Koolla on väliä: mittakaavaedut erittäin suurista erittäin pieniin – Physics World

Sataviisikymmentä vuotta sitten Yhdysvalloissa neljän vahvan auraan valjastetun hevosen yhteisteho oli enintään 3 kilowattia – ja yli puolet koko työvoimasta työskenteli maatiloilla. Nykyään pieninkin John Deere -traktori tuottaa 120 kilowattia ja noin 1.3 % työntekijöistä työskentelee maataloudessa. Tämä tarkoittaa, että maatalouskoneiden teho on kerrottu 40:llä ja maaseudun työvoima on jaettu 40:llä tässä ajassa – tuskin sattumaa.

Liikenteessä sekä nykyaikaiset laivat että suuret lentokoneet voivat tuottaa jopa 90 megawattia. Tämä tekee niistä lähes 1000 kertaa tehokkaampia kuin tyypillinen pieni auto ja 100,000 19 kertaa tehokkaampi kuin 1000-luvun vesipyörä. Ja nämä eivät ole edes tehokkaimpia koneita: jotkut sähköä tuottavat höyrykoneet toimivat nyt XNUMX megawatilla. Ympäristövaikutuksia lukuun ottamatta nämä valtavat vallan lisäykset ovat tuoneet ylenpalttisen elintarvikkeiden ja kohtuuhintaisten kulutushyödykkeiden määrän suurelta osin kaupunkiyhteiskuntaan, mikä on lisännyt tiedonsaantia ja liikkuvuutta.

Tšekkiläis-kanadalainen tiedemies ja päätöksentekijä Vaclav Smil analysoi tätä mittakaavan ja voiman kasvua viimeisimmässä kirjassaan Koko: Kuinka se selittää maailman. Smil on tuottelias kirjailija, joka on julkaissut jo yli 40 kirjaa aiheista energia- ja elintarviketuotannosta teknisiin innovaatioihin ja julkiseen politiikkaan. Tässä työssä hän palaa joihinkin näistä alueista ja yhdistää ne kokoa koskevaan keskusteluun, vaikka voisi olla tarkempaa sanoa, että kirjassa on kyse suhteesta.

Koko ei ole niin triviaali kuin pelkkä luettelo asioista, joista on tullut erittäin suuria vuosisatojen aikana. Tuon kasvun fyysisistä rajoituksista keskustellaan – esimerkiksi öljytankkerien koko ilmaistaan ​​usein kantavuutena (dwt), ja näiden alusten koot kasvoivat tasaisesti toisen maailmansodan jälkeisestä noin 20,000 300,000 dwt:stä ​​noin 1970 XNUMX dwt:iin. XNUMX-luvulla. Ei ole teknisiä rajoituksia valmistaa niitä yli kaksinkertaisen kokoisiksi, mutta niin ei ole tapahtunut. Smil huomauttaa, että tämä johtuu siitä, että vain kourallinen syvänmeren satamia maailmassa pystyy vastaanottamaan tällaisia ​​mega-aluksia, eivätkä ne voisi kulkea Suezin tai Panaman kanavan läpi.

Kokoasteikon vastakkaisessa päässä Smil keskustelee Mooren laki, jossa insinööri Gordon Moore ennusti vuonna 1965 mikrosirulle sijoitettujen komponenttien määrän nopean kaksinkertaistuvan. Kaavio transistoreiden määrästä ajan funktiona osoittaa, että lakia pidettiin voimassa useita vuosikymmeniä, mutta se on hieman tasoittunut vuodesta 2008. Smil yhdistää tämän taivutuksen yhdysvaltalaisen sähköinsinöörin Robert Dennardin työhön, joka osoitti, että Transistorit pienenevät, ne voidaan saada toimimaan nopeammin lisäämättä kokonaisvirrankulutusta – mutta tämä skaalausvaikutus oli alkanut saavuttaa rajansa jo 1990-luvulla. Tulevia parannuksia voivat myös hallita sekä litografian luonnolliset rajat, laajalti käytetty valopainatustekniikka että uuden tuotantolaitoksen kehittämiseen tarvittavat valtavat investoinnit.

Koko also goes beyond simply analysing technology. In an attempt to appreciate the human scale in all aspects of design, Smil starts with a lengthy discussion of the giants encountered in Gulliverin matkat. Opimme, että – huolimatta Jonathan Swiftin yrityksistä rakentaa fiktiivinen maailmansa uskottavalla tavalla – nykyaikainen materiaalien ymmärtäminen paljastaa, että hänen jättiläisensä eivät olisi pystyneet kävelemään pystyssä. Mikä pahempaa, niiden massan ja pinta-alan välinen suhde olisi vaikeuttanut heidän jäähtymistä, mikä heijastui huomattavasti pienemmissä liliputilaisissa, joiden olisi täytynyt syödä melkein jatkuvasti säilyttääkseen ruumiinlämpönsä.

Kirjan aiheiden hajoava luonne saattaa estää sitä lopulta esittämästä yhtenäistä opinnäytetyötä – mutta se ei ole sen kannalta vähemmän nautittavaa. Pitkä keskustelu normaalijakaumista ja niiden soveltuvuudesta niinkin erilaisiin asioihin kuin tulonjakoon sekä koripalloilijoiden korkeuksiin on sekä informatiivinen että viihdyttävä. Pidin myös ihmiskehoa ja koettua houkuttelevuutta käsittelevästä osiosta, joka johtaa analyysiin siitä, kuinka meidät on kuvattu maalauksissa. Se puolestaan ​​vie meidät ihmeelliseen huudahdukseen "kultaisen leikkauksen" oletetusta läsnäolosta taiteessa ja muotoilussa. Smil lähestyy tätä käsitettä hieman skeptisesti ja päättelee, että niin sanottua suhdetta ei voida ilmaista tarkasti murtolukuna, eikä se siksi ole edes varsinainen suhdeluku.

Kaiken kaikkiaan epäilen, että monet Fysiikan maailma lukijat olisivat iloisia voidessamme löytää tämän kirjan odottamassa heitä joulukuusen alla. Se olisi todellakin täydellistä luettavaa kaikille, jotka nauttivat ympäröivän maailman matemaattisesta analyysistä ja joilla on vähän vapaa-aikaa.

• 2023 Penguin 304 s. 20 hb

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/size-matters-the-economies-of-scale-from-the-very-big-to-the-very-small/