独品 | 未来的房子都飘在空中？

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星期二

2017年6月

为什么要建造磁悬浮房屋呢？

为了抵抗地震和洪水。

一日一签

磁力魔法

从漂浮滑板到悬浮住宅，

技术创造奇幻真实

《回到未来》三部曲中的第二部上映于1989年感恩节期间。这部电影讲述了男主角马蒂和疯狂科学家布朗博士从1985年穿越到2015年，而后又穿越回1955年，以及这段奇妙的经历如何影响了他们在1985年的生活。电影深入浅出地解释了时空因果效应，情节妙趣横生，一时风头无双。

多年后重看这部电影，最为有趣的一件事情是看20世纪80年代的美国人如何脑补美国在2015年的景象。其中不乏充满调侃意味的搞笑，比方说2015年的年轻人以把兜掏出来穿衣服为时尚，通货膨胀如此之高以至于一杯百事可乐要卖50美元，或者是耐克发明了可以自己系鞋带的运动鞋。但也有不少当年的天方夜谭在今天已经成为现实，比方说电影中的可视电话就是我们今天用的FaceTime。

不过，真正让我们这一代科幻迷梦寐以求的却是一种叫作悬浮滑板的交通工具。顾名思义，悬浮滑板摒弃传统的小轮支撑，而通过其他反重力手段使滑板悬浮于空中。电影中最为经典的桥段，是几个反派配角和男主角在街头乘悬浮滑板追逐的场景。在第三部中，疯狂科学家布朗博士更是在悬浮滑板上抱得美人归。

悬浮滑板示意图

导演自然不用去关心悬浮滑板的物理原理和工程实现，但是这种即使在今天看来都“黑”到骨子里的技术却让广大观众非常着迷，尤其是那些喜欢科幻电影的科学家和工程师总是跃跃欲试想把这项技术从银幕上搬到现实之中。

事实上可随身携带的悬浮（或者说反重力）装置是人类普遍的夙愿，从影视作品中就可见一斑，例如《哆啦A梦》中的竹蜻蜓，《阿拉丁》中的飞毯，《007之雷霆万钧》中的喷气背包。

在《回到未来2》上映后的20多年里，不断有公司声称自己开发出了悬浮滑板，可惜都被证明是欺世盗名之举。类似的技术和产品倒是已经存在，例如Martin Aircraft Co.推出的个人喷气式飞行器，或者Jet-Flyer推出的喷水式飞行器。但是，这两类产品价格昂贵，操作复杂，还需要经过专业训练才能操作，稍有不慎就会受伤甚至机毁人亡，因此离成为大众消费品还有很远的距离。

我们不妨先后退一步，暂时不要求飞得那么高那么快，先着手于一些简单如悬浮滑板这样的小系统，那么便携式反重力系统的开发和推广就会在一个更为可控的范围之内。物理学中的迈斯纳效应和楞次定律均为反重力系统提供了具有高可行性的解决方案。其中迈斯纳效应是一种量子物理学现象，涉及高温超导；而楞次定律是一种经典力学现象，涉及电场和磁场之间的相互转化。

这两种方案呈现了诸多精妙绝伦的物理学原理，而工程实现却又足够简单、廉价，所以相信在不太久远的未来，一些人家的后院、学校的操场或者是小区旁边的公园，就会在传统滑板滑道的旁边架起悬浮滑板滑道，以供人们便捷地体验飞翔的感觉。我也相信，这些玩家中不仅会有年轻人，更会有像我一样的中年人，因为我们玩的不仅仅是黑科技，也是童年的梦想。

后院里的悬浮装置：Lexus vs. Arx Pax

我学医学的太太只能记住我专业领域的一件事情，就是我总喜欢自诩为万磁王。她每每看到磁学的新闻就会跟我提一下。就在2015年6月末的时候，她小心翼翼地告诉我悬浮滑板的原型样机已经试验成功，而且是由著名的Lexus车厂推出，利用的就是磁性。

作为一个既热爱磁学又热爱电影的人，十分痛心自己错过了一次创造历史的机会。后来仔细看了Lexus的广告，略觉欣慰，因为Lexus并不是要推出悬浮滑板，而是用其作为一种噱头来卖车。广告中主人公脚踏悬浮滑板飞跃Lexus在2015年推出的新款车。请注意滑板的两侧在冒白烟，我将在下一节解释原因。

这个广告的设计非常精巧：其一，Lexus在美国首次亮相并推出了第一款车正是《回到未来2》上映的那一年，即1989年；其二，2015年距《回到未来1》上映正好三十周年；其三，当年看《回到未来》那一代的年轻人（也就是最迷悬浮滑板的那一代人）现在处于35岁到45岁之间，最有消费能力去购买Lexus的新款车。所以Lexus就利用这一代消费者的群体记忆制作了这个广告，并且提出了一个口号叫作“Amazing in Motion”。

这无非是在暗示，即便今天你还买不到一个悬浮滑板，但是你却可以买到一辆Lexus的车，圆一个儿时的悬浮梦。

冒烟的悬浮滑板（左）与不冒烟的悬浮滑板（右）

本着工匠精神我做了更为彻底的搜索，发现自己真的错过了创造历史的机会。一家地处硅谷圣克拉拉市叫作Arx Pax的公司已经推出了用于个人娱乐的悬浮滑板，也应用了磁性原理。这款产品叫作Hendo，来自于公司的创始人Greg Henderson的姓氏。图2（右）所示为Hendo的原型样机示意图。请注意这款产品没有在冒白烟，原因也会在下一节解释。

