本文最初发表于MIT Press Reader。本文摘自Vaclav Smil的著作《发明与创新：炒作与失败的简史》。
2013年8月12日，当时的特斯拉董事长埃隆·马斯克发布了他的Hyperloop Alpha白皮书。在其开头，在概述这一想法的背景时，他提出了一个问题：是否存在“一种真正全新的交通方式——继飞机、火车、汽车和船只之后的第五种模式”，它将更安全、更快速、成本更低、更便捷，同时还能不受天气影响、可持续自给自足、抗震，并且不会干扰沿线居民的正常生活。他指出，“许多具有这些特性的系统设想都已被提出，并应予以承认，其历史可以追溯到Robert Goddard的设想，以及近几十年来兰德公司和ET3的提案。不幸的是，这些都未能实现。”
虽然上述引语的第二句话是相当正确的，但第一句话却严重低估了这一想法的起源及其首次成型以来所经过的时间，这一现实应该导致对其实际商业化的实现前景持极其谨慎和高度怀疑的态度。
但首先，我必须指出马斯克用词不当：循环（loop）是指由一条曲线绕行并与自身交叉形成的形状，我将留给你想象，一个“超级循环”（hyper loop）将是什么形状。因此，“Hyperloop”这个词对于这种将人装在舱内，在极低压、绝大多数情况下是笔直的金属管道中快速运输的方式来说，是一个不准确——甚至是非常误导——的术语。撇开误导性的分类不谈，这种第五种交通模式由几个不同的组成部分构成，其具体属性可能会有所不同。
可见的基础设施是一个管道，其直径仅够容纳能够搭载少量乘客的舱体。这个管道可以建在地面上的支撑柱上，也可以建在地下隧道里。舱体的大小取决于乘客数量（Hyperloop Alpha规定为28人；其他设计范围在4至100人之间）和他们的座位安排：舒适地坐在倾斜的椅子上，或平躺。只有在完全真空或极低压环境下才能实现高速——从亚音速到近音速（音速为1,235公里/小时）。Hyperloop Alpha规定内部压力为100帕斯卡，即低于海平面压力的1/1000。舱体可以悬浮在气垫上，或进行磁悬浮。现代系统将由先进的直线电机提供动力。
历史记录表明，这些想法中没有一个是新颖的，第五种交通模式的基本概念已经存在了200多年，在此期间，各种专利已被申请，一些详细的提案已被提出，并且建造了一些特定组件的模型和样机。然而，至今没有一个（接近）真空或低压管道的超高速运输项目（无论载人还是载货，或两者兼顾）得以完成并投入运行，甚至连一个包含设计所有基本组件的短距离试验线路都没有。
管道是历史最悠久的组成部分，但使用极低压的想法也已有两个多世纪的历史。值得注意的是，这两种被称为革命性的第五种交通模式的关键特征的提案，比1830年开始载客运货的英国第一条蒸汽动力城际交通工具——利物浦和曼彻斯特铁路——还要早。
乔治·梅德赫斯特（George Medhurst），一位英国钟表匠和发明家，是管道内快速旅行的先驱和坚定的倡导者。1810年，他出版了一本题为《通过空气高效、快速传递信件和货物的全新方法》的小册子，提议在管道中用空气压力（由蒸汽机产生）将小型空心容器中的信件发送出去，并得出结论，同样的原理（通过相应提高压力）可以用于以至少是运河或马车旅行速度10倍的速度运送货物。
1812年，他提出了更详细的《计算和评论，旨在证明通过空气的动力和速度，在一条30平方英尺的铁路上快速运送货物和乘客计划的可行性、效果和优势》。1827年（他去世的那一年），他在一篇标题更长的出版物中再次提出了这个提案：《一种新的国内运输系统，用于货物和乘客，可应用于并推广到全国；以及能够以每小时六十英里的速度运送所有类型的货物、牲畜和乘客，而费用将不超过当前旅行方式的四分之一，无需马匹或任何畜力》。
