流浪地球的科學

流浪地球的科學可行性

災難電影,世界未日有很多,最常見的解決方法是「方舟」和「地下城」避難,把整個地球移動實在創新,不禁令人懷疑可行性。

  1. 為了讓地球流浪的時間長度比較合理(2500年100代),劉慈欣給地球設定的極速為0.5%光速。要達到這個速度的推力十分龐大,可引起全球性地震、火山。同時,會消耗30%的地球質量,產生的龐大熱量會融化地球,化身數萬度高溫的微型深藍恆星。
  2. 考慮到過高推力大陸無法承受,劉慈欣給的單個行星發動機推力為150億噸,然而從時間上來說,這個推力太小了,地球足足飛行2萬多年才能到達比鄰星。同時它依舊會產生大量的熱量,足以讓地球化作小太陽,導致文明滅絕。
  3. 為了讓環境勉強還能符合人類生存,大劉對行星發動機周圍溫度設定為70℃。如果真的只有這個溫度,那麼行星發動機的推動力是嚴重不足的。地球足足需要流浪數億年,才能到達比鄰星。
  4. 考慮到大陸被大量聚變噴射掉後,會影響人類生存,大劉設定的消耗量為亞洲大陸山脈的一半。但這其實遠遠不夠,由於太陽引力的存在,地球要飛出太陽系,即便利用木星引力彈弓,也必須消耗掉所有海平面以上的陸地。

總之,速度過快地球毀滅,速度過慢逃不出太陽系。

但無論速度快還是慢,都必須犧牲掉所有陸地作為燃料。

詳細計算和探討過程

讓地球達到0.5%光速,會帶來什麼?
在原著中,地球通過500年加速到光速的0.5%,滑行1300年,再用500年減速。
0.5%光速,也即1498962.29 米/秒。
當地球是勻加速時,加速度:a=v/t=9.5×10-5m/s2。
這個加速度看起來很小,畢竟人跑步的加速度都可以輕松達到1~2m/s。
然而地球質量高達5.965×1024kg。

行星發動機施加在地球上的推力至少可達到:F=ma=5.66675×1020N。相當於5億億多噸的推力。

而原著中地球發動機是這樣的設定:

單個全功率運行時能向大地產生150億噸的推力,總共1.2萬個發動機。

也即,總推力為180萬億噸。

和實際需要的推力相差315倍。

速度要達到0.5%光速,一個行星發動機的推力就達到4.722×10^16N。

可以想像,動力如此大的行星發動機,可能對地質結構造成威脅。

隨著行星發動機周圍溫度越來越高(超過600℃),岩石的性質和強度會迅速降低,從而無法承受龐大的壓力。

流浪地球科學可行性

而重核聚變的行星發動機核心溫度達到30億℃,1.2萬座比太行山還大的動力系統,不說隔熱系統,甚至連鋼材都不夠。沒有隔熱材料,釋放的龐大熱量足以熔融周邊岩石,從而在發動機龐大推力下,造成沉陷。

通常來說8級別地震,就會帶給人類巨大的災難,可造成數萬人的死亡,而8級地震釋放的能量是 6.3×1016 J 。

一個行星發動機如果再推進時,僅僅沉降1.33m ,所做的功就相當於8級別地震。

然而全球存在1.2萬個行星發動機,一起發動相當於1.2萬個八級地震。

更何況,大型天體由於引力過於龐大,即便它們的固體成分也會呈現出流體靜力學平衡的狀態。

地殼之下,內核之外,本身充斥的就是半流體和流體結構。

地球結構
地球結構

行星發動機產生的地震波將會此起彼伏,在地球內部傳遞,從而對大陸板塊造成致命的破壞。

地球結構
地球結構

板塊間的地震帶和火山都會開始大範圍活動,很快開始威脅人類的存在。

大陸的總體量,真的足夠支持地球加速到0.5%光速嗎?

在原著中,發動機在500年的飛行中,會把亞洲大陸上一半的山脈用做燃料消耗掉。

亞洲大陸上一半的山脈有多重?

我們簡單預估一下。整個亞洲大陸的山脈,主要集中在中國及周邊,所有山脈加起來,預估和中國國土面積差不了太多。

山脈的平均高度預估4000m,山體體積按照椎體來計算。

總結

劉慈欣為了讓邏輯看起來合理,很多數據進行了相對合理的處理,但如果真的從科學角度來較真,其實是互相矛盾的(具體看文章開頭的“太長不看版”)。

劉慈欣設置的每個條件都是為了滿足流浪地球而存在的,其實還可以有第5點,也即地球停止自轉的剎車時代,大劉設置的時間是40多年,雖然看似合理,但其實剎車產生的龐大力量和熱量,同樣能夠摧毀世界。

劉慈欣自述

《流浪地球》要在科幻世界創刊三十年增刊上發表,這是應編輯要求寫的前言:

《流浪地球》是為1999年筆會寫的小說,當時要求帶上自己的作品,同時帶去的還有《鯨歌》《微觀盡頭》和《時間移民》(從未發表)。那是我第一次與科幻界接觸。記得到了編輯部旁邊的科協招待所已是深夜,看到服務台前有一對少男少女,男孩兒的英俊和女孩的美麗幾乎是我從未見過的,仿佛是從神話中下來的人物,我立刻斷定他們是來開會的科幻作者,因為在我的潛意識中科幻就是這麼美的,於是湊過去問你們是不是來開筆會的?他們衝我笑笑說不是(可能是放假旅游的學生)。直到第二天早晨,筆會的作者和編輯部的人才陸續出現在招待所大廳裡,我也終於發現他們不是從神話裡下來的,他們顯然也和我一樣是食人間煙火的,明白了只有神話之外的人才能創造神話,昨晚見到的那兩個絕美的少男少女是寫不出神話或科幻的,就像一個人不能提著自己的頭發升空。失望之余,倒也有了一種找到組織的親切感。但直到今天,雖然當年參加筆會的一些作者的形像都模糊了,但那對深夜中遇到的少男少女還在我的記憶中栩栩如生,幾乎成了科幻化身。

在那屆筆會上,阿來請來了《小說選刊》資深編輯馮敏講授國內主流文學的現狀,強調科幻小說應該在文學和科學幻想上取得某種平衡,其實,《流浪地球》就是這種平衡的結果。

對於小說中的人類逃亡,從科幻或科學角度講,我是百分之百的飛船派,因為推進地球的能量絕大部分消耗在無用的荷載上,也就是構成行星的地殼內部的物質,這些物質最大的意義就是產生重力,但重力也可由飛船的旋轉來模擬。但從文學角度看,這篇作品的美學核心是科學推動世界在宇宙中流浪這樣一個意像,而飛船逃亡則產生一個完全不同的逃離世界的意像,其科幻美感遠低於前者。

不過後來的一次經歷差點兒使這篇小說流產,那是我因公外出,第一次坐飛機,從萬米高空看大地時,仍然一點兒都覺察不出地球的曲率,行星的表面仍然是一個無際的水平面,推進這樣的世界簡直是痴人說夢!但回去後還是堅持把小說寫出來,最初只有發表時的一半長,後來應編輯的要求加長了一倍。王晉康老師在筆會上看到該文時說這應該三十萬字才夠,可在當時是沒有機會發表長篇的。

《流浪地球》還有許多方面不得不在科幻的嚴謹上做出妥協,比如氦閃,只是恆星步入晚年初期的一種活動,在漫長的時間裡反復發生後,恆星才能進入紅巨星狀態。另外,當時沒有經驗,竟把地球發動機的具體參數全部詳細列出,詳細到可以很方便地直接計算地球得到的加速度,計算的結果是:發動機只能給地球零點(N多個零)幾的加速度,別說航行,改變軌道都不可能。

到現在,看到和聽到了很多對自己小說的評論,有的下筆千言不知所雲,但有的只一句話卻讓我看到了自己都沒看到的真相。在2000年的筆會上,楊平對我說,他從我的小說中感覺到強烈的“回鄉情結”,當時我不以為然,認為回鄉情結是最不可能在我的小說中出現的東西。但後來細想,對他真是欽佩之致。光陰飛逝,現在十年過去了,很多事情都發生了變化,我很快就要離開這個生活了二十多年的地方,我在這裡渡過了畢業之後的青春時光,寫出了自己迄今為止的所有科幻小說,但要走了竟沒什麼留戀,在精神上這裡不是家園,我不知道哪裡是家園。現在看著窗外的群山,不由又想起了楊兄那句話。其實,自己的科幻之路也就是一條尋找家園的路,回鄉情結之所以隱藏在連自己都看不到的深處,是因為我不知道家園在哪裡,所以要到很遠的地方去找。在《流浪地球》中所能看到的,就是這樣一個行者帶著孤獨和惶恐啟程的情景。

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *