上回說到，全球變暖的趨勢卻絲毫沒有毫減緩，這已成為全人類的頭等大事。因為全球變暖不僅導致冰川融化，海平麵上升，還導致越來越多的物種滅絕。這一趨勢如果不能改變，最終必將導致人類滅絕。地球居委會多次組織有關專家學者研究全球變暖問題。在最近的一次研討會上，天水之父——任晉中在發言中說：“大家都知道，熱量傳遞的方式有三種：‘傳導’、‘對流’和‘輻射’。由於地球之外是真空，‘傳導’和‘對流’是不能在真空中進行的。所以，‘輻射’是地球與外界交換熱量的唯一方式。地球與太陽的距離決定了地球上太陽的垂直輻射強度是每平方米1.367千瓦。地球所接受的太陽輻射雖然隻占太陽輻射總量的22億分之一，但總量卻達173萬億千瓦，是一筆取之不盡用之不竭的能源，其中：81萬億千瓦被地球吸收轉化為熱能。52萬億千瓦被地球反射回宇宙空間。40萬億千瓦用於海水及地表水的蒸發。0.37萬億千瓦轉化為風能。0.004萬億千瓦通過植物的光合作用轉化為有機物的化學能。除去52萬億千瓦被反射回宇宙空間外，其它部分最終都將變成熱量。如果這些熱量在地球上積累，地球的溫度必然越來越高。地球溫度所以能保持穩定，是因為地球除了直接反射太陽輻射外，還以紅外線的方式，向宇宙空間輻射能量。由於地球從太陽接收的熱能與向外界輻射的熱能相平衡，才使地球的溫度衡定。如果這種平衡被打破，必將導致地球溫度的變化。全球變暖就是這種平衡被打破的結果。”天水之父的發言，引發了激烈的討論。多數專家一致認為：“火力發電”與“核能發電”是導致全球變暖的主要原因：煤炭、石油和天然氣，是地球植物幾億年來，通過光合作用儲存太陽輻射的結果，所以又稱化石能源。自從蒸汽機問世以來，化石能源的消費逐年翻番。大有把幾億年裏儲存的太陽輻射全部釋放之勢，是全球變暖的直接原因。化石能源在燃燒過程中，還產生大量的二氧化碳等溫室氣體，溫室氣體又加強了地球吸受太陽輻射的能力，是全球變暖的間接原因。目前，化石能源主要用於火力發電。核能發電雖不產生溫室氣體，但是，卻直接向地球表麵大量地排放熱量，這些熱量是太陽輻射之外額外增加的熱量，這些熱量打破了原有的熱平衡。地球隻有通過提高自身的溫度，才能把這些多出的熱量輻射出去，以建立新的熱平衡。所以核能發電也是全球變暖的直接原因。為了解決全球變暖問題，地球居委會決定三年之內全部廢除火力發電，五年之內全部廢除核能發電。地球上雖然有40萬億千瓦的太陽能，通過水的蒸發，變成雲而儲存起來。但是，當雲變成雨時，這部分能量大部分變成熱能，隻有0.2萬億千瓦成為雨水的勢能。雨水落到地麵時，其勢能大部已散失，水庫所儲存的勢能（水力資源），還不到其總量的萬分之一。所以水力發電增長緩慢。雲中取水實施以來，水力發電才開始高速增長，目前已占到全球發電總量的四分之一。地球上雖然有0.37萬億千瓦的太陽能轉化成風能，但由於風能分散，難以大規模利用。長期以來，風力發電所占份額微不足道。千米構件出現以後，由千米葉片驅動的風力發電機投入運行，風力發電開始快速增長。室外空調也加入到發電行列，兩者相加，也占到全球發電總量的四分之一。目前，水電、風電、火電、核電平分秋色，大約各占四分之一。如果全部停掉火電、核電，整個電力供應就會出現一半的缺口。水力發電和風力發電不會導致全球變暖，被稱作清潔能源。但是，它們隻占太陽輻射能的一小部分，遠不能滿足人類對能源日益增長的需求。為了解決火電、核電退出後的電力缺口，地球居委會決定“重獎”有功之人。這個“重獎”是什麼？且聽下回分解。