这些简短的小册子并不广为人知，但到1825年，英国公众可以读到一个更大胆的提案，该提案设想利用管道、真空和高速，在短短 five 分钟（是的，是分钟，不是小时）内穿越伦敦和爱丁堡之间600多公里的距离。新成立的伦敦和爱丁堡真空隧道公司（London and Edinburgh Vacuum Tunnel Company）的业主们，“在仔细完善了他们的计划之后”，在《爱丁堡之星》（Edinburgh Star）报上刊登了他们的招股说明书，这是一项“资本为两千万英镑，分为20万股，每股100英镑”的合资项目，“目的是在爱丁堡和伦敦之间建造一条金属隧道或管道，以在这些城市及其沿途经过的其他城镇之间运送货物和乘客”。
每隔两英里，在两条并排的隧道（管道）旁边都会设置锅炉，它们产生的蒸汽将用于制造真空。当火车在出发端刚离开时，真空密封被打破，涌入的空气会立即将火车推入管道，通过推动“一个非常牢固的、带有多个小型圆柱形滚轮以减小摩擦的密封滑动门”。火车只携带货物，因为管道直径只有四英尺（1.2米），乘客将坐在装在管道顶部轨道上的铁路车厢里，并通过强大的磁铁与管道内的货运列车连接，货运列车快速前进会带动客运列车，在五分钟内行驶近800公里。
《伦敦机械师杂志》（London Mechanics’ Register）是一家新创办的旨在“向社会劳动阶层传播科学知识”的期刊，它转载了这条通知，目的是“嘲笑当前一些荒谬的、用于投资的计划”。正是如此！
该国不断发展的蒸汽驱动工业化为肆无忌惮的宣传、金融诈骗和虚假的科技奇迹预言提供了许多新机会，而该十年间最杰出的讽刺插画家也没有错过他嘲讽真空旅行早期承诺的机会。威廉·希思（William Heath，1794-1840）最初自称为“肖像与军事画家”，但在20世纪20年代，他创作了许多讽刺性的彩色蚀刻画，常常影射当时的政治事件或嘲笑普遍的人类愚蠢。
1829年，伦敦的Thomas McLean出版了希思的彩色蚀刻画《智力进军。天哪，随着我们年龄的增长，这个世界变得多么美好》。画面熙熙攘攘，充斥着诸如从开普敦到孟加拉的悬索桥、一匹名为VELOCITY的四轮蒸汽动力马、一个由四只气球吊起的携带枪支的平台，以及一艘挤满被从英国运往澳大利亚的囚犯的巨大飞鱼等未来主义的装置。但画面的中心焦点是一个巨大的无缝金属管道，它借助“大真空管公司”（Grand Vacuum Tube Company）的创新智慧，将乘客从格林威治山（东伦敦）直接运送到孟加拉。
到希思用彩色描绘出英印洲际运输工具时，人们已经对真空有了足够的了解，意识到真空是实现管道内前所未有速度的最佳选择，但当时的材料要求使得任何实现都为时过早。在19世纪20年代，铸铁很多，但没有大规模生产价格合理的**高强度钢**（这种材料直到贝塞麦转化器发明并于1856年获得专利后才批量生产），以建造这样的管道，没有可靠的手段来创建和维持数百公里长的管道内的极低压力，也没有现成的手段来安全地将人员封闭在真空包裹的容器中。
伦敦到苏格兰五分钟行程的概念迅速消亡的几十年后，出现了一些零散的提案、探索性的铁路计划，甚至一些涉及不寻常推进方式的实际项目，尤其是“大气”铁路的商业化尝试。这些铁路不需要任何机车，而是依靠空气压力将货车沿轨道推动。一根带有活塞的密封管道铺设在轨道之间；沿轨道设置的蒸汽机将管道前方的空气抽出，形成部分真空；活塞后方的较高气压将连接到活塞的铁路车厢（通过管道顶部的一个狭缝伸出的金属板连接）向前推。显而易见的优点是消除了机车的噪音、烟雾和火花，以及能够爬升比机车驱动列车更陡的坡度。
