在電影《流浪地球》中,太陽(yáng)急速衰老膨脹,將導(dǎo)致地球毀滅。人類啟動(dòng)了名為“流浪地球”的計(jì)劃,在地球一側(cè)建造上萬(wàn)座行星發(fā)動(dòng)機(jī),將地球變成巨大的宇宙飛船,載著人類開始長(zhǎng)達(dá)2500年的太空流浪之旅,奔往離太陽(yáng)系最近的半人馬座比鄰星b。按照計(jì)劃,人類試圖利用木星實(shí)現(xiàn)“引力彈弓”加速,卻因木星的潮汐力突增,導(dǎo)致地球面臨墜入木星的風(fēng)險(xiǎn)。生死存亡之際,位于地球和空間站上的人類聯(lián)手自救,成功引燃木星大紅斑中的氫,將地球推離木星,成功脫險(xiǎn)。
遺憾的是,這些重要的科幻設(shè)定缺乏合理性。如果有一天我們真的要帶上地球去流浪,還是要利用真正的科學(xué),而不是止于浪漫但不切實(shí)際的幻想。
影片中,人類建造了一萬(wàn)座重核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī),準(zhǔn)備將地球推離自己的軌道。這些重核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)比珠穆朗瑪峰還高2.2千米,看起來(lái)確實(shí)震撼人心。
這種威力巨大的發(fā)動(dòng)機(jī),利用巖石中的硅元素進(jìn)行核聚變反應(yīng),獲得高能高壓的等離子流。說(shuō)白了,發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料就是以硅為主要成分的石頭。
但越重的原子核,進(jìn)行聚變所需的能量越大,產(chǎn)生的能量卻越小。例如,氫聚變產(chǎn)生的能量是同樣質(zhì)量的硅的30倍。硅雖然理論上可以產(chǎn)生聚變,但所需要的溫度是30億度!所以,重核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)除了聽起來(lái)高大上,在科學(xué)上并沒有什么合理性。
其實(shí),燒石頭不行,燒水可以。海水中富含氘與氚,這才是核聚變的最佳燃料。而且,氘的提取方法簡(jiǎn)便,成本較低,核聚變堆的運(yùn)行也十分安全。有如此優(yōu)質(zhì)高效的材料,何必舍易取難?
當(dāng)然,無(wú)論燒石頭還是燒水,都不可能在短時(shí)間內(nèi)將地球推開。電影中一萬(wàn)座發(fā)動(dòng)機(jī)要持續(xù)不斷地工作1500多年,才能將地球加速到逃離太陽(yáng)軌道的速度,那時(shí)地球早就被太陽(yáng)毀滅了。
那么,究竟還有沒有辦法帶上地球去流浪呢?其實(shí),還有比核聚變更先進(jìn)的方式:反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)。
反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的,反粒子跟通常所說(shuō)的電子、質(zhì)子相比較,電量相等但電性相反。當(dāng)正反物質(zhì)相遇時(shí),雙方就會(huì)相互湮滅抵消,兩個(gè)粒子的質(zhì)量幾乎完全轉(zhuǎn)化成能量,效率大大高于核裂變和核聚變,這是所有物理反應(yīng)中效率最高的燃料。航天飛機(jī)那巨大的燃料箱和推進(jìn)器中的燃料,完全可以用100毫克的反物質(zhì)代替,而且“湮滅”效應(yīng)是自然發(fā)生的,并不需要像核聚變那樣用難以想象的高溫高壓來(lái)“點(diǎn)火”。
在著名的《星際迷航》系列電影中,“企業(yè)”號(hào)宇宙飛船可實(shí)現(xiàn)曲速飛行、超光速抵達(dá)宇宙中任何一個(gè)地方,都仰仗于它的反物質(zhì)動(dòng)力系統(tǒng)。目前多國(guó)物理學(xué)家已在實(shí)驗(yàn)室中制造出了反物質(zhì),我們的宇宙射線中也存在大量過(guò)剩的反物質(zhì)粒子??梢韵胂?,隨著科技的發(fā)展,制造反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)并不是什么難事。
影片中,地球溫度急劇降低,人類在地表5000米以下建立了上萬(wàn)個(gè)地下城,在到達(dá)新恒星前的2500年間,人類要一直在地下城生活。
首先,地下城中資源如何重復(fù)循環(huán)利用是個(gè)大問(wèn)題。此外,怎么適應(yīng)地下環(huán)境,怎么解決空氣流通,怎么防止出現(xiàn)心理疾病等都是很大的挑戰(zhàn),但高壓?jiǎn)栴}幾乎無(wú)解。5000米深處的壓強(qiáng)相當(dāng)于1000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,幾乎沒有材料能頂?shù)米∵@樣巨大的壓強(qiáng)。
