- 《流浪地球》的數(shù)理化
- 鄭文靜
- 7字
- 2023-01-05 17:16:58
第一篇 剎車時(shí)代
第一章 傾倒的巨殿
原文摘錄
出生在地球最后一個(gè)黃昏的孩子
我沒見過黑夜,我沒見過星星,我沒見過春天、秋天和冬天。
我出生在剎車時(shí)代結(jié)束的時(shí)候,那時(shí)地球剛剛停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
地球自轉(zhuǎn)剎車用了42年,比聯(lián)合政府的計(jì)劃長(zhǎng)了3年。媽媽給我講過我們?nèi)铱醋詈笠粋€(gè)日落的情景。太陽(yáng)落得很慢,仿佛在地平線上停住了,用了三天三夜才落下去。當(dāng)然,以后沒有“天”,也沒有“夜”了,東半球在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里(有十幾年吧)將處于永遠(yuǎn)的黃昏中,因?yàn)樘?yáng)在地平線下并沒落深,還在半邊天上映出它的光芒。就在那次漫長(zhǎng)的日落中,我出生了。

黃昏并不意味著昏暗,地球發(fā)動(dòng)機(jī)把整個(gè)北半球照得通明。地球發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在亞洲和美洲大陸上,因?yàn)橹挥羞@兩個(gè)大陸完整堅(jiān)實(shí)的板塊結(jié)構(gòu)才能承受發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)地球巨大的推力。地球發(fā)動(dòng)機(jī)共有12000臺(tái),分布在亞洲和美洲大陸的各個(gè)平原上。

從我住的地方,可以看到幾百臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的等離子體光柱。你想象一座巨大的宮殿,有雅典衛(wèi)城上的神殿那么大,殿中有無(wú)數(shù)根頂天立地的巨柱,每根柱子都像巨大的日光燈管那樣發(fā)出藍(lán)白色的強(qiáng)光。而你則是那巨大宮殿地板上的一個(gè)細(xì)菌,這樣,你就可以想象到我所在的世界是什么樣子了。
其實(shí),這樣描述還不是太準(zhǔn)確,是地球發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的切線推力分量剎住了地球的自轉(zhuǎn),因此,地球發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射必須有一定的角度,這樣天空中的那些巨型光柱是傾斜的,我們是處在一個(gè)將要傾倒的巨殿中!南半球的人來(lái)到北半球后突然置身于這個(gè)環(huán)境中,多半會(huì)精神失常的。
比這景象更可怕的是發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的酷熱,戶外氣溫高達(dá)七八十?dāng)z氏度,必須穿冷卻服才能外出。在這樣的氣溫下,常常會(huì)有暴雨,而發(fā)動(dòng)機(jī)光柱穿過烏云時(shí)的景象簡(jiǎn)直是一場(chǎng)噩夢(mèng)!光柱藍(lán)白色的強(qiáng)光在云中散射,變成無(wú)數(shù)種色彩組成的瘋狂涌動(dòng)的光暈,整個(gè)天空仿佛被白熱的火山巖漿所覆蓋。爺爺老糊涂了,有一次被酷熱折磨得實(shí)在受不了,看到下大雨喜出望外,赤膊沖出門去,我們沒來(lái)得及攔住他,外面的雨點(diǎn)已被地球發(fā)動(dòng)機(jī)超高溫的等離子光柱烤沸,把他身上燙脫了一層皮。
但對(duì)于我們這一代在北半球出生的人來(lái)說(shuō),這一切都很自然,就如同對(duì)于剎車時(shí)代以前的人們,能看見太陽(yáng)、星星和月亮那么自然。我們把那以前人類的歷史都叫作前太陽(yáng)時(shí)代,那真是個(gè)讓人神往的黃金時(shí)代呀!