Henderson的个人经历颇具传奇色彩。此人西点军校工程系出身，十年军事生涯，退役后一直在美国顶尖的建筑事务所工作，一直做到合伙人，而后来到硅谷创业。他的公司仍然处于初创阶段，不过30人左右的规模，却集中了毕业于美国最顶尖院校的工程师和设计师。在我看来，他们是一群天才的梦想者，也将是新一代娱乐方式的创造者。

然而对于Henderson来说，悬浮滑板仅仅是开胃菜，“空中楼阁”才是他的终极目标。也就是说，个人娱乐产品远远不能满足Henderson的野心，从根本上颠覆建筑业才是他真正的着眼点。根据他的网站说，有一天他在遛狗的时候思考了这样一个问题：如果我们可以实现磁悬浮列车，为什么不能建造磁悬浮房屋？

可是为什么要建造磁悬浮房屋呢？

为了抵抗地震和洪水。

我客居美国多年，辗转于东北、东南和中南诸地，最近才搬到了位于西海岸的硅谷。个人认为在这所有的地方之中，硅谷的自然环境是最差的——常年干旱植被荒芜倒也罢了，更要命的是旧金山地区处于地震带上。君不见好莱坞电影中，纽约往往毁灭于外星人入侵（例如《复仇者联盟》），而加州往往毁灭于地震（例如《末日崩塌》和《2012》）。

虽然电影中描述的那种毁灭性的地震百年难遇，但是各种小震从不间断。美国的住宅以一两层的木质结构居多，抗震性较差，轻则裂缝，重则倒塌，更难以抵抗大地震。另外一项美国居民常见的灾害是洪水，例如2005年袭卷美国南方诸州的卡特里娜飓风便引发了洪灾。有调查显示，在美国每年由洪水引发的经济损失在20亿到40亿美元之间。居民的损失往往是双重的：其一为直接经济损失；其二是在灾难过后，房屋保险会大幅提高，长远来看，这也是一笔巨大的花销。

然而从另外一个方面来看木制房屋，其轻便的特点又可以加以利用。Henderson认为磁力既然能够托起磁悬浮列车这样沉重的钢铁结构并且使之高速行驶，那么为什么不能托起比磁悬浮列车轻便得多的住宅呢？一旦住宅和地壳之间存在一个缓冲层，那么地震波就无法直接作用于住宅之上，而是被缓冲层吸收，这样就能确保建筑物的安全。更进一步讲，如果加大磁场，就可以把房屋升得更高一些，洪水就不会溢进屋了。

Henderson认为磁悬浮是最为高效、简易并且廉价的方法来形成并保持这些缓冲层。当我读完Henderson的这项专利书之后，只觉得这恐怕就是磁学极致“暗黑”的应用了吧。

磁悬浮房屋示意图

磁单极子

事实上磁悬浮滑板涉及的物理学原理早已为人们所知：楞次定律早在1834年就已经被提出；超导现象发现于1911年，而迈斯纳效应发现于1933年。过去磁悬浮技术的焦点在运输业，而硅谷则要把这些已经熟知的物理原理推到一个更“黑”，更为颠覆，但是同时又更接近大众的领域。

以大众消费者为终极目标是硅谷科技公司最重要的一个特征，这也解释了为什么硅谷人总喜欢把“用户体验”这四字箴言挂在嘴上。就拿我的工作来举例，我要花相当可观的时间和公司的艺术家做斗争。因为这些艺术家根据用户体验划定产品设计的框架，于是从美感上固然没得挑，但是其研发难度也呈几何倍数加大。于是工程师们就绞尽脑汁围绕这些框架做设计，真是白首穷经，艰苦卓绝。

然而这就是硅谷精神之所在，即不断发掘和满足消费者的需要，不论这种需要多么“逆天”。于是我们有了允许你通过旋转拇指选择歌曲的音乐播放器，志在给你10的10次方个结果的搜索引擎，可以在驾驶座椅上任性打游戏的无人驾驶汽车，给你的生活和职业带来极大方便的社交网络，有如贴心管家一般照顾你生活起居的恒温仪，甚至是带来飞翔快感的磁悬浮滑板和抵抗自然灾害的悬浮房屋等等黑科技。

硅谷的成功之道从来都不仅仅是技术，理想主义甚至是天马行空的白日梦永远是保持公司活力不可或缺的元素。正如《回到未来》中的一句台词所说的那样：“如果我的计算准确的话，你将会看到令人震惊的结果。”

（上文摘自《黑科技》，有删节）

延伸阅读

《黑科技：21项前沿科技将如何创造未来》

任化龙等 著

中国友谊出版公司

2017年3月版

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推荐理由：来自硅谷一线的15位作者在该书中展示了21项将会改变我们未来生活、让人脑洞大开的前沿科技。他们当中有前谷歌[X]实验室成员、苹果下一代输入技术硬件工程师、NestLabs资深传感器工程师、致力于让人类活得更健康的斯坦福医学博士后……他们从各自擅长的领域向我们展示了，在未来，哪些黑科技会让现在看起来不可能的奇异事件变成现实。

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