strona główna     -     okładka numeru     -     spis treści     -     archiwum fahrenheita     -     napisz do nas
 
Adam Cebula Para - nauka i obok
<<<strona 25>>>

 

Ludzkość u kresu, czyli pod słupkiem

 

 

To, co spędza dziś sen z powiek wielu ludziom, to fakt, że rozwój czegoś (czego – to nie jest już takie ważne) osiągnie kres. Na przykład przestanie się odkrywać coraz więcej złóż ropy naftowej. Otóż był okres w historii ludzkości, że odkrywano nowe lądy. Niejaki Krzysztof Kolumb odkrył bardzo duży ląd, to jest obie Ameryki w sumie. No i po tym okazało się, że więcej Ameryk na ziemskim globie już nie ma. Może także okazać, że nie ma więcej złóż ropy naftowej i że znamy już wszystkie. Nastąpi więc kres rozwoju pewnej dziedziny ludzkiej działalności. No i co? Nie bardzo wiadomo, poza tym, że pewnie ktoś straci nadzieje na dalszy szczęśliwy rozwój swego konta bankowego.

Jeszcze w latach siedemdziesiątych, gdy przebijało się myślenie ekologiczne, modne było straszenie nas, czyli społeczeństwa, wyczerpaniem się złóż surowców naturalnych. Najbardziej straszono wyczerpaniem się rud metali. Nie wiem dlaczego padło na metale, ale ciut podejrzewam. Nikomu jakoś do głowy nie przychodziło, żeby mógł się wyczerpać węgiel, którego w Polsce mamy ciągle do cholery i jeszcze ciut, jakieś 60 miliardów ton, i to licząc tylko złoża nadające się do eksploatacji przy współczesnej technologii. Nie przychodziła do głowy raczkującym wówczas działaczom zajmującym się ochroną środowiska do głowy taka możliwość ze względu na powszechną obecność w ich otoczeniu tworzyw sztucznych, benzyny w bakach samochodów. Przyczyna tego, że np. w Młodym Techniku publikowano opowiadania ze scenograficznym tłem wyjałowionej z surowców Ziemi było zapewne także to, że skutki braku metali wydawały się znacznie dotkliwsze niż braku węgla. Choćby z tej banalnej przyczyny, że mając metale, można budować elektrownie, a mając elektrownie, można jeździć elektrycznymi pociągami i nie trzeba ropy do samochodów. Kres metalurgii to, jak się wydaje, kres cywilizacji przynajmniej w śródziemnomorskim wydaniu.

Kiedy zacząłem kopać po danych dotyczących produkcji stali, to pierwsze, na co trafiłem, były raporty o załamaniu się światowej produkcji, gdzieś mniej więcej około roku 1984. Zapewne data jest umowna, ale sprawy się mają tak, że ponoć podówczas nastąpił kres wzrostu. Okazało się, "duma i kochanie" budowniczych socjalizmu, wskaźnik postępu technologicznego, czyli setki kilogramów złomu na głowę (biedna głowa) nie świadczą o niczym. Produkcja stali zmalała, bynajmniej nie z powodu wyczerpanie się złóż, ale z powodu braku popytu. Dane liczbowe wywietrzały mi z głowy, choć na pewno nie z twardziela, gdzie można je za pomocą grep-coś-tam odszukać, ale nie one są ważne. Jedno dość dobrze pamiętam. Około połowa produkcji stali idzie do budownictwa. Kiedyś dla zabawy zacząłem się zastanawiać, czy bez sakramentalnych dwuteowników dałoby się dziś żyć. Wyszło mi na to, że dałoby się. Jest jedno miejsce w budynkach, gdzie stal bardzo pomaga: to stropy. Wynika to banalnego zjawiska: wszelkie materiały ceramiczne są o wiele bardziej wytrzymałe na ściskanie niż na rozciąganie. Taki beton ma stosunek tych parametrów gdzieś około pięciu lub sześciu. Otóż mury z tej przyczyny, że stoją pionowo, przenoszą prawie wyłącznie naprężenia ściskające. Nie daje się natomiast wykonać belek bez naprężeń rozciągających. Powszechnie znanym sposobem na ten problem jest zastosowanie sklepienia łukowego. Porzućmy na chwilę jednak tak radykalne posunięcie, choćby z powodu tego, że jest cholernie niewygodne. Zastanówmy się, dla zabawy, jak sobie by można radzić w przypadku, gdyby było za mało stali.

