- 《流浪地球》的数理化
- 郑文静
- 3669字
- 2024-11-02 01:49:20
第一篇 刹车时代
第一章 倾倒的巨殿
原文摘录
出生在地球最后一个黄昏的孩子
我没见过黑夜,我没见过星星,我没见过春天、秋天和冬天。
我出生在刹车时代结束的时候,那时地球刚刚停止转动。
地球自转刹车用了42年,比联合政府的计划长了3年。妈妈给我讲过我们全家看最后一个日落的情景。太阳落得很慢,仿佛在地平线上停住了,用了三天三夜才落下去。当然,以后没有“天”,也没有“夜”了,东半球在相当长的一段时间里(有十几年吧)将处于永远的黄昏中,因为太阳在地平线下并没落深,还在半边天上映出它的光芒。就在那次漫长的日落中,我出生了。
黄昏并不意味着昏暗,地球发动机把整个北半球照得通明。地球发动机安装在亚洲和美洲大陆上,因为只有这两个大陆完整坚实的板块结构才能承受发动机对地球巨大的推力。地球发动机共有12000台,分布在亚洲和美洲大陆的各个平原上。
从我住的地方,可以看到几百台发动机喷出的等离子体光柱。你想象一座巨大的宫殿,有雅典卫城上的神殿那么大,殿中有无数根顶天立地的巨柱,每根柱子都像巨大的日光灯管那样发出蓝白色的强光。而你则是那巨大宫殿地板上的一个细菌,这样,你就可以想象到我所在的世界是什么样子了。
其实,这样描述还不是太准确,是地球发动机产生的切线推力分量刹住了地球的自转,因此,地球发动机的喷射必须有一定的角度,这样天空中的那些巨型光柱是倾斜的,我们是处在一个将要倾倒的巨殿中!南半球的人来到北半球后突然置身于这个环境中,多半会精神失常的。
比这景象更可怕的是发动机带来的酷热,户外气温高达七八十摄氏度,必须穿冷却服才能外出。在这样的气温下,常常会有暴雨,而发动机光柱穿过乌云时的景象简直是一场噩梦!光柱蓝白色的强光在云中散射,变成无数种色彩组成的疯狂涌动的光晕,整个天空仿佛被白热的火山岩浆所覆盖。爷爷老糊涂了,有一次被酷热折磨得实在受不了,看到下大雨喜出望外,赤膊冲出门去,我们没来得及拦住他,外面的雨点已被地球发动机超高温的等离子光柱烤沸,把他身上烫脱了一层皮。
但对于我们这一代在北半球出生的人来说,这一切都很自然,就如同对于刹车时代以前的人们,能看见太阳、星星和月亮那么自然。我们把那以前人类的历史都叫作前太阳时代,那真是个让人神往的黄金时代呀!
1 当星星、月亮和太阳全部消失
说起末日,你的脑袋里面会出现一幅什么画面?是《圣经》中淹没世界的滔天洪水,熔化大地的九个太阳,还是破土而出的地狱恶魔,从天而降的外星怪兽?
人类作为不能永生的渺小碳基生物,出于对死亡的恐惧,总是忍不住去幻想肉体的一百万种死法,大概是希望在突然切换到死亡游戏模式的时候,能掏出事先准备好的《逃生手册》顺利通关吧。而末世,是全人类的集体死亡,恐怖放大70亿倍。关于末世的想象,更是从人类诞生开始,就源源不断出现在各种各样可以流传下来的东西上:石头、壁画、书本、电影……所以,如果我们试图想象一下末日的情形,很可能已经重复其他人的想法一百遍了。
《流浪地球》却给出了一种从来没有人想到过的末日模式和《逃生手册》——太阳突然发疯,就要变成“红巨人”吞噬地球,全世界最聪明的人类聚在一起想了半天,决定打包地球,逃离太阳。
故事的开始,是一幅奇异的末日世界场景,即使放在小说发表的20年后,也极具震撼力:落了三天三夜才落下去的夕阳和由12000台“地球发动机”制造出来的永恒的白昼。在这个噩梦般的天空下,太阳、月亮和星星同时消失了。而把地球改造成这样一个巨大的、令人崩溃的倾斜巨殿,只是为了让它停止自转。如果地球是一个轮胎,那么地球发动机对它来说其实并不是“发动机”,反而是“刹车片”,刹车转向,为逃离太阳做准备。
2 太阳是什么样子的?
太阳为什么会突然发疯呢?首先,我们需要知道太阳是什么样子的。你可能会说,这还用问吗?太阳可是太阳系里面独一无二的超级明星,每天都能在天空巨幕上看到它呢。不过,虽然天天见面,可能你对它的基本资料并没有全部掌握。让我们重新认识一下吧!
看了上面的资料,太阳给你留下的印象是什么?超级大、超级重、超级热、超级老?
