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，在面對氦閃危機時，主要有兩個方案：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，就連劉慈欣也是堅定的飛船派，道理很簡單，就如同為什么要用“太空電梯”替代火箭推進，就是因為火箭推進燃料90%浪費在推進燃料本身，效率極低。

假如直接推進整個地球，能量浪費更加嚴(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)手段實現(xiàn)，比如飛船旋轉(zhuǎn)。

也就是說，推進地球超過99%的能量完全被浪費了。其實以《流浪地球》公布的星球發(fā)動機的具體參數(shù)，一萬臺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)動機的技術(shù)實力，完全可以建造100公里長的人造飛船，以這個規(guī)模也可以實現(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)部分實現(xiàn)。

《流浪地球2》電影拍攝時也征求了中國科學(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)，對今后的科研工作大有幫助。

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

正因為基于現(xiàn)實，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：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：電影中說美國91%支持?jǐn)?shù)字化，而中國堅定支持“地球派”。

這兩點不僅僅是價值觀問題，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)濟時，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)新方面有了長足進步，比如核聚變、量子計算、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度材料，那剩下的重點是工程能力，這是只有中國才有能力實現(xiàn)的，假如電影中的事情真實發(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。

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

也就有了電影中那句霸氣的臺詞：“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，其實完全可以理解，以中國的建設(shè)和資源儲備能力，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于中國。但美國有其自身文化和社會特點，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，就算20年后美國大概率也強于中國，典型的如人工智能技術(shù)。

這是很有意思的點，也說明《流浪地球2》制作方確實用心了。

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，是一個很有意思的事情。

注：部分圖片來自微博，已保留微博賬號水印。

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先說說起碼百年內(nèi)完全沒可能實現(xiàn)的技術(shù)。

第一個：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。如國際熱核聚變實驗反應(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現(xiàn)氫聚變的方向。

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

第二種就是去年美國宣布實現(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路。美國領(lǐng)先一點，但中國緊隨其后，從整體來看，也都處于初級階段，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，對目前的人類來說，行星發(fā)動機就沒有實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

第二個：行星發(fā)動機

前面已經(jīng)提到了，就算實現(xiàn)了“中等核聚變”，能夠直接燒石頭（硅聚變），產(chǎn)生的動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)動機體型極大，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，不銹鋼自重斷裂長度也就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8公里*100公里的太空飛船不更好嗎？

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

所以這兩個就不多說了。

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然后是相對難度低一點，在本世紀(jì)有些希望的。

第三個：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足夠重的空間站，使得空間站這個配重以及電梯纜繩最終實現(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G，以至于必須使用抗荷服。實際上理論上的太空電梯采用電磁力緩慢推進，重力加速度并不高，畢竟太空電梯相比火箭推進的優(yōu)勢，就是節(jié)省了燃料損耗（火箭推進9成以上燃料用于推動燃料）、也實現(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間緊，必須加快速度，所以使用火箭提供初始動力也是可以理解的，選擇9G也很科學(xué)，一般航天員平時訓(xùn)練要求的過載就是8到9G，持續(xù)時間控制在40到50秒。

太空電梯建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)難點就是找到一個密度小、拉伸強度大、韌性強的材料，抗拉伸強度起碼要達(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)域最先進水平。

2018年，清華大學(xué)課題組首次報道了接近單根碳納米管理論強度極限的超長碳納米管管束，拉伸強度超過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：量子計算

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算為基礎(chǔ)，電影中從550A到550W都是采取量子計算。

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

所以懷疑電影中可能用錯單位了，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個量子比特的量子計算機，打破2021年剛創(chuàng)下的127個的紀(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”并且具有自主意識和價值觀，越過了“機器人三定律”，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。目前量子計算的難點是存在一個悖論：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孔佑嬎愕陌l(fā)展分為三個階段：

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

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

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

第五個：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)可以實現(xiàn)給定一句話就能夠自己編輯一個文本框架，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)有了對應(yīng)的AI軟件可以識別AI編輯，但已經(jīng)產(chǎn)生了很大混亂，目前很多學(xué)校、機構(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AI回答的問題進行優(yōu)化，讓AI不斷學(xué)習(xí)，AI的進步將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類個體進化速度。

“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)動機過載，造成了月球隕落危機。

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”三方面實現(xiàn)。算法、算力先不說了，關(guān)鍵就是“數(shù)據(jù)”，人類社會每時每刻都產(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，需要進行大量的數(shù)據(jù)優(yōu)化，這工作進展很慢。

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

舉個例子，華裔AI女神李飛飛，又被稱為“圖片智能識別之母”，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)不能反映真實世界的情況，再好的算法也沒有意義。