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作者:德-弗兰克·施茨廷 当前章节:15368 字 更新时间:2026-6-3 21:58

日不落帝国的美梦——下一场航海业革命

这里就又出现了一个问题。

每个人都有自己的脾气,在经济高人的指点下,愈来愈大的货运海轮朝着愈来愈大的港口前行,一切看来都非常完美,只有小新表示怀疑。他完全不能理解这一切,他甚至无法让浴缸里的橡皮鸭按照他希望的路线前进,但这些人难道没有从地球发展史中学到什么吗?赫伯罗特公司的人难道忘了长颈鹿的遭遇吗?复杂性危机!人们不能永远不停地生长,就拿小新的妈妈来说,她就气得要命,因为小新的衣服一天比一天短。在她的眼里,成长需要付出昂贵的代价。

全球化肯定会带来快速成长。除此之外,海上贸易也推动了全球经济的发展,而且实现了超乎预料的成长。当亚洲、欧洲和美洲联手共同生产汽车和咖啡机时,全球市场将在供应品的繁荣中爆炸,过量生产和低价销售愈频繁,人们就必须通过海运传输更多的商品。最迟在“9·11”事件发生后,市场就开始急剧成长,海运公司也嗅到这一商机,他们遇到了货运能力瓶颈,于是拼命生产货柜和货轮。2007 年,大型油轮船队的规模将再增长 10%,而货柜业也发出了同样的信号:全力前进!哦,金色的地平线!

与此同时,二手油轮和货轮的市场正悄悄地崩溃。

另一方面,海运公司的股票却面临着令人绝望的萧条。对趋势的信仰,带来了经济过热。繁荣更像是一种短暂的流行,而不是趋势。实际上,“风筝船”的发明者斯特凡·弗拉格认为,继续用传统的方法建造超级油轮和货轮,与人类追求长生不老的努力并无区别。在他看来,98% 的贸易船运输的货物中都包括它们自己需要的燃料,这是一种自相矛盾的现象。弗拉格的天帆天帆公司将一股新风气带入了这个行业中:海风。他与航空工程师斯特凡·布拉贝克合作,共同实现了让轮船乘风而行的梦想。

2005 年 10 月,凡是看到波罗的海上空那只巨大滑翔伞的人,都会目瞪口呆——一个充满压缩空气的大风帆后面,竟拖着一艘 18 吨位的船!驾驶帆船并不是什么稀奇事,但面积高达 5000 平方米的帆布以缆绳拖着一艘货船,这就有点非同寻常了。一般来说,就算是再好的帆船,帆布能升到海平面以上 50 米就不错了。但弗拉格的帆布比一般位置高了 100 米到 500 米。缆绳绑在轨道上,根据需要,它可以围绕整个船身移动,如此就能够尽可能地将风能转化为船的动能。它与传统帆船的区别在于,船体几乎没有发生倾斜。

“由于高度增加,可利用的风能也大大增加了,”弗拉格说,“上面的风不会与水面发生摩擦,所以风能损失很少。因此,即使是在所谓的赤道无风带,也会有足够的能量来驱动船只。”

这种方法乍看是一种倒退,实际上却可能会为航海业带来一场革命。弗拉格用不了多长时间,就可以向海运公司证明这当中的好处:一艘 200 米长的货船满载时,如果采用天帆公司的方案,就可将速度提高 2.25 节(海里/小时),而且每小时减少 700 升燃料的耗损。为什么还需要燃料呢?因为有时候也会出现逆风前进的情况。在这种情况下,风帆的作用就大大降低了,尽管自动导航装置仍会不停地进行计算,并将船身与风向的夹角调整为 50°。复杂的操作也可以通过传统方式来完成,比如驶入港口,在交通繁忙的海峡中进行导航等等。天帆毕竟是一种远洋航行的解决方案。

对很多人来说,用大风帆将一艘长度 380 米的巨型货轮在海面上拖来拖去的确太疯狂了。弗拉格却不这么看。从中期来看,用天帆驱动超级油轮是有可能实现的,但这需要裁减员工。这位预言家说,在远洋航行中使用天帆的导航系统非常简单。船上有一个按键,上面写着“开”和“关”。你无须知道更多的东西。

未来会在天上吗?

不管你用的是柴油、桨、滑翔伞还是海鸟模型,有一点是肯定的:海洋上的船只会愈来愈多。欧盟宣称海洋上的超级高速公路不会是免费的,将来的高速船只都会在这条公路上面飞驰。无论如何,早已厌倦了飞行的经理们已在怀疑,云层之上的自由是不是真的那么美好?如今,侧壁式气垫船(Surface Effect Ships)已为他们提供了一种新选择。尽管高速船只的速度仍比大型喷气式飞机或空中巴士要慢,但是,最新开发的海上巴士(Seabus-Hydaer)已有能力在外海达到时速 220 公里。这种介于轮船和飞机之间的运输工具有着光洁明亮的外表,它利用喷气式飞机的某些技术,但是并没有离开水平面。它不仅可以运送数百名乘客,而且可以运输商品。侧壁式气垫船不仅干净,而且安全。如果真的发生了什么,那么航海数据记录器——黑匣子——就会记录所有细节,供日后查明事故原因,并作出改进。在此之前,寻找传统轮船上的黑匣子经常都以失败告终。人们总是说,在飞机的碎片中,比在几公里的深海里更容易找到黑匣子。但是这个论据现在也不成立了,我们发明机器人是干什么用的呢?