这些努力始于1835年提出的国家气动铁路协会（National Pneumatic Railway Association）的提案。1839年，雅各布和约瑟夫·萨穆达（Jacob and Joseph Samuda）在一条短轨道上进行了试验运行，最高速度达到48公里/小时，真空度达到50%。19世纪40年代初，第一条商业线路——金斯敦和达尔基铁路（Kingstown and Dalkey Railway）——在爱尔兰短暂运营。这些试验给伊桑巴德·金德姆·布鲁内尔（Isambard K. Brunel）留下了深刻印象，他也许是该国最著名的工程师，他力排众议（尽管工程界的同行警告他：该国领先的机车设计师罗伯特·斯蒂芬森称其为“一大骗局”）在其位于埃克塞特和普利茅斯之间的南德文铁路（South Devon Railway）的一段52英里（约83.7公里）的路线上安装了该系统。工程于1844年开始，甚至在完工之前，布鲁内尔就已经在克罗伊登铁路（Croydon Railway）的一段较短的路线上安装了气动铁路。
但到1848年9月，在“大气”运营不到一年（由于系统不断出现故障，蒸汽机车一直使用到1847年），并遭受了巨额经济损失后，一切都结束了。布鲁内尔连续数月承诺会成功，但这些线路却饱受无法克服的问题困扰。也许最棘手的部分是管道上的移动缝隙：它需要一个密封的接缝来维持活塞前方的部分真空，但即使没有被老鼠啃食，用动物脂肪处理过的皮革盖也密封不严，而且容易变干变脆。
1847年至1860年间，在巴黎附近、1864年伦敦水晶宫（仅550米）、以及1870年至1873年纽约百老汇地下（仅95米的 the pneumatic subway track）等地，还运行了一些其他短暂的（且距离较短的）气动铁路。更强大、更高效的蒸汽机车，以及在本世纪末出现的新的电力牵引，使得所有笨拙的“大气”项目明显失去了竞争力。
管道封闭式快速运输的长期发展中的下一个重要进展是磁悬浮的提出。这项新技术的具体组件的第一个专利于1902年授予Albert C. Albertson，1905年授予Alfred Zehden，至少有三位发明家为推进磁悬浮交通的概念做出了贡献。
按时间顺序，第一份描述来自罗伯特·戈达德（Robert Goddard），他后来因成为美国火箭推进之父而闻名。在他就读于伍斯特理工学院（Worcester Polytechnic Institute）一年级时，他的班级被布置了一个关于1950年旅行的主题作业，戈达德勾勒出了他关于在管道内通过直流磁铁提供动力的悬浮列车的设想，可以在10分钟内从纽约抵达波士顿。1904年12月20日，他向同学们宣读了该项目的描述，并于1906年1月将其重写成一篇短篇故事《高速赌约》（The High-Speed Bet），并投稿给《科学美国人》（Scientific American）。
这篇故事最终被精简，以聚焦于基本技术事实，并在1909年11月20日的《科学美国人》杂志上占据了不到三分之一的篇幅。但即使有这个延迟，戈达德后来强调，他的想法发表时间比埃米尔·巴什莱（Émile Bachelet）早，巴什莱是一位移居美国的法国电学家，他于1910年4月2日为悬浮式高速列车申请了专利。
然而，公众给予了巴什莱的工作非同寻常的广泛关注，而不是戈达德的提议。1912年3月19日，巴什莱获得了“悬浮传输装置”（Levitation transmitting apparatus）的美国专利，他随后展示的一个小型磁悬浮列车模型，带有管状船头、轨道底部的强大“排斥磁铁”以及铝基上的管状钢车厢，受到了受邀专家和印刷媒体的普遍好评。