第十五章陽光發電遍全球哪裏需要哪裏流上回說到地球居委會決定重獎有功之人。這個重獎既不是金錢，也不是官職，隻是一種榮譽。榮譽有多大魅力，要看人的欲望。欲望早在人類出現之前就已存在。食欲和****是欲望的初級階段，馴獸師至今還利用動物的食欲和****進行訓練。人的欲望隨社會發展而發展。當金錢可換取比食物更多利益時，有人為了賺錢，就不惜請客吃飯。當權利可換取比金錢更多利益時，有人為了當官，就不惜花錢行賄。任何欲望都有積極的一麵和消極的一麵。例如：食欲可促進農牧業發展，也可導致自相殘殺。金錢欲可促人奮鬥，也可使人腐敗。以獲取榮譽為目標的成就欲是人類欲望的高級階段。其也有消極的一麵，那就是：嫉賢妒能、弄虛作假。如果對成就欲加以正確引導和利用，可成為社會發展的強大動力。地球居委會決定用榮譽來重獎有功之人，就是對成就欲的正確引導和利用。在地球居委會作出逐步廢除火電、核電，鼓勵發展新能源，重獎有功之人的決定以後，從事新能源研究的人越來越多，他們夜以繼日，廢寢忘食。究竟是無私奉獻，還是為了個人榮譽，這並不重要，重要的是要解決問題。正如有個名人所說：“不管黑貓白貓，抓住老鼠就是好貓”。陽光是地球上最豐富的能源，電能是使用最方便的能源。用陽光直接發電自然成為研究的重點。把陽光直接變成電能的光伏電池，早在20世紀就已出現。當時的光伏電池多為半導體材料製成，主要用於人造衛星。由於一個光子隻能產生一對正負電荷，對陽光的利用率較低，一般隻能到達10%左右。不僅成本高、效率低，還受晝夜變化和天氣變化的影響，所以一直沒有成為主流發電方式。2004年，美國新墨西哥州大學的卡裏莫夫用直徑4納米的硒化鉛晶體作實驗，檢測到一個光子能產生多對正負電荷的現象，他想以此來成倍提高光伏電池對陽光的利用率，但沒有辦法將正負電荷即刻分開，多數正負電荷對又在瞬間重新結合，電能又化為熱能。卡裏莫夫最終也沒有做出高效的光伏電池，隻給人留下一個設想：“在每一粒硒化鉛晶體上都裝兩根納米導線，即刻將正負電荷分別送往電池的正負極。”這一設想在當時根本不可能實現。直到100年後，劉柱梁利用基因技術，逐個擺弄原子的壯舉，才為這一設想的實現提供了可能。李向陽先生一直從事光伏電池的研究工作，為了提高光伏電池的光電轉換率，他作了大量試驗，也曾作過卡裏莫夫的實驗，並多次想實踐卡裏莫夫的設想。他的最大困難是沒有一種逐個擺布原子的方法。當他得知劉柱梁找到這一方法後，馬上就把這一方法用於光伏電池的研究，終於使光伏電池的轉換效率超過百分之八十，成本降到與建築材料差不多。這時正好趕上地球居委會的重獎。看來機會總是留給有備之人，臨時抱佛腳不行。李向陽利用基因技術，在培養池內生產的光伏電池可以做成各種形狀，既可作為屋頂，又可用來發電，人們稱它“向陽板”。一是因為它的發明人叫向陽，二是因為它總是在向陽的地方使用。生產和安裝向陽板的廠家如雨後春筍，很快成為全球最大行業之一。為了統一行業標準，促進技術進步，本行業成立了“向陽板行業協會”，李向陽被推舉為首任會長。向陽板迅速在全球推廣普及。