海运巨头们仍然霸占着海洋,他们的货柜就像一个个超大的彩色乐高积木一样堆积成山,而且愈堆愈高。传统的超级油轮在全世界倾倒合法的头号毒品——石油。尽管一群梦想家还在憧憬着高速和风能,但现实生活中,仅有不到一半的油轮拥有双层船壳。一次又一次的油污染冲击着我们的家园,而海鸟的命运更是堪忧……

“别再说了,”帕迪抱怨道,“别再忧国忧民了。我们对海洋所做的事情根本没那么糟糕,难道不是吗?别到处说了,人也不是只会吃喝拉撒而已。有些人真的会有一些好的想法,比如世界贸易、环保动力、替代性能源等等。相信我,我们中间有的家伙真的很棒!”

“当然,”我的马尔代夫朋友穆斯塔格附和道,“虽然大多数人都不会游泳。”

“我不是为了指责谁。”我辩解道,试图告诉帕迪,我的怀疑只是为了让大家在头脑发热之余能够稍微冷静一点罢了,“如果 Seabus-Hydaer 或者飞机帆船能源成为现实,我将是第一批乘坐这些交通工具的人。我相信这些都是非常伟大的发明。即使我面前摆的是口味糟糕的新西兰羊肉,我甚至也可以谅解。但是你不能强迫我喜欢它,对不对?”

帕迪朝我靠了靠,窃笑着说:“你可以预订啊,我今天早上刚刚卖出了一批爱尔兰的戈尔韦小羊肉。”

我的身体也向前探了探。

“但是帕迪,”我慢条斯理地说,“这样你的利润不会受影响吗?”

“你知道吗,”帕迪对我耳语,“世界贸易就是个骚娘儿们。你会倾尽一切去拥有她,但是你会跟她结婚吗?”

“但是我以为……”

“你以为的太多了。闭上你的臭嘴,喝酒吧。”

幸福之“药”

你知道独角兽吗?

一种奇特的生物,当你走近看时,它可能会是一只独角鲸。但是独角兽,甚至它的一部分,能为我们带来什么呢?它能吸出河流、食物和人体中的毒性,驯化野兽,为心脏充血。这听起来是不是太离奇、太危言耸听了呢?

是的,但有些人说,效果非常好。

但是如果拿它跟头号灵药比起来,那就根本不算什么了。老普林尼是一位自然研究者和作家,同时也是罗马舰队的海军上将。他肯定是饱受落发的困扰,否则他就不会推荐人们把煮熟的猪尾巴、水、熟豆子和烤海马混合在一起敷到脑袋上,或者在上述混合物里添上一点香料和猪油,然后吃到肚子里。老普林尼也相信中国人传承了几千年的海马茶的特殊功效。古时的中国人认为,腌渍、晒干、磨碎、烘焙、在阳光下漂白或者用其他手段处理过的海马,能够治疗恶心、大小便失禁、动脉硬化、甲状腺疾病、皮疹、蛇毒、蚊虫叮咬、头痛、肝脏损伤和狂犬病等各种疾病。

中世纪的西方医生们也认为,将海马与玫瑰油混合后能够退烧。菲律宾人认为,喝海马汤可以治疗呼吸困难,前提是要用海马的嘴熬这种汤。还好不是用它那蜷曲的小尾巴!据说它那小尾巴可以消除肾结石和胆结石。至于疲倦的人要是吃了海马的脊骨,一定会鼾声顿起,安然入睡。它还能催奶,这是 18 世纪英国医生的观点。此外,医生们还认为海马血可以治疗痛风,比新鲜的金丝雀心脏更有效。在德国和法国,人们认为瘸子吃了海马脑袋后,立刻可以健步如飞;要是吃了黄色的海马,前列腺就能焕然一新。而在中国台湾,海马被称为海里的“蛮牛”。人们只需把它的尾巴割掉,然后就像喝能量饮料一样,把海马身子一吮而尽。

我们遗忘了什么吗?

哦,对了,海马当然也是一种可以为人们带来好运的护身符。时髦的亚洲女孩把它们做成饰品挂在耳朵或脖子上。孩子们用它来玩游戏。如果你知道全世界每年有 2500 万只海马被制成药材,你一定会问,进化女神为什么不直接把它制作成药品送给我们呢?大约有 30 多个国家的人,每天都会把海马当成蜂王浆那样的补品服用。在香港的夜市,海马被倒挂在小摊上,每只卖 12 美元。请想想,12 美元就可以买到能治百病的神药!但谁又问过海马的意见呢?

