未來(lái)的制造：以此為背景的未來(lái)世界


如果有一天，技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈沒(méi)有那么長(zhǎng)了，那么未來(lái)將是什么樣子？那時(shí)候的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)又是什么樣子的？特別是工業(yè)和交通，這兩件事情對(duì)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活質(zhì)量的影響是決定性的。如果再考慮遠(yuǎn)一點(diǎn)，再過(guò)一百多年呢？依靠想象將這件事情逐步展開，一定是一件非常有趣的事情。

再切換一個(gè)場(chǎng)景：在生物體內(nèi)，比如一棵玉米。它利用太陽(yáng)的能量把輸入的水、二氧化碳、溶于水的其它元素等合成淀粉，蛋白質(zhì)...并向環(huán)境釋放氧氣等。一個(gè)微型的“工廠”（規(guī)模），直接從環(huán)境獲取原材料，而無(wú)需上游“工廠”（極短產(chǎn)業(yè)鏈），輸出氧氣等（環(huán)境友好），自我生長(zhǎng)（自我構(gòu)建和自我維護(hù)）。而它的產(chǎn)出居然是人類目前基本還做不到的----人工合成淀粉或者蛋白質(zhì)。這些它是怎么做到的？這里面扮演最重要角色的是誰(shuí)？是細(xì)胞和細(xì)胞演化的產(chǎn)物（如纖維）構(gòu)成的系統(tǒng)。繼續(xù)刨根問(wèn)底，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程起最關(guān)鍵作用的是蛋白質(zhì)，為什么？

首先我們來(lái)看一下蛋白質(zhì)的功能：

蛋白質(zhì)從功能上來(lái)說(shuō)有：
結(jié)構(gòu)蛋白：
構(gòu)成生物體組織結(jié)構(gòu)。
功能蛋白：
免疫：如免疫球蛋白等。
輸運(yùn)：如轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等。
酶：用于催化生物化學(xué)反應(yīng)。
激素：如胰島素，生長(zhǎng)激素等。
能量：
為什么蛋白質(zhì)能實(shí)現(xiàn)這么多的功能? 源于白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。之前說(shuō)到，蛋白質(zhì)其實(shí)是氨基酸構(gòu)成的長(zhǎng)鏈，也就是氨基酸分子內(nèi)的氨基，和另一個(gè)氨基酸分子的羚基。脫水縮合，形成的結(jié)構(gòu)，生化上稱為肽鍵。。這種線狀結(jié)構(gòu)，也叫做蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。如果再通過(guò)空間折疊，螺旋等方式，會(huì)構(gòu)成更復(fù)雜的區(qū)域結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)之間又可以通過(guò)各種作用力聚合在一起，形成二級(jí)，三級(jí)甚至四級(jí)復(fù)雜三維空間結(jié)構(gòu)。因?yàn)闃?gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸多達(dá)20種，其組合順序千變?nèi)f化，也就因此能夠形成各種不同的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各自不同的生物功能。

樓主你搞半天隔這做搬運(yùn)工呢

食物的“生產(chǎn)”

一棵樹，植根于土壤，并從中獲取水分和溶解于其中的礦物質(zhì)，它的軀干和葉子則置身于大氣海洋的底部，獲取生長(zhǎng)所需的二氧化碳等，在陽(yáng)光的作用下通過(guò)葉綠體這個(gè)“工廠”合成“淀粉”等，并向空氣中釋放“廢氣”---氧氣。植物體內(nèi)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)：龐大的“交通網(wǎng)絡(luò)”輸送每個(gè)組成單元的所需，并把他們產(chǎn)生的“垃圾”運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡胤�。它就像一個(gè)巨大的城市甚至是一個(gè)國(guó)家或者一顆星球。而葉綠體就是這個(gè)龐大帝國(guó)的“食物”工廠。

從“生物工廠”獲得的啟示

在葉綠體中，光合作用是最關(guān)鍵的，它的最底層機(jī)制人們一直沒(méi)有真正搞清楚。只是大致確定這個(gè)過(guò)程涉及到了量子效應(yīng)，比如“量子疊加效應(yīng)”，這方面的詳細(xì)機(jī)制目前仍然有待破解。但是這個(gè)“工廠”的效率是非常高的，它的原料非常簡(jiǎn)單，只要是水和二氧化碳。它的產(chǎn)出是碳水化合物：如淀粉之類，這是所有動(dòng)/植物食物的根源。它的副產(chǎn)品是環(huán)境友好的，更是必不可少的氧氣。