Po pierwsze można zmniejszyć rozpiętość stropu. Podzielić pomieszczenia na szereg małych kliteczek. W pomieszczeniach mieszkalnych wprowadzić podpierające strop wnęki na wbudowane szafy, na alkowy, wydzielić, gdzie jeszcze tego nie zrobiono, sraczyki od łazienek. Można zapytać PO CO skoro i tak strop musi przenieść ten sam ciężar mebli. Ale sprawy się mają tak, że krótsza belka dwa razy, dwa razy mniejsze naprężenia, przy tym samym nacisku. A więc, skracając rozpiętość stropu, można zastosować cieńsze belki. Banalny zabieg projektanta i mamy w suficie dwa razy mniej żelaza. We współczesnym budownictwie sięgnięto po jeszcze jedno trywialne źródło oszczędności: radykalne zmniejszenie wagi materiałów. Specjalne cegły, puste w środku, do tego druciane zbrojenie przemyślane pod kątem działających sił i mamy efekt: zapotrzebowanie na stal poleciało na pysk. Jednak w średniowieczu w budownictwie prawie w ogóle nie używano stali. Zasadnicza przyczyna tkwiła w tym, że była bardzo droga. Dziś już się nie pamięta, lecz współczesna obfitość metali to wynik postępu w technologii, jaki się dokonał w XIX wieku. Wówczas także skoczyła znacznie w górę wytrzymałość a produkcja znacząco zwiększyła się dopiero na przełomie XIX i XX wieku. Wcześniej w budownictwie chętnie stosowano sklepienia, by uniknąć problemów z belkami. Sklepienie jest właśnie taką sztuczką mechaniki, która daje rozkład sił w stropie, bez naprężeń rozrywających. Współczesne metody obliczeniowe pozwalają genialnie zaprojektować kształt, przykładem jest Hala Ludowa we Wrocławiu. Co prawda zbudowana z żelbetu, ale też o ogromnej rozpiętości sklepienia. W budynkach sprzed epoki metalurgicznego boomu radzono sobie tak, że zazwyczaj sklepienia były w piwnicach lub niskich parterach. Reszta kondygnacji miała drewniane, podatne na butwienie stropy. Przyczyna tego rozwiązania tkwi w tym, że sklepienie daje ogromne rozrywające budynek siły. W przypadku zagłębionych ścian są one przenoszone bezpośrednio na grunt. Na większej wysokości robi się problem. Potrzebne są przypory, takie dokładnie, jak widać przy katedrach. Wniosek? Jakby nam się odechciało budować z zastosowaniem stalowych belek, powiedzmy, gdyby owych belek zabrakło, to jest gotowe rozwiązanie. Co ciekawe, nadaje się do tego typu budowli wiele kiepskich materiałów o niewielkiej wytrzymałości. W skrajnym wypadku musielibyśmy budować domy w kształcie kopek siana, dla oszczędności wysokich na kilkadziesiąt pięter, ziemnymi pokojami w środku i dość fatalnym stosunkiem powierzchni zajętej przez ściany, do użytkowej, pomieszczeń. Byłyby jednak suche, ciepłe i energooszczędne, ta ostatnia cecha z przyczyny tej samej dla jakiej słonie są łyse: stosunku powierzchni do objętości. Tak więc, likwidując niemal o połowę zapotrzebowanie na stal, bylibyśmy skazani jedynie na pewne niedogodności, bynajmniej nie na likwidację cywilizacji.