在第一次世界大战前进行磁悬浮设计的第三位发明家是鲍里斯·彼得罗维奇·温伯格（Boris Petrovich Weinberg），他是西伯利亚托木斯克技术学院（Tomsk Institute of Technology）物理系的负责人。1911年至1913年间，他建造了一个模型，包括一个10公斤重的铁制车厢、一个20米长（直径32厘米）的真空铜环形隧道，以及一系列在管道顶部顺序激活的电磁线圈，使车厢悬浮，最终以6公里/小时的速度循环。这一概念验证之后，还提出了一个全尺寸项目的提案，该项目运行速度为800-1000公里/小时，乘客则躺在供应氧气的雪茄形（直径0.9米，长2.5米）钢制圆筒中。
他的著作《无摩擦运动》（Motion without Friction）于1914年在俄国出版，在他被俄国军方派往美国采购炮弹后，他的提案的简短图文描述也出现在了两家美国期刊上：1917年的《电气实验者》（Electrical Experimenter）（“未来电气铁路以每小时500英里的速度行驶”）和1919年的《大众科学月刊》（Popular Science Monthly）（副标题为：“通过真空从纽约到旧金山半天内运输您的电磁方法”）。
1920年，罗伯特·巴拉德·戴维（Robert Ballard Davy）获得了美国真空铁路专利，其“通常包括一个设有车站的管道，车站之间的管道部分处于部分真空状态，以便通过减小空气阻力，使适当推进的车辆能够以更快的速度运行。”这并没有什么新颖之处，因此他还声称“在车站采用新颖的布置，使得车辆能够进出相邻的真空管道部分，而不会让足够多的空气进入该管道部分而破坏真空”，以及“滑动门和铰链门形成一个新颖的锁定装置，这些门是上述车站的重要组成部分。”
所有这些尝试都没有产生任何实际成果，但戈达德的提案在第二次世界大战后受到了迟到的关注。在1945年8月19日去世前不到三个月，戈达德申请了真空管运输系统的美国专利，并于1950年6月20日，该专利连同三页详细的技术插图，被授予了他的妻子埃丝特（Esther）和古根海姆基金会（Guggenheim Foundation）。
但20世纪50年代是大型汽车、航空旅行扩张和火车客运量下降（在美国已于1920年达到顶峰）的时代，尽管在20世纪50年代和60年代还发放了更多与悬浮相关的专利，但在1972年，兰德公司（Rand Corporation）的罗伯特·萨尔特（Robert Salter）提出了另一个重要的美国提案，他设想了一个超高速交通系统，其“管道飞船”（tubecraft）将骑行并由形成真空“管道路基”（tubeway）结构的电气导体中脉冲或振荡电流产生的电磁波驱动。
令人难以置信的是，萨尔特声称他提出的跨大陆连接（纽约到洛杉矶）所需的速度“肯定将达到每小时数千英里”。而这种超音速——远远超过1969年首次飞行的英法联合客机协和式飞机——只能在超级笔直的地下隧道中实现，而这些隧道的建设成本将占该系统总成本的绝大部分。到1978年，萨尔特提出“Planetran”可以“扩展成一个全球网络，使用海底隧道连接大陆”，并且它将“安全、便捷、低成本、高效且无污染”。这真是对一位发明家深深迷恋于他心爱的项目，远远超出任何批判性评估的界限的绝佳例子！
实际上，在20世纪70年代和80年代，美国 apenas 铁路网络进一步恶化，而日本和欧洲则在扩大其高速线路，始于1964年的东京-京都新干线（shinkansen）和1981年的巴黎-里昂高速列车（Train à Grand Vitesse）。与此同时，包括日本和德国在内的几个国家建造了短线路，开始试验磁悬浮列车。德国的Emsland轨道（1984-2012）在发生致命事故后关闭，而日本研究人员最终（在2015年）达到了603公里/小时的新纪录速度。