但是,人们现在已有了一些担忧。是吗?为什么?这些小家伙会灭绝吗?它们在世界濒危物种名录上排名如何?我们其实只是出于科学研究的目的才……呃……而且由于我们的文化……不管怎么说……

算了吧。

另一个问题:吃了海马以后到底有没有效果?德国人吃了海马后,竟出现胃痉挛、冒虚汗、脸上出水痘、肾绞痛等各种症状。人的尿也是一种仙丹。就算哪个欧洲人对亚洲医术佩服得五体投地,大概也想象不出,东方人曾在他们的药酒里撒尿:童子尿也是一味药引。

你必须容忍这些事情,并且相信它们,坚信不疑!只有这样,瘸子才能像小马驹一样健步如飞。

信则灵,现代医学也讲究这一套。但这里指的不是那些不可思议、从头到脚都可入药而且十二万分灵验的神奇秘方。人们已经逐渐认识到,传统医学的很多说法都是无稽之谈。所谓的海马文化,其实是因为人们自己的抵抗力发挥了效力。欧洲的生物医学业收集了来自亚洲、非洲、美洲的各种药酒、药膏、油膏、药粉,并在放大镜下进行仔细研究。而传说从来不重调查,有些人以为一切阳具状的东西都可以壮阳,事实证明这只不过是意淫罢了。令研究者感到惊奇的是其他东西:杂乱无章的分子中或许存在着某种能够抗癌的物质。目前可以肯定的是,自然界的确是一个大药箱。人们要做的,就是睁大眼睛去发现,当然必要时还得戴上潜水镜。

那些自称是生物勘探者的冒险家在药材的天堂——热带雨林、西伯利亚大草原和大海里不断寻找,也不断有令人振奋的发现。乐土果然存在,但不能说是“土”,而是水面以下那个充满未知的世界。

鲨鱼身上应该有说明书——海洋药物的高研发成本

为什么偏偏海洋成了寻找药材的焦点呢?威廉·凡尼克教授以极大的耐心和热情对此作了一番解释。凡尼克领导着位于美国加州的斯克里普斯海洋研究所,他有足够的理由心情愉快。每年化妆品巨头雅诗兰黛在他的账户汇入七位数的款项,资助他进行具有抗发炎作用的 Pseudopterosin 的研究,这是从一种称为“海鞭”的柳珊瑚目动物体内提炼出来的物质,发现者正是凡尼克教授。采用它精制而成的润肤用品不仅可以缓解日晒性皮肤炎,而且还能够治疗牛皮癣。Pseudopterosin 还可以成为可的松的替代品,而后者一直饱受诟病。

“海洋里的生物必然会进化出一种完全不同于陆地生物的生存法则,”被称为神奇生物勘探者的凡尼克说,“海洋里绝大多数都是共生体,尤其是与微生物共生的共生体。所以那里的生物所形成的化学物质远比陆地上要多。道理很简单,因为它们生活在水环境中,而水是一种有效分配的介质。”

没错。但没有任何人会因而同意使用化学武器。海洋中有很多动物,比如海绵就是活体毒药工厂。化学物质是它们唯一的防卫武器,因为它们不会逃跑。海绵既没有锋利的牙齿和爪子,也没有坚硬的外壳、尖锐的螯针来抵御来自海螺、螃蟹乃至各种鱼类的袭击。人们也没有在它们身上找到骨骼结构。敌人把它吞进肚子之前,它的毒液就足以让敌人倒尽胃口了。海绵本身是不会产生毒液的,它只是为上百万只细菌提供了一个很舒适的居所,而细菌则为它提供防御武器。海绵不仅用这些武器自卫,也用它们来觅食。它就像个过滤器一样,对靠近身边的物体进行筛选。因为浮游生物在水中不停移动,而且游动得非常快,所以海绵必须拥有这种本领,否则就只能饿肚子了。它不是通过接触来捕食,而是用毒液麻醉猎物。还有很多其他生物也采用类似方法,比如珊瑚虫、海鞘、苔藓虫和海葵等等。总而言之,都是一些定居海底的生物。

很遗憾的是,老普林尼于公元 79 年被埋在维苏威火山之下,所以海马泥到底有没有让他的头发再生已经无从考究。但我们还知道,他曾信誓旦旦地说,橙色马勃海绵(Tethya aurantia)具有镇痛作用。它和加勒比海海绵(Discodermia dissoluta)一样,都产自加勒比海深海中。而瑞士诺华药厂正是从后者之中萃取一种抗癌物质,名为 Discodermolid。几乎所有的海绵体内都蕴含着珍贵的有效物质具有抗滤过性病原体和抗菌的作用,而且在临床试验中成功抑制了肿瘤。西班牙科学家目前已经发现超过 40 种新型海绵和海藻的成分,并用它们制成防火材料。仅从海绵身上,人们就萃取了 2000 多种有效物质。

尽管医学界对这些医疗物质很感兴趣,但若考虑到经济效益,它们就未必那么吸引人了。例如,热带海绵(Cymbastela hooperi)可以提炼出一种治疗疟疾的特效药,疟疾也是全世界传播最广的一种传染病。尽管制造这种药物并不困难,但是没有人热衷于此。因为疟疾是一种穷人病,它的市场虽然大,却不像过敏、牛皮癣、癌症市场那样有利可图。药品业宣称,我们必须考虑到研发成本。实际上,只有大约 1/10 经过临床测试的药物最后能够成为医生的药方。很多海洋药物经过多年辛苦研究,耗费大量资金之后,又会悄无声息地沉入大海。

