登天有道

吳　戈

真實的通天路

巴比倫的通天塔其實有名無實，據考證它只有200余米高。原因在于他們想：神自然會到塔頂來見他們。《聊齋志異》里的《偷桃》就比較神奇：一術士將一根繩子拋入云端，他兒子攀繩而上，從王母娘娘園中偷桃一個。不久繩斷，兒子的身首紛紛墜落，得了官家許多撫恤銀兩后，術士的兒子突然完好如初。有人考證這是一種印度幻術。

從10月20日開始，在美國新墨西哥州拉斯布魯塞斯的沙漠里，一些人也在為找一條登天路而手忙腳亂。他們顯然沒有那么魔幻，試驗中的“通天塔”是一根被吊車懸掛起來的55米長的繩子。登天的是幾臺機器人，或者叫“爬升器”。從2005年起，美國“飛向太空”基金會組織了天梯大賽。今年為期3天的比賽是第二屆，有16個隊參加。攜帶相同的重量，誰的爬升器能以超過1米／秒的速度登頂并返回，就能贏得NASA“百年挑戰賽”計劃提供的20萬美元大獎。

這些人依據的是牛頓力學。一個物體達到一定速度，就既不會飛離地球，也不會落下來。如果這個速度和地球自轉速度相等，從地球上看物體就像靜止一樣。說到這個，老師也許會在黑板上畫條線，把物體和地球連起來。如果真有這條線呢?理論上就可以順著它爬到天上去。

這樣的想法最早被俄國火箭先驅齊奧爾科夫斯基在1895年提出，不過他設想的是一個建在巨塔頂端的“天空之城”。阿瑟·克拉克1978年的科幻小說《天堂的噴泉》描述了一個建在赤道島嶼上的“天梯”。具體方案最早于上世紀60年代出自前蘇聯工程師尤里·阿楚塔諾夫。

設想的天梯重心位于距地面3．58萬公里左右的地球同步軌道上，從這里再往上、往下同時修建數萬公里的纜索。由于離心力剛好抵消地球引力，就繃緊了一根“頂天立地”的天梯。之所以是幻想，因為一直沒有材料能造出強度和重量符合要求的纜索。當年有人問克拉克：天梯需要多長時間才能實現?他的回答是：“大家停止嘲笑后的50年。”

1991年出現了碳納米管，天梯的可行性突然大了起來。在2003年9月15日的第二屆國際天梯會議開幕式上，克拉克從斯里蘭卡的家里向大會更新了他的預測：“它將在大家停止嘲笑后大約10年建成。”

納米管之惑

天梯的成敗99％系于碳納米管這樣的材料技術，正是它使科學家相信天梯變得可行了。

這種1991年由日本科學家無意中發現的世界最強的材料比鋼輕6倍，強度高100倍，同時又像塑料一樣有柔性。天梯要求材料承受60吉帕斯卡的拉力，相當于兩端各有10萬人的拔河比賽。單個的納米管能夠承受平均約100吉帕斯卡的拉力，但它的強度受結構缺陷影響很大，少一個碳原子，強度就會減少30％。直到2005年，最長的納米管材料只能達到數厘米，編成纜索后，1米長的纜索強度還不到1吉帕斯卡。更大的問題是，其成本高達500美元／克，全球每天的產量不到45斤。

天梯系統在大氣層內要經受閃電和風云雨雪的沖擊、在太空要經受彗星、流星和太空垃圾的撞擊。它還是一個長期建筑物，一旦斷裂，上半部將永遠漂入太空，上百億美元的投資，甚至包括正在運行的爬升器都將付之東流。如果載人運行，還必須考慮緊急救援的問題。再先進的材料，能否擔當這樣的重任，都需要深入研究。

(吳濱摘自《三聯生活周刊》)