Какой самый большой проект, который человечество смогло спроектировать и построить? От устройства для подъема планет до космической пушки - Андерс Сандберг исследует некоторые из самых амбициозных проектов в истории человечества. И почему они не являются "невозможными"?
В 1603 году монах-иезуит изобрел устройство, которое могло поднять всю планету, используя только веревки и шестеренки.
Кристоф Гриенбергер был свидетелем всех математических работ, написанных монахами-иезуитами, и работа Гриенбергера была похожа на работу редактора современного научного журнала. Он был скромным и эффективным, и всегда пытался решить проблемы. Он рассуждал так: поскольку передача с крутящим моментом в 10 раз больше позволяет человеку поднять что-то в 10 раз тяжелее, то, используя передачу с крутящим моментом в 24 раза больше, он поднимает Землю, хотя и очень медленно.
Как и любой ученый, для которого теория важнее практики, Гринберг опускает неприятные детали: "Я не буду плести эти веревки, не буду подробно думать о материале шестеренок или о том, где их следует повесить: ведь это мелочи, оставленные на откуп другим".
Вы можете посмотреть, как выглядит теоретический набор шестеренок Гринберга здесь.
С тех пор как у нас появилась математика, такие дальновидные ученые, как Гринберг, пытались представить себе самые отдаленные перспективы применения инженерных наук, даже несмотря на то, что технология в то время была очень ограничена. Веками они мечтали о машинах, которые преобразят мир, изменят поверхность земли и даже реорганизуют Вселенную. Такая "мегамасштабная инженерия", иногда называемая макроинженерией, представляла собой амбициозные проекты, которые должны были изменить форму Земли или построить объекты размером с Землю. Благодаря человеческому творчеству и воображению, что могут рассказать нам эти грандиозные мечты о будущем?
Истоки супер-инженерии можно проследить до Древней Греции. Архимед был знаменит многими вещами, но одна вещь была его самым частым хвастовством: "Дайте мне точку опоры, и я смогу вытолкнуть землю!". Он имел в виду рычаги: при неподвижной точке опоры рычаг с очень большим отношением моментов может создавать огромные силы. Подобно действующему набору шестеренок Гринберга, его глубокое понимание этой механики заставило людей задуматься над большими вопросами, выходящими далеко за рамки их практического значения.
С тех пор, когда обнаруживалось, что какой-либо физический закон является универсальным, следующим естественным шагом было его расширение и изучение теоретических результатов. Ньютон обнаружил, что законы, описывающие земное притяжение, применимы и к яблоку, и к Луне. Таким образом, задолго до того, как космические путешествия стали реальностью, он указал, что в принципе суперпушки могут быть увеличены для вывода спутников на околоземную орбиту. Позже эта идея была описана в научно-фантастическом романе 1865 года "С Земли на Луну".
Гигантская пушка, использованная для запуска космического корабля "Колумбия" в рассказе Жюля Верна об освоении Луны
Гигантская пушка, использованная для запуска космического корабля "Колумбия" в повести Жюля Верна об освоении Луны
В XX веке группы в США и других странах предпринимали серьезные попытки исследовать возможность создания такой пушки, но эти попытки не увенчались успехом, поскольку идею Ньютона легко можно было счесть ложным предсказанием. Но стоит отметить, что наш нынешний способ космического транспорта - ракета - тоже когда-то считался маловероятным и непрактичным. В 1920 году газета "Нью-Йорк Таймс" подшучивала над фантазерами космического транспорта, утверждая, что они не обладают знаниями физики даже на уровне ученика средней школы. (В 1969 году, на следующий день после полета астронавтов "Аполлона-11" на Луну, газета легко объявила, что отказывается от своей статьи того года).
На протяжении многих лет подобный теоретический скачок в воображении о космосе заставлял некоторых сомневаться в возможности создания орбитального лифта. Подвесив очень прочный трос к противовесу, вполне возможно (только на Земле) создать настоящий солнечный лифт в космос. Сбрасывая космический корабль с конца троса, можно было бы доставлять его к другим небесным телам с минимальным количеством топлива. Подъемник на Луне или Марсе выглядит более реальным благодаря низкой гравитации.