这一切都是进化女神的杰作。也许热带海绵身上应该空出一块地方来存放详细的使用说明。每种海洋生物的身上都应该有这样的设计,当然也包括鲨鱼——也许应该放在鱼鳃中间,当人们把它捕捞上来时就能一目了然:啊,肝脏富含鱼油;骨胶原可以制成运动员使用的软膏,或者制成能够激发潜能的药剂;体内的有效物质 MSI-1436 有减肥作用,因为它能够抑制胃口。这肯定是一条角鲨——呵呵,那就别吃了!拿来做药吧。

目前看来,大海里遨游的鲨鱼并没有随身携带说明书。竿螺(Conus Magnus)是一种锥形螺,它的硬壳上也没有标明:我的 80 种毒素中,有两种可以制成镇痛药,疗效要比吗啡强 1000 倍。其他 500 种海螺也有各种各样的毒素喷射器官,体内都蕴含着各种神奇的秘方,但谁也没有带着说明书在深海里穿行。海藻们似乎也不怎么配合。没错,它们太小了。难道它们就不能把说明书印在微缩胶卷上吗?那样的话,至少人们在放大镜的帮助下就可以看到:红藻可以降血脂;绿藻可以制造多糖,从而抑制胃溃疡;褐藻具有抗凝血作用;而所有藻类都具有抑制风湿和抗感染的作用。“请把我碾成药粉吧!”海藻背上的说明书应这么写,“这样就可以把我用在你的面膜、敷泥和沐浴乳中。”

但现实并非如此,一切都需要人们自己去探索。这样就只有一种方法:试验,试验,再试验。

一吨海鞘——才能治疗一升眼泪

有时候我们也会欢呼雀跃。

马尔制药公司(Pharma Mar)是一家中等规模的西班牙企业,其生物技术方面的专家来自西班牙化学企业塞尔提亚(Zeltia)公司。该公司自创立以来经营状况一直不错,但也并非声名显赫。直到 2000 年情况倏忽一变,塞尔提亚开始庆祝他们的成功。原来他们的子公司马尔制药成功研制出一种抗癌药物,它的有效成分完全产自大海。这种药品的名称是 Yondelis,它在一系列试验中都获得成功,一旦获得批准,便将迅速产生巨额利润,正如它遏制癌细胞扩散的速度一样,特别是乳癌、肺癌和前列腺癌等等。欧洲的销售体系愈来愈大,最后美国琼斯公司也获得海外销售许可。要知道,一旦进入美国市场,就等于手里握了一张空白支票。

“迄今为止,Yondelis 研究第二阶段的结果显示,这种药物在临床上已经获得成功。”米格尔·伊斯基耶多博士在 2004 年美国临床肿瘤学年会上发表了上述结论。伊斯基耶多博士是马尔制药公司的临床研发部主任,他对这种药物的研发进程感到非常满意。Yondelis 中的有效成分 ET 743 来自于一种海鞘,属于脊索动物门,既没有眼睛,也没有心脏和大脑,现在却吸引了所有人的目光。它为亿万癌症患者带来了希望。而研究这种药物的成本早已被人遗忘。要想提炼 1 克 ET 743,必须从礁石和深海层中捕捞 1 吨的海鞘。其他的海底药物看起来也非常吝啬。生产 18 克生物抗癌药 Bryostatin A 需要消耗 38 吨苔藓虫(Bugula Neritina)。谁来采集呢?医药业想要打开这个市场,就必须解决两大困难:第一,突破人的能力极限。第二,一旦海鞘和苔藓虫灭绝,人类就需要对它们进行人工培育。

然后呢?

“目前看起来还不会出现这种情况。”马尔制药的专家说。在此之前,人们一定会找到人工繁殖的方法。到那时,我们就必须饲养海鞘了。在佛门特拉岛周围,已经有人开始着手这项试验。某些细菌正在人工环境下迅速生长,但是大多数并未像人们预期的那样进行繁殖。到目前为止,贝类、海螺、苔藓虫、海鞘和海绵只能在特定海水环境中生长。与此同时,制药公司与研究所的船只在热带海洋礁石之间游走,在北海的海脊中穿行,并在那里进行大量新型试验,每天通过由机器人控制的分析仪器,对 30 万种物质进行扫描。人们不断对各种分子图谱进行化学混合,期待着,直到有人发出“Eureka(我找到了)”这样的欢呼。

“每平方米的热带礁石上都会有上千个物种,”威廉·凡尼克为我们解释生物勘探者所遇到的困难,“估计海洋里共有上千万种海藻,而我们只研究了其中的 1/10。除此之外,还有 300 万种细菌和 50 万种动物,我们未来的路还很长。”

化妆品业也沉浸在狂热之中。“来自海洋的美丽。”化妆品公司向人们许诺。在蔚蓝的海岸,人们忙着将海藻制成粉末,以便从细胞核中完全萃取维生素、矿物质、蛋白质和氨基酸。岱蔻儿公司不断推出各种使皮肤紧致、净化、充满活力的产品,而且一直强调,所有产品都是纯粹的生物制品,可以确保不会产生副作用。

