发电厂热控专业生存年鉴(七)热控专业中的“量子纠缠”

在遥远的M42星系,曾有一个意识体问过先知,宇宙中的事物都是对立存在的吗?先知回答说,是的!那么问题来了,如果所有的事物都是对立存在,那么作为星云的M42,它的对立方又在哪里?先知没有回答,只是深沉的摇了摇头。

我们至今所能看到的事物,小到一粒原子,也都会有阴阳两个极面。比如,我们的原子带有正电荷,那么在它的周围就会有一粒负电荷高速运动。科学家尝试着把正负两种电荷分离,就产生了裂变,同时释放出巨大的能量,这就是原子弹爆炸的原理。

截止到21世纪,人类有记载的文明是四千年,而地球的生命已经足足有46亿年,而且可能还将持续更长的时间。四千年,在地球悠久的历史当中,真的可谓是白驹过隙。人类对于未知世界的探索有多少?人类的探测器至今才飞到太阳系的边缘,那就是上世纪90年代美国发射的旅行者号探测器;人类最深的探测深度是12000米,如果把地球比作一个鸡蛋,人类至今尚未打破蛋壳的厚度;人类大脑开发的程度据说不足10%,即便是像爱因斯坦这样伟大的科学家,打开开发利用也不过13%。很大程度上,人类对地球、对自己的未知程度,远远超过了好汉的宇宙。

在古代的神话传说中,人类始终认为大犬座方向的天狼星是有着高度外星文明的。古人有诗云,西北望,射天狼!那颗夏天最耀眼的星,在近代才被证实是两颗恒星的组合,而两颗恒星的距离差不多是地球与太阳距离的十倍。所以,很多事物随着时间的跨越,会改变我们以往的认知。你有没有考虑过这样一个问题,在地球漫长的历史当中,是否还有过其它高度的文明?

至少到目前为止,越来越多的人相信,人类绝不是宇宙中唯一的存在。即便是先进的地球文明,也一定不是地球第一次出现高度文明。曾有人将中国的古书《山海经》拿出来研究,发现里面提到的很多物种与一些古地质发现的动植物很相似,而其中提到的地名,更是与美洲大陆、非洲大陆有牵连。虽然很多巧合已经无法被证实,但是当更多的巧合出现,人类自己也会对自己的文明产生怀疑。

就像当18~19世纪物理学的相关定律被提出来以后,很多人觉得物理学的大厦已经建成,但是物理学始终没有解决的一个问题就是前文所说的“熵”的问题。之后,又有科学家提出了“量子纠缠”的理论,虽然这个理论未被证实,但是全世界的科学家都对这个理论痴迷,甚至被不断的引入到科幻小说中。

其实关于“量子纠缠”,就有很多类似的故事,比如人偶诅咒、母子连心、双胞胎心灵感应。两个事物之间没有必然的联系,可是当其中一个事物发生改变,另一个事物也随之改变,可连接两个事物的过程并没有关系,结果却有相似性。即便在我们的发电厂中,也会存在这样的问题。曾经我处理一个温度测点问题,当时我将测点元件A换成了B,测点恢复正常。我将A安装到另外两个位置,测点也是正常,但是把A换回原来的位置,显示就是故障。这让我很费解,而且这样的问题不止遇到了一次。这样的问题即便是厂家也没有很好的解释,可我们用量子纠缠的理论却很好理解,因为影响A的问题并不是A本身,而是A的另外一个纠缠体,A在原来的位置,纠缠体是故障,所以A才会故障。当然我承认,这里面肯定没有那么复杂,可能根本的问题是测点A的电缆、接口恰好都有问题,而B可以解决这些问题罢了。