Расширяя наши амбиции по завоеванию Вселенной, другие рассуждают о том, смогут ли люди в будущем превратить Марс в пригодное для жизни место или построить вокруг Солнца "сферу Дайсона" из солнечных коллекторов. В течение длительного времени мы, возможно, захотим внести изменения, чтобы Солнце дольше оставалось звездой, чтобы орбита Земли стала шире, или даже чтобы переместить звезду между галактиками. Сегодня эти предсказания кажутся надуманными, но математика и физика не исключают таких возможностей.
Переделка Земли
На Земле мечты о сверхинженерии также вдохновляют на всевозможные утопические планы, включая масштабные изменения океанов и атмосферы.
В 1920-х годах и позднее проект Германа Зоргеля "Atlantropa" мечтал о строительстве гидроэлектрической плотины в Гибралтарском проливе. Уровень моря в Средиземном море понизится на 200 метров (656 футов), открыв новое место для жизни людей. В дополнение к первой плотине через Дарданеллы будет построена еще одна, запирающая Черное море. Также была построена плотина между Сицилией и Тунисом для дальнейшего снижения уровня воды в центре Средиземного моря, для расширения Суэцкого канала и его блокировки, а также для того, чтобы ввести реку Конго в бассейн у озера Чад и оросить пустыню Сахара. Сегодня, даже если бы это было политически допустимо, от таких соображений, вероятно, отказались бы по экологическим причинам; но в те времена, если бы было желание и деньги, вполне вероятно, что их попытались бы осуществить.
Проект "Атлантида" Германа Соула должен был преобразить Европу и Африку
Проект "Атлантида" Германа Соула изменит Европу и Африку
Современная версия этого проекта, скорее предупреждение, чем предложение (которое все еще находится на стадии тщательного анализа) -----, т.е. создание плотины в Северном море между Шотландией, Норвегией, Францией и Великобританией для противодействия повышению уровня моря.
Проект Plowshare в период 1957-1977 годов заключался в разработке технологии ядерного взрыва для применения в крупномасштабных строительных проектах в США. В Советском Союзе были аналогичные разработки технологии ядерного взрыва для народнохозяйственных проектов. Эти идеи включали использование ядерного взрыва для расширения Панамского канала, рытье искусственных портов или дорог через горные хребты, а также разработку подземных запасов газа или нефти. Однако эти инфраструктурные разработки, которые привели бы к слабому радиоактивному загрязнению, так и не были реализованы.
Однако геоинженерия находится на подъеме. Это предполагает искусственное вмешательство в климатическую систему, будь то добавление морской воды в облака, чтобы сделать их белее, добавление аэрозолей в стратосферу или добавление затеняющих агентов в космос, чтобы уменьшить поступление солнечной энергии; или использование измельченного оливина, выращивание водорослей или закачка в землю для снижения выбросов углекислого газа. Снижение выбросов CO2 возможно, даже необходимо, но контроль над поступлением солнечной энергии - определенно рискованная идея.
Высокомерие ради удовольствия
Какая логика стоит за этой супер-инженерией? Дело не только в том, что весело играть в Бога на бумаге.
Во многих случаях это логика "чем больше, тем лучше": хорошо иметь доступ к сельскохозяйственным землям, так почему бы не попытаться получить как можно больше земли? Если энергия ценна, почему бы не использовать известные технологии, чтобы собрать ее больше? Это говорит нам о чем-то важном: где пределы человеческих возможностей? И сколько мы могли бы получить, если бы действительно этого хотели? Цель не в том, чтобы предсказать "как" или "когда", а скорее в том, чтобы выяснить, действительно ли законы Вселенной являются окончательным барьером. Это может помочь нам отличить невозможное от абсолютно невозможного.
Электрические сети, интернет и межгосударственные автомагистрали имеют огромные размеры, но мы воспринимаем их как должное.