它们可以让四十岁以后的人保持平整光滑的肌肤。不过,前提是它们能为公司带来利润。

正当人们把热带地区称为动物界的药箱时,位于德国不来梅的魏格纳研究所工作人员却希望能在地球上冰雪覆盖的区域中找到宝贵物质。受汉高集团的委托,“极地之星”考察船正致力于从极地生物体内提炼出高效的防晒秘方——在北极的夏天,这些生物一直在强紫外线的环境下生存。当然,人们也对南极生物自行生产的天然防冻剂展开了研究。很多生活在这里的鱼类,尤其是冰鱼,都能够在体内对多达 8 种物质进行合成,从而产生降低冰点的作用。北极的微生物还能被加工成食品营养添加物,通过添加物提高或改变食品中的自然营养成分。酸奶中的菌类就是一个例子,鸡蛋里的鱼油、混合在麦片里的钙,都属于这个范畴。

海洋里的产品似乎无所不包,药品、化妆品、杀虫剂、船漆甚至效果更好的洗衣粉。这家德国研究所希望在 2010 年开发出新的分子模型技术,不仅包括以基因工程改变微生物,使其分泌出人们所需的有效物质,也包括在实验室里合成天然物质,以避免物种灭绝导致相应的产品消失。他们的目标不是利用海洋生物本身进行批量生产,而是对它们进行大量复制。海洋从原料供货商变成创意产业,想起来都让人觉得好笑:研究者面对优质的软体动物和原生动物,绞尽脑汁地想着怎样才能用它们来治疗偏头痛。其中一位突然有了天才的想法,立即从中分离出某种高浓度的物质,而实验室里的其他人则开始进行复制。

“现在我们急需一些新的药物,”威廉·凡尼克总结道,“我们需要新的武器来对付那些病原体,它们己经对现有的药物产生了抗药性;我们还要对付肿瘤和阿兹海默症,到目前为止,人类还没有找到治疗它们的良药。海洋里的生物是未来药品发展的方向。对于这一点,无论多么乐观估计都不为过。”

与此同时,他的内心也在考虑怎样保护这些物种。尽管已经很有成就,凡尼克仍然保持着理想主义者的态度。他并不想把自己的研究所改造为一个跨国制药公司,他更愿意和英国的药厂巨头葛兰素史克合作,继续安静地从事他的研究工作,同时能有更多的时间在水中度过。

这也是一种共生现象,是大型药厂所乐见的。事情总是这样进行着:当灵活的小公司努力寻找炼金石时,大集团往往扮演旁观者的角色,同时对各种各样的探索行为予以资助。一旦炼金石被发现,他们就开始介入。

听起来不错,实际上也确实不错。来自海洋的药物能够而且必将给予人类很大的帮助。那么,每个参与者都应该得到必要的保障:生物勘探者、制药集团、海绵以及病人,一个多么幸福的世界。不过我们应该考虑到发展中国家的复苏,因为他们正在大量出售自己的生物资源。新开发的药品对他们来说可能只是苦果,因为他们无法以适当的方式参与其中。

也许生产一种能够适应市场的疟疾药将会是个不错的开始。

小小的“瓦特”之旅

读过传记后,我们知道德彪西原本想成为一名水手。后来,他用另外一种方式在海洋上航行——管弦乐。对此我们应该感到庆幸。没有人能像他那样,用一种不可捉摸的方式创作出如此充满天赋的音乐作品。当德彪西长久地沉浸在美好的海洋中时,海明威的表达却显得那样简洁,《老人与海》展现的是海洋冷酷的一面。海洋让一个老人经历了最残酷的考验,他有足够的理由放弃,但最终失败并没有降临到他身上。达利对这部小说倾心不已,并为它画了一幅速写。梅尔维尔也把海洋看做是一个幽暗的决斗场所,而瓦格纳则认为它是地狱的象征。

每个人都有自己的观点。这其中也包括威廉·赫伦姆斯,他认为海洋是一颗电池。

这位彬彬有礼的老先生是麻省大学的教授,全然没有什么思乡情绪。你要是问他人类历史上最伟大的发明是什么,他一定会说是风车。赫伦姆斯与风,这将是场持续一生的恋爱,而且会在新的想法和预期中不断达到新的高潮。“任何一种产生能量的方式都需要风的参与。”这是教授的口头禅。在美国,他被奉为风力能源之父,学生们也正沿着他的足迹前进。“风是人所需要的一切——同时人也需要足够长的寿命来获得正确的想法”。

早在 20 世纪 70 年代,赫伦姆斯就提出了一种理论,即将风力涡轮从陆地上转移到海上,比如大轮船上,或者近海平台上。石油大王们对他抱持怀疑态度,他们认为这个人完全是在捣乱。

但是到了 1972 年,形势骤然改变了。随着石油危机的降临,所有人都为之一惊,然后开始倾听赫伦姆斯的声音。这位教授告诉大家,海洋是一个巨大的加速泵,洋流每年所传输的太阳能足以为几千个地球供电。他比后来的英国海洋预报专家提前精确地预言,所有海洋能源储量的 1/5000 就可以满足全球的能源需求。在赫伦姆斯的设想中,海洋只扮演了区位的作用,要将它与永恒的海风结合起来,才能变成取之不竭的能源。赫伦姆斯说,人们要做的,就是将它收集起来,并且加以利用。

