阿來：科學史上最引人入勝的偉大故事
宇宙的演化與均衡，
和它從大爆炸以來就一刻未停的膨脹，
都是做功不停的能所導演的魔法。
阿來｜能量的故事
能，是我們身處的這個宇宙的一個方面。另一個方面是物質。物質是實體，推動物質運轉的是能，物質與能相互作用，造就了宇宙的現狀。這個二元的概念是一個十分複雜的知識系統，這個系統的形成，也許是科學史上最引人入勝的偉大故事。
人類文明的初期，物體運動就使人們產生種種想像。古希臘人看到重物落地，認為物體內部有一種「尋找自己位置的願望」。亞里士多德認為是「永恆的動力」使行星不停運轉。今天的觀念則認為，宇宙的演化與均衡，和它從大爆炸以來就一刻未停的膨脹，都是做功不停的能所導演的魔法。
自然界和我們的身體都在一刻不停地做功，耗用無窮無盡的巨大能量。太陽每秒鐘把五億九千一百萬噸氫變成五億八千八百萬噸氦，其間失去的數百萬噸物質轉換成能量向空間發射，而我們地球只接受到其中的二十億分之一。蘊含於自然界的能量被人類作為一種資源加以開發利用的，就更是微乎其微了。
儘管如此，人類對能源開發和社會文化發展的重要意義已經有了非常深刻的認識。在科幻小說中，這種意義往往會得到更多的強調。阿西莫夫向來把科幻小說看成未來的歷史。所以，在他的名著基地系列中，就更多地參考了羅馬帝國興衰的模式。
在《基地與帝國》這本書中，因為時代的變遷，帝國的建立需要仰仗大量的能源，就像古羅馬帝國的擴張需要更多的戰馬與騎士。於是，帝國的創立者是一位叫哈里·夏爾登的科學家，他手下的許多科學家都能製造出核桃般大小的核反應堆，他們在超時空旅行和作戰時，隨身都攜帶著威力無比的能量，因而顯得十分強大。
歷史中權力政治的模式總會有太多的相似，科技發展給人類生活提供的可能性卻會千變萬化。
其中一個最重要的部分就是儲存著能的能源。
在人類歷史上，最早對能源的利用是水能。在現代汽車工業中，許多最重要的構件，比如齒輪、槓桿，都是作為重要的組成部分在古代水車上開始應用的。水車利用水流本身的力量，把水送到高處的地方進行灌溉。再後來，水被用來推動石磨。古希臘詩人甚至寫詩歌頌彼時剛剛出現的水磨：
現在河口的仙女，
跳到了水車輪上，
輪子帶動了轉軸，
轉軸又叫磨子歌唱！
後來，水磨又被用來研磨火藥。這又是一種新能源了。
公元644年，波斯製造風車的匠人阿布·魯魯亞行刺哈里發（國王）。這是最早見於書面的有關風車的記載。今天，在一些缺水或者像荷蘭那樣低海拔且臨海的地方，風車仍是一種特別的文化景觀。
在機械能的最初運用中，人類對能的一部分在做功時會變成熱耗散掉這一特性缺少認識，所以，很多人都投身到永動機械的研究當中。這其中包括文藝復興時期的巨匠達·芬奇。後來，人們才認識到，能量不可能被消滅，只能從一種形式轉變為另一種形式。每一次轉變都有部分能量變成無用的熱散失到宇宙中。人類直到上一世紀才認識到這一規律，這才明白若干世紀以來對永動機的研究完全是白費精力。
利用能源更間接更複雜的方式首推蒸汽機的發現。第一台蒸汽機出現於1712年的英國，一個名叫紐科門的人將這台燒煤做功的機器安裝在科尼格爾煤礦坑口抽取井下的積水，這台機器吭哧吭哧地一直工作了三十多年。
紐科門蒸汽機
在科學史上，有很多張冠李戴的發明故事。一個流傳甚廣的故事說，是瓦特從一把煮沸的茶壺得到啟發發明了蒸汽機。但事實並非如此。瓦特對蒸汽機的貢獻是提高了蒸汽機做功的效率。
蒸汽機之後，人們發現了電。
1801年，拿破崙把義大利人伏打召到巴黎，向他演示最先出現的連續電源——電池。伏打製造出了最早的穩定的人工電流。看不見的電流作為一種新能源，與水流非常相似。電子總是從數量多的地方向數量少的地方流動。電流就是努力把電子的不平衡拉平的電子運動。不平衡度的大小就叫電壓。電子流動的壓力單位用伏特來表示。而安培則用來表示電子流動的數量。在一定直徑的導線的橫截面上，每秒鐘通過6,242,000,000,000,000,000個電子就是一安培電流。伏特和安培是電流的兩個測量單位。天空中閃電的每一次閃爍，電壓可達到１億伏，電流則達到16萬安培。
