— На самом деле, с телескопом «Хаббл» ещё полбеды — погрешность была небольшой, а линзы сами по себе очень тонкая вещь. Но есть история и абсурднее. Во время первой высадки «Аполлона» Базз и Нил чуть не застряли внутри. Знаешь, почему?
Ли Сяомань спросила:
— Почему?
Она и правда не знала таких деталей.
— NASA спроектировало люк так, что он открывался внутрь. Внутри капсулы и так тесно, а скафандры астронавтов громоздкие, занимают всё пространство. Открываешь внутрь — чуть не заклинило. Если бы люк не открылся, они бы не смогли выйти наружу, а значит, и вернуться.
Логически это надо было проверить в первый же день, но никто этого не сделал. Только когда Нил на реальной Луне попытался открыть дверь, он понял, что что-то не так.
Реальность не подчиняется логике.
Логотип Xiaomi могли не заметить — возможно, все просто были невнимательны; возможно, кто-то и заметил, но решил, что это ерунда, и все за ним решили, что это ерунда, или подумали, что если это проблема, то начальник укажет, или следующий этап укажет. В итоге никто не указал.
Реальность не обязана быть логичной. Но, надо отдать американцам должное, в умении находить решения они сильны. Так быстро прижать Лэй Цзюня и заставить его удалить уже опубликованное опровержение — это действительно мощно.
United Launch Alliance тоже выпустила заявление, объявив, что привлекла инвестиции от Xiaomi. На вопросы консервативных сенаторов о нарушении поправки Вольфа — ведь луноход VIPER принадлежит NASA — в Белом доме под руководством демократов эти вопросы сочли пустяковыми и замолчали.
Когда астронавты вернулись на Землю, старина Байден с воодушевлением устроил для них церемонию награждения в Белом доме и вручил соответствующие медали.
Он был искренне рад — ведь это беспрецедентный прорыв, при нём свершилась высадка на Луну. Программа «Артемида» обсуждалась ещё с времён Обамы, но так и не была реализована, а теперь он ответил на вопрос: когда же Америка снова высадится на Луну.
Хотя использовались китайские технологии, но если посмотреть на американские СМИ, все они обходят эту тему молчанием, словно ничего и не было.
Все говорят об успехе многообразия. По сравнению с высадкой 60-х, на этот раз на Луну ступили женщины-астронавты, и к тому же чернокожая женщина. Это прогресс эпохи, символ значительного продвижения к равенству и разнообразию.
Две женщины — чернокожая и белая — получили и славу, и деньги, спонсорские предложения посыпались со всех сторон.
А белый мужчина-астронавт, оставшийся в командном модуле ждать их возвращения, так же как и источник технологий, исчез из информационного поля, словно он и не был членом экипажа из трёх человек.
— Мистер Базз, как наша страна дошла до такого? — спросил полковник Джон Смит, отдыхая во Флориде в доме Олдрина.
Баззу очень нравился этот новый американский астронавт; он сам разорвал отношения с женой и детьми и был рад, что Джон Смит приехал к нему.
— Я не завидую, я просто удивлён. От газет до телевидения и соцсетей — все только и говорят о том, что мы отправили на Луну женщин, что мы отправили чернокожих, — с тоской сказал Джон Смит.
Олдрин покачал головой:
— Я тоже не знаю. Думаю, наша страна больна, но смогу ли я сказать, излечима ли эта болезнь, — не могу дать тебе ответа.
Демократы решили, что одержали большую победу, что многообразие сделало ещё один шаг вперёд. Но они не заметили, что над зданием их нарратива о многообразии уже сгустились две тучи:
Одну звали Трамп, а вторая выглядела как Маск, но на самом деле была Твиттером.
Эти две тучи на предстоящих президентских выборах превратятся в проливной дождь, который пройдёт по всей Америке, а затем и по всему миру, сокрушив ту систему нарративов, которую выстроили демократы.
***
— Наньпин, этот шаг — начало полномасштабной реконфигурации мирового порядка.
На доске была написана формула из матанализа.
После того как Ли Сяомань ушла, в кабинет Линь Жаня вошёл Сун Наньпин.
Вопрос был настолько серьёзным, что Линь Жань даже не стал обсуждать его с Пони Ма, а сразу позвал Сун Наньпина.
Он знал, что Сун Наньпин — человек из Пекина, а значит, абсолютно надёжный.
