A méret számít: a méretgazdaságosság, a nagyon nagytól a nagyon kicsiig – Fizika világa

Százötven évvel ezelőtt az Egyesült Államokban az ekére akasztott négy erős ló együttes teljesítménye nem volt több 3 kilowattnál – és a teljes munkaerő több mint fele a gazdaságokban dolgozott. Ma már a legkisebb John Deere traktor is 120 kilowatttot termel, és a dolgozók mintegy 1.3%-át a mezőgazdaságban foglalkoztatják. Ez azt jelenti, hogy a mezőgazdasági gépek teljesítményét 40-zel szorozták, a vidéki munkaerőt pedig 40-zel osztották el ezalatt – mindez aligha véletlen.

A közlekedésben a modern hajók és a nagy utasszállító repülőgépek akár 90 megawattot is képesek termelni. Ezzel közel 1000-szer erősebbek, mint egy tipikus kisautó, és 100,000 19-szer erősebbek, mint egy 1000. századi vízikerék. És még csak nem is ezek a legerősebb gépek: egyes gőzgépek, amelyek áramot termelnek, már XNUMX megawatton működnek. Eltekintve a környezeti hatásoktól, a hatalom e hatalmas növekedése élelmiszerek és megfizethető fogyasztási cikkek túlnyomó részét hozta a nagyrészt városi társadalomban, megnövekedett információkhoz és mobilitáshoz való hozzáféréssel.

A cseh–kanadai tudós és politikai döntéshozó Vaclav Smil ezt a lépték- és erőnövekedést elemzi legújabb könyvében Méret: Hogyan magyarázza el a világot. Smil termékeny szerző, aki már több mint 40 könyvet publikált az energia- és élelmiszertermeléstől a műszaki innovációig és a közpolitikáig terjedő témákban. Ebben a munkában újra felkeres néhány ilyen területet, összekapcsolva őket a méretről szóló vitával, bár pontosabb lenne azt mondani, hogy a könyv az arányokról szól.

Méret nem olyan triviális, mint egyszerűen felsorolni azokat a dolgokat, amelyek az évszázadok során nagyon nagyokká váltak. Ennek a növekedésnek a fizikai korlátait tárgyalják – például az olajszállító tartályhajók méretét gyakran hordképességben (dwt) fejezik ki, és ezeknek a hajóknak a mérete folyamatosan nőtt a második világháború utáni körülbelül 20,000 300,000 dwt-ról körülbelül 1970 XNUMX dwt-ra. az XNUMX-es évek. Nincsenek műszaki korlátai annak, hogy kétszer akkora méretűek legyenek, de ez mégsem történt meg. Smil rámutat, hogy ennek az az oka, hogy a világon csak egy maroknyi mélytengeri kikötő tud ilyen megahajókat fogadni, és ezek sem a Szuezi-, sem a Panama-csatornákon nem lennének képesek áthaladni.

A méretskála másik végén Smil tárgyal Moore törvénye, amelyben Gordon Moore mérnök 1965-ben a mikrochipen elhelyezett alkatrészek számának gyors megkétszerezését jósolta. A tranzisztorok számának az idő függvényében ábrázolt grafikonja azt mutatja, hogy a törvényt sok évtizeden át fenntartották, de 2008 óta enyhe kiegyenlítés tapasztalható. Smil ezt a visszaesést Robert Dennard amerikai villamosmérnök munkájához köti, aki kimutatta, hogy A tranzisztorok kisebbek, gyorsabban üzemelhetők anélkül, hogy növelnék a teljes energiafogyasztást – de ez a skálázási hatás már az 1990-es években elkezdte elérni a határt. A jövőbeli fejlesztéseket a litográfia természetes korlátai, a széles körben alkalmazott fénynyomtatási technika és az új gyártóüzem fejlesztéséhez szükséges hatalmas beruházások is szabályozhatják.

Méret túlmutat a technológia egyszerű elemzésén is. Annak érdekében, hogy megkísérelje értékelni az emberi léptéket a tervezés minden aspektusában, Smil hosszas vitával kezdi az óriásokat, amelyekkel a tervezés során találkoztak. Gulliver utazásai. Megtudjuk, hogy – annak ellenére, hogy Jonathan Swift megpróbálta némi hihetőséggel felépíteni fiktív világát – az anyagok modern megértése felfedi, hogy óriásai képtelenek lettek volna egyenesen járni. Ami még rosszabb, a tömeg-felület arányuk nagyon megnehezítette volna a lehűtést, ami a lényegesen kisebb liliputiaknál is tükröződik, akiknek szinte folyamatosan enniük kellett volna, hogy fenntartsák testhőmérsékletüket.

A könyv témáinak szétszórt jellege talán megakadályozza abban, hogy végül összefüggő tézis legyen – de azért nem kevésbé élvezetes. A normál eloszlások hosszadalmas tárgyalása, és azok alkalmazása olyan változatos kérdésekre, mint a jövedelemeloszlás, valamint a kosárlabdázók magassága, egyszerre informatív és szórakoztató. Tetszett az emberi testről és az észlelt vonzerőről szóló rész is, amely elvezet annak elemzéséhez, hogy miként jelenünk meg a festményeken. Ez pedig elvezet minket egy csodálatos rikácsoláshoz az „aranymetszés” állítólagos mindenütt jelenléte a művészetben és a designban. Smil némi szkepticizmussal közelíti meg ezt a fogalmat, és arra a következtetésre jut, hogy az úgynevezett arányszám nem fejezhető ki pontosan törtként, ezért nem is igazán arányszám.

Összességében gyanítom, hogy sokan Fizika Világa az olvasók örülnének, ha rájuk várna ez a könyv a karácsonyfa alatt. Valóban tökéletes olvasnivaló lenne mindenkinek, aki szereti a körülöttük lévő világ matematikai elemzését, és van egy kis szabadideje.

• 2023 Pingvin 304 pp 20 GBP

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/size-matters-the-economies-of-scale-from-the-very-big-to-the-very-small/