電在上一世紀就進入了人類的日常生活。人們熟知富蘭克林捕捉閃電里電流的故事，也熟知愛迪生等早期電器發明家的故事。但20世紀有關能源故事的最新版本的主人公是愛因斯坦、玻爾、奧本海姆這樣一些物理學家。
在本世紀初，愛因斯坦已經提出一種理論，任何物質都可以轉變成為有用的能量。並推出了他著名的公式：
E=MC2
在這個公式中，Ｅ是能量，Ｍ是質量，Ｃ是光速。這個理論剛發表時，在科學界引起了廣泛的爭論。直到1932年，科學家們發現了一種後來命名為正電子的基本粒子，才印證了愛因斯坦質能相當的觀點。根據愛因斯坦的這一質能轉換公式，任何一磅（454克）重的物質，完全轉化為能量時將相當於：
110億度電；
150億馬力小時；
可供一隻電熨斗用100萬年；
使一輛汽車繞地球行駛180,000圈。
但是，人們始終沒有找到釋放出物質中這種理論蘊藏能量的方法。直到1945年，科學史上因一個單項課題而集中科學家最多的群體，終於從原子中釋放出了令人目瞪口呆的能量。
這是一個漫長的故事。
1942年，物理學家費米實現了首次原子核鏈式反應，他的同事用幾個英文單詞打出了一個密碼電話。他們說：「這個義大利航海家已經登上了新世界。」這真是一項偉大的發現。1905年，愛因斯坦做出了少量物質可以產生巨大能量的預言，現在費米和他周圍的科學家們，找到了打開物質的心臟原子核的辦法。
如果說一顆原子有房間那麼大，那麼，原子核不過像其中的一粒沙子。但是，這一小點物質依靠一種巨大的力量才結合在一起，這種力量是如此巨大，所以，原子核一旦被激發產生裂變，蘊蓄其中的能量就會爆發出來。
物理學家們發現鈾的原子核分裂時產生新的中子，他們馬上想到了用這些新的中子去轟擊其他的原子核，而產生出鏈式反應。於是，1945年，人類歷史上第一個原子裝置在美國新墨西哥州的沙漠中試驗成功。與這個故事相關的是兩個名字：廣島與長崎，好戰的日本人頭上降下了天罰一般的奪目閃光。
原子彈是不加控制的核反應。可控制的核反應提供的則是源源不絕的電力。
和戰爭時期產生的許多創造發明一樣，核反應的巨大能量在炸彈爆炸中才可能得到完全的利用，衝擊波、放射性和熱。而在核能不被當成威力無比的炸彈時，人類卻只能利用其核裂變時的副產品。在可控的核反應堆中，人類唯一目的就是熱，因為它可以將水變為蒸汽，驅動渦輪機產生源源不絕的動力。
早在1939年，費米博士就曾提出過用核反應堆產生熱能為潛水艇提供動力的設想。在戰爭年代，他的這個想法卻完全被人遺忘了。
最初的核反應堆果然被美國人安裝到了第一艘核動力潛艇上。雖然美國總統杜魯門當時就預言：這將是供給工廠、農村及家庭用電的核發電廠的先驅。這個核反應堆要比商業上所用的核發電廠中的反應堆小100倍。但卻使船隻不再需要中途靠岸添加燃料，因而完成了人類首次在北冰洋的冰下巡航。這艘潛艇的首次航行就遠勝過凡爾納筆下的同名潛艇，一口氣不間斷航行了10萬公里。
1957年，世界上第一座核電廠在美國賓夕法尼亞的希平波特建成。這種反應堆的工作原理是，堆芯中不穩定的鈾，在中子的轟擊下開始分裂，產生新的中子和熱量。這些新的中子又轟擊和分裂處於鏈式反應中的其它鈾原子。對核反應的控制是通過控制棒在堆芯中進出伸縮來實現的。控制棒用硼、鎘和鉿等材料製成。這些材料能吸收中子，使轟擊鈾原子的中子數量得到調節，從而使核裂變受到控制。
核反應堆的穩定與高效，促使了核電技術的飛速發展。本世紀80年代中期，核電廠所提供的電力已經佔到了全世界發電量的五分之一。與此同時，人類鑒於核能的巨大破壞性，也為核能的安全利用提供了有力的技術保障。
但任何事情都有例外，前蘇聯切爾諾貝利核電站的核泄漏事故就曾使舉世震驚，並在某種程度上觸發了科幻作家的靈感。
在1998年風靡全球的科幻大片《哥斯拉》中，怪獸哥斯拉登陸美洲時，曾使所有人束手無策。還在切爾諾貝利研究核泄漏後的蚯蚓異變現象的科學家，將其與太平洋上的核實驗與島上的蜥蜴聯繫在一起。我們才知道哥斯拉原來是核試驗引起基因突變的蜥蜴。
電影《哥斯拉》（1998年版）劇照