— Профессор, это что? — сердце Сун Наньпина билось чаще.
«Полномасштабная реконфигурация мирового порядка» — если бы это сказал кто-то другой, это было бы хвастовством.
Но это сказал Линь Жань, человек, который уже однажды совершил невозможное. Поэтому Сун Наньпин верил, что это правда.
Формула на доске выглядела очень сложной.
— Наньпин, знаешь, почему теоретический предел эффективности фотоэлектрического преобразования солнечных элементов составляет всего 33,7%? — спросил Линь Жань.
Сун Наньпин горько усмехнулся:
— Профессор, откуда же мне знать?
— Из-за предела Шокли — Квиссера. Этот предел ограничивает эффективность однопереходных солнечных элементов. Наши массово производимые фотоэлектрические батареи ещё не достигли этого предела, сейчас в среднем их КПД составляет около 20%.
Как приблизиться к пределу в 33,7%? Мы можем свести эту задачу к задаче квантово-статистической оптимизации с граничными условиями, где ограничения — это однопереходность и равновесное состояние. Когда мы решим эту математическую задачу и найдём оптимальное решение, мы сможем найти оптимальную структуру для достижения наилучших характеристик солнечных элементов.
Что, по-твоему, означает повышение эффективности фотоэлектрического преобразования с 20 до 30%? — спросил Линь Жань.
Сун Наньпин пробормотал:
— Это означает, что важность фотоэлектрической генерации в энергетическом балансе Китая может резко возрасти, мы сможем дальше продвигать чистую энергию. Это означает ускорение проникновения новых энергетических автомобилей.
Линь Жань кивнул:
— А если мы сможем преодолеть этот предел? Разрушить граничные условия и выйти за 33%? Что, если мы сможем достичь 50% без существенного удорожания по сравнению с нынешними технологиями?
— Это означает, что глобальные цены на электроэнергию резко упадут, структура ценообразования изменится, фотоэлектричество сможет применяться в большем количестве сценариев, и замена ископаемого топлива на солнечную энергию станет реальностью. Энергетическая безопасность сместится с месторождений нефти и газа на высокоэффективные солнечные компоненты и сырьё для них. Значение Ближнего Востока резко снизится, и мы получим новые дипломатические козыри, — Сун Наньпин понял, что имел в виду Линь Жань под реконфигурацией.
Управляемый термоядерный синтез — это технология, способная перевернуть всё, но и прорыв в фотоэлектрике тоже может перевернуть всё.
Согласно статистике Международного энергетического агентства, стоимость фотоэлектрической генерации в Китае составляет 0,033 доллара за кВт·ч, угля — 0,068, газа — от 0,10 до 0,14.
Поэтому возникает вопрос: раз фотоэлектричество дешевле всего, почему не использовать только его? Потому что оно зависит от солнца — ночью выработки нет, в пасмурную и дождливую погоду генерация резко падает. Для круглосуточного энергоснабжения на фотоэлектричестве нужны системы долгосрочного хранения энергии, стоимость которых в три раза выше, чем затраты на газовую генерацию.
Кроме того, фотоэлектрические станции сосредоточены на западе, а центры потребления — на юго-восточном побережье, пропускная способность сверхвысоковольтных линий ограничена.
Но если стоимость фотоэлектричества удастся снизить в 2,5 раза, ситуация изменится.
— Да, я уже решил задачу оптимизации неравновесного квантового многочастичного переноса. Это означает, что математически мы нашли инженерно реализуемое решение. В этой новой, точно спроектированной плотности электронных состояний, фононном спектре и сечении поглощения света путь преобразования энергии фотонов больше не будет ограничен тепловыми потерями и ограничениями одного экситона. Говоря проще, эта конструкция преодолевает предел Шокли — Квиссера, её эффективность достигает 50%, и для этого нужна лишь оптимизация технологического процесса, без применения новых материалов. Двери в новый мир вот-вот откроются.
— Круто, — только и сказал Сун Наньпин, больше ему добавить было нечего. Это действительно было круто.
— Профессор, значит, вы позвали меня, чтобы я сообщил в Пекин, чтобы можно было провести некоторые финансовые операции, возможно, потребуется перераспределение ресурсов, корректировка энергетической политики? Возможно, придётся создать новую крупную государственную компанию для единого продвижения замещения фотоэлектричеством? — продолжил Сун Наньпин.