首批短程商业磁悬浮项目包括2004年投入使用的上海浦东线（采用德国设计）和2005年投入使用的日本Linimo线，以及2016年和2017年在中国和韩国投入使用的另外三条短程、相对低速的连接线。目前正在建设日本东京至大阪之间首条长距离磁悬浮线路——中央新干线（Chuo shinkansen），但完工日期已被一再推迟，目前预计到2020年代末。
在东亚以外，北美和欧洲都有许多大胆的跨国磁悬浮计划，但均未有实际承诺。Hyperloop Alpha的发布——被媒体和不了解类似设计悠久历史的新科技爱好者视为惊人的原创和颠覆性的创新——催生了大量关于高速交通线路的新计划，不仅带来了大量天真的赞同、众多的技术评估和探索性设计，还促使成立了致力于将该想法变为商业现实的新公司。
维珍航空（Virgin Hyperloop One）是理查德·布兰森（Richard Branson）旗下的公司之一，其计划最为宏大：它在内华达州运营着一条500米长的测试轨道，2020年，其载有两名乘客的实验舱达到了175公里/小时的速度，这算不上什么了不起的成就（自20世纪60年代以来，高速列车早已常规化运行）。维珍航空已在美国确定了11条潜在线路，包括连接怀俄明州夏延（约6万人）和休斯顿（1800多公里外）的超级项目；在欧洲有9条线路，包括科西嘉岛与撒丁岛之间以及西班牙与摩洛哥之间的海底连接；它还在印度（浦那至孟买）、沙特阿拉伯（利雅得至吉达）和阿联酋有建线计划。
Hyperloop TT公司在法国拥有一条320米长的测试轨道，该公司计划连接一些不太可能但相对较近的城市，如摩拉维亚的布尔诺（捷克共和国）与布拉迪斯拉发（斯洛伐克），以及印度安得拉邦的维杰亚瓦达与阿马拉瓦蒂。最早的报道声称第一批商业Hyperloop线路将于2017年、然后是2019年和2020年完工。
这些年已经过去，我们离一个令人信服的全尺寸原型演示还有距离，更不用说一个已经建成且真正可靠、安全、盈利的城市间商业线路了。截至2022年初，无论是架空管道还是隧道，都没有Hyperloop线路投入运营，最早完工日期的预测已推迟至2020年代末。该系统与高铁相比经常宣称的优点——无轮式（在气垫上运行或磁悬浮）、运行速度更快、能耗显著降低、建设成本更低——没有一个在任何商业项目上得到验证，所有这些说法，在被证明之前，都属于一厢情愿的范畴。
过去，封闭式快速运输的提案未能实现，是因为19世纪和20世纪的工程师缺乏合适的材料和技术来建造所需的管道和舱体，将内部压力降低到接近真空的水平，并安全可靠地将舱体推进到很远的距离。这些挑战都没有消失。最能体会此类项目面临的巨大困难的人——真空物理学家和铁路工程师——已经指出了许多基本障碍，在人们用钢轮在钢轨上行驶的高速列车达到十倍于此的普及程度之前，这些障碍都必须克服。
马斯克已经轻描淡写了许多高速管道运输方面的问題，从线路选择到整个系统的实际成本。他说，数百公里的架空管道“对农田的干扰很小，大致相当于一棵树或电话线杆，农民们经常遇到这种情况”，这是对实际摊位尺寸和施工维护所需通道的明显歪曲。更重要的是，根据从高速公路到高压输电线路的众多项目设计先例来看，线路选择和审批将是一个复杂的过程，充满曲折和延误。
然而，在2017年7月，马斯克出人意料地发布了一条著名的推文：“我刚刚收到了政府口头批准，The Boring Company可以建造一条连接纽约-费城-巴尔的摩-华盛顿的地下Hyperloop。纽约到华盛顿20分钟。”任何了解跨越多个司法管辖区、需要联邦、州和地方政府同意与合作，并遵守一系列适用限制和要求才能获批的数十亿美元项目所涉及的复杂准备、评估和谈判过程的人，都必须对马斯克2017年的推文感到难以置信。这条推文明确暗示，华盛顿的某人只是拿起电话，给一个没有任何经验和已完成项目记录的公司“口头政府批准”，让他们建造一条600公里长、时速1000公里的火车隧道。