核反應堆在越來越大型化的同時，也在往小型化方向發展。這種小型化的核發電裝置，在地球和遙遠的外太空有著非常廣大的應用前景。比如，放射性同位素衰變產生的熱能，可供火星和月球上測量氣象和導航的儀器用為動力。
1969年，宇航員奧爾德林安放在月球上的月震儀就是利用了一個太陽能發電機和一個鈈加熱器。1977年，發射到外太空的宇宙探測器「探險者」號上，考慮到其將進入陽光照耀不到的空間，太陽能發電裝置將失去作用，三台各重38公斤的核發電機被安置在了「探險者」號上。到時候，飛船上所有的動力都是鈈238衰變產生熱能轉換而成的，這動力足以支持該探測器在黑暗空間里飛行10年時間。
核能的利用，為人類的能源利用開闢了一個廣闊的前景，但是，世界上的能源消耗正以驚人的速度在增加。全世界都在渴望新的能源，許許多多的科學家都在致力於尋找新的能源。
在這個方面，科學家們最先想到的依然是自然的力量。
我們的祖先在利用能源的時候，最先想到的是風與水。現在的科學家又重新想到了它們。當代人對這些自然力的認識已經深入了許多，科技條件也成熟了許多。所以，對於這些自然力的運用自然就進到了一個更新的層面。
比如考慮到水能的時候，人類已經把目光投向了波濤滾滾的大海。海洋波濤具有的能量是世界上所耗全部電能的幾倍。早在本世紀60年代，法國就已經建成了潮汐發電站。還有一種想法是利用海洋溫暖的表層水與深層冷水的溫差來驅動海洋發電裝置。
在從中世紀一步跨入現代的中國西藏，地熱發電和太陽能利用已經到了決定百姓生活狀態與質量的程度。
在這裡需要指出的是，人類對太陽能利用的想像是一幅最為壯麗的圖畫，而遠非幾隻太陽能灶那麼簡單。二十世紀下半葉，當地球上的化石燃料一方面給環境造成巨大污染，一方面存儲量又在迅速枯竭。人們再一次打量太陽，發現太陽光可能會是最容易獲得的也是最清潔的能源。根據科學家粗略的測算，每年落到地球表面的太陽光所包含的能量，等於全人類現在耗用能量的萬倍以上。最新的運用方式是各種航天器上的太陽能電池。這些光電池所用的光敏材料（如硅和鎘）可以將陽光直接轉換成電能。
在地球表面利用太陽能，往往會受大氣層中雲霧的遮蔽。在大氣層之外的地球軌道上，太陽發出的連續能量比在地球表面所能接受的高15倍。所以，有人預言，下一世紀中期，在大氣層外搜集的太陽能，可以供應世界所需電能的一半。科學家和科幻作家想像中的太陽能衛星電站，用幾十億個光電池組成太陽電池陣列，有幾英里長，大小像一座城市。另一種辦法是將太陽的熱量聚焦輸送到高空衛星上的太陽爐，驅動渦輪發電機產生電能。
有了這樣的發電站後，還會遇到一個能量的空間傳輸問題，無論採用上述兩種構想的那一種，最大的技術問題都需要將太陽能用微波的方式傳送給地面幾英里寬的接收天線。然後，再把這些微波束轉化成電能，供消費者使用。
在科幻作家的頭腦中，人類在獲得真正的自由，除了掙脫思想與制度的束縛，在將來更為重要的是，掙脫能源的束縛。比如傑克·威廉森就幻想了一種建立在源源不竭而又極其廉價的反物質能源基礎上的自由，他把這種自由命名為第五自由。
傑克·威廉森在《ＣＴ輻射》虛構了另一部著作，主要探討太陽系行星世界的能源問題，書名叫《無盡的能量》，這本虛構的書中說，鑒於太空中反物質差不多是取之不盡、用之不竭，而且，所有設備都將是自動運行的，整個能量供應能夠真正做到免費。這樣，就可以建立起來一種真正的能量自由即第五自由，「它能保護人類一直為之奮鬥卻屢遭失敗的其它自由」。
當第五自由來到的時候，傑克·威廉森動情地描寫道：「反物質與物質強烈地反應著，詹金斯卻看不到可怕的火光，聽不到爆炸聲。他成功了！反應場里巨大的能量正在轉化成傳導合金圈裡靜靜流淌的電流。」書里的英雄人物尼克·詹金斯宣布：「各行星的人們，無盡的能量正從我們的實驗室流向整個太陽系，你們都能用簡單的單極接收器從能量場中直接獲得電能。」
我們無從知道，能源自由是否會帶來真正的社會自由，但這種自由而且幾乎免費就能獲得能源的方式，就已經讓人無限憧憬了。
——發表於1999年《科幻世界》
對於地球目前的能源利用，
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