Линь Жань махнул рукой:
— Для этого ещё рано. Я говорю это, чтобы объяснить: я решил эту проблему теоретически, поэтому нужна помощь китайской стороны в организации достаточно надёжной группы профессоров, которые помогут мне подтвердить это экспериментально и наладить технологический процесс для крупномасштабного производства.
Конечно, китайская сторона может заранее подготовиться и провести некоторые капитальные операции.
Но для этого потребуется, чтобы эти учёные работали в закрытом режиме — минимум три месяца, максимум полгода. И мне нужны молодые, энергичные учёные, которые умеют работать руками, лучше всего — молодые исследователи. Академики же уже сто лет сами не проводили эксперименты, так что они не подходят. В этом вопросе нужно положиться на официальные структуры для координации.
«Молодые, энергичные» — Сун Наньпин, который часто сидел в интернете, услышал в этих словах только одно: «рабочий скот»!
Нужны рабочие лошадки, умеющие делать эксперименты, а не старики, которые только командуют.
— Понял, я займусь организацией, — ответил Сун Наньпин.
Линь Жань добавил:
— И ещё площадки — это тоже нужно, чтобы пекинская сторона всё скоординировала. Лучше всего в Шанхае, я не хочу ехать в Пекин.
Сун Наньпин кивнул:
— Хорошо.
Почему Линь Жань не стал искать людей внутри Apollo Tech? Потому что там не хватало специалистов в этой области. Apollo Tech не занимается разработкой фотоэлектрических материалов.
В Китае больше всего такими вещами занимаются университеты. Перовскитные солнечные элементы вплотную приблизились к теоретическому пределу, и за последние десять лет перовскиты стали настоящей золотой жилой для публикаций — на каждом материаловедческом факультете есть специалисты по перовскитам. Благодаря этому немало молодых учёных получили гранты и звания.
Если нужно провести такую работу, наиболее эффективно положиться на координацию со стороны государства.
У Линь Жаня не было желания всё делать самому и все прибыльные направления замыкать на Apollo Tech.
Проект, который курировал Линь Жань, — фотоэлектрическая программа, способная изменить мир, — естественно, привлёк бы прежде всего рабочих лошадок, то есть молодых учёных из Шанхайского университета Цзяо Тун. В Шанхайском университете Цзяо Тун полно людей, работающих в этой сфере.
Так Цзян Тайлян и Чжао Ибин оказались в числе приглашённых. Их было не только двое — от университета приехало около пятидесяти человек, а всего собралось около двухсот, так что университет Цзяо Тун составлял более четверти.
Все работали примерно в одном направлении и были друг с другом знакомы, различалась только степень близости. Цзян Тайлян и Чжао Ибин были в хороших отношениях, вместе публиковали много статей — «слишком холодный» и «один лёд» — им было легко сблизиться.
Был уже конец года, скоро Новый год по лунному календарю. Сначала их факультет срочно уведомил приготовить вещи и быть готовыми не возвращаться домой на праздник — предстоит срочное и важное задание. Это было странно, ведь в материаловедении обычно не бывает таких срочных заданий.
Им никогда не поручали секретных проектов.
Затем их разместили в пригороде Шанхая, в месте, которое с первого взгляда было необычным. Когда они поздоровались друг с другом, поняли, что собралось около двухсот человек.
На следующий день в большом лекционном зале перед ними предстал Линь Жань, и все сразу поняли: «Кто ещё мог собрать нас всех вместе? Это же Жань-шэнь, теперь понятно».
Самый молодой академик обеих академий, обладающий нужным влиянием, и к тому же человек, которого высоко ценят и называют главной надеждой Китая на технологический прорыв, — это было неудивительно.
Чжао Ибин тихо сказал:
— То, что это профессор Линь, не удивительно. Но зачем он нас позвал? Хочет объявить о чём-то важном? Или предстоит прорыв по какому-то крупному проекту?
— Думаю, солнечные панели для лунной базы. Ведь для лунного суперкомпьютера энергия — одно из главных условий. На Луне в теневой зоне света нет, а на свету — лунная пыль и солнечный ветер. Как обеспечить стабильность, качество и срок службы фотоэлектрических панелей — это важно.
Но они не угадали.
Линь Жань поднялся и сказал:
— Уважаемые коллеги, мы собрали вас здесь, времени у нас мало, и нужна ваша помощь. Начнём с теории, а потом я постепенно объясню, что именно мне нужно от вас.
Всем известно, что сейчас мы видим однопереходные солнечные элементы. Некоторые многопереходные элементы по сути представляют собой набор однопереходных элементов с разной шириной запрещённой зоны, сложенных вместе, чтобы каждый поглощал фотоны в своём диапазоне энергий, уменьшая тепловые и пропускные потери.
С физической точки зрения это не меняет принцип преобразования энергии в однопереходном элементе, а лишь обходит предел Шокли — Квиссера в статистическом среднем. КПД каждого отдельного слоя всё равно ограничен пределом Шокли — Квиссера.
Я знаю, что некоторые из вас уже публиковали похожие работы, используя физические структуры для обхода самой сложной проблемы. Сегодня я хочу рассказать о том, как устранить предел Шокли — Квиссера непосредственно внутри однопереходного элемента с помощью оптимизации неравновесного квантового многочастичного переноса.
Линь Жань начал писать на доске за спиной:
— Математическая суть предела Шокли — Квиссера — это вариационная оптимизационная задача с ограничениями по спектральному распределению, физический вход — квантовые правила поглощения, и математическим результатом является этот предел, то есть максимум эффективности. Но нам нужно развязать эту задачу, разрушить предел, чтобы он перестал существовать.
— Ты понял? — спросил Цзян Тайлян вечером, вернувшись в общежитие.
Комнаты были двухместные, распределялись свободно, и Цзян Тайлян, естественно, поселился с Чжао Ибином, так как они были друзьями.
Линь Жань прочитал три лекции.
Первая — о моделировании процесса поглощения фотонов в квантовой многочастичной системе как нелинейной вероятностной оптимизации переходов между многочастичными состояниями, решение уравнений неравновесной квантовой динамики для сильно связанной электронно-дырочной системы и максимизации множественной экситонной генерации.
Вторая — оптимизационная задача для зависящего от времени квантового уравнения Больцмана, развязывание уравнений скоростей электрон-фононного рассеяния, чтобы время рассеяния было больше времени сбора носителей.
Третья — реконструкция спектра, оптимизационная задача преобразования частот в нелинейных оптических процессах.
И только затем — задача оптимизации неравновесного квантового многочастичного переноса.
Объединив решения этих задач, Линь Жань в итоге дал точные значения параметров материала, и структура, спроектированная в соответствии с этими значениями, позволяет обойти предел Шокли — Квиссера и достичь более высокой эффективности фотоэлектрического преобразования.
— Не понял, — ответил Чжао Ибин.
— Как это не понял? Ты же на лекции всё время кивал, я думал, ты понял, — с облегчением сказал Цзян Тайлян. Он думал, что один он ничего не понял.
— Это не противоречит, — сказал Чжао Ибин. — Я кивал в знак одобрения достижений профессора Линя.
Если бы я понял, я бы был не доцентом материаловедения, а профессором! У меня просто с теоретической базой слабовато.
Теоретическая база — проще говоря, математическая подготовка.
— Я тоже не понял. Как доказать, что профессор прав? — спросил Цзян Тайлян.
Чжао Ибин развёл руками:
— Экспериментально. Для этого нас и собрали. Я заметил, что среди приглашённых в основном экспериментаторы.
Цзян Тайлян кивнул:
— Я тоже так думаю. Но если так, зачем нам всё это объяснять? Можно было сразу сказать результат.
Чжао Ибин предположил:
— Может, это отбор. Отбирают лучших!
Цзян Тайлян сначала воодушевился: работать с Линь Жанем перспективнее, чем в университете. Но потом сник:
— Я даже понять не могу — значит, я не лучший.
На следующий день Линь Жань сказал:
— Уверен, вы уже примерно догадались, что мы будем делать.
От прорыва в теории до серийно выпускаемых компонентов, то есть промышленного производства, долгий путь.
Мне нужно, чтобы вы помогли мне создать лабораторный однопереходный элемент с эффективностью преобразования 50% и найти метод промышленного производства.
Многие молодые учёные в аудитории подняли руки.
Линь Жань указал на одного:
— У вас вопрос?
— Профессор Линь, лабораторный однопереходный элемент — это не сложно, за несколько месяцев мы его, наверное, сделаем.
Присутствующие закивали.
В лаборатории можно долго настраивать, вопрос лишь во времени.