Już o tym pisałem, ale powtórzę, bo to rzecz, której w szkołach nie uczą, a jest zupełnie podstawowa dla tak zwanego ekologicznego myślenia: żelaza mamy do cholery i ciut. Ten metal stanowi około 5% składu skorupy ziemskiej. Bogate złoża zawierające ok. 70% rudy są szacowane na ok. 400 mld ton (mam nadzieję, że mi się liczby nie pomieszały) tak, że przy obecnej światowej produkcji ok. 2 mld ton rocznie mamy zapas na co najmniej 200 lat. W szkołach najwyraźniej o tym nie uczą, że pierwotna technologia dymarkowa została zarzucona raczej z powodu lenistwa, że nawet na terenie Polski są ciągle całkiem spore złoża powierzchniowe rud darniowych. Opracowano nawet nowoczesną technologię dymarek. Dzięki temu, że nie trzeba w niej przetapiać żelaza, a jedynie następuje redukcja tlenu, że można piece zasilać gazem ziemnym, jest tańsza od wielkopiecowej. Technologię opracowano w latach siedemdziesiątych XX wieku, a kilkanaście lat później nastąpiło załamanie popytu i produkcja stali poleciała na pysk. Jako jedną z przyczyn można podać permanentny postęp w jakości uzyskiwanych stopów, a więc zwiększanie wytrzymałości, trwałości wyrobów oraz ich ciężaru. Tak więc jak na razie można martwienie o wyczerpanie się zapasów stali zostawić naszym praprawnukom. Jest kilka metali, których zaczyna brakować, między innymi cyna. Jednak żaden z nich nie jest surowcem, na którym stałaby cywilizacja. Co więcej, okazuje się, że gdy z czymś są problemy, znajdują się materiały zastępcze. Tak było z miedzią. Mało już kto pamięta, jak w sześćdziesiątych latach, gdy jeszcze nie działało zagłębie w legnickim w NRD nawijano cewki drutem aluminiowym. Współcześnie klniemy w żywe kamienie instalacje elektryczne wykonane z aluminium, ale trzeba sobie uzmysłowić, że te miedziane są podobnym kompromisem ze... srebrnymi. Bo srebro ma najlepsze elektryczne właściwości. Tak na marginesie, glin jest gdzieś w okolicy trzeciego miejsca w tabeli zawartości pierwiastków w skorupie ziemskiej, jest bardzo pospolity, mamy go coś około ośmiu procent. Cena aluminium wynika z technologii jego otrzymywania, a nie ze szczupłości zasobów. Podobnie jest z tytanem, który jest rzadszym pierwiastkiem od żelaza (zawartość w skorupie ziemskiej ok. 5000 ppm, czyli 0.5 procenta podczas gdy żelazo ok. 5 procent) to jednak jest go o wiele więcej od węgla (zawartość w skorupie 0.018 procenta). Wnioski są takie, że jak dobrze pokombinujemy, to będziemy mieli raczej cholerną obfitość surowców, przez trudny do przewidzenia okres czasu, generalnie oblicza się, że w tonie skał skorupy ziemskiej mamy ok. 200 kg różnych metali.

Kilkakrotnie już czytałem o tym, że dochodzimy do kresu możliwości rozwoju procesorów w komputerach osobistych. Kiedyś także poczytałem sobie, że PC musi odejść, ale nie odszedł. Ten ostatni przypadek dotyczył także kresu, końca pomysłów na zajmujący artykuł. Biedny redaktor (ja też jestem biedny) musi wyrzucić z siebie co miesiąc czy co tydzień porcję materiału, no i najwyraźniej wyrzucił wszystko. Jednak nie kpiąc za bardzo, w przypadku procesora przytacza się bardzo poważny argument. Jest nim szybkość rozchodzenia się sygnału elektrycznego. Prędkość światła wynosi 300 tys km/sek i wielkości tej nie da się przeskoczyć. Oznacza to, że w ciągu 0.1 nanosekundy (nanosekunda, czyli jedna miliardowa sekundy) przebędzie 3 cm. Tyle wyniesie dla 10 GHz, bo tej częstości odpowiada okres 0.1 ns długość fali 3 cm. Oznacza to, że założenia o jednoczesności docierania sygnału, które stoją u podstaw projektowania układów cyfrowych, są w miarę słuszne jeszcze gdzieś przy rozmiarze płytki procesora 1x1 cm. Więcej się nie da, bo rozjedzie się synchronizm działania układów. Jak więc widać fizyczna granica częstości działania procesorów zostanie już niedługo osiągnięta. Strach pomyśleć co będzie dalej... Otóż rzeczywiście: szybciej się nie da. Szybciej w architekturze synchronicznej. Wniosek z tego, że procesor dla większych częstości trzeba podzielić na funkcjonalne kawałki, sterowane osobnymi zegarami, i komunikujące się ze sobą. Oczywiście, że oznacza to kłopot, załamanie się dotychczasowej technologii projektowania. Choć... mamy już wieloprocesorowe komputery. Cały problem więc sprowadza się do wykonania pewnej standardowej roboty, którą do tej pory nie trzeba było się zajmować. Tymczasem dotarliśmy dawno do innej granicy fizycznej technologii: połówki długości światła używanej do naświetlania masek w fotolitografii w procesie tworzenia struktur w procesorze. Niewątpliwie fizycznej kolejnej granicy. No i co? Już zdawało się, że firmy będą musiały przejść na nową technikę naświetlania wiązką elektronów. Jednak się wykręciły. Zwężono ścieżki z 0,18 do 0.13 mikrometra. Podniesiono zegary już do 3 GHz. I jakimś cudem działa dalej. Jak przeczytałem w czasopismach komputerowych na pewnym etapie wojny konkurencyjnej AMD vs Intel doszło do tego, że pierwsza firma została zmuszona do optymalizacji procesora, czyli usunięcia z niego kilkuset tysięcy nadmiarowych, czyli niepotrzebnych powstałych na skutek automatycznego projektowania tranzystorów.

Były jeszcze czasy, gdy się mówiło o optymalizacji kodu, czyli o tym, żeby programista nie wsadzał niepotrzebnych rozkazów, żeby zoptymalizować robotę kompilatora. Dowcip polega na tym, że oprogramowanie powstaje w językach wysokiego poziomu lub nawet w aplikacjach typu RAD, czyli takich, w których wyciąga się ruchem myszy formularz okna programu na ekran, klikaniem dodaje odpowiednie elementy, a z nimi oczywiście całą furę rozkazów i właściwości, które nigdy nie będą użyte. Takich rzeczy się nie robi, bez przesady, jak do tej pory obowiązuje zasada "brutal force". Jeśli coś nie chodzi na komputerze, bo jest za wolny, to jest okazja do zmiany kompa na szybszy.

Jak już kilka razy ostrzegałem, mamy ekstensywny postęp. Postęp bez użycia rozumu, postęp, metodą owej "brutal force". Czasami jednak owa metoda zawodzi, i czasami trzeba coś naprawdę zmienić. Wówczas, rzadko, lecz jednak zachodzi prawdziwy postęp, zmiana technologii, wyrzucenie niepotrzebnych tranzystorów, uproszczenie jakiejś procedury, czasami w naszej wspaniałej drodze do przyszłości trzeba też użyć rozumu. Ciekawe jest jednak w całej opowieści to, że nim do tego dojdzie, zaczynają się płacze i lamenty, dziennikarze opowiadają, że jakaś ściana przed nami.

Będąc pacholęciem lecz już nie małą dziewczynką, miałem raz zabawkę "latający talerz". Osobliwością tego była funkcja automatycznego omijania przeszkody. Urządzenie działające trochę jak mechanizm różnicowy w momencie zatrzymania kół napędowych, skręcało je i pojazd się wycofywał. W ten sposób na zasadzie przypadkowych prób, maszyna była w stanie przejechać z pokoju do pokoju, w końcu odnajdywała w ścianie drzwi i pokonywała barierę. Było to coś bardzo nowoczesnego, bo inne zabawki jakie miałem, lub widziałem, posiadały dwie sztywne osie. Jeśli z jakiegoś powodu jeździły (bo na przykład ktoś wsadził im silnik elektryczny) to tylko do przodu. Jak natrafiły na przeszkodę, to waliły w nią zupełnie beznadziejnie i trzeba było ręcznie interweniować, żeby to coś pojechało dalej. Czytając w gazetach o kresach, na jakie ludzkość natrafia podczas swego rozwoju, mam wrażenie, że chodzi tu o coś, co nie ma nawet takiego mechanizmu jak mój latający talerz: dodatkowego trybiku i sprzęgła. To coś nie skręca ani w prawo, ani w lewo, ma dwie sztywne osie, jak właśnie najprymitywniejsze zabawki. Wali do przodu na oślep. Czasami trafia na słupek. Wówczas międli w miejscu zabawkowymi kołami w nadziei, że coś się zmieni. A pasażerowie nie mają pojęcia, jak sobie poradzić. Mają wrażenie, że trafili na ścianę, podczas gdy w rzeczywistości przed nimi stoi wąski słupek, wystarczy skręcić odrobinę w lewo lub w prawo.

 




 
Spis treści
451 Fahrenheita
Literatura
Bookiet
Recenzje
Spam(ientnika)
Ludzie listy piszą
Permanentny PMS
Joanna Kułakowska
Adam Cebula
Adam Cebula
M. Kałużyńska
Piotr K. Schmidtke
Andrzej Zimniak
Andrzej Pilipiuk
J. W. Świętochowski
Tomasz Pacyński
Idaho
Agnieszka Kawula
W. Świdziniewski
Romuald Pawlak
Adam Cebula
Adam Cebula
Tadeusz Oszubski
M. Koczańska
Tadeusz Oszubski
Magdalena Kozak
Magdalena Kozak
Jolanta Kitowska
Miłosz Brzeziński
K. A. Pilipiukowie
Andrzej Filipczak
Tomasz Witczak
PanTerka
Andrzej Ziemiański
EuGeniusz Dębski
Richard A. Antonius
Zbigniew Batko
 
< 25 >