影片《哈利·波特(七)》目前正在世界各地热映,魔杖、生骨药、幻影移形、飞路粉、分院帽等带有浓重魔幻色彩的新词再度走进我们的视线。电影中的角色施展魔法,经常是电闪雷鸣,非常吸睛。但我更喜欢从科学的角度来看待这部魔幻电影,我想知道:无论是哈利·波特还是伏地魔,在施展魔法时耗费能量吗?如果耗费的话,这些能量来自哪里?
影片改编自罗琳女士的同名小说,我不知道罗琳在创作这部作品时是否想过这个问题,但我看遍了整部影片,甚至重温了前几部影片和原著,也没有找到答案----我只看到电影中的角色是消耗能量,却不知道他们从哪里获得能量。我只从原著中找到一个有趣的细节:当哈·波特和他的小伙伴们来到魔法世界后,他们发现了一个有趣的现象----魔法世界没有电。
没有电,但魔法世界里的各色人等还可以随意挥霍能量。这就是电影,这就是魔法。
我之所以关注这个问题,是因为在现实生活中,能源问题越来越突出,我们的生活中不能没有电,不能没有能源。而我们的传统能源,比如煤、石油都是不可再生的,都将耗尽。如果我们用光了这些不可再生能源,人类的生活将如何继续?所以,科学家们一直在寻找可再生能源。
可再生能源有很多种,比如太阳能。太阳能是地球上最充足的能源资源,照在地球上的太阳光所产生的能量达到100 拍它瓦(Petawatt, 1Peta=1015)。人类只需利用其中一小部分,就可以满足整个地球的电力需求。全球最大的科技专家联盟——IEEE的太阳能专家日前表示,在未来十年内,太阳能光电(PV)系统可望成为最经济的发电形式,甚至会超过传统矿物燃料。
据国际能源协会(IEA)公布的数据显示,从2000年开始,全球太阳能光电装机容量正以每年超过40%的速度增长。到2050年,预计太阳能光电将占全球发电总量的11%,估计这将使得温室气体排放量减少23亿吨。
事实上,如何更有效地利用这些能源,才是科学家要解决的首要问题。为了使得太阳能光电的成本与传统发电模式相当,全球各个行业必须继续改善太阳能光伏电池技术的效率,实现规模经济,进一步降低制造成本。IEEE也在积极努力,召集全球各地的专家,试图克服太阳能光电系统英用所面临的障碍,提高太阳能光电系统的使用率。更令人欣喜的是,过去几个月,科学家在太阳能技术方面又取得了多个重大突破。
1.纳米模板分子储存太阳能:麻省理工学院副教授杰弗里·格罗斯曼和其他人一起成功研制出一种名叫偶氮苯的新分子,他们利用碳纳米管制成这种分子,既能转化能量,又能储存能量的材料,它非常耐用,价格低廉。这样我们就可以无限期地“锁住”储存的太阳热能。
2.可在任何物体上印刷的太阳能电池:麻省理工学院的凯伦·格里森教授领导的一个科研小组,已经找到可以在任何物体上印刷太阳能电池的方法,他们利用低温和水蒸气取代那些需要在高温环境下才能发挥作用的价格高昂的可降解基底材料。这种方法印刷的纸电池极其耐用,可以随意折叠、展开超过1000次,它也不会失去作用。
3.平板里的太阳热能:科学家正在研究一种生产太阳能的新方法——微型太阳热(micro solar thermal)。从理论上来说,它产电的效率是全球最好的太阳能电池板的8倍。收集太阳热往往需要利用巨大的镜子阵列让蒸汽轮机转动起来。最新的微型太阳热系统与典型的太阳能电池板的大小和形状差不多,它利用纳米结构的温差发生器捕捉照射在电池板上的阳光产生的热。由于这是一个热过程,因此电池板即使在阴天,也能被周围阳光加热,而且可以用价格非常低廉的材料制造这种电池板。
4.病毒提高纳米太阳能电池的效率:麻省理工学院的研究生最近利用一种名叫M13的病毒,将碳纳米管的光电转换效率提高三成。
5.透明太阳能电池可把窗户变成发电机:世界各地的城市处处都有玻璃的身影。如果所有这些玻璃都能在保持透明的前提下,利用阳光产生能量,结果会如何呢?这个想法目前已经变成现实,不过现在它的效率还非常低(低于1%),而且它会阻挡太多的阳光,导致窗户的功效大打折扣。
我在前面提到的IEEE已经在使用太阳能光电阵列,为其位于新泽西州皮斯卡塔韦的总部发电。2009年,IEEE安装了一个50 千瓦的屋顶太阳能阵列,其中包括超过275块太阳能电池板,这不仅降低了电费,还使二氧化碳排放量减少了71.5吨。今年,IEEE计划把现有的太阳能阵列的发电容量扩大到220 千瓦,并计划将来在其他建筑物上分阶段实现这一技术。
由此可见,尽管太阳能利用还存在效率不高的问题,但面对能源危机这一残酷的现实,各国科学家都加大了太阳能技术的开发力度,而且取得了一个又一个令人惊喜的突破。可以预料,在不远的将来,太阳能将成为我们日常生活不可缺少的能源。或许,哈利·波特的魔法世界出现能源危机时,会向我们求援呢。