只是……

这里同样也存在问题。怎样才能收集风呢?赫伦姆斯不厌其烦地用图像来描绘他的构想:人们可以看到巨大的桅杆——绑在浮标上——桅杆升得很高,船只看上去就像玩具一样。每个桅杆上都装有大型风力涡轮,最多达 30 多个。即使从美学角度来看,这些大家伙也不一定难看,赫伦姆斯教授为此努力了一辈子:不,风力涡轮机不会很丑陋,只要我们别把它造得太丑就行了。最后他认为,从目前的状况来看,把它们建在海上要比建在陆地上好得多,因为它们在海上能提供更多的能量。

实际上,海上风力设备可比陆地设备多获取 40% 的能量。另外,风也不是一个很值得信赖的合作伙伴。有时它会呼号不已、横冲直撞,有时候又会一连几天沉默不语,此时涡轮桅杆也无能为力。如果你乘火车从汉堡出发前往叙尔特岛,路过尼比尔,邻近北海,就会在海边看到风力发电机,它一会儿愉快地转个不停,一会儿又像个废物一样傻愣着不动。而在海面上,它们会一直不停地转动,当然,所产生的电能也会不断变化。

赫伦姆斯了解这个问题。在他生命中的最后几年,他一直在思考如何利用海洋获取能源。他设计多种海上风力发电的方案,其构想大大超出当时的科学水平。然而 2002 年 11 月,这颗充满智慧的头脑停止了转动,赫伦姆斯因为癌症与世长辞。目前,一些后继者正在继续着他的事业。从现状来看,这项事业的前景无可限量。无论在美国还是英国,风力发电事业都在突飞猛进。自 20 世纪 90 年代起,欧盟内共有 30 个研究项目致力于推动风力发电,更多项目仍在不断涌现。

现在的人们把水力发电当作一种新发现来兜售,实际上只是一种重新发现。水磨坊不是今天才有的,水能也不是在人们寻找环保替代性能源之后才被发现的。早在几百年前,亚洲人和中东人就已在使用水车进行农田灌溉。美索不达米亚地区被认为是水能的摇篮,早在公元前 1200 年,那里的人就开始使用水车了。古罗马人对水力的利用已达到很先进的水平,比如他们会利用水能制作升降机。从中世纪开始,水磨坊已经成为欧洲各大河流上的一道风景线;而在工业化的年代里,它们也同样发挥着巨大的作用,比如在采矿业中大显身手的水泵。

将传统水利技术推上舞台的,是 19 世纪末水力涡轮机的发明。水车能够产生 10 千瓦到 50 千瓦的能量,但它无法解决全世界对电能的渴求。如今,水力资源的应用主要在中国和非洲,在那里,它对农业生产发挥了无可替代的作用,不仅生产出几百万兆瓦的电能,同时那些伟大的工程也引发了人们摄影的冲动。

“瓦特的瓦特”中的一瓦特是什么意思?——国际标准单位的发明

瓦特?兆瓦?什么玩意儿?

OK,在进一步深入探讨这个话题之前,让我们重温一下少年时在课堂里的情景:“现在来问一个很白痴的问题,什么是瓦特?”

瓦特其实应该念成“沃特”,因为瓦特是一个英国人的名字。我们暂且保留“瓦特”这一读法。瓦特是一位苏格兰发明家,参与发明了现代蒸汽机,而物理学功率的 SI 也是以其名来命名的。SI 的全称是 Le Systeme International d'Unites,即国际标准单位。我们应该感谢标准单位:在墨西哥喝下一升啤酒,跟我们在巴伐利亚喝一升啤酒没有什么区别,因为液体的体积是相等的。

如果国际单位没有统一的话,那么全世界交流起来将存在很大的困难:“从这儿到火车站有多远,年轻人?”“大约 500 米,仁慈的夫人。”“啊,步行就可以了。”这位女士已经起身出发了。如果问的是邻国朋友,那么答案将变成:“噢,不太远,大概 60 施纳克吧。”或者“嗯,大约 2000 维普乌斯吧。”1 维普乌斯可以表示 1 米,也可以表示 1 公里,谁能知道到底有多远?那么多少维普乌斯等于 1 个施纳克呢?要是都这么表达,那么在地球村上生活简直太痛苦了。

于是,1954 年,国际单位体系诞生了。从那时开始,全世界都用“米”作为距离单位,以“秒”计算时间,以“千克”作为质量单位,以“安培”来确定电流强度等等。除了这些基本单位之外,还有很多其他的 SI 单位,比如赫兹是频率单位、摄氏度是温度单位、巴是压力单位等等。很多情况下,一些科学家的名字最终成了国标单位的代号,比如牛顿作为力的单位(用来向艾萨克·牛顿爵士致敬),而功率的单位正如我们提到的,是瓦特。

那么瓦特(这个人)的瓦特(这个单位)中的 1 瓦特究竟是什么意思呢?瓦特表示的是能量在特定时间段内转换的情况。严格地说,瓦特表示的是单位时间内所做的功。物理学认为,能量是永远不会消失的,只会发生转换,比如风能可以转化为电能。为了对转化结果进行定量表达,人们用某一个值来表示所转移的能量,也就是瓦特。