因?yàn)樵�料�?jiǎn)單，可以就地取材，所以就不需要耗時(shí)費(fèi)力的運(yùn)輸過(guò)程。復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐起了非常強(qiáng)大的“制造”能力，讓整個(gè)加工過(guò)程被打包于一片葉子內(nèi)部，和外部幾乎沒(méi)有其它的耦合。只要有陽(yáng)光、空氣和水，適宜的溫度，它們就能運(yùn)作很好。

這些都讓我們?nèi)祟惸壳暗纳�產(chǎn)系統(tǒng)望塵莫及。也為我們的制造能力樹立了目標(biāo)。

“機(jī)器”的生成
那么，我們?nèi)祟惖墓�業(yè)生產(chǎn)能否向著這個(gè)目標(biāo)？----越來(lái)越接近一棵玉米所能做到的。
如果我們?nèi)祟惖墓�廠各個(gè)環(huán)節(jié)的“機(jī)器”能在自身只有分子級(jí)大小，卻能完成所處環(huán)節(jié)的功能，那么工廠的規(guī)模就會(huì)變小。

分子級(jí)別的構(gòu)建已經(jīng)侵入了“量子作用”的世界。在那里，量子效應(yīng)開始主導(dǎo)“游戲”的規(guī)則，目前人們只能處理比較簡(jiǎn)單的量子模型，如果再遇上碳基家族的大分子，能猜測(cè)其構(gòu)造應(yīng)該是現(xiàn)在我們的認(rèn)知范疇。至于其復(fù)雜的作用過(guò)程，弄清楚實(shí)屬不易，大多數(shù)應(yīng)當(dāng)還處在我們認(rèn)識(shí)的盲區(qū)。
至于在這種級(jí)別上構(gòu)建生物體本身，人們隱約粗略知道DNA規(guī)劃和參與了這個(gè)過(guò)程。搞清楚這種分子級(jí)別的作用過(guò)程，是當(dāng)下最熱門也是最具挑戰(zhàn)的領(lǐng)域之一。如果在這方面有根本性的突破，那么人類可以模仿生物去構(gòu)建自己無(wú)比精密的機(jī)器嗎？

這里存在一個(gè)矛盾：
似乎只有碳基分子才有可能在這個(gè)尺度構(gòu)造如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，具體分析可以參考之前的文章：
【生命是什么】關(guān)于碳基生物的一些討論

只有分子級(jí)別結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣，才能帶來(lái)這么小體積的龐大系統(tǒng)，分子級(jí)別的“制造”才有可能，才能實(shí)現(xiàn)我們前文提到的目標(biāo)。

然而，碳基大分子很難滿足人類所期望的“機(jī)器”或者“產(chǎn)品”某些嚴(yán)苛的需求：更快的速度，更大的負(fù)荷能力，更寬的溫度適用范圍，更遠(yuǎn)的傳播距離（如電磁波通信）等，這是單純依靠碳基大分子很難實(shí)現(xiàn)：例如你很難想象由碳基大分子購(gòu)車的火箭或者通信設(shè)備。更加精細(xì)，環(huán)境更友好等反而不是緊迫之需。
產(chǎn)品和機(jī)器一樣遇到上述問(wèn)題，這種精細(xì)的復(fù)雜性和廣泛的適應(yīng)性是不是完全是一對(duì)矛盾呢？這非常值得探討，這也決定了我們上文對(duì)未來(lái)“制造”的憧憬是否是現(xiàn)實(shí)的。

首先，生物的過(guò)程也由非碳基高分子的參與，比如骨骼和牙齒的沉淀。碳基大分子參與這種非碳基也非大分子的材料的生成，這似乎是一個(gè)很有前途的方向，如果能把這類機(jī)制人工實(shí)現(xiàn)，且推廣到其它材料，那就非常厲害了。這甚至是未來(lái)“納米加工”的一條備選途徑。
其次，能否在碳元素在元素周期表的同一列里找到可以生成大分子的元素，比如硅元素，以此擴(kuò)充大分子材料的家族，以便獲得對(duì)材料更大的可選擇性。對(duì)此我謹(jǐn)慎樂(lè)觀，因?yàn)樗坪鯖](méi)有在自然界（至少在我們所處的這個(gè)環(huán)境）觀察到如碳基大分子那樣的情形出現(xiàn)在硅基分子中。當(dāng)然，不排除在某些自然環(huán)境很難存在的條件下，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法。這非常值得探索。
再就是和今天人類基于半導(dǎo)體（特別是硅元素）技術(shù)的結(jié)合，讓我們的機(jī)器或者產(chǎn)品具備電子信息產(chǎn)品的所有能力和特征。這方面的討論可以大篇幅展開，這絕對(duì)非常值得期待。
如果前面的問(wèn)題得以解決，那么組成這個(gè)“工廠”的每個(gè)分子級(jí)別大小的每個(gè)“小機(jī)器”如何被組裝和維護(hù)是個(gè)必須解決的問(wèn)題。首先，這能做到嗎？能！怎么做？答案同樣來(lái)自那棵玉米。復(fù)雜多樣的精細(xì)化必然帶來(lái)功能的多樣化，這當(dāng)然包含組裝和維護(hù)的功能。

