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鯊魚會咬你的產品嗎?

2014年08月28日  | Bill Schweber

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現今,我們把連接地表各大陸的十多條海底電纜視為是理所當然。對於那些經過多次失敗嘗試而在1866年成功安裝完成第一條電纜的創新者所擁有的願景與堅忍不拔的特性,我一直都很欽佩。而第一條電纜只運作了三週(請參閱這裡這裡)。


想一下,他們要如何去開發電纜鋪設技術,想出電纜建構的設計和製造,當時他們要在大海中知道自己身處何處的困難,對海底的各種情況都完全不清楚(而要如何找到電纜斷裂的地方?且還要把它修復,要知道,當時可是沒有時域反射量測法(time-domain reflectometry)的)。


即使是“平凡”的問題,像是帶著電纜登陸和終止它,就是一大難題。儘管只有幾千赫茲有限的帶寬, 這些電纜還是改變了當時以電報溝通為主的世界,即使它當時的發碼率(signaling rate)為每分鐘8個字,每字5美元。


而在經過漫長時間的發展後,今天的光纜可支持千兆位元/秒(gigabit/sec)的數據傳輸速率,採用的是細如髮絲的光纖,外面包覆著多層的保護層以及直流電源的包裝材料(DC-power wrapping)。 雖然第一條光纜是以電/光轉換來提振信號,然後光/電再轉換回成光,現在這種放大的工作完全是在光域(optical domain)中完成,大約每隔50英里(80公里)會有一台泵浦光中繼器,對現代物理學、以及設計和製造而言,這是一個真正的奇蹟。在Andrew Blum所撰寫的這本“Tubes: A Journey to the Center of the Internet”(封面如圖)書中,對這些電纜及它們所建立的世界連接性提出了一些有趣的觀點。


雖然一般消費者可能不喜歡這些光纜的複雜性,或甚至他們的存在, 但很顯然地,有些鯊魚卻是很喜歡。最近有些報導指出,有海底團隊捉到了咬進電纜的鯊魚,且還折斷了外面的保護層,請參閱“Google Protects Its Undersea Fiber Optic Cables... From Sharks”和“Google wraps its trans-Pacific fiber cables in Kevlar to prevent against shark attacks”。這些報導還指出,作為一些電纜的主要投資者/管理者的Google,正因此一原因,而在電纜中加進了Kevlar強化材料。


為什麼鯊魚會攻擊電纜?當然,我們不會知道,但推測是因為鯊魚可感測到由電纜中直流電源所產生的電場,而吸引到它。關於這一點,我一直都沒有辦法找到實實在在的數字來証明,但我記得曾在某處讀到過:電纜的DC是屬於中等的電流,但會有幾千伏來盡量減少IR降(IR drop),而這會產生可觀的電場。


我們知道,鯊魚對電場確實很敏感;有些品種的鯊魚沿著身體的長度有一感測器陣列,這很顯然地會增加對場擾動的靈敏度和方向性,進而指示出,附近可能有的獵物。


(附註:好幾年前,我在Physics Today or Nature看到的一篇長篇文章研究了動物中各種針對電場或磁場的感測器,得到的結論指出:我們對它們知道得很少,包括它們是如何工作的,它們是如何與動物的身體和大腦溝通的,以及動物如何在處理這些信息。它還指出,有些粗略的測試指出,鯊魚的電場感測可在一公里之外檢測到只有幾伏改變的電場變化,雖然他們承認該數據是非常粗略的。)


所以,鯊魚是因為電場而攻擊電纜嗎?也許,但也很難說。如同一位研究人員所指出的, 鯊魚可能僅僅是好奇:“如果你剛好有一個外形如同電纜的塑膠產品在那裡,那它被咬的機會也很高。”


即使不是鯊魚的攻擊,你是否曾經有過什麼產品需要保護,以免受到不尋常或意外且與“環境”力量有關的危害呢?





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