此外，在一个未能将纽约和华盛顿特区之间老旧的铁路线路升级到比Acela更好的国家，Acela是一列没有专用轨道、平均速度仅为125公里/小时的“快速”列车，而人口更稠密的欧洲却一直在修建数千公里的专用轨道用于真正的快速列车，其速度达到200-300公里/小时，人口更加稠密的中国则已建成了数万公里的高铁轨道。同样，任何对上一代大多数大型工程项目的初始成本估算和最终成本超支有所了解的人，都必须认为各种拟议线路的总资本成本不过是不可靠的猜测。
尽管我们拥有先进的材料以及前所未有的强大而复杂的推进和控制系统，但这些新交通方案的经济建设和常规、有竞争力的运营尚未临近。
挑战包括：人们是否愿意接受在接近音速的速度下，在金属管道中乘坐幽闭的舱体（克服这一点并不像在舱壁上投射美丽的风景图像那么容易！）以及掌握和确保大量的工程创举，其中压力差是最明显的根本性问题。虽然Hyperloop不会维持完美的真空，但100帕斯卡的压力已经足够接近：喷气式飞机在高层大气中飞行时，其周围空气的压力是Hyperloop运行环境的200多倍，而Hyperloop的运行压力相当于平流层高处（海平面以上50公里）的压力。
灾难性的失压是飞行中最糟糕的场景之一，而在极端压力差的情况下，在一个装有载人舱体的长近真空管道中，其致命性将远高于此。架空钢管必须设计成能够承受其内外壁之间数千倍的压力差（这种压力会将其压碎），并且必须在数百公里的轨道上可靠地维持这种压力，同时还要承受快速移动的舱体产生的压力，并应对沿线整体的热膨胀，以及管道顶部和底部之间的差异热膨胀，后者在炎热地区尤其显著。在常见的50摄氏度温度变化（-10至+40摄氏度）下，该系统将需要大量的膨胀节，每个膨胀节也必须保持接近真空。
将管道地下化可以消除其中大部分担忧，但这将需要实现另一项工程创举：建造数百甚至数千公里长的隧道，其中许多位于地震易发地区。尽管现代隧道技术已经实现了高度的机械化，但成本仍然很高。瑞士的圣哥达基线隧道（Gotthard Base Tunnel）长57公里，是世界上最长的隧道，耗资约105亿美元（每公里近2亿美元），耗时近17年才完工。而且，显而易见的是，广泛的近真空管道网络将成为恐怖分子的攻击目标，相对轻微的爆炸就可能导致灾难性的失压。
而在2022年，我们得到了交通专家对此想法的全面看法。国际磁悬浮协会（International Maglev Board）的一项全球调查显示，交通专家们否决了Hyperloop计划，主要是因为他们认为该计划低估了运营和安全复杂性，以及成本（包括基础设施和运营）。总而言之，这甚至不是一个不成熟的想法，考虑到这些批评性的观点以及2013年以来的实际成就，对于那些期待第五种交通方式来到自己城市的快速旅行的行家来说，为了保持健康长寿，明智的做法是注意饮食和锻炼。
如果自1810年以来梅德赫斯特、戈达德、巴什莱和萨尔特提出的承诺和声明的教训，对当前这一轮对管道内旅行的迷恋有任何微弱的借鉴意义，那么长寿是必要的。即使一切进展顺利，远超我们的想象，但乘客们仍然需要等待很长一段时间，才能在夏延、布尔诺或维杰亚瓦达登上舱体，加速到近音速，并在短短几分钟内抵达数百公里外的下一站。在经历了200多年的此类梦想之后，我们仍在等待。
Vaclav Smil 是曼尼托巴大学的杰出退休教授。他著有40多本书，包括《增长》、《能源与文明》以及本文摘录的《发明与创新》。2010年，他被《外交政策》（Foreign Policy）杂志评为全球百名思想家之一。2013年，比尔·盖茨在他的网站上写道：“没有哪位作者的书是我比Vaclav Smil的书更期待的。”
