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未来的物理学

一个旨在探寻各种保护地球的技术的高端科研新项目在剑桥大学启动。该项目由一位著名金融家资助。约翰•艾尔金顿参加了启动仪式。

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对冲基金界的明星人物戴维·哈丁不久前向剑桥大学卡文迪什实验室捐赠了该实验室有史以来获得的最大一笔款项: 2千万英镑(3千多万美元)。然而,究竟为什么会有人想要捐出如此庞大的一笔巨款呢,即便是他们钱多的没处花?对哈丁而言,其中一个原因就是为了弥补他的公司从学术界“挖走”的那些物理学家们。他半开玩笑地说:在他的公司——温顿资本管理公司里,共有90多位拥有博士或其它更高学位的研究人员在此供职,横跨从天体物理学到人工智能等各个领域。

哈丁本人曾在剑桥大学攻读理论物理学,他决定捐款的原因主要有两个。首先,他希望能够尽自己的一份力量使科学家们能够 “自由地进行探索”——使他们有能力进行所谓的“纯理论性思维”。其次,他认为有必要致力于深层次的科学研究,着眼未来开发一些低碳、对环境影响较小的技术。

三月份,温顿可持续物理学项目启动。哈丁自嘲道,温顿资本管理公司成功的秘诀在于将所有自己不擅长的业务都外包出去。而这一次,他们是将“造福人类的事业”给分包出去了。科学就是为了成就全球经济的可持续化转型。

此话不假。但是,为什么要格外注重物理学呢?哈丁解释说:“这并不是简单地用物理来拯救世界,而是让我们有机会利用,比如说量子物理学这样的学科来研发各种具有突出特性的材料。这些材料的特点能够帮助我们应对人类给地球造成的愈加严重的影响。”

尽管哈丁没有明说,但是,材料学研究在学术领域里一直都扮演着灰姑娘的角色。虽然这门学科有着巨大的潜力,能够有朝一日焕发出与众不同的光彩,但是却常常被人冷落。

“到2100年,地球上的能源资源要么是太阳能,要么是混合型能源,而最佳的交通和能源使用方式就是利用电能,” 卡文迪什实验室主任彼得·李特尔伍德教授表示,“而能够满足这个新时代的需求,并且传遍世界各个角落的技术是:太阳能光伏、电力存储、冷冻以及照明。”

卡文迪什实验室物理学教授理查德·弗雷恩德爵士认为,该项目的主要目标就是“让有机材料完成那些大自然并没有赋予它们的使命。”在担任物理学教授一职期间,他一直紧跟詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(电磁理论研究的先驱)、欧内斯特·卢瑟福(他推动了核物理的前沿)和劳伦斯·布拉格(他在X射线结晶学领域的研究为揭开DNA的双螺旋结构奠定了基础)等杰出科学家的脚步。最近,卡文迪什实验室开始致力于半导体、医学物理学、纳米技术、冷原子及超低温物理学等新的研究领域。

如果卢瑟福教授听说核裂变和核聚变研究将在很大程度上受到温顿项目的冷遇的话,那么他老人家在黄泉下可能都不会得到安宁。然而,不论是出于何种原因,鉴于近期日本福岛发生的核事故,从政治角度而言,这么做都是合情合理的。由于管理不善及其造成的不可持续性的后果,作为该核电站经营者的东京电力已经跟BP一样成为人们的笑柄。

相反,当科研人员能够在单个原子的层面上对材料进行控制和处理,并且能够创造出具有全新特性的新的化学结构和环境的时候,就有可能通过利用一些极端的温度、压力、磁场或电场等条件对材料特性进行“微调”,从而寻找诸如超导现象这样的突现特性。

该领域的最终目标就是找到能够在室温或接近室温的条件下以惊人效率输送电力的超导体。而目前还无法找到这种超导体。此外,还有一些其它的目标,如蓄电能力能够和汽油相媲美的电池,能够从环境中采取热能的热电系统等。

我们一行人参观了实验室的不同研究小组,并且与从事各个材料相关领域研究的科研人员进行了交流。这些领域包括能够涂在塑料上并使其具有太阳能集热功能的硅油墨,以及具有惊人特性的新型材料结构,该技术为发展3D存储技术奠定了基础,可以大大提高目前的存储和处理能力。

当我询问其中一位卡文迪什的科研人员,为该项目贴上“可持续”的标签究竟有何重要意义时,他表示,不论贴的是什么标签,他们所做的大多数工作都能够不辱使命。但是,他们中有很多科学家对势能、原料以及他们的研究为环境带来的益处等方面都格外关注。

即便是世界顶尖的物理学家都承认,他们能够从大自然、生物圈、生态系统中学到很多东西。正如他们所说的那样,生物学研究的是自然界独一无二的纳米系统,“从光合作用到细胞间的能量传输等各个方面都是靠纳米机制来完成。”这一领域的目标就是“从自然界汲取灵感,用自下而上的自组装机构来代替如今的自上而下的架构。”

他们给我们展示了这样一个例子,利用纳米制造技术将蝴蝶翅膀上斑斓的色彩分毫不差地复制出来,而复制品的大小仅有几平方厘米。然而,从长远来看,该技术最大的挑战就是能够以低廉的成本生产出这些材料,并且还要能够得到广泛地使用。也就是说,这些纳米级产品的产量应该能够“数以吨计或者数以公顷计”。

我们常常会认为技术的发展需要花上数十年的时间。然而,对于卡文迪什实验室而言,临危受命进行新技术的开发并非什么新鲜事。例如,在第二次世界大战期间,实验室的许多研究人员就隐身于秘密防御设施里从事着雷达等制胜技术的研究。

如今,但愿我们能够拥有足够的时间来开发实施卡文迪什实验室的研究成果。而戴维•哈丁捐赠的款项能够使更多的顶尖科学家继续勤勤恳恳地从事科研工作,而不是受到高薪的诱惑而消失在其他领域。
 

约翰·艾尔金顿,飞鱼星组织执行主席,SustainAbility组织非常务董事。

图片来自阿贡国家实验室

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anumakonda

伟大的科研资助值得赞许

给未来低碳且对环境影响低的科研项目提供经费,确实很伟大。而经费来源于某个个人,这事本身就说明了人们对地球将来的关注。

印度,A.Jagadeesh Nellore(AP) 博士

Worthy funding for great research

Research funding for low-carbon, low-impact technologies of the future is indeed great. The fact that the funding has come from an Individual shows the concern of people on the planet's fiture.

Dr.A.Jagadeesh Nellore(AP),India