时，它的一些大型应用——比如打印建筑模块或真正飞机的部件——也被提上了议事日程。在不久的将来，住上打印出来的房子和乘坐打印出来的飞机也许都将不再是幻想。
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粗看起来，三维打印机虽然新奇，它能打印的东西用传统生产方法也都能制造，但细想一下，两者却有着微妙且意义深远的差别。比如传统生产的每个新设计都往往需要新的模具、新的生产线乃至新的工厂，三维打印机却不需要，从而可以极大地降低技术革新的成本和发明创造的门槛。另一方面，三维打印机的成熟与普及有可能会改变全球的产业分布，比如第三世界国家依靠廉价劳动力而获得的订单有可能会大量流失，因为发达国家可以用三维打印机自行生产所需的产品或零件，从而既免去漂洋过海的运费，也节省了时间。由此引起的世界经济格局的变化，有可能是极为巨大的。2011年，著名杂志《经济学家》（The Economist）在介绍三维打印机时甚至将之与蒸汽机和晶体管那样的划时代发明相提并论。
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不过，上面这些发展与《星际迷航》中的食物复制机相比仍有一段距离。除了专用于打印巧克力、糖果等的单功能三维打印机外，目前的三维打印机所注重的主要是形状、强度之类的粗糙物理品质，而不是对食物来说至关重要的细致化学成分。为了保证细致化学成分的相同，在《星际迷航》中，食物复制机是在分子、原子尺度上复制食物的，这对于三维打印机来说还是遥不可及的（后者目前达到的最小尺度约为0.1毫米）。不过三维打印机也正在往微观尺度挺进着。比如研制中的所谓“器官打印机”（organ printer），就是一种以细胞为“油墨”，试图打印出器官的三维打印机，虽还达不到分子、原子的尺度，在某些方面却比《星际迷航》中的食物复制机更先进。
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这样的进展若能持续，三维打印机也许在不太遥远的将来就能打印出人们所需的绝大多数产品。那时候，它的生产商也许会效仿阿基米德（Archimedes）的口气做一句很夸张的广告：给我一台打印机，我就能打印出整个世界！
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(1) 本文发表于《科学画报》2012年第11期（上海科学技术出版社出版）。
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(2) 对生命传输机感兴趣的读者可参阅拙作《因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦》（清华大学出版社2015年6月出版）中有关生命传输机的章节。