因此我们可以像对待“米”那样来对待“瓦特”。如果在显微镜下观察 1 米长的物体,那它简直就是一头恐龙。因此人们把米又分为分米、厘米、毫米、微米等等,最小的单位是攸米(l 米的 10-24)。而当我们想用“米”来表示地球和月球间的距离时,因后面添加的零太过壮观,所以我们又发明了“公里”这个单位。而当距离更远时,我们就用光年来表示。光速在任何情况下都是恒定不变的,每秒 30 万公里,因此每光秒就相当于 30 万公里。要是你想用数手指头的方法来算清楚 1 光年到底要走多远,恐怕得长几百根手指头吧。

能量转换的度量与长度比较相似。当原子内的最小成分夸克发生反应时,只会产生极其微小的能量。而要是一颗星星发生爆炸,它的能量级别则远远超乎我们的想象。对于这两种情况,我们都需要使用某种刻度来描述它们,而这样的刻度也确实存在,共分为 16 个级别。

最小的能量单位是仄瓦,这是最小的能量级。当一架遥远的太空探测器向地球发射无线电信号时,一座接收器所接受的能量就约等于 1 仄瓦。比仄瓦高一级的是阿瓦,然后是飞瓦,这是接收超短波所需的最小能量,然后是皮瓦,相当于生成一个体细胞所转移的能量,之后是纳瓦、微瓦和毫瓦。

接下来才是瓦特,排在第八位。人类心脏的功率约为 1.5 瓦;一个 100 瓦灯泡的发光功率约为 5 瓦(剩下的都是热功率);冰箱运作时需要 140 瓦的功率;如果爸爸、妈妈和两个孩子在家里待上一天,打电话、看电视、做饭、听音乐、洗澡,而且一直开着灯,他们所耗的电功率约为 500 瓦。如果和全世界所有人的需求相比较,这也算不上什么,光是爸爸开车上班消耗的能量,就比全家人用掉的还多,因为 1 马力相当于 735.49875 瓦特。著名跑车布加迪的发动机功率正好是 1001 马力。

排在瓦特后面的是千瓦,也就是 1000 瓦特。尽管我们的游泳健将弗兰齐斯卡·阿尔姆西克常与金牌失之交臂,但她的运动功率在很短时间内就能达到 1.5 千瓦。这已经相当不错了——欧洲最强大的太阳能发电厂的工作功率为 500 千瓦。弗兰奇斯卡只需要来回游上 333 次,就可与发电厂媲美了。

1000 个千瓦等于 1 百万瓦,一个大型风力发电设备需要达到这个量级才能实现经济效益。德国铁路的城际快车需要 8 百万瓦的动力才能运行,而美国海军的航空母舰则至少需要 200 百万瓦的能源支持才能前往中东服役。1000 个百万瓦等于 1 吉瓦,1000 吉瓦等于 1 兆瓦。目前测量到的最强的激光束为 1.25 拍瓦。

接下来,每次乘以 1000 还有艾瓦、泽瓦和尧瓦。亲爱的太阳公公以 386 尧瓦的能量照耀着我们,但如果拿它跟银河的光芒相比,那就又不值一提了。两者相比就好像是昏暗的灯光跟伽马射线对比一样。

你还记得吗?从奥陶纪过渡到志留纪时,就是因为伽马射线的出现导致了大规模的生物灭绝。我们不知道还有什么比它更强,至少我们从未观测到更强的光。

不过可以肯定的一点是,从宇宙大爆炸那时开始,我们的宇宙就已释放了难以用瓦特这个概念来计算的能量,就好像《米老鼠和唐老鸭》里面那位吝啬的老鸭叔叔,他的财产也是无法用十亿或者万亿来计量的:这位世界上最富有的公鸭的财产,只能用无数亿来描述了!

再说一点点跟物理有关的内容,然后我会就此打住。

我们总是能看到“千瓦/时”这个概念。瓦特表示的是功率,而“千瓦/时”则表示所做的功,也就是 1 小时所转换的能量。一个连续运转的发电厂,每天 24 小时都为我们提供恒定的电能,但是风车却无法做到这一点。如果没有风的话,这些设备也会停止运行。此时人们使用一种辅助手段,比如平均功率是指这台设备每天提供若干千瓦的功率。也就是说,根据磨坊主一家人每天所需的电量,可从风力发电厂获得 8、12 或 16 千瓦/时的电能。

国际标准单位本来是科学界推动的一项发明,但后来却成为经济学上的一种基础语言。当然,特立独行者永远都不会消失。美国几乎只在科学研究方面使用国际单位,英国用哩和码来计算距离,用华氏来计算温度,当人们需要喝点健力士黑啤酒时,他们会要上一品脱。“半品脱,”小老板常常会说,“是给娘儿们喝的。”

