Størrelse betyder noget: stordriftsfordelene, fra de helt store til de helt små – Physics World

Størrelse betyder noget: stordriftsfordelene, fra de helt store til de helt små – Physics World

Tidsstempel: 8. november 2023 kl. 5

Afbildning af et olietankskib fast i en kanal
Stordriftsfordelene Det er ikke kun fysikkens love, der dikterer størrelsen: Nogle gange kan mere verdslige praktiske forhold, såsom olietankskibe, der bliver for store til at passe gennem kanaler, få væksten til at stoppe. Høflighed: Adobe Stock/Corona Borealis

For hundrede og halvtreds år siden i USA var den samlede effekt af fire stærke heste spændt til en plov ikke mere end 3 kilowatt – og mere end halvdelen af ​​hele arbejdsstyrken arbejdede på gårde. I dag producerer selv den mindste John Deere traktor 120 kilowatt, og omkring 1.3 % af arbejderne er beskæftiget i landbruget. Det betyder, at landbrugsmaskinernes effekt er blevet ganget med 40, og arbejdsstyrken i landdistrikterne er blevet divideret med 40 i den tid – hvilket næppe er tilfældigt.

Inden for transport kan både moderne skibe og store passagerfly generere op til 90 megawatt. Det gør dem næsten 1000 gange stærkere end en typisk lille bil og 100,000 gange stærkere end et vandhjul fra det 19. århundrede. Og det er ikke engang de mest kraftfulde maskiner derude: nogle dampmaskiner, der genererer elektricitet, kører nu med 1000 megawatt. Når man ser bort fra miljøpåvirkningen, har disse enorme stigninger i kraft bragt et overskud af fødevarer og forbrugsvarer til overkommelige priser til et stort set bysamfund med øget adgang til information og mobilitet.

Den tjekkisk-canadiske videnskabsmand og politiske beslutningstager Vaclav Smil analyserer denne vækst i skala og magt i sin seneste bog Størrelse: Hvordan det forklarer verden. Smil er en produktiv forfatter, der allerede har udgivet mere end 40 bøger om emner lige fra energi- og fødevareproduktion til teknisk innovation og offentlig politik. I dette værk genbesøger han nogle af disse territorier og forbinder dem med en diskussion om størrelse, selvom det måske er mere præcist at sige, at bogen handler om proportioner.

Størrelse er ikke så trivielt som blot en liste over ting, der er blevet meget store gennem århundreder. De fysiske begrænsninger for den vækst diskuteres – størrelsen af ​​olietankskibe udtrykkes f.eks. ofte i dødvægtstonnage (dwt), og størrelserne på disse skibe steg støt fra omkring 20,000 dwt efter Anden Verdenskrig til omkring 300,000 dwt pr. 1970'erne. Der er ingen tekniske begrænsninger for at gøre dem mere end dobbelt så store, og alligevel er det ikke sket. Smil påpeger, at det skyldes, at kun en håndfuld dybvandshavne i verden kan rumme sådanne megaskibe, og de ville ikke være i stand til at passere gennem hverken Suez- eller Panama-kanalen.

I den modsatte ende af størrelsesskalaen diskuterer Smil Moores lov, hvor ingeniør Gordon Moore i 1965 forudsagde den hurtige fordobling af antallet af komponenter placeret på en mikrochip. En graf over antallet af transistorer i forhold til tid viser, at loven blev opretholdt i mange årtier, men at der har været en lille udjævning siden 2008. Smil forbinder denne hale med arbejde af den amerikanske elektroingeniør Robert Dennard, der viste, at som transistorer bliver mindre, kan de fås til at køre hurtigere uden at øge det samlede strømforbrug – men at denne skaleringseffekt allerede var begyndt at nå sin grænse i 1990'erne. Fremtidige forbedringer kan også styres af både litografiens naturlige grænser, den meget anvendte lystryksteknik og af de enorme investeringer, der er nødvendige for at udvikle en ny produktionsfacilitet.

Størrelse går også ud over blot at analysere teknologi. I et forsøg på at værdsætte den menneskelige skala i alle aspekter af design, starter Smil med en længere diskussion af de kæmper, man støder på i Gullivers rejser. Vi lærer, at – på trods af Jonathan Swifts forsøg på at bygge sin fiktive verden med en vis plausibilitet – afslører en moderne forståelse af materialer, at hans giganter ikke ville have været i stand til at gå oprejst. Værre er det, at deres masse-til-overflade-forhold ville have gjort det meget svært for dem at køle sig selv ned, et problem afspejlet i de betydeligt mindre Lilliputians, som ville have været nødt til at spise næsten konstant for at opretholde deres kropstemperatur.

Spredningen af ​​emnerne i bogen kan måske forhindre den i i sidste ende at præsentere en sammenhængende afhandling - men det er ikke mindre behageligt for det. Den lange diskussion af normale fordelinger og hvordan de gælder for så forskellige spørgsmål som indkomstfordeling, såvel som basketballspillernes højder, er både informativ og underholdende. Jeg nød også afsnittet om menneskekroppen og opfattet tiltrækningskraft, som fører til en analyse af, hvordan vi er repræsenteret i malerier. Det fører os igen til et vidunderligt skænderi om den formodede allestedsnærværende af "det gyldne snit" i kunst og design. Smil nærmer sig dette begreb med en vis skepsis og konkluderer, at det såkaldte forhold ikke kan udtrykkes præcist som en brøk, og derfor ikke engang virkelig er et forhold.

Alt i alt mistænker jeg så mange Fysik verden læsere ville blive glade for at finde denne bog, der venter på dem under juletræet. Det ville faktisk være perfekt læsestof for alle, der nyder en matematisk analyse af verden omkring dem og har lidt fritid.

  • 2023 Penguin 304 pp £20hb

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden