我用高中物理对《流浪地球》可行性的判断

(这是我在知乎的文章,不是抄袭)

进行一项比较理想计算,比如说动能。原著中地球的最大速度是光速的5‰,以光速每秒30万公里计算,《流浪地球》。最大速度是150万米每秒(1500km/s)。由于这个速度远小于光速,我暂且使用牛顿的经典力学来进行计算,而不考虑相对论带来的是质量变化,以及在加速中损失物质的质量。

我会列出几个会用到的公式,都是高中物理的

动量定理

质能转换公式

动能公式

起航?

地球的质量是5.965×10^24kg,以动能等于质量乘以速度的平方之积的1/2二计算。地球的加速所需的最小动能为6.71×10∧38焦耳,即使不考虑工质主要付出的能量(比如说你火箭升空,火箭的能量至少有一半要分给你的燃料往地面喷,而不是全部带给你的火箭箭体),你还要考虑到减速过程中的能量。把这个的能量乘以二是1.34×10^32。可广岛原子弹爆炸方式能量大致为8.4×10^13 J.除一下得到1.6×10^26个广岛原子弹(可以让人类把地球表面消毒100000次以上),如果用质能转换方程计算,地球至少要有1.5×10∧22次方千克物质完全转化为能量,但是比如说重元素聚变,哪怕放出能量最多的氢聚变也不能满足。(为了简便,不考虑内能的损失,发动机照理想工质发动机,不考虑工质带走的能量)

能量?

最理想,但是反应条件非常苛刻的氢原子核聚变来说会有百分之0.792左右的质量损失,在保证地球不被挖空的情况下,要有2×10^24kg氢,但是木星质量也就为1.90×10²⁷kg,有75%为氢,要让地球按电影和原著中以5%光速离开太阳系,如果用氢聚变,地球先要背上足足有地球1/3重的氢气球。

这是高中物理的比结合能,从氢到聚变的最高点铁,氢到氦占了绝大部分

不是说电影已经用了重元素聚变吗,我们可以把地球挖出来烧石头。烧着烧着就能跑了三体人那边去了。--------------------------呵呵-----------------------------看一下上面的这张比结合能图,上过高中物理的,没忘光的都应该记得这张图。从氢开始到聚变终点铁,氢聚变消耗了大部分的比结合能,石头的主要成分是硅跟氧,硅没有出现在这副图当中,它的质量数是28在镁后面,仔细看图发现无论是硅还是氧聚变变成铁,放出的能量相对于氢聚变小的可怜。如果你想烧石头烧到三体星系,你要先找个七八十个地球的石头给你少烧。

路障?

先别管这么多,反正地球起航了。也许是渡鸦12345一脚踢开的(希望她在三体星系能把它接住,人类可没有办法减速)。但太空中可没有那么空旷,虽然说陨石数量还是比较少的,大的人类也基本可以发现。但不要忘记了地球速度是5‰光速。在这个速度之下,哪怕是你的玩具汽车也能对地球造成极大的破坏。计算一下,假设你的玩具汽车是1公斤的质量,在5‰光速的相对速度情况下(假设地球的速度是相对与=于太阳的,而陨石的速度相对于太阳为零),它具有动能是1.125×10^12焦耳,记得上面的广岛原子弹吗,75个玩具汽车相当于一个原子弹,更加恐怖的是这个能量完全是动能,你又说你的玩具汽车可以对地壳造成极大的伤害。但不要忘记了,人类的探测技术并不能侦测到一个玩具汽车甚至更大的东西。

陨石坑的形成(来源百度百科https://baike.baidu.com/pic/%E9%99%A8%E7%9F%B3%E5%9D%91/2668323/0/35e940dfc0a7f7004954030e?fr=lemma&ct=single#aid=0&pic=35e940dfc0a7f7004954030e)

人类对近地小行星的探测目前仍处于半瞎状态,即使是对存在潜在碰撞危险的 100 米直径以上的近地小行星,目前也只有 20-30% 被探测到,更不用说几十米、十几米甚至更小的陨星了,这是现在的数据,我们假设地球流浪时候人类的技术极大增强(即使是小说里面的世界,人类花了几百年准备有反物质和星际舰队,但还是在小行星带损失惨重,而电影人类花了只半个世纪时间准备,我们可以在电影中大致判断出人类出的总体技术水平相对于现在并没有太大提高,如果以电影中人类的技术,小行星带是个绕不过的坑,当然为了电影小行星带被当做不存在,我在下面的论证中,人类的探测水平将会从现代的提升100倍)假设人类对直径十米以下的小星星无法探测。小行星分为两种,石陨石和铁陨石。一个直径十米的陨石(当做球形简便计算)大约有4188.8立方米的体积,铁陨石的密度非常高7-8g/cm³(我取7)。而石陨石是普通的陨石,他们的密度是3.0-3.7g/cm³(我取三,这样的数字已经够低了,我给人类注了水)范围内,石陨石有12566.4吨,铁陨石有29321.6吨,前者动能为1.4×10^16焦耳,后者3.3×10^16焦耳,我在接下来并不使用核弹进行对比,会使用地球上的已知的陨石来进行做对比。

巴林格陨石坑,直径1200米(来源百度百科)

巴林格陨石坑在美利坚,这次撞击产生的能量相当于2000万吨黄色炸药爆炸产生的能量。1 吨黄色炸药能量4.184×10^9焦耳,这次撞击有8.368×10^16焦耳的能量被释放,比前文的石陨石大6倍,比铁陨石大2.5倍,但在同一个数量级。也就是说,我们会在陨石的攻击下损失惨重,即使是这种很小的陨石。

我们能不能提前防御?把陨石从攻击地球上的路径推开,开玩笑,对于小陨石,当我们发现它的时,它已经在员原月球轨道内了(因为没有月球了,所以是原月球轨道),我们只有不到300秒的时间可以反应,你的导弹还没升空呢。对于更大的陨石,我们人类基本没有办法把它推开,只能等死。目前人类最强大的武器大伊万,太空中能发挥的作用并没有多少,核弹攻击力最强是在大气层中以冲击波了形式爆发出来,他太空中可没有大气层,所以说核弹的攻击力只有热能和核辐射,陨石不怕辐射也不怕热。不要忘记了动量守恒,像狗血英雄片中原地不动把人轰飞出100km的那种,把牛顿会把棺材板掀飞。一个大伊万带来的轨道改变,仅仅是它本身具有的动量加上由热能蒸发出的表面物质的反冲带来的,微不足道。(地月距离38.4万公里,以千分之五光速要256秒)

轨道?

太阳系附近的恒星分布(作者不能找到图片的真实来源,如果有侵权请联系作者,我会将其删除)

比邻星并不在太阳的黄道面附近,是在黄道面南方(你的目光穿过地球,从中国看向澳大利亚的方向),也就是说我们的地球并不能仅仅在黄道面附近航行。必须要进行一次大拐弯,才能飞向半人马座的比邻星。你都是说电影里面需要通过木星进行加速只能是仅仅是地球达到太阳的逃逸速度,在飞出太阳系后必须进行大范围的速度修正才能使地球航向半人马座的比邻星,我前面已经说过了,地球达到5‰光速就需要消耗极大的能量,而我并没有计算这个转向所需要的能量。只能说这是航行会“男上加男”。

新太阳?

假如我们的渡鸦12345,给地球造了个护盾,让它安全到达三体星系,并在三体星系把地球接好入轨。当然人们从地下城爬出来时,享受日光浴。可这阳光安全吗?当他们抬头时,会看到——

一个红太阳。

欢迎来到一个没有三体人的比邻星。

(我想给三体星系正名,它并没有像小说《三体》之中的那么混乱,宇宙大部分的星星都是成双结对的,像太阳这样的单星在宇宙中反而比较少见,而且这种恒星之间的三体,比邻星是围绕着南门双星运转的。是三体运动的一个比较稳定的状态。)

太阳和半人马座南门三星的关系(作者并不能找到图片的真实来源,如果有侵权请联系作者,我会将其删除)

比邻星的形成年代约48.5亿年前,比太阳的46亿年略早些。但由于大小仅比产生氢融合反应所需的恒星临界质量稍大,融合反应的速率很慢且不稳定,因此天文学家推算它的寿命可达千亿年以上。比邻星的质量是不足以完成氦聚变的,也就是说当比邻星的氢消耗完时,它就死亡了。但是在宇宙之中,恒星的质量越小,反而更加稳定,活的更久。我们在比邻星不用担心氦闪,你至少有上千亿年的发展时间。。但阳光可能并不完全安全。

(警告:下段并没有完全的科学依据,只是依照事实进行猜想)

生命在地球上已经存在至少存在30亿年生命基本都适应了我们现在的太阳光照。换一个太阳我们可能并不安全,比邻星的光长波段主要是红光,太阳的光长波段主要是黄光,我们将会看到一个红色的世界。长期适应了黄白光环境的人类,虽然说在红光下并不会直接出现身体上的问题,但是对心理的长期伤害比较大。我暂时找不到已证明的对不同波长光对生物的影响,只能说这是一个猜测。幸好植物光合作用可以利用红光,种庄稼话还能长。

我觉得人类应该去南门A,南门a星是和太阳体型相似的一颗恒星,我们并不需要怎么适应。但南门B也不错,它就有一颗行星,可以为人类提供必要的资源,毕竟在数千年的时间中地球的资源也大致消耗的差不多了。相比于比邻星,从太阳系到达南门双星系统仅需要多走0.1光年(南门A4.24光年,南门B4.35光年,比邻星4.22光年)就可以有一个更好的开局。

尾声·作者的话

累死了,打字好难,找资料更难。

《流浪地球》总的来说是一部软科幻作品,也就是说它并不需要比较严格的科学设定。软科幻作品相对于科技更在乎对人类的讨论,无论是电影还是原著,即使他有诸多的漏洞。也是中国科幻史上一座重要的丰碑。

刘慈欣笔下的《流浪地球》世界,是人类为了生存不惜一切代价的表现,也是是人类挣扎奋斗的精神的表现。里面也体现了许多思考,比如说结尾的叛军和“反人类”的联邦政府,叛军得到了世界几乎所有人类的知识,但结局证明联邦政府才是正确的。有种群体暴力的感觉。

额。

作为一个理科生,我并不知道怎么写书评。心中的诸多感想也无法完全写出。1000个读者心中有1000个哈姆雷特。希望大家不要被这些漏洞蒙蔽了双眼,《流浪地球》的设定可能并不可行,但这部作品的可行性却是世界瞩目的。

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