但是量子纠缠给我们解决工业生产的问题提供了很大的理论空间和想象力,甚至会颠覆我们电厂领域的很多问题。假如量子纠缠的理论被证实甚至被广泛使用,我们可以想象在未来的电厂中就会出现这样一种情形:现场某蒸汽管道阀门无法远方操作,需要人去就地检查。这是,我们有两种选择,第一种就是用人自身的纠缠体去现场,另一种就是我们去检查阀门的纠缠体。因为,无论是事物本身还是事物的纠缠体,他们是互为镜像关系,我们改变镜像就可以改变对方。

其实热控专业的进步,给这个问题提供了切实的解决途径,虽然还是有很大的差距,但是总归是有了眉目。人类最早的自动控制装置应该是瓦特的蒸汽机,但是将自动控制理论进行使用,其实很早就已经有了。比如黄帝战蚩尤中的指南车,可以在大雾中自动辨别方向,如果可以被证实,我认为这才是有记载的最早的自动控制装置。这就像极了如今研制的无人驾驶,不仅可以辨别方向,也可以自动巡航,躲避障碍物。

不过这都不算是工业自动控制的领域,工厂最早的远程控制系统诞生于上世纪70年代,严格的说是计算机的出现改变了工业自动控制。我们如今使用的DCS系统或者PLC系统,其雏形其实上世纪80年代就已经形成,并且延续至今。今天我们觉得DCS系统已经很发达,进步的不是基础理论,而是组态的友好性、硬件的可靠性以及使用的方便性。但是,这些对于DCS系统只是起到了锦上添花的作用,对于DCS系统没有起到革命性的改变。

那么未来DCS系统革命性的改变会出现在什么方向?我认为“量子纠缠”理论提供了指导意见。如今的DCS系统稳定性足够,但是在很大程度上还是略显笨拙,尤其是测点参数的采集,不仅需要耗费大量的电缆,而且其中能量的损失无法避免。目前,各大厂商都在研制无线传感技术,现场测点不再通过电缆传输到DCS,而是直接通过无线基站上传。这其中的难度并不大,毕竟5G技术的发展为这项技术提供了很大的便利,可一些有源测点和电动执行机构的能量问题无法解决,是继续使用电缆供电还是增加便携式电池,是目前争执的一个问题。尤其是工业生产要求稳定第一,谁敢做第一个吃螃蟹的人?

如果能够把上述问题完美解决,那么我们的电厂自动化控制将会变的轻便很多,剩下的就是要解决基站数量、测点容量等问题。这些表面的问题,随着技术的进步,应该都会得到化解。不过这其中暗藏的安全问题,是企业和厂商需要足够重视的。在纯有线时代,只要做好物理隔离,我们的生产系统是完全与外界隔离的。可一旦进行无线传输,那么就存在信号被盗问题,就存在系统被攻击的可能。之前伊朗核电系统被攻击,就是一个教训,别说不能与外界互联,即便是外存,也严禁接入到我们的DCS系统。

去年上映的电影《烈火英雄》,由于DCS系统被摧毁,男主不得不去现场手动关闭四个阀门。故事中的一些情节虽然僵硬,但是却告诉我们一个道理,DCS系统给工业生产的确带来了非常大的便利。但是这种便利随着时代的进步,需要进一步提高。毕竟现在的设备系统越来越大,需要进行的计算越来越多,优化控制的需求也越来越大。所以,如何在保证稳定性的基础上,进一步提高系统的便利性是未来的需要。

“量子纠缠”理论为我们的这种需要提供了理论基础或者方向,你可以这样想象,在未来的电厂中不再需要大规模的电缆敷设,所有的设备测点均通过无线技术,所有的设备都通过无线操作。而设备检修,不再需要人到现场,而是通过3D技术判断设备的漏点,然后机器人在现场进行检修。这种接近科幻的场景,绝非空穴来风,而是目前很多工业生产现场正在有这样的端倪。

自从物理学的大厦筑成,基础物理学在近一百年放缓了脚步,如果“量子纠缠”的理论得到证实并应用,那么将是物理学的一大跨越。这个理论的可以很好的服务于我们的生产和生活,甚至将时空穿越由遥不可及变成可能。

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