都对,也不全对。
太阳比33万个地球加起来还重,从体积和重量来看,太阳系中除了它,其他所有物质都可以视为不存在。但是在银河系中,太阳只是一千多亿颗普普通通的恒星之中的一颗,安安静静地待在一个小小的角落——银河系猎户支臂上。而在整个宇宙中,我们目前可以观测到的,像银河系这样的星系,有1250亿个。银河系也不过是宇宙中最微不足道的一粒尘埃。看看这些数字就知道,我们的超级明星在宇宙中有多么渺小了。
虽然已经有46亿岁了,但是太阳并不算老,因为它是一颗恒星,像太阳这样的恒星寿命可以达到100亿岁以上。按照联合国世界卫生组织最新提出的划分标准,它才刚刚进入中年呢。
而关于热这件事呢,地球上核弹爆炸的温度都可以达到5000万摄氏度以上,太阳最热的中心才1500万摄氏度,并不算高。但是太阳可比地球重太多了。在太阳的中心,这些重量就像一层一层的钢板压到身上一样,最弱小的氢元素宝宝们承受着它们不该承受的巨大压力,身体里面唯一的电子不断被压飞出去,只剩孤零零的原子核。
原子核里面的质子带着自己的小伙伴中子,两两聚在一起抱团取暖,就变成有两个质子的氦原子核。这种奇妙的变化每时每刻都在发生,并且已经进行了46亿年。每秒钟,太阳就有6亿吨的氢元素变成5.958亿吨的氦元素。剩下0.042亿吨的物质去哪儿了呢?它们并没有消失,而是转化成了能量,散播到太阳系中,于是就有了光和热。科学家们给原子核宝宝这种燃烧自己照亮别人的行为起了一个名字,叫作“核聚变”。
氘是带一个中子的氢,氚是带两个中子的氢
3 我们是怎么知道太阳的年龄的?
按照太阳系形成的假说,太阳和太阳系其他天体形成的时间差异在千万年这个量级上。以亿年为单位的话,太阳系中所有的星星,包括恒星、行星、小行星等差不多都是在同一时间诞生的,如果知道地球的年龄,就可以推算出太阳的年龄。
于是,科学家们在地球上挖呀挖,在古老的岩石中找到了一种银白色的金属,叫作铀238。它有一个奇怪的特点:既稳定又不稳定。不稳定是因为就算没有任何人动它,它自己也会慢慢消失,变成另外一种物质(就像氢原子宝宝变成氦一样)。稳定是因为不管外面怎么变化,它总是以不变的速度进行着自己的变形计,每隔大约45.5亿年,它就会杀死一半的自己。
金属铀
和氢原子不同的是,铀原子并不是聚在一起,而是分裂成了钍234,它的原子核比铀238少两个质子和两个中子。不过钍也是不稳定的,它会在很短的时间内不断释放出自己的质子和中子,最终变成一种稳定的金属——铅。原子核释放质子和中子,不断瘦身的行为,就叫作“核衰变”。
所以,如果我们知道地球上现在有多少铅和铀,以及地球刚刚诞生的时候有多少铅,就可以算出地球的年龄。现在的数据很容易测量到,可地球形成之初的数据要怎么得到呢?科学家们发现,有一种特殊的岩石——来自外太空的铁陨石就完美保留了当时的数据。这种主要成分是铁的陨石里面几乎没有铀,但是铅的含量却很高,铀衰变产生的铅几乎可以忽略不计。我们知道,铁陨石来自和地球差不多同时形成的小行星,并且没有像地球那样经历过复杂的地质变迁和化学分离的过程,所以,铁陨石中测到的铅的含量,就可以用来作为地球形成之初的铅含量。科学家通过这种方法,反复计算和对比,测出地球的年龄是约46亿年左右。采用同样的原理对不同种类的石头(碳质球粒陨石)进行测量和计算,科学家们得出太阳的年龄为45.68亿年,也就是46亿岁左右。
4 太阳可以制造出来吗?
理论上当然可以,上至白发苍苍的科学家,下至三岁的小朋友,都梦想着能有这一天。毕竟,当太阳的力量归为己有,我们需要的所有东西几乎都可以无限免费续杯。人类从1939年就开始搞这件事情了,但是,据说每当你问起什么时候才能看到小太阳的成品时,核工程师们的回答永远都是再等50年。为什么呢?因为实在是太难了!
制造太阳最难的两件事,一是需要长时间保持极高的温度,这样才能源源不断进行核聚变并输出能量。人造太阳的质量太小,无法形成足够的压力,所以这个温度必须比太阳的温度还要高很多倍才行;二是必须制造出能够承受这种极端高温的容器,普通的物质是不可能的,只有依靠类似强大磁场之类的东西,将熊熊燃烧的超级火焰悬空困住,使之成为一个火球。
好消息是,我国科学家已经创造了一个非常先进的实验装置——“东方超环”,它是世界首个全超导托卡马克装置。2021年5月,科学家们用东方超环制造出了1.6亿摄氏度的高温,并保持了20秒;12月,他们把这个时间延长到了1056秒,再次创造了世界纪录。人类离人造太阳的时代又近了一步。虽然不知道还要多久才能到达终点,但是,中国磁约束核聚变专家委员会的召集人李建刚院士说,中国是最有可能最早到达的国家。
做一做
太阳是什么颜色的?
A.黄色
B.白色
C.红色
D.以上都有
答案:B
你可能做过这个实验:把三棱镜对准一束太阳光,墙上会出现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色彩虹。这说明阳光包含了这些颜色。把这些颜色的光混合在一起,看起来就是白色的。所以,太阳实际上发出的光是白色的。在地球上,我们看到早上或者傍晚的太阳是红色的,中午的太阳又偏黄,是因为地球的大气层给太阳开了不同的“美颜滤镜”。