Электрические сети, интернет и межгосударственные автомагистрали имеют огромные размеры, но мы воспринимаем их как должное.
Многие супер-инженерные проекты, по мнению их создателей, являются в высшей степени утопическими видениями. Саул считал, что проект "Атлантида" позволит получить энергию, пахотные земли и улучшить климат, а также поможет объединить Европу и Африку. Русский философ Николай Федоров сделал управление погодой первым шагом в своем космологическом плане по мирному объединению будущего человечества, космоса и бессмертия. Дело в том, что совместная работа над амбициозной целью - это не столько улучшение окружающей среды, сколько улучшение человечества.
Легко посмеяться над этими мечтами как над нереальным утопизмом или высокомерием технологического превосходства. Однако сейчас Земля окружена сетью, которая передает данные со скоростью пятнадцать ударов в секунду (петабайты) в десятой степени, а хранит данные в эксабайтах восемнадцатой степени, которыми вы, вероятно, пользуетесь прямо сейчас (интернет). Представьте себе машину размером с футбольное поле, движущуюся быстрее винтовочной пули. Другая машина в Европе имеет 27 км (17 миль) в окружности и может преобразовывать энергию в экзотическую материю (Большой адронный коллайдер). Что бы подумали Архимед или Ньютон?
Дело в том, что мы живем в условиях супер-инженерии, которую почти не замечаем. Некоторые крупномасштабные экологические работы практически незаметны. Болота Голландии, Линкольншира, Кембриджшира и Норфолка были мелиорированы для создания земель. Тропические леса Амазонки не так примитивны, как считалось раньше: они культивируются уже тысячи лет. Террасы Юго-Восточной Азии и современные мегаполисы являются результатом трансформации ландшафтов. Иногда это грандиозные планы, но обычно это тонкие планы.
Когда это работает и почему это работает?
Суперпроекты обычно являются сочетанием перерасхода средств, больных планов и плохого управления проектом. Если все так плохо, почему некоторые из них работают?
Если мы рассмотрим то, что уже произошло - террасы в некоторых частях Юго-Восточной Азии, мелиорация земель в Нидерландах, система межштатных автомагистралей в США, интернет, - это может быть достигнуто поэтапно; есть уроки, которые можно извлечь из подобного опыта; подпроекты могут быть остановлены и восстановлены; система в целом может работать хорошо, даже если одна часть потерпит неудачу. Их можно и нужно поддерживать.
Миссия NASA Parker Solar Probe приблизилась к Солнцу ближе, чем любой другой рукотворный объект
Миссия NASA Parker Solar Probe приблизилась к Солнцу ближе, чем любой другой рукотворный объект
В отличие от литературы, которая полна личностей, стремящихся создать нечто грандиозное, но зачастую хрупкое, супер-инженерия - это совсем другое. Некоторые супер-инженерные разработки могут быть более модульными и практичными, чем кажется на первый взгляд. Вопрос не в масштабе, а в том, какая форма координации необходима. Возьмем упомянутое ранее строительство сферы Дайсона, которое может показаться надуманным, но в определенном смысле мы уже вывели спутники на орбиту вокруг Солнца. Если мы продержимся еще несколько миллионов лет, может возникнуть сфера Дайсона.
Грандиозные планы продвижения мира к лучшему сверху вниз не так хороши, как разрозненные решения снизу вверх. Тем не менее, нам необходимо иметь дальновидность, чтобы знать, что может произойти однажды ("Конечно, пока мы не можем построить космический лифт..., но когда-нибудь!"). ) и амбициозно думать об общем направлении, в котором мы хотим двигаться - устойчивость, космос, процветание, безопасность.
Возможно, утопии лучше оставить на бумаге, чем воплотить в реальном мире, но мы также можем признать, что сегодня существует больше амбициозных идей по преобразованию мира, чем когда-либо в истории человечества. Возможно, у нас еще нет технологии, позволяющей изменить положение планеты, но Архимед, вероятно, был бы рад узнать, что у нас есть больше рычагов.
Спасибо большое очень интересная статья.