1 當(dāng)星星、月亮和太陽(yáng)全部消失

說(shuō)起末日,你的腦袋里面會(huì)出現(xiàn)一幅什么畫面?是《圣經(jīng)》中淹沒世界的滔天洪水,熔化大地的九個(gè)太陽(yáng),還是破土而出的地獄惡魔,從天而降的外星怪獸?
人類作為不能永生的渺小碳基生物,出于對(duì)死亡的恐懼,總是忍不住去幻想肉體的一百萬(wàn)種死法,大概是希望在突然切換到死亡游戲模式的時(shí)候,能掏出事先準(zhǔn)備好的《逃生手冊(cè)》順利通關(guān)吧。而末世,是全人類的集體死亡,恐怖放大70億倍。關(guān)于末世的想象,更是從人類誕生開始,就源源不斷出現(xiàn)在各種各樣可以流傳下來(lái)的東西上:石頭、壁畫、書本、電影……所以,如果我們?cè)噲D想象一下末日的情形,很可能已經(jīng)重復(fù)其他人的想法一百遍了。
《流浪地球》卻給出了一種從來(lái)沒有人想到過的末日模式和《逃生手冊(cè)》——太陽(yáng)突然發(fā)瘋,就要變成“紅巨人”吞噬地球,全世界最聰明的人類聚在一起想了半天,決定打包地球,逃離太陽(yáng)。
故事的開始,是一幅奇異的末日世界場(chǎng)景,即使放在小說(shuō)發(fā)表的20年后,也極具震撼力:落了三天三夜才落下去的夕陽(yáng)和由12000臺(tái)“地球發(fā)動(dòng)機(jī)”制造出來(lái)的永恒的白晝。在這個(gè)噩夢(mèng)般的天空下,太陽(yáng)、月亮和星星同時(shí)消失了。而把地球改造成這樣一個(gè)巨大的、令人崩潰的傾斜巨殿,只是為了讓它停止自轉(zhuǎn)。如果地球是一個(gè)輪胎,那么地球發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)它來(lái)說(shuō)其實(shí)并不是“發(fā)動(dòng)機(jī)”,反而是“剎車片”,剎車轉(zhuǎn)向,為逃離太陽(yáng)做準(zhǔn)備。
2 太陽(yáng)是什么樣子的?
太陽(yáng)為什么會(huì)突然發(fā)瘋呢?首先,我們需要知道太陽(yáng)是什么樣子的。你可能會(huì)說(shuō),這還用問嗎?太陽(yáng)可是太陽(yáng)系里面獨(dú)一無(wú)二的超級(jí)明星,每天都能在天空巨幕上看到它呢。不過,雖然天天見面,可能你對(duì)它的基本資料并沒有全部掌握。讓我們重新認(rèn)識(shí)一下吧!

看了上面的資料,太陽(yáng)給你留下的印象是什么?超級(jí)大、超級(jí)重、超級(jí)熱、超級(jí)老?
都對(duì),也不全對(duì)。
太陽(yáng)比33萬(wàn)個(gè)地球加起來(lái)還重,從體積和重量來(lái)看,太陽(yáng)系中除了它,其他所有物質(zhì)都可以視為不存在。但是在銀河系中,太陽(yáng)只是一千多億顆普普通通的恒星之中的一顆,安安靜靜地待在一個(gè)小小的角落——銀河系獵戶支臂上。而在整個(gè)宇宙中,我們目前可以觀測(cè)到的,像銀河系這樣的星系,有1250億個(gè)。銀河系也不過是宇宙中最微不足道的一粒塵埃。看看這些數(shù)字就知道,我們的超級(jí)明星在宇宙中有多么渺小了。

雖然已經(jīng)有46億歲了,但是太陽(yáng)并不算老,因?yàn)樗且活w恒星,像太陽(yáng)這樣的恒星壽命可以達(dá)到100億歲以上。按照聯(lián)合國(guó)世界衛(wèi)生組織最新提出的劃分標(biāo)準(zhǔn),它才剛剛進(jìn)入中年呢。
而關(guān)于熱這件事呢,地球上核彈爆炸的溫度都可以達(dá)到5000萬(wàn)攝氏度以上,太陽(yáng)最熱的中心才1500萬(wàn)攝氏度,并不算高。但是太陽(yáng)可比地球重太多了。在太陽(yáng)的中心,這些重量就像一層一層的鋼板壓到身上一樣,最弱小的氫元素寶寶們承受著它們不該承受的巨大壓力,身體里面唯一的電子不斷被壓飛出去,只剩孤零零的原子核。
原子核里面的質(zhì)子帶著自己的小伙伴中子,兩兩聚在一起抱團(tuán)取暖,就變成有兩個(gè)質(zhì)子的氦原子核。這種奇妙的變化每時(shí)每刻都在發(fā)生,并且已經(jīng)進(jìn)行了46億年。每秒鐘,太陽(yáng)就有6億噸的氫元素變成5.958億噸的氦元素。剩下0.042億噸的物質(zhì)去哪兒了呢?它們并沒有消失,而是轉(zhuǎn)化成了能量,散播到太陽(yáng)系中,于是就有了光和熱。科學(xué)家們給原子核寶寶這種燃燒自己照亮別人的行為起了一個(gè)名字,叫作“核聚變”。

氘是帶一個(gè)中子的氫,氚是帶兩個(gè)中子的氫
3 我們是怎么知道太陽(yáng)的年齡的?
按照太陽(yáng)系形成的假說(shuō),太陽(yáng)和太陽(yáng)系其他天體形成的時(shí)間差異在千萬(wàn)年這個(gè)量級(jí)上。以億年為單位的話,太陽(yáng)系中所有的星星,包括恒星、行星、小行星等差不多都是在同一時(shí)間誕生的,如果知道地球的年齡,就可以推算出太陽(yáng)的年齡。
于是,科學(xué)家們?cè)诘厍蛏贤谘酵冢诠爬系膸r石中找到了一種銀白色的金屬,叫作鈾238。它有一個(gè)奇怪的特點(diǎn):既穩(wěn)定又不穩(wěn)定。不穩(wěn)定是因?yàn)榫退銢]有任何人動(dòng)它,它自己也會(huì)慢慢消失,變成另外一種物質(zhì)(就像氫原子寶寶變成氦一樣)。穩(wěn)定是因?yàn)椴还芡饷嬖趺醋兓偸且圆蛔兊乃俣冗M(jìn)行著自己的變形計(jì),每隔大約45.5億年,它就會(huì)殺死一半的自己。