都是樓主自己的文章的話
那只能膜拜了

接下來(lái)我們大致考察一下這種“工廠”能否生產(chǎn)我們當(dāng)下需要的一些產(chǎn)品，例如交通類的產(chǎn)品，通信類產(chǎn)品，食物，房屋，機(jī)器人等。有了上述討論的基礎(chǔ)，我認(rèn)為這是很有希望，很值得探索的。下面我們就大致考慮一下某些影響的細(xì)節(jié)和它的原理。
碳基分子構(gòu)成了極其復(fù)雜的生物體，其構(gòu)建過(guò)程中，蛋白質(zhì)的合成是依靠DNA參與的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程完成的。在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，DNA 序列 一個(gè)基因 被復(fù)制到稱為信使 RNA (mRNA) 的分子中。這個(gè)mRNA 攜帶 基因信息 從DNA到核糖體，其中 實(shí)際合成 蛋白質(zhì)的合成是在翻譯過(guò)程中發(fā)生的。
有朝一日，我們的機(jī)器和產(chǎn)品采用上述過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。從而大大縮短生成這種機(jī)器的產(chǎn)業(yè)鏈。當(dāng)然，要讓它更適合人類需求，他需要更快的生產(chǎn)（生長(zhǎng)）速度。

極大縮短的產(chǎn)業(yè)鏈將會(huì)很大程度消滅生產(chǎn)的盲目性，從而大大降低經(jīng)濟(jì)危機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

在未來(lái)的行星際移民中，這也是非常重要的一個(gè)努力方向。它可以讓很小規(guī)模的社會(huì)系統(tǒng)具備完全獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)體系。
大大減少物資的轉(zhuǎn)運(yùn)，因?yàn)楹芏嘀虚g環(huán)節(jié)的減少讓物資的運(yùn)輸主要集中于原材料和成品。這將大大減小城市規(guī)模，因?yàn)榇笠?guī)模城市沒(méi)有必要了。地區(qū)的不平衡將被最大程度撫平。

大大減少了對(duì)環(huán)境的破壞，因?yàn)榫��?xì)化讓排放和噪音幾乎都不存在了，精細(xì)化讓工廠和居民區(qū)不必再做區(qū)分。這又減少了交通需求。

地球未來(lái)的發(fā)展方向會(huì)像川陀（《銀河帝國(guó)》首都所在星球）那樣被過(guò)度改造嗎？還是正好相反，整體回歸它原始的狀態(tài)。
越發(fā)智能化的交通工具，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求就會(huì)越低。那個(gè)時(shí)候大規(guī)模交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)該主要針對(duì)貨物的流通，除了人們?nèi)粘５南�費(fèi)品，更多是制造產(chǎn)品和建造基礎(chǔ)設(shè)施的原材料。然而，如果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的壓縮，這種依賴就會(huì)成倍減少，最后就失去了對(duì)這種大規(guī)模的交通系統(tǒng)的需求。
所以，我認(rèn)為，未來(lái)的世界正好和川陀相反，更加回歸“大自然”。[size=; font-size: var(--articleFontsize),var(--articleFontsize)]當(dāng)初，“大規(guī)模”的優(yōu)勢(shì)

1. 
   大科技項(xiàng)目的攻關(guān)
   
2. 
   大規(guī)模生產(chǎn)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)
3. 
   大基建項(xiàng)目
4. 
   
   

在這種情況下蕩然無(wú)存。而 “大規(guī)�！钡牧觿�(shì)，例如：

為了供應(yīng)川陀居民的口腹之需，每天都有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的太空船隊(duì)，負(fù)責(zé)載送來(lái)自二十個(gè)農(nóng)業(yè)世界的糧食，船隊(duì)規(guī)模比任何一支帝國(guó)制造的星際艦隊(duì)都要龐大…由于川陀依靠其他世界的世界供應(yīng)糧食，甚至所有的日常用品，這個(gè)行星變得越來(lái)越容易以包圍封鎖的手段征服。--- 《銀河帝國(guó)》

以及不對(duì)稱造成的不公平，環(huán)境和危機(jī)等將會(huì)被大大改善。

看看也蠻有意思的

努力縮短產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展方向，似乎非常有價(jià)值。AI和分子級(jí)別的制造似乎是朝著這個(gè)方向邁進(jìn)的。

我老公應(yīng)該更愛看

弱弱的問(wèn)一句，你寫的這些是科幻還是科普。