摩爾定律與電池技術:沒戲

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自從戈登·摩爾提出以他的名字命名的無處不在的定律以來,它已被應用於遠遠超出其最初 intended 的範疇。這也許並不令人驚訝;科學技術史——以及宗教史——一再表明,先知的追隨者通常會將他的原則擴充套件到先知從未真正認可的領域。

電晶體技術似乎確實遵循了摩爾定律曲線,基因組測序等其他一些尖端技術也似乎如此。然而,摩爾定律的宣揚者已將其定律擴充套件到幾乎所有事物。當應用於生物醫學研究時,該定律尤其顯得失效;例如,去年的一篇評論指出,藥物開發的速度幾乎似乎遵循著一個相反的定律,名為“Eroom 定律”,即生產力下降定律。庫茲韋爾式的預測暫且不論,神經科學研究可能遵循同樣的軌跡,即在快速繪製神經元連線圖譜之後,會出現一個漫長的休眠期,在此期間,我們將努力透過人工手段複製這些過程。

新興技術可能不遵循摩爾定律的基本原因,要麼是我們傾向於低估技術應用系統的複雜性,要麼是我們低估了物理學和化學的基本原理,這些原理會內在限制該領域中摩爾定律式的突破。在醫學研究的情況下,這兩種限制似乎都露出了它們醜陋的、突發的苗頭,這就是我對像雷·庫茲韋爾這樣的未來學家們的主要問題所在,他們似乎想象整個宇宙都由摩爾定律式的各個領域的指數級進步所支配。並非所有複雜程度都是相同的,而且我們沒有足夠的證據來了解摩爾定律(我認為應該簡單地重新命名為“摩爾觀察”)在實際問題解決領域中的普遍性。


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關於基礎科學侷限性的論點可能尤其適用於備受吹捧的電池研究,其支持者似乎經常宣稱電池技術的下一次突破即將到來。但是,美國物理學會的弗雷德·施拉赫特在《美國國家科學院院刊》上發表的一篇觀點文章給這些樂觀的預測踩了剎車。他的觀點很簡單:任何型別的電池摩爾定律都可能受到電池工作原理中固有的基本化學性質的限制。這與電晶體不同,在電晶體中,更精細的光刻技術基本上使得多年來重複應用小型化成為可能。

電池沒有摩爾定律。計算機處理器存在摩爾定律的原因是電子很小,它們不佔用晶片上的空間。晶片效能受到用於製造晶片的光刻技術的限制;隨著光刻技術的進步,可以在處理器上製造出越來越小的特徵。電池並非如此。在電池中傳輸電荷的離子很大,它們會佔用空間,陽極、陰極和電解質也是如此。D 型電池比 AA 型電池儲存更多的能量。電池中的電勢由相關的化學反應決定,從而限制了最終的電池效能。電池容量的顯著提高只能透過改變不同的化學物質來實現。

即使這種不同的化學物質也將受到基本引數的控制,例如離子的大小以及化學反應和電流的速率。施拉赫特接著指出鋰電池最近遇到的問題,包括火災。因此,不能保證電池技術的突破能與過去三十年計算機技術的突破相提並論。文章說得對,在我們等待這些突破的同時,大力提高汽車的能源效率,使其更輕、更小、更強大,確實是一個好主意。能源效率最終不會解決汙染問題,因為汽車仍然會以汽油為燃料,但這肯定會在我們等待摩爾定律設計的下一次電池突破時,為我們爭取很長一段時間。當涉及到下一代電力技術時,該定律可能並不真正適用。

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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