其實(shí),水下城比地下城更具可行性。水的吸熱或散熱能力都很強(qiáng),能保持溫度平衡。建造水下城也比建造地下城容易很多,海洋有豐富的資源可就地取用,比如,最重要的水資源、核能資源等。事實(shí)上,水下城市已不是天馬行空的想法,隨著3D打印技術(shù)、碳納米管和納米金剛石技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,一些科學(xué)家已經(jīng)開始認(rèn)真考慮這種可能性。
在電影中,為了節(jié)省燃料,人類準(zhǔn)備讓地球向木星借力。這涉及引力彈弓效應(yīng)——當(dāng)一艘宇宙飛船經(jīng)過(guò)一顆行星時(shí),借用行星的公轉(zhuǎn)速度,給飛船加速。就像是在飛快轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤上滴一滴水,水就會(huì)濺飛一樣。
不過(guò),根據(jù)計(jì)算,地球只能獲得木星引力10千米/秒左右的加速,這相比于地球設(shè)定的最終1500千米/秒的航速微不足道,不值得冒這么大風(fēng)險(xiǎn)。別的不說(shuō),木星有79顆衛(wèi)星,如何繞開這些木星“小弟”就是個(gè)技術(shù)活。
影片的高潮,木星突然出現(xiàn)“潮汐力增加”現(xiàn)象,眼看就要拉著地球落向木星。為了使地球脫離木星的引力,救援隊(duì)點(diǎn)燃了木星和地球大氣的混合氣體,產(chǎn)生巨大的沖擊波,將地球推離木星。
這一段完全不靠譜,因?yàn)槟拘俏樟说厍蛏系难鯕庥植恢劣诎训厍蛭撸瑢?shí)在太難了。就算能成功引爆,爆炸沖擊波也永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)地球。爆炸之所以會(huì)產(chǎn)生沖擊波,是因?yàn)橛写髿獾木壒?,而宇宙是真空的,沖擊波只會(huì)留在木星大氣層里。
而且,如果太空真的有空氣,有沖擊波,恐怕地球不是被推離木星,而是粉身碎骨。因?yàn)榈厍虿皇且粔K實(shí)心的石頭,更像是個(gè)雞蛋。地殼非常薄弱,在雞蛋旁邊引爆炸彈,試圖用沖擊波把雞蛋炸得遠(yuǎn)遠(yuǎn)的,結(jié)果可能不是雞蛋被炸遠(yuǎn),而是被當(dāng)場(chǎng)炸得粉碎。
星際旅行是科幻小說(shuō)長(zhǎng)盛不衰的題材,常見的設(shè)定基本分為兩類:一是通過(guò)近光速飛船來(lái)完成恒星間的遷徙;二是利用“蟲洞”或者“空間折疊”,實(shí)現(xiàn)超光速旅行?!读骼说厍颉穭t獨(dú)辟蹊徑,將地球整體作為飛船,但遺憾的是,移動(dòng)地球不具有科學(xué)合理性。
即便技術(shù)上可行,顯著改變地球軌道也有太多風(fēng)險(xiǎn):自然生態(tài)徹底消失;發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的地殼不穩(wěn)定產(chǎn)生大量超大規(guī)模的地震、超級(jí)火山爆發(fā)、海嘯等劇烈的自然災(zāi)害;整個(gè)太陽(yáng)系的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)被破壞,小行星群軌道紊亂,地球?qū)⒃庥鲂纬稍缙诘哪欠N混亂。而且一旦飛出日球?qū)?,宇宙射線便能直接轟擊地球,整個(gè)地表將遍布致命的高能輻射。
看來(lái)帶著地球去流浪不可行,只有另想辦法。2016年,歐洲南方天文臺(tái)在離地球最近的4.3光年外的半人馬座比鄰星周圍,發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞比鄰星公轉(zhuǎn)的類地行星比鄰星b,也就是《流浪地球》中太空流浪之旅的目的地,該行星為生命的存在提供了相對(duì)適宜的條件。2018年,天文學(xué)家還在距離地球16光年處找到一顆行星“瓦肯”。事實(shí)上,最近幾年,100光年內(nèi)的行星越來(lái)越多地被發(fā)現(xiàn)。
如果未來(lái)真有太陽(yáng)系災(zāi)難,我們的后代可以組織大量飛船組成的龐大艦隊(duì),從一顆行星遷移到另一顆行星。屆時(shí)我們利用反物質(zhì)為燃料的飛船,能夠在宇宙中以光速的70%左右飛行,到達(dá)比鄰星只需6年左右,到瓦肯星也只要23年。
棟梁//摘自大科技微信公眾號(hào),本刊有刪節(jié),仙人掌/圖