德国:零分——海洋能源方案比一比

据推测,到 2050 年,全世界人口将会消耗 30 兆千瓦/时的能量,如果那时的人口数量增加至 100 亿的话。这还不算是大问题,我们可以从海洋中获得足够的能源。但实际上要达到这点要求并不简单。尽管水力发电厂能够产生大量电能,例如巴西的伊泰普水电厂,总发电功率为 12600 百万瓦,相当于 10 座中等的核电厂。到 2009 年,中国三峡水电站的发电容量可达 18200 百万瓦。但是这些发电厂都是内陆电厂,它们利用的是河流的能量。海洋的情况与河流不同,它没有稳定的水流,因此到目前为止,能源业一直忽视海洋。目前有 5 种方案还是值得我们讨论的。

潮汐发电站

潮汐发电站是利用涨潮和退潮时所产生的水位差来发电的。人们找到某个入海口,在水中建起一道墙,将河流与海洋分开,并使其通过涡轮井。在此过程中,涡轮井会转动两次。第一次是涨潮水流进入时,第二次是水流流走时。动能驱动涡轮,而涡轮则产生电能。

但是,这种方法存在三个困难。

一方面,涨落潮是周期性的。当水位达到平常状态时,电源槽内就不会有电流通过。

第二方面,只有在潮汐落差达 5 米以上的地方,才能兴建潮汐发电站。对德国而言,这是个坏消息,因为德国的潮汐落差不超过 3.5 米。

第三方面,环保人士还指出,以围墙将河流与海洋用人工隔离开来,会产生很多不利的后果。整个生态系统都会受到威胁,因此人们找到一种替代方案——不再修建隔离墙,而是隔一段距离建一个人工的涡轮岛,这样鱼儿就不会再次经历德国人的柏林墙噩梦了。

海浪发电站

平均来说,每米海岸线可产生 30 千瓦的能量。要是你利用 50 公里的海岸线建设海浪发电站,就可以省下兴建一座大型核电站的力气。可惜——或者谢天谢地——不是每条海岸线都适合建设发电站。就算我们可以忍受笨重的储藏室把海边变得不那么美丽,海里的居民也会抗议,比如螃蟹、浮游生物、鱼、贝类、海藻等等。因此,只有特定地区可以考虑。

尽管如此,全世界 15% 的能源是可以通过海浪发电站来提供的。然而德国同样无法参与其中,或者准确地说,参与程度极为有限。在全球海浪能源的一览表中,德国排在后 1/3 的位置,每米海岸线只能产生 10 千瓦到 20 千瓦的能量。

相反,我们在好望角的岩石周围可以获得 100 千瓦/时的功率,北非的情况也差不多。澳洲南部海滨,每米可产生 70 千瓦/时的功率,那里是海浪发电站的天堂。西班牙、苏格兰、挪威和南非也很适宜建造海浪发电站。与此相反,加勒比海地区的海浪能源甚至比德国还贫瘠,那里的功率只能达到 10 千瓦/时。

很棒的技术!前提是你得拥有海浪才行。

在外海上不会有任何的不足。欧盟正在推行一项充满希望的计划:海浪之龙(Wave Dragon)。设备被安装在距离海岸线很远的海上,其中带有一个高于海平面的储水器,水流进入储水器中,再经由传统的涡轮机转化为电能。为了充分利用海浪的动能,人们利用两个很长、非常平整的坡道,将水引入储水器中。海浪之龙与传统海浪发电站根本的区别在于它的停泊方式——整套设备会根据风向旋转。海浪之龙被设计成一个停泊场,所有组件都在这里聚集。在测试过程中,这条巨龙的表现的确令人刮目相看。

但苏格兰人却认为,龙并不属于水,它们会把人们钟爱的陆地上的骑士和少女当成美食。聪明伶俐的苏格兰设计师们想到了一个老朋友,它更适合海洋:黑背海蛇(Pelamis Platurus)。

在希腊文中,Pelamis 是海蛇的意思。黑背海蛇是一种分布很广的爬行动物,几乎所有热带海洋都是它们的栖身之所,此外,在南非和马达加斯加附近的海域,甚至巴拿马运河中都能寻觅到它们的踪迹。根据动物学家的描述,它的最大体长可以达到 1.5 米。但等到出现 150 米长的“海蛇”之后,这一纪录将被改写。从 2004 年 8 月开始,人们已经开始谈论这条“海蛇”了。在奥克尼岛的水域中,人们争相一睹它的真面目,包括严肃的科学家们。这个大怪物闪着红光,直径达 3.5 米,胃口大得惊人。

不要恐慌。

黑背海蛇只是这个浮在水上的发电站的名字而已,这没有什么稀奇的。它是爱丁堡大学的理查德·耶姆的杰作,由 4 个彼此相连的长形钢制气缸组成,当海浪出现时,它们就会做简谐运动,并通过重缆与海底相连,每个部分都会不断地晃动,同时将振动能量传递给一个模块,再由模块为液压发电机提供能源。

海蛇发电站最多能将 80% 的波浪能量转化为电能,每个模块可以产生 750 千瓦左右的能量。海蛇现在仍是唯一一个示范,但是很快它就会有伴儿了。

不过,苏格兰人总算可以狂欢一番了。经过多年向世人推广尼斯湖水怪确实存在的辛苦过程后,苏格兰人终于可以让人看见一条活灵活现的海蛇了。

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