不到兩年，它就覆蓋了幾乎所有建築物的屋頂和向陽麵。不僅如此，原來的露天場所如：體育場、步行街、廣場、海濱、浴場、沙灘等，也都加裝了向陽板頂棚。露天場所加裝頂棚，既可以避免雨淋和日曬，又可用來發電。一般來說，一個住宅的向陽板發電，足夠自己使用。但由於地球的自轉及天氣變化，地球上任何地方的陽光都不是連續的。為了解決夜間及陰雨天的用電問題，為了解決發電與用電的平衡協調問題，向陽板協會決定建立“全球陽光發電互聯網”，簡稱“光電互聯網”。光電互聯網就是在地球表麵，沿東西方向建若幹條環球輸電線路，沿南北方向建若幹條環球輸電線路，這些線路垂直交叉，相互連接，組成網絡，猶如地圖上的經緯線。所有向陽板和用電設備都並入這個互聯網。由於利用基因技術，可以製成廉價的超導材料，以超導材料為導線的光電互聯網，可把線路損耗降低到零，使高壓輸電技術被淘汰。光電互聯網把直流110伏作為全球發電、輸電、用電的統一標準，不僅簡化了電網結構，還使電網更安全，更可靠。在這個光電互聯網中，每一個單位，每一個場所，每一個住宅，既是發電方，又是用電方。發出的電首先供自己使用，不足部分或剩餘部分通過光電互聯網進行調劑。那些發電量大於用電量的單位，發電還是一項收入。由於空中城市、管道交通、雲中取水、室外空調的普及，在全球範圍，人口分布趨於均衡。原來的沙漠、海洋無人居住，現在一座座空中城市星羅棋布。原來的平原、海濱人口密集，現在經過一波又一波的移民潮，人口密度已趨於合理。向陽板的分布跟隨人口的分布，在全球範圍內也基本均衡。無論是冬季、夏季，無論是白天、黑夜，無論是晴天、陰天，全世界向陽板的發電總量基本穩定，充分發揮了全球互聯的優越性。在光電互聯網中，電流由白天區域向夜間區域流動；由夏季區域向冬季區域流動；由強陽光區域向弱陽光區域流動；由熱帶向寒帶流動；由赤道向兩級流動是基本規律。而不像傳統電網那樣，電流隻能由供方流向需方。光電互聯網還有調劑陽光的作用；在陽光太強的區域和時段，由於到處都有向陽板的遮擋，在給人帶來陰涼的同時，還能把陽光變成電流，送入光電互聯網。在缺少陽光的區域和夜間，人們又把電流變成光和熱。所以有人說：光電互聯網可以讓全球分享太陽的溫暖。火電、核電剛退出時，水電，風電和光電大約各占三分之一。現在全球光電互聯網的發電量已超過全球發電量的一半，水電和風電也將入網。李向陽的全球光電互聯網不僅成功地解決了能源問題，還在全球範圍內，調節陽光，改善環境。使全球各地的人，既可以免除烈日暴曬，又可以盡情享受陽光。李向陽因此而一舉成名，成為英雄，成為明星。地球居委會授予他“光電轉換大師”稱號。李向陽的成功，使一人浮想聯翩，夜不能眠。此人是誰？且聽下會分解。
第十六章太空電梯得實現材料強度是關鍵此人叫加加林，是李向陽的摯友。為紀念人類第一位航天員，他取名：加加林。加加林一心要當航天員，但由於身體條件，未能如願。從此他就下決心要開辟一條通向太空的捷徑，讓普通人也能實現遨遊太空的夢想。1960年，蘇聯工程師尤裏.阿爾楚塔諾夫，根據“一根隨地球同步轉動的纜索，可以靠離心力甩向太空，並垂直聳立。”的原理，提出建造“太空電梯”的設想。但由於對這根纜索的強度有很高的要求，當時的技術還不能實現。所以“太空電梯”隻能作為一個設想。1991年，日本科學家飯島澄男，發現了一種新材料——炭納米管。