摩尔定律与电池技术:没戏

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


自从戈登·摩尔提出以他的名字命名的无处不在的定律以来,它已被应用于远远超出其最初 intended 的范畴。这也许并不令人惊讶;科学技术史——以及宗教史——一再表明,先知的追随者通常会将他的原则扩展到先知从未真正认可的领域。

晶体管技术似乎确实遵循了摩尔定律曲线,基因组测序等其他一些尖端技术也似乎如此。然而,摩尔定律的宣扬者已将其定律扩展到几乎所有事物。当应用于生物医学研究时,该定律尤其显得失效;例如,去年的一篇评论指出,药物开发的速度几乎似乎遵循着一个相反的定律,名为“Eroom 定律”,即生产力下降定律。库兹韦尔式的预测暂且不论,神经科学研究可能遵循同样的轨迹,即在快速绘制神经元连接图谱之后,会出现一个漫长的休眠期,在此期间,我们将努力通过人工手段复制这些过程。

新兴技术可能不遵循摩尔定律的基本原因,要么是我们倾向于低估技术应用系统的复杂性,要么是我们低估了物理学和化学的基本原理,这些原理会内在限制该领域中摩尔定律式的突破。在医学研究的情况下,这两种限制似乎都露出了它们丑陋的、突发的苗头,这就是我对像雷·库兹韦尔这样的未来学家们的主要问题所在,他们似乎想象整个宇宙都由摩尔定律式的各个领域的指数级进步所支配。并非所有复杂程度都是相同的,而且我们没有足够的证据来了解摩尔定律(我认为应该简单地重新命名为“摩尔观察”)在实际问题解决领域中的普遍性。


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关于基础科学局限性的论点可能尤其适用于备受吹捧的电池研究,其支持者似乎经常宣称电池技术的下一次突破即将到来。但是,美国物理学会的弗雷德·施拉赫特在《美国国家科学院院刊》上发表的一篇观点文章给这些乐观的预测踩了刹车。他的观点很简单:任何类型的电池摩尔定律都可能受到电池工作原理中固有的基本化学性质的限制。这与晶体管不同,在晶体管中,更精细的光刻技术基本上使得多年来重复应用小型化成为可能。

电池没有摩尔定律。计算机处理器存在摩尔定律的原因是电子很小,它们不占用芯片上的空间。芯片性能受到用于制造芯片的光刻技术的限制;随着光刻技术的进步,可以在处理器上制造出越来越小的特征。电池并非如此。在电池中传输电荷的离子很大,它们会占用空间,阳极、阴极和电解质也是如此。D 型电池比 AA 型电池储存更多的能量。电池中的电势由相关的化学反应决定,从而限制了最终的电池性能。电池容量的显着提高只能通过改变不同的化学物质来实现。

即使这种不同的化学物质也将受到基本参数的控制,例如离子的大小以及化学反应和电流的速率。施拉赫特接着指出锂电池最近遇到的问题,包括火灾。因此,不能保证电池技术的突破能与过去三十年计算机技术的突破相提并论。文章说得对,在我们等待这些突破的同时,大力提高汽车的能源效率,使其更轻、更小、更强大,确实是一个好主意。能源效率最终不会解决污染问题,因为汽车仍然会以汽油为燃料,但这肯定会在我们等待摩尔定律设计的下一次电池突破时,为我们争取很长一段时间。当涉及到下一代电力技术时,该定律可能并不真正适用。

Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

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