Однопереходный элемент с КПД более 50% — это не просто Science, это уровень Нобелевской премии. Одно только теоретическое решение для преодоления предела Шокли — Квиссера уже тянет на Нобелевку.
Но задача серийного производства слишком масштабна, её не решить за полгода.
— Инженерный путь: нужно поэтапно искать технологичность материалов, какие материалы использовать, время жизни неравновесного состояния. В математической теории предполагается, что неравновесное электронное состояние длится сотни пикосекунд, но в реальных материалах оно может термализоваться за десятки фемтосекунд. В структурном дизайне устройства нужен очень быстрый механизм извлечения носителей — чтобы собрать их до потери когерентности. Электроды, дефекты интерфейса, управление фотонами — всё должно работать вместе.
Промышленное производство также требует учёта стоимости, срока службы и стабильности в различных условиях.
Линь Жань кивнул:
— Конечно, я всё это знаю. От математического решения до лабораторного однопереходного элемента — первый шаг. От лабораторного элемента до промышленного компонента — второй шаг.
Если бы мне нужен был только первый шаг, зачем мне двести человек? Я бы просто заключил контракт с материаловедческим факультетом университета Цзяо Тун, опубликовал Science и взял бы с собой не больше пятидесяти соавторов.
Что касается второго шага — от лабораторного элемента до промышленного производства — я уже нашёл для каждого этапа математическое оптимальное решение. Я уже сделал всю теоретическую проработку. Вам нужно только давать мне обратную связь с экспериментальной стороны.
Сначала все отнеслись к этому с недоверием. Но в последующие дни, как и говорил Линь Жань, по ключевым моментам он уже дал теоретические оптимальные значения. Весь процесс ускорился, как будто нажали кнопку «вперёд».
— Теперь я понимаю, почему под руководством Линьцзуна Apollo Tech удалось совершить высадку на Луну за такое короткое время. Это просто невероятно. Сегодня в свободное время я болтал с коллегой из нашей группы, и он сказал, что Линьцзун работает как с читерским кодом.
Обычно путь от научной теории до промышленности выглядит так: несколько лет назад был теоретический прорыв, потом постепенно появлялись экспериментальные подтверждения, накапливались, и когда индустрия находила подходящие статьи или результаты, начиналось промышленное производство. На это могли уйти десятки лет и усилия тысяч учёных.
Потому что в одно время публикуются тысячи результатов, и никто не знает, что из этого важно. То, что важно сегодня, может оказаться неважным завтра, а скромная статья, на которую никто не обращал внимания, может через годы стать основой для промышленного прорыва. Никто не знает, как именно пройти этот путь.
Мы все ищем сокровища в груде чужих достижений, а потом, отталкиваясь от них, создаём своё оружие.
А сейчас Линьцзун, по сути, взламывает задачу с уровня прикладной математики, даёт нам полную карту, указывает, что полезно, куда двигаться, — и сразу показывает прямой путь.
Это невероятное ощущение. С таким читерским кодом американцам в космосе с нами не тягаться, — размышлял Чжао Ибин.
В 1917 году Эйнштейн предложил теорию вынужденного излучения — основу для лазеров, но тогда это был лишь абстрактный физический концепт.
Лишь в 1960 году Теодор Мейман создал первый работающий лазер в лаборатории, который тогда считали бесполезным. В 1970-х лазеры начали использовать для травления кремниевых пластин и промышленной резки и сварки. Тысячи учёных участвовали в оптимизации, преодолевая проблемы стабильности.
От скромной статьи до технологий, охватывающих медицину, связь и полупроводники, прошло пятьдесят лет.
Транзисторы — от концепции полевого транзистора до полупроводников — тоже пятьдесят лет.
А теперь молодые учёные, участвующие в этом проекте, словно нажали кнопку ускорения. Теория применяется сразу, им дают модели и оптимальные решения, выведенные из теории. Им остаётся только проводить эксперименты.
Это беспрецедентный опыт.
То, что их держат здесь, не дают уехать домой на Новый год, высокая секретность, изоляция от мира — всё это кажется терпимым перед лицом того великого дела, которое они вершат.
Они знают, что если результаты будут, государство их не обидит.
Доценты могут сбросить приставку «доцент», молодые преподаватели, работающие по системе «не повысили — уходи», могут остаться, а профессора получат коллективную премию за научно-технический прогресс первой степени — это ведь не слишком много, правда?

Комментарии

Загрузка...