這是一種細管狀碳化物，據計算：如果用它織成直徑1毫米的細絲，足可承受20噸的重量，可作為建造“太空電梯”的纜索。這一發現使“太空電梯”由少數人的設想成為大眾關心的熱門話題。2002年，美國航天局曾撥款支持相關太空電梯設想的研究，世界各大國也競相參與。但最終因材料問題而陷入低潮。直到100年後，這一設想才被重新提起。加加林在初中時代，就開始關注尤裏.阿爾楚塔諾夫的太空電梯設想。他曾進行過大量的研究和計算。第三材料問世後，他很快就搞了一個“利用第三材料建造太空電梯”的方案，並上報地球居委會。可是，直到李向陽取得巨大成功以後，他的方案還沒有被批準。他夜不能眠，浮想聯翩:劉柱梁從第三材料研究所掛牌，到建成第一座空中城市，用了三年。李向陽從成立向陽板協會，到建成全球光電互聯網，也用了三年。而我從提出太空電梯方案到現在，已過三年，卻一事無成。難道我的方案不可行嗎？不會的，我已反複論證多次，那究竟原因何在？他的摯友李向陽幫他分析原因，他說：“地球居委會對重大問題的決策不是一人說了算，也不是幾個人說了算，而是要廣泛征求民眾的意見。民眾往往隻對他們熟悉的問題發表意見，例如供水問題，供電問題，交通問題，天氣問題等。了解太空電梯的人本來就不多，能發表意見的人就更少，所以你的方案才遲遲未批，我看還是從普及太空電梯知識開始為好。”加加林采納了李向陽的意見，認真準備了十個問題，通過互聯網麵對全球民眾，作了一場深入淺出的演講：（一）“太空電梯”是什麼？太空電梯就是一條從地麵到太空的“索道”。索道的一端固定於地麵，另一端垂直伸向太空。可能有人要問；伸向太空的一端怎麼固定？沒地方固定，會不會掉下來？要說明這個問題，請看運動員如何甩動鏈球：運動員手中的鏈球隨運動員一起轉動，轉動的離心力和運動員的拉力將鏈條拉緊，拉直。隻要運動員不停止轉動，鏈球就不會落地，隻要運動員不放手，鏈球就不會飛出。地球好比運動員，伸向太空的索道好比鏈球。由於地球在不停地轉動，索道也隨地球一起轉動，轉動的離心力和地麵的拉力將索道拉緊。隻要地球不停止轉動，索道就不會掉下來。由於索道下端固定於地麵，所以也不會飛走。猶如運動員抓著鐵鏈不停地轉動。當索道下端位於赤道時，由於萬有引力和離心力在一條直線上，索道垂直伸向太空。當索道下端位於南半球或北半球時，由於引力指向地心，離心力與地軸垂直，索道略顯彎曲，但不影響使用。也就是說，在地球上的任何地方，都可以建造太空電梯。沿這條通道進入太空，就像乘電梯一樣，所以叫太空電梯。乘太空電梯進入太空，不僅安全方便，而且費用低廉，適用於普通人的太空旅行。（二）“太空電梯”有多高？為了讓索道聳立，索道的離心力必須大於地球對它的引力。離心力的大小，一是取決於地球自轉的速度，二是取決於索道的高度。我們不能改變地球自轉的速度，隻能設計索道的高度。隨地球同步轉動的物體，距地麵越高，離心力越大。任何物體在距地麵3.6萬公裏高處，離心力與萬有引力都正好相抵，合力為零，也就是重力為零。這個高度就是同步衛星的高度。低於這個高度，引力大於離心力，合力向下，也就是重力為正值；高於這個高度，離心力大於引力，合力向上，也就是重力為負值。為使索道垂直聳立，我們必須使其總重力為零或負值。