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它会飞吗?
我如何测试大胆的想法
我从赖特兄弟及其对世界的理性飞跃中吸取了教训。
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我一直在寻找关于如何以最少的碳排放量产生大量能源的雄心勃勃的想法。这是我们这个时代的主要技术挑战之一。需求的紧迫性意味着我们必须尝试许多不同的想法,并迅速找出每个想法是否真正可行。 Netflix系列的第3部分 比尔的大脑 赋予了我赖​​以获取这些答案的工具:计算机建模。今天,该工具功能强大,部分原因是我在第一职业生涯中在计算中发生了什么。重要的是,我认为每个人都应该对此有所了解。

许多年前,我曾经去拜访一位在北卡罗来纳州“飞行的出生地” Kitty Hawk附近住过房子的朋友。当我在海滩上散步时,我会想象另一个时代的景象:两名年轻的自行车修理工在他们建造的飞行器之后冲下山坡,追逐着他们梦an以求的飞机可以载人数英里而不会坠毁的梦想。

较早的航空先驱在其发明上实现了大胆的信仰飞跃。一些人从字面上实现了这一飞跃,并陷入了死亡。但是,自行车技师奥维尔(Orville)和威尔伯·怀特(Wilbur Wright)做得更聪明。他们建造了一个基本的风洞。我在凯蒂·霍克(Kitty Hawk)上看到的复制品只是一个棺材大小的盒子,一端装有燃气风扇。

兄弟俩用风洞试验了从锯片和备件上切下来的模型升降机,方向舵,螺旋桨和机翼。他们尝试了细长的细长翅膀和方形,几乎是扁平的,有些是卷曲的,而有些则在前缘较厚。没有人比你的手大。

威尔伯(Wilbur)和奥维尔(Orville)建立了他们的模型,以帮助回答一个棘手但至关重要的问题:它将运转吗?结果使他们取得了飞跃,不是信仰,而是理性。正如风洞实验所预料的那样,莱特摩天轮(Wright Flyer)发挥了作用。飞行器迅速将人类带入了新的轨道。

在访问Kitty Hawk的几年前,我做出了自己的飞跃,以相信技术革命即将使计算变得更容易,更便宜,更强大的方式开始了Microsoft,而这种改变将以惊人的速度发生。这项赌注得到了回报,包括帮助科学家和工程师比以往任何时候都更快更远地进步。使用软件和超级计算机(而不是钢铁和木材)构建的模型,他们现在可以一天运行数千个精心制作的虚拟实验,而不必担心会伤害任何人或破产。

这也使计算机建模成为我现在所做的大部分工作的理想工具,因为我正在寻找可以再次改变历史道路的创新和思想。在药物开发,疾病根除以及能源生产的突破等领域,大胆的想法往往会出现较长的时间表,巨大的成本和不确定性。建模在所有三个方面都有帮助。

消耗能量。我投资了一些公司,这些公司试图从地球上获取热量,建造太阳能友好型电网,并诞生下一代核反应堆,等等。看看这些实验室,您会发现聪明的工程师可以利用计算机建模的预测能力。在纪录片中我在核能领域的工作中发挥了特别重要的作用。

早在2005年,前微软同事内森·迈尔沃尔德(Nathan Myhrvold)向我展示了一篇有关创新型核反应堆的长篇科学论文,并向我介绍了主要作者,一位名为洛厄尔·伍德(Lowell Wood)的发明物理学家,他后来连续打破了托马斯·爱迪生(Thomas Edison)的美国纪录历史上的专利。洛厄尔声称该反应堆可以满足“人类的大部分’对21世纪的电力需求。”

我对此表示怀疑,但也很感兴趣。一方面,我在冷战中长大,回想起在三哩岛和切尔诺贝利发生的事故,这是核动力危险处理不当的证据。另一方面,我学会了听听内森的想法。曾与史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)合作进行研究的物理学家,他是1990年代的微软首席技术官,并创建了微软的研发实验室。他在确定有远见的技术方面具有罕见的才能,因此本文介绍了一种专门设计用于避免核反应堆过去遇到的问题的反应堆。

在2006年,我开始与Nathan和Lowell一起研究这个想法的细节。借助物理定律(而不是容易犯错误的人类操作人员),即使在地震,海啸或飞机失事后也能将温度控制在可控范围内,该反应堆真的可以证明是安全的吗?是否可以通过燃烧贫铀作为燃料来真正减少现有的危险废物库存?

他们声称这些反应堆在加油之间可以运行数十年,从而降低了电力成本。他们说,各国可以在不浓缩铀的情况下运行它们,因此这项技术不会增加武器扩散的风险。

听起来一切都很不错,但实际上行得通吗?

我给内森实验室的种子资金来招募一支核工程师团队。第一步:从橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)购买价值800美元的核建模软件,并对其进行优化,直至其速度提高一千倍,准确度提高一百万倍。

接下来,他们组装了一个超级计算机,他们以建造第一座核反应堆的物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)的绰号命名。在短短几个月内,恩里科模拟了数百万个围绕反应堆堆芯,分裂原子并传输核裂变能量的中子。这是我们21世纪版本的赖特兄弟的风洞。

该模型立即证明了其价值。我们曾希望该反应堆可以在th上运行,or产生的危险废物比铀在这种反应堆中要少。令我们失望的是,建模显示showed激发的裂变最终会消失。但是这些模型还表明,如果我们主要使用贫铀这一廉价而丰富的替代品来运行该反应堆,那么它在一次燃料负载下可能会以高功率运转数十年。

在接下来的几年中,工程师和物理学家在计算机上结合了许多不同的模型,以创建核电站的数字原型。他们对工厂的数千种不同配置进行了试验,从燃料的直径到热量和冷却剂如何流经工厂不断进行细微调整,以了解这些变化(以及各种最坏的情况,例如地震)和飞机坠毁)可能会影响工厂60年或更长的使用寿命。

这些模型逐步帮助优化了设计,使我们充满信心,它可以克服数十年来阻碍核能的现实障碍。更安全吗?清洁器?便宜点吗防扩散?是的。我们将工作分解成一个名为TerraPower的合资企业,我投入了更多的资金,然后我们开始寻找合作伙伴来建立示范工厂。

同时,我们的基金会已开始投资以消灭小儿麻痹症,并探索是否可以根除其他疾病。我资助了内森实验室的一个小团队,以模拟疟疾,结核病和艾滋病毒等传染病的传播方式。该团队成长为位于西雅图的研究所,该研究所帮助我们更准确地将脊髓灰质炎针对于尼日利亚等我们一直努力保持在这种疾病面前的位置。

模型是非常有用的工具,但它们只是工具。他们无法预测我们的反应堆是否会获得所需的资金,或者如纪录片所示,中美之间的贸易争端将使我们最初的建造计划陷入困境。现实世界充满惊喜。从根本上讲,很难为地缘政治,宏观经济学或任何与人为决定而非自然法则有关的事物建模。

但是计算科学确实帮助我们取得了飞跃性的进步,可以使我们更接近一个拥有丰富清洁能源的世界,而贫穷和可预防疾病已成为过去。正如赖特兄弟(Wright brothers)所展示的,在正确的时间正确的发明可以改变世界。

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