《流浪地球2》評論(五):如何一眼看出一件事靠不靠譜? | 袁嵐峯_風聞
风云之声-风云之声官方账号-02-12 21:19
■ 導讀
用王司徒的名言來説,就是:“諒腐草之熒光,怎及天心之皓月?”
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一眼判斷可行性:數量級估計談完了太空電梯,下面我們來談能量問題。這在《流浪地球》第一部中就引發了大量的討論,如行星發動機的能量是從哪來的。看過原著的人都知道,是重元素聚變,即比氫重的元素的核聚變,所謂“燒石頭”。實際上,這是一個在原理上可行但在技術上跨度極大的假設。

行星發動機
因為兩個原子核要聚變,首先要克服雙方質子之間的靜電排斥,質子越多排斥得就越厲害,所以越重的原子核就越難聚變,需要的温度、壓強就越高。其實我們目前連氫聚變都還沒搞定,更重的原子核的聚變自然就差得更遠了。劉慈欣在這裏假設了一次重大的技術飛躍,當然這在科幻作品中是可以接受的。
在第二部中出現了月核聚變的情節,用三千多枚核彈誘發月核聚變,炸燬月球。這顯然同樣也是重元素聚變,同樣也是在技術飛躍基礎上的合理假設。其實如果較真起來,人類的這點核武器對月球來説,完全是隔靴搔癢,還差幾百億倍。
我們的目的不是跟科幻較真,而是藉此機會讓大家瞭解一下數量級估計的思想。用王司徒的名言來説,就是:“諒腐草之熒光,怎及天心之皓月?”

例如即使按照《流浪地球》的設定,我們已經掌握了重元素聚變,我們可利用的燃料仍然只有地殼,最多就是把地殼燒完嘛。然而地殼相對於地球來説,其實是很薄的一層,好比蛋殼對雞蛋。地殼的平均厚度只有17公里,而地球的半徑有6371公里,兩者的比例是百分之一的量級。憑這麼一點燃料,就想把整個地球推走,夠嗎?恐怕首先值得擔心的是,會不會用力過猛把蛋殼推破。

地殼對地球
類似的,月球雖然比地球小,但質量好歹也有地球的1.23%,跟人類的現有技術能力相比還是個龐然大物。憑几千枚核彈就想誘發月球的聚變,一眼就能看出差得太遠。

深空氣候觀測站衞星在太空中拍到月球與地球(http://k.sina.com.cn/article_1808449333_m6bcabf3503300rr4n.html)
這些都還是核聚變。電影第一部中最核心的情節,點燃木星,是更大的問題。因為它用的是化學反應,木星上的氫氣加地球上的氧氣燃燒放出能量。而化學能比聚變能低百萬倍,因此這個情節就更不可能了。這還沒有考慮木星比地球大得多,地球上的這點氧氣不夠木星塞牙縫的:木星的氫氣大約有10的23次方噸,而地球的氧氣只有10的15次方噸,差了八個量級……(https://new.qq.com/rain/a/20211202A01B4T00)

點燃木星
最後,我來介紹一下我太太在電影院問我的第一個問題:移山計劃成功驗證,一台行星發動機把月球速度偏轉了0.4納角秒,角秒是什麼意思?回答是這是角度的單位,1度(degree)等於60分(minute),1分等於60秒(second),所以1度等於3600秒。在不會跟時間混淆的時候,角分、角秒可以只説分、秒。電影中説地球停轉後時間從24小時制變成了60小時制,有趣的是角度自古以來一直用的是60進制。
那麼,納角秒又是什麼意思呢?納(nano)是表示10的-9次方的詞頭,如納米就是10的-9次方米。納角秒就是10的-9次方角秒,這是一個十分微小的偏轉角度,但現在的技術是可以測出來的。同樣,後面還説到一台行星發動機把地球速度偏轉了2皮角秒,皮(pico)是表示10的-12次方的詞頭。地球質量是月球的81.3倍,所以被偏轉得更少。但真正的問題是納角秒和皮角秒太大了,而不是太小了:我們現有的技術,遠不足以把地球和月球偏轉這麼多(人類在地球上還能苟多久?|袁嵐峯)。
這裏可以順便講一下計量單位中的詞頭,它們的間隔都是三個量級。比納大的是微(10的-6次方),再大一個是毫(10的-3次方),想想我們平時用的毫米和微米。在變小的方向,納和皮之後下一個是飛(femto),10的-15次方,例如飛秒就是10的-15次方秒。在影片中出現了中國科學院超快激光實驗室的鏡頭,現在超快激光一般指的就是飛秒激光,時間在飛秒量級的激光脈衝。它可以用於探測化學反應等超快過程,還可以用於矯正視力手術(激光視力手術和洪特定則的共同點是什麼?大神竟在我身邊 | 袁嵐峯)。

2018年諾貝爾物理學獎主頁對獲獎者熱拉爾•穆魯(Gérard Mourou)的介紹:啁啾脈衝放大有許多用處,包括矯正視力手術(https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2018/mourou/facts/)