金屬鈾
和氫原子不同的是,鈾原子并不是聚在一起,而是分裂成了釷234,它的原子核比鈾238少兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子。不過釷也是不穩(wěn)定的,它會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)不斷釋放出自己的質(zhì)子和中子,最終變成一種穩(wěn)定的金屬——鉛。原子核釋放質(zhì)子和中子,不斷瘦身的行為,就叫作“核衰變”。
所以,如果我們知道地球上現(xiàn)在有多少鉛和鈾,以及地球剛剛誕生的時(shí)候有多少鉛,就可以算出地球的年齡。現(xiàn)在的數(shù)據(jù)很容易測(cè)量到,可地球形成之初的數(shù)據(jù)要怎么得到呢?科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),有一種特殊的巖石——來(lái)自外太空的鐵隕石就完美保留了當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)。這種主要成分是鐵的隕石里面幾乎沒有鈾,但是鉛的含量卻很高,鈾衰變產(chǎn)生的鉛幾乎可以忽略不計(jì)。我們知道,鐵隕石來(lái)自和地球差不多同時(shí)形成的小行星,并且沒有像地球那樣經(jīng)歷過復(fù)雜的地質(zhì)變遷和化學(xué)分離的過程,所以,鐵隕石中測(cè)到的鉛的含量,就可以用來(lái)作為地球形成之初的鉛含量。科學(xué)家通過這種方法,反復(fù)計(jì)算和對(duì)比,測(cè)出地球的年齡是約46億年左右。采用同樣的原理對(duì)不同種類的石頭(碳質(zhì)球粒隕石)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算,科學(xué)家們得出太陽(yáng)的年齡為45.68億年,也就是46億歲左右。

4 太陽(yáng)可以制造出來(lái)嗎?
理論上當(dāng)然可以,上至白發(fā)蒼蒼的科學(xué)家,下至三歲的小朋友,都?jí)粝胫苡羞@一天。畢竟,當(dāng)太陽(yáng)的力量歸為己有,我們需要的所有東西幾乎都可以無(wú)限免費(fèi)續(xù)杯。人類從1939年就開始搞這件事情了,但是,據(jù)說(shuō)每當(dāng)你問起什么時(shí)候才能看到小太陽(yáng)的成品時(shí),核工程師們的回答永遠(yuǎn)都是再等50年。為什么呢?因?yàn)閷?shí)在是太難了!
制造太陽(yáng)最難的兩件事,一是需要長(zhǎng)時(shí)間保持極高的溫度,這樣才能源源不斷進(jìn)行核聚變并輸出能量。人造太陽(yáng)的質(zhì)量太小,無(wú)法形成足夠的壓力,所以這個(gè)溫度必須比太陽(yáng)的溫度還要高很多倍才行;二是必須制造出能夠承受這種極端高溫的容器,普通的物質(zhì)是不可能的,只有依靠類似強(qiáng)大磁場(chǎng)之類的東西,將熊熊燃燒的超級(jí)火焰懸空困住,使之成為一個(gè)火球。
好消息是,我國(guó)科學(xué)家已經(jīng)創(chuàng)造了一個(gè)非常先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置——“東方超環(huán)”,它是世界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置。2021年5月,科學(xué)家們用東方超環(huán)制造出了1.6億攝氏度的高溫,并保持了20秒;12月,他們把這個(gè)時(shí)間延長(zhǎng)到了1056秒,再次創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。人類離人造太陽(yáng)的時(shí)代又近了一步。雖然不知道還要多久才能到達(dá)終點(diǎn),但是,中國(guó)磁約束核聚變專家委員會(huì)的召集人李建剛院士說(shuō),中國(guó)是最有可能最早到達(dá)的國(guó)家。

做一做
太陽(yáng)是什么顏色的?
A.黃色
B.白色
C.紅色
D.以上都有

答案:B
你可能做過這個(gè)實(shí)驗(yàn):把三棱鏡對(duì)準(zhǔn)一束太陽(yáng)光,墻上會(huì)出現(xiàn)紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的七色彩虹。這說(shuō)明陽(yáng)光包含了這些顏色。把這些顏色的光混合在一起,看起來(lái)就是白色的。所以,太陽(yáng)實(shí)際上發(fā)出的光是白色的。在地球上,我們看到早上或者傍晚的太陽(yáng)是紅色的,中午的太陽(yáng)又偏黃,是因?yàn)榈厍虻拇髿鈱咏o太陽(yáng)開了不同的“美顏濾鏡”。