那麼是否在距地麵3.6萬公裏以上，再有3.6萬公裏，就可以使索道的正負重力相抵呢？不是，因為重力的分布並不以這一點為對稱點。根據萬有引力和離心力的計算公式，要使索道垂直聳立，高度必須大於14.6萬公裏。太空電梯的高度為15萬公裏，總重力為負值。負值的大小，將決定電梯的載重量。（三）用什麼材料？太空電梯的主體是一根垂直聳立於地麵，高達15萬公裏的纜索。這根纜索要能承受離心力和萬有引力的共同作用。什麼材料可以當此重任呢？先來看鋼鐵：如果將一根直徑1毫米，長15萬公裏的鋼絲垂直豎起，在距地麵3.6萬公裏處是正負重力的分界點，也是鋼絲承受拉力最大之處。根據計算：最大拉力為30噸，而鋼絲的抗拉強度隻有0.2噸，與要求相差150倍。所以鋼鐵不行。再看第三材料：如果用第三材料製成直徑1毫米，長15萬公裏的細纜，並垂直豎起。距地麵3.6萬公裏處同樣是承受拉力最大之處。由於比重小於鋼鐵，最大拉力為20噸，而其抗拉強度為20噸，超過需要的10倍。所以第三材料是建造太空電梯的理想材料。(四）借鑒金門大橋的經驗15萬公裏長的太空電梯，在地麵的總重量超過15億噸，如何把這個龐然大物送到太空呢？用吊車？不行！用飛機？不行！用火箭？也不行！火箭的最大載荷不過幾百噸。那怎麼辦？我們可以借鑒舊金山金門大橋的建造方法：金門大橋建於1933－1937年，是當時全世界最大的懸索大橋。金門大橋的載重主體是兩根懸索。懸索長2737米，直徑92.7厘米，重2.45萬噸，由27000根鋼絲絞成，掛在兩座300米高的橋塔之上。人們是怎樣把上萬噸的懸索掛到橋塔上的呢？原來是先從27000根鋼絲中的一根開始，一根一根地鋪設，最後再把鋪設到位的27000根鋼絲絞成懸索。太空電梯的載重主體也是兩根懸索。每根懸索長15萬公裏，由數萬根細纜絞成。其中一根細纜的重量在火箭的載荷範圍內。我們可以用運載火箭先把一根細纜送到距地麵3.6萬公裏的地球同步軌道。由於任何物體到了同步軌道，都會成為一顆同步衛星，都會呆在那裏不動，所以，同步軌道可以作為我們存放材料的貨場。（五)將第一根細纜垂直豎起存放在同步軌道的第一根細纜是一個大線團，我們還得把它拉開，拉直，一端拉到地麵，另一端拉到距地麵15萬公裏處，讓它垂直豎立於地麵。可有人能會想：既然在3.6萬公裏以上，重力向上；在3.6萬公裏以下，重力向下，存放在3.6萬公裏處的那根細纜，豈不是可以靠重力，自然而然地向上下兩個方向鋪設嗎？問題沒那麼簡單。因為上述規律隻是在一條與地麵相對靜止的垂線上的規律，隻是在太空電梯之內的現象。對於環繞地球自由運行的物體（衛星），其高度是由速度決定的。在3.6萬公裏高處，環繞速度正好與地球同步，處在這個高度的物體叫作同步衛星。在地麵上看，同步衛星是靜止不動的。偏離這個高度，就再靜止的了。高了變慢，在地麵上看，它不停地向西運動；低了變快，在地麵上看，它不停地向東運動。是由引力和離心力共同決定的，離心力是由環繞地球的速度決定的。除了一根15萬公裏長的細纜外，還要把兩個施工船也送入同步軌道。施工船就是太空機器人。由於在太空，腿和腳都沒用，所以太空機器人沒有腿和腳。它像飛船一樣靠燃料驅動，可在同步軌道上下數萬公裏的太空活動。它的任務是把存放在距地麵3.6萬公裏處的那根15萬公裏長的細纜鋪設到預定